JPS62206996A

JPS62206996A - 光交換方法およびその装置

Info

Publication number: JPS62206996A
Application number: JP61048254A
Authority: JP
Inventors: Katsuki Tanaka; 田中　捷樹; Katsuyuki Imoto; 克之井本; Hiroshi Kuwabara; 弘桑原; Tahei Suzuki; 鈴木　太平
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-03-07
Filing date: 1986-03-07
Publication date: 1987-09-11
Also published as: US5111323A; EP0236796A2; EP0236796A3

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、複数の経路の光ファイバケーブルからの光信
号を電気信号に変換することなく光信号のまま交換を行
う光交換方法とその装置に関する。

〔従来の技術〕

光フアイバ伝送の普及に伴って、交換までを含めた光通
信網構成が検討されるようになってきた。

特に、加入者サービスの中心ノードである加入者線交換
機および中継線交換機への光波術の適用は。

網のディジタル統合化時代へ向けての大きなインパクト
を与えることが予想され、究極の形態として光ファイバ
ケーブルからの光信号をそのまま交換する光交換機の実
現が望まれている。この光交換機の研究は緒についた段
階であるが、方式アイデアはいくつか報告されている。

第３図および第４図は従来の光交換方式の概略構成図を
示したものであり、共に時分割型方式の例である。まず
、第３図から説明する。複数の加入者からの画像信号を
多重化装置３０１で電気的に時分割多重化した信号は、
電気−光変換器３０２で光信号に変換される。この光信
号は、各タイムスロットごとに光時間スイッチ３０３を
構成する第１の光スィッチ３０４において異なる長さを
有する光フアイバ遅延線３０５に送り込まれ、各光フア
イバ所定の遅延時間後、第２の光スィッチ３０６で読み
出される。第２の光スィッチ３０６が読み出す光信号の
順序は、第１の光スィッチ３０４で、どの光信号をどの
光フアイバ遅延線３０５に送り込んだかによって変るの
で、光信号の時分割交換が実現される。つまり、光フア
イバ遅延線３０５は光メモリとして動作していることに
なる。その後、光信号は光−電気変換器３０７で再び電
気信号に変換され、分離装置１３０８で各々の電気信号
に分離される。また、第４図の場合は、光フアイバ遅延
線の代りに双安定半導体レーザ４０４ａ”ｄを用いたも
ので、この双安定半導体レーザは微弱な入力光によって
大きな出力を出す発振状態に移行するメモリ機能を有し
ており、書込み光スィッチ４０３によって各タイムスロ
ットごとに分けられた光信号の有無が双安定半導体レー
ザ４０４ａ”ｄのレーザ発振の有無の形で記憶される。

この記憶された状態を、希望する順序で読出し光スィッ
チ４０５によって読み出せば１時分割交換が行われる。

しかし、これら従来例は、多重化装置、分離装置は電気
系であり。

交換機内の通話路系が光・電気混合型で構成されている
ため、超高速および広帯域、超多チャネル伝送を実現す
る上での障害となり、また、光・電気混合型であるため
、保守、取扱いも困難が生じるという問題点があった。

〔発明の解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、高速広帯域情報信号の交換という点に
配慮がされておらず、交換機内の通話路系が光・電気混
合型であるため、超高速および広帯域、超多チャネル伝
送の実現に障害となり、保守、取扱いも困難を生じると
いう問題点があった本発明の目的は、時分割多重化およ
び分離交換をすべて光信号のままで行い、通話系もすべ
て光化した新規の時分割光交換方法とその装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、複数の光回線からの光信号を入力して、こ
れを時分割多重化する光時分割多重化部と、該光時分割
多重化部から送られてきた各回線ごとの光信号の時分割
交換を行う光時間スイッチ部と、該光時間スイッチ部か
らの光信号を各回線ごとに分離して、これを別の複数の
光回線へそれぞれ出力する光分離部とで光交換装置を構
成することにより、達成される。

なお、光多重化機能と光時間スイッチ機能は一体化構成
のもので実現させてもよい。

〔作用〕

上記の構成により、例えば各加入者からの光信号は、そ
れぞれの光ファイバケーブル内を伝送させて、光交換装
置内の光時分割多重化部へ送り込、　　み、また光交換
装置内の光分離部の出力光信号は。

別のそれぞれの光ファイバケーブルを通して、例えば加
入者の光−電気変換部に伝送する。それによって、光交
換装置内では、時分割多重化および分離交換をすべて光
信号のままで行い、通話系をすべて光化することができ
る。

〔実施例〕

以下、第１図および第２図により本発明の詳細な説明す
る。これらの実施例は、テレビ電話システムを想定した
加入者と子局交換機間の光交換系の構成例であり、加入
者の数が１６の場合のものである。

まず、第１図の実施例から説明する。図において、Ｉは
光交換機であり、光多重化部一旦−１光時間スイッチ部
９、光分離部用、およびタイムスロット変換制御用電子
回路部１３からなっている。１−１〜１−１６は各加入
者のカメラ装置であり、これらカメラ装置からの映像情
報は、各々の電気−光変換器３−１〜３−１６で光信号
に変換され、各々の光ファイバケーブル５−１〜５−１
６内を矢印１７−１〜１７−１６のごとく伝搬し、光多
重化部−β−にそれぞれ入力される。光多重化部−β−
では、並列伝送されてきた上記光信号を時分割多重化し
て、光時間スイッチ部９に伝送する。光時間スイッチ部
９では、時分割多重化されて送られてきた各回線ごとの
光信号を順次光メモリに書き込み、それを読み出すとき
に所望の時間位置になるように時間順序を入れ替え読み
出しを行って、時分割交換を実行する。交換された光信
号列は光分離部用に送り込まれ、回線ごとに分離されて
、所望とする各加入者へ光ファイバケーブル６−１〜６
−１６を通して矢印１８−１〜１８−１６のごとく伝送
され、各々の光−電気変換器４−１〜４−１６で電気信
号に変換されて、モニタ装置２−１〜２−１６に映し出
される。タイムスロット変換制御用電子回路部１３の信
号は、これを符号１４．１５．１６のごとく光多重化部
一旦−１光時間スイッチ部９、光分離部旦に送り込むこ
とにより、光信号１９と２０の同期（ビット同期とフレ
ーム同期）がとられている。なお、通信、交換制御信号
は加入者側から送られる。この伝送方法には、波長多重
、あるいは本信号に先立ち送るなどがあり、これを交換
機側で受信して制御を行う、ここでは、簡単にするため
、この系については示していないが、当然含まれている
ことは言うまでもない。

本実施例は、第１図かられかるように、加入者側は端末
と電気−光変換器および光−電気変換器とで構成され、
光交換機との間を２本の光ファイバケーブルで接続した
簡単な構成であり、従来技術で存在したような電気多重
化部および分離部が不要である。また、本発明では、多
重化および分離と、時間スイッチ部の機能をすべて光で
行っているので、高速、広帯域信号を取り扱うことがで
きる。さらに、信号処理をすべて光で行うことにより、
耐雑音性を大幅に向上させることが可能であり、また、
小型化、経済性の向上も期待できる。

次に、第２図の実施例について説明する０本実施例は、
第１図の光多重化部一旦−と光時間スイッチ部９とを一
体化した光装置２１を用いて構成した例である。すなわ
ち、光装５ｉ２１では、各加入者からの並列光信号を時
分割多重化し、この時分割多重化された光信号を各回線
ごとに順次光メモリに書き込み、それを読み出すときに
所望の時間位置になるように時間順序を入れ替えて読出
しを行い、時分割多重化と交換とを同一装置内で実行す
る。

この光装置２１の具体的構成例については後述する。

以下、上記実施例で述べた光多重化部旦、光時間スイッ
チ部９および光分離部用の具体的な構成例について記述
する。

第５図に、本発明で用いる光多重化部旦の具体例を示す
１図において、２７は光ファイバケーブルであり、１６
本の光ファイバケーブルが４列４行に配列されている。

２８−１は分布屈折率平板マイクロレンズアレイであり
、上記各々の光ファイバケーブルの出射光を平行光に変
換するものである。

このレンズアレイは、例えば第６図に示すような構造を
有するものであり、すでによく知られたものである。２
９はマトリクス型ビームスプリッタであり、第７図にそ
の原理図を示す。これは、第７図に示すように１行側か
ら入射した光信号Ａ−１〜Ａ−１６と、列側から入射し
た光信号Ｂ−１〜Ｂ−１６とをそれぞれのビームスプリ
ッタ３４−１〜３４−１６で合流させるものである０例
えば、ビームスプリッタ３４−１に着目すると、光信号
Ａ−１の透過光信号と光信号Ｂ−１の反射光信号とを合
流させて合波光信号３５−１を得る。同様に、３５−２
〜３５−１６の合波光信号を得る。第８図はマトリクス
型ビームスプリッタ２９の概略図を示したもので、ガラ
スブロック３６内にハーフミラ−３４が４枚挿入された
構造のものである。

第５図において、３０はサンプリング用の光パルスを発
振させるレーザアレイであり、回出、伊賀両氏によるｒ
ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ面発光２次元レーザアレー（昭
和６０年度電子通信学会総合全国大会、Ｎα９３２）　
Ｊなる文献に記載のものを応用することにより、例えば
第９図に示すような構成のものが考えられる。これは、
面発光レーザ３７−１〜３７−１６が４行４列に１６個
形成されたものである。

なお５時分側条重化の方式には、電気系においてよく知
られているように、各チャネルの信号を１フレーム内に
１ビツトずつ多重化するピットインタリーブ、１つのチ
ャネルの何ビットかをまとめて多重化するワードインタ
リーブなどがあるが。

ここでは簡単のため、ピットインタリーブの場合を示す
。また、フレーム内には同期用の信号等も必要となるが
、信号交換においては本質的ではないので、ここでは説
明を省略する。さて、面発光レーザ３７−１〜３７−１
６は、加入者から送られてきた光信号パルス幅τに対し
て、τ／１６周期ずつ時間をずらしたサンプリングパル
ス光を発振させるように構成されている。また、これら
１６個の面発光レーザをτ／１６周期ずつずらして発光
させる順序を、タイムスロット変換制御用電子回路部１
３からの変換制御信号によって操作するようにすれば、
第２図に示すような光多重化部と光時間スイッチ部とを
一体化した構成が実現でき、時分割回線交換を行うこと
ができる。

第５図において、３１は光ＡＮＤゲートアレイであり、
光ＡＮＤゲート素子が４行４列に１６個配列されている
。この光ＡＮＤゲート素子は、例えば、ニス　ディー　
スミス（Ｓ、　Ｄ、　５ｗ１ｔｈ）氏ほかによる「ルー
ム　テンペレイチャ　ビジプル　ウェイブレンゲス　オ
プティカル　パイスタビリテイ　イン　Ｚｎ５ｅ　　イ
ンターフエレンス　フイルタズ（Ｒｏｏｍ　Ｔｅｍｐｓ
ｒａｔｕｒｅ＊Ｖｉｓｉｂｌｅ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｂ　１ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｉ　ｎ　
Ｚ　ｎ　Ｓ　ｅ　Ｉ　ｎｔｅｒ−ｆｅｒｅｎｃｅ　Ｆ　
１ｌｔｅｒｓ）　Ｊ　、オプティックス　コンミュニケ
ーションズ（Ｏｐｔｉｃｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏ
ｎｓ）　。

Ｖｏｌ、　５１．　Ｎａ５．　ｐ　３５７．なる文献に
記載の半導体差動利得デバイスを用いることによって実
現可能である。すなわち、第１０図に上記光素子の入出
力特性を示すが、同図３８に示されるような光入出力特
性において、面発光レーザの出射光（例えばＢ−１）の
光パルス振幅を、入出力の非線形的変化が生ずる光入力
レベルよりわずか低い値に設定しておき、加入者からの
光信号（例えばＡ−１）と合流した光レベル３５−１が
、上記非線形的変化が生ずる光入力レベルを超えるよう
に設定すれば、サンプリング光パルスが存在する時間だ
け出力光パルスが生ずることになり、光サンプリングを
行うことができる。

第５図において、２８−２はレーザアレイ３０の各々の
レーザ出射光を平行光に変換するための分布屈折率平板
マイクロレンズアレイである。また。

２８−３も同様に分布屈折率平板マイクロレンズアレイ
であり、これはそれぞれの平行光を、逆に１６対１型フ
アイバカツプラ３２の各々の光フアイバ内へ集光させる
ためのものである。この１６対１型フアイバカツプラ３
２は、第１１図に示すように、入力側光ファイバが４行
４列のマトリクス状に配列されており、出力側はテーパ
状にひねり、融着、延伸された形状部３９を有しており
、出力側にそれぞれの光が合波されて矢印１９方向に出
射される。

次に、第５図に示した光多重化部見における時分割多重
化の原理を、第１２図のタイムチャートを用いて説明す
る。−例として、加入者側からの光信号Ａ−１、Ａ−２
、・−−−−・Ａ−１６は、同図（ａ）のような波形で
あるとする。これに対して、レーザアレイ３０のサンプ
リング光パルスＢ−１、Ｂ−２、・・・・・・Ｂ−１６
は、同図（ｂ）、（Ｃ）・・・・・・（ｄ）のようにで
７１６周期ずつずれた光信号を発振させる。そして、光
ＡＮＤゲート素子に、Ａ−１とＢ−１、Ａ−２とＢ−２
、・・・・・・Ａ−１６とＢ−１６の合流信号がそれぞ
れ入力することにより、光ＡＮＤゲート素子の出力には
、同図（ｅ）に示すＣ−１゜Ｃ−２、・・・・・・Ｃ−
１６のようなτ／１６周期ずつずれた光信号が生じる。

そして、これらの光信号が１６対１型フアイバカツプラ
３２内に入力され、その出力側には同図（ｅ）に示すよ
うに時分割多重化された光信号が得られ、矢印１９のご
とく伝搬し、次段の光時間スイッチ部９に入力される。

光時間スイッチ部９には、例えば第４図に示したような
構成を用いることができる。また、前にも述べたように
、レーザアレイ内の各面発光レーザの発光時間を、所望
の変換条件すなわち時間順序で発光させれば、ファイバ
カップラ３２からの時系列光信号は、すでに時分割変換
を行った結果となり、従って第２図に示した構成が実現
できる。

次に、光分離部旦の光デバイス構成例について述べる。

第１３図に１本発明で用いる光分離部用の具体例を示す
。同図において、第５図と同一符号を付したものは同じ
機能を有するものである。同図中、符号４０は符号３０
と同様のレーザアレイであるが、第１５図のタイムチャ
ートで（ｄ）にに示すようなホールドパルス光を発生さ
せるよ−うにしたものである。なお、このレーザアレイ
３０はもう一つのレーザアレイ３０と同期がとられてい
る。符号４１は双安定半導体デバイスアレイであり、前
に述べたニス　ディー　スミス氏の文献にある差動利得
デバイスの使用条件を変えることにより、得ることがで
きる。その光入出力特性を第１４図に示すが、光入力信
号に対して光出力はヒステリシス特性をもっている。

次に、第１３図に示した光分離部用の動作を、第１５図
のタイムチャートを用いて説明する。第１３図において
、光時間スイッチ部９からの出力光信号２０は、１６対
１型フアイバカツプラ３２内に入射される。該ファイバ
カップラ３２の４行４列に配列された１６本の光ファイ
バの出射端には、上記光信号が１６に分割されて出力さ
れ、分布屈折率平板マイクロレンズアレイ２８−１に入
射する。該マイクロレンズアレイ２８−１に入射した各
々の光信号は平行光に変換され、マトリクス型ビームス
プリッタ２９に達し、ここで、サンプリング光パルスを
発振させるレーザアレイ３０の光信号が合流され、光Ａ
ＮＤゲートアレイ３１に入射する。上記の光信号系にお
いて、ファイバカップラ３２の各出射ファイバからの時
系列信号は、例えば第１５図（ａ）に示すようなもので
１時間幅での１フレーム内に１６チヤネルの信号が１ビ
ツトずつ多重化されている。

また、第１５図（ｂ）は、レーザアレイ３０の１つのレ
ーザからのサンプリング光パルスの形波を示したもので
、前に述べた光多重化部８の場合と同様に、光ＡＮＤゲ
ートの動作により、同図（ｃ）のような、時分割多重化
信号から１チャネル分の信号を抽出した波形が得られる
。このような操作が１６対１型フアイバカツプラ３２の
各出力ファイバの出力光に対してなされ１時分割多重化
信号は１６の空間的に分割された各チャネル信号に変換
される。

光ＡＮＤゲートアレイ３１の光出力信号は、第２のマト
リクス型ビームスプリッタ２９に入り、前に述べたレー
ザアレイ４０からのホールドパルス光（第１５図（ｄ）
）と合流して、双安定半導体デバイスアレイ４１に入射
する。この双安定半導体デバイスアレイ４１の各素子は
、前述した第１４図のような光入出力特性を有している
ので、ホールドパルスの振幅を、双安定半導体デバイス
アレイ２９の各双安定素子の入力側で第１４図の■の値
となるように設定し、各チャネルの信号パルス振幅との
和が双安定素子の出力側で■のレベルを超えるようにし
ておけば、入力パルスがない場合は、光双安定素子から
の出力はホールドパルスが存在しても■→■→■の軌跡
をたどるが、入力パルスがあると、■→■→■→◎→◎
の軌跡をたどり、入力パルスが消滅してもホールドパル
スが存在するかぎり光出力が得られる。従って、ホール
ドパルスの終端部に、第１５図（ｄ）に示すようなリセ
ット部分を設けておけば、双安定半導体デバイスアレイ
４１の各・双安定素子の出力には、第１５図（ｅ）に示
すような時分割多重化以前のパルス幅を有する光信号が
得られ、光多重分離が行われる。そして、その光信号は
分布屈折率平板マイクロレンズアレイ２８−３で集光さ
れて、光ファイバケーブル２７の中の１本の光フアイバ
内に入射し、加入者側に送られる。

以上の実施例は加入者と子局交換機との間の光交換系の
場合について説明したが、本発明は上記実施例にのみ限
定されるものではなく、例えば、一つの子局から他の子
局へ、あるいは子局から親局へつながるようにする場合
にも適用できる。また、加入者数も１６に限定されるも
のではなく、さらに多くてもまた少なくてもよい、さら
に、加入者側からの送信情報も、従来考えられているも
のを使うことができる。また、前記実施例では、単極Ｎ
ＲＺ符号で示したが、他の符号、例えば単極ＲＺ符号で
もよい、また、レーザアレイ３０の代りに、発光ダイオ
ードを用いてもよい。

［発明の効果〕本発明によれば、信号の時分割多重化および分離を、電
気信号に変換することなくすべて光で行い、また回線交
換を行う通話系もすべて光で行えるので、高速広帯域情
報信号を取扱うことができる。また、光で信号処理を行
うので、耐雑音性を大幅に向上させることが可能となり
、さらに、小形化、経済性の向上も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例の装置を示す構成
図、第３図および第４図は従来の光交換方式を示す概略
構成図、第５図は本発明で用いる光多重化部の具体例を
示す構成図、第６図ないし第１１図は該光多重化部に用
いる光デバイスの具体例を説明するための図、第１２図
は該光多重化部による時分割多重化の原理を説明するた
めのタイムチャート、第１３図は本発明で用いる光分離
部の具体例を示す構成図、第１４図は該光分離部に用い
る光デバイスの具体例を説明するための図、第１５図は
該光分離部の動作を説明するためのタイムチャートであ
る。符号の説明１−１〜１−１６・・・カメラ装置２−１〜２−１６・・・モニタ装置３−１〜３−１６・・・電気−光変換器４−１〜４−１
６・・・光−電気変換器５−１〜５−１６．６−１〜６
−１６・・・光ファイバケーブルト・・光交換機且・・・光多重化部９・・・光時間スイッチ部胆・・・光分離部１３・・・タイムスロット変換制御用電子回路部２１・
・・光多重化部と光時間スイッチ部とを一体化した光デ
バイス部

Claims

【特許請求の範囲】１、複数の第１の光ファイバケーブル回線から並列伝送
されてきた光信号を時分割多重化し、時分割多重化され
た光信号列に基づいて各回線ごとの光信号の時分割交換
を行い、時分割交換された光信号列に基づいて光信号を
各回線ごとに分離するとともに、これを複数の第２の光
ファイバケーブル回線に出力し並列伝送することを特徴
とする光交換方法。２、複数の第１の光ファイバケーブル回線から並列伝送
されてきた光信号を入力して、これを時分割多重化する
光時分割多重化部と、該光時分割多重化部からの光信号
列を入力して、各回線ごとの光信号の時分割交換を行う
光時間スイッチ部と、該光時間スイッチ部からの光信号
列を入力して、光信号を各回線ごとに分離し、これを複
数の第２の光ファイバケーブル回線に出力し並列伝送す
る光時分割分離部と、前記光時分割多重化部および前記
光時間スイッチ部のタイムスロット変換制御を行うタイ
ムスロット変換制御用電子回路部とから構成されたこと
を特徴とする光交換装置。３、特許請求の範囲第２項に記載の光交換装置において
、光時分割多重化部と光時間スイッチ部とが一体化され
たことを特徴とする光交換装置。４、特許請求の範囲第２項または第３項に記載の光交換
装置において、光時分割多重化部もしくは光時分割多重
化部と光時間スイッチ部とが一体化されたものの出力側
と、光時分割分離部の入力側との間を結ぶ光伝送路が、
単一の光ファイバケーブルからなることを特徴とする光
交換装置。