JP5941150B2 - 共存するｇｐｏｎおよびｘｇｐｏｎ光通信システムを配置するための構成 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年９月８日に出願され、参照により本明細書に組み込まれる米国仮特許出願第６１／５３２，５４１号の利益を主張する。
本発明は、ギガビット受動光通信システム（ＧＰＯＮ）および１０ギガビット受動光通信システム（ＸＧＰＯＮ）の両方が同じネットワーク・アーキテクチャ内に共存できるような方法で受動光ネットワーク（ＰＯＮ）を配置するためのシステムに関する。

高速インターネット・アクセスおよびサービスの絶え間なく増大する要求を満たすために、多くのネットワーク・オペレータは、受動光ネットワークを配置しているか、または配置することを計画している。受動光ネットワーク（ＰＯＮ）は、無通電（「受動」）光スプリッタを使用して、単一の光ファイバが多数の顧客家屋場所にサービスできるようにする（この単一ファイバは時々「フィーダ・ファイバ」と呼ばれる）ポイント・ツー・マルチポイント、ファイバ・ツー・ザ・プレマイズ、広帯域ネットワーク・アーキテクチャである。図１に示すように、典型的な先行技術のＰＯＮ１０は、サービス・プロバイダの電話局（ＣＯ）の光回線終端装置（ＯＬＴ）１２と、エンドユーザ（すなわち、加入者または顧客家屋場所）に、またはその近傍に設置された多数の光ネットワーク・ユニットまたは光ネットワーク終端装置（ＯＮＵまたはＯＮＴ、以下では単に「ＯＮＵ」と呼ぶ）１４とを含む。単一のＯＬＴ１２は、ＯＮＵ１４に比較的近接して設置された遠隔ノード（ＲＮ）２０で終端する伝送光ファイバ１８（「フィーダ・ファイバ」）を含む光分配ネットワーク（ＯＤＮ）１６を介して複数のＯＮＵ１４に光学的に結合される。１：Ｎ受動光スプリッタ２２は遠隔ノード２０内に設置され、各々別個のＯＮＵ１４への通信経路を完成させるように到着信号を複数のＮ個のサブ信号（この例では、Ｎは３２である）に分けるために使用される。ＯＤＮはしばしば「外部プラント（ｏｕｔｓｉｄｅ ｐｌａｎｔ）」と呼ばれる。

ネットワークの端末装置（ＯＬＴおよびＯＮＵ）が電力を必要とする能動構成要素および／または回路を含むことが明らかであるとしても、ＰＯＮは、ネットワークのＯＤＮ部分が受動的である（すなわち、電力を必要としない）限り受動的であると言われ、産業界ではネットワーク全体が受動的であると言うことが一般的である。

単一のＯＬＴと通信するＯＮＵの数は、パワー・スプリッタ２２の分岐比（ｓｐｌｉｔ ｒａｔｉｏ）（１：Ｎ）によって決定される。各ＯＮＵ１４は、光ファイバ伝送線を終端させ、ＯＬＴ１２と双方向通信を行う。ＯＬＴ１２とスプリッタ２２との間で単に単一ファイバを使用できるようにするのは、波長分割多重（ＷＤＭ）を使用して「ダウンストリーム」信号と「アップストリーム」信号との間の分離を維持することによって可能になる（ここで、「ダウンストリーム」はＯＬＴ１２からＯＮＵ１４に伝送される光信号を指し、「アップストリーム」は様々なＯＮＵ１４からＯＬＴ１２に伝送される光信号を指す）。業界標準（例えば、アップストリーム信号に「狭い波長」オプションを使用することを規定したＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８４．５）に従って構成されたＧＰＯＮでは、ダウンストリーム信号は１４８０〜１５００ｎｍの範囲の波長で伝送され、アップストリーム信号は１３００〜１３２０ｎｍの範囲の波長で伝送される。連続モード・ダウンストリーム信号（例えば、ＯＬＴ１２からＯＮＵ１４への１４９０ｎｍ信号）は、単一ファイバ１８を共有する各ＯＮＵに同報通信され、すなわち、ダウンストリーム信号は、スプリッタ２２において多数のＮ個（この例では、Ｎ＝３２）のサブ信号に分けられ、多数のＮ個のサブ信号は、異なるＯＮＵ１４に１対１関係で結合される多数のＮ個の光ファイバ経路２４に誘導される。スプリッタ２２の出力部でのサブ信号は、遠隔ノード２０の入力部で受信されるようなダウンストリーム信号と本質的に同一であるが、スプリッタの本質的な機能のためにパワーがより低いことを理解されたい。

ダウンストリーム伝送で連続モード・シグナリングを使用するのと対照的に、バースト・モード伝送が、ＧＰＯＮシステムにおいて様々なＯＮＵ１４で生成され、単一のＯＬＴ１２に誘導されるアップストリーム信号で使用される（例えば、ＯＮＵ１４からＯＬＴ１２までの１３１０ｎｍバースト・モード信号）。これらのアップストリーム信号は、多元接続プロトコル、通常、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）を使用してスプリッタ２２内で組み合わされる。例えば、ＯＬＴ１２は、アップストリーム通信にタイムスロット割当てを行うために個々のＯＮＵ１４からのトラヒックの共有単一ファイバ１８への伝送をフレーミングおよび同期（図示せず）を介して制御することができる。

上記のように、ＰＯＮは、ダウンストリーム信号を分割するのに電力供給される構成要素を使用しない。代わりに、信号は、受動光スプリッタによってエンドユーザ間に分配される。各スプリッタは、一般に、伝送ファイバ１８からの信号をＮ個の引込み線（またはファンアウト）ファイバ２４に分け、ここで、Ｎは、整数であり、一般に、製造業者、引込み線ファイバ２４の特性、最も遠いＯＮＵ１４までの距離などによって決まる。ＰＯＮ構成により、ポイント・ツー・ポイント・アーキテクチャと比較して、必要とされるファイバおよびサービス・プロバイダ装置の量が減少する。加えて、ＰＯＮはメンテナンスをほとんど必要とせず、受動外部プラント（ＯＤＮ）に電力供給する必要がまったくなく、それによって、ネットワーク・オペレータの費用が低減される。しかし、ＯＬＴ１２と最も遠く離れているＯＮＵ１４との間の最大伝送距離（以下では時々「到達範囲（ｒｅａｃｈ）」と呼ぶ）、ならびに分岐比１：Ｎが、現在、様々な物理層制限およびＰＯＮプロトコルによって制限されている。

例えば、ＧＰＯＮ標準（ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８４）では６０ｋｍの論理的到達範囲および１：１２８の最大分岐比が可能であるが、２８ｄＢの損失バジェット（すなわち、システムの許容パワー損失限界）が、現在、一般的なＧＰＯＮ配置を２０ｋｍの到達範囲および１：３２分岐比に制限している。当然、所与の損失バジェットでは、特定用途が比較的小さい分岐比（例えば、１：１６）しか必要としない場合、到達範囲をより長くすることができる（例えば２４ｋｍ）。逆に、用途が比較的短い到達範囲（例えば１０ｋｍ）しか利用しない場合、分岐比をより大きくすることができる（例えば１：６４）。しかし、用途によっては、長い到達範囲（例えば６０ｋｍ）および大きい分岐比（例えば１：６４）の両方が必要とされる。

ＧＰＯＮシステムの到達範囲を延長しようとするいくつかの技法がある。加えて、ＧＰＯＮ到達範囲エクステンダが、最近、国際電気通信連合によって標準化された（ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８４．６に完全に説明されているように）。Ｇ．９８４．６で考慮されている到達範囲延長手法は、使用可能であるが、外部プラントに電力供給されるユニット、すなわち、光増幅器または光−電気−光（ＯＥＯ）中継器などの要素の使用を必要とする。その結果として、これらの設計は、純粋に受動的なシステムの利点のいくつかを無効にし、特に、電力を利用できない環境では、ネットワーク・サービス・プロバイダ／オペレータにとって必ずしも実用的または費用効果的とならないことがある。

将来のアクセス・ネットワークは、さらに、システム・ユーザの絶え間なく増大するトラフィック要求を満足させるために１０Ｇｂｉｔ／ｓまでのビットレートの増加を必要とするであろう。実際、１０Ｇｂｉｔ／ｓ ＰＯＮ（以下、「ＸＧＰＯＮ」と呼ぶ）が最近ＩＴＵ−Ｔ標準Ｇ．９８７．２で考慮された。ネットワーク・オペレータに対してＧＰＯＮからＸＧＰＯＮへの円滑なアップグレードを保証するために、両方のシステムの共存が必須であると考えられており、当分続くことになる。図２は、例示的な先行技術の組合せ型ＧＰＯＮ−ＸＧＰＯＮシステム３０を示し、ＸＧＰＯＮシステムに関連する追加の信号経路が、図１の基本の先行技術の構成を補足するように直接的に追加される。２つのシステムを比較すると、ＧＰＯＮ／ＸＧＰＯＮシステム３０は、より高いデータレートで（およびＧＰＯＮシステムに関連したものと異なる送信波長および受信波長を使用して）動作する信号を送信し受信するために、ＯＬＴ１２に配設された追加の光源３２および検出器３４を含むことが分かる。フィーダ・ファイバ１８に沿ってこれらの追加の波長を伝送させるために、フィーダ・ファイバ１８と、それぞれＧＰＯＮシステム波長およびＸＧＰＯＮシステム波長で動作するように特別に構成された１対のＷＤＭ３６．２および３６．３との間の結合を行うために、低密度波長分割マルチプレクサ（ＣＷＤＭ）３６．１がＯＬＴ１２内に含まれる。「低密度」ＷＤＭは、分離されるかまたは組み合わされる波長間の間隔がより広い状態で動作するＷＤＭを単に指し、その結果として、従来のＷＤＭほど精巧で高価な構成要素を必要としない。

すでに述べたように、システム３０のＯＤＮ１６は受動構成であり、フィーダ・ファイバ１８と遠隔ノード２０（遠隔ノードは同様に受動パワー・スプリッタ２２を含む）とを含む。ここで、スプリッタ２２は、４つの波長すべて、すなわち、アップストリームおよびダウンストリームＧＰＯＮ信号に関連した対の波長と、アップストリームおよびダウンストリームＸＧＰＯＮ信号に関連した対の波長とを取り扱う。この先行技術の構成では、スプリッタ２２は、両方のダウンストリーム信号を単に分割し、両方を各ファイバ２４に沿って伝送させる（および、同様に、アップストリーム信号のすべてを組み合せ、フィーダ・ファイバ１８に結合させる）ように構成される。

図２に示すような構成では、各ＯＮＵ１４は、ＧＰＯＮ信号またはＸＧＰＯＮ信号のいずれのみを送信および受信するようにＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号を分離する要素を含むように構成される。例えば、ＯＮＵ１４．１は、ＯＬＴ１２と通信するために送信器３７．１および受信器３９．１とともに使用されるＷＤＭ３８．１および波長阻止フィルタ（ＷＢＦ）４０．１を含むことが示されている。説明のために、ＯＮＵ１４．１は基本ＧＰＯＮシステム用に構成された送信器および受信器を含むと想定される。上記のように、各ファイバ２４はすべての信号の伝搬をサポートする。それ故に、ＷＤＭ３８．１へのダウンストリーム入力は、ＧＰＯＮ信号（所望の信号）およびＸＧＰＯＮ信号（ＯＮＵ１４．１では望まれていない信号）の両方から構成されることになる。それ故に、この先行技術の構成では、ＷＢＦ４０．１は、ＸＧＰＯＮ信号が受信器３９．１に伝搬および到達し続けるのを「阻止する」ように構成される。

同様に、ＯＮＵ１４．２はＸＧＰＯＮ通信システムに関連していると想定すると、ＷＢＦ４０．２はＧＰＯＮダウンストリーム波長を阻止し、ＸＧＰＯＮダウンストリーム信号のみが受信器３９．２に到達できるように構成される。

この構成は単一のネットワークによりＧＰＯＮシステムおよびＸＧＰＯＮシステムの両方の通信を行うことができるが、各ＯＮＵ１４が関連するシステムからの信号を確実に受信するために、各ＯＮＵはＷＤＭおよび関連するＷＢＦを含む必要がある。全ネットワーク自体は、各伝送システムに関連する異なる波長のすべてを収容する必要があるので到達範囲および分岐比の両方に関して制限されたままである。

したがって、ＸＧＰＯＮシステムがＧＰＯＮシステムと共存できるようにする光通信システムであって、到達範囲の延長および／または分割比（ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ｒａｔｉｏ）の増加の機会を依然として提供しながら分配ネットワークの純粋に受動的な性質を保持している光通信システムに対する必要性が残っている。

先行技術に残されている必要性は、ギガビット受動光ネットワーク（ＧＰＯＮ）および１０ギガビット受動光ネットワーク（ＸＧＰＯＮ）を共存するシステムとして同じアーキテクチャ内に配置するためのシステムに関する本発明によって対処される。

本発明によれば、受動的な共存するＸＧＰＯＮおよびＧＰＯＮ適合システムは、フィーダ・ファイバの延長部分に沿ってアップストリームのＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号のラマン増幅を行うためにＯＬＴの１対の逆伝搬レーザ・ポンプ源を使用することによって生成される。本発明に従って形成される受動遠隔ノードは、サイクリックＷＤＭと、ＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号のための別個のパワー・スプリッタとを利用する。データレートごとに別個のパワー・スプリッタを使用することにより、各通信ネットワークに関連する分割比を別々に最適化することができるようになる。ＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号を独立に処理する遠隔ノードの構成により、本発明のアーキテクチャは、所望に応じて、共存する構成でのＧＰＯＮおよびＸＧＰＯＮの両方、または代替としてＧＰＯＮ信号のみもしくはＸＧＰＯＮ信号のみを取り扱うことができるようになる。加えて、遠隔ノードでＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号を分離することによって、各ＯＮＵはＧＰＯＮ信号またはＸＧＰＯＮ信号のみを取り扱うことになるので、各ＯＮＵの構成要素を簡単にすることができる。

発明の構成の結果として、ＧＰＯＮネットワークおよびＸＧＰＯＮネットワークの両方の通信をサポートしながら全体的なシステム通信の到達範囲および分岐比（ｓｐｌｉｔ ｒａｔｉｏ）パラメータの両方を向上させることが可能である。特に、本発明の構成により、異なる分岐比を特定のデータレートごとに使用できるようになるために、個々のパワー分岐比は各ネットワークに関連する特定の要求を満足させるように選択することができる。

共存するＧＰＯＮシステムおよびＸＧＰＯＮシステムに関しての本発明の例示的なアーキテクチャが以下で説明されることになるが、同じまたは同様のアーキテクチャが、他のデータレートおよび／または他のシグナリング波長で使用することができる（そのときポンプ波長はそれに応じて変更される）ことを理解されたい。実際、最も一般的な形態では、本発明のアーキテクチャは、多数のデータレート（すなわち、２つを超えるデータレート）で使用することができ、遠隔ノードは、データレートごとに別個のパワー・スプリッタを使用して、各データレートに関連するシグナリング対を分離させるように構成される。

１つの例示的な実施形態では、本発明の受動ネットワーク・アーキテクチャの遠隔ノードは、ＧＰＯＮ信号トラヒック用の１：６４分岐比をもつ第１のパワー・スプリッタと、ＸＧＰＯＮトラヒック用の１：３２分岐比をもつ第２のパワー・スプリッタとを利用し、１：９６の組合せ分割比がもたらされる。以下で詳細に説明するように、これらの分岐比を利用する遠隔ノードは、約５０ｋｍの延長された到達範囲長を有するシステムで首尾よく使用された。これらの例示的な値は、現況技術を超えた著しい改善を示している。

明らかに、上記のように、到達範囲長および分岐比の様々な組合せを、ネットワークが配置されるシステムの特定のパラメータに応じて使用することができる。実際、いくつかのシステムは、ＸＧＰＯＮ信号に関連する分岐比がＧＰＯＮ信号で使用される分岐比よりも大きい構成を使用することが可能である。

ダウンストリーム信号の増幅がさらに要望される（例えば、特定の損失バジェット要求を満たすために）場合、個別の増幅をＯＬＴにおいて使用して、起点のＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号の一方または両方をブーストする。この個別の増幅は、例えば、半導体光増幅器、個別のラマン増幅器、ドープ・ファイバ増幅器などの形態をとることができる。このように信号増幅を追加することにより、純粋に受動的な光分配ネットワーク内で上述の１：９６分岐比を維持しながらシステムの到達範囲を少なくとも５０ｋｍまで延長することが可能である。

本発明のさらなる実施形態では、ＸＧＰＯＮ伝送システムの費用は、単一のＸＧＰＯＮ構成を複数のｎ個の別個のＧＰＯＮシステムに「オーバレイする」ために受動分割構成を使用して、単一のＸＧＰＯＮ構成をいくつかの別個のＧＰＯＮシステムで共有することによって低減される。この場合、双方向光増幅器を使用して、ＸＧＰＯＮ信号のパワーを増加させ、その結果、ＸＧＰＯＮ信号をいくつかの別個のＧＰＯＮネットワークにわたって分配することができる。

一般に、本発明に従って形成される光分配ネットワークは、異なる対の波長が各システムに関連している２つを超える別個の通信システム（すなわち、２つを超える異なるデータレート）を取り扱うように構成することができる。実際、本発明の例示的な実施形態は、各データレートが異なる対のアップストリームおよびダウンストリーム通信波長に関連する異なるデータレートでの通信をサポートする光分配ネットワークであって、ＯＬＴから複数のＯＮＵに下流に伝搬する各波長および複数のＯＮＵからＯＬＴに上流に伝搬する各波長の光通信をサポートするための伝送ファイバと、伝送ファイバの遠端終端に結合され、（１）ダウンストリーム波長を別個の信号経路に分離し、複数のアップストリーム波長を組み合わせ、アップストリーム波長を伝送ファイバに結合させるための複数の波長選択要素を含むサイクリックＷＤＭ、および（２）複数のパワー・スプリッタであり、各パワー・スプリッタが別個の信号経路に結合され、別個のダウンストリーム信号に関連し、各パワー・スプリッタが、その関連するダウンストリーム信号を、１組の既定のＯＮＵに伝送されるように複数のサブ信号に分ける、複数のパワー・スプリッタを含む受動遠隔ノードとを含む光分配ネットワークの形態をとる。この実施形態は、逆伝搬ポンプを供給して複数のアップストリーム光通信信号を増幅するために、伝送ファイバの近端終端に結合される複数の光ポンプ源をさらに含む。

本発明の例示的な方法は、少なくとも２つの異なるデータレートで動作する双方向光分配ネットワークの到達範囲を延長させるか、または分岐比を増加させる（または両方の）方法として定義することができ、各データレートは事前定義されたダウンストリーム波長およびアップストリーム波長を有し、この方法は、伝送光ファイバを用意するステップと、逆伝搬ポンプを伝送光ファイバに挿入して、各アップストリーム波長にラマン増幅を行うステップであり、波長が、各アップストリーム波長の値に基づくポンプのために選択され、双方向分配ネットワークの到達範囲を延長する、ステップと、複数のＯＮＵに近接した場所でダウンストリーム波長を多重分離するステップと、各ダウンストリーム波長を複数のサブ信号に分割するステップであり、各々別個のダウンストリーム波長が、双方向光分配ネットワークの分岐比を拡大するように好ましい数のサブ信号に分割され、各サブ信号を異なるＯＮＵの方に伝送する、ステップとを含む。

本発明の他のおよびさらなる実施形態、構成、態様、および利点は、以下の説明の中で、および添付図面を参照することによって明らかになるであろう。

次に、いくつかの図で同様の数字が同様の部分を表す図面を参照する。

先行技術のＰＯＮネットワークを示す図である。 ＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号の両方の通信をサポートする代替の先行技術のＰＯＮネットワークを示す図である。 光分配ネットワーク（ＯＤＮ）内にいかなる能動構成要素も導入する必要なしに、ＧＰＯＮデータレートおよびＸＧＰＯＮデータレートの両方をサポートする双方向通信システムにおいて到達範囲を延長させ、かつ／または分岐比を増加させるために本発明に従って形成された例示的なＰＯＮを示す図である。 ＧＰＯＮシステムおよび共存するＸＧＰＯＮシステムのアップストリームおよびダウンストリーム通信に関連する１組の例示的な波長、ならびに両方のアップストリーム信号で使用される例示的な逆伝搬ポンプのための波長を示す図である。 本発明の光回線終端装置（ＯＬＴ）内で利用される例示的な波長分割マルチプレクサを通過するときのＧＰＯＮアップストリーム信号およびＸＧＰＯＮアップストリーム信号の波長の関数としての透過率のグラフである。 本発明に従って形成された光分配ネットワーク（ＯＤＮ）の受動遠隔ノード内で利用されるサイクリック波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）の例示的な実施形態を示す図である。 １つの例示的なサイクリックＷＤＭの波長選択性を示すグラフであり、この場合、例示的なサイクリックＷＤＭは薄膜デバイスとして形成されている。 本発明のシステムのフィーダ・ファイバへの入力パワーの関数としての利得および光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）の両方のプロットであり、図８（ａ）はアップストリームＧＰＯＮ信号のプロットであり、図８（ｂ）はアップストリームＸＧＰＯＮ信号のプロットである。 本発明に従って形成されたＸＧＰＯＮ／ＧＰＯＮシステムの様々な構成のビット誤り率（ＢＥＲ）のプロットであり、図９（ａ）のプロットはＧＰＯＮシステムの受信信号（アップストリームおよびダウンストリームの両方）のものであり、図９（ｂ）のプロットはＸＧＰＯＮシステムの受信信号（アップストリームおよびダウンストリーム）のものである。 本発明の代替の実施形態を示す図であり、この場合、複数のｎ個の別個のＧＰＯＮネットワークの間で、１：ｎオーバレイの形態で、単一のＸＧＰＯＮシステムを共有することを示しており、ＸＧＰＯＮシステムは、アップストリームＸＧＰＯＮ信号およびダウンストリームＸＧＰＯＮ信号の両方にパワー・ブーストを行うために双方向の個別のラマン増幅器要素を利用する。 本発明の１：ｎオーバレイ構成の代替の実施形態を示す図であり、この場合、ハイパワー逆伝搬ポンプが、ＸＧＰＯＮ ＯＬＴの方に伝搬する様々なＸＧＰＯＮアップストリーム信号に対してフィーダ・ファイバの全体にわたって分布利得を生成するために使用される。

本明細書で使用する見出しは、構成上の目的にすぎず、説明または特許請求の範囲を限定するために使用されることを意図していない。本明細書の全体を通して使用する「できる（ｍａｙ）」という用語は、強制的な意味（すなわち、「しなければならない（ｍｕｓｔ）」を意味する）ではなく許可する意味（すなわち、「可能性を有すること（ｈａｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｔｏ）」を意味する）に使用される。同様に、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という用語は、「限定はしないが含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ， ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」ことを意味すると見なされる。理解しやすくするために、図に共通の同様の要素を指定するのに、可能な場合、同様の参照番号が使用されている。

図３は、本発明に従って形成された例示的な受動光ネットワーク（ＰＯＮ）１００を示す。上述の様々な先行技術の構成と同様に、ＰＯＮ１００は、ＯＬＴ、ＯＤＮ、およびいくつかの遠隔設置されたＯＮＵを含む。図３の特定の構成では、ＰＯＮ１００は、ＯＬＴ１１０、ＯＤＮ１１２、および複数のＯＮＵ１１４を含む。以下で詳細に説明するように、複数のＯＮＵ１１４は、ＧＰＯＮシステムに係わる通信に関連する第１の組のＯＮＵ１１４_Ｇと、ＸＧＰＯＮシステムに係わる通信に関連する第２の組のＯＮＵ１１４_Ｘとを含む。

上記のように、別個のＯＮＵが各システム（ＧＰＯＮまたはＸＧＰＯＮ）で使用されるために、本発明の構成は、単独でＧＰＯＮシステムとして、単独でＸＧＰＯＮシステムとして、または組合せ、すなわち、共存するＧＰＯＮ／ＸＧＰＯＮシステムとして機能し、各々の場合に、受動ネットワーク・アーキテクチャを維持しながら到達範囲の延長および分岐比の増加の所望の目標を実現することができる。図３のダイヤグラムでは別個の異なった要素として示されているが、ＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号用のＯＮＵは同じ加入者建物に共同設置することができることが理解されるべきであり、実際、本発明の好ましい実施形態では、エンドユーザ場所はＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号の両方を取り扱うことができ、各タイプの信号のための必要な構成要素を含むことになることが意図される。

本発明のこの図３実施形態によれば、ＯＬＴ１１０は、ＧＰＯＮダウンストリーム信号（所定の波長λ_３で動作する）を供給するための送信要素１１０．１およびＸＧＰＯＮダウンストリーム信号（波長λ_４の）を供給するための送信要素１１０．２として示された、ＧＰＯＮダウンストリーム・データ信号およびＸＧＰＯＮダウンストリーム・データ信号のための別個の送信器を含むように構成される。１つの例示的な構成では、ＧＰＯＮ送信要素１１０．１は、波長λ_３＝１４９０ｎｍで動作する分布帰還型（ＤＦＢ）レーザダイオード（ＬＤ）を含み、ＸＧＰＯＮ送信要素１１０．２は、波長λ_４＝１５７７ｎｍで動作する電界吸収変調型レーザ（ＥＭＬ）を含む。この１５７７ｎｍ波長のＸＧＰＯＮダウンストリーム信号の伝搬に関連する波長分散悪化は、ＥＭＬデバイスに強力な逆バイアスを印加し、信号に負のチャープを導入することによって軽減することができる。明らかに、２．５Ｇｂ／ｓおよび１０Ｇｂ／ｓのデータレート（または所望に応じて他のデータレート）での伝送をサポートするのに好適な波長で光伝送信号を供給するために他のタイプのレージング・デバイスを使用することができる。

ダウンストリーム信号のパワーを増加させる必要がある（すなわち、より長い到達範囲要求、より大きい分岐比、システム損失バジェット要求などの）場合、ＯＬＴ１１０で個別の光増幅器を送信要素とともに使用することができる。図３の実施形態は、ＧＰＯＮダウンストリーム送信要素１１０．１に関連する第１の半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１０．３、およびＸＧＰＯＮダウンストリーム送信要素１１０．２に関連する第２のＳＯＡ１１０．４の形態でのダウンストリーム信号のこの追加のブーストを示す。この構成は単に例示であり、個別のラマンの増幅器、ファイバ・ベース増幅器などのような様々な他のタイプの個別の光増幅器を使用することができることを理解されたい。さらに、ダウンストリーム信号のうちの１つのみ（例えば、ＸＧＰＯＮ信号）がブースティングを必要とする可能性があり、この場合、単一の個別の増幅器のみがＯＬＴ１１０に含まれる。図３の構成に具体的には示していないが、送信要素とそれぞれのＳＯＡとの間の信号経路に光アイソレータを配設することができる。

ＯＬＴ１１０は、それぞれ、受信器１１０．５および１１０．６として示された、ＧＰＯＮアップストリーム波長（λ_２）およびＸＧＰＯＮアップストリーム波長（λ_１）の両方のアップストリーム・データ伝送を回復することに関連する別個の受信構成要素をさらに含む。詳細には示していないが、これらの受信器は、例えば、入来光信号を受信し、それを電気的等価物に変換するためのフォトダイオード（例えば、ＡＰＤ）と、それに続く電気増幅およびクロック回復回路とを含む従来の光受信器構成を含む。特定の受信器構成のこれらの詳細は、本発明の主題と密接な関係があるとは見なされない。

上述のように、両方のアップストリーム伝送信号に対して逆伝搬ポンプを利用して、フィーダ・ファイバ１１８の延長部分に沿ってアップストリーム信号のラマン増幅を生成し、それにより、ＯＬＴ１１０で受信されるアップストリームのパワー・レベルを増大させることは本発明の一態様である。これらのポンプのために選択される特定の波長は、最適化されたラマン利得効率、ならびにポンプ−ポンプおよびポンプ−信号クロストークに関連する制限を考慮に入れて、アップストリーム波長値に応じて決定される。

ラマン利得は、ある光ビームから、周波数がダウンシフトされた別のビームに光パワーを移送させることから生じる。信号のラマン利得／増幅が実際にフィーダ・ファイバ１１８に沿った任意の点で実現されるかどうかは、当技術分野で周知のように、ポンプ光の強度／パワーおよびフィーダ・ファイバ１１８に関連する損失によって決まる。好ましくは、必ずではないが、フィーダ・ファイバ１１８は全長に沿って利得／増幅を示すことになる。

図３の特定の実施形態では、波長λ_ＰＧ＝１２４０ｎｍの第１のポンプ源１１０．７は、アップストリームＧＰＯＮ信号（λ_２＝１３１０ｎｍ）のラマン増幅を行うのに使用され、波長λ_ＰＸ＝１２０６ｎｍの第２のポンプ源１１０．８はアップストリームＸＧＰＯＮ信号（λ_１＝１２７０ｎｍ）のラマン増幅を行うのに使用される。他のポンプ波長（または１つを超えるポンプ源）を特定の構成で使用することができ、他のポンプ波長は異なる値のラマン利得効率を示すことがあることを理解されたい。

図４は、上述のようなポンプおよび通信信号のこれらの例示的な波長値および範囲、ならびに本発明による共存するＧＰＯＮシステムおよびＸＧＰＯＮシステムの１つの特定の実施形態でのこれらの信号間の関係を示すグラフである。図示のように、ＸＧＰＯＮアップストリーム波長λ_１が約１２７０ｎｍであるように選択される場合、波長λ_ＰＸ＝１２０６ｎｍで動作するポンプは、図４に矢印で示すように、このＸＧＰＯＮアップストリーム信号にパワーを移送する（すなわち、ラマン増幅を行う）ことになる。λ_２＝１３１０ｎｍで動作するアップストリームＧＰＯＮ信号では、波長λ_ＰＧ＝１２４０ｎｍで動作するポンプを使用することができる。ダウンストリーム信号の波長範囲を図４にさらに示しており、１４８０〜１４９０ｎｍの例示的な波長範囲はダウンストリームＧＰＯＮ信号λ_３に関連し、１５７５〜１５８０ｎｍの例示的な波長範囲はダウンストリームＸＧＰＯＮ信号λ_４に関連する。

光源１１０．８からのＸＧＰＯＮポンプは、さらに、通信システムの全リンク損失バジェットに対応するために十分なオン・オフラマン利得を供給するのに十分なパワー・レベルで動作するべきであることを理解されたい。加えて、１２０６ｎｍの波長はλ_ＰＸにとって最適であると考えられるが、約１２０１〜１２１１ｎｍの範囲の他の波長をさらに使用し、限定はしないが設計される特定のシステムの到達範囲長および分岐比を含むいくつかの異なるシステムの考慮事項に従って選択することができる。

ＧＰＯＮポンプ源１１０．７のための適切な波長を選択することに関して、これは、少なくともアップストリーム信号の波長範囲に応じて変化する。すなわち、狭い波長範囲、例えば、１３００〜１３２０ｎｍ内に制限されているＧＰＯＮアップストリーム信号では、約１２４０ｎｍの単一のポンプ波長は所望の量のラマンの増幅を行うのに十分である。この組の仕様は、特に、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ−９８４．５の下でＧＰＯＮの「狭帯域」実装として規定されている。しかし、ＧＰＯＮアップストリーム信号は、標準規格の初期の実装に従ってより広いスペクトル、例えば１２９０〜１３３０ｎｍにわたって動作することがある。この「広帯域の」実施形態では、異なる波長で動作する２つのポンプが、ＧＰＯＮアップストリーム信号の波長範囲全体にわたって所望の比較的平坦な利得プロファイルを用意するのに必要とされることがある。後者の条件は、非冷却レーザダイオードがＧＰＯＮアップストリーム送信器として使用される場合に可能性がある。

さらに図４に示すように、ポンプとアップストリーム信号との間の相互作用を緩和するために、個々のポンプ・パワーおよび波長値の設計を最適化するように注意しなければならない。例えば、１２０６ｎｍのＸＧＰＯＮポンプは、そのパワーの一部を１２４０ｎｍのＧＰＯＮポンプに移動させる（図４に点線で示される）ことになることが知られている。このパワーの移動を補償するために、ＸＧＰＯＮポンプ源１１０．８のパワー・レベルは、公称レベルより上に増加されることがある（ＸＧＰＯＮおよびＧＰＯＮのシステムが共存する状況で）。明らかに、図３に示すような構成が、一方のデータレートまたは他方のデータレートのみを使用している（すなわち、ＧＰＯＮシステムのみまたはＸＧＰＯＮシステムのみとして動作している）場合、近接するポンプ間の結合に関して心配する必要はない。

加えて、図４のポイントＡで示すように、ＧＰＯＮポンプ範囲の上端（すなわち、１２６０ｎｍに近い）とＸＧＰＯＮアップストリーム信号スペクトルの下端（やはり１２６０ｎｍに近い）との間の相互作用を避けることが好ましい。実際、ＧＰＯＮポンプのパワーが、ＸＧＰＯＮアップストリーム信号との重なりに関連する影付き領域で減少される場合、性能は改善されることになる。例えば、ＧＰＯＮポンプ・パワーのテールをＸＧＰＯＮ信号のスペクトル値の約−２０ｄＢ未満に維持することが好適であることが見いだされた。さらなる対策として、ＧＰＯＮポンプの波長をより小さくかつより低い波長範囲に制限するとともに、ＧＰＯＮポンプが増幅しているＧＰＯＮアップストリーム信号に対するポンプ波長のシフトを補償するためにパワーを増加させる必要に応じて）ことができる。後者の考慮事項は、当然、ＧＰＯＮ標準の「狭帯域」の実施形態で生じ、アップストリームＧＰＯＮ信号の狭くなった波長範囲のため、１２４０ｎｍに中心があるＧＰＯＮポンプは許容可能になる。

どんな場合も、ポンプ波長およびパワーについて選択される特定の値は、選択された信号波長、およびファイバ・ラマン増幅器としての役割のフィーダ・ファイバ１１８の性質（例えば、その長さ、損失スペクトル、伝送波長など）を含む様々なシステム・パラメータと、システムの遠端で使用される分岐比とのすべての関数であることを理解されたい。

図３に戻って参照すると、ＯＬＴ１１０は、ＯＬＴ１１０内で使用される様々な波長を組み合わせかつ分離するように特別に設計されたＷＤＭ１１０．９をさらに含むことが分かる。特に、これらの波長には、（１）標準ＧＰＯＮシステムのアップストリーム波長およびダウンストリーム波長、（２）オーバレイＸＧＰＯＮシステムのアップストリーム波長およびダウンストリーム波長、（３）アップストリームのＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号を増幅するのに使用される対の逆伝搬ポンプ波長が含まれる。ＧＰＯＮおよびＸＧＰＯＮのアップストリーム信号およびダウンストリーム信号の通過帯域は、帯域幅仕様のＩＴＵ−Ｔ標準に適合するようにしながら、さらに、アップストリーム信号のために不要なラマンＡＳＥ蓄積雑音をフィルタ処理できるように設計されることが好ましい。図５は、ＷＤＭ１１０．９を通過する１２７０ｎｍ（ＸＧＰＯＮ）信号および１３１０ｎｍ（ＧＰＯＮ）信号の例示的なアップストリーム波長に対する波長の関数としての透過率のグラフである。これらの信号に関連する通過帯域によって明らかなように、ＷＤＭ１１０．９は、これらのアップストリーム信号に関連する狭帯域の外側の蓄積雑音（ラマンＡＳＥなどの）をフィルタ処理することができる。

図３のネットワーク１００の説明を続けると、ＯＤＮ１１２はフィーダ・ファイバ１１８と遠隔ノード１１６とを含むことが示されている。フィーダ・ファイバ１１８は、アップストリーム信号およびダウンストリーム信号の双方向伝搬をサポートするために使用される伝送ファイバであり、ほとんどの場合、従来の単一モード・ファイバを含む。本発明によれば、アップストリームのＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号のラマン増幅は、フィーダ・ファイバ１１８に結合される逆伝搬ポンプ（適切な波長で動作する）を使用することによってフィーダ・ファイバ１１８の少なくとも延長部分に沿って行われる。

本発明によれば、ＯＤＮ１１２の遠隔ノード１１６は、共存するＧＰＯＮシステムおよびＸＧＰＯＮシステムに関連する多数の波長を取り扱うことができる純粋に受動的な要素である。図３の特定の実施形態では、遠隔ノード１１６は、サイクリック３ポートＷＤＭ１２０と、１対のスプリッタ１２２_Ｇおよび１２２_Ｘとを含むことが示されている。図６に関連して以下で詳細に説明するように、サイクリックＷＤＭ１２０は３ポート・デバイスであり、第１のポート１２１はフィーダ・ファイバ１１８に結合され、４つの通信波長すべての通信をサポートする（ＧＰＯＮのアップストリーム波長λ_２およびダウンストリーム波長λ_３、ならびにＸＧＰＯＮのアップストリーム波長λ_１およびダウンストリーム波長λ_４）。第２のポート１２３はＧＰＯＮ波長に関連し、第３のポート１２５はＸＧＰＯＮ波長に関連する。サイクリックＷＤＭ１２０内で、様々な波長が分離され、次に再度組み合わされ、その結果、ＧＰＯＮのアップストリーム波長およびダウンストリーム波長（λ_２、λ_３）が第２のポート１２３に現れ、ＸＧＰＯＮのアップストリーム波長およびダウンストリーム波長（λ_１、λ_４）が第３のポート１２５に現れる。

図６を参照すると、例示的なサイクリックＷＤＭ１２０の例示的な詳細な構成が示され、ポート１２１、１２３、および１２５は上述で定義したように使用される。サイクリックＷＤＭ１２０は、さらに、残りの組の波長からＸＧＰＯＮアップストリーム波長λ_１（最短の波長）を分離するために使用される第１の波長選択フィルタ１３０を含む１組の波長特定フィルタを含むことが示されている。同様に、第２の波長選択フィルタ１３２を使用してＧＰＯＮアップストリーム波長λ_２（２番目に短い波長）を分離し、第３の波長選択フィルタ１３４はＸＧＰＯＮダウンストリーム波長λ_４（システム中で最長の波長）からＧＰＯＮダウンストリーム波長λ_３を分離し、ＧＰＯＮダウンストリーム波長λ_３は第４の波長選択フィルタ１３６に関連する。ポート１２３において、第５の波長フィルタ１３７を使用して、ＧＰＯＮ波長を分割するか、または組み合わせる。ポート１２５の第６の波長フィルタ１３９を同様に使用して、ＸＧＰＯＮ波長を分割するか、または組み合わせる。

例示的なダウンストリーム信号が第１のポート１２１から残りのポート１２３および１２５に流れた後、λ_３で動作するＧＰＯＮダウンストリーム信号は、第１のフィルタ１３０、第２のフィルタ１３２、および第３のフィルタ１３４で排除される（すなわち、「反射される」）ことになり、その後、第４の波長選択フィルタ１３６および第５のフィルタ１３７を通過し、ポート１２３からサイクリックＷＤＭ１２０を出ていくことになる。同様に、λ_４で動作するダウンストリームＸＧＰＯＮ信号は、フィルタ１３０および１３２によって排除され、次にフィルタ１３４および第６のフィルタ１３９を通過し、ポート１２５に沿って外に誘導される。λ_２で動作するＧＰＯＮアップストリーム信号（複数の別個のＯＮＵ１１４_Ｇからの）はポート１２３でサイクリックＷＤＭ１２０に入り、第５のフィルタ１３７によって反射され、第２の波長選択フィルタ１３２へと方向を変えられることになる。この信号は、第２のフィルタ１３２を通過し、第１のフィルタ１３０で反射されて、フィーダ・ファイバ１１８に結合されることになる。同様に、λ_１で動作するＸＧＰＯＮアップストリーム信号は、ポート１２５で入り、第６のフィルタ１３９によって第１の波長選択フィルタ１３０へと方向を変えられることになる。これらのＸＧＰＯＮアップストリーム信号は、フィルタ１３０を通過し、フィーダ・ファイバ１１８に結合されて、ＯＬＴ１１０の方に上流に伝搬し続けることになる。

図７は、本発明のために特別に構成された例示的なサイクリックＷＤＭを通過する例示的なアップストリームおよびダウンストリームのＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号の波長割当てのプロットである。図示のように、波長割当ては十分に分けられており、許容パワー・レベルが信号ごとに示されている。

本発明の好ましい実施形態では、サイクリックＷＤＭ１２０は、様々な層の屈折率の性質が要素１３０、１３２、１３４、１３６、１３７、および１３９の所望の波長フィルタ処理の性質を実現するように特別に制御された薄膜要素を含む。これらのデバイスは当技術分野では周知であり、一般に、ファブリ・ペロー・フィルタを形成するように層状に重ねられたアモルファス半導体材料を含む。薄膜サイクリックＷＤＭの形成の詳細は本発明の主題と密接な関係がなく、それ故に、ここで詳細に説明されない。

遠隔ノード１１６でサイクリックＷＤＭ１２０と別個のパワー・スプリッタ１２２_Ｇおよび１２２_Ｘとを使用することによって、ＧＰＯＮトラヒックおよびＸＧＰＯＮトラヒックに別個のパワー分割比を与えること、すなわち、図２に示したような先行技術の構成の遠隔ノード２０では可能でない利点が可能である。ＧＰＯＮ通信およびＸＧＰＯＮ通信の分割比を別々に制御するこの能力は、本発明のこの実施形態の重要な利点であると考えられる。例えば、大部分のＧＰＯＮシステムはＸＧＰＯＮ信号よりも大きい損失バジェットを有する（すなわち、送信器と受信器との間でより高いレベルの損失を許容することができる）ので、パワー・スプリッタ１２２_Ｇはパワー・スプリッタ１２２_Ｘよりも大きい分割比を有することができる。図３に示した特定の実施形態では、パワー・スプリッタ１２２_Ｇは１：６４パワー分割比を有するように示され、パワー・スプリッタ１２２_Ｘは１：３２パワー分割比を有するように示されている。より一般的な形態では、１：１６から１：１２８の範囲のパワー・スプリッタ１２２_Ｇの分割比、および１：１６から１：６４の範囲のパワー・スプリッタ１２２_Ｘの分割比が許容できることが見いだされている。

しかし、最も一般的な言い方では、本発明の遠隔ノードはそのように制限されず、いくつかの構成はネットワークのＸＧＰＯＮ部分に関してより大きい分岐比を利用できることが可能であることを理解されたい。実際、最も一般的な形態では、本発明に従って形成されたＯＬＴ１１２とともに従来のパワー・スプリッタ（先行技術の図２に示したような）を利用して、アップストリーム信号ごとに分布ラマン増幅を行い、それによって、共存するＧＰＯＮシステムおよびＸＧＰＯＮシステムの到達範囲および分岐比を増加させるも可能である。

図３の説明に戻ると、ＯＮＵ１１４は別個の組として示され、第１のグループの６４個のＯＮＵ１１４_Ｇはパワー・スプリッタ１２２_Ｇに結合され、第２のグループの３２個のＯＮＵ１１４_Ｇはパワー・スプリッタ１２２_Ｘに結合される。２つの異なるシステムにＯＮＵを特別に割り付けることの結果として、より簡単な光学系およびエレクトロニクスを各モジュール内で使用することができる。すなわち、ＯＮＵ１１４_Ｇ内に設置されたＷＤＭ１１６．１はＧＰＯＮシステム波長（例えば、１３１０ｎｍおよび１４９０ｎｍ）を分離しかつ組み合わせることしか必要がない。同様に、ＯＮＵ１１４_Ｘ内に設置されたＷＤＭ１１６．２はＸＧＰＯＮシステム波長、すなわち、１２７０ｎｍおよび１５７７ｎｍを分離しかつ組み合わせることしか必要がない。明らかに、各ＯＮＵはスタンド・アロン・ユニットとして示されているが、単一の物理的場所がＧＰＯＮシステムおよびＸＧＰＯＮの両方に使用され、したがって、ＯＮＵ１１４_ＧおよびＯＮＵ１１４_Ｘの両方を含むことができることを理解されたい。

図８および９は、図３に関連して上述したようなＧＰＯＮ−ＸＧＰＯＮ共存ネットワークの特定の実験的構成の１組の性能結果を示す。実験的構成では、ＯＬＴ１１０は、５０ｋｍ長の光ファイバ（この特定の例では、最小の歪みおよび損失で対象の波長のすべての伝送をサポートすることができるＯＦＳによって供給された５０ｋｍ長のＡＬＬＷＡＶＥ（登録商標）光ファイバ）によって遠隔ノード１１６から引き離された。１つを超える波長でのポンプを必要とする可能性を避けたＩＴＵ Ｇ．９８４．５に規定されているＧＰＯＮアップストリーム波長（すなわち１３００〜１３２０ｎｍ）の「狭帯域」オプションが選択された。５０ｋｍの延長された到達範囲に対応するために、１対の低コストＳＯＡ１１０．３および１１０．４が、１４９０ｎｍＧＰＯＮダウンストリーム信号および１５７７ｎｍＸＧＰＯＮダウンストリーム信号をそれぞれブーストするために含まれかつ使用された。ＸＧＰＯＮ送信器１１０．２のＥＭＬ光源は、０ｄＢｍ出力パワーを有するパターン発生器からの擬似ランダム２進法シーケンス（ＰＲＢＳ）により１０．７Ｇｂ／ｓ（２^２３−１）で変調された。１組の非冷却レーザダイオードが、ＯＮＵ１１４_Ｘの１２７０ｎｍＸＧＰＯＮアップストリーム信号、ＯＮＵ１１４_Ｇの１３１０ｎｍＧＰＯＮアップストリーム信号、および１４９０ｎｍダウンストリームＧＰＯＮ信号の送信器として使用され、すべてが、別個のパターン発生器によって生成されたＰＲＢＳにより２．５Ｇｂ／ｓ（２^３１−１）で直接変調された。広帯域前置増幅器およびクロック回復回路をもつ市販のＡＰＤが、ＯＮＵ１１４_ＸのＸＧＰＯＮダウンストリーム受信器として使用された。

図８は、この実験的構成に関連したアップストリームのＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号のラマン・オン・オフ利得および光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）の両方のプロットを含み、後者は０．１ｎｍの分解能をもつ。特に、図８（ａ）は、１２７０ｎｍのＸＧＰＯＮアップストリーム・データ信号の結果を示し、図８（ｂ）は、１３１０ｎｍのＧＰＯＮアップストリーム・データ信号の結果を示す。プロットは、５０ｋｍのフィーダ・ファイバへの入力信号パワー、ポンプ（Ｐ）の「あり」および「なし」の両方、および存在する通信信号（Ｓ）の関数として示される。様々な入力信号パワー・レベルは、遠隔ノードに関連する異なる損失の場合を異なる分岐比の関数として表す。

どの場合にも、ラマン・オン・オフ利得は事実上一定である。しかし、ＯＳＮＲは、入力パワーが減少すると減少することが示されている。１２０６ｎｍおよび１２４０ｎｍのポンプ・パワーは、それぞれ、ＧＰＯＮおよびＸＧＰＯＮの誤りなしの動作を保証するように最適化された８５０ｍＷおよび５２０ｍＷに固定された。プロットは、５０ｋｍの到達範囲および１：９６分岐システムについて、各々単独で動作するか、または両方同時に動作することを示している。ポンプ相互作用のために、ＸＧＰＯＮ信号のＯＳＮＲは約０．８ｄＢだけ低下し、ラマン・オン・オフ利得は、図８（ａ）に示すように、１２４０ｎｍポンプおよび１３１０ｎｍアップストリームＧＰＯＮ信号が共にオンにされる場合、わずかに変化する。対照的に、図８（ｂ）に示されるように、ＧＰＯＮアップストリーム信号のＯＳＮＲおよびラマン・オン・オフ利得は、１２０６ｎｍのポンプおよび１３１０ｎｍアップストリームＸＧＰＯＮ信号がオンにされる場合、それぞれ、０．９ｄＢおよび２．２ｄＢだけ増加する。結果のこの差は、１２０６ｎｍＸＧＰＯＮポンプが、図４に関連して上述したように、ＧＰＯＮ１３１０ｎｍ信号にラマン利得をさらに与えることに起因する。

図９は、本発明のＧＰＯＮ／ＸＧＰＯＮシステムのこの実験的構成のビット誤り率（ＢＥＲ）性能を示し、図９（ａ）は、アップストリームのＧＰＯＮデータレートおよびＸＧＰＯＮデータレートのＢＥＲ値をプロットし、図９（ｂ）は、ダウンストリームのＧＯＰＮデータレートおよびＸＧＰＯＮデータレートのＢＥＲ値をプロットしている。前方誤り訂正（ＦＥＣ）に関連する閾値の「許容」値も示されており、アップストリームＸＧＰＯＮ信号では１０^−４の値、およびダウンストリームＸＧＰＯＮ信号では１０^−３の値を有する。プロットは、各システムが「単独で」動作している場合のＢＥＲ値（「のみ」というプロットとして示している）、ならびにＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号の両方が送信されている場合のＢＥＲ値（「すべて」というプロットとして示されている）を示すように与えられている。

既存のＧＰＯＮネットワークにＸＧＰＯＮネットワークを１：１組み入れすると、両方のシステムを収容することができるが、それは、実施することが比較的高価となることがあり、複雑さと、ＯＬＴのＸＧＰＯＮ部分の比較的高い電力消費との結果として、状況によっては密度問題を示すことがある。この問題に対処する本発明の代替の実施形態が図１０に示され、図１０は、複数の「ｎ個」の別個のＧＰＯＮネットワーク間で共有される単一のＸＧＰＯＮネットワークを示す。いくつかの別個のＧＰＯＮネットワークにＸＧＰＯＮネットワークをこのように１：ｎオーバレイするのは、場合によっては好ましい実施形態と考えられ、それは、単一のＸＧＰＯＮ ＯＬＴを使用すると、全体システムのサイズが低減するとともに、さらにいくつかの別個のＧＰＯＮネットワークにわたるＸＧＰＯＮ経費の分担が可能になるからである。

図１０に示すように、例示的な１：ｎ ＸＧＰＯＮ：ＧＰＯＮオーバレイ・ネットワーク２００は、複数の「ｎ個」の別個のＧＰＯＮネットワーク２１２．１〜２１２．ｎによって共有される、双方向光増幅器２２２および１：ｎスプリッタ２２４の使用による単一のＸＧＰＯＮネットワーク２１０を含む。以下で詳細に説明するように、双方向光増幅器２２２は、双方向個別ラマン増幅器、または分布ラマン増幅を用いるエルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を含むことができる。

図１０のこの特定の実施形態では、例示的なＧＰＯＮ ＯＬＴ２１４は、上述のように、サイクリックＷＤＭの形態をとることができるＷＤＭ２１６を使用することによってＸＧＰＯＮ信号に対応することができる。１：ｎ ＸＧＰＯＮ：ＧＰＯＮオーバレイ・ネットワークは、ＧＰＯＮ ＯＬＴ２１４のうちの１つまたは複数で追加のラマン・ポンプを利用して、ＧＰＯＮアップストリーム信号の増幅を行うことができることも可能である。その場合、ＧＰＯＮ ＯＬＴは、本発明のラマン・ポンプ源を図３に示すように組み込むことになる。加えて、ＧＰＯＮネットワークのうちの１つまたは複数は、図３に関連して上述したように、ＧＰＯＮ信号およびＸＧＰＯＮ信号のための別個のパワー・スプリッタを含むスプリッタ２１５を利用することができる。

図１０に示すような本発明のこの実施形態のオーバレイ・アーキテクチャによれば、別個の光分配ネットワークは、複数のｎ個のＧＰＯＮネットワーク２１２の間で単一のＸＧＰＯＮネットワーク２１０に関連する信号を共有するように利用される。図１０を参照すると、ＸＧＰＯＮネットワーク２１０は、λ_４で動作するダウンストリームＸＧＰＯＮ信号を送信し、λ_１で動作する複数のバースト・モード伝送アップストリームＸＧＰＯＮ信号を受信するためのＸＧＰＯＮ ＯＬＴ２１７を含むことが示されている。双方向光増幅器２２２は、１：ｎスプリッタ２２４およびＷＤＭ２１６に関連する追加の損失を補償するために使用される。特に、双方向光増幅器２２２は、オーバレイ構成の１：ｎ分岐に関連する損失に対処し、最も遠いＸＧＰＯＮ ＯＮＵ場所に許容レベルが届きうるようにダウンストリームＸＧＰＯＮ信号に十分な増幅を行うとともに、さらに、１：ｎスプリッタ２２４に関連する損失を補償するために様々な受信アップストリーム信号を増幅するように特別に構成される。

図１０の拡大したダイヤグラム部分に示すように、双方向光増幅器２２２のこの特定の実施形態は、適切な波長で動作するポンプが存在する状態でファイバ・ラマン増幅器として機能するある長さのファイバ２２６を含む個別のラマン増幅器を含むように示されている。１２０６ｎｍの波長で動作する第１のポンプ源２３０．１（この特別な実施形態のための）がこの特定の実施形態に含まれており、光源２３０．１からのポンプ・ビームは第１のＷＤＭ２２８．１を通過し、ラマン・ファイバ２２６に結合される。このポンプは、ＸＧＰＯＮアップストリーム信号（この特別な実施形態ではλ_１＝１２７０ｎｍで動作する）に対して逆伝搬増幅として使用される。これらの様々なＸＧＰＯＮアップストリーム信号は多数のＸＧＰＯＮ ＯＮＵで生じ、その後、フィーダ・ファイバ１１８に沿って伝搬し、ＷＤＭ２１６を通って上流に信号経路に沿って進み、スプリッタ２２４を通ってＸＧＰＯＮ ＯＬＴ２１７に進む。スプリッタ２２４に関連する追加の損失の結果として、増幅器２２２内の高出力ラマン増幅は、正確なデータ信号回復を確実に可能にするのに重要である。

双方向光増幅器２２２を再び参照すると、第２のポンプ源２３０．２は、１４８０ｎｍの波長（例えば）の逆伝搬ポンプを供給して、ダウンストリームＸＧＰＯＮ信号（λ_４＝１５７７ｎｍの公称波長の）のラマン増幅を行うために使用される。図示のように、第２のポンプ源２３０．２から出力されたポンプは第２の低密度ＷＤＭ２２８．２を通過し、ラマン・ファイバ２２６に結合される。

有利には、この実施形態は、ラマン増幅がより選択的であり、ＳＯＡと同じ程度には雑音を増幅しないので、ダウンストリーム信号増幅にＳＯＡを使用する構成と比較したとき、優れたシステム性能を有すると考えられる。加えて、ＸＧＰＯＮダウンストリーム信号の逆伝搬ポンピング方式を使用すると、非線形性能の改善および高利得が可能になる。この特別な実施形態では、光アイソレータ２３２．１および２３２．２が、ＷＤＭ２２８．１から出力された別個の信号経路に沿って配設され、ＸＧＰＯＮ ＯＬＴ２１７とＷＤＭ２２８．１との間でアップストリームＸＧＰＯＮ信号とダウンストリームＸＧＰＯＮ信号とを結合させるための波長ダイプレクサ２３４とともに動作する。

１：ｎオーバレイ構成に関連する追加の損失に対応するための代替の解決策が図１１に示される。個別の光増幅器３３０を含むように形成された双方向光増幅器３００が、ダウンストリームＸＧＰＯＮ信号を増幅するために使用され、高出力ポンプ源３４０は、アップストリームＸＧＰＯＮ信号を増幅するために複数のｎ個のＧＰＯＮネットワークにわたって分配される逆伝搬ポンプを供給するために使用される。個別の光増幅器３３０は、ＬバンドＥＤＦＡまたは適切なＳＯＡを含むことができる。高出力ポンプ源３４０を設けることに関して、非常に高いパワーをファイバ・レーザおよび増幅器から容易に入手することができ、スプリッタおよびＷＤＭの両方はハイパワーを取り扱う能力を実証している。

図１１を参照すると、ポンプ源３４０から出力されるハイパワー・ポンプは１：ｎスプリッタ２２４を通過して、複数のｎ個のサブポンプ（依然として比較的ハイパワーの）を生成し、次に、関連するＷＤＭ２１６を通過して、フィーダ・ファイバ１１８に入る。それ故に、この構成では、分配されたポンプは、フィーダ・ファイバ１１８の延長部分に沿ってアップストリームＸＧＰＯＮ信号に増幅を行う。ハイパワー・ポンプを使用することによって、大きい値のｎ（例えば、ｎ＞１６）を可能にすることができる。その結果、単一のＸＧＰＯＮ構成は、単一のＧＰＯＮシステムと同様に到達範囲延長を達成しながらより多くのＧＰＯＮをオーバレイすることができる。

明確に示されていないが、ＧＰＯＮシステムの到達範囲／分岐を拡大するために使用されるものと同様の方法で、組み合わされたＸＧＰＯＮシステムおよびＧＰＯＮシステムの到達範囲および／または分岐を改善するために使用することができる当業者に既知の様々な潤色があることを理解されたい。

Claims (13)

1. 相互に異なるビットレートで通信する複数のシステムの双方向通信をサポートする受動光分配ネットワークであって、各システムが異なる対のアップストリーム通信波長およびダウンストリーム通信波長に関連し、前記ネットワークが、
   各ダウンストリーム信号が異なるシステムに関連し、異なるダウンストリーム波長を使用する複数のダウンストリーム信号と、アップストリーム信号のグループが異なるシステムに関連し、各グループが異なるアップストリーム波長を使用する複数のアップストリーム信号とを搬送するための伝送ファイバと、
   複数の逆伝搬ポンプを異なるポンプ波長で供給するために前記伝送ファイバの近接側の端部に結合された複数の光ポンプ源であり、各ポンプ波長が異なるグループのアップストリーム信号に関連し、前記伝送ファイバの少なくとも延長部分に沿って前記複数のアップストリーム信号のラマン増幅を実施するために利用される、複数の光ポンプ源と、
   前記伝送ファイバの遠隔側の端部に結合された受動遠隔ノードであり、
   前記伝送ファイバに結合された共通ポートと、別個の信号ポートが各システムに関連する複数の信号ポートとを含むサイクリック波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）であり、ダウンストリーム信号が別個の信号ポートから出ていくように前記共通ポートから入る前記複数のダウンストリーム信号を分離するための複数の波長選択要素を含み、さらに、前記複数の信号ポートでアップストリーム信号のグループを受け取り、前記波長選択要素を通る前記アップストリーム信号を、前記共通ポートから出ていき、前記伝送ファイバに結合されるように誘導する、サイクリック波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）と、
   複数のパワー・スプリッタであり、各パワー・スプリッタが別個の信号ポートに結合され、異なるビットレートのシステムに関連し、各パワー・スプリッタが、その関連するダウンストリーム信号を、１組の既定の光ネットワーク・ユニットに伝送されるように複数のサブ信号に分け、前記１組の既定の光ネットワーク・ユニットからアップストリーム信号を受け取るためのものである、複数のパワー・スプリッタとを含む、受動遠隔ノードと
   を含む、受動光分配ネットワーク。
2. 前記伝送ファイバに入る前に前記ダウンストリーム信号に光増幅を行うためにダウンストリーム信号の光源に関連する少なくとも１つの個別の光増幅器をさらに含む、請求項１に記載の受動光分配ネットワーク。
3. 前記ダウンストリーム信号が連続モード伝送で送信され、前記アップストリーム信号がバースト・モード伝送で送信される、請求項１に記載の受動光分配ネットワーク。
4. 前記複数の異なるシステムが１対のシステムを含み、前記遠隔ノードが、前記対のシステムのうちの第１のシステムに関連する第１のパワー・スプリッタと、前記対のシステムのうちの第２のシステムに関連する第２のパワー・スプリッタとを含む１対のパワー・スプリッタを含む、請求項１に記載の受動光分配ネットワーク。
5. 前記第１のシステムがＧＰＯＮシステムであり、前記第２のシステムがＸＧＰＯＮシステムである、請求項４に記載の受動光分配ネットワーク。
6. 相互に異なるビットレートで通信する複数の光通信システムで使用するための双方向光通信ネットワークであって、
   受動光分配ネットワークであり、
   各ダウンストリーム信号が異なるシステムに関連し、異なるダウンストリーム波長を使用する複数のダウンストリーム信号と、アップストリーム信号のグループが異なるシステムに関連し、各グループが異なるアップストリーム波長を使用する複数のアップストリーム信号とを搬送するための伝送ファイバと、
   前記伝送ファイバの遠端終端に結合された受動遠隔ノードであり、
   前記伝送ファイバに結合された共通ポートと、別個の信号ポートが各システムに関連する複数の信号ポートとを含むサイクリック波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）であり、前記ダウンストリーム信号が別個の信号ポートから出ていくように前記共通ポートから入る前記複数のダウンストリーム信号を分離するための複数の波長選択要素を含み、さらに、前記複数の信号ポートでアップストリーム信号のグループを受け取り、前記アップストリーム信号を、前記共通ポートを通して前記伝送ファイバに誘導する、サイクリック波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）と、
   複数のパワー・スプリッタであり、各パワー・スプリッタが別個の信号ポートに結合され、異なるビットレートのシステムに関連し、各パワー・スプリッタが、その関連するダウンストリーム信号を、複数の引込み線ファイバに沿って伝送されるように複数のサブ信号に分けるためのものである、複数のパワー・スプリッタとを含む、受動遠隔ノードとを含む、受動光分配ネットワークと、
   光回線終端装置であり、
   各光送信器が異なるビットレート光通信システムにダウンストリーム通信信号を供給するためのものである、複数の別個の光送信器と、
   各光受信器が異なるシステムに関連する１つのグループのアップストリーム通信信号を回復するためのものである、複数の別個の光受信器と、
   各ポンプ源が異なるシステムに関連し、前記伝送ファイバの少なくとも延長部分に沿って前記関連するグループのアップストリーム信号のラマン増幅を実施するために利用される、複数の逆伝搬ポンプを異なるポンプ波長で供給するための複数の光ポンプ源と、
   前記伝送ファイバと、前記光回線終端装置内の前記光送信器、前記受信器、および前記ポンプ源との間の信号を結合させるための波長分割マルチプレクサと
   を含む、光回線終端装置と、
   別個のグループの光ネットワーク・ユニットを規定するように形成された複数の光ネットワーク・ユニットであり、各グループが異なるシステムに関連し、各光ネットワーク・ユニットが前記複数のパワー・スプリッタから出力された別個の引込み線ファイバに結合され、前記関連するダウンストリーム波長の前記ダウンストリーム通信信号を回復させるための光受信器と、前記関連するアップストリーム波長の前記アップストリーム信号を生成するための光送信器と、前記光受信器、前記光送信器、および前記パワー・スプリッタの間の信号を誘導するための、前記関連する引込み線ファイバに結合された波長分割マルチプレクサと
   を含む、複数の光ネットワーク・ユニットと
   を含む、双方向光通信ネットワーク。
7. 前記複数の異なるビットレート光通信システムがＧＰＯＮシステムおよびＸＧＰＯＮシステムを含む、請求項６に記載の双方向通信システム。
8. 前記受動遠隔ノードが、１対のパワー・スプリッタ、すなわち、前記ＧＰＯＮシステムに関連するＧＰＯＮパワー・スプリッタおよび前記ＸＧＰＯＮシステムに関連するＸＧＰＯＮパワー・スプリッタを含む、請求項７に記載の双方向通信システム。
9. 前記ＧＰＯＮパワー・スプリッタが、所定の到達範囲距離で、前記ＸＧＰＯＮパワー・スプリッタよりも大きい分岐比を有する、請求項８に記載の双方向通信システム。
10. 第１のデータレートで動作する第１の双方向光通信システムを、第２のデータレートで動作する複数のｎ個の第２の双方向光通信システムにオーバレイするためのネットワーク・アーキテクチャであって、
    前記第１のシステムに関連するアップストリーム光通信信号に逆伝搬ラマン増幅を行うためのラマン・ポンプ源を含む、前記第１のシステムの光回線終端装置に結合される双方向光増幅器であり、前記第１のデータレートで前記ダウンストリーム通信信号に増幅を行うための個別の光増幅器をさらに含む、双方向光増幅器と、
    前記双方向光増幅器の出力部に配設された１：ｎパワー・スプリッタであり、前記１：ｎパワー・スプリッタから出力される各々のｎ個の引込み線ファイバが前記複数のｎ個のシステムの別個の光回線終端装置に結合され、各引込み線が、前記第２のシステムの関連する光回線終端装置までの前記第１のシステムに関連するダウンストリーム・サブ信号の伝搬をサポートし、さらに、前記第１のシステムに関連するアップストリーム信号の伝搬をサポートするためのものである、１：ｎパワー・スプリッタと
    を含む、ネットワーク・アーキテクチャ。
11. 前記アップストリーム通信信号の前記ラマン増幅がハイパワー・ラマン・ポンプによって行われ、前記ハイパワー・ラマン・ポンプが、前記１：ｎパワー・スプリッタを通過し、ラマン・ポンプが前記複数のｎ個のシステムの各システムに分配される、請求項１０に記載のネットワーク・アーキテクチャ。
12. 前記双方向増幅器が、前記ダウンストリーム通信信号の増幅を行うための個別の半導体光増幅器をさらに含む、請求項１１に記載のネットワーク・アーキテクチャ。
13. 前記第１のシステムがＸＧＰＯＮシステムを含み、前記複数のｎ個のシステムが複数のｎ個のＧＰＯＮシステムを含み、ＸＧＰＯＮ：ＧＰＯＮオーバレイ・アーキテクチャを形成する、請求項１０に記載のネットワーク・アーキテクチャ。

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