JPH0716171B2 - 光通信回路網 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光ファイバ通信回路網、特にステーションから
の単一ライン電話通信を提供する回路網の構成に関す
る。

光ファイバ通信回路網の発達への１つの方法は、10以上
のラインを有する大規模のビジネス顧客の電話通信およ
びデータの必要性に要点を絞られたS.大原氏による文献
（“Future evolution of British Telecom's private
circuit and circuit switched services",IEEE Colloq
uium,1986年２月）に記載されたようないわゆるFAS回路
網である。FASタイプの構造の基本的欠点は、各顧客か
らローカル交換機への直接的な専用のポイントからポイ
ントの光学リンクに依存していることである。これは、
２乃至５ラインしか持たない小乃至中規模のビジネス顧
客がFASタイプの回路網に接続することは経済的に不可
能であることを意味する。単一ラインの電話通信を必要
とする居住顧客にはコストの要求は一層困難であり、現
状から判断して交換機からの１顧客当りの直接光学接続
が商業的に可能であるとは考えられない。

大規模なビジネス顧客以外に光ファイバの使用を拡大す
る１つの方法は、例えばW. K. R. Ritchie氏による雑誌
（“The British Telecom Switched star network for
CATV",BT Technology Journal,19849月）に記載された
ようなケーブルテレビジョンのような電話サービスに加
えて新しい広帯域サービスを提供することである。

このような方法において、その対策の目的は集積多重サ
ービス回路網の方向に移行し、居住顧客への光学接続の
拡大に要する比較的高い費用が狭帯域（電話通信＋デー
タ）および広帯域（エンターテイメントTV,ビデオライ
ブラリィサービス等）の両サービスの結合した収入で正
当化できるように両タイプのサービスを伝達することで
ある。しかしながら、この方法に関する大きい難点はこ
のようなサービスに対する顧客要求が莫大な必要投資金
を正当化するのに不十分なことである。それにもかかわ
らず、集積多重サービス回路網の発達が最終的に必然的
なものであり、それが1990年代のある段階で発生するで
あろうという考えは英国および外国の双方において保持
されている。このような環境が広がっていく一方で、そ
の他の光テクノロジィのローカルループへの拡大は基本
的な電話通信／データサービス提供に関する費用の効果
的な解決方法の導入に基づいてかなり正当化されなけれ
ばならない。

１つの可能な方法は、既知の銅線リンクが電話通信／デ
ータ顧客に対する最終的な供給のために使用され、街路
割当て点（DP）までしか光ファイバが延在しない部分的
な光学的解決方法である。

この方法はいくつかの欠点がある。通信量が交換器への
高度に多重化したフィードバック装置に対して経済的に
集中するフィールドにおいて、遠隔的に配置された電子
通信機器を使用することが必要とされる。電子通信機器
の動作は一般に街路キャビネットレベルおよびDPの両方
で必要である。後者はまたそれら自身のDPを正当化する
のに十分に大きいビジネス顧客を除いて街路配置されて
いる。このようなシステムに関して、遠隔の電子通信機
器ノードの保守、信頼性、電力供給および電力消費に関
連した潜在的な問題がある。

本発明の目的は、デジタル通信回路網中の分岐回路網中
の反射の存在を監視して、反射源の位置を決定し、分岐
回路網中の線路の破壊或いは劣化についての警告を早期
の段階で提供することのできるデジタル通信回路網の中
央ステーションを提供することである。

この目的を達成するために、本発明は、複数のアウトス
テーションと、中央ステーションと、中央ステーション
とアウトステーションとの間の両方向伝送のための中央
ステーションからの単一の導波体および１以上の受動ス
プリッタおよび複数の第２の導波体を含む導波体の分岐
回路網とによって構成されているデジタル通信回路網中
央ステーションであって、予め定められたビットパター
ンの形態で同期信号をそれぞれ含むフレーム流れの形態
でアウトステーションにデータを送信する送信手段を具
備している中央ステーションにおいて、予め定められた
２進シーケンスにしたがって各フレームの同期信号およ
びデータビットをスクランブルするスクランブル手段
と、アウトステーションから受信されたデータ中のスク
ランブルされた同期信号の存在を検出し、スクランブル
された同期信号の伝送の間の時間と受信したデータにお
けるその検出時間から分岐回路網中の反射源の位置を決
定する手段とを具備していることを特徴とする。

OTDR技術は、光学導波体中の破損等を検出する市販の試
験装置において知られている。特有のパターンが発生さ
れて導波体中に放射され、自動相関器が発生されたパタ
ーンの反射の時間遅延を決定するために使用される。

中央ステーションにこのような市販の装置を内臓するこ
とは費用がかかり、さらに中央ステーションがサービス
を行っていないか、或はこのために特に割当てられた放
送フレームの少なくとも一部にある間に試験するために
使用されるだけであり、これはオーバーヘッドの量すな
わちフレームの非メッセージ部分の量を増加する。

本発明ではオーバーヘッドを増加せずに反射を連続的に
検査し、市販の試験装置の出費を回避している。フレー
ム中の同期信号は予め定められたシーケンスであり、ア
ウトステーションで受信された放送フレームが連続する
ゼロビットをカウントし、アウトステーションが連続し
たゼロの予め定められた数をフレームに対する同期信号
として認めることが可能であるために、１ビットでリセ
ットするカウンタに与えられる２進法のゼロのストリン
グであることが好ましい。

このようなゼロビットのストリング自身はOTDRに適切で
はない。しかしながら、アウトステーションにおけるク
ロック再生を複数変化させるために放送フレームは中央
ステーションにおいてスクランブルされ、アウトステー
ションでデスクランブルされ、スクランブル／デスクラ
ンブルのためのキーシーケンスは疑似ランダム２進シー
ケンス発生器によって生成されることが好ましい。した
がって、放送フレームは常にスクランブルされた同期シ
ーケンスを含み、破損等からの反射に関する検査はそれ
がデスクランブルされる前にスクランブルされた同期信
号および入来した粗データを受信する自動相関器の付加
によって行われる。

最長の予測遅延を知ることによって、自動相関器の動作
は中央ステーションで受信されたデータにおいて重要な
領域だけにしたがって調節されることができる。

回路網は各交換ラインに対する128光学スプリットを20M
ビット／秒のビット速度で動作させる。このビット速度
／スプリット結合はビジネスおよび居住の両顧客に望ま
しい選択の組を提供する。したがって、128（120個の顧
客と８個の試験ポートの和）の選択された最大スプリッ
トにおいて、所望ならば、各顧客に対してISDN 144kビ
ット／秒のチャンネルを供給する能力または同等の能力
が利用できる。多数ラインの顧客が主体であるビジネス
区域に対して、低い光学スプリットか使用され、高い能
力を１顧客ごとに提供させる。第１の例において、回路
網は20Mビット／秒の供給能力内で十分に能力を与え、6
4kビット／秒ラインの付加的な数を提供するか、或はい
わゆるISDNサービスを導入することに関連して両者を更
新するための実質的なマージンを残すように設計されて
いる。

このような回路網において、システムは全て第１の顧客
組によって最初に要求されたスプリットの実際の程度に
関係なく、完全な128方法のスプリットに適した固定し
た光学損失基準に設計されていることが好ましい。これ
は大きい設計フレキシビリディを与え、要求の発生に応
じて付加的な顧客を回路網に接続させる。したがって、
128ウェイマトリクスの全段階はアウトセットで構成さ
れ、完全な損失特性を呈するが、最少数のカップラだけ
が最初の顧客との接続を行うように設けられる。

種々のビジネスまたは居住顧客に直接ファイバ供給を行
う完全受動光学回路網である回路網が設けられるが、本
発明による光学回路網に適合し、十分に改良し得る加入
者に対するDPおよび銅線接続部に活動電子ノードが存在
するハイブリッド変形を形成するいくつかの電気リンク
に関連することができる。このようなシステムは、電話
通信サービスだけに対するコストターゲットが非常に厳
しい居住市場への初期の進出を非常に経済的にする。

本発明の別の重要な利点は回路網の進化である。この構
造は同一の受動光学回路網で新しい広帯域サービスを伝
送する分離した光学波長を付加することにより、将来の
広帯域多重サービス回路網へ進化するための機会を提供
する。これは、適切な計画を与えられた元のサービスを
中断せず、またはその費用に負担をかけることなく可能
でなければならず、最初の構成の際に設けられる。

本発明の光学回路網の素子部分は便宜上（Ｉ）光学テク
ノロジィおよび光学システム設計、（II）光学的外部設
備、（III）ビット伝送システム設計、（IV）回路網イ
ンターフェイスおよびシステム全体の設計、ならびに
（Ｖ）回路網マネージメントおよび試験の主要な分野に
分類して以下順次論じられる。

Ｉ 光学テクノロジィおよび光学システム設計 （ａ）回路網トポロジィ トポロジィの選択は、回路網の全体的な費用を最小化に
おける重要な事柄である。本発明による受動光学回路網
を提供するために実行されることができるいくつかのト
ポロジィ（位相幾何学）がある。最終的な選択において
重要なことは、設置および保守費用、提供されるサービ
ス、拡大計画および広帯域サービスへの進化の可能性で
ある。考慮されるそれぞれの選択に関して、最初の回路
網の費用問題はまたは将来的な進化の可能性に対して注
意深く加重される必要がある。全体的な両方向動作、部
分的な両方向動作、交換機と顧客との間の分離した上流
および下流リンク、並びにDPと他の全ての任意のファイ
バ回路網における顧客との間のリンクにおける銅線の使
用が含まれる。

（ｂ）光学スプリッタテクノロジィ 光学パワースプリッタは、通常溶着ファイバカップラで
ある。しかしながら、十分に現像された場合のホロダラ
フ装置のような長期間の選択は潜在的に低コストを実現
する手段を提供する。

（ｃ）顧客のレーザ送信機モジュール 顧客のレーザは、顧客の費用に影響を与える最も重要な
素子の１つである。低コストであるために必要な任意の
装置に対する詳細な動作要求は特にパッケージ設計にお
ける選択、駆動および保護電子装置、並びにレーザの信
頼性（環境特性と結合された）を決定する。例えば、冷
却されないパッケージは電力消費を減少し、パッケージ
設計および組立てを簡単にし、全体的な送信機のコスト
を減少するために低コストの送信機モジュールとして望
ましい。しかしながら、冷却装置を除去すると周辺温度
範囲の上限でレーザ劣化速度の結果的な増加によりレー
ザー温度が制御されなくなる。さらに、レーザとファイ
バとの間の結合の温度依存性の臨界性が著しくなる。こ
のシステムにおいて、回路網の分割損失を克服するため
に高いパルスパワーが必要である。過度のピーク光学パ
ワーが回避されるべき（高い電流密度および低い信頼性
となる）ならば、良好な結合効率の低コストパッケージ
が望ましい。現在考えられている20Mビット／秒のビッ
ト速度は低コストのCMOS VLSIの使用を可能にするが、
その代わりとして45乃至50Mビット／秒で動作する送信
機／受信機が設けられることができる。このような装置
はもっと高価な電子装置を使用するが、パッケージ費用
が支配的であることを考慮すると事実上全体的に安価で
ある。後者は主に予想生産量によって決定される工場投
資／オートメーションの程度によって影響される。

上記の事項はここに記載された本発明のような回路網を
構成する費用に関連し、結果的に費用の増加になるが、
もっと高価なレーザ装置が使用されることができること
が理解されるであろう。

顧客送信機は、本発明の出願人による英国特許第870006
9号明細書（1987年１月５日出願）に記載されているよ
うに低いデューティサイクルで動作することが好まし
い。さらに、レーザ出力レベルは、顧客送信機から監視
フォトダイオードを除去させるか、或はそれが検出器と
して自由に使用される本発明の出願人による英国特許第
8710736号明細書（1987年５月、第６出願）に記載され
ているように交換機による遠隔監視によって制御される
ことが好ましい。

（ｄ）顧客受信機モジュール 顧客受信機は、少ないラインを有する顧客に対する回路
網の経済的な浸透を保証するためにほとんど送信機モジ
ュールと同じ価格削減が必要であるが、これは光学パワ
ー費用したがって回路網の全体的な費用に悪影響を及ぼ
すので低性能のコストでこれを得ることはできないこと
が強調される。

（ｅ）光学遮断フィルタ 光学遮断フィルタは、既存の電話通信顧客を妨害せずに
回路網の将来的向上が可能なことを保証するため好まし
い素子である。いくつかの回路網幾何学的形状の選択
（例えば完全な二重送信）に対して、それは反射から生
じる混信の問題を解決する際に役立つ。したがって、異
なる波長が上流および下流方向で使用された場合に使用
されるならば、狭帯域のフィルタが反射された光が受光
器に達する前にその反射を弁別するために使用されるこ
とができる。

種々の技術が低コストの装置を実現する可能性をもたら
す格子、干渉およびホログラフ装置と共に利用すること
ができる。

最初の分析は、費用および動作上の難点を最小にするた
めにフィルタに最適な場所が顧客受信機内であることを
示す。選択には受信機フォトダイオードとパッケージテ
ールファイバとの間への重クロム酸ゼラチン（DCG）の
スライバー、多層誘電性干渉およびフォトポリマーフィ
ルタの挿入、或はウェハ段階において他層誘電体その他
のフィルタ材料を直接受信機フォトダイオードに設ける
ことを含む。フィルタを設けるその他の方法は以下に考
慮されている。

（ｆ）光学交換機 光学交換機は顧客装置ほど費用の影響は受け難いが、動
作特性要求は大きい。レーザ送信機は高い平均出力パワ
ーおよび良好に制御され厳密に限定された中心波長を有
していることが必要である。好ましくは、単一の縦方向
モードソース（例えば、DFBまたはDBRレーザ）が、光学
スペクトルの最小の幅が最初の電話通信サービスに割当
てられることだけ必要であり、したがって将来のサービ
ス拡張のためにできるだけ多くの有用なスペクトルを保
存することを保証するために使用される。受信機は等し
くない通路減衰と顧客レーザ出力パワーの許容範囲にお
ける変動による不完全な距離遅延補償および隣接したビ
ットにおける等しくない光学パワーのために、それらに
感応し、タイミングジッタと適合することが必要であ
る。したがって、受信機はDC結合設計であるか、或は光
学ビット流のゼロレベルに関してDC結合された決定回路
中に少なくともしきい値レベルを有していることが好ま
しい。

II 光学的外部設備 （ａ）受動回路網設計 理想的には、回路網は追加される電話通信顧客および新
しいサービス（波長）の両者に関して成長して変化でき
るように設計されている。最も好ましい形態において完
全に二重送信される分岐回路網で、設備の波長範囲およ
び反射に対する回路網の感応性は、回路網の寸法および
各素子への制限に大きい影響を与える重要な問題であ
る。出願人による研究によれば、反射の影響が著しく、
完全に二重送信されるファイバ回路網が上流および下流
に対して使用されない場合にはそれらの影響が考慮され
る必要があることが示されてる。設備の波長範囲は新し
いサービス波長の追加にとって重要である。パワー予算
を最適にする各素子の波長の平坦さおよび素子の全体的
な調和は本発明による回路網の設計において考慮される
必要がある。

（ｂ）素子 ここで重要な素子は波長平坦カップラアレイ、光学遮断
フィルタ、顧客装置における使用のためのコネクタおよ
び全環境において大規模に使用するのに適した接合技術
である。このリスト上の最初の２つは既に上記のセクシ
ョンＩで論じられている。その代りとして干渉（または
別の）光学フィルタは顧客の敷地でコネクタ内に内蔵さ
れることができる。顧客のコネクタを回避し、“ハード
ワイア”方法に依存する別の計画はもう１つの可能性で
ある。システム中に光学フィルタを内蔵する別の方法
は、例えば顧客装置またはリードイン光学ケーブルのい
ずれかにおいて接合されることが必要なファイバベース
の装置を含んでいると考えることができる。

III ビット伝送システム設計 （ａ）回路網のビット伝送システム（BTS）は最終的に
多数の異なるサービス、例えば アナログ電話通信−チャンネル外信号 （64＋8kビット／秒） アナログ電話通信−チャンネル内信号 （64kビット／秒） 基本速度ISDN−（２×64＋16kビット／秒） 初期速度ISDN−（2048kビット／秒） を伝送してインターフェイスする必要がある。

主要な最初の要求は、チャンネル外信号（64＋8kビット
／秒）を有するアナログ電話通信の伝送であると考えら
れるが、サービスアクセスユニットだけを変化すること
によって上記に述べられた全サービスを伝送することが
できるフレームおよびチャンネル割当て構造を有するBT
Sを設計することが非常に好ましい。これは、例えば将
来の新しいサービスとの適合性にとって重要である。

上記のサービス例に対して最高の共通係数ビット速度は
8kビット／秒である。この速度はまた125μｓの基本フ
レーム期間に対応したスピーチサービス用のサンプリン
グ速度であるため、125μｓの基本フレーム内の各ビッ
トは8kビット／秒の基本チャンネルに対応する。顧客サ
ービスは、これらの8kビット／秒のチャンネルの整数を
割当てることによって提供され、例えばチャンネル外信
号を有するアナログスピーチは125μｓの基本フレーム
内の９ビットに対応したスピーチ整数を保存するために
それぞれ8kビット／秒づつ配置された９つのチャンネル
を割当てられ、基本速度ISDNサービスは18個のこのよう
な8kビット／秒チャンネルすなわち基本の125μｓフレ
ーム内の18ビットを割当てられる。

基本フレーム内の情報チャンネルに加えて、各顧客光学
端末用の8kビット／秒の管理チャンネルもある。これは
管理メッセージを伝送する。これは、チャンネル外信号
を有する１つのアナログ電話通信チャンネルを要求した
顧客に合計10個の基本8kビット／秒のチャンネルが割当
てられ、対応的に基本速度ISDNの顧客が合計19個の8kビ
ット／秒のチャンネルを割当てたことを意味する。

基本フレーム構造に対する別の可能性は、両方向の送信
に対して同一のフレーム構造を保持しながら、低いデュ
ーティサイクルモードで顧客レーザを動作することによ
って得られるいずれの利点でも最大にするためにビット
インターリーブプロトコールを使用することである。こ
れは、特定の顧客に連続的に割当てられたビット（8kビ
ット／秒のチャンネル）を送信するのではなく、125μ
ｓの基本フレーム期間を通じて非常に均一に拡散される
ことを意味する。

（ｂ）自動レンジシステム 全体的な構造内において周期的に、予備時間（サービス
データが送信されていないとき）はレンジ（距離測定）
処理のために保存されなければならない。レンジのため
に保存される時間の量は、レンジが実行されることがで
きる地理的距離を決定する。レンジが生じる周波数は行
われるビット速度オーバーヘッドを決定する。タイミン
グおよび同期の説明を簡単にするために、レンジ期間は
基本フレーム期間（125μｓ）の整数倍であるべきであ
る。125μｓのフレーム期間は10kmまでの地理的距離に
対して適切な時間で測定させ、一方250μｓは20kmまで
の地理的距離を測定させる。ビット速度オーバーヘッド
をほぼ１％に減少するために、レンジに対して10ms期間
が可能である（これは、１つのレンジフレームによって
後続される80個の基本データフレームに対応し、81/80
のビット速度の増加となる）。

３つのレベルまたはレンジの相があることが好ましい。

相１のレンジは、最初にシステムに接続される光学的終
端（OT）に対して発生する。この場合、交換機端末はOT
へおよびそれからの通路遅延に関する情報を持たない。
したがって、交換機端末はこの通路遅延を測定し、それ
に続いて正しいタイミングに対して開始されるべきロー
カル遅延を新たに適合されたOTに知らせるためにレンジ
期間を使用する。

相２のレンジは、新しい呼出しが開始されたとき、或は
光学端末がローカル電源から接続を解除された後オンに
切替えられたとき回路網に既に接続された端末に対して
発生する。この場合、レンジプロトコールは前にOTに割
当てられた遅延期間を検査し、もし必要ならば少し訂正
を行う。レーザ寿命を最大にするために、OTは通信を伝
送しない場合には送信しない、したがってレンジはアイ
ドル端末に対して生じないと考えられる。

相３のレンジは自動的であり、周期的に実行され、一方
OTは通信を伝送する。交換機端末は各活動端末からのタ
イミングを監視し、タイミングのいくつかがドリフトし
始めた場合、これらの端末に（管理チャンネルを使用し
て）ローカル遅延に対する小規模の訂正を行うように命
令する。

レンジ機能は上流方向に各顧客のデータを同期し、異な
るライン長および回路網にわたる伝播遅延の変動を補償
する手段を提供する。自動レンジは、タイミングドリフ
トを訂正するように周期的に小規模の調節をするために
必要である。顧客回路網の端末に予備バッテリィシステ
ムを設けることは、本体故障中に電話通信サービスを維
持するために必要である。

IV 回路網インターフェイスおよびシステム全体の設計 前のセクションで論じられたBTSは、受動光学回路網を
通ってビットを伝送する手段を提供する。通信回路網の
要求全体に適合するサービスが実行されることを可能に
するために、適切なインターフェイスがBTSとデジタル
交換機との間、並びにBTSと顧客装置との間に必要であ
る。全体的なシステムは試験、回路網インターフェイ
ス、信頼性、回路網マミージメント、給電給等を包括す
る。

（ａ）サービス 本発明による回路網の主要なサービス要求はアナログ電
話通信であると考えられる。このようなサービスは実効
的な費用により顧客の敷地のアナログ直接交換ラインイ
ンターフェイスと64kビット／秒のスイッチ回路網へのD
ASS22.048Mビット／秒のインターフェイスとの間で行わ
れなければならない。アナログ電話通信の他にも、銅の
対のローカル回路網に対して類似した方法で現在支持さ
れている多種のサービスがある。BTSフレーム構造およ
びプロトコールは、基本速度ISDNまたはCATV信号を伝送
するのに十分にフレキシブルでなければならない。将来
の新しいサービスの追加が制限のある“電話通信専用”
設計により損なわれないことは重要な原理である。しか
しながら、最小の費用の回路網を設けることはこの目的
と矛盾し、微調整が行われる必要がある。付加的なサー
ビスを提供するために使用され得る方法は、ビット速度
を増加しフレーム構造を拡大することによるTDM使用の
増加、WDMの導入および付加的なファイバ設備を含む。
これらの方法は以下に説明されている。

（ｂ）回路網および顧客インターフェイス 英国の回路網に対する主要な要求は、時間スロット16に
おいて統計的多重化された信号との2.048Mビット／秒の
DASS2の接続にわたって64kビット／秒のスイッチ回路網
に回路網をインターフェイスすることである。プロトコ
ール変換は、デジタル交換機で必要とされる統計的に多
重化された形態にBTSに対するチャンネル関連信号から
変化するために交換機端末で必要とされる。基本速度IS
DNは類似した方法、すなわちDASS2へのＩシリーズ変換
で処理される必要がある。しかしながら、将来のある時
点で64kビット／秒のスイッチ回路網は、DASS2へのＩシ
リーズ変換を回避させるＩシリーズプロトコールを処理
することができるであろう。アナログ電話通信顧客イン
ターフェイスに対する規格はBTNR315において定められ
ているが、顧客端末でなく、交換機におけるインターフ
ェイスにのみ関連している。

顧客ユニットのレンジは、多数ラインのビジネス利用者
から単一ラインの居住利用者まで提供されると考えられ
る。基礎的な素子のモジュールは、動作フレキシビリテ
ィを与えるいずれの顧客ユニット設計にとって基本的で
ある。ループ接続解除およびMF4信号は適合される。

（ｃ）ケーブル化 この分野における多数の問題は任意の回路網構造に共通
である。既存の解決方法に対する修正は交換機−キャビ
ネットおよびキャビネット−DPの結合を適切に改善する
ものである。回路網の街路多重変形はケーブルの発達を
それ程必要としない。

（ｄ）給電 顧客敷地における回路網端末は、顧客によって設けられ
たAC主電源に依存している。これは、ローカル交換機か
ら電力供給する銅線対回路網に関する現状からの発展で
ある。

（ｅ）ハウジング 最初の目的は、モジュールフォーマットで既存のキャビ
ネット内に素子を取付けることである。

DP位置は、端末（例えば、ポール上部のまたは歩道のボ
ックス中のドロップケーブル端末）を適合されるDP計画
を考慮して導かれる必要がある。同様にして、装置の開
発の前に評価を要する顧客端末の選択が行われる（家屋
内、ガレージ中等）。顧客端末に関して、物理的な保護
は、給電、予備バッテリィ等と共に明らかに表明される
事柄である。実際に、顧客はドロップケーブルから内部
ケーブルへ変化するためのものと、家庭用電子機器、バ
ッテリィ等に対するものである２つのハウジングを必要
とする。

街路多重化選択の考えによると、本質的に予備のハウジ
ングが設計され、端末問題のいくつかを外部回路網に移
す。したがって、給電および環境上の項目はこの分野に
関して述べられる必要がある。

Ｖ 回路網マネージメントおよび試験 回路網マネージメントは、効果的で信頼性の高い方法で
回路網を動作し維持する手段を提供する。高度の遠隔中
央集中管理を実現するために必要な設備は、装置の状態
の監視、遠隔試験および診断、故障報告および分析、訂
正および再生処理、回路網初期化、構成およびリソース
マネージメントを含む。

全体的な回路網保守の目的は、顧客に対して最小の費用
および損傷で故障を速く検出して修理することである。
理想的にはこれはサービスの小さい劣化を検出する手段
により、故障がサービスに深刻な影響を与える前に行わ
れるべきである。中央集中回路網管理および診断は、故
障が熟練技術者の一度の訪問で修正されるようなレベル
に故障局部化の可能性を与えるべきである。

いくつかの保守機能は、居住用動作および保守センター
（OMC）への交換機を介した2.048Mビット／秒のインタ
ーフェイスによって通過するDASS2メッセージ内に含ま
れている。しかしながら、別の機能は多数の顧客装置の
回路網管理局チャンネルからデータを収集する回路網管
理センターから管理される必要がある。

以下、添付図面を参照して本発明の特定の実施例を説明
する。

第１図は光ファイバ通信回路網の概略図である。

第２図は、完全な両方向性動作用に構成された第１図の
回路網の概略図である。

第３図は部分的な両方向性動作用に構成された回路網の
概略図である。

第４図は、顧客が銅対によってDPに接続されている回路
網の概略図である。

第５図は第１図乃至第４図の回路網と使用するための溶
融された光学カップラアレイの概略図である。

第６図は、第１図乃至第４図の回路網と共に使用するた
めのBTSの概略的なブロック図である。

第７図は、第１図乃至第４図の回路網の顧客端末におい
て使用される保護伝送モジュールの概略的なブロック図
である。

第８図は、第１図に示されているような回路網と共に使
用可能な多重システムの概略図である。

第９図は完全に構成された回路網をシミュレートする実
験的な構造の概略図である。

第10図は、本発明による基本的な電話通信回路網の可能
な向上過程、並びに向上させるために必要と考えられる
関連した電話通信向上過程を示すテーブルである。

第11図乃至第13図は最初に電話通信サービスだけを伝送
する本発明による回路網の、拡大した多重サービス回路
網への可能な進化の３段階を示す。

第14図乃至第18図は第６図に示されたBTSのフレーム構
造を示す。

第19図乃至第21図は第６図に示されたBTSのヘッド端部
を示す。

第22図乃至第24図は第６図に示されたBTSの顧客端部を
示す。

第１図を参照すると、本発明が実現され得る回路網の基
本的な概念が示されている。交換機４が単一モードの光
ファイバ６によって120の顧客８に結合された光ファイ
バ通信回路網２が示されているが、明確にするために１
つだけ表されている。２つのレベルの光学スプリットは
キャビネットで、またDPレベルのものは波長平坦光学カ
ップラ10および12によってそれぞれ使用される。

各顧客８はDPから光ファイバ14を受け、またこれを介し
て交換機４からTDM信号放送を受信する。顧客の装置
は、目的地および任意の関連した信号チャンネルに向け
られたTDMの特定の時間スロットにアクセスする。さら
に、インターフェイス回路網（示されていない）は、顧
客によって要求された細いサービス、例えばアナログ電
話通信またはISDNサービスを提供する。顧客は、低いデ
ューティサイクルモードでOTDMAを使用し、DPおよびキ
ャビネットブランチ点で受動的にインターリープする通
信流を集束してデジタルスピーチまたはデータを交換機
に送返す。訂正タイミングは交換機クロックに顧客の装
置を同期し、交換機受信機の空の時間スロットにアクセ
スするように顧客の装置にデジタル遅延ラインを設定す
るためにレンジプロトコールを使用することによって行
われる。

２つの付加的な振幅しきい値は、受信された振幅の監視
および制御を行う交換機の受信機に設けられる。各顧客
の時間スロットは連続的にサンプルされ、顧客の送信機
のパワーは受信された信号が２つのしきい値間に入るよ
うに下流遠隔測定通路を介して調節される。この方法の
利点の１つは、各遠隔送信機にモニタダイオードを設け
る必要がないことである。

顧客の送信機は低いデューティサイクルモードで動作す
るため、その費用はさらに減少されることができる。こ
のみモードで動作することによって、ソースの温度制御
は不要である。デューティサイクルはアクセスされてい
る時間スロット数に依存し、単一ライン顧客に対してそ
れらは1:128の低さであってもよい。

提案されたシステム設計計画は128ウェイ以下の光学ス
プリットおよび20Mビット／秒の伝送速度であることが
好ましい。これは、ビジネスおよび居住の両顧客に対し
てサービス選択の好ましいセットを提供する。120以下
の顧客（８個の予備の試験ポートを許容する）に144kビ
ット／秒のISDN接続を供給するのに十分な容量が利用で
きる。大量の容量を要するビジネス顧客は、システムの
最大容量まで要求に応じて多数の時間スロットにアクセ
スする。

下流通信は放送であるため、システム設計には通信の安
全性を保証する手段が必要である。時間スロットへの偶
然のアクセスは顧客端末８の適切な設計によって回避さ
れることができる。時間スロットは、顧客の装置におけ
るデジタル遅延ラインの設定にしたがってアクセスされ
る。この機能は交換機４によって遠隔的に制御される。
暗号化および時間スロットのホッピングは必要に応じて
考慮されるべき別の手段である。

第２図を参照すると、第１図の光学回路網２は完全な両
方向性動作用に構成されている。反射および二重送信カ
ップラ損失に関する問題は、異なる上流および下流波長
で回路網を動作することによって軽減される。したがっ
て、1550nmで伝送される下流（交換機４から）通信およ
び1330nm伝送される上流通信により、システムの各端部
のカップラ16は非常に低い挿入損失を有するように設計
されることができる。さらに、顧客端末受信器で遮断光
学フィルタ10を使用する（反射された光を阻止するため
に）ことにより、もちろんフィルタ機能を設ける費用を
要するが、混信問題が著しく軽減される。

完全に両方向性の回路網は、設けられるファイバ量を最
小にする利点を有するが、潜在的混信問題は別の回路網
よりも深刻であり、したがって分離した上流および下流
の波長、並びにフィルタ18が使用される。回路網は最小
の2N個のカップラ（ここでＮは顧客数であり、１顧客当
り２個のカップラである。）を使用する。混信は、回路
網内の任意の終端されていないファイバ端部から反射さ
れた光から生じる（例えば、端部が新しい顧客への導入
のために準備されているとき）。この完全な二重送信位
相幾何学構造の付加的な欠点は、システムの各端部で要
求されるスプリッタが別の位相幾何学構造に対してほぼ
６乃至7dB光路損失を増加させることである。

第３図には、第２図のカップラ16がキャビネットおよび
DPスプリッタ中に内蔵されており、顧客８に対する後者
はスプリッタ20として示されている別の回路網が示され
ている。これは最小の2N−１個のカップラを使用し、完
全な二重送信回路網寄りも１つ少ないが、ファイバはも
っと必要である。それはまた光学スプリット寸法を増大
するために使用されることができる付加的な３−3.5dB
の光学パワー予算を利用することができるか（したがっ
て、１顧客当りのファイバ量を減少する）、或はシステ
ムエンジニアリング間隙を広くする。さらに反射からの
識別は異なる上流および下流波長ならびに光学フィルタ
を使用することによって行なうことができる。

第４図の回路網は、居住用電話通信市場への初期の浸透
に対する第２図の回路網に基く選択を示す。それは、別
の完全に受動の光学構造にに接続された既存の銅滴ワイ
ヤ24を利用するDPにおける活動的な電子分布点を含む。
この位相幾何学構造は短期間乃至中期間利用することが
でき、本発明による回路網全体は高層ビジネス集団に設
けられ、一方銅のケーブルを除去することによって導管
の密集を軽減するために同じルート上の居住顧客はシス
テムに接続されることができる。光学テクノロジィの費
用は漸次減少するため、活動的なDPは除去され、新しい
放送サービスを普及させるために回路網全体が居住顧客
に拡大される。

第５図には、第１図乃至第４図の光学回路網おいて使用
されるような溶融されたファイバカップラの例が示され
ている。

溶融されたファイバカップラスプリッタ30は“基礎的"2
×２個のカップラ32の多段アレイから構成される。両フ
ァイバ（1300nmおよび1550nm）における光学ウインドウ
の可能性を保持するために、波長平坦装置が使用され
る。

個々の２×２波長平坦カップラは、購入により利用する
ことができる。２×２基礎的カップラを構成する技術
は、本発明の同一出願人の英国特許第8519183号明細書
に記載されている。結合許容率および平坦スペクトル率
における改善は、光学パワー予算、光学スプリットおよ
びシステムの全体的な経済性に直接関与するために特に
望ましい。最初の結果は、完全な光学ウインドウ（1275
nm〜1575nm）を横切る約1dBの結合率変動を示し、例え
ば上記の128ウェイスプリット目標が経済的に実現され
るならば、カップラメータおよびシステム波長の注意深
い選択の必要性を示唆する。

スプリット全体の最適な寸法は種々の要因によって影響
され、任意の数が選択されてもよい。スプリット寸法に
影響を及ぼす要因は、費用、光学パワー予算、システム
ビット速度、サービス要求、１顧客当りのライン数等で
ある。第２図の両方向性回路網に対する簡単な光学パワ
ー予算のモデルおよび最大システムビット速度が約20M
ビット／秒の仮定に基づいた第１の考察から128の２進
スプリット寸法が示唆される。これは、個々の顧客にそ
れぞれ144ビット／秒のISDN（または等価なビット速
度）を供給するために利用できる容量を持つ120の顧客
および８つの試験アクセス点に対応する。

第６図を参照すると、第２図に示された回路網と使用す
るためのビット伝送システム（BTS）の外観が示されて
いる。交換機４のサービスアクセスユニット34は、例え
ばアナログ電話通信、開始速度ISDN（2Mビット／秒）64
kビット／秒のデータ回路等の回路網サービスを行い、B
TS用の標準方式のインターフェイスにそれを変換する。
BTSは顧客８用の端末装置中の別の標準方式のインター
フェイスにこのサービスを伝送する。この時点で顧客ベ
ースのサービスアクセスユニット34は例えばアナログ電
話通信等の顧客装置に必要なフォーマットにインターフ
ェイスを変換する。

サービスおよび任意の関連した信号等の他に、BTSはま
た回路網管理メッセージを伝送する。これらの管理メッ
セージは伝送されるサービスではなくシステムの円滑な
動作に対するものであり、以下のシステム機能を含む。

a.システムの交換機の端部において各チャンネルが正し
く時間を測定されているようにするためのレンジプロト
コール b.故障診断のために顧客装置レーザを遠隔的にオフに切
替えるため能力 c.光学出力パワーを制御するための顧客レーザに対する
駆動電流の遠隔設定 d.端末／顧客識別、有効性およびチャンネル割当ての実
行 e.故障診断データおよびシステム質問メッセージの提供
レンジ機能は上流方向に各顧客のデータを同期し、異な
るライン長および回路網にわたる伝播遅延の変動を補償
する手段を提供する。BTSは周期的にレンジを実行し、
最小の調節を行い、それによって自動的に時間ドリフト
を訂正する。

第14図乃至第18図は、128の顧客にISDNサービスを伝送
することができるBTSをさらに詳細に示す。

データ通信の2304ビットおよび128単一ビット管理チャ
ンネル、並びにこの例では使用されず、それ故予備であ
るファイバ識別（ID）用の12ビットを含む基本フレーム
（BF）（第14図）が示されている。

データ通信の2304ビットはそれぞれ30チャンネルTDMハ
イウェイからの8kビット／秒の基本チャンネルに応答す
る。顧客サービスは、これら8kビット／秒チャンネルの
整数を各顧客に割当てることによって提供される。基本
速度ISDNサービスに関して、各顧客は18のこのような8k
ビット／秒チャンネルすなわちBF内の18ビットを割当て
られる。したがって、2304ビットは各18ビットに対して
128ISDNサービスチャンネルを表す。

BFは、１サンプル期間内に生じるこれら全チャンネルか
らのデータを全て含む。したがって、BFは2304の8kビッ
ト／秒チャンネルからのデータの値するフレーム（2Mビ
ット／秒ハイウェイに）を効果的に含んでいる。BFは、
顧客端部へのヘッド端部（放送）およびヘッド端部への
顧客端部（復帰）の両送信に対して同一である。

第15図は、80個のBFおよび２個のBFに等しい同期フレー
ム（SF）52を含む部分50からなる多フレーム（本発明の
多フレームからなる）を示す。多フレームは10msの期間
を有し、200408ビットを含む。したがって、BTSによる
送信は20.0408Mビット／秒の速度で生じる。

放送SF52（ヘッド端部からの）は、復帰SF（顧客端部か
らの）に異なる機能を提供する。

第16図はヘッド端部からのSF52をさらに詳細に示す。ヘ
ッド端部からのSFの最後の140ビット（52A）は、ヘッド
端部から顧客端部への多フレーム同期パターンであり、
例えば顧客端部によって識別され、したがって顧客端部
を付勢して多フレームからそれに向けられたデータを位
置させて受信させる140のゼロビットを含むためシステ
ム動作に重要である。第１の4748ビット（52B）は、放
送および復帰フレーム構造が同一のフォーマットである
ことを保証する。これらの4748ビットはまたファイバ識
別および放送システム全体の保守のために使用されるこ
とができ、また一般にシステム“管理”データと呼ぶこ
とができる。

第17図は、顧客端部からのSF（54）を示す。このSFは主
にレンジのために使用される。もっともそれはまた回路
網中の任意の点においてファイバに接続された活動的な
顧客端部を識別するために使用されてもよい。復帰SFは
相１レンジおよび相２レンジに対してセグメントに54A
および54Bに分割される。

相１レンジは第１の4288ビット（54A）を使用する。こ
れは１つの顧客端部がこのときレンジされる200usを少
し越すブランク時間を提供する。これを行うために、ヘ
ッド端部における管理制御装置は相１期間のスタード時
に単一のパルスを送信するように新しく設けられた顧客
端部に指示する。制御装置は、このパルスがヘッド端部
に到達する前にいくつのビット遅延があるかを識別す
る。数度の試みの後、それは正しいビット遅延係数を決
定し、この訂正を使用して相２レンジに進むように顧客
端部に指示する。

相２レンジおよびファイバ識別用の660ビットは第18図
に詳細に示されている。

各128顧客端末は、SFの最後の640ビット（54C）内にそ
れ自身の５ビット幅の相２レンジ決定サブスロットを有
する。これらは、パルスがヘッド端末クロックと整列さ
れたヘッド端末に到達するように顧客端末の送信位相を
調節するためにヘッド端末制御装置によって使用され
る。これはヘッド端末におけるクロック再生を不要にす
る。さらに、復帰通路送信は顧客端末送信機の簡単なオ
ン／オフパルス化であることができ、これは顧客端末レ
ーザの寿命要求を軽減する。結果的に、それはまたクロ
ック再生情報が送信される必要がないので復帰通路の効
率を改善する。

最初の相２レンジ決定が完了されると、顧客端末は“オ
ンライン”に進むように指示される。それは復帰通路管
理チャンネルを、したがってそのDP同期パルスを付勢す
る。回路網中で活動的な全顧客端末は同時に19個のゼロ
ビットによって後続されるこのID同期パルスを（部分54
Dを含んで）送信する。

それは、復帰通路ID検出用のハイパワーマーカーパルス
を供給する。ヘッド端末におけるID検出器はこのハイパ
ワーパルスの送信を監視し、それから送信があるかどう
か、例えばサブスロット３がその中にパルスを有する場
合、顧客端末３はこの時点でファイバ中で活動的である
ことを観察するために後続的な５ビット幅のサブスロッ
トを監視する。

理想的には、ヘッド端末がそれらの各ビット遅延係数に
関して顧客端末を指示すると、全てのID同期パルスは同
時にヘッド端末で受信されたSF中に発生する。しかしな
がら、ある理由のために顧客端末がドリフトを受けた
（装置または伝送媒体によることがある）場合に、受信
されたマーカーパルスに対する影響は非常に小さく、ID
同期パルス検出回路が付加されたID同期パルスに応答し
てトリガーする瞬間の変化は無視することができる。し
たがって、ヘッド端末は継続的に別の顧客端末が正しく
機能しているとみなすが、ビット遅延係数に対して新し
い値を計算し、誤った顧客端末にそれを送り、それによ
ってそのID同期パルスが別のID同期パルスと同期され
る。

サプスロットに関連したハイパワーIDパルスはまた特定
のヘッド端部が本発明の同一出願人による特許第870692
9号明細書に記載されている光学結合装置のような光学
検出器を回路網中のいずれかの点で使用して送信してい
るかどうかを検出するために使用されてもよい。このよ
うな装置は、除去される外部被覆を有するファイバ上に
それをクリップすることによって使用されてもよい。こ
れは、技術者が特定のファイバを切断しようとする場合
に正しくそのファイバを識別することを保証する必要が
ある分野の作業に有効である。

換言すると、装置で復帰SFを監視することによって技術
者は、ファイバ中で活動している顧客端部の“装置数”
を決定することができるが、技術者はどの回路網がファ
イバと関連しているかを発見するために放送方向を監視
する必要がある。

第16図を参照すると、MF同期パターン用の140ビットは
またファイバ回路網中の破損を検出するために使用され
てもよい。光学時間ドメインリフレクトメトリィの原理
を使用すると、ファイバに沿って送信された信号は破損
で反射されることが知られている。これらの反射の振幅
および周波数は、ファイバ中の破損の位置を決定するた
めに使用されてもよい。スクランブル後のMF同期パター
ン（以降に説明されるような）は一定の間隔で送信され
るため、ヘッド端部における自動コリレータ（第20図）
はパターンを認識するために使用される。パターンの送
信とその反射の受信との間の時間は、ファイバ中の破損
の位置に関する情報を提供する。

第19図乃至第24図を参照すると、ヘッド端部および顧客
端部がさらに詳細に示されている。このような通信シス
テムの重要な要求は、顧客端部がヘッド端部と同調する
ことである。

第19図、第20図および第21図はヘッド端部を示す。シス
テムにおけるビット速度に対応する20.0408MHzのマスタ
ークロック60は、標準方式の32チャンネルTDMハイウェ
イに対応するヘッド端部回路エンジン62から入来した2.
048MHz（この明細書では2MHzに短縮されている）クロッ
クに位相クロックされる。BF（第21図）およびMF同期信
号も発生され、回路エンジンからの8kHzフレーム信号に
ロックされる。2.048MHzビットクロック64（ヘッド端部
タイミング発生器66中の）は、システムに要求されるも
のにビット速度を変換するために回路エンジンが同じフ
レーム速度でチャンネルごとに付加的なビットを基本フ
レーム中に挿入することができるように発生される。

顧客端部がヘッド端部と“同期”しているように、ヘッ
ド端部からのデータは顧客端部でクロックパルスを再生
するために使用される。“ゼロ”ビットと“1"ビットと
の間の変化はこのために使用される。しかしながら、ヘ
ッド端部からのデータはクロック再生のための変化をあ
まり持たない。したがって、変化の大きいデータ流を生
成するために疑似ランダム２進シーケンス（PRBS）を使
用してヘッド端部からのデータをスクランブルする必要
がある。ヘッド端部回路エンジンからのデータは、2⁹−
１スクランブルシーケンスを使用することによって第20
図に示されているようなスクランブル68によってスクラ
ンブルされる。

同期フレーム（第16図）はまた異なるPRBSを使用して
（スクランブル装置68におけるシフトレジスタの異なる
タップを使用することによって）スクランブルされ、ス
クランブルされたデータに挿入される。同期フレームの
最後の140ビット（第16図）であるMF同期パターンは顧
客端部を同期するために使用される。スクランブルの
前、これらの140ビットは140のゼロビットである。一度
スクランブルされると、それらは前に示されてように漏
洩を検出するためにOTDRに対して使用される容易に識別
可能なパターンを形成する。

顧客端部が正しく140ビットMF同期パターンを識別する
ことは重要である。同期フレームの最初の4748ビット内
に140ゼロビットのストリングが自然に生じた場合、顧
客端部はMF同期パターンの誤った識別を行う。したがっ
て、これらの4748ビットはスクランブされた後既知のエ
ラーを導入するために微妙に混乱させられる。これは、
スクランブル内のインバータ回路によって16番目のビッ
トを反転することによって行われ、顧客端部がMF同期パ
ターンを誤って識別しないことを保証する。データはま
た安全のために暗号化される。

ヘッド端部で受信されたデータは復帰され、回路エンジ
ンに与えられる。

第21図は、８つまでの回路網アダプタ（NA）カードをBT
Sにインターフェイスするタスクを有するヘッド端部回
路エンジンを示す。各NAは2Mビット／秒のデータ流（ま
たは等しいもの）からの全ての通信を処理する。８つ全
べてのNAカードからの出力は整列されたフレームであ
り、その全ての2MHzクロックが同期している。

2.048MHzおよび8kHzを参照すると、フレームクロックNA
はBTS20.0408MHzマスタークロックを位相ロックするた
めに入力から抽出される。BTSは、回路エンジンへのお
よびそれからのデータ送信を同期するために各NAに共通
の2.304MHzビットクロックを与える。

データはFifoバッファに蓄積され、送信レジスタを介し
てBTSに送信される。ここで、再少量のデータだけがFif
oバッファに蓄積されることを保証するために制御が行
われる。これは、変動遅延の正確な制御を保持すること
が重要である。

受信側において、BTSにわたって受信されたデータは出
力ポートを介してNAカードに復帰される前に再びFifoバ
ッファに蓄積される。再度Fifo内容制御が行われる。

第22図、第23図および第24図参照すると、顧客端部がさ
らに詳細に示されている。

20.0408MHzクロック70は、入来したスクランブルデータ
流へ位相ロックされる。これは全ての受信器回路をクロ
ックする。BFおよびMF同期パターンを含むヘッド端部か
らの同期フレームは、（自主同期デスクランブラの形態
で）デスクランブラ72によってデスクランブルされ、受
信器を同期するために抽出される。

放送データ流は、スクランブラ68の反転したものである
デスクランブラ74によってデスクランブルされ、それが
安全のために暗号化され、解読された場合、結果的に受
信されたデータ流は回路エンジンに供給される。

送信フレームタイミングは特有の数のクロックサイクル
によってオフセットされ、送信クロック位相は送信位相
およびフレーム発生器76中に設定される。使用される値
は管理抽出ユニット78によって与えられる。これは、ヘ
ッド端部でデータビットを送信された顧客端部の到達の
時間および位相が正確に調節されることを可能にする。

局部2.048MHzクロック80は、20.0404MHzクロック70に位
相ロックされ、これと8kHzフレームクロック82はまた回
路エンジンに供給される。

第24図は顧客端部回路エンジンを示す。

データの特定の単一ビットは管理ブロックからスタート
チャンネル帯域ビット速度情報を変換するデータスナッ
チャ84によって受信されたデータ流からスナッチされ
る。スナッチされたデータは、顧客端部回路網アダプタ
（CNA）に出力されるまで出力Fifoバッファに蓄積され
る。

Fifo内容の制御は、Fifo内容が最小に保持されることを
保証するフレーム制御ブロックによって行われる。また
これはBTSの変動遅延を最小にすることが必要である。

データは、BTSによって与えられる標準方式の2.048MHz
および8kHzクロック対からCNAによって得られたクロッ
クを使用して実際にCNAにおよびそれからクロックされ
る。

BTSのヘッド端部への送信用のデータは類似した通路を
通り、別の顧客端部からの通信とインターリーブされた
ディスクリートビットとして送信される。（このような
方法は顧客端部送信器における安価なレーザダイオード
の使用を可能にする。） 安全性をもたらす１つの簡単な方法は物理的に信号への
アクセスを阻止することである。これは、例えば取外し
可能なコネクタを設けないことによって光学レベルで行
われ、ビットは“外界”から時間スロットへの認証され
ていないアクセスを許さない密封されたユニットへの永
久的な接続を行うだけである。第７図は、光ファイバお
よびカップラと共にBTS、光学送信および光学受信回路
網を含む可能な送信モジュール選択を示す。モジュール
のライン側での“半永久”的な光学接続はかなりの安全
性をもたらし、一方自動化された時間スロットデータは
ライン回路装置への電気接続の際に利用できる。このた
めに、構成データは時間スロットアクセスを遠隔的にプ
ログラムするために管理局から安全に下流負荷されるこ
とが必要になる。別の選択は、暗号アルゴリズムを内蔵
し、利用者の有効性に対して個人識別番号（PIN）を使
用することを含む。

第８図の構造は本発明の技術的実現的を示すために使用
された。この構造に示された特徴は、 （ａ）256ウェイスプリットを表すのに十分な段を備え
たパワーデバイダ。このスプリッタは1300nmおよび1550
nmウインドウにおける動作を許すように平坦化された波
長である； （ｂ）両方向性動作； （ｃ）同期TDMA光学回路網、各遠隔端末は交換機でマス
タークロックにロックされ、復帰用の時間スロットを位
置される； （ｄ）低いデューティサイクル信号。遠隔レーザは位置
された時間スロット中に送信されることだけが必要であ
る。

（以下に示されたPMUX指示システムに対して、テューテ
ィサイクルは１チャンネル当り1/64である。この特徴は
レーザ信頼性を高め、温度制御回路網を取除く。）； （ｅ）自動レンジ。同期回路網には、遠隔端末へ時間ス
ロットを移動するためにレンジプロトコールの使用が必
要である。このプロトコールはチャンネルの往復トリッ
プ遅延および利用度を考慮しなければならない。

これらの特徴の最初の４つは、基本システムビルディン
グブロックのような市販の基本マルチプレクサ（PMUX）
を使用する。PMUXは30PCMチャンネルおよびフレーム整
列、並びに2.048Mビット／秒で信号ビットを送信する。
標準方式の回路網は電話通信インターフェイスを必要と
する音声A/DおよびD/A変換器を含む。

両指示に対して、２および8Mビット／秒の各送信速度光
学送信器および受信器が使用された。第１の指示は第９
図に示された構造を使用するPMUXシステムのものであっ
た。ローカル交換機を表すラックに取付けられたPUMXお
よび個々の顧客を表す複数のPUMXの２つのタイプのPUMX
が使用された。電話通信は、DCパワーおよび２線・４線
変換を行うインターフェイスボックスを介してPUMXに接
続された。

下流方向において、ローカル交換機からのアナログ電話
通信の30個のPCMチャンネルはHDB3フォーマット（高密
度双極３重コード）で2Mビット／秒デジタル出力に多重
化された。これは、直接IRW半導体レーザを変調する
（平均パワーフィードバック制御回路網により）ために
使用された。その後、信号は交換機の端末において送信
および受信通路を分離するために溶着されたテーパーカ
ップラを通過された。全てのカップラ上の全ての予備脚
部は反射の危険性を減少するように屈曲折を整合され
た。

信号はキャビネットへのリンクをシミュレートするため
に6kmの単一モードのファイバを通過した。それは波長
平坦溶着された双円錐形のテーパから構成されたスプリ
ッタを介して個々の顧客に分配され、これは256ウェイ
スプリット比を表す損失を有した。このスプリッタから
の出力の４つは顧客の端末で受信および通信通路を分離
するために別のカップラに接続された。

例示された−52dBmの最小の感度を持つ市販のPINFETト
ランスインピーダンス受信機は、顧客のPMUXに直接プラ
グ結合するように設計されたカード上に取付けられた。
各PMUXは30チャンネル全てを受信することができるが、
１つのチャンネルだけが物理的に各顧客に接続された。
次の均一化の後、このチャンネルはデマルチプレクスさ
れて顧客の電話機に接続された。

上流方向では、交換機PMUXによって受信されることがで
きる2Mビット／秒のフレームを形成する個々の顧客のバ
イト（ワードインターリーブ）をインターリーブする必
要があるため異なる送信フォーマットが使用された。し
たがって、顧客のPMUXからの通常の2Mビット／秒のデジ
タル出力は使用できないため、NRZ2進信号は背面から直
接的に取出された。PMUXに直接挿入された送信カードは
これを行うように設計された。これは前のようなレーザ
を含んでいるが、冷却せずに低いデューティサイクルモ
ードで動作し、0.5ビット間隔だけ顧客のチャンネルを
移動するアドレス可能なデジタル遅延ラインは別の顧客
のチャンネルとインターリーブされたとき、それを正し
く2Mビット／秒のPCMフレームに適合させることができ
るようにする。パワーカード、音声カード、mux/制御カ
ード、送信カードおよび受信カードの合計５つのカード
が８つまでの顧客に対するPMUXを設備するために必要で
ある。

直列バイトフォーマット中の顧客のレーザからの出力は
再度顧客のカップラを通過され、スプリッタに戻されて
ファイバを通って交換機カップラを介して交換機受信器
に送られる。NRZ2進数は、PMUXへの入力のためにシステ
ムＸデジタルラインインターフェイスカードを使用して
HDB3フォーマットに変換される。この信号は前のように
音声インターフェイス電話通信に変換された。自動レン
ジはこの指示では実行されなかった。

第２の指示は多点無線指示である。この支持は、希望者
の点の多点無線システム（PMR）に対する適合に基づい
ており、拡張ファイバ技術で構成された受動単一モード
のファイバ回路網に対して動作する。回路網は二重送信
および分布用のフレキシビリティ点における光学スプリ
ッタを内蔵している。

これらの実験に関して、それらの無線システムの中央ス
テーション装置における無線送信シェルフはレーザ送信
器および光学受信器によって置換された。同様に、加入
者装置は光・電子インターフェイスを付加することによ
って修正された。

第９図は実験的な回路網を示す。２つのラインシステム
Ｘ交換機が使用された。１つのラインはNT1として知ら
れている電話機を使用する“銅の加入者”であった（回
路網端末タイプ１）。別のラインは、ファイバ回路網を
介して交換機を通って“回路網顧客”に接続されてい
た。デジタルスピーチは、銅と回路網加入者との間で呼
出しを行うことによって両方向に同時に送信された。

最初に、前に設けられた管システムは、標準方式のPCP
キャビネットを介して指示位置に対してリンクを設ける
ように拡大された。波長平坦２×２スプリッタは、完全
な二重送信能力を提供する回路網の各端部において端末
ボックス中に設けられた。４×４の平坦アレイは、街路
フレキシビリティ点をモデル化するためにキャビネット
中に設けられた。２×２の付加的なスプリッタは分布点
（DP）をシミュレートするために設けられる。

拡張ファイバ設備は全て標準方式の装置である。BICCス
プライストレイは、端末ボックスにカップラおよびスプ
ライスを収容するように使用された。屈折率の一致は、
反射からの混信を減少するために回路網中の全ての終端
されていないファイバ端部で行われた。

全ての光学設備は、２乃至３週間の期間にわたって設け
られた。リンク長は1.5kmであった。

PMRはヘッド端部から加入者への下流通信に対してTDM放
送システムを利用する。データ流はPRBSでパックされた
任意の使用されていないフレームにより連続する。通常
のAC結合レーザ送信器および光学受信器が使用された。
レーザは1300nmでファイバ中に−8.5dBmを発射した。2M
ビット／秒の光学変復調装置は、受信器段を設けるよう
に修正された。受信器の感度は−30dBmで測定された。

上流方向において、送信はTDMAによって行われ、各アウ
トステーションは割当てられた時間スロット中のデータ
のパケットを送る。この場合、DC結合光学送信機および
受信機が使用された。各顧客送信機は、共用されたファ
イバ上のチャンネル間干渉を防止するために送られるデ
ータがないとき完全にオフに切替えられる。これはレー
ザをオフになるようにバイアスし、論理“1"に対してそ
れを完全にオンに切替え、論理“ゼロ”に対して再び完
全にオフに切替えることによって行われる。これは、送
信機が上記のオン切替えにバイアスされ、その点に関し
て変調される通常の点から点ファイバシステムと異なっ
ている。

光学受信機はまたバーストモード信号があるときに動作
するように設計される。DC結合受信機は、パケット間の
静期間中受信されるデータのないときにベースラインド
リフトを防止するために必要である。使用される受信機
は、入力容量を減少するようにブートストラップフィー
ドバックにより高入力インピーダンスFET演算増幅器と
して動作する長い波長のInGaAsのPINフォトダイオード
に基づいていた。

レンジ決定機能は、パケットがヘッド端末における時間
重複を防止するために正しい瞬間に送信されることを保
証するために加入者端末において必要とされる。

回路網全体に対して好ましい実施例は、１つの顧客光学
端末当り１乃至15の交換機ラインインターフェイス、お
よび交換機とキャビネットの間が1.6km、キャビネット
とDPと各顧客との間が500mの距離で２レベルの光学スプ
リット階級（公称的にキャビネットおよびDP位置で）で
あるDPに15個の交換機ラインを有している。

銅ワイヤが回路網から幾人かの顧客に対して形成された
場合、単一レベルの光学スプリット階級が好ましく、公
称的にキャビネットに位置される。

1.6kmのキャビネット距離に対する通常の交換機が仮定
されるが、システムは少なくとも10kmのかなり大きい範
囲が可能である。これは所定の回路網においてローカル
交換機の数を割当てるベースを提供する。このような回
路網の効果的な多重化構造（光学スプリットの組合せお
よび多数のラインに対する顧客の光学接続費用の共用か
ら生成される）は、長いリンクに関連して高められた回
路網費用は制限内に維持されることを意味するべきであ
る。これは、十分に使用される交換機割当てに認められ
る任意の大きい費用節約を可能にする。

本発明によって提供される受動回路網構造は、広帯域多
サービス回路網に進化する機会を提供するものである。
広帯域サービス能力への進化を考慮すると、２つの重要
な原理をできるだけ伴っている必要がある。それらは、
（ａ）多サービス広帯域回路網に良好に進化させるため
に最初の回路網に対して要求される任意の付加的特徴の
費用を最小にする必要性と、（ｂ）既に接続された基本
的電話通信顧客に妨害を与えることなく既存のシステム
に広帯域サービスを付加することを可能にする必要性で
ある。

広帯域回路網に対する重要な考慮は予備フィールド設備
および新しいサーービスを付加するために必要とされる
設備作業の量である。ここでの目的は、できるだけ設け
られたシステムベースを利用することによってこのよう
な費用を最小にすることである。

ケーブルテレビジョンのような高いビット速度のサービ
スを伝送するシステムの拡張には、ビット速度が外部セ
ットで将来の広帯域サービスを提供するのに十分なほど
大きくないならば、波長分割多重化（WDM）技術を使用
する必要がある。後者は最初の基本サービスの費用を許
容できないほど大きくし、広帯域サービスの導入は少な
くとも１つの波長の付加によらなければならず、既存の
狭帯域顧客が低いビット速度モードで継続的に妨害され
ないようにする必要がある。広帯域サービスは低速デー
タおよびスピーチサービスよりも高いビット速度を必要
とするため、光学受信機の感度は著しく減少される。こ
れは、使用される光学スプリット比が広帯域サービスに
利用できる光学パワー予算に対して大き過ぎることを意
味する。したがって、異なるアクセス点が供給ファイバ
に対して利用可能であり、ヘッド端末から光学スプリッ
タアレイへ広帯域サービスを伝送することが必要であ
る。

２段のスプリットによる両方向性光学平衡回路網は交換
器から第１のスプリット点間で付加的なファイバを設
け、このスプリッタ内に異なるレベルでそれを接続する
ことによって向上したサービスを有することができる。

光学電話通信技術の進化および向上した回路網によって
伝送されるサービスパッケージは、明らかに密接に結合
されている。例えば、向上した広帯域に利用できる波長
数は決定的に光学電話通信技術に依存している。また顧
客送信への交換機に使用されるテクノロジィは交換機端
部におけるリソース分割のために顧客により先に送信を
交換することが経済的に十分に可能である。光学的な波
長多重化に利用できるテクノロジィは、以下のような多
数の変更を含む３つのカテゴリィの考えに大きく分ける
ことができる。（可能な光学テクノロジィの進化および
サービスパッケージの詳細は第10図に示されている）。

a.波長選択のために固定された波長フィルタと共に使用
されるファブリー・ペロ（Ｆ−Ｐ）レーザ。

b.同調可能な光学フィルタ18および波長選択に対して可
能な初期へテロダイン光学受信機による単一の縦方向モ
ードレーザ（例えばDFB）。

c.チャンネル選択に対する光学フィルタ（同調可能）と
電気（ヘテロダイン）技術との組合せによりコヒーレン
トな光源。

固定された波長フィルタおよび中心波長の生産許容性、
並びにＦ−Ｐレーザ源のライン幅は技術カテゴリィ
（ａ）がファイバの両ウインドウに対して利用可能な波
長数を６乃至12個に限定することを意味する。レーザ源
の温度制御が極めて高価である方向変換機方向の顧客に
おいて、利用可能な波長数は両ウインドウに対して２乃
至４個に制限される。

技術（ｂ）に関して、潜在的な波長数は長期間にわたる
顧客方向の変換機において１乃至200個が可能なほど著
しく多い。しかしながら、スプリットの寸法または安全
性を実際に考慮すると光学技術でそうなる前に波長多重
化の寸法が制限される。上流方向において、波長ドリフ
ト訂正の手段を使用せずに10乃至50個のチャンネルが利
用できる。

シナリオ（ｃ）のコヒーレントな技術が生じる場合、数
百の波長が原理的に可能であり、ファイバ中の非直線現
象により制限が与えられる。多数の波長チャンネルおよ
び潜在的に大きい利用可能な光学パワー予算により、こ
の技術は光学回路網に対する動作位相幾何学構造をさら
に再検討させる。

３つのテクノロジィシナリオはまた相対的な時間スケー
ルの利用率を示す。シナリオ（ａ）は効果的に“現在
の”テクノロジィになり、（ｂ）は２乃至５年の時間ス
ケールで可能であり、（ｃ）は市販できる価格で10年以
内で利用できる。しかしながら、進歩した光学テクノロ
ジィに関するいずれの時間スケール予測はかなり注意し
て行われなければならず、初期の光学開発のペースを仮
定すると、悲観的なことが分かる。

波長の多重化が回路網に広帯域サービスを導く方法であ
り、最適なテクノロジィへの研究が依然として要求され
ると仮定すると、２段のスプリットを備えた両方向生平
衡回路網がどのように進化するかがいくつかの例により
第11図乃至第13図を参照して以下に記載されている。

第11図は、電話通信／データサービスを提供するために
単一波長を使用する最初の回路網をしめす。顧客の装置
における狭い通路の光学フィルタは狭帯域サービス用の
最初の波長の通路だけを与え、したがって後段で付加さ
れた広帯域サービス（およびそれへの認証されていない
アクセス）からチャンネルを遮断し阻止する。広帯域サ
ービスへの別の重要な供給は、1300および1500の両ウイ
ンドウにおいて広い光学帯域幅にわたって動作する多段
キャビネットスプリッタの外部セットにおける設置であ
る。これは交換機とキャビネット間における広帯域サー
ビス供給ファイバによる部分的バイパスを促す（以下参
照）。これらの予備ファイバはケーブル内または後日別
個に設けられてもよい。

第12図は、付加的な波長が電話通信サービスを損なわず
に例えばケーブルTV（CATV）のような新しいサービスを
回路網に付加するためにどのように使用されることがで
きるかを示す。余分の波長は付加的な供給ファイバを介
してキャビネットに伝送され、キャビネットスプリッタ
への空間入力で回路網中に供給される。付加的波長は一
般に電話通信およびISDNチャンネルよりも高いビット速
度を伝送する。高い送信ビット速度により生じる受信機
の感度の低下を調整するために、ファイバは交換機／ヘ
ッド端末と顧客の装置との間の光学通路損失を減少する
ようにキャビネットスプリッタの部分をバイパスするこ
とができる。付加的な広帯域サービスを受信する顧客は
広帯域および狭帯域波長を分離するために簡単な波長デ
マルチプレクサを設けられる。

交換機とキャビネットとの間の共通のファイバ上に多重
化された各付加的な波長は約565Mビット／秒でCATVデジ
タル多重化信号を伝送することができる。これは、回路
網のそのセクタで追加の１波長当り16×70Mビット／秒
または８×140Mビット／秒チャンネルを放送させる。こ
のビット速度における光学スプリットは、電話通信光学
スプリット用の約128に比べて32ウェイに制限される可
能性がある。しかしながら、１つだけまたは２つだけ余
分の光学波長の付加は基本的な光学回路網で16乃至32チ
ャンネルを伝送するCATVサービスを提供することができ
る。これは非常に少ない付加的な光学素子すなわち交換
機における広帯域光学送信機および波長マルチプレク
サ、並びに各顧客端末における波長デマルチプレクサお
よび広帯域受信機を必要とするに過ぎない。

このようにして設けられた追加波長はCATVサービスの動
作に対する重要な選択を生じさせる。

顧客は端末装置に内蔵された同調可能な光学フィルタを
介して任意の放送波長にアクセスすることができる。こ
れは選択された波長で伝送された８または16チャンネル
の電気的に多重化されたものから選択された複数のチャ
ンネルを同時に受信させる。１つ以上の光学波長の同時
受信は、選択された各付加的な波長に対して付加的な光
学フィルタおよび光学受信機を必要とする。しかしなが
ら、いくつかの同時チャンネル（供給ファイバで送信さ
れた合計数まで）を各顧客に提供する100％のサービス
浸透はこのようにして実現することができる。

その代りとして、WDMおよびTDMの組合せで利用できるCA
TVチャンネル数は各CATVの顧客に１つ以上の専用のビデ
オチャンネルを割当てるのに十分である。この場合、回
路網は交換機において中央に位置されたスイッチを具備
したスターとして動作する。このシステムは顧客の装置
において固定された波長デマルチプレクサおよび１つの
光学受信器を使用する。これは顧客の装置を簡単にする
が、それはサービス浸透と顧客によって受信された同時
チャンネルの数との間の妥協を意味する。例えば、WDM
およびTDMとの組合せにより32チャンネルが各供給ファ
イバで送信され、32ウェイの光学スプリットが達成でき
るならば、１顧客当り１つのチャンネルが100％の浸透
ベースで割当てられることができる。しかしながら、１
顧客当り４つのチャンネルが必要とされるならば、予備
波長がチャンネルを伝送するために供給されることがで
きない場合には25％の浸透だけが利用可能である。

DFBレーザを使用し、第13図に示されているさらに進歩
した段階は１顧客当り少なくとも１つの専用波長を割当
てさせる。例えば、32ウェイスプリットで利用できる約
12乃至32波長により、例えばCATV、HDTV等の必要な放送
サービスを全て伝送する１つの波長を各CATV顧客に割当
てることができる。もっと少ない数の波長は浸透を40％
に制限するが、波長数が32に近付くと100％の浸透が達
成できる。

個々の顧客に波長を専用化させるのだけではなく、この
段階では顧客の敷地において広帯域スイッチング段とし
て調節可能な光ファイバを使用する機会もある。これは
異なる広帯域サービスの交換期スイッチングを著しく簡
単にする（例えば、多数の供給源からの放送および専用
サービスの混合は異なる光学波長で多重化され、顧客装
置によって選択されることができる）。

記載された各テクノロジィの段階に関して、可能な波長
数はレーザ、フィルタ、およびファイバおよびカップラ
に使用できる帯域幅の耐性および安定性に大きく依存す
る。電話通信およびISDNのような安価な狭帯域サービス
は必然的に顧客の端末で温度の安定化をなされず、顧客
のレーザの著しい波長ドリフトを示して動作する。した
がって、第２図乃至第６図に示されたようなスキムが使
用された場合、顧客が送信方向を交換する際に大きいチ
ャンネル間隔がサービスに対して必要である。近接した
間隔は、交換機において温度制御されたソースを、およ
びフィルタ中心波長耐性を除去するために顧客の装置内
において調節可能なフィルタを使用することによって顧
客方向への交換の際に可能である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央ステーションと、複数のアウトステー
   ションと、中央ステーションとアウトステーションとの
   間の両方向伝送のための中央ステーションからの単一の
   導波体および１以上の受動スプリッタおよび複数の第２
   の導波体を含む導波体の分岐回路網とによって構成され
   ているデジタル通信回路網における中央ステーションで
   あって、予め定められたビットパターンの形態で同期信
   号をそれぞれ含むフレーム流の形態でアウトステーショ
   ンにデータを送信する送信手段を具備している中央ステ
   ーションにおいて、 予め定められた２進シーケンスにしたがって各フレーム
   の同期信号およびデータビットをスクランブルするスク
   ランブル手段と、 アウトステーションから受信されたデータ中のスクラン
   ブルされた同期信号の存在を検出し、スクランブルされ
   た同期信号の伝送の間の時間と受信したデータにおける
   その検出時間から分岐回路網中の反射源の位置を決定す
   る手段とを具備していることを特徴とするデジタル通信
   回路網の中央ステーション。
2. 【請求項２】各フレームは同期信号を含む第１の部分
   と、通信データとを含む第１の部分とを含み、スクラン
   ブル手段は第１の予め定められた２進シーケンスで第２
   の部分をスクランブルし、第２の予め定められた２進シ
   ーケンスで第２の部分をスクランブルするように構成さ
   れ、それら第１および第２の予め定められた２進シーケ
   ンスは前記予め定められた２進シーケンスを構成してい
   る請求項１記載の中央ステーション。
3. 【請求項３】前記検出手段は自動相関器を含む請求項１
   記載の中央ステーション。
4. 【請求項４】中央ステーションと、複数のアウトステー
   ションと、中央ステーションとアウトステーションとの
   間の両方向伝送のための中央ステーションからの単一の
   導波体および１以上の受動スプリッタおよび複数の第２
   の導波体を含む導波体の分岐回路網とを具備しているデ
   ジタル通信回路網において、 請求項１乃至３のいずれか１項記載の中央ステーション
   を具備していることを特徴とするデジタル通信回路網。
5. 【請求項５】中央ステーションと、複数のアウトステー
   ションと、中央ステーションとアウトステーションとの
   間の両方向伝送のための中央ステーションからの単一の
   導波体および１以上の受動スプリッタおよび複数の第２
   の導波体を含む導波体の分岐回路網とによって構成さ
   れ、中央ステーションから予め定められたビットパター
   ンの形態の同期信号をそれぞれ含むフレーム流れの形態
   でアウトステーションにデータを送信するデジタル通信
   回路網における前記分岐回路網中の反射源の位置を決定
   する方法において、 予め定められた２進シーケンスにしたがって各フレーム
   の同期信号およびデータビットをスクランブルし、 アウトステーションから受信されたデータ中のスクラン
   ブルされた同期信号の存在を検出し、スクランブルされ
   た同期信号の伝送の間の時間と受信したデータにおける
   その検出時間から分岐回路網中の反射源の位置を決定す
   ることを特徴とするデジタル通信回路網中の分岐回路網
   中の反射源の位置決定方法。