JP2003527764A - コードベース光ネットワーク、方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ような広いバンド幅は、データを、分散フィードバックレーザを直接変調するこ
とによるような、狭いバンド幅の光キャリヤの振幅変調によって伝送する単一チ
ャネル通信システムによって完全に使用するには大きすぎる。単一振幅変調シス
テムによって占められるバンド幅を制限する要因は、光変調器及び検出器のよう
な利用可能な電子及び光構成部品におけるバンド幅制限や、ファイバ分散を含む
。
信チャネルが同じ光ファイバを使用することを可能にする多重化技術が開発され
ている。これらのチャネルによって使用される合計のファイババンド幅を、個々
のチャネルバンド幅の和と同じくらい広くすることができる。光通信システムに
おける慣例的な多重化方法は、時分割多重(TDM)、波長分割多重(WDM)
及び光符号分割多重化通信(OCDMA)を含む。これらの光多重化方法は、代
表的に、ロングホールの1対1の通信と、ショートホールのリングトポロジ通信
システムとにおいて使用される。これらの方法の各々は、それに関する利益及び
欠点を有する。
ク(PON)は、費用を減らし、システム信頼性を増す。PONは、パッシブ光
構成部品を含む。光符号化データストリームを、指名されたユーザ又はネットワ
ークノードに、及び、から、経路指定する。光同期ネットワーク(SONET)
に基づく通信システムは、SONETシステムにおける各ユーザ又はノードがア
クティブ装置を有し、データストリームを検知及び逆多重化し、データを取り戻
し、次に、データを次のユーザ又はノードに再伝送しなければならないため、P
ONではない。
が割り当てられ、その結果としてWDMベースPONは高価であり、容易に構造
を変えることができない。
波長ではなく複雑なテンポラルコードによって分類されるため、単一の送信機に
おいて符号化されたデータを多くのユーザ間に分配することができる点で有利で
ある。さらに、CDMA符号化は、ユーザの数が柔軟で、システム使用法に依存
するという利点を有する。また、大部分のOCDMAインプリメンテーションは
、OCDMA符号化スキームの知識なしでは困難なチャネル復号化を形成するこ
とによって、ハードウェア暗号化を固有に提供する。しかしながら、OCDMA
に基づく柔軟なツリーアーキテクチャPONは、代表的に、各ネットワークノー
ド又はエンドユーザ位置において位置しなければならない高価な装置を必要とす
る。したがって、改善されたシステム、方法及びアーキテクチャが、実際的なP
ON OCDMAシステムに関して必要である。
、光伝送データ(電話、インターネット、ビデオ等)を、パッシブ光ネットワー
ク151を経て中央局103と通信する多数の地理的に分離したユーザ1171 1 ,...,117nmに分配する。加えて、中央局103は、光通信リンク1
21を経て遠隔伝送するために、ユーザ局11711,...,117nmから
データを集める。通信システム100と他の通信システム及び装置を説明するの
に便利なため、”ダウンストリーム方向”を、中央局からユーザへのデータ伝播
方向として規定する。”アップストリーム方向”を、ユーザから中央局へのデー
タ伝播方向とする。
通信(OCDMA)を使用することによって多重化及び逆多重化する。図1に示
すように、通信システム100は、レベルA mux局111及びレベルB m
ux局1131,...,113nを有するツリーアーキテクチャを有する。図
1はレベルA mux局111を中央局103からの単一のブランチとして示す
が、中央局103は、多数のレベルA mux局と通信することができる。
て伝送された、又は、中央局103において発生されたデータを受ける入力デー
タモジュール201を具える。図1に示すように、中央局103は、データを、
外部データリンク121から、又は、レベルA mux局111から受ける。図
2に戻って、入力データモジュール201は、電気データ信号を、分散フィード
バックレーザのような光エミッタを含む光トランスミッタに伝送する。前記レー
ザを、前記電気データ信号に応じて変調し、光データ信号を発生するようにする
。代わりに、電気光学変調器、音響光学変調器、吸収型光変調器又は他の変調器
によって変調された連続光信号又は光パルスの周期的連続を発生するエミッタを
設けることもできる。前記変調を、振幅変調又は位相変調か、これらの組み合わ
せとすることができる。
03から受け、前記変調光信号を、選択されたユーザに関するアドレスとして役
立つ複合コードのような光コードで符号化する。他の実施形態において、中央局
アドレスエンコーダ205は、すべてのユーザ用のエンコーダ(nxmエンコー
ダの合計)と、システム要求、例えば、総ダウンストリームバンド幅や、同時に
アドレスすべきユーザ数に応じてプログラム可能なより少ない数のエンコーダと
を含むことができる。
復号化に関するコード、方法及び装置というタイトルの米国特許出願において記
載されている。ファイバブラッググレーティングを使用する代表的なエンコーダ
及びデコーダは、参照によってここに含まれる米国特許出願第09/35485
1号、時間波長多重アクセス通信システムにおいて記載されている。
muxレベルの数に対応する。図1の2ノード(2muxレベル)ネットワーク
において、中央局アドレスエンコーダ205は、レベルAコード及びレベルBコ
ードに対応する2つのレベルA及びBを有する複合コードを用いる。第3グルー
プのノードを与えた場合(すなわち、レベルC mux局を、レベルB mux
局1131,...,113nとユーザ局11711,...,117nmとの
間に配置し、第3レベルの符号化を与えた場合)、中央局アドレスエンコーダ2
05はレベルCコードを用いることができる。このような場合において、前記複
合コードは、Aレベルコード、Bレベルコード及びCレベルコードを含む。複合
コードエンコーダを、上記で引用した参考文献において記載されているように様
々に構成することができる。
スエンコーダ205のエンコーダから結合された光符号化(複合符号化)データ
信号を受け、符号化光信号をレベルA mux局111に供給する。レベルA
mux局111に供給された符号化信号を、このデータを供給すべきユーザ局を
指定するレベルAコード及びレベルBコードによって符号化する。
号を、前記光信号を符号化したレベルAコード及びレベルBコードを復号化する
中央局アドレスデコーダ211に供給する。前記光信号をこのように復号化した
後、光受信機213は、前記復号化された光信号に対応する非符号化電気信号を
発生し、光送信機(”出力データモジュール”)215は、対応する光信号を通
信リンク121において送信する。
1の入力モジュール(”入力手段”)301は、中央局103からの光複合符号
化データ信号を受け取る。入力モジュール301は、前記光データ信号を、レベ
ルAアドレスデコーダ/ルータ303に向ける。出力モジュール(”出力手段”
)3051,...,305nは、光データ信号をレベルAアドレスデコーダ/
ルータ303から受け、この受けた光データ信号を数nの光データ信号に分割し
、これらの信号を個々のレベルB mux局1131,...,113nに伝送
する。
31,...,113nから受ける入力モジュール(”入力手段”)3071,
...,307nも含む。レベルAアドレスエンコーダ309は、レベルAコー
ドを前記受けた光信号に用い、これらの符号化された光信号を、中央局103に
供給するために出力モジュール(”出力手段”)311に向ける。
プリッタ(”ビーム分割手段”)403又はファイバ方向性カプラは、光信号を
入力モジュール303から受け、前記光信号の一部を光サーキュレータ4051 ,...,405nに向け、これらの光サーキュレータは、前記光信号の個々の
部分を、レベルBコードを復号化する対応する複合ファイバブラッググレーティ
ング4011,...,401nに向ける。復号化された光信号を、対応する出
力部4091,...,409nに供給し、これらの出力部は、個々の復号化さ
れた光信号を対応するレベルB mux局に供給する。個々のレベルB mux
局1131,...,113nに関する前記光信号を放送することができ、特定
のレベルB mux局(及び、最終的には選択されたユーザ局)への供給を意図
していないデータは、デコーダ/ルータ303において適切に復号化されない。
適合しないデコーダによって復号化されたデータに関して、前記光信号は、代表
的にノイズのような低パワー信号である。
光信号を、対応する入力部5091,...,509nにおいて受け、個々の光
サーキュレータ5111,...,511n及び個々のファイバフラッググレー
ティング5131,...,513nに供給する。ファイバフラッググレーティ
ング5131,...,513nによるレベルAでの符号化後、符号化光信号を
、出力モジュール311及び中央局103への供給に関して、ビームコンバイナ
(”ビーム結合手段”)515によって結合する。
x局113iは、光符号化データをレベルA mux局111から受ける入力モ
ジュール(”入力手段”)601iを含む。レベルBアドレスデコーダ/ルータ
603iは、前記光データ信号を受け、前記光データ信号を、数mのユーザ局1
17i1,...,117imに対応する数mの対応する光データ信号604i 1 ,...,604imに分割する。出力モジュール607i1,...,60
7imは、分割光データ信号604i1,...,604imを伝送する。
ビームスプリッタ(”ビーム分割手段”)703i又はファイバ方向性カプラは
、光信号をレベルA mux局111から受け、前記光信号の個々の部分を光サ
ーキュレータ705i1,...,705imに向け、これらの光サーキュレー
タは、これらの個々の部分を、レベルBコードを復号化する対応するファイバブ
ラッググレーティング701i1,...,701imに向ける。特定のレベル
B mux局(及び、最終的には選択されたユーザ局)への供給を意図していな
いデータは、デコーダ/ルータ603iにおいて適切に復号化されないため、レ
ベルA mux局111からの光信号を、個々のレベルB mux局に放送する
ことができる。適合しないデコーダで復号化されたデータに関して、前記光信号
は代表的にノイズのような低パワー信号であり、データはこのような信号から容
易に取り戻されない。
17i1,...,117imから、個々の入力部801i1,...,801 im において受け、個々の光サーキュレータ803i1,...,803imと
、レベルBコードを復号化するファイバブラッググレーティング805i1,.
..,805imとに供給する。符号化された光信号は、ファイバ長807i1 ,...,807imに沿ってビームコンバイナ(”ビーム結合手段”)811 i に伝播し、前記結合された光信号をレベルA mux局111に供給する。
フェースモジュール901ijのような個々のインタフェースモジュールを含む
。インタフェースモジュール901ijは、対応するレベルB mux局113 i とデータを送受信する出力モジュール(”出力手段”)903ij及び入力モ
ジュール(”入力手段”)905ijを具える。入力モジュール905ijは、
レベルB mux局113iの対応するデコーダからの復号化された光信号を受
ける。光受信機907ijは、前記復号化光信号を対応する電気信号に変換する
。前記復号化光信号が中央局103において生じ、選択されたユーザ局117i j に関するレベルAコード及びレベルBコードで符号化された場合、前記電気信
号は、データパルスの列を含む。中央局103において用いたレベルAコード及
びレベルBコードが適切に復号化されなかった場合、前記電気信号は、データパ
ルスと同様であるがより小さい振幅を有するいくつかの電気パルスを含むかもし
れないノイズ様信号である。光受信機907ijは、これらのより小さいパルス
及びノイズ様バックグラウンドとを、しきい値処理及び/又は数字化によって除
去又は減衰させ、強調された電気データ出力信号を発生する回路網を含むことが
できる。前記データ出力モジュールは、前記電気データ出力信号をモジュール出
力部911ijに供給する。
03に向かう通信に関して、入力モジュール913ijは、データをユーザ入力
部915ijから受ける。この受信されたデータは、光送信機(”変調光源”)
917ijを変調し、出力モジュール903ijは、非符号化光信号をレベルB
muxに伝送する。光送信機917ijは、前記受けたデータによって直接変
調される、又は、電気光学変調器、音響光学変調器、吸収型光変調器又は他の変
調器によって変調されるレーザダイオードを含むことができる。対応するレベル
A及びレベルB mux局は、レベルA及びレベルBコードを前記非符号化光信
号に用い、前記符号化信号は、前記データ源を示すレベルA及びレベルBコード
を除去することによって伝送に関する復号化を行うことができる中央局103に
達する。
コーダ(エンコーダ及びデコーダ、図示せず)を含む。これらのコーダは、パワ
ーを必要とせず、光学電気変換もPON151において必要ない。いくつかの場
合において、部分的に符号化及び復号化された光信号を放送するが、データを、
一般的に、これらの放送光信号から、適合するコードによる復号化及び符号化で
なければ取り戻すことができない。したがって、PON151は”安全”である
。
グレーティングを含むエンコーダ及びデコーダを具える。他の符号化方法及び装
置を使用することもできる。これらのような方法及び装置も、選択された線形ス
ペクトル変換を光信号に用いる。さらに、ビームスプリッタ又はファイバカプラ
のような他の方法及び装置を使用し、光サーキュレータの代わりに、逆に伝播す
る光データ信号を分離することができる。代表的な光エンコーダ及びデコーダは
、例えば、米国特許明細書第5812318号、米国特許出願第09/1153
31号「セグメント化TASMグレーティング」、米国特許出願第09/120
959号「セグメント化複合ファイバグレーティング」及び米国特許出願第09
/354851号「時間波長多重化アクセス通信システム」に記載されているよ
うなブラッググレーティング及びファイバブラッググレーティングのようなパッ
シブ回折装置を含む。これらの文献は、参照によってここに含まれる。
ズ比、意図されるユーザ数、許容しうるビットエラーレート、他のようなシステ
ム設計パラメータに基づく光増幅器を含むことができる。分散補償をPON15
1において与えることができ、波長分割多重(WDM)レイヤをコードレイヤに
加えて与えることができる。加えて、実施形態を、約300nmから0.1mm
までの波長の電磁場である光信号に関して考察する。しかしながら、より長い又
はより短い波長の電磁場を使用する実施形態も可能であり、ワイヤのような導体
によって運ばれる電圧を同様に使用することもできる。
ら”除去する”ものを指すとする。復号化は、一般に、検出器によるデータ復元
を可能にし、復号化は、信号を正確にその符号化前の形態に復元する必要はない
。加えて、コードを除去した信号を、”復号化”信号と呼ぶことができる。最後
に、明瞭にするために、エンコーダ及びデコーダと上記説明において呼んだが、
より一般的には、”コーダ”と呼ぶことができる。
スエンコーダ/デコーダにおける使用に好適な複合コードを、図10の参照と共
に説明する。図10は、データ信号1003をデータ源1005から発生するデ
ータ伝送システム1001の図である。図10に示すように、データ信号100
3を、光キャリヤのような電磁キャリヤのバイナリのオンオフ変調として表す。
前記オンオフ変調は便利のみのために選択したものであり、他の変調は、位相、
振幅、強度及び周波数変調を含むことができる。加えて、3以上の変調レベルを
有する非バイナリ変調を使用することができる。
ットRから選択された予め決められたコードRiをデータ信号1003に用いる
。説明の目的のため、コードRi={1,−1,1}を選択し、データ信号10
03の代表的なビット1009に用いる。コードRによって指定されるように、
エンコーダ1007は、ビット1009を受け、このビットを”スーパーコード
化”ビットパケット1011に変換する。スーパーコード化ビットパケット10
11は、遅延時間TRCだけ相対的に遅延したスーパーコード化ビット(”スー
パービット”)1013−1015を含み、TRCをスーパーコードチップ持続
時間とする。加えて、スーパービット1014の位相は反転し、スーパービット
1013、1015の位相は変化しない。エンコーダ1007は、コードRiを
全体のデータ信号1003に用い、データ信号1003のすべての個々のビット
に対応するスーパービットの和であるスーパーコード化データ信号を発生する。
コードセットSから選択されたコードSiを用いる。説明の目的のため、コード
Si={−1,1,−1}を選択する。コードSiをスーパーコード化ビットパ
ケット1011に用い、個々のスーパービット1013、1014、1015に
対応するサブ符号化ビット1023、1025、1027を含む結合されたサブ
符号化及びスーパーコード化(”複合符号化”)ビットパケット1021を発生
する。エンコーダ1017は、スーパーコード化ビット1013−1015の各
々を、部分をサブコードチップ持続時間である遅延時間TSCだけ相対的に遅延
させ、サブ符号化ビット1013、1015の位相を変化させることによって符
号化し、対応するサブ符号化ビット1023、1025、1027を発生する。
エンコーダ1017は、コードSiを前記サブ符号化データ信号に用い、複合符
号化データ信号を発生する。
信号1003に用いる。セットR、SがNR及びNSコードを各々含む場合、N R ×NSの異なった符号化を利用することができる。例えば、セットR、Sが各
々5コードを含む場合、25の符号化が可能である。このように、利用可能な符
号化の数は、NR及びNSの積が増大するにつれて増加し、多数の符号化が小さ
いコードセットであっても可能になる。加えて、セットR、Sを大きいコードセ
ットのサブセットとすることができ、セットR、Sは異なった又は同じコードを
含むことができる。このようにして、数Nのコードのセットを使用し、数N2の
異なった符号化を発生することができる。
加のコードセットを使用し、利用可能な符号化の数をさらに増加することができ
る。サブコードビット1013−1015を、NQコードを有するコードセット
Qでさらに符号化し、利用可能な符号化の数をNR×NS×NQにすることがで
きる。コードセットR、Sのような2つ以上のコードセットの組み合わせによっ
て得られるコードを、ここでは”複合コード”と呼ぶ。コードセットR、S及び
コードセットR、S、Qを使用する複合コードは、各々2及び3レベルのアドレ
ス符号化/復号化を有するネットワークに好適である。
には、コードは、信号に用いるべき変調を指定する2つ以上の”チップ”を含む
。チップ変調を、信号に、チップ持続時間TCだけ異なる関係する時間において
用いる。このように、コード及びチップ持続時間は、データ信号の符号化を指定
する。スーパーコードを、チップ間持続時間によってさらに指定する。合計持続
時間TR、チップ数NR及びチップ持続時間TRCを有するコードRと、合計持
続時間TS、チップ数NS及びチップ持続時間TSCを有するコードSとは、T
R≦TSCの場合に復号化されるように有効に直交である。複合コードを、コー
ドR(サブコード)から、及び、コードS(スーパーコード)から発生させるこ
とができる。前記複合コードは、前記スーパーコードの持続時間と等しい所定の
持続時間を有し、前記サブコード及びスーパーコードのチップ数の積に等しいチ
ップ数を有する。前記チップ持続時間は、前記サブコードチップ持続時間に等し
い。前記複合コードにおいて、前記サブコードが、前記スーパーコードにおける
チップ数に等しい回数繰り返される。
ップ持続時間を、好適には、特定の複合コードで符号化されたデータ信号が、適
合する復号複合コードでのみ復号化されるように選択する。適合しない複合コー
ドでの復号化は、ノイズ様バックグラウンドか、低振幅”サイドローブ”又は”
クロストーク”のみを発生する。
びノイズ様バックグラウンド)を与えると、十分な直交性の複合コードセットを
、少数のチップを有するコードセットから、前記コードセットが十分に直交であ
る場合、発生することができる。複合コードセットにおけるコードを、前記コー
ドセットのスーパーコードとして選択されたコードと、前記コードセットのサブ
コードとして選択されたコードとを使用することによって発生することができる
。複合コードセットは、スーパーコード及びサブコードのすべての組み合わせを
具える。例えば、コードセットが、各々数Nmのチップを含む数Mのコードを有
する場合、前記複合コードセットは、各々数Nm×Nmのチップを有する数M×
Mのコードを含む。
を、配置及び詳細において、これらのような原理から逸脱することなしに変更で
きることは明らかであるに違いない。我々は、本発明として、これらの請求の範
囲内になるすべてを請求する。
ロック図である。
伝送システムの概要図である。
Claims (21)
- 【請求項1】 光データ信号を受け、複合符号化光信号を発生させるために第1
コード及び第2コードを含む複合コードを前記光信号に用いる中央局と、 前記複合符号化光信号を受け、前記光信号の少なくとも一部から前記第1コー
ドを復号化し、第1レベル復号化光信号を発生する第1レベルmux局と、 前記第1レベル復号化光信号を受け、前記光信号の少なくとも一部から前記第
2コードを復号化し、これによって完全に復号化された光信号を発生する第2レ
ベルmux局と、 前記完全に復号化された光信号を受けるユーザ局とを具えることを特徴とする
通信システム。 - 【請求項2】 請求項1に記載の通信システムにおいて、前記第1レベルmux
局が、選択された複合コードを用いる再構成可能エンコーダを含むことを特徴と
する通信システム。 - 【請求項3】 請求項1に記載の通信システムにおいて、前記中央局が、複合コ
ードのセットから選択された複合コードを用いることを特徴とする通信システム
。 - 【請求項4】 請求項3に記載の通信システムにおいて、複合コードを、第1レ
ベルコードの組及び第2レベルコードの組から発生することを特徴とする通信シ
ステム。 - 【請求項5】 第1光データ信号を受け、対応する電気データ信号を発生する受
信機と、 前記電気データ信号によって規定されるデータに基づいて第2光データ信号を
発生する送信機と、 コードを前記第2光データ信号に用いるエンコーダとを具えることを特徴とす
る、光ネットワークの中央局。 - 【請求項6】 請求項5に記載の中央局において、前記エンコーダによって用い
られるコードを複合コードとしたことを特徴とする中央局。 - 【請求項7】 請求項5に記載の中央局において、前記コードを、前記電気デー
タ信号によって規定されるデータの少なくともいくらかに関する目的の宛て先を
指定するアドレスコードとしたことを特徴とする中央局。 - 【請求項8】 データを含むと共に、前記データの少なくとも一部に関する宛て
先を指定するアドレスコードによって符号化された信号を受け、前記信号から前
記コードを除去するアドレスデコーダと、 データを含む信号を受け、前記信号を符号化し、前記データの少なくともいく
らかの宛て先を識別するアドレスエンコーダとを具えることを特徴とする、光ネ
ットワークの多重化局。 - 【請求項9】 請求項8に記載の多重化局において、前記アドレスデコーダが、
前記信号から光コードを除去することを特徴とする多重化局。 - 【請求項10】 請求項9に記載の多重化局において、前記コードを複合コード
としたことを特徴とする多重化局。 - 【請求項11】 請求項8に記載の多重化局において、前記アドレスエンコーダ
が光コードを用いることを特徴とする多重化局。 - 【請求項12】 請求項11に記載の多重化局において、前記コードを複合コー
ドとしたことを特徴とする多重化局。 - 【請求項13】 請求項8に記載の多重化局において、前記アドレスエンコーダ
が、前記コードを用いる少なくとも1つのファイバブラッググレーティングを含
むことを特徴とする多重化局。 - 【請求項14】 請求項8に記載の多重化局において、前記アドレスデコーダが
、前記コードを除去する少なくとも1つのファイバブラッググレーティングを含
むことを特徴とする多重化局。 - 【請求項15】 請求項14に記載の多重化局において、前記信号を少なくとも
1つのファイバブラッググレーティングに向ける光サーキュレータをさらに具え
ることを特徴とする多重化局。 - 【請求項16】 選択されたユーザのみによるデータ復元に関する、複数のユー
ザ局に光信号を放送する方法において、 前記光信号に関するコードを選択するステップと、 前記コードを前記光信号に少なくとも1つのファイバブラッググレーティング
によって用いるステップとを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項17】 請求項16に記載の方法において、前記コードを複合コードと
したことを特徴とする方法。 - 【請求項18】 第1光信号を受け、第1レベルコードを前記第1光信号に用い
、符号化第1光信号を伝送すると共に、第2光信号を受け、第1レベルコードを
前記第2光信号から除去し、結果として生じる復号化光信号を伝送する少なくと
も1つの多重化局を具えることを特徴とするパッシブ光ネットワーク。 - 【請求項19】 請求項18に記載のパッシブ光ネットワークにおいて、光信号
を前記第1レベル多重化局から受け、前記光信号を復号化し、第2レベルコード
を復号化する第2レベル多重化局をさらに具えることを特徴とするパッシブ光ネ
ットワーク。 - 【請求項20】 請求項19に記載のパッシブ光ネットワークにおいて、前記第
2レベル多重化局が、第2レベルコードを、前記第1レベル多重化局に伝送され
る光信号に用いることを特徴とするパッシブ光ネットワーク。 - 【請求項21】 光信号を伝送するユーザ局と、 前記光信号を受け、第2レベルコードを前記光信号に用い、これによって符号
化光信号を発生する第2レベルmux局と、 前記符号化光信号を前記第2レベルmux局から受け、第1レベルコードを前
記符号化光信号に用い、複合符号化光信号を発生する第1レベルmux局と、 前記複合符号化光信号を受け、前記第1レベルコード及び第2レベルコードを
復号化し、前記光信号を伝送したユーザ局を識別する中央局とを具えることを特
徴とする通信システム。
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