JPH05136732A - フオールト‐トレラント・フアイバーオプチツク伝送システム - Google Patents

フオールト‐トレラント・フアイバーオプチツク伝送システム

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JPH05136732A
JPH05136732A JP4014827A JP1482792A JPH05136732A JP H05136732 A JPH05136732 A JP H05136732A JP 4014827 A JP4014827 A JP 4014827A JP 1482792 A JP1482792 A JP 1482792A JP H05136732 A JPH05136732 A JP H05136732A
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optical
signal
fiber
laser
modulated
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JP4014827A
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Henry A Blauvelt
エイ．ブラウベルト ヘンリー
Israel Ury
ウリイ イスラエル
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Original Assignee
Ortel Corp
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    • H04B10/032—Arrangements for fault recovery using working and protection systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/0278—WDM optical network architectures
    • H04J14/0279—WDM point-to-point architectures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/0287—Protection in WDM systems
    • H04J14/0293—Optical channel protection
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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノイズ及びひずみの改善されたフォールト‐
トレラント・ファイバーオプチック伝送システムに関す
る。 【構成】 フォールト‐トレラント・システムは同じ信
号ソースによって変調される複数のレーザー１０を有
し、信号１１はシングルモード・オプチカルファイバー
１２によって受信機へ伝送される。すべてのレーザーの
出力は光カプラーにおいて混合され、レーザーからの入
力信号を組合わせた信号が光カプラー１３から出力され
る。出力シングルモード・ファイバー１４は多数の受信
機１５に達する。同相信号を光学的に組合わせることに
より、いずれかのレーザーが故障しても信号強さが低下
するだけでシステムの動作は継続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はフォールト‐トレラント
・ファイバーオプチック伝送システムにおけるノイズ及
びひずみを極力少なくする装置及び方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】本願は１９９０年４月２４日に出願さ
れ、その後放棄された米国特許出願第07／513,827 号の
部分継続である。この先行出願の内容を参考のため本願
明細書中に引用する。
【０００３】光通信及び光データ伝送は今日広く現実の
問題として脚光を浴びている。電気的に変調されたレー
ザーを利用してオプチカルファイバーに信号を導入し、
オプチカルファイバーがこの信号を遠隔地の受信機にむ
かって伝送するのである。この種の技術の応用分野とし
てケーブルＴＶがあり、ここではデータ伝送に従来広く
利用されているディジタル信号の代りに振幅変調信号が
利用される。このようなアナログ・システムにあって
は、レーザーまたは光信号の変調器として作用する発光
ダイオード（ＬＥＤ）に発生するノイズやひずみを極力
少なくする技術の開発が望まれる。
【０００４】通信システムにあっては構成部分に障害が
生じてもシステム全体を作用不能に陥らせることなくこ
れに適応でき冗長度などを持たせることも必要になる。
換言すると、構成部分が障害を生じてもシステムがこれ
に耐えて動作を継続できることが必要である。
【０００５】あるケーブルＴＶ提供システムでは、半導
体レーザーを電気的に変調することによってはシングル
モード・オプチカルファイバーに信号を入力すると、オ
プチカルファイバーがこの信号を受像機に伝送するか、
またはこの信号を複数の受像機に伝送するため複数のシ
ングルモード・オプチカルファイバーに分割する光カプ
ラーに伝送する。マルチモードファイバーに発生するモ
ード・ノイズを回避するためシングルモード・ファイバ
ーを使用する。このようなノイズはモードごとに異なる
ファイバー沿いの伝播時間差から生ずる。
【０００６】このようなケーブルＴＶにあってはレーザ
ーの障害または劣化が受像機への信号障害となって現わ
れる。数台の受像機に対して、ファイバーオプチック・
システムを並列させた２つのレーザーを具えることでシ
ステムに冗長度を設けることができるが、当然の結果と
してコストが２倍になる。並列システムに伴なうコスト
をかけずにレーザーの障害に適用できるトレランスを確
立することが望まれる。
【０００７】
【発明の概要】そこで、本発明の好ましい実施例では、
フォールト‐トレラント・ファイバーオプチック・シス
テムが２本のシングルモード・オプチカルファイバーの
それぞれに同じ光信号を発生させる手段を含む。２つの
信号を互いに同相の状態で光カプラーに供給してこれら
２つの変調入力信号を混合し、２つの変調光信号を組合
わせた信号を少なくとも１本のシングルモード・オプチ
カルファイバー出力から送信する。それぞれの出力信号
はカプラーへの入力信号の平均であり、レーザーの一方
に障害が生じても他方のレーザーはシステムからの出力
光信号を供給し続ける。意外な結果として、この構成は
レーザーに起因するシステムのノイズ及びひずみへの関
与を軽減することにもなる。
【０００８】本発明の上記の、及びその他の特徴と利点
は添付図面に沿った以下の詳細な説明から明らかになる
であろう。
【０００９】
【実施例の説明】本発明の実施に使用される構成部分は
いずれも公知のものである。従って、個々の構成部分の
詳細な説明は省く。新規の成果を生むのは構成部分間の
相互関係である。
【００１０】ファイバーオプチック・システムは複数の
レーザー１０を含むと共に、レーザーの出力信号を制御
するための入力信号を供給してレーザー１０の出力を変
調する信号ソース１１を含む。信号ソースは例えばケー
ブルＴＶネットワークのためのＴＶ信号を出力する。使
用するレーザーの数は任意であるが、ここでは２つのレ
ーザーを使用する場合を例に取って説明する。
【００１１】各レーザーは変調光信号をシングルモード
・オプチカルファイバー１２に導入する。オプチカルフ
ァイバーは光カプラー１３への入力として作用する。こ
の実施例における光カプラーは一方のファイバー内の信
号が他方のファイバーへ“リーク”するように２本（ま
たは３本以上）のオプチカルファイバーを近接または合
体させたデバイスである。この種の光カプラーの簡単な
実施例では２本の出力ファイバーのそれぞれに約 1／2
出力の信号を形成するため一方の入力ファイバーを介し
て信号を導入するＹスプリッターとして作用する。この
ような光カプラーは複数の入力と複数の出力を有し、例
えば４×４カプラーは４本の入力ファイバーと４本の出
力ファイバーを有する。
【００１２】光カプラーからの出力ファイバー１４はそ
れぞれ受光器（受信機）１５と接続する。出力ファイバ
ーもシングルモード・ファイバーであるから、マルチモ
ード・ファイバーの場合に発生するモード・ノイズが信
号に影響することがない。ファイバーオプチック・シス
テムにおける受信機数は変調光源と同数である必要はな
く、光源数と著しく異なってもよい。例えば、主光カプ
ラー１３からの各出力ファイバーが多数の受信機に信号
を供給できるように出力ファイバー１４にスプリッター
として（図示しない）光カプラーを追加設置すればよ
い。即ち、冗長度を確保するため光カプラーへのシング
ルモード入力を複数とし、出力ファイバーを１本だけ設
けてこれを複数の信号ファイバーに分割するという構成
も可能である。
【００１３】このようなシステムの１例として、１つの
地区に散在する多数の受信機に対してシングルモード・
オプチカルファイバーによって入力ＴＶ信号を伝送する
ことができる。各受信機において光信号が再び電気信号
に変換されて個々の加入者に伝送される。
【００１４】一般的には、信号ソースからの電子信号が
Ｎ本の経路に分割され、同じ信号でＮ個のレーザーを駆
動する。次いでＮ本のオプチカルファイバー１２がＮ×
Ｎ′カプラー１３に集められ、該カプラーがＮ′本の出
力ファイバー１４に出力を均等配分する。各レーザーご
とに信号ソース１１から光カプラー１３までの電気的光
学的経路長を調整することにより、Ｎ個のレーザーから
の変調光信号がほぼ同相の状態でカプラーに達するよう
にする。即ち、信号は同相関係にあり、光周波数に左右
されない。各入力ファイバーの信号は各出力ファイバー
に導入される。光カプラーからの各出力は入力のほぼ平
均である。
【００１５】このようなシステムにおいては、互いに僅
かに異なる波長を有するように各レーザーを選択する。
波長差は２つの光周波数の差が電子信号の周波数帯域内
とならないように設定する。これにより、信号と干渉す
る光搬送波の“うなり”が防止される。例えば、システ
ムが1300nmの波長で動作する場合、差は0.1nm であり、
これは18ＧＨｚに相当し、ケーブルＴＶ帯域幅の外側に
ある。
【００１６】なお、レーザーの１つが故障すると出力フ
ァイバーにおける出力信号もこれに付随して低下する
が、信号は残りのレーザーから複数の受信機に伝送され
続ける。例えば２つのレーザーを有するシステムでは出
力信号は６ｄＢ低下するがシステムは動作を継続する。
従って、フォールト‐トレラント・システムでは予備シ
ステムに切換えたり、あるいは信号を全く失うことなく
故障したレーザーを取替えることができる。
【００１７】このようなシステムは搬送波／ノイズ比及
び搬送波／ひずみ比を改善することもできる。一般にＮ
×Ｎシステムと仮定すると、先ず１つのレーザーだけが
動作する場合についてシステムを分析するのが便利であ
る。カプラーは出力ファイバーにおける光学的強さを入
力ファイバーにおける光学的強さから（超過損失がない
と仮定して）係数Ｎだけ低下させる。カプラーを通過し
た直後の各出力ファイバーにおける強さＩは下記のよう
に表される：
【００１８】
【数１】
【００１９】ただし、ＩCWは持続波光レベル、Ｉsig は
変調信号レベル、Ｉnoise はノイズ、Ｉdistは信号周波
数ωを中心とするチェンネルにおけるひずみである。記
号“Ｒｅ”は各項の“現実部分”を考慮し、想像上の部
分は考慮しないことを示唆する。フォトダイオードのよ
うな受光器において測定される電気的出力は光学的強さ
の自乗の時間平均に関連する：
【００２０】
【数２】
【００２１】上記式中Ｉ2 の上方に記入したバーは時間
平均演算を示す。
【００２２】＊印が共役複素数を表わす式Ｒｅ［Ａ］＝
1／2 ［Ａ＋Ａ＊］を利用し、代入すれば：
【００２３】
【数３】
【００２４】ただし、Ｃ，Ｃは括弧の前のすべての項の
共役複素数である。因数ｅ±ｉωｔを有する項は平均し
て０になるから含まれない。信号、レーザーによって導
入されるノイズ、及びひずみは相関しないから、中括弧
内の項も０である。
【００２５】カプラーは信号の出力（ノイズ、ひずみ）
を係数Ｎ2 だけ低下させる。しかし、搬送波／ノイズ比
（ＣＮＲ）はそのまま変化しない。
【００２６】
【数４】
【００２７】搬送波／ひずみ比も同じ関係でそのまま変
化しない。
【００２８】次にＮ個のレーザーすべてが動作すると、
各出力ファイバーにおける強さは下記のように表わされ
る。
【００２９】
【数５】
【００３０】ただし、連続波及び信号の強さはどのレー
ザーについても同じである。電気的出力は光学的強さの
自乗の時間平均である。即ち、
【００３１】
【数６】
【００３２】ｅ±ｉωｔを含むクロス項は平均されて０
となる。他のクロス項の多くも（例えば信号やノイズの
ように）相関しないから時間平均ではほとんど消えてし
まう。例外があるとすれば、レーザーのひずみ挙動が互
いに似ている場合部分的に相関する可能性があるひずみ
項である。従って、
【００３３】
【数７】
【００３４】レーザーのひずみが相関する可能性を無視
すれば最終項も消える。比較のため、どのレーザーから
のノイズ及びひずみ関与もすべて等しいとすれば、
【００３５】
【数８】
【００３６】即ち、意外な結果として、搬送波／ノイズ
比（ＣＮＲ）が係数Ｎだけ改善される。
【００３７】
【数９】
【００３８】ひずみも同様に改善される。
【００３９】システムが２つのレーザーを含み（Ｎ＝
２）、各レーザーのノイズ及びひずみレベルがほぼ同じ
なら、このシステムのノイズ及びひずみは１つのレーザ
ーから得られるレベルに対して３ｄＢだけ改善される。
一方のレーザーのノイズ及びひずみが係数３（4.8 ｄ
Ｂ）だけ大きくなると、システム全体のノイズ及びひず
みは１つだけで動作するすぐれたレーザーから得られる
のと同じレベルとなる。すでに述べたように、レーザー
の１つが完全に作動できなくなると、システムのノイズ
及びひずみ特性は生き残りレーザーによって決定される
が、信号の出力は係数４（６ｄＢ）だけ低下する。
【００４０】なお、カプラーまたはその下流にはほかに
もノイズやひずみの発生源があるかも知れないから、シ
ステムのノイズ軽減は必ずしも上記のノイズ軽減と同じ
ではなく、入力電子信号からのノイズは相関性を維持す
るからシステムはこのようなノイズを除去しない。特
に、一方のレーザーからの光が他方のレーザーからの自
然放出と混合して余分のノイズを発生させることがあ
る。原理的にはこのようなノイズは各レーザーからの光
をカプラーに入射する前にフィルタリングすることで除
去することができる。
【００４１】先に述べたように、電子信号ソースから光
カプラーに至る信号経路長は変調信号が光カプラーへの
複数入力において同相となるようにすべてのレーザーに
ついてほぼ同じでなければならない。また、信号ソース
から複数レーザーに至る電子信号経路が等しくなるよう
に装置を組立てねばならない。この場合、時間遅延のた
めの標準経路長を有し、光カプラーに“プラグイン”可
能な出力オプチカルファイバーを具えたレーザーモジュ
ールを構成するのは容易である。もしレーザーが故障し
ても性能を劣化させることなくこのモジュールを取替え
ることができる。ファイバーの長さを制御することで容
易に遅延を調整できる。
【００４２】信号が互いに同相の状態で光カプラーに到
達するようにシステムを組立て、電子信号ソースと光変
調器の間の信号経路において遅延調整を行うようにして
もよい。この方が光路長を調整するよりも容易である。
【００４３】以上にノイズ及びひずみが改善されるフォ
ールト‐トレラント・ファイバーオプチック・システム
の実施例を１つだけ説明しかつ略示したが、このシステ
ムには多様な変更を加えることができる。例えば、変調
光源として半導体レーザーを採用するシステムを例に取
って説明したが、発光ダイオードなどを使用してもよ
い。また、レーザーが変調光を発するのではなく、レー
ザーからの光源を光カプラーに達するまでにレーザーの
外部から変調してもよい。さらにまた、このシステムを
変調光源としての光学的増幅器を下流側に有するレーザ
ーと併用してもよい。光学的増幅器もノイズ及びひずみ
を導入するが本発明によって改善されるから、この構成
も好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフォールト‐トレラント・ファイ
バーオプチック・システム一実施例を示す概略図であ
る。
【符号の説明】
１０ レーザー １１ 信号ソース １２ 入力オプチカルファイバー １３ 光カプラー １４ 出力オプチカルファイバー １５ 受信機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イスラエル ウリイ アメリカ合衆国，90036 カリフオルニア 州，ロサンゼルス，ノース デトロイト ストリート 410

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１シングルモード・オプチカルファイ
    バーに第１光信号を形成する手段と、 第２シングルモード・オプチカルファイバーに第２光信
    号を形成する手段と、 第１及び第２光信号形成手段を同じ電気信号で変調する
    手段と、 第１及び第２光信号を混合するためファイバーに接続し
    たカプラー手段と、 それぞれが第１及び第２光信号を組合わせた光信号を送
    信するカプラー手段からの複数のシングルモード・オプ
    チカルファイバー出力から成ることを特徴とするフォー
    ルト‐トレラント・ファイバーオプチック・システム。
  2. 【請求項２】 光信号形成手段がそれぞれ半導体レーザ
    ーから成ることを特徴とする請求項１記載のファイバー
    オプチック・システム。
  3. 【請求項３】 光信号形成手段がそれぞれレーザーから
    成り、各レーザーの波長が、レーザー間の周波数差が信
    号の帯域幅以内とならない程度に他のレーザーの波長と
    は充分に異なることを特徴とする請求項１記載のファイ
    バーオプチック・システム。
  4. 【請求項４】 シングルモード光信号を送信するための
    第１オプチカルファイバー出力を有する第１変調入力光
    源と、 シングルモード光信号を送信するための第２オプチカル
    ファイバー出力を有する第２変調入力光源と、 両光源を同じ信号で変調する手段と、 入力として第１及び第２オプチカルファイバーを有し、
    両光源からの変調信号が光カプラーへの入力おいて互い
    に同相となるように信号経路が変調手段から両光源を通
    って光カプラーに至る前記光カプラーと、 それぞれが第１及び第２オプチカルファイバーからの組
    合わせシングルモード信号を有する光カプラーからの少
    なくとも１つのシングルモード出力オプチカルファイバ
    ーから成ることを特徴とするフォールト‐トレラント・
    ファイバーオプチック・システム。
  5. 【請求項５】 光源がそれぞれ半導体レーザーから成る
    ことを特徴とする請求項４記載のファイバーオプチック
    ・システム。
  6. 【請求項６】 光源がそれぞれレーザーから成り、各レ
    ーザーの波長が、レーザー間の周波数差が信号の帯域幅
    以内とならない程度に他のレーザーの波長とは充分に異
    なることを特徴とする請求項４記載のファイバーオプチ
    ック・システム。
  7. 【請求項７】 複数のシングルモード出力オプチカルフ
    ァイバーを含むことを特徴とする請求項４記載のファイ
    バーオプチック・システム。
  8. 【請求項８】 第１変調シングルモード光信号出力を有
    する第１光源と、 第２変調シングルモード光信号出力を有する第２光源
    と、 両光源を同じ信号で変調する手段と、 光カプラーと、 第１光源を光カプラーへの第１入力に接続する第１シン
    グルモード・オプチカルファイバーと、 第１及び第２オプチカルファイバーが、第２光信号を第
    １光信号と同相にする長さとなるように第２光源を光カ
    プラーへの第２入力に接続する第２シングルモード・オ
    プチカルファイバーと、 第１及び第２オプチカルファイバーからの組合わせ信号
    を送信するための光カプラーからの複数の出力シングル
    モード・オプチカルファイバーから成ることを特徴とす
    るフォールト‐トレラント・ファイバーオプチック・シ
    ステム。
  9. 【請求項９】 光源がそれぞれ半導体レーザーから成る
    ことを特徴とする請求項８記載のファイバーオプチック
    ・システム。
  10. 【請求項１０】 光源がそれぞれレーザーから成り、各
    レーザーの波長が、レーザー間の周波数差が信号の帯域
    幅以内とならない程度に他のレーザーの波長とは充分に
    異なることを特徴とする請求項８記載のファイバーオプ
    チック・システム。
  11. 【請求項１１】 複数の光源と、 すべての光源を同じ信号で変調する手段と、 光カプラーと、 すべてのオプチカルファイバーにおける光信号が光カプ
    ラーに達すると同時に同相となるようにそれぞれの長さ
    を設定された各光源から光カプラーへのシングルモード
    入力オプチカルファイバーと、 複数の入力オプチカルファイバーからの組合わせ信号を
    送信するための光カプラーからの複数のシングルモード
    出力オプチカルファイバーから成ることを特徴とするフ
    ォールト‐トレラント・ファイバーオプチック・システ
    ム。
  12. 【請求項１２】 光源がそれぞれ半導体レーザーから成
    ることを特徴とする請求項１１記載のファイバーオプチ
    ック・システム。
  13. 【請求項１３】 光源がそれぞれレーザーから成り、各
    レーザーの波長が、レーザー間の周波数差が信号の帯域
    幅以内とならない程度に他のレーザーの波長とは充分に
    異なることを特徴とする請求項１１記載のファイバーオ
    プチック・システム。
  14. 【請求項１４】 ファイバーオプチック・システムにお
    ける変調器ノイズ及びひずみを極力少なくする方法にお
    いて、 第１変調光信号を第１シングルモード・オプチカルファ
    イバーに導入し、 第１光信号と同じ変調を施した第２変調光信号を第２シ
    ングルモード・オプチカルファイバーに導入し、 第１及び第２変調信号を両変調が互いに同相となるよう
    に光学的に組合わせ、 それぞれが第１及び第２変調信号の組合わせである複数
    の変調シングルモード光信号を抽出するステップから成
    ることを特徴とする方法。
  15. 【請求項１５】 各オプチカルファイバーが信号を同相
    状態で供給するのに充分な長さを有することを特徴とす
    る請求項１４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 光源間の周波数差が信号の帯域幅以内
    ではないことを特徴とする請求項１４記載の方法。
  17. 【請求項１７】 ファイバーオプチック・システムにお
    ける変調器ノイズ及びひずみを極力少なくする方法にお
    いて、 少なくとも２本のシングル・オプチカルファイバーのそ
    れぞれに同じ変調光信号を形成し、 ２つの変調信号を混合するためこれら２つの変調信号を
    互いに同相の状態で光カプラーに導入し、 ２つの変調信号の組合わせから成る信号をカプラーから
    の複数のシングルモード・オプチカルファイバーのそれ
    ぞれで送信するステップから成ることを特徴とする方
    法。
  18. 【請求項１８】 各光信号が単一の信号ソースによって
    変調されたレーザーによって形成されることと、信号が
    互いに同相となるように光信号の経路長を調整するステ
    ップを含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。
JP4014827A 1991-10-18 1992-01-30 フオールト‐トレラント・フアイバーオプチツク伝送システム Pending JPH05136732A (ja)

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US07/781072 1991-10-18
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