JP6957492B2 - ポイントツーマルチポイントネットワーク用のコスト最適化されたアグリゲータベースの通信トポロジ - Google Patents

Description

本開示は、ケーブル伝送ネットワークを通じて信号を処理するシステムおよび方法に関する。

ケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）ネットワークは、当初は排他的なＲＦ伝送システムを用いて遠距離にわたってコンテンツをサブスクライバに配信するものであったが、現代のＣＡＴＶ伝送システムでは、ＲＦ伝送経路の大部分をより効率的な光ネットワークに置き換えられており、ハイブリッド伝送システムを構成している。ハイブリッド伝送システムでは、ケーブルコンテンツは同軸ケーブルを通じるＲＦ信号として開始および終端されるが、コンテンツプロバイダとサブスクライバとの間に介在する距離の大部分にわたる伝送用に光信号に変換される。詳細には、ＣＡＴＶネットワークは、コンテンツの多くのチャンネルに相当するＲＦ信号を受信するために、コンテンツプロバイダにヘッドエンドを備える。ヘッドエンドはそれぞれのＲＦコンテンツ信号を受信し、ＲＦ結合ネットワークを用いてそれらの信号を多重化し、この結合されたＲＦ信号を光信号に変換し（典型的にはＲＦ信号を用いてレーザを変調することにより）、光信号をファイバ光学ネットワークに出力する。ファイバ光学ネットワークは、サブスクライバのグループの直前に各々ある１つまたは複数のノードに信号を通信する。ノードは、次に、ＲＦ信号が視聴者によって受信されるように、受信した光信号を逆多重化し、それをＲＦ信号に戻すよう変換することによって、変換処理を反転する。

ケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）ネットワークは、最初にコンテンツプロバイダから一方的にビデオチャネルを配信する比較的単純なシステムとして配置されたときから継続的に発展している。初期のシステムは、各々約６ＭＨｚの分離している複数の周波数帯に複数のＣＡＴＶチャネルを割り当てる送信機を備えていた。続く進歩によって、いずれも同軸ネットワーク上に伝搬する専用の小さな低周波数信号による、サブスクライバからコンテンツプロバイダに戻る限定された戻り通信が可能となった。しかしながら、現代のＣＡＴＶネットワークは、非常に多くの数のコンテンツのチャンネルを提供するだけでなく、往路および復路の両方に割り当てられる非常に大きな帯域幅を必要とするデータサービス（インターネットアクセスなど）も提供する。明細書、図面および特許請求の範囲において、「往路」および「下り」という用語は、ヘッドエンドからノードへの、ノードからエンドユーザへの、またはヘッドエンドからエンドユーザへの経路を参照して互換可能に用いられ得る。反対に、「復路」「逆方向経路」および「上り」という用語は、エンドユーザからノードへの、ノードからヘッドエンドへの、またはエンドユーザからヘッドエンドへの経路を参照して互換可能に用いられ得る。

コンテンツの配信におけるさらなる改良を提供するＣＡＴＶアーキテクチャにおける近年の改良は、ノードとサブスクライバの家屋との間の同軸ネットワークをファイバ光学ネットワークに置き換えるファイバ・ツー・ザ・プレミス（ＦＴＴＰ）アーキテクチャを含む。そうしたアーキテクチャはＲＦｏＧ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｖｅｒ Ｇｌａｓｓ）アーキテクチャとも呼ばれる。ＲＦｏＧの主な利益は、現在の同軸伝送経路が配信可能であるより高速な接続速度と、より大きな帯域幅とを提供することである。例えば、１つの銅同軸ツイストペア導体が６つの同時の電話呼を搬送することができる一方、１つのファイバペアは２５０万個以上の電話呼を同時に搬送することができる。さらに同軸ケーブルは型／大きさ／導体に応じて、数百フィートごとに数十ｄＢの損失を（また、より高いＲＦ周波数が所望されると、より高い同軸ケーブル損失を）有する。ＨＦＣネットワークでは、これらの損失によって、インラインのＲＦ増幅器の配置が必要とされる。反対に、光ＦＴＴＰは損失がほとんど無く、インライン増幅器を必要としない。また、ＦＴＴＰは消費者が、電話、ビデオ、オーディオ、テレビ、任意の他のデジタルデータ製品またはサービスを同時に受信するように、自信の通信サービスを束ねることを可能とする。

１つの既存のＲＦｏＧ通信チャネルの欠点は、旧来のＲＦｏＧネットワークの問題となっている光ビート干渉（ＯＢＩ）である。ＯＢＩは２つ以上の逆方向経路送信機の電源が入っており、それらの送信機の波長が互いに非常に近いときに生じる。ＯＢＩは上りトラフィックを制限するだけでなく、下りトラフィックも制限し得る。ＯＢＩを軽減する既存の努力では、顧客の敷地（プレミス）における光ネットワークユニット（ＯＮＵ）に、またはそのヘッドエンドにおけるＣＭＴＳに焦点を合わせられている。例えば、ＯＢＩを軽減するいくつかの試みではＯＮＵ波長を特定する一方、他の試みでは、ＣＭＴＳにＲＦｏＧを認識するスケジューラを生成する。さらに他の試みには、オンザフライでＯＮＵ波長を変更することが含まれる。レーザおよびＤＯＣＳＩＳトラフィックの基本的な性質に起因して、波長衝突が依然として生じるかコストが高いので、上記の技術のうち満足な結果を与えるものはない。このように、ＲＦｏＧ配備においてはＯＢＩのさらなる低減または除去が所望され得る。

既存のＲＦｏＧアーキテクチャを示す図。 改良されたＲＦｏＧアーキテクチャを示す図。 図１および図２のアーキテクチャの性能を比較する図。 ＥＤＦＡのないスプリッタ／コンバイナユニットに先立つＥＤＦＡからなるアグリゲータアレイを有する代替アーキテクチャを示す図。 図４のアーキテクチャについて電力計算を示す図。 図４のシステムに基づくＡＡＭトポロジを示す図。 図６のトポロジについて電力計算を示す図。 図４のシステムの、ユーザあたりの相対コストを示す図。 本開示に係る方法例のフローチャート。

図１は例としての既存のＲＦｏＧシステム１０を示す。このシステム１０では、ヘッドエンド１２はノード１６を通じて顧客の敷地におけるＯＮＵ１４にコンテンツを配信する。ＲＦｏＧトポロジはヘッドエンド１２からフィールドノードまたは光ネットワークユニット（ＯＮＵ）への全ファイバ型のサービスを備え、ＯＮＵは典型的にはユーザの敷地に、またはその近傍に設けられる。ヘッドエンド１２において、下りレーザは、光学的に複数回分割される放送信号を送信する。光ネットワークユニットすなわちＯＮＵはＲＦ放送信号を復元し、それをサブスクライバの同軸ネットワークの中に伝える。

ヘッドエンド１２は典型的には送信機１８を備え、送信機１８は１つまたは複数の１ｘ３２パッシブスプリッタ２０に下り信号を配信し、パッシブスプリッタ２０は３２個の出力ポートを備え、各々の出力ポートは、ファイバ伝送部分２４を通じてノード１６に下りコンテンツを配信する波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）スプリッタ２８に接続されており、ノード１６は同様に別の１ｘ３２スプリッタ２２を備える。ここでスプリッタ２２の各々の出力ポートは、別のファイバ部分２６を通じてサブスクライバの敷地における特定のＯＮＵ１４に接続される。

ＲＦｏＧ環境における光ネットワークユニット（ＯＮＵ）は、サブスクライバ側のインターフェースにおいてファイバ接続を終端させ、また、顧客の敷地における家屋内のネットワークを通じて配信するためにトラフィックを変換する。同軸ケーブルがＲＦｏＧネットワークのＯＮＵを１つまたは複数のユーザデバイスに接続するように用いられることが可能であり、ここでＨＦＣネットワークのユーザデバイスと同様に、ＲＦｏＧユーザデバイスはケーブルモデム、ＥＭＴＡまたはセットトップボックスを含み得る。例えばＯＮＵ１４は同軸ケーブルを通じてセットトップボックス、ケーブルモデム、または同様のネットワーク要素に接続されてよく、また、ケーブルモデムの１つまたは複数はイーサネット（登録商標）またはＷｉ−Ｆｉ接続を通じてサブスクライバの内部電話配線に、パーソナルコンピュータまたは同様のデバイスに、またはその両方に接続されてよい。

当業者は、上述のアーキテクチャが例示に過ぎないことを認識する。例えばスプリッタ２０および２２のポートの数は所望に応じて変更されてよい。ヘッドエンド１２は、各々のスプリッタが多数のサブスクライバに対応するようにそれぞれのノードに接続されている出力を有する、より多くのスプリッタ２０を備えてよいということも理解される。

サブスクライバのＯＮＵ１４からヘッドエンド１２への復路に沿って、スプリッタ２２はコンバイナとして動作する。すなわち最大３２個のＯＮＵが、ファイバ長２４に沿う上り伝送のために復路信号を結合するノード１６に、復路信号を配信してよい。それぞれのＯＮＵ１４からの信号の各々は、次にＷＤＭ２８により他の信号から分離され、ヘッドエンド１２における受信機３０により受信される。それぞれの受信機からの信号は、次にヘッドエンド１２におけるケーブルモデム終端サービス（ＣＭＴＳ）への伝送用にコンバイナ３２により結合される。信号はＣＭＴＳ上りポートに接続される前に、ヘッドエンド１２においてコンバイナ３２によりＲＦ領域で結合される。

順方向において、電力を分配する高電力マルチポート増幅器に対し、順方向送信機が提供される。例えばヘッドエンド１２において送信機１８は、内部でコンバイナ２０の３２個の出力に対して電力を分配するエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）３４に出力を提供し、各々の出力が例えば約１８デシベルミリワット（ｄＢｍ）といった比較的高電力で動作される。ＷＤＭ２８は典型的には順方向においてＥＤＦＡ３４からの１５５０ｎｍの光を通過させ、また、典型的には１６１０ｎｍあるいは１３１０ｎｍにおける戻り光を逆方向において受信機３０に向ける。ＷＤＭ２８は、ノード１６におけるスプリッタ２２に送られる、長さＬ１のファイバに接続されてよい。スプリッタ２２の出力は各々、サブスクライバの家屋におけるＯＮＵ１４にそれぞれ接続されている長さＬ２の第２のファイバに提供される。典型的にはＬ１＋Ｌ２は最大２５ｋｍであってよい。ＯＮＵ１４は順方向に伝送される光を、家屋内の同軸ネットワークのためのＲＦ信号に変換する。ＯＮＵ１４はまた、家屋内のネットワークからのＲＦ信号を受信し、これらの信号を例えば１６１０ｎｍにおいて動作するレーザ上に変調し、レーザの出力はファイバＬ２の中に上り側に送信される。上り信号はコンバイナ２２において他の上り信号と結合され、ファイバＬ１によりさらに上り側に伝送される。ＷＤＭ２８において上り信号はヘッドエンド受信機３０の方に向けられる。

３２個のサブスクライバおよび２５ｋｍのファイバについてのロスバジェットは３２個のサブスクライバからなるサブスクライバのグループごとに、ヘッドエンド１２内に、３ｄＢｍの上り伝送電力が与えられる１つの受信機を必要とし、受信機３０およびＷＤＭ２８は、帯域制限受信機が容認可能な性能のために通常必要とされるように、優れた信号対雑音比を困難なものとする−１８ｄＢｍと−２１ｄＢｍとの間の電力において典型的には動作してよい。さらに、当然のこととして複数の光入力を単一の出力に結合するパッシブ光コンバイナ２２は、前述のようにこれらの入力同士の間にＯＢＩを生じ、それ故にヘッドエンド受信機３０においてＲＦ領域における雑音を生じる。さらに、往路において約２４ｄＢの損失もまた想定されるに違いなく、すなわち、このことはポートあたりの１８ｄＢｍのＥＤＦＡ出力電力に対して−６ｄＢの電力を受信機に供給する。これは１ＧＨｚまでのＯＮＵにおける容認可能な性能に対しては十分であり、低い雑音を提供し、高利得受信機が用いられる。

ＯＢＩを除去するための開示される技術が望ましく、ＯＢＩを除去するための開示される方法が上りおよび下りにおける、より高い容量を可能とする。開示される光コンバイナシステムを組み込むアーキテクチャについての実施形態が、本明細書において、より詳細に記載される。

図２は、ＲＦｏＧネットワークを通じてＣＡＴＶコンテンツを複数のサブスクライバに配信するための改良されたシステム１００を示す。このアーキテクチャでは、ＷＤＭスプリッタ１１６に各々接続されている送信機１１２および受信機１１４を有する、ヘッドエンド１１０を示す。ＷＤＭスプリッタ１１６は、Ｌ１ｋｍのファイバリンク１１８に信号を出力し、該ファイバリンク１１８から信号を受信する。ファイバリンク１１８はアクティブスプリッタ／コンバイナユニット１２０に接続されている。スプリッタ／コンバイナユニット１２０は好適には往路信号を逆方向経路信号から分離するＷＤＭ１２２を備えてよい。ＷＤＭ１２２からの往路信号はＥＤＦＡ１２４に提供され、ＥＤＦＡ１２４は増幅された光信号を、各々がそれぞれ第２のファイバリンク１２８に向かう３２個の出力ポートを有するアクティブ１ｘ３２スプリッタ１２６に出力する。各々のポートにおいて、電力レベルは高まる（例えば１８ｄＢｍ範囲に）だけでなく、適度に（例えば０−１０ｄＢｍ範囲に）もなることが可能である。

逆方向において、１ｘ３２ポートスプリッタ１２６はアクティブコンバイナ１２６として動作し、また、ポートにおけるフォトディテクタに上り光を向けるＷＤＭを各々のポートに備え、ポートは受信した光信号を電気信号に変換し、それらをＲＦ領域において増幅し、電気信号を送信機１２９に提供する。送信機１２９は例えば１６１０ｎｍ、１３１０ｎｍ、またはいくつかの他の適切な波長において光を出力し、同様にファイバ１１８の中に上り光を向けるＷＤＭ１２２に提供する。ヘッドエンド１１０においてファイバ１１８は、上り光を受信機１１４に向けるＷＤＭ１１６に接続されている。

スプリッタ／コンバイナ１２６の３２個のポートの各々は、それぞれのファイバ１２８を通じて、それぞれの信号をスプリッタ／コンバイナユニット１２０と同じ型および構成の第２のアクティブスプリッタ／コンバイナユニット１３０に出力する。ファイバ１２８の長さは互いに異なってよい。スプリッタポートあたりの出力電力は低く、約０ｄＢｍである。スプリッタポートは例えば集合住宅住戸（ＭＤＵ）または近辺において、長さＬ３のファイバ１３２を通じてＯＮＵ１４０に接続される。基本的なＲＦｏＧシステムにおいて、ファイバ長Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３の合計は最大２５ｋｍである。しかしながら、以下にさらに記載するようにシステム１００は高いＳＮ比損失を許容することができるので、システム１００は４０ｋｍといった、ヘッドエンド１１０とＯＮＵ１４０との間の、より高いファイバの全長を可能とする。

ＯＮＵ１４０からの上り信号は、アクティブスプリッタ／コンバイナユニット１３０において直ちに、個々に終端する。すなわち、ＯＮＵが０ｄＢｍで動作することを考慮に入れても、フォトディテクタに達する電力は約−２ｄＢｍである（ファイバ１３２は最大数ｋｍの短いファイバであり、アクティブコンバイナ内のＷＤＭ損失は小さい）。これは既存のＲＦｏＧシステムにおけるものより約２０ｄＢ高く、スプリッタ１３４におけるフォトディテクタの後のＲＦレベルは既存のＲＦｏＧシステムにおけるものより約４０ｄＢ高いことを意味する。結果として、受信機の雑音指数は重大ではなく、高帯域幅受信機が比較的少ない雑音性能で用いられることが可能である。受信されるＲＦ信号は送信機１３６により逆方向経路に沿ってファイバ１２８の中に再伝送され、前にあるアクティブスプリッタ／コンバイナユニット１２０により受信および再伝送され、その後ヘッドエンド１１０に向かう。繰り返される再伝送はいくらか増した、ＳＮ比の減少を生じるが、アクティブアーキテクチャからのＳＮ比の改良は旧来のＲＦｏＧシステムに対してはるかに優れた全般的な性能を提供する。さらに重要なことには、全ての逆方向光信号は分離しているフォトディテクタにおいて個々に終端するので、異なる逆方向信号同士の間の光ビート干渉（ＯＢＩ）が存在し得ない。逆方向信号は光学的には結合されず、従ってＯＢＩは生じ得ない。

順方向において、スプリッタ／コンバイナユニット１２０内のＥＦＤＡ１２４などの複数のＥＤＦＡがあってよく、これらのＥＤＦＡは低い電力散逸、典型的には２ワット以下であるためにコスト効率が高い１段のデバイスである。ＥＤＦＡの縦続接続は、ＥＤＦＡの有限の雑音指数に起因する雑音の蓄積を生じる。アクティブスプリッタアーキテクチャはＥＤＦＡを必要としない一方、高電力ヘッドエンド１１０内のＥＦＤＡ（示されていない）は依然として電力をＯＮＵ１４０に提供するように用いられ得るので、ＥＦＤＡ１２４などのアクティブスプリッタユニット内のＥＤＦＡの使用はいくらかの利点を提供する。例えば、ヘッドエンド１１０からファイバ心線は生ずるので、ヘッドエンド１１０内の機器の複雑性および電力散逸は大幅に減少する。ＯＮＵ１４０に配信される電力量は旧来のＲＦｏＧシステムにおける−６ｄＢｍから約０ｄＢｍに容易に増加する。結果として、ＯＮＵ受信機はそれらのフォトディテクタから１２ｄＢ大きなＲＦレベルを得、高い利得または低い受信機の雑音寄与を必要としない。ＯＮＵ受信機において緩和された雑音の必要があるにも関わらず、ＥＤＦＡの雑音に起因するＳＮ比の影響は、より高い受信電力によって容易に克服される。さらに、より多くのスペクトルが順方向において、現在のＲＦｏＧにおける１ＧＨｚに代えて４ＧＨｚといった、現在のアーキテクチャに関して容認可能なＳＮ比でサポートされることが可能である。従って、例えば４０Ｇｂｐｓのダウンロード速度および１０Ｇｐｓのアップロード速度を提供するサービスを可能とする動作の変更なしに、合計のデータスループットレートは著しく増加することが可能である。

ＲＦｏＧコンバイナの実施形態は、ネットワークの端部（ネットワークのヘッドエンド側におけるＣＭＴＳスケジューラまたはネットワークのサブスクライバ側の端における波長特定ＯＮＵの使用など）においてＯＢＩを扱うこととは対照的に、コンバイナにおけるＯＢＩを防止または除去することを含む。実施形態は、ＯＢＩの除去を可能とすることが記載される。開示される光コンバイナはＦＴＴＨネットワークのケーブル版であるＲＦｏＧにおいて、ＯＢＩを除去するか、容量を向上するか、複数のサービスを可能とするかのうちの１つ以上を行うように用いられてよい。

いくつかの実施形態において、開示される光コンバイナ（図２におけるコンバイナ１２０、１３０の一方または両方といったもの）は約２ワットの電力を必要とするアクティブデバイスであってよい。光コンバイナは、ＲＦｏＧシステムにおいて容易に利用可能な電力源により電力を供給されてよく、または電力が光コンバイナに供給されることができる。電力源はバッテリバックアップまたはソーラ／ファイバ電力代替物を含んでよい。電力が消費され、電池も消耗されている場合、全体の相互的なＰＯＮ伝送は変化を起こさない。しかしながら、上りＲＦｏＧ伝送は停止する。従来のＲＦｏＧシステムにおいては、システムがパッシブコンバイナを備える旧来のＲＦｏＧシステムであった場合には、いずれにしても大半のＯＢＩがシステムを激しく弱めていたので、ＲＦｏＧシステムもまた停止していた。電力損失の場合もまた、システムがＲＦｏＧシステムであろうとＰＯＮシステムであろうと、本明細書に開示されるアクティブコンバイナを備えていようがいまいが、電力のバックアップがないためにそうしたシステムが機能しなくなるように、家屋におけるＯＮＵ（光ネットワークユニット）は機能しなくなる。ヘッドエンドの光レシーバ１１４は、ＲＦコンバイナが存在しないことに起因して、０．．−３ｄＢｍからの範囲の入力電力を必要するだけでよく、１５ｄＢ低いＲＦ出力電力を必要とするだけでよいので、そうした高い光入力電力および低いＲＦ出力電力の必要性により利得が低くなることが可能である。

開示される光コンバイナは好適にはＯＢＩを除去し、ＯＢＩのないシステムを構築することができる。光コンバイナは、例えば最大４０ｋｍおよび１０２４分割といった長距離および大量分割を可能にし、さらにいっそう拡張される。開示される光コンバイナにより可能となる高い上りおよび下り容量は１０Ｇ ＤＳ／１Ｇ ＵＳまで、また４０Ｇ ＤＳ／１０Ｇ ＵＳ程度の高さまでを含む。

実施形態において、以前の試みが失敗しているかまたは法外な費用がかかることを示されているＯＮＵにおいて取られている措置を用いて干渉を防止するというよりも、むしろ、開示される光コンバイナはコンバイナにおけるＲＦＯＧの配置において干渉を防止する。

旧来のＲＦｏＧアーキテクチャは固定のパワーバジェットを有する。これは、下部の曲線が既存のアーキテクチャを表し、上部の曲線が本明細書において開示されるアクティブアーキテクチャを表す図３において見られるように、ヘッドエンドとＯＮＵとの間のファイバ長が増加するにつれて、より少数の分割が用いられてよいことを意味する。反対に、所望される、より多くの分割となるほど、より小さなファイバ長が配置されてよい。しかしながら、開示されるアクティブアーキテクチャは、用いられる分割の数に関わらず最大約４０ｋｍのファイバ長を可能とし、開示されるアクティブアーキテクチャが例えば１０２４といった多数の分割に加えて４０ｋｍ以上のファイバ長を可能とすることを意味し、従ってＦＴＴＰトポロジおよび配置を前進させる。

図２に示されるアクティブスプリッタアーキテクチャの全般的なコストは、旧来のＲＦｏＧの解決策のものと同様である。アクティブアーキテクチャにおけるアクティブスプリッタのＥＤＦＡ利得ブロックおよびＷＤＭおよびディテクタコンポーネントのコストは、受信機、高電力ＥＤＦＡおよびコンバイナなどのヘッドエンド装置の除去により埋め合わせられる。低い出力電力により動作可能であるＯＮＵのコスト削減は、アクティブスプリッタアーキテクチャをさらに支持する。アクティブスプリッタアーキテクチャのさらなる利点は、ヘッドエンドから出るファイバ心線の削減を含んでよく、このことは、コストをさらに削減することができる典型的なＳＮ比ロスバジェット以内のままでありながら１３１０ｎｍの逆方向ＯＮＵを用いる選択肢と同様、システムのコストに大きな影響を与えることができる。また、図２に示されるシステムは、既存のＲＦＯＧアーキテクチャが提供する可能性のあるものに対して増加した帯域幅を表し、サービスグループの大きさの限定および付随する、より多くのＣＭＴＳ戻りポートの必要を回避する。最終的に、既存のＲＦｏＧアーキテクチャにおけるＯＢＩ緩和技術とは異なり、図２に示されるシステムは、追加のＯＮＵ情報を必要とする、冷却または温度制御される光および双方向通信リンクを必要としない。

これらの要因の各々は、既存のＲＦｏＧアーキテクチャにわたるアクティブスプリッタの解決策のさらなるコストの利点を提供する。ヘッドエンドにおける必要な空間および電力もまた削減され、つまりアクティブスプリッタの解決策は１つの伝送ポート、１つの受信ポート、および１つのＷＤＭコンポーネントを必要とする。一方で既存のＲＦｏＧアーキテクチャは、複数の伝送ポート、マルチポート高電力ＥＤＦＡ、３２個のＷＤＭ、３２個の受信ポート、および３２ポートＲＦコンバイナを必要とする。既存のＲＦｏＧアーキテクチャは非常に低い雑音、高い利得、およびＲＦコンバイナにおける電力損失および雑音の追加を克服するように実施されるスケルチ方法による出力電力受信機を必要とする。図２に示されるシステム１００は、反対に通常０−３ｄＢｍの範囲内の入力電力により動作し、小さな利得が必要とされ、ＣＴＭＳの前のＲＦコンバイナが存在しないことに起因して１５ｄＢ低い電力出力を必要とする。

好適には、開示される光コンバイナユニットは、単一の光受信機における複数の光フォトディテクタを結合する伝送線アプローチを実装する。これは一方向または双方向構成において達成されてよい。一方向システムはアクティブ光スプリッタからＯＮＵへの制御通信信号を提供せず、すなわち制御通信信号はＯＮＵからアクティブスプリッタに通過するのみである。このように、一方向システムにおいては、アクティブ光スプリッタは単にＯＮＵからある出力レベルを受け取り、その出力レベルで動作する。双方向システムは、アクティブ光スプリッタからＯＮＵに制御信号を通過させ、ＯＮＵは制御信号の出力電力を調整するよう制御信号に対し命令する。すなわち、この型のシステムは各々のＯＮＵからアクティブ光スプリッタへの入力レベルの正確な一致を可能とする。

いくつかのアクティブスプリッタ／コンバイナシステムは好適には、アクティブ光スプリッタが高電力状態と低電力状態との間でそのシステムの戻りレーザの電力（アクティブ光スプリッタに接続されているＯＮＵの結合されている情報を運ぶ戻りレーザ）を切り替えるといった代理機能性を備えてよく、またはこのレーザをＣＷモードにおいて動作させる。その場合には、上り側ヘッドエンドまたはアクティブ光スプリッタは、入力ポートにおいて電力の損失を容易に検出することができ、別のファイバルートに接続されている第２の入力ポートに対して情報を受信することを可能とさせる。すなわち、順方向および逆方向の光は一般に同一のファイバを共有するので、往路においては他のファイバルートがこの場合ではアクティブである。また、いくつかのアクティブスプリッタ／コンバイナシステムは、アクティブ光スプリッタにおいて逆方向レーザを備えてよく、アクティブ光スプリッタは、アクティブ光スプリッタに対するＯＮＵ送信器の数およびこれらのＯＮＵから受信する光電流に応じてレーザの電力出力を調整する。依然として、他のアクティブスプリッタ／コンバイナシステムは、利得要因および固定値に設定されるアクティブ光スプリッタの逆方向レーザ電力を有する。

好適には、開示される光コンバイナユニットは変化する環境下において自身を構成することができる。実例は、たとえ伝送されるデータがなくとも、ＯＮＵにおけるケーブルモデムがＣＭＴＳと通信するために必要とされるところにおいて行われる。しかしながら通常、ＯＮＵとＣＭＴＳとの間で伝送されるデータがない期間にはＯＮＵは止められ、ケーブルモデムはデータを受信または送信する数時間前に動作可能である。このように、いくつかの実施形態において、開示されるコンバイナユニットはＣＭＴＳと通信している状態のままであるように構成されてよい。ケーブルモデムは３０秒に１度、またはいくつかの他の適切な間隔で、ＣＭＴＳに戻って通信するように要求されてよい。

パッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）トポロジは典型的には３２ポートおよび６４ポート分割ネットワークを備え、主にこれらのスプリッタの１７ｄＢ／２０ｄＢの損失でそれぞれ抑制される。典型的なＰＯＮリンクの信号対雑音比（ＳＮ比）バジェットは２４ｄＢ程度であるので、バジェットの残りは次に、典型的には１ｘ３２（１ ｂｙ ３２）分割比について最大２０ｋｍのファイバリンクおよび１ｘ６４（１ ｂｙ ６４）分割比について最大１０ｋｍのファイバリンクといった組み合わせで、ファイバ損失を許容するように捧げられる。ファイバ・ツー・ザ・プレミス（ＦＴＴＰ）ネットワークアーキテクチャに対するＲＦｏＧ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｖｅｒ Ｇｌａｓｓ）アプローチと同様に、この制限はＥＰＯＮおよびＧＰＯＮに等しく適用される。図１および図２において見られるように、このロスバジェットが与えられるＰＯＮトポロジの設計は、典型的には消費者の小さなグループにまでもサービスを提供するように多数のＥＤＦＡを用いる。例えば、２５６個の消費者に供給するために、図２に示されるアーキテクチャは９つの＋１７ｄＢｍのＥＤＦＡを必要とする。同様に、５１２個のユーザに供給するためには１７個の＋１７ｄＢｍのＥＤＦＡが必要とされ、１０２４個のユーザに供給するためには３３個の＋１７ｄＢｍのＥＤＦＡが必要とされる。ＥＤＦＡはコストがかかり、それ故に、前に記述したロスバジェット以内、すなわち信号の質を低下させないままの状態であるにも関わらず、与えられる数の消費者にサービスを提供するために用いられるＥＤＦＡの数を最小化することができるアーキテクチャを設計することは、大きな利益となる。

図４を参照すると、代替システム２００は、ＣＡＴＶコンテンツを１つまたは複数のＯＮＵ２１２に配信するヘッドエンド２１０を備えてよい。ヘッドエンド２１０は、コンバイナ／スプリッタユニット２２２に接続されているファイバリンク２２０に下りコンテンツを伝送する送信器２１４を備えてよい。ヘッドエンド２１０は、上り信号および下り信号を分離するＷＤＭ２１８と同様に、スプリッタ／コンバイナユニット２２２に接続されているファイバリンク２２０から上り信号を受信する受信機２１６を備えてもよい。

アクティブコンバイナユニット２２２は、それぞれの第２のファイバリンク２３０により１つまたは複数の第２のスプリッタ／コンバイナユニット２３２に同様に接続されてよく、第２のスプリッタ／コンバイナユニット２３２自身は第３のファイバリンク２４０を通じてＯＮＵ２１２にコンテンツを配信する。図２に示されるシステムのように、ファイバ長２２０，２３０，および２４０により提供される総距離は、好適には約０ｋｍと約４０ｋｍとの間であってよい。図４に示されるトポロジにおいて、スプリッタ／コンバイナユニット２２２はスプリッタ／コンバイナネットワーク２２８を通じて複数のスプリッタコンバイナユニット２３２に接続されていることと、スプリッタ／コンバイナユニットはスプリッタ／コンバイナ／ネットワーク２３８を通じて複数のＯＮＵに同様に接続されているユニット２３２により例示されることとが理解される。

スプリッタ／コンバイナユニット２２２は、好適には、ヘッドエンド２１０からの下り経路信号を受信するとともにそうした信号をそれぞれのＯＮＵ２１２により送信される上り信号から分離するＷＤＭ２２４を備える。スプリッタ／コンバイナユニット２２２もまた、好適には、スプリッタ／コンバイナネットワーク２２８の上りポートからのそれぞれの上り信号を受信することとそれぞれの上り信号をＷＤＭ２２４に向けることとを行う１つ以上の送信機２２９を備える。

ところが図２に示されるシステムとは異なり、スプリッタ／コンバイナネットワーク２２２はＥＦＤＡ２２７のアレイ２２６を備え、ここで各々のＥＦＤＡ２２７は下り信号を受信し、それをスプリッタ／コンバイナネットワーク２２８の複数の下りポートの各々に提供する。例えば１つの好適な実施形態において、図２のシステムにおける各々のＥＦＤＡはスプリッタ／コンバイナネットワーク２２８の４つのポートの各々に下り信号を提供する。いくつかの実施形態において、これはスプリッタを用いて達成されてよいが、他の実施形態はスプリッタ／コンバイナネットワーク２２８のポートのグループの各々に対する入力として下り信号を配信する任意の他のデバイスを用いてよい。好適には、ＥＦＤＡ２２７の各々は、例えば約＋２３ｄＢｍなどの可能な限り高い出力電力のＥＤＦＡを用いる。この文脈において「約」という用語はプラスまたはマイナス５％を意味する。これは、上述のロスバジェット以内を依然として保ちながら、下りスプリッタ／コンバイナユニット２３２に対してＥＦＤＡを有しないことを可能とする。例えば、図５を参照して、スプリッタ／コンバイナユニット２２２が４つの＋２３ｄＢｍのＥＦＤＡを利用し、ここで各々のＥＦＤＡがスプリッタ／コンバイナユニット２２２の４つの出力および下りスプリッタ／コンバイナユニット２３２の３２個の出力の間で分割される信号を増幅されるように用いられることを想定すると、５１２個の消費者は約０ｄｂｍの順方向の光レベルで供給されることが可能である。この文脈において、約という言葉はプラスまたはマイナス１ｄＢｍを意味する。

言い換えると、スプリッタ／コンバイナユニット２２２は、ＥＤＦＡアレイとそれが対応するＯＮＵとの間の全経路に沿って増幅器を集合させるＥＤＦＡアレイを有し、このように、下り方向に沿う複数のＥＤＦＡの必要性を除去する。図２のシステムは例えば、５１２個の消費者に供給するために１７個の＋１７ｄＢｍのＥＦＤＡを必要とする一方で、図４のシステムは同数の消費者に供給するために４つの＋２３ｄＢｍのＥＦＤＡを必要とするのみであり、従って高電力ＥＦＤＡの使用に関わらず相当なコスト節約を達成する。

再び図５を参照すると、本発明者は、ＯＮＵ２１２の下り入力／フォトディテクタの中に約０ｄＢｍレベルが到達するように、ＥＤＦＡの後の損失が合計のＥＤＦＡ出力以内を保つ必要があることを理解する。しかしながら、ＥＤＦＡの前の損失は、ＥＤＦＡに送られるリンクに影響するが、ＯＮＵへの電力レベルには変化を及ぼさない。このように当業者は、図４に示されるシステムが（１）最大５１２個のユーザを集合させるように各々の出力が下りの１ｘ３２ポートスプリッタに接続されている、１ｘ４スプリッタが各々に続く４つの＋２３ｄＢｍのＥＤＦＡブロックに続く１ｘ４スプリッタを備え、（２）最大２５６個のユーザを集合させるように各々の出力が下りの１ｘ３２ポートスプリッタに接続されている、１ｘ４スプリッタが各々に続く２つの＋２３ｄＢｍのＥＤＦＡブロックに続く１ｘ２スプリッタを備え、（３）最大１２８個のユーザが同一のサービスグループ内に集合させられる必要がある場合にのみ、ただ１つの＋２３ｄＢｍのＥＤＦＡの「通過」を含み、（４）４つの下りの送信機からの信号を逆多重化するための、最大１２８個のユーザのサービスグループであって各々のＥＤＦＡごとに１つのグループに各々が送られる、単一ファイバ入力および４つのＩＴＵ ＤＷＤＭ出力を備えてよいということを認識する。

さらに当業者は、このアプローチは３２ポートスプリッタ／コンバイナ下りユニットに限定されないことを認識する、例えば１６ポート、６４ポート、または１２８ポート下りスプリッタ／コンバイナまでもが用いられてよい。同様に当業者は、図４におけるスプリッタ／コンバイナユニット２２２が、供給を受ける消費者の数応じてアレイ２２６の任意の所望の数のＥＤＦＡ２２７を利用してよいことを理解し、＋２３ｄＢｍより高い電力を供給されるＥＤＦＡが所望に応じて用いられてよいことも理解する。

図６はＡＡＭベースのトポロジを示し、ここで４つの＋２３ｄＢｍのＥＤＦＡからなるアグリゲータアレイは各々が６４ポートの２つのスプリッタ／コンバイナユニットに接続されている。図７はこの構成についての電力計算を示し、ここでＯＮＵにおける電力損失は０ｄＢｍである。

一般に図４に開示されるアーキテクチャのコストは１次の（線形）近似によりモデル化されることが可能であり、
Ｃｏｓｔ＝ＢＮＢ＋Ｃ＿ＥＤＦＡ＋Ｎ＊ＰＰ
ここでＢＮＢは「箱および土台」のコストを意味し、Ｃ＿ＥＤＦＡはＥＤＦＡのコストを意味し、ユニットに存在する場合、ＮはＡＡＭまたはＡＭモジュールどちらかのポートの数を意味し、ＰＰは「ポートあたりの」コストを意味する。このように、たとえば
ＡＭ３２００＿Ｃｏｓｔ＝ＢＮＢ＋３２＊ＰＰ
ＡＭ３２１７＿Ｃｏｓｔ＝ＢＮＢ＋Ｃ＿ＥＤＦＡ＋３２＊ＰＰ
ＡＭ６４００＿Ｃｏｓｔ＝ＢＮＢ＋６４＊ＰＰ
ＡＡＭ０８ｘ４＿Ｃｏｓｔ＝ＢＮＢ＋４＊Ｃ＿ＥＤＦＡ＋８＊ＰＰ
などである。図８は一般にこれらのコストを示す。この図に見られるように、スプリッタ／コンバイナ２３２についてのポートの数が大きくなるほどコストが低くなることが一般に当てはまるが、このコスト節約はあるポイントまでのみ、および、いくらか最適に選択されるユーザの数（すなわち１２８より大きく、典型的には２５６および５１２といった２の累乗）に対してのみに生じる。全般的には、最低のユーザあたりコストに対して、ほとんどのサービスグループあたりユーザの値について、最も推奨される構成は、図６に示されるように、ＡＭ６４００が後に続くＡＡＭ０８ｘ４の利用である。

図９を参照すると、好適にはヘッドエンド、複数のスプリッタ／コンバイナユニット、およびＯＮＵを備えるシステムにより実施される好適な方法３００が示される。第１ステップ３１０は好適には、スプリッタコンバイナユニット内の複数の増幅器の各々に対する入力として下り光信号を提供するヘッドエンドを備える。第２ステップ３２０は好適には、増幅器のそれぞれの出力に存在する各々の増幅された信号をスプリッタコンバイナユニットのそれぞれの下り出力ポートに提供することを備える。第３ステップ３３０は好適には、各々の増幅された下り信号をそれぞれの上り信号と多重化することを含む。

好適には各々の増幅器は上述したようにＥＤＦＡであり、増幅された下り信号はいくつかの実施形態において、増幅器を備えない第２のスプリッタ／コンバイナユニットに対する入力として提供され、このように、好適には約０ｄＢｍであってよい所望のロスバジェット以内のまま優れたコスト効率を達成する。いくつかのそうした実施形態では、下り光信号は第１のスプリッタ／コンバイナユニット内の４つの＋２３ｄＢｍのＥＤＦＡにより別々に増幅されてよく、ここで各々のＥＤＦＡからの増幅された出力は６４ポートの２つの分離した第２のスプリッタ／コンバイナユニットに提供される。

上述の明細書において使用されている用語および表現は、限定の用語ではなく記載の用語として明細書中で用いられ、そうした用語および表現の使用においては、示され記述される特徴の均等物またはそれらの部分を除外する意図はなく、請求される発明の主題の範囲は後に続く請求項によってのみ定義され限定されることが理解される。

Claims (14)

1. ヘッドエンドと前記ヘッドエンドから遠隔の複数のサブスクライバとの間でコンテンツを中継するためのデバイスであって、ヘッドエンドからの下り光信号を受信し、前記信号を複数のユーザのグループの各々に配信し、
   （ａ）ヘッドエンドから前記下り光信号を受信するとともに、受信した前記下り光信号を同じ波長を有する複数の第１の入力に分割する第１のユニットと、
   （ｂ）複数の増幅器からなる増幅器のアレイであって、各々の増幅器は前記第１の入力のそれぞれの１つを受信し、各々の増幅器はスプリッタ／コンバイナユニット内のそれぞれの複数のポートに接続され、前記スプリッタ／コンバイナユニットはそれぞれの上り信号を受信し結合し、結合された上り光信号を形成する、アレイと、
   （ｃ）前記結合された上り光信号を前記ヘッドエンドからの前記下り光信号と多重化するマルチプレクサと、を備えるデバイス。
2. 第２のデバイスに動作可能に接続されており、前記第２のデバイスは、下り信号を同じ波長を有する複数の信号に分割するとともに上り信号を結合するスプリッタ／コンバイナユニットを有し、前記第２のデバイスは前記下り信号を増幅する増幅器を備える必要がない、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記第１のユニットは４つの増幅器からなるアレイを備え、各々の増幅器は６４ポートの２つの第２のデバイスに接続されている、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記増幅器のアレイの各々の増幅器はＥＤＦＡである、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記ヘッドエンドからの前記光信号を受信するとともに、前記光信号を前記増幅器のうちの複数の間で分割するスプリッタを備える、請求項１に記載のデバイス。
6. 各々の増幅器は前記光信号を約２３ｄＢｍ以上増幅する、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記サブスクライバの各々は前記ヘッドエンドからの前記光信号を約０ｄＢｍの損失で提供される、請求項１に記載のデバイス。
8. ヘッドエンドから、前記ヘッドエンドから遠隔の複数のサブスクライバの各々に下り光信号を中継する方法であって、
   （ａ）前記ヘッドエンドから前記下り光信号を受信するとともに、受信した前記下り光信号を同じ波長を有する複数の入力に分割し、前記複数の入力のそれぞれを複数の増幅器からなる増幅器のアレイの各々の増幅器に提供する工程と、
   （ｂ）前記アレイの前記増幅器の各々の出力からの増幅された前記光信号をスプリッタ／コンバイナユニット内のポートの一部のそれぞれに提供する工程であって、前記スプリッタ／コンバイナユニットはそれぞれの上り信号を受信および結合し、結合された上り光信号を形成する、工程と、
   （ｃ）前記結合された上り光信号を前記ヘッドエンドからの前記下り光信号と多重化する工程と、を備える方法。
9. 前記スプリッタ／コンバイナユニットはそれぞれの増幅された下り光信号をそれぞれの第２のスプリッタ／コンバイナユニットに提供し、各々の第２のスプリッタ／コンバイナユニットは受信した前記下り光信号を同じ波長を有する複数の信号に分割するとともに上り信号を結合し、前記第２のスプリッタ／コンバイナユニットは前記下り光信号を増幅する増幅器を備える必要がない、請求項８に記載の方法。
10. 前記下り光信号は４つの増幅器からなる増幅器のアレイに提供され、各々の増幅器は増幅された出力信号を６４ポートの２つの第２のスプリッタ／コンバイナユニットに提供する、請求項９に記載の方法。
11. 前記増幅器のアレイの各々の増幅器はＥＤＦＡである、請求項８に記載の方法。
12. 前記ヘッドエンドからの前記下り光信号は、前記増幅器のアレイの各々の増幅器の入力に前記光信号を出力するスプリッタに対し提供される、請求項８に記載の方法。
13. 前記下り光信号は約２３ｄＢｍ以上増幅される、請求項８に記載の方法。
14. 前記サブスクライバの各々は前記ヘッドエンドからの前記光信号を約０ｄＢｍの損失で提供される、請求項８に記載の方法。

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