JPH02502150A - 光交換ネットワーク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光交換ネットワーク 本発明は、多数の送信局の任意の１つから多数の受信局の任意の１つを接続する 光交換ネットワークに関するものである。これはテレコミュニケーション・ネッ トワークに対し特定されるが、非排他的に適用される。

受信局と送信局とを接続するためには、非ブロック化である光交換ネットワーク 、すなわち、任意の送信局がフリー受信局をもち、いつでも接続され得るような ネットワークを持つことが一般に望ましい。

クロスポイント方式のシングルステージを採用している空間スイッチング回線は 、送信局Ｔおよび受信局Ｒの数の積に等しい数のスイッチ（切換え器）を必要と する。この構成は、急激に増加する多数のスイッチを含める必要性により、局数 がますます非実用的になる。この問題の解決策の１つは、特定の相互接続によっ て所定の数の局のために、非ブロック化にできるマルチステージ・スイッチング ・ネットワークを使用することである。送信局Ｔ・受信局Ｒに必要とするスイッ チ数を削減するけれども、この対策の不具合な点は、それが容易に拡張できなく 、スイッチを制御することを必要とするコントロールシステムの複雑性を増大す ることである。若干の特別な局だけがそのようなネットワークに付加されること になれば、必要のある場合には、追加スイッチの数はスイッチ間の相互接続の再 設計および再構築の費用だけで、最少に維持できる。このことが回避されるなら ば、現存するステージは、再設計の必要性を減少しながら必要とする以上のスイ ッチング（切換え）容量を有する状況のステージが実質的に重複されねばならな い。

非ブロッキング・スイッチ化ネットワークを提供する他の方法は、送信局からの 信号を多重化すること、および受信局に対してその多重信号を放送すること、そ して要求されたチャネルを逆多重化することである。種々の多重化方式が採用さ れてきた。例えば、パルスポジションコーディング、タイム・ドメイン多重化１ 周波数または波長の多重化などである。

光ネットワークにおける波長多重化は、主として数千の光信号の多重化の手段で あることが知られていたが、実際には、多数の周波数の多重化を採用している光 ネットワークを供給するときに克服しなければならない難しい障害がある。光フ ァイバー・ネットワークにおいては、波長は使用可能なファイバーの波長ウィン ド内に収まるよう密に離間する必要があり、多数の波長光源は極めて正確に同調 されなければならない。同様に、先受信局の検波器も、隣接した波長からの最少 のクロストークで１波長だけを受信するために極めて正確に同調できる必要があ る。

本発明の目的は、従来よりも更に容易に、大量な信号チャネルを処理できる光ネ ットワークを提供することである。更に本発明の目的は、関連する若干の特別な 局に適用するように拡張できる光交換ネットワークを提供することにある。それ 故に、多数の送信局の任意の１つから多数の受信局の任意の１つへ接続するため の光交換ネットワークが提供されており、このネットワークは、信号に対応する 光多重を提供するため２以上の送信局からの信号にそれぞれ応答する光多重化手 段と、１つの送信局信号を対応する受信局に出力する光多重および選択信号にそ れぞれ応答する複数の逆多重化手段と、１逆多重化手段の任意の１つに光多重化 装置の任意の１つを光学的に結合するため、スイッチ信号に応答する光スイツチ 手段とにより構成されている。

各送信局からの信号は、光スイツチ手段に結合される光多重化装置の１つの一部 を形成する光信号に変換される。このスイッチ手段は、選択された受信局と関連 する逆多重化装置に多重化装置のどれかを光学的に結合できるので、任意の送信 局が任意の受信局に切り換えることができる。故に、例えば、４００局の送信局 が４００局の受信局に接続されることになった場合、個々の光信号は、２０個の 多重のグループに多重化でき、それにより、すべての光信号を１多重に多重化す ることに単に依存すること、または４００Ｘ４００光学スイツチを採用すること によって、非ブロツク化ネットワークを形成する。

光多重を行なういかなる多重化方法も、本発明のようなネットワークに使用でき る。この技術は、光学ネットワークが特定使用となる広域通信に対して最大範囲 を提供するので、好ましくは、波長多重が使用される。この場合、各多重化手段 は、２以上の波長において、光パワーを供給するための複数の光ソース（光源） と、各々が光ソースの１つに光学的に結合され送信局からの信号に応答し、この 信号を表す光信号を出力する複数のモジュレータと、光多重を形成するために光 信号を混合するための複数の光混合器とを含んでもよい。

一般に、１つ以上の送信局信号は所定の波長の光キャリア（搬送波）をモジュレ ータ（変調）する。別個の光ソースが、モ・ジニレータ（変調器）毎に設けられ ても良く、または選択的に、各光ソースが１つ以上のモジュレータに先パワーを 供給しても良い。便宜的には、所定波長で動作する各モジュレータは単一の光ソ ースにより光パワーを供給されている。

便宜的には、所定の波長の光ソースに結合されるネットワークの全てのモジュレ ータは、それぞれの個別なユニット（筐体単位）に収めらる。このようなユニッ トは光ソースを内部光スプリッタに接続するための光入力、例えば光ファイバを 有し、この光スブリフタは光ソースより光パワーヲユニット中の各モジュレータ に分離する。そのような装置によると、本発明に関わる光ネットワークは、他と は異なる波長で動作する追加の光ソースを設け、特定ユニットのモジュレータ出 力を現存の多重化装置へ結合することによって、１ユニツトの出力のステージに 特定の送信機を適応するように拡張され得る。

その他の便利な構成は、その出力が同一多重化装置の一部を形成するネットワー クの全ての光モジュレータを、それぞれ個別なユニットに収納することである。

この場合、多重化手段は、便宜的にスイッチ手段に接続するための出力を有する 筐体内に光カブラを含めても良く、モジュレータは、異なる波長の光ソースにそ れぞれ接続されている。そのような光ネットワークは、追加のモジュレータを対 応する光ソースに光学的に結合し、追加の多重出力をスイッチ手段に結合するこ とによって特定の送信機に適応するためステージにおいて便宜的に拡張できる。

所望により、異なるサイズのユニットはさらに柔軟的に発展するステージを提供 するために、上記した方式のいずれかに設けることができる。

コントロール手段は、新しい相互接続を可能にするためネットワークの拡張にお いて変更されなければならないであろう。スイッチ手段は、予想される拡張のた めに充分な先導波路を設けても良く、この場合予想される拡張は各新モジュレー タ・グループを接続することにより容易に達成される。

ネットワークのサイズが事前に知られているならば、多重化装置の数、および、 １多重化装置当たりの光信号の数は、大小のマルチプレクサおよびスイッチ手段 を設ける相対的コストを考慮することによってコストを適正化するように設計で きる。

スイッチ手段は、マルチプレクサに光学的に結合させる光ファイバ製の並行バス により構成され、各マルチプレクサは１つの光多重を単一光空間スイッチに導き 、ネットワークの各逆多重化装置（デ・マルチプレクサ）は各光スィッチの１出 力に接続される。

すなわち、各光空間スイッチは、個々の多重化装置を、スイッチが接続される任 意の逆多重化装置に接続するように配置される。

選択的には、このスイッチ手段は、多重化装置の数と等しい多数の入力をそれぞ れに有する多数の光空間スイッチを持ってもよい。この場合、各多重化装置は各 光空間スイッチの入力に光学的に結合され、各逆多重化装置はただ１つの光空間 スイッチの１出力に結合される。

逆多重化装置は、順方向送信用の多重化装置から対応受信局へ要求送信信号を抽 出することができなければならない。

タイムドメイン多重化の場合には、これは光信号が、光検出器に入射する前の光 道多重化方法、または光検出後の電子逆多重化方法により達成され得る。波長多 重化の場合は、調整可能な光フィルタが多重化装置から要求光信号を選択するた めに使用される。

本発明の特定な応用例が、マルチプレクサの光モジュレータに対して十分に近接 している逆多重化装置の光検波器を持っているときには、ホモダインまたはヘレ ログイン検波を採用するコヒーレント検波器が使用されても良い。この場合、光 ソースと光スペース・スイッチの選択出力に接続するために、制御手段からの選 択信号に応答する光パワーソースに光学的に結合される選択手段が設けられても 良い。ヘレログイ検波のためには、光ソースは波長においてシフトされないで結 合されている。ホモダイン検波のためには、光ソースは事前に確定可能な量だけ 周波数シフトされた後にスイッチ手段からの選択出力と結合される。１０，００ ０局までの送信局と１０，０００局までの受信局との間の相互接続を提供する本 発明に従った光通信ネットワークは、効率および経済的向上を比較的少ない増加 ステップ（工程）で達成させる設計構成を有しながら、現在の技術で実現できる 。ネットワークが波長多重化を用いるときには、各多重化装置のその帯域幅は、 オプトエレクトロニック・インタフェースのみによって制約される。それゆえに 、Ｇ（ギガ）ビット・レートでの送信が可能となることが期待される。

本発明の技術分野においてネットワークに必要とされるコントロール手段は特に 、簡単化できることと、この発明が高集中化および部分的分散化コントロール方 式の両方に適用でき、採用された実際のコントロール方式または方法において、 そのオペレーション（操作手順）に依存しないことがこの発明の分野で活動する ものにより評伍される。このコントロール手段は電気的にコンピュータ制御され るものであろうが、光コントロール手段は未来のシステムに対する可能性となる ものと推測される。本発明はテレコミュニケーションへの適用以外に交換ネット ワークに適用できる。この発明は例えば、多重プロセッサにおける相互接続装置 、共有メモリ・コンピュータまたは並列処理方式に使用されても良い。

多数のマルチプレクサが使用されている場合には、数個の光空間スイッチに各多 重化信号を光学的に分割するときに含まれる分割損失により多重化信号を増幅す るために、スイッチ手段内のインライン・ブロードバンド（広帯域）・レーザ・ アンプを使用することが必要であるかもしれない。

本発明の実施例は、添付図面を参照して一例として記述される。

第１図は、波長変調を採用する光交換ネットワークの概略図、 第２図は、第１図に示すネットワークの１光モジユレータの１つのユニットの概 略図、 第３図は、第１図に示すネットワークの選択的グループ分はモジュレータの概略 図、 第４図は、コヒーレント受信器に適用できる結合光空間スイッチの概略図、 第５図は、非波長多重化を使用する光ネットワークの概略図である。

第１図および第２図を参照すると、光交換ネットワークは、１００個のユニット Ｕ−Ｕ（図中には４ユニツトのみ図示）の各々は１００，０００個の光モジュレ ータＭ１〜Ｍ１０．０００を収納しく第２図参照）、各光モジュレータは対応す る送信局（１つを図示）に電気的結線Ｔ□〜”１０゜ｏｏｏ（１ユニツトにつき ３本のみ図示）を介して電気的に接続されている。送信局は例えば、電話または テレビ信号の信号源であっても良い。所定の１ユニツトの各光モジュレータＭは 、異なる波長（λ１〜λ１ｏｏ）でそれぞれ発している光ソース０１〜０□ｏｏ （４個のみ図示）の１つに光学的に結合されている。各ユニットＵの中の光モジ ュレータＭからの光出力は、光データバス４として便宜上表わされる光ファイバ ２にそれぞれ光学的に結合された１００個の光波長多重化装置を形成するために 、光カブラＣ□〜ｃ０゜０によりそれぞれ結合されている。光ソース０．光モジ ュレータＭ。

および光カブラＣは、このネットワークの多重化手段の構成要素である。

第１図の装置において、所定周波数で動作する各光モジュレータＭのための光パ ワーは、対応する光ソース０によって与えられ、光ソースの出力は光スプリッタ Ｓ　−８の内の対応する１個により１００方向に分割され、スプリッタ出力の１ つが各ユニットＵの１個のモジュレータＭに光学的に結合されている。

この光ソースＯは、例えば、レーザ・ダイオードまたは他のコヒーレント光放射 源である。第１図の装置では、所望の波長分離を維持するため、中央基準システ ム（図示せず）を使用することが必要であるかもしれない。技術範囲は、この技 術を達成するために、Ｇ、　Ｒ，ヒル、Ｄ、Ｗ、スミス。

Ｒ，Ａ、ロベット、Ｔ、Ｇ、　ホドキンス、そして、ＲｏＰ、ウェッブの各氏に より書かれた、「ブロードバンド・ネットワークのための革新的波長分割多重化 方式」　　（“ＥＶＯ１ｔｒｔｉｏｎａｒｙ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｄｉｖＩ ｓｆｏｎ　ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ　ｓｃｈｅｍｅｓ　ｆｏｒ　ｂｒｏａｄｂａ ｎｄ　　ｎｅｔｗｏｒｋｓ″　　ｂｙ　　　Ｇ、Ｒ，Ｈｌｌｌ、　　ＤＪ、　　 Ｓｍ１ｔｈ、　　Ｒ，Ａ、　　Ｌ。

ｂｂｅｔｔ、　　Ｔ、Ｇ、　　Ｈｏｄｇｋｌｎｓｏｎ　　ａｎｄ　　Ｒ，Ｐ、　 　Ｗｅｂｂ、　　ＯＰＣ８７，Ｒｅｎｏ　　１９８７、）誌上において提案され ていた。モジュレータによって要求される光パワーが、１台の光源が波長毎に対 応する光分離と共に設けることができ、各光源は、ユニットＵのサブセットへの 光パワーを供給する。基準システムで分配することができる場合に小規模ネット ワークは、より少ない波長しか必要としなく、波長で数ｎ■で分離され、個々の 安定状態で動作されるレーザが選択される。適当な光フイルタリングを施した、 例えば発光ダイオードを使用できる。

このモジュレータは、実際に例えば、ニオブ酸リチウム・モジュレータのような 位相８周波数または増幅モジュレータであっても良い。これらのモジュレータは 実際には、何個かのモジュレータを含む複数の単位にグループ分けされる。各ユ ニット当たりのモジュレータの個数が、使用可能な周波数の数量下であれば、２ 個以上のユニットは完全な多重化を形成するために混合される出力を有する。異 なる周波数の数は各多重化装置における最大チャネル数を決定する。

多重化手段からの多重化信号は、光ファイバー２を介して、それぞれ１００個の 入力（図示せず）をもつ光空間スイッチＳＷ　　−ＳＷ　　　　（３個のみ図示 ）に結合されている。各スイッチＳＷの１つの入力は１つのマルチプレクサに光 学的に光結合されている。各スイッチＳＷは、合計出力ｏｐ−。

Ｐｌｏ、ｏｏｏ（ＳＷ□に対して３個のみ図示）を提供するための１００の出力 を存し、各出力ＯＰは関連する受信局の逆多重化手段を構成する対応するヘテロ ゲイン受信器Ｒ０〜Ｒ１０，０００に接続されている。

コントローラ６は、接続のための要求を監視して、スイッチバス８にスイッチ信 号を供給し、選択バス１０には選択信号を供給する。

光空間スイッチは、スイッチバス８を介したコントローラ６から受けたスイッチ 信号に応答して、任意の入力を任意の１つ以上の出力ＯＰに同時に切り換えるこ とができるように構成されている。

このように、送信局からの信号は、受信局の対応する光信号を含むマルチプレク サをその送信局に対応するモジュレータＭから受信局の所望のデ・マルチプレク サに切り換えるために該当光空間スイッチを制御し、コントローラ６からの選択 信号に応答して前期マルチプレクサからの該当信号を選択することによって、任 意の受信局に切り換えることが可能である。

適合する光空間スイッチは、例えば、放送（１局対多局）装置に適用できる場合 には、ＬＣＤタイプのデバイス、光学的および機械的スイッチおよび、Ｄ・ファ イバ・デバイスの組合わせ、またはニオブ酸すチウム平導波路・スイッチである 。

第１図の装置において、受信局はヘテロダイン光受信器Ｒと関連している。受信 器Ｒへ切り換えられたマルチプレクサからの所望チャネルは、光ソースＯに結合 されている周波数シフター（偏移器）１２の１つから抽出される光パワーにマル チプレクサを結合することにより得られ、前記光ソース０は、受信すべき送信局 のモジュレータＭと結合される。周波数偏移された光パワーは、光空間スイッチ ＳＷ１により光カブラ１４（３個図示）に切り換えられる。その周波数シフター は、アコースティック−オプティック−デバイスまたはエレクトロオプティック ・デバイスであり、この動作は例えば、セロダイン・アプローチに基づいている 。

もし仮に、ホモダイン受信器が使用された場合には、周波数シフターは除外され る。

これに代わり、コントローラ６の制御下において調整可能なデ・マルチプレクサ の光検波器の前方に配置されたフィルタが、このマルチプレクサから要求チャネ ルを選択するために使用され得る。

任意のマルチプレクサを任意の受信器に切り換えさせる光空間スイッチの他の装 置が採用できる。例えば、対応する多重化装置と接続するための１人力と、各デ ・マルチプレクサに結合させる１出力と共に、多数の出力を有する光空間スイッ チが使用され得る。これは、スイッチ構造の簡単化が各デ・マルチプレクサに多 重結合する必要性を相殺する場合には、小規模ネットワークに適用しても良い。

前述したヘテロダイン／ホモダイン検波方法は、マルチプレクサとデ・マルチプ レクサとが、例えばコンピュタ−システムの接続要素において、共に接近して配 置されている場合には、ネットワークに対して特定の適用性を備えている。

次に第３図を参照すると、第１図に図示されたモジュレータの選択的グループ分 けに対して、ユニットでのモジュレータＭの選択的グループ分けが示されている 。所定波長の光ソースＯに結合されるネットワークのこれら全てのモジュレータ Ｍは、独立のユニット内に収納されており、そのマルチプレクサは各モジュレー タの１出力を他のユニットのそれぞれからの１出力と結合することによって形成 されている。ネットワークが（第１図の実施例の様に、）マルチプレクサと同じ 数だけの光空間スイッチを持っているとき、光結合器は便宜的に、星型カプラに より形成でき、各星型カブラの各出力は光空間スイッチＳＷの異なる１つに結合 されている。

次に第４図を参照すると、光空間スイッチ１４は、コントローラ６からの信号に 応答して周波数偏移光源とマルチプレクサの両方を選択して、コヒーレント受信 器に切り換えるために、第１図のスイッチＳＷ１および５Ｗ＝１の組合わせの動 作を示している。

次のｍ５図を参照すると、光交換ネットワークが波長多重化以外に多重化方法の 使用に適していることを示されている。

この例において、コントローラ６は要求されるマルチプレクサを要求されるデ・ マルチプレクサに、該当光空間スイッチＳＷを制御することによって、以前記述 した同じ方法で切り換える。コントローラ６は、対応するどちらの多重化チャネ ルが対応する受信局への前記送信のために逆多重化されるべきかを明確にするた め、選択信号をバス１０を介して該当デ・マルチプレクサに送る。

送信器グループからの信号は、例えばマルチプレクサの形成するためにパルスポ ジション・コーディングを利用する。

選択的には、受信器の光検波器へ任意の光信号を供給する以前に、光化学段によ り要求チャネルの逆多重化を達成することが可能である。この場合、コントロー ラ６は、該当する光道多重化装置に選択信号を送信する。

第５図の実施例において、多重化は、電気的多重化信号を形成するために、電気 的領域において送信局からの信号を多重化することにより構成され、該電気的多 重化信号、マルチプレクサ１４によって対応する光多重化を形成するために、光 モジュレータに供給される。

光パワー１６の１つの波長のみが要求されるが、数種の光ソースが必要に応じて 設けられる。

特定のマルチプレクサと関連する１つの送信局だけが送信しているとき、対応す る信号は、他の局からの零位（ヌル）信号と多重化されるように関連できること は理解できる。

第２図 第３図 第４図 国際調査報告 １１ｍ１′ｗ１＾帥罎−ｍ−，ｐ（τ／ＧＢ　　８８１０１０１９

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．多数の送信局の任意の１つから多数の受信局の任意の１つへの信号を接続す るための光交換ネットワークは、送信信号に対応する光多重信号を得るため２以 上の送信局からの信号にそれぞれ応答する少なくとも２つの光多重化手段と、 対応する受信局に１つの送信局信号を出力するため光多重化信号および選択信号 にそれぞれ応答する複数の逆多重化手段と、 前記光多重化手段の任意の１つを前記逆光多重化手段の任意の１つに光学的に結 合するためスイッチ信号に応答する光スイッチ手段とにより構成される。
2. ２．各多重化手段は、２以上の波長で、光パワーを出力するための複数の光ソー スと、各々が光ソースの１つに光学的に結合され、送信局からの信号に応答し、 この信号を表す光信号を出力する複数のモジュレータと、光多重信号を形成する ため前記光信号を合成するための複数の光混合器とにより構成される、請求項１ に記載のネットワーク。
3. ３．各波長においての光パワーの光源のみがある、請求項１に記載のネットワー ク。
4. ４．前記光源の波長は、中央波長基準手段により固定化される、請求項２または ３に記載のネットワーク。
5. ５．光源はレーザーである、請求項２から請求項４までのいずれか１つに記載の ネットワーク。
6. ６．所定波長の光源に結合されるネットワークの全てのモジュレータは、個々の 関連ユニット内に収納される、請求項２から請求項５のいずれか１つに記載のネ ットワーク。
7. ７．各ユニットのモジュレータの数は、光多重化装置の数に等しい、請求項６に 記載のネットワーク。
8. ８．同じ多重化装置の部分を形成する光出力を有する、ネットワークの全モジュ レータは、個々の関連したユニットに格納されている、請求項２から請求項５ま でのいずれか１つに記載のネットワーク。
9. ９．ユニットの数は、光源からの異なる波長の数に等しい、請求項８に記載のネ ットワーク。
10. １０．各ユニットのモジュレータは、単一のニオブ酸リチウム基板の上に形成さ れる、請求項６から請求項９までのいずれか１つに記載のネットワーク。
11. １１．前記光スイッチ手段は、それぞれが対応する多重化装置に光学的に結合さ れる１つの入力と複数の出力を有する複数の光空間スイッチを含む光スイッチ手 段と、各逆多重化装置は、各光空間スイッチの１出力に光学的に結合される、先 行請求項のいずれかに記載のネットワーク。
12. １２．光スイッチ手段は、それぞれが複数の入力を有する複数の光空間スイッチ を含み、各多重化手段は各光空間スイッチの入力に光学的に結合され、各光空間 スイッチは複数の出力を有し、各逆多重化装置は１つの光空間スイッチの１出力 に光学的に結合される、請求項１から請求項１０までのいずれか１つに記載のネ ットワーク。
13. １３．各光空間スイッチの出力の個数が、多重化装置の個数と等しい、請求項１ ２に記載のネットワーク。
14. １４．各光混合器は複数の出力を有する星型カプラであり、関連する光空間スイ ッチの１入力に光学的に結合される、請求項９に従属する請求項１３に記載のネ ットワーク。
15. １５．各逆多重化装置は選択信号に応答する選択手段により任意の光源に結合可 能である、請求項１から請求項１４までのいずれか１つに記載のネットワーク。
16. １６．選択手段は、それぞれが光源の波長に等しい数の入力を持つ光空間スイッ チ数に等しい複数個の第二の光空間スイッチにより構成され、各入力が特定波長 の光源に結合され、各光空間スイッチは光空間スイッチの数に等しい数の出力を 有し、特定の第二光空間スイッチの各出力は対応する１つの光空間スイッチの出 力と混合される、請求項１４または請求項１５に記載のネットワーク。
17. １７．各第二の光空間スイッチが、対応する光空間スイッチの一部を形成し、こ の光空間スイッチの各出力が多重化装置に接続される１入力に同時に光学的に結 合可能な、請求項１５から請求項１６までのいずれか１つに記載のネットワーク 。
18. １８．前記選択手段は、周波数シフト手段を有し、これにより各光源が、光空間 スイッチの出力と結合される以前に所定量だけ周波数シフトされる、ヘテロダイ ン受信器と共に使用する、請求項１５から請求項１６までのいずれか１つに記載 のネットワーク。
19. １９．前記受信器は、受信器の光検波器に到達させるためだけの波長多重化の波 長の１つを選択信号に応答する調整可能なフィルタを含む、請求項２に記載のネ ットワーク。