JPH0821959B2 - 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 privat
e circuit and circuit switched services",IEEE Coll
oquium,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.Ritchie氏による雑誌
（“The British Telecom Switched star network for
CATV",BT Technology Journal,1984年９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。

この方法に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、下流放送送信を受信する認証されて
いない利用者の可能性を減少する能力を有するデジタル
通信回路網を提供することである。したがって、アウト
ステーション用の同期信号および管理データを含む第１
の部分と、アウトステーション用の交信データを含む第
２の部分と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ように構成され、第１の
予め定められた２進シーケンスにしたがって前記第１の
部分の内容をスクランブルするように構成され、第２の
予め定められた２進シーケンスにしたがって前記第２の
部分の内容をスクランブルするように構成されたスクラ
ンブル手段を含むことを特徴とする中央ステーションが
提供される。

認証されていない利用者は下流放送送信をデスクラン
ブルするために試行錯誤的に試みるかも知れないが、利
用者は精巧な装置を使用しても、フレームの１つまたは
別の部分のスクランブルシーケンスを発見することがで
きるだけである。

アウトステーションが前記第１の予め定められた２進
シーケンスにしたがって前記第１の部分の内容をデスク
ランブルし、前記第２の予め定められた２進シーケンス
にしたがって前記第２の部分の内容をデスクランブルす
るデスクランブル手段と、前記第２の部分のスタートの
ときに前記第２の予め定められた２進シーケンスを選択
し、前記第１の部分のスタートのときに前記第１の予め
定められた２進シーケンスを選択するためにフレーム中
の同期信号に応答する手段とを含むことを特徴とする上
記に限定された中央ステーションからフレームを受信す
るように構成されたデジタル回路網用のアウトステーシ
ョンもまた提供される。

回路網は各交換ラインに対する128光学スプリットを2
0M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ISDN144k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
した光学損失規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、最小数のカップラ
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グ
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子消費を減少し、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。
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8700
069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多層誘電体その
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。レーザー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いる。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
BTS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、予備期間（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DASS2 2.048M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
ら変化するために変換機端末で必要とされる。基本速度
ISDN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、ローカル変換機
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図は顧客と交換機との間の分離した下流および上
流光学通路を有する回路網の概略図である。

第５図は、顧客端末が銅線対によってDPに接続されて
いる回路網の概略図である。

第６図は第１図乃至第５図の回路網で使用するための
溶融された光学カップラアレイの概略図である。

第７図は、第１図乃至第５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８図は、第１図乃至第５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９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10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11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12図乃至第14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15図乃至第19図は第７図に示されたBTSのフレーム
構造を示す。

第20図乃至第22図は第７図に示されたBTSのヘッド端
末を示す。

第23図乃至第25図は第７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
顧客８の１つだけ図示されている。２つのレベルの光学
スプリットはキャビネットおよびDPレベルにおいて波長
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（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ブする通信
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で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、顧客端末受信機で遮
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接続
する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よりも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３−3.5d
B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余裕を広くする。さらに反射の弁
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図を参照すると、物理的に分離した上流および下
流光路２および２′を有する光ファイバ通信回路網が示
されており、第２図の各等価な素子はそれぞれ同じ番号
および同じ番号にダッシュを付されている。

第４図に示された回路網は物理的に分離した上流およ
び下流光路を有し、したがって反射問題は完全に回避さ
れる。それは2N−２個のカップラを使用し、完全な二重
送信システムに要求される数より２個少ないが２倍のフ
ァイバを使用する。しかしながら、１顧客当りのファイ
バ量は、ファイバ費用オーバーヘッドがシステムの経済
的な実現性を危うくしないようにこれらの割当てられた
アクセス回路網において小さい。さらに、スプリット寸
法を４倍にし、さらに潜在的に１顧客当りのファイバ量
を減少するために原理的に使用されることができる予備
の６乃至7dBのパワー予算が利用できる。上流および下
流通路は物理的に分離しているので、２つの伝送方向に
対して異なる波長を使用する利点はない。

第２図に示された完全な二重送信回路網は最も費用に
関して実効的な方法であると考えられる。しかしなが
ら、緩和された光学パワー予算および軽減された反射問
題に関連した実際的なエンジニアリングの利点が付随す
るため、予備ファイバ費用にまさる第４図の回路網の利
点が考慮されるべきである。

第５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接続された既存の銅線のド
ロップワイヤ24を利用するDPにおける能動的電子分配点
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街路ビジネ
ス集団に設けられ、一方銅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。光学技術の費
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６図には、第１図乃至第５図の光学回路網おいて使
用されるような溶着されたファイバカップラの例が示さ
れている。

溶着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、市販品を利用する
ことができる。２×２基礎的カップラを構成する技術
は、本発明の出願人の英国特許第8519183号明細書に記
載されている。特に、結合許容比および平坦スペクトル
特性における改善は、光学パワー予算、光学スプリット
寸法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（1275nm〜1575nm）を横切る約1dBの結合比変動を示
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、カップラパ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、任意の形態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／秒であるとした仮定に基づいた第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７図を参照すると、第１図に示された回路網と共に
使用するためのビット伝送システム（BTS）の概要が示
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、１次速度ISDN（2Mビット
／秒）、64kビット／秒のデータ回路等の回路網サービ
スを行い、BTS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40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.システムの交換機端末において各チャンネルが正しく
時間を維持されているようにするためのレンジ決定プロ
トコール b.故障診断に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
レンジ決定機能は上流方向において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
測定を実行し、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15図乃至第19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15図）が示されている。

データ通信の2304ビットはそれぞれチャンネルTDMハ
イウェイからの8kビット／秒の基本チャンネルに対応す
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）および128の管理チャンネル
を効果的に含んでいる。BFは、顧客端末へのヘッド端末
（放送）およびヘッド端末への顧客端末（復帰）の両送
信に対して同一である。

第16図は、80個のBFおよび２個のBFに等価な同期フレ
ーム（SF）52を含む部分50からなる多フレームを示す。
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（ヘッド端末からの）は、復帰SF（顧客端末
からの）に異なる機能を提供する。

第17図はヘッド端末からのSF52をさらに詳細に示す。
ヘッド端末からのSFの最後の140ビット（52A）は、ヘッ
ド端末から顧客端末への多フレーム同期パターンであ
り、例えば顧客端末によって識別され、したがって顧客
端末の位置を決定して多フレームからそれに向けられた
データを受信させる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18図は、顧客端末からのSF（54）を示す。このSFは
主にレンジ決定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
動的な顧客端末を識別するために使用されてもよい。復
帰SFは相１レンジ決定および相２レンジ決定に対してセ
グメントに54Aおよび54Bに分割される。

相１レンジ決定は第１の4288ビット（54A）を使用す
る。これは１つの顧客端末がこのときレンジ決定される
200μｓを少し越すブランク時間を提供する。これを行
うために、ヘッド端末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
けられた顧客端末に指示する。制御装置は、このパルス
がヘッド端末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レンジ決定に
進むように顧客端末に指示する。

相２レンジ決定およびファイバ識別用の660ビットは
第19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
54D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。

サブスロットに関連したハイパワーIDパルスはまた特
定のヘッド端末が本発明の出願人による英国特許第8706
929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ることがで
きる。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末の“装置番
号”を決定することができるが、技術者ほどの回路網が
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17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断を検出するために使用さ
れてもよい。光学時間ドメインフレクトメトリィ（OTD
R）の原理を使用すると、ファイバに沿って送信された
信号は破断点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、ファイバ中の破断位置を
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、ヘッド端末における自動相関器（第
21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
に破断位置に関する情報を提供する。

第20図乃至第25図を参照すると、ヘッド端末および顧
客端末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、顧客端末がヘッド端末と同期す
ることである。

第20図、第21図および第22図はヘッド端末を示す。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末回路エンジン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
ックに位相ロックされる。BF（第22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。2.304MHzビットクロック64（ヘッド端末
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。

顧客端末がヘッド端末と“同期”しているように、ヘ
ッド端末からのデータは顧客端末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
との間の転移部はこのために使用される。しかしなが
ら、ヘッド端末からのデータはクロック再生のための転
移部をあまり持たない。したがって、転移部の大きいデ
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末からのデータをスクラン
ブルする必要がある。ヘッド端末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21図に示されているようなスクランブル装置
68によってスクランブルされる。

同期フレーム（第17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17図）であるMF同期パターンは顧
客端末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。

顧客端末が正しく140ビットMF同期パターンを識別す
ることは非常に重要である。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、顧客端末は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ルされた
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、スクランブル装置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
客端末が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。

ヘッド端末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22図は、８つまでの回路網アダプタ（NA）カードを
BTSにインターフェイスするタスクを有するヘッド端末
回路エンジンを示す。各NAは2Mビット／秒のデータ流
（またはそれと等価のもの）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。

基準の2.048MHzおよび8kHz、フレームクロックNAはBT
S20.0408MHzマスタークロックを位相ロックするためにN
A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を通って送信される。ここで、最少量のデータ
だけがFifo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、BTSを通る伝送遅延の正確な
制御を維持するために重要である。

受信側において、BTSによって受信されたデータは出
力ポートを介してNAカードに戻される前に再びFifoバッ
ファに蓄積される。再度Fifo内容制御が行われる。

第23図、第24図および第25図を参照すると、顧客端末
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。これは全ての受信機回路をク
ロックする。BFおよびMF同期パターンを含むヘッド端末
からの同期フレームは、（自主同期スクランブル装置の
形態で）デスクランブル装置74によってデスクランブル
され、受信機を同期するために抽出される。

放送データ流は、スクランブル装置68の反転したもの
であるデスクランブル装置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。

スクランブル装置68における場合と同様に、デスクラ
ンブル装置74におけるシフトレジスタの適当なタップ
が、交信データ部分50にある放送データ流をデスクラン
ブルするためのPRBSを生成するのに使用され、シフトレ
ジスタの別のタップが、同期フレーム52の内容をデスク
ランブルするためのPRBSを生成するのに使用される。

送信フレームタイミングは特定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、
ヘッド端末でデータビットを送信された顧客端末の到達
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。

第24図に示すように、送信位相およびフレーム発生器
76は、デスクランブル装置74に制御信号を供給刷るとと
もに、フレーム中の同期信号に応答して、同期フレーム
52のスタート時には、第１の予め定められた２進シーケ
ンスを選択し、交信データ部分50のスタート時には、第
２の予め定められた２進シーケンスを選択する手段を有
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25図は顧客端末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捕捉される。
捕捉されたデータは、顧客端末回路網アダプタ（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86によって行われる。
またこれはBTSを通る伝送遅延を最小にするためにも必
要である。

データは、BTSによって与えられる標準方式の2.048MH
z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のヘッド端末への送信用のデータは類似した通路
を通り、別の顧客端末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
な方法は顧客端末送信機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承さ
れていない者の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８図は、光学フ
ィルタ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選択送信モジュールを示す。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、一方認承された者の時間スロッ
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中央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９図の構造は本発明の技術的実現性を示すために使
用された。この構造に示された特徴は、 （ａ）256ウェイスプリット損失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
1550nm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割
当てられる。； （ｄ）低いデューティサイクル信号。遠隔レーザは割当
てら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
レーザの信頼性を高め、温度制御回路網を不要にす
る。）； （ｅ）自動レンジ決定。同期回路網は、遠隔端末へ時間
スロットを割当てるためにレンジ決定プロトコールの使
用が必要である。このプロトコールはチャンネルのラウ
ンドトリップ遅延および利用度を考慮しなければならな
い。

これらの特徴は最初の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（PMU
X）を使用する。PMUXは30PCMチャンネルと、2.048Mビッ
ト／秒のフレーム整列および信号ビットを送信する。標
準方式の回路は電話通信インターフェイスに必要な音声
A/DおよびD/A変換器を含む。

両方の説明のために、２および8Mビット／秒の各送信
速度の光学送信機および受信機が使用された。第１の説
明例は第10図に示された構造を使用するPMUXシステムで
あった。ローカル交換機を表すラックに取付けられたPU
MX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折率を整合され
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わす損失を有した。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PIN FET
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、変換機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
機に送られる。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により電話通信に変換された。
自動レンジ決定はこの説明例では実行されなかった。

第２の説明例は多点無線の例である。この例は、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配
用のフレキシビリティ点における光学スプリッタを備え
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
信機および光学受信機によって置換された。同様に、加
入者装置は光学・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10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NI1として知
られている電話機を使用する“銅線の加入者”用のライ
ンであった（回路網端末タイプ１）。他方のラインは、
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、銅線と回路網
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PC
Pキャビネットを介して説明例の位置に対してリンクを
設けるように拡大された。波長平坦化された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
末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
リッタは分配点（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ために使用された。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末で行われた。

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はヘッド端末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結合レーザ送信機および光学受信機が使用され
た。レーザは1300nmでファイバ中に−8.5dBmの信号を発
射した。2Mビット／秒の光学変復調装置は、受信機段を
設けるように修正された。受信機の感度は−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
に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に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べースを提供する。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ビスを付加するために必要とされる
設置作業の量である。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分岐回路網は交
換機から第１のスプリット点へ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。
両方向性回路網はこの点で最大の減衰を受けるが、本発
明の受動的な光学回路網の概念において別の構造が可能
であり、これらのいくつかは最初の電話通信構成または
広帯域サービスの進化のいずれかにおいて利点を有す
る。例えば、電話通信はそれぞれ低い送信損失の利益を
得て反射問題を回避するために“進行”および“復帰”
チャンネルを伝送する２つの全方向性回路網であるか、
或はそれは第４図に関連した上記のような単一段のスプ
リットを有することができる。

光学電話通信技術の進展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技術は交換機端末にお
けるリソース共有のために顧客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
に利用できる技術は、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。
（可能な光学技術の進展およびサービスパッケージの詳
細は第11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交換機方向の顧客に
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
る顧客方向の交換機において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つの技術の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”技
術であり、（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、進歩した光学技術に関するいずれの
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、最適な技術への研究が依然として要求されるとす
ると、２段のスプリットを備えた両方向生分岐回路網が
どのように進化するかがいくつかの例により第12図乃至
第14図を参照して以下に記載されている。

第12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初期の回路網を示す。顧客の装置
における狭通過帯域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、したがって後の段階で追
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方法は、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）。これらの余分の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13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に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
CATV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
の光学受信機を使用する。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同時に受信さ
れる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、余
分の波長がさらに多くの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14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等の必要な広
帯域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
して同調可能な光フィルタ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機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）。

記載された各技術段階に関して、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
きる帯域幅の許容度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使用せず、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７図に示されたようなスキムが使用さ
れた場合、顧客から交換機への送信方向で大きいチャン
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と、フィルタ
中心波長の許容誤差を除去するために顧客の装置内にお
いて同調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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アウトテーション用の同期信号および管理
   データを含む第１の部分と、アウトステーション用の交
   信データを含む第２の部分と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ように
   構成されたデジタル通信回路網用の中央ステーションに
   おいて、 第１の予め定められた２進シーケンスにしたがって前記
   第１の部分の内容をスクランブルするように構成され、
   第２の予め定められた２進シーケンスにしたがって前記
   第２の部分の内容をスクランブルするように構成された
   スクランブル手段を含むことを特徴とする中央ステーシ
   ョン。
2. 【請求項２】スクランブル手段は単一の２進シーケンス
   発生器を使用し、発生器のシフトレジスタの各タップを
   使用する請求項１記載の中央ステーション。
3. 【請求項３】第１の予め定められた２進シーケンスにし
   たがって第１の部分の内容をデスクランブルし、第２の
   予め定められた２進シーケンスにしたがって前記第２の
   部分の内容をデスクランブルするデスクランブル手段
   と、前記第２の部分のスタートのときに前記第２の予め
   定められた２進シーケンスを選択し、前記第１の部分の
   スタートのときに前記第１の予め定められた２進シーケ
   ンスを選択するためにフレーム中の同期信号に応答する
   手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の中央ステ
   ーションからフレームを受信するように構成されたデジ
   タル通信回路網用のアウトステーション。
4. 【請求項４】デスクランブル手段は単一の２進シーケン
   ス発生器を使用し、発生器のシフトレジスタの各タップ
   を使用する請求項３記載のアウトステーション。