JP2004170734A - 光符号分割多重通信装置 - Google Patents
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Abstract
【目的】光符号化信号間の干渉が抑制された高性能な光符号多重通信装置を提供する。
【解決手段】入力光信号を反射する、光符号チップ数と同数の均一ピッチグレーティングが光導波路の導波方向に形成され、各々が２値位相光符号の１符号に対応するとともに入力光信号の符号化をなす複数のグレーティング導波路符号器と、上記複数のグレーティング導波路符号器からの符号化信号の各々を相対的に遅延せしめる遅延器と、を有している。ここで、当該光符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティングは、入力光信号に（２ｍ＋１）π／２の位相シフト（ｍは整数）を与える間隔で配され、その他の隣接均一ピッチグレーティングは、入力光信号にｎπの位相シフト（ｎは整数）を与える間隔で配されている。
【選択図】 図１７
【解決手段】入力光信号を反射する、光符号チップ数と同数の均一ピッチグレーティングが光導波路の導波方向に形成され、各々が２値位相光符号の１符号に対応するとともに入力光信号の符号化をなす複数のグレーティング導波路符号器と、上記複数のグレーティング導波路符号器からの符号化信号の各々を相対的に遅延せしめる遅延器と、を有している。ここで、当該光符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティングは、入力光信号に（２ｍ＋１）π／２の位相シフト（ｍは整数）を与える間隔で配され、その他の隣接均一ピッチグレーティングは、入力光信号にｎπの位相シフト（ｎは整数）を与える間隔で配されている。
【選択図】 図１７
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光符号分割多重通信に用いられる光符号分割多重通信装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの普及等により通信需要が急速に増大している。光多重通信技術は、これまで光時分割多重（ＯＴＤＭ： Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信方式から波長多重（ＷＤＭ： Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信方式の開発を経て、その通信容量を増大させてきた。次の光多重通信方式として期待されているのが、光符号多重（ＯＣＤＭ： Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信方式である。これは同一の時間スロット、同一の波長上に、複数の通信チャンネルを設定できることが特長とされている。
【０００３】
しかしながら、これまで厳密に同一時間スロットに同一波長の符号化信号を多重した例は無かった。例えば、コヒーレントな光源を用いた符号化信号では、時間方向に拡散された信号同士をオーバーラップさせることができない、と明確に記述されている（例えば、非特許文献１参照）。また、ＳＳＦＢＧ（Ｓｕｐｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）による位相符号化信号を用いた多重伝送について開示されている（非特許文献２参照）。但し、この文献においては、ＳＳＦＢＧの全長以外の構造および反射スペクトル以外の特性等については明らかにされていない。また、この文献ではＷＤＭ技術が併用されており、時間領域で波長の異なる複数の位相符号化信号が多重されているものの、符号化信号の拡散時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）はデータ周期と同一に設定されている。つまり、上記非特許文献１の記述のような、時間方向に拡散された同一波長の符号化信号同士のオーバーラップが行われているわけではない。
【０００４】
従って、時間方向に拡散された信号同士がオーバーラップする場合には、光パルス間の干渉によって伝送特性が損ねられたり、データレートや伝送距離等が制限される等の問題が生じる。また、上記したように、同一時間スロットに同一波長の符号化信号を多重できないのであれば、光通信システムとして適用可能なデータレートの上限が符号器によって決定されてしまうことになり、光通信システムの自由度が符号器により制限されることになる。
【０００５】
また、上記非特許文献２に開示されるＳＳＦＢＧの場合においては、符号器の長さで決定される拡散時間以下のデータ周期を有するデータレート以上のシステムに適用することができないということになる。例えば、拡散時間が８００ｐｓの場合では、１．２５Ｇｂｐｓ（Ｇｂｉｔｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）以上のデータレートに適用することができない。さらにはＳＳＦＢＧで多重に有効な符号数を増加させるためにはチップ数を増やすことが有効であるが、単純なチップ数の増加はＳＳＦＢＧの長さの増大につながり、より適用可能なデータレートを制限することになる。
【０００６】
【非特許文献１】
「光ＣＤＭＡ：光ネットワークの寿命の延長（”Ｏｐｔｉｃａｌ ＣＤＭＡ： Ｅｘｔｅｎｄｉｎｇｔｈｅ Ｌｉｆｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”）、Ｈ．ファザラー博士、ＡＰＮ社（Ｄｒ．Ｈ． Ｆａｔｈａｌｌａｈ， ＡＰＮ Ｉｎｃ． ）、ホームページｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｔａｎｆｏｒｄ．ｅｄｕ／￣ｓｕｐｒｉｙｏ／Ｗｈｉｔｅ．ｐｄｆ」（第４頁）
【０００７】
【非特許文献２】
「１６チップ、４レベル位相コーディンググレーテングを用いた８チャネル双方向スペクトルインターリーブされたＯＣＤＭ／ＤＷＤＭ実験（”８−ｃｈａｎｎｅｌＢｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ＯＣＤＭ／ＤＷＤＭ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ １６−ｃｈｉｐ， ｆｏｕｒ−ｌｅｖｅｌ ｐｈａｓｅ ｃｏｄｉｎｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ”）、Ｐ．Ｃ．ティー他、ＯＥＣＣ２００２、テクニカルダイジェスト１１Ａ−１第３８４−３８５頁（Ｐ．Ｃ．Ｔｅｈ ｅｔ．ａｌ， ＯＥＣＣ２００２ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ １１Ａ−１， ｐ３８４−３８）」、（第３８４頁、図１）
【０００８】
【非特許文献３】
「高密度ＷＤＭシステムのための多重位相シフト超構造ファイバ・ブラッググレーテング（”Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ（ＭＰＳ−ＳＳＦＢＧ’ｓ） ｆｏｒ ｄｅｎｓｅ ＷＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ”）、ナス他、ＯＥＣＣ／ＩＯＯＣ２００１、ポストデッドラインペーパ１（Ｎａｓｕ ｅｔ ａｌ， ＯＥＣＣ／ＩＯＯＣ２００１， ＰＤＰ１）」（第３４頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、光符号化信号間の干渉が抑制された高性能な光符号多重通信装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の光符号分割多重装置は、２値位相光符号を用いて光符号分割多重化を行う光符号分割多重装置であって、入力光信号を反射する、光符号チップ数と同数の均一ピッチグレーティングが光導波路の導波方向に形成され、各々が２値位相光符号の１符号に対応するとともに入力光信号の符号化をなす複数のグレーティング導波路符号器と、上記複数のグレーティング導波路符号器からの符号化信号の各々を相対的に遅延せしめる遅延器と、を有している。
【００１１】
ここで、当該光符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティングは、入力光信号に（２ｍ＋１）π／２の位相シフト（ｍは整数、ｍ＝０，１，２，・・・）を与える間隔で配され、その他の隣接均一ピッチグレーティングは、入力光信号にｎπの位相シフト（ｎは整数、ｎ＝０，１，２，・・・）を与える間隔で配されている。
【００１２】
また、この発明の光符号分割多重通信装置は、２値位相光符号を用いて光符号分割多重化を行う光符号分割多重通信装置であって、所定波長の光パルス信号を生成する複数の光パルス信号生成器と、光パルス信号を反射する、光符号チップ数と同数の均一ピッチグレーティングが光導波路の導波方向に形成され、各々が２値位相光符号の１符号に対応するとともに光パルス信号生成器の１からの光パルス信号の符号化をなす複数のグレーティング導波路符号器と、上記複数のグレーティング導波路符号器からの符号化信号の各々を相対的に遅延せしめる遅延器と、を有している。
【００１３】
ここで、当該光符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティングは、当該パルス信号光に（２ｍ＋１）π／２の位相シフト（ｍは整数、ｍ＝０，１，２，・・・）を与える間隔で配され、その他の隣接均一ピッチグレーティングは、当該パルス信号光にｎπの位相シフト（ｎは整数、ｎ＝０，１，２，・・・）を与える間隔で配されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する図において、実質的に同等な部分には同一の参照符号を付している。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例である光符号化装置１０の構成を示すブロック図である。
【００１５】
ここでは、光符号器として多点位相シフトＦＢＧ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）が光サーキュレータと組み合わせて用いられている。すなわち、光符号化装置１０は、光符号器（以下、単に符号器ともいう。）１１及び光サーキュレータ１５を有している。光符号化装置１０の光入力端１６Ａに入力された光信号は光ファイバ１９を介して光サーキュレータ１５の第１ポートに導かれ、光サーキュレータ１５の第２ポートを経て、光符号器１１により反射される。また、光符号器１１の終端側には−５０ｄＢ程度の減衰量の光ターミネタ（光減衰器）１２が接続されている。光符号器１１からの反射光信号は光サーキュレータ１５の第２ポート、第３ポートを経て光出力端１６Ｂに導かれる。
【００１６】
この光符号器（多点位相シフトＦＢＧ）１１は、実質的に同一のブラッグ周波数又はブラッグ波長を有するｐ個の均一ピッチグレーティング（以下、単に均一グレーティングともいう）ＵＧ（ｉ）（ｉ＝１，２，．．．，ｐ）の各々が位相シフト部ＰＳ（ｉ） （ｉ＝１，２，．．．，ｐ−１）を介して直列に結合して形成された構成を有している。例えば、光ファイバのコアの屈折率を周期的に変化させることにより光ファイバ中に複数の均一ピッチブラッグ回折格子が形成された位相シフト・ファイバグレーティングとして構成されている。なお、光符号器１１は、ファイバグレーティングとして構成されている場合に限らない。例えば、光符号器１１は、光導波路及び当該光導波路に光学的に結合された多点位相シフト構造から構成されていればよい。例えば、光符号器１１は、平面光導波路内に複数の均一ピッチブラッグ回折格子が形成されたプレーナ構造多点位相シフト・グレーティングとして構成されていてもよい。また、均一ピッチグレーティングＵＧ（ｉ）は、必ずしも同一のブラッグ波長を有する必要はない。すなわち、均一ピッチグレーティングＵＧ（ｉ）は入力信号光を反射するように構成されていればよく、反射光を得ることができれば光符号化をなすことができる。例えば、均一ピッチグレーティングＵＧ（ｉ）のブラッグ波長をλｂ、パルス信号光の波長をλｐ、符号化信号のチップ時間差（チップレート）の逆数に対応する波長をΔλとしたとき、均一ピッチグレーティングのブラッグ波長λｂが、λｐ−Δλ≦λｂ≦λｐ＋Δλの範囲内にあるのが好ましい。ここで、本実施例の場合、チップ時間差は２４ｐｓであるから、チップ時間差の逆数（周波数）は約４２ＧＨｚであり、１５５０ｎｍ帯においてこれに対応する波長（Δλ）は約０．３４ｎｍである。また、上記したように、均一ピッチグレーティングＵＧ（ｉ）が実質的に同一のブラッグ波長を有するのが更に好ましい。
【００１７】
さらに、均一ピッチグレーティングＵＧのうち少なくとも１つをアポダイズされたグレーティング（アポダイズグレーティング）としてもよい。すなわち、均一ピッチグレーティングＵＧの屈折率変調度が光導波路の導波方向の両端又は一端において低減された構造を有するグレーティングとしてもよい。アポダイズグレーティングを用いることによって、後述するグレーティングによる反射パルスの時間拡がりを改善することができる。また、位相反転の関係にある隣接光パルスの打ち消し合いを防止し、パワーロスを低減させることができる。なお、均一ピッチグレーティングＵＧの全てをアポダイズグレーティングとしてもよい。あるいは、光符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティングの一方又は両方をアポダイズグレーティングとしてもよい。すなわち、後述するように、反射光間の位相差がπとなる位置の隣接均一ピッチグレーティングをアポダイズグレーティングとしてもよい。または、適当な位置の均一ピッチグレーティングＵＧをアポダイズグレーティングとしてもよい。
【００１８】
以下においては、Ｍ系列１５チップの２値位相符号化に用いられる符号器に適用した場合を例に説明する。
図２は、光符号器１１の構成及び符号化動作を説明するための模式的な図である。光符号器１１は、均一グレーティングＵＧ（ｉ）（ｉ＝１，２，．．．，１５）の各々の間に位相シフト部ＰＳ（ｉ） （ｉ＝１，２，．．．，１４）がそれぞれ配されている。位相シフト部ＰＳ（ｉ）の位相シフト量は、Ｍ系列符号の各チップに対応して定められる。すなわち、１５チップのＭ系列符号としてＭａ（０００１１１１０１０１１００１）を用いた場合には、ＵＧ（１），ＵＧ（２），ＵＧ（３），ＵＧ（４），・・・，ＵＧ（１４），ＵＧ（１５）はそれぞれ０，０，０，１，・・・，０，１に対応する。また、「０」及び「１」（あるいは、「１」及び「０」）のチップが隣接する位置（すなわち、当該光符号値の変化位置）に対応する位相シフト部ＰＳ（ｉ）は、その位相シフト量がπ／２となるように形成されている。すなわち、入射光の導波路内波長に対して位相差がπ／２（＝λ／４）であり、伝播する光に往復でπの位相シフトを与えるように形成されている。一方、「０」及び「０」、又は「１」及び「１」が隣接する位置に対応する位相シフト部ＰＳ（ｉ）の位相シフト量はπとなるように形成されている。すなわち、入射光の導波路内波長に対して位相差がπ（＝λ／２）であり、伝播する光に往復で２πの位相シフト（すなわち、位相シフトが０）を与えるように形成されている。
【００１９】
従って、位相シフト部ＰＳを往復する光に対しては、位相シフト量がπ／２＋ｍπ＝（２ｍ＋１）π／２である（ｍは整数）ことは、位相シフト量がπ／２（往復での位相シフト量がπ）の場合と等価である。同様に、位相シフト量が０＋ｎπ＝ｎπのとき（ｎは整数）は、位相シフト量がπ（往復での位相シフト量が０）の場合と等価である。ここでは、位相シフト量が等価な場合をも含めて、これらの位相シフト量がそれぞれπ／２又はπであるとして説明する。
【００２０】
具体的には、上記したＭ系列符号としてＭａを用いた場合、「０」及び「１」が隣接するＵＧ（３）及びＵＧ（４）に対応する位置の位相シフト部ＰＳ（３） の位相シフト量がπ／２となるように形成されている。同様に、ＰＳ（７），ＰＳ（８），ＰＳ（９），ＰＳ（１０），ＰＳ（１２），ＰＳ（１４） の位相シフト量がπ／２となるように形成されている。その他の位相シフト部ＰＳ（ｉ）の位相シフト量は、π（＝λ／２）である。
【００２１】
図３は、光符号器１１のファイバの軸方向、すなわち導波方向（ｚ方向）における均一グレーティングＵＧ及び位相シフト部ＰＳの構成、及び屈折率ｎ（ｚ）の変化を模式的に示している。この図において、位相シフト量がπ／２である位相シフト部ＰＳ（ｊ）及び当該位相シフト部の両側の均一グレーティングＵＧ（ｊ）、ＵＧ（ｊ＋１）について示されている。図に示すように、ＵＧ（ｊ）はＬＵ（ｊ）の長さを有し、その屈折率ｎ（ｚ）は一定のピッチ又は周期Λ（グレーティング周期）で変化している。均一グレーティングＵＧ（ｊ）は、ブラッグ条件を満たす波長の光のみを選択的に反射する。また、均一グレーティングＵＧ（ｊ＋１） は ＬＵ （ｊ＋１） の長さを有し、均一グレーティングＵＧ（ｊ）と同様にその屈折率ｎ（ｚ）は一定の周期Λ（グレーティング周期）で変化している。なお、本実施例においては、全ての均一グレーティングＵＧ（ｉ），（ｉ＝１，２，．．．，１５）は実質的に同一の構造及び長さ（＝ＬＵ）を有している。
【００２２】
均一グレーティングＵＧ（ｊ）及びＵＧ（ｊ＋１） は位相シフト部ＰＳ（ｊ）によって所定の間隔をおいて配置されている。より具体的には、均一グレーティングＵＧ（ｊ）及びＵＧ（ｊ＋１）の反射波長をλＢ（真空中における波長）とし、位相シフト部ＰＳ（ｊ）が設けられたファイバ部分における実効屈折率をｎｅｆｆとしたとき、位相シフト部ＰＳ（ｊ）の長さＬＰＳは、次式で表される。
ＬＰＳ＝（２ｍ＋１）・λＢ／４ｎｅｆｆ （１）
ここで、ｍは０以上の整数（ｍ＝０，１，２，．．．）である。また、右辺のλＢ／ｎｅｆｆは導波路内波長を表す。
【００２３】
図３に示す場合において具体的に説明すると、位相シフト部ＰＳ（ｊ）の長さＬＰＳは均一グレーティングＵＧ（ｊ）及びＵＧ（ｊ＋１）の最も近い同一位相位置（屈折率ｎ（ｚ）の「山」の位置Ａ，Ａ’）間の距離で与えられる。
かかる均一グレーティングＵＧ（ｊ）及びＵＧ（ｊ＋１）の一方の端から光（真空中における波長λＣ）を入射させた場合、位相シフト部ＰＳ（ｊ）の長さＬＰＳを変えることにより均一グレーティングＵＧ（ｊ）及びＵＧ（ｊ＋１）の各々からの反射光間の位相差を制御することが可能である。上記したように、位相シフト部ＰＳ（ｊ）の長さＬＰＳがλ／４位相シフト構造を構成するように定めた場合、位相シフト部ＰＳ（ｊ）の位相シフト量はπ／２であり均一グレーティングＵＧ（ｊ）及びＵＧ（ｊ＋１）の各々からの反射光間の位相差はπとなる。
【００２４】
なお、均一グレーティングＵＧ（ｊ）及びＵＧ（ｊ＋１）が１次のグレーティングの場合、λ／４の位相シフトはΛ／２（Λはグレーティング周期）に対応するが、１次のグレーティングに限らず、高次のグレーティングを用いることもできる。
他方、位相シフト量がπである位相シフト部ＰＳ（ｋ），（ｋ＝１，２，４，５，６，１１，１３）の長さＬＰＳは、次式で表される。
ＬＰＳ＝（２ｎ＋１）・λＢ／２ｎｅｆｆ （２）
ここで、ｎは０以上の整数（ｎ＝０，１，２，．．．）である。また、右辺のλＢ／ｎｅｆｆは導波路内波長を表す。
【００２５】
この条件を満足するように、位相シフト部ＰＳ（ｋ）の長さＬＰＳを定めた場合、位相シフト部ＰＳ（ｋ）の位相シフト量はπであり、位相シフト部ＰＳ（ｋ）の両側の均一グレーティングＵＧ（ｋ）及びＵＧ（ｋ＋１）の各々からの反射光間の位相差は２πとなる。２πの位相差によってこれらの反射光の位相は一致するため、位相差が２πであることは、これらの反射光間に実質的な位相差が生じない（すなわち、位相差が０である）ことと等価である。
【００２６】
なお、以下においては、説明の簡便さのため、反射光間にπの位相差を与える位相シフト部をＰＳ１と総称し、０の位相差を与える位相シフト部をＰＳ０と総称する。
図３においては、均一グレーティングＵＧ（ｉ）が正弦波状の屈折率分布プロファイルを有する場合について示したが、これに限らない。すなわち、均一グレーティングＵＧ（ｉ），（ｉ＝１，２，．．．，１５）は、一定周期の屈折率変化を有し、均一ピッチブラッググレーティングとして機能するものであればよい。例えば、均一グレーティングＵＧ（ｉ）は、矩形波状、三角波状等の屈折率分布プロファイルを有していてもよい。
【００２７】
本実施例においては、グレーティング周期（又はグレーティングピッチ）Λ＝５３５．５ｎｍ（ナノメートル）とし、符号の１チップを構成する均一グレーティングＵＧ（ｉ）の長さＬＵはΛの４３８０倍の約２．３４６ｍｍ（ミリメートル）である。従って、全ての均一グレーティング長の合計は約３５．１９ｍｍ（＝２．３４６ｍｍ×１５）となり、これに全ての位相シフト部の長さを加えたものが多点位相シフトＦＢＧの全長Ｌとなるため、選択する符号パターンにより多点位相シフトＦＢＧの全長が変化する。本実施例においては、光信号に往復で位相差πを与えるλ／４位相シフト部ＰＳ１の長さをΛ／２（＝５３５．５／２＝２６７．７５ｍｍ）、それ以外、すなわち光信号に往復で位相差０を与える位相シフト部ＰＳ０の長さは０である。
【００２８】
このような多点位相シフトＦＢＧである符号器１１に光パルスを入射させると、図２に示すように、入射光パルスＰｉｎが多点位相シフトＦＢＧ内を伝播し、それぞれの均一グレーティングから光パルスが反射され互いに干渉することで、光パルス列Ｐｏｕｔが生成される。なお、符号器１１への光パルスの入射端をＡ端とし、他方の端をＢ端と称する。より詳細には、光パルスＰｉｎには位相シフト部の位相シフト量に応じた位相差に加えて伝播遅延が生じる。この伝播遅延時間は、均一グレーティング間の長さ及びそれらの間隔に応じて定まる。すなわち、光速をｃ、隣接する均一グレーティングの反射中心位置間隔をＤとしたとき、隣接する均一グレーティングによって生じる往復の伝播遅延時間（以下、チップ時間ともいう）Ｔｄは次式で表される。なお、チップ時間の逆数をチップレートという。
Ｔｄ＝２ｎｅｆｆ・Ｄ／ｃ （３）
本実施例においては、入射光パルスＰｉｎの波長（真空中）をλＢ＝１５５０ｎｍとし、均一グレーティングＵＧのブラッグ波長も入射光波長と実質的に同一であるようにその周期（ピッチ）が定められている。すなわち、均一グレーティングＵＧのブラッグ波長λＢ＝１５５０ｎｍ（真空中）としている。また、入射光パルスＰｉｎの光パルス幅（半値幅）は２４ｐｓ（ピコ秒）であり、隣接する均一グレーティングによって生じる伝播遅延時間Ｔｄは２４ｐｓである。すなわち、各均一グレーティングＵＧの長さは、光パルス幅（２４ｐｓ）に対応する光路長にほぼ等しくなるよう設定されている。しかしながら、後述するように光パルス幅は伝播遅延時間Ｔｄと同一である必要はない。従って、符号器１１により生成される光パルス列Ｐｏｕｔは、各パルス間の時間間隔が２４ｐｓで、位相シフト部の位相シフト量に応じた位相差（すなわち、０又はπ）を有する光パルスからなる。つまり、図２に示すように、Ｍ系列符号Ｍａ（０００１１１１０１０１１００１）に対応して、各パルスが位相差（０，０，０， π， π， π， π，０， π，０， π， π，０，０，π）を有する周期２４ｐｓの光パルス列が生成される。
【００２９】
この符号器１１にパルス半値幅が２４ｐｓのＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）光パルス信号を入力した場合に生成される光パルス列についての波形シミュレーション結果を図４に示す。入力ＲＺ光パルス信号は各チップを構成する均一グレーティングＵＧによって反射され、図４に示されるような約３６０ｐｓの時間範囲に拡散された光パルス列が得られる。この光パルス列が位相により２値符号化された状態である。図４に示す符号化波形において、各チップに対応する均一グレーティングＵＧからの反射パルスが連続して同相の場合は、光パルスが重なり合う部分の光出力が足し合わされて、波高値が高く幅の広いパルスになる。また、反射パルスが逆相の場合は位相が異なる光パルスが重なり合う部分の光出力が打ち消しあって、波高値は低いが分離された光パルスになる。このようにして、入力光パルス信号の符号化がなされ、符号化パルス列Ｐｅが得られる。
【００３０】
次に、上記した符号化パルス信号の復号について説明する。図５は、光復号器２１の構成及び復号動作を説明するための模式的な図である。光復号器２１は、光符号器１１のＭ系列符号Ｍａ（０００１１１１０１０１１００１）の符号を反転させたＭ系列符号（１００１１０１０１１１１０００） に対応する構成を有している。換言すれば、光復号器２１は、光符号器１１の均一グレーティングＵＧ及び位相シフト部ＰＳの配列の順序を反転させた構造を有する多点位相シフトＦＢＧである。すなわち、単に光符号器１１を反転させ、光符号器１１のＢ端を入力端とし、Ａ端を終端としたものと等価である。また、光復号器２１の終端側には−５０ｄＢ程度の減衰量の光ターミネタ１３が接続されている。尚、図５においては、理解の容易さのため、対応する光符号器１１（図２）の各部分の参照符を括弧内に示している。
【００３１】
光符号器１１により符号化されたＲＺ光信号を復号器２１に入力すると、図５に示すように、各チップから位相シフトの影響を受けて反射された各光パルスはチップ時間差（すなわち、伝播遅延時間）を伴って重畳され、それぞれの相対位相差で干渉することにより図６に示すような自己相関波形が得られる。なお、図６においては、当該自己相関波形を、ビット周期（ビットピリオド）を単位とする時間軸に対して、その大きさを任意単位（ａ．ｕ．：ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｕｎｉｔ）によって表している。このようにして符号化（変換）された光パルス信号の復号（逆変換）がなされる。
【００３２】
図７は、符号化／復号化装置３０の構成を示す。符号化／復号化装置３０は、上記した符号器１１及び復号器２１を有し、また光通信装置としても機能する。符号化／復号化装置３０において、光パルス生成器３１は、光パルス半値幅が２４ｐｓで２．５Ｇｐｓのデータレートを有する光ＲＺ信号を生成する。生成された光ＲＺ信号は光サーキュレータ１５Ａを介して符号器（エンコーダ）Ｅ（Ｍａ）１１に入力される。符号器１１は、Ｍ系列符号Ｍａに応じて入力光ＲＺ信号の符号化をなす。符号器１１に入力された光信号波形Ｐｉ及び符号器１１からの符号化信号波形Ｐｅをそれぞれ図８（ａ）及び（ｂ）に示す。約３６０ｐｓの拡散時間、２．５Ｇｐｓの周期を有する符号化信号波形（光パルス列）Ｐｅが得られているのが分かる。
【００３３】
符号化された光パルス列Ｐｅは、光増幅器１８によって増幅された後、光サーキュレータ１７を経て復号器（デコーダ）Ｄ（Ｍａ）２１に入力される。復号器２１は、前述したように、Ｍ系列符号Ｍａによる符号化信号の復号をなすように構成されている。復号器２１からの復号光信号は受光器（光ディテクタ）３２によって受光され、復号電気信号に変換される。復号器２１からの復号信号波形Ｐｄについての実験結果を図８（ｃ）に示す。十分に実用可能な復号波形が得られることがわかる。
【００３４】
以上説明したように、多点位相シフトＦＢＧを符号器及び復号器に用いて、十分良好な符号化／復号化特性が得られることがわかる。
［第２の実施例］
図９は、本発明の第２の実施例である光符号分割多重（ＯＣＤＭ）通信装置３５の構成を示すブロック図である。光符号分割多重通信装置３５は、ＯＣＤＭ送信部３６、光ファイバ３７及びＯＣＤＭ受信部３８からなる。ＯＣＤＭ送信部３６は、光パルス信号生成器３１Ａ，３１Ｂ、光サーキュレータ１５Ａ，１５Ｂ、光符号器１１Ａ，１１Ｂ、光ターミネタ１２Ａ、１２Ｂ、及び光カプラ３３からなる。
【００３５】
光パルス信号生成器３１Ａ、光サーキュレータ１５Ａ、光ターミネタ１２Ａ及び光符号器１１Ａは第１送信チャネルを構成し、光パルス信号生成器３１Ｂ、光サーキュレータ１５Ｂ、光ターミネタ１２Ｂ及び光符号器１１Ｂは第２送信チャネルを構成する。光パルス信号生成器３１Ａ、３１Ｂは、実質的に同一波長で光パルス半値幅が２４ｐｓで２．５Ｇｐｓのデータレートを有する光ＲＺ信号を生成する。光パルス信号生成器３１Ａからの光パルス信号は、Ｍ系列符号Ｍａに対応する光符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａにより符号化され、光パルス信号生成器３１Ｂからの光パルス信号は、Ｍ系列符号Ｍａ（０００１１１１０１０１１００１）とは異なるＭ系列符号Ｍｂ（０００１００１１０１０１１１１）に対応する光符号器Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂにより符号化される。第１及び第２送信チャネルからの符号化信号は光カプラ３３によって合波され、光ファイバ３７を経て送信される。また、光サーキュレータ１５Ａ，１５Ｂ、光符号器１１Ａ，１１Ｂ、及び光カプラ３３は、２系統の光信号の光符号分割多重化を行うマルチプレクサを構成する。
【００３６】
ＯＣＤＭ受信部３８において、光ファイバ３７を経て受信されたＯＣＤＭ信号は光増幅器１８において所定の利得で増幅される。増幅されたＯＣＤＭ信号は、光サーキュレータ１７Ａを経て光復号器２１Ａにより復号化される。なお、光復号器２１の終端側には光ターミネタ１３Ａが接続されている。光復号器Ｄ（Ｍａ）２１Ａは、光符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａにより符号化された光信号の復号をなすように構成されている。すなわち、第１の実施例の場合と同様に、光符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａの均一グレーティングＵＧ及び位相シフト部ＰＳの配列の順序を反転させた構造を有する多点位相シフトＦＢＧからなる。なお、光符号器Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂにより符号化された光信号の復号をなす光復号器Ｄ（Ｍｂ）の構成を有していてもよい。復号化された光信号は光ディテクタ３２によって受光され、電気信号に変換される。
【００３７】
光符号分割多重化された信号波形のうち、Ｍ系列符号Ｍａの（０１０）及びＭ系列符号Ｍｂの（１１１）に対応する信号波形部分、及び復号信号波形（アイパターン）のシミュレーション結果をそれぞれ図１０、図１１に示す。これらの結果から、かかる光符号分割多重装置において、十分に実用的な符号化及び復号化が可能であることがわかる。
【００３８】
なお、上記した実施例において示した光パルス幅、データレート等の光信号の諸数値、あるいはチップ数、グレーティング長、位相シフト長等の光符号器の諸数値は例示であって、適宜改変することが可能である。例えば、光パルス幅及び伝播遅延時間Ｔｄを２４ｐｓとした場合を例に説明したが、これに限らない。データレート、チップ数、均一グレーティング長等に応じて適宜選択することができる。あるいは、必要な伝送特性に応じて定めればよい。すなわち、上記した実施例においては、データレートが２．５Ｇｐｓでチップ数が１５の場合に、光符号化波形の拡散時間が当該データレートのタイムスロット（４００ｐｓ）と同程度、又はそれ以下となるように光パルス幅（２４ｐｓ）を設定したが、これよりも狭いパルス幅の光信号を用いてもよい。また、２４ｐｓよりも更に広いパルス幅の光信号を用いることもできる。また、伝播遅延時間Ｔｄも光パルス幅と独立して設定することができる。
［第３の実施例］
上記した第１及び第２の実施例においては、光符号器によって符号化された光パルス信号の拡散時間がデータ伝送速度（データレート）を超えない場合について説明した。すなわち、前述のように光符号器の拡散時間は約３６０ｐｓであるから、データレートが２．５Ｇｐｓである場合には、図１２に模式的に示すように、同一の符号で符号化された同一波長の光パルス列同士が重なり合うことはない。なお、図１２は、符号化光信号波形を時間軸に対して示しており、各ビットの光波形を順次、第１ビット、第２ビット、第３ビット、・・・（ｂｉｔ−１， ｂｉｔ−２， ｂｉｔ−３， ・・・）のように表している。上記したように、各ビットの光波形は約３６０ｐｓの時間幅（拡散時間）を有し、２．５Ｇｐｓのデータレートのタイムスロットは４００ｐｓであるから、各ビットの光波形は時間的に重なることはない。
【００３９】
図１３は、図１２に示す光符号器を用い、データレートを５Ｇｐｓに高速化した場合の符号化光信号波形を時間軸に対して示している。偶数番目のビットは実線で、奇数番目のビットは破線で示されている。データレートが５Ｇｐｓの場合のタイムスロットは２００ｐｓであるから、各ビットの光波形はその前後のビットの光波形と重なることになる。
【００４０】
本実施例における符号化／復号化装置の構成は、光パルス生成器３１が光パルス半値幅が２４ｐｓで５Ｇｐｓのデータレートを有する光ＲＺ信号を生成する点を除いて、図７に示す符号化／復号化装置３０と同様である。
符号器１１に入力された光信号波形Ｐｉ、符号器１１からの符号化信号波形Ｐｅ、及び復号信号波形Ｐｄの実験結果をそれぞれ図１４（ａ）ないし（ｃ）に示す。光信号波形Ｐｉは２００ｐｓの周期を有し、符号化光波形Ｐｅには各ビットに対応する光波形が重なっていることが分かる。また、復号信号波形Ｐｄから十分良好なアイ開口が得られることが分かる。
【００４１】
図１５は、この符号器１１に５Ｇｂｐｓのデータレートで連続した３つのパルス（ｂｉｔ−１，ｂｉｔ−２，ｂｉｔ−３）が入力された場合の群遅延時間特性の解析結果を反射特性と共に示す。なお、これら３つの光パルス（ｂｉｔ−１，ｂｉｔ−２，ｂｉｔ−３）の群遅延時間特性をそれぞれ実線、一点鎖線、破線で示している。図に示すように、符号器１１に用いた多点位相シフトＦＢＧの群遅延時間特性は波長に対して周期的に変化している。各パルスの群遅延時間幅（拡散時間）は、約３６０ｐｓであり、各パルス間の群遅延時間差はデータレートに対応する２００ｐｓである。この図に示すように、符号化信号同士が時間的に重なり合っても、波長分解してみると同一時間に同一波長成分は重なり合っていないことがわかる。すなわち、第１及び第２の実施例において示した多点位相シフトＦＢＧを符号器及び復号器として用いて、十分良好な符号化／復号化特性及び伝送特性が得られることが理解される。すなわち、符号化光パルス信号の拡散時間がデータレートを超える場合であっても、十分良好で実用的な符号化／復号化及び伝送が可能である。なお、符号化光パルス信号の拡散時間がデータレートを超える場合における符号化／復号化方式及び伝送方式をデータレート拡張（Ｄａｔａ−ｒａｔｅ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）方式と称する。なお、本実施例では、データレートが５Ｇｐｓの場合を例に説明したが、更に高速または低速のデータレートにも適用可能である。
［第４の実施例］
図１６は、本発明の第４の実施例である光符号分割多重（ＯＣＤＭ）通信装置３５の構成を示すブロック図である。光符号分割多重通信装置３５は、ＯＣＤＭ送信部３６、光ファイバ３７Ａ及びＯＣＤＭ受信部３８からなる。ＯＣＤＭ送信部３６は、８つの送信チャネルを有している。例えば、第１送信チャネルは、データレートを調整可能な可変データレート光源である光パルス信号生成器３１Ａ、光サーキュレータ１５Ａ、光符号器１１Ａから構成されている。可変データレート光パルス信号生成器３１Ａからの光パルス信号は、光サーキュレータ１５Ａを経て光符号器１１Ａに入力され、Ｍ系列符号Ｍａに対応する光符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａにより符号化される。同様に、第２−８送信チャネルは、可変データレート光パルス信号生成器３１Ｂ−３１Ｈ、光サーキュレータ１５Ｂ−１５Ｈ、光符号器（Ｅ（Ｍｂ）−Ｅ（Ｍｈ））１１Ｂ−１１Ｈから構成されている。光パルス信号生成器３１Ｂ−３１Ｈからの光パルス信号は光符号器１１Ａ−１１Ｈによりそれぞれ符号化され、光カプラ３３によって合波される。尚、光パルス信号生成器３１Ａ−３１Ｈは、実質的に同一波長の光パルス信号を生成する。また、光符号器１１Ａ−１１Ｈは互いに異なるＭ系列符号を有する光符号器として構成されている。
【００４２】
合波された光符号化信号（ＯＣＤＭ信号）は、長距離、例えば数１０ｋｍ程度の光ファイバ３７Ａを経てＯＣＤＭ受信部３８において受信される。ＯＣＤＭ信号は、ＯＣＤＭ受信部３８において、光増幅器１８により所定の利得で増幅される。増幅されたＯＣＤＭ信号は、光サーキュレータ１７Ａを経て光復号器２１Ａ−２１Ｈにより復号化される。光復号器Ｄ（Ｍａ）−Ｄ（Ｍｈ）２１Ａ−２１Ｈは、それぞれ光符号器１１Ａ−１１Ｈにより符号化された光信号の復号をなすように構成されている。復号化された光信号はそれぞれ光ディテクタ３２Ａ−３２Ｈによって受光され、各送信チャネルにより送信されたデータが得られる。
【００４３】
各送信チャネルのデータレートは、可変データレート光パルス信号生成器３１Ａ−３１Ｈによって調整可能である。例えば、全ての送信チャネルのデータレートを２．５Ｇｐｓとして使用し、伝送容量等の増大に応じて、全て又は一部の送信チャネルのデータレートを増加、例えば５Ｇｐｓとしてもよい。この際、上記したように、本発明のデータレート拡張（Ｄａｔａ−Ｒａｔｅ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）方式によれば、光パルス幅を含むその他の条件を変更する必要はなく、単に光信号のデータレートを増加させることによって装置全体の容量（データレート）を増大させることができる。さらに、同様に、全て又は一部の送信チャネルのデータレートを低減、例えば１．２５Ｇｐｓとしてもよい。
【００４４】
なお、本実施例においては、８つの送信チャネル及び８つの受信チャネルを有する場合を例に示したが、符号数の範囲内で適宜設けることができる。また、受信チャネルの数は送信チャネルの数と同数である必要はない。
［第５の実施例］
図１７は、本発明の第５の実施例である光符号分割多重（ＯＣＤＭ）通信装置４０の構成を示すブロック図である。ＯＣＤＭ通信装置４０は、一方の送信チャネルに遅延器が設けられている点を除いて、図９に示す第２の実施例と同様の構成を有している。
【００４５】
より詳細には、第１及び第２送信チャネルからの符号化信号は光カプラ３３によって合波され、光ファイバ３７を経て送信される。より詳細には、光パルス信号生成器３１Ａ、光サーキュレータ１５Ａ及び光符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａは第１送信チャネルを構成し、光パルス信号生成器３１Ｂ、光サーキュレータ１５Ｂ、光符号器Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂ及び可変遅延器４１が第２送信チャネルを構成する。光パルス信号生成器３１Ａ、３１Ｂの各々は、光パルス半値幅が２４ｐｓで２．５Ｇｐｓのデータレートを有する擬似ランダム光ＲＺ信号を生成する。光パルス信号生成器３１Ａからの光パルス信号は、Ｍ系列符号Ｍａの光符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａにより符号化され、光パルス信号生成器３１Ｂからの光パルス信号は、Ｍ系列符号Ｍｂの光符号器Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂにより符号化される。本実施例においては、光符号器Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂにより符号化された符号化信号は、可変遅延器４１により遅延され、光符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａからの符号化信号と光カプラ３３によって合波される。なお、遅延器４１を設ける位置は、光符号器Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂの後段に限らない。すなわち、他のチャネルに対して相対的に符号化信号を遅延させることができる位置に設けることができ、例えば光符号器Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂの前段であってもよい。
【００４６】
図１８は、Ｍ系列符号Ｍａ（０００１１１１０１０１１００１）とＭｂ（０００１００１１０１０１１１１）の符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａ、Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂのそれぞれの群遅延時間特性を、符号器を構成する均一グレーティングのブラッグ波長で正規化した結果を示す。符号器に用いた多点位相シフトＦＢＧの遅延時間特性は波長に対して周期的に変化しているが、符号が異なるとその波長に対して周期的に変化する遅延時間特性のパターンが異なり、同一時間に同一波長の信号成分が存在するのは、ごくわずかの部分（群遅延時間特性同士の交点）に過ぎない。この交点部分の光パワーはその相対位相の状態により干渉を起こすが、符号化信号全体の光パワーに対する影響はごくわずかである。従って、多重する光符号化信号間に適切な遅延時間を設定することで、その影響を最小にすることが可能であることがわかる。すなわち、たとえ同一波長の符号化信号であろうと、符号パターンが異なれば、同一時間スロットで符号化信号の多重を行っても、符号化信号間に遅延時間差を設けることで、その影響を最小にすることができる。
【００４７】
本実施例においては、可変遅延器４１の遅延時間は３チップに相当する７２ｐｓである。図１９にＭ系列符号Ｍａの（０１０）及びＭ系列符号Ｍｂの（１１１）に対応する信号波形のシミュレーション結果を示す。図に示すように、符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａ、Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂにより符号化された同一波長の光符号化信号は時間的に重なり合った状態で伝送される。また、図２０のシミュレーション結果に示すように復号信号波形（アイパターン）においても極めて良好なアイ開口が得られ、遅延時間を設けることによって伝送特性が改善されることがわかる。これらの結果から、かかる光符号分割多重装置において、良好な符号化／復号化及び伝送が可能であることがわかる。
［第６の実施例］
上記した第５の実施例においては、データレートが２．５Ｇｐｓの場合を例に説明した。本実施例においては、異なるデータレートのチャネルが混在する場合及びデータレート拡張方式に適用した場合について説明する。
【００４８】
図２１は、図１７に示すＯＣＤＭ通信装置４０において、光パルス信号生成器３１Ａ及び３１Ｂがそれぞれ５Ｇｐｓ及び２．５Ｇｐｓのデータレートを有する擬似ランダム光ＲＺ信号を生成する場合の復号信号波形のシミュレーション結果を示している。尚、遅延器４１の遅延時間は３チップに相当する７２ｐｓである。また、横軸の１ビットピリオドは４００ｐｓに対応する。図に示すように極めて良好なアイ開口が得られ、遅延時間を設けることによって伝送特性が改善されることがわかる。これらの結果から、かかる光符号分割多重装置において、良好な符号化／復号化及び伝送が可能であることがわかる。
【００４９】
図２２は、光パルス信号生成器３１Ａ及び３１Ｂが共に５Ｇｐｓのデータレートを有する擬似ランダム光ＲＺ信号を生成する場合の復号信号波形のシミュレーション結果の１例を示している。尚、遅延器４１の遅延時間は３チップに相当する７２ｐｓである。また、横軸の１ビットピリオドは４００ｐｓに対応する。図に示すように極めて良好なアイ開口が得られ、遅延時間を設けることによって伝送特性が改善されることがわかる。さらに、遅延器４１の遅延時間をチップ時間（２４ｐｓ）の整数倍として変化させた場合であっても、良好なアイ開口が得られることがわかった。また、光信号のタイムスロット（データレートの逆数）の整数分の１とした場合においても良好なアイ開口が得られることがわかり、良好な符号化／復号化及び伝送が可能である。さらに、これらの場合に限らず、遅延器４１の遅延時間を調整することによって良好な伝送が可能である。
【００５０】
以上説明したように、本発明は異なるデータレートのチャネルが混在する場合に対しても適用可能である。さらに、データレート拡張方式と併用することも可能である。また、本発明はいかなるデータレートに対しても適用可能である。
［第７の実施例］
図２３は、本発明の第７の実施例である光符号分割多重装置４５の構成を示すブロック図である。符号分割多重装置４５は、８つの送信チャネルを有している。第１送信チャネルは、可変データレート光パルス信号生成器３１Ａ、光サーキュレータ１５Ａ、光符号器１１Ａ及び光ターミネタ１２Ａから構成されている。第２−８送信チャネルは、第１送信チャネルと同様な構成を有するが、光符号器１１Ｂ−１１Ｈからの符号化信号を遅延させる可変遅延器４１Ｂ−４１Ｈがそれぞれ設けられている。可変遅延器４１Ｂ−４１Ｈを設けることによって、第１−第８送信チャネルからの符号化信号は互いに相対的に遅延された後、光カプラ３３によって合波される。尚、光符号器１１Ａ−１１Ｈは互いに異なるＭ系列符号の光符号器として構成されている。各チャネル間の遅延時間は、各チャネルに用いられる符号、チップ数、光パルス信号のデータレート、光パルス幅等に基づいて定められることができるが、実際の伝送特性に基づいて定めてもよい。すなわち、実際の伝送性能が最良となるように可変遅延器４１Ｂ−４１Ｈの各々の遅延時間を調整するようにしてもよい。この場合、当該伝送特性としては、ビットエラーレート、Ｓ／Ｎ比、Ｃ／Ｎ比等の一般に伝送特性の評価に利用される特性を用いることができる。あるいは、各チャネル間の相対的な遅延時間が一定となるようにしてもよい。例えば、可変遅延器４１Ｂ−４１Ｈはそれぞれ３，６，９・・・，２１チップに対応する遅延時間であるようにすることができる。
【００５１】
以上説明したように、重畳される符号化信号間に適切な遅延時間差を設けることにより、より良好なアイ開口を得ることができ、伝送特性を改善することが可能である。
なお、上記した実施例においては、多点位相シフトＦＢＧを符号器及び復号器に用いた場合を例に説明したが、導波路は光ファイバに限らない。例えば、平面チャネル型光導波路として構成してもよい。
【００５２】
以上説明したように、多点位相シフト・ブラッググレーティング導波路を符号器に用いた位相符号多重通信方式では、同一時間スロットで同一波長の異なる符号化信号を多重することが可能であり、光通信システムとして波長利用効率が飛躍的に改善する。すなわち、多点位相シフト・ブラッググレーティング導波路を符号器及び／又は復号器に用いた位相符号多重通信システムは、符号拡散時間よりも短い周期を持つデータレートにも適用可能であるばかりではなく、データレートをダイナミックに可変することも可能である。従って、フレキシブルに伝送速度を変更できるなど通信帯域制御が可能な高性能な光通信システムを構成することができる利点を有する。
【００５３】
さらに、多点位相シフト・ブラッググレーティング導波路を用いた符号器／復号器は光学装置としても極めて簡便であり、低コスト、かつコンパクトであるという利点を有する。また、一般に、短パルス光源は光パルス幅が狭くなるほど複雑で高価になるが、上記したデータレート拡張方式によれば、より簡易かつ安価なパルス光源を用いることが可能である。従って、例えば、通信トラヒック需要の増大に合わせて容易に伝送容量を増加させることができる。また、かかる伝送容量の増加は、送信光源のデータレートを増加させることのみによって実現できるため、極めて低コストかつ短期間にシステムのグレードアップを図ることができる。また、ＷＤＭ技術等を併用してさらに通信チャネルを増大させ、伝送容量を増加させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である光符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図２】光符号器の構成及び符号化動作を説明するための模式的な図である。
【図３】光符号器のファイバ軸方向、すなわち導波方向（ｚ方向）における均一グレーティングＵＧ及び位相シフト部ＰＳの構成、及び屈折率（ｎ）の変化を模式的に示す図である。
【図４】符号器にパルス半値幅がＲＺ光パルス信号を入力した場合に生成される光パルス列についての波形シミュレーション結果を示す図である。
【図５】光復号器の構成及び復号動作を説明するための模式的な図である。
【図６】復号器により得られる自己相関波形を示す図である。
【図７】符号化／復号化装置の構成を示すブロック図である。
【図８】符号器に入力された光信号波形Ｐｉ、符号器からの符号化信号波形Ｐｅ及び復号器からの復号信号波形Ｐｄについての実験結果を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施例である光符号分割多重（ＯＣＤＭ）通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】光符号分割多重化された信号波形のうち、Ｍ系列符号Ｍａの（０，１，０）及びＭ系列符号Ｍｂの（１，１，１）に対応する多重信号波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】光符号分割多重化された信号から復号された復号信号波形（アイパターン）のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】データレートが２．５Ｇｐｓのときの符号化光信号波形を時間軸に対して示す模式図である。
【図１３】図１２に示す光符号器を用い、データレートを５Ｇｐｓに高速化した場合の符号化光信号波形を時間軸に対して示す模式図である。
【図１４】本発明の第３の実施例において、符号器に入力される５Ｇｐｓの光信号波形Ｐｉ、符号器からの符号化信号波形Ｐｅ、及び復号信号波形Ｐｄの実験結果をそれぞれ示す図である。
【図１５】符号器に５Ｇｂｐｓのデータレートで連続した３つのパルス（ｂｉｔ−１，ｂｉｔ−２，ｂｉｔ−３）が入力された場合の群遅延時間特性の解析結果を反射特性と共に示す図である。
【図１６】本発明の第４の実施例であるＯＣＤＭ通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第５の実施例であるＯＣＤＭ通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】Ｍ系列符号Ｍａ及びＭｂの符号器Ｅ（Ｍａ）、Ｅ（Ｍｂ）のそれぞれの群遅延時間特性を解析した結果を示す図である。
【図１９】Ｍ系列符号Ｍａの（０，１，０）及びＭ系列符号Ｍｂの（１，１，１）に対応する信号波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図２０】図１９に示す光符号化多重信号の復号信号波形（アイパターン）を示す図である。
【図２１】図１７に示すＯＣＤＭ通信装置において、５Ｇｐｓ及び２．５Ｇｐｓのデータレートを有する擬似ランダム光ＲＺ信号を用いた場合の復号信号波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図２２】５Ｇｐｓのデータレートを有する２つの擬似ランダム光ＲＺ信号を用いた場合の復号信号波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図２３】本発明の第７の実施例である光符号分割多重装置の構成を示すブロック図である。
【主要部分の符号の説明】
１１，１１Ａ−１１Ｈ 光符号器
１２，１２Ａ−１２Ｈ，１３，１３Ａ−１３Ｈ 光減衰器
１５，１５Ａ−１５Ｈ，１７，１７Ａ−１７Ｈ 光サーキュレータ
１８ 光増幅器
１９，３７，３７Ａ 光ファイバ
２１，２１Ａ−２１Ｈ 光復号器
３１，３１Ａ−３１Ｈ 光パルス生成器
３２，３２Ａ−３２Ｈ 光ディテクタ
３３，３９ 光カプラ
４１，４１Ｂ−４１Ｈ 遅延器
【発明の属する技術分野】
本発明は、光符号分割多重通信に用いられる光符号分割多重通信装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの普及等により通信需要が急速に増大している。光多重通信技術は、これまで光時分割多重（ＯＴＤＭ： Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信方式から波長多重（ＷＤＭ： Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信方式の開発を経て、その通信容量を増大させてきた。次の光多重通信方式として期待されているのが、光符号多重（ＯＣＤＭ： Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信方式である。これは同一の時間スロット、同一の波長上に、複数の通信チャンネルを設定できることが特長とされている。
【０００３】
しかしながら、これまで厳密に同一時間スロットに同一波長の符号化信号を多重した例は無かった。例えば、コヒーレントな光源を用いた符号化信号では、時間方向に拡散された信号同士をオーバーラップさせることができない、と明確に記述されている（例えば、非特許文献１参照）。また、ＳＳＦＢＧ（Ｓｕｐｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）による位相符号化信号を用いた多重伝送について開示されている（非特許文献２参照）。但し、この文献においては、ＳＳＦＢＧの全長以外の構造および反射スペクトル以外の特性等については明らかにされていない。また、この文献ではＷＤＭ技術が併用されており、時間領域で波長の異なる複数の位相符号化信号が多重されているものの、符号化信号の拡散時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）はデータ周期と同一に設定されている。つまり、上記非特許文献１の記述のような、時間方向に拡散された同一波長の符号化信号同士のオーバーラップが行われているわけではない。
【０００４】
従って、時間方向に拡散された信号同士がオーバーラップする場合には、光パルス間の干渉によって伝送特性が損ねられたり、データレートや伝送距離等が制限される等の問題が生じる。また、上記したように、同一時間スロットに同一波長の符号化信号を多重できないのであれば、光通信システムとして適用可能なデータレートの上限が符号器によって決定されてしまうことになり、光通信システムの自由度が符号器により制限されることになる。
【０００５】
また、上記非特許文献２に開示されるＳＳＦＢＧの場合においては、符号器の長さで決定される拡散時間以下のデータ周期を有するデータレート以上のシステムに適用することができないということになる。例えば、拡散時間が８００ｐｓの場合では、１．２５Ｇｂｐｓ（Ｇｂｉｔｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）以上のデータレートに適用することができない。さらにはＳＳＦＢＧで多重に有効な符号数を増加させるためにはチップ数を増やすことが有効であるが、単純なチップ数の増加はＳＳＦＢＧの長さの増大につながり、より適用可能なデータレートを制限することになる。
【０００６】
【非特許文献１】
「光ＣＤＭＡ：光ネットワークの寿命の延長（”Ｏｐｔｉｃａｌ ＣＤＭＡ： Ｅｘｔｅｎｄｉｎｇｔｈｅ Ｌｉｆｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”）、Ｈ．ファザラー博士、ＡＰＮ社（Ｄｒ．Ｈ． Ｆａｔｈａｌｌａｈ， ＡＰＮ Ｉｎｃ． ）、ホームページｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｔａｎｆｏｒｄ．ｅｄｕ／￣ｓｕｐｒｉｙｏ／Ｗｈｉｔｅ．ｐｄｆ」（第４頁）
【０００７】
【非特許文献２】
「１６チップ、４レベル位相コーディンググレーテングを用いた８チャネル双方向スペクトルインターリーブされたＯＣＤＭ／ＤＷＤＭ実験（”８−ｃｈａｎｎｅｌＢｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ＯＣＤＭ／ＤＷＤＭ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ １６−ｃｈｉｐ， ｆｏｕｒ−ｌｅｖｅｌ ｐｈａｓｅ ｃｏｄｉｎｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ”）、Ｐ．Ｃ．ティー他、ＯＥＣＣ２００２、テクニカルダイジェスト１１Ａ−１第３８４−３８５頁（Ｐ．Ｃ．Ｔｅｈ ｅｔ．ａｌ， ＯＥＣＣ２００２ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ １１Ａ−１， ｐ３８４−３８）」、（第３８４頁、図１）
【０００８】
【非特許文献３】
「高密度ＷＤＭシステムのための多重位相シフト超構造ファイバ・ブラッググレーテング（”Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ（ＭＰＳ−ＳＳＦＢＧ’ｓ） ｆｏｒ ｄｅｎｓｅ ＷＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ”）、ナス他、ＯＥＣＣ／ＩＯＯＣ２００１、ポストデッドラインペーパ１（Ｎａｓｕ ｅｔ ａｌ， ＯＥＣＣ／ＩＯＯＣ２００１， ＰＤＰ１）」（第３４頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、光符号化信号間の干渉が抑制された高性能な光符号多重通信装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の光符号分割多重装置は、２値位相光符号を用いて光符号分割多重化を行う光符号分割多重装置であって、入力光信号を反射する、光符号チップ数と同数の均一ピッチグレーティングが光導波路の導波方向に形成され、各々が２値位相光符号の１符号に対応するとともに入力光信号の符号化をなす複数のグレーティング導波路符号器と、上記複数のグレーティング導波路符号器からの符号化信号の各々を相対的に遅延せしめる遅延器と、を有している。
【００１１】
ここで、当該光符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティングは、入力光信号に（２ｍ＋１）π／２の位相シフト（ｍは整数、ｍ＝０，１，２，・・・）を与える間隔で配され、その他の隣接均一ピッチグレーティングは、入力光信号にｎπの位相シフト（ｎは整数、ｎ＝０，１，２，・・・）を与える間隔で配されている。
【００１２】
また、この発明の光符号分割多重通信装置は、２値位相光符号を用いて光符号分割多重化を行う光符号分割多重通信装置であって、所定波長の光パルス信号を生成する複数の光パルス信号生成器と、光パルス信号を反射する、光符号チップ数と同数の均一ピッチグレーティングが光導波路の導波方向に形成され、各々が２値位相光符号の１符号に対応するとともに光パルス信号生成器の１からの光パルス信号の符号化をなす複数のグレーティング導波路符号器と、上記複数のグレーティング導波路符号器からの符号化信号の各々を相対的に遅延せしめる遅延器と、を有している。
【００１３】
ここで、当該光符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティングは、当該パルス信号光に（２ｍ＋１）π／２の位相シフト（ｍは整数、ｍ＝０，１，２，・・・）を与える間隔で配され、その他の隣接均一ピッチグレーティングは、当該パルス信号光にｎπの位相シフト（ｎは整数、ｎ＝０，１，２，・・・）を与える間隔で配されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する図において、実質的に同等な部分には同一の参照符号を付している。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例である光符号化装置１０の構成を示すブロック図である。
【００１５】
ここでは、光符号器として多点位相シフトＦＢＧ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）が光サーキュレータと組み合わせて用いられている。すなわち、光符号化装置１０は、光符号器（以下、単に符号器ともいう。）１１及び光サーキュレータ１５を有している。光符号化装置１０の光入力端１６Ａに入力された光信号は光ファイバ１９を介して光サーキュレータ１５の第１ポートに導かれ、光サーキュレータ１５の第２ポートを経て、光符号器１１により反射される。また、光符号器１１の終端側には−５０ｄＢ程度の減衰量の光ターミネタ（光減衰器）１２が接続されている。光符号器１１からの反射光信号は光サーキュレータ１５の第２ポート、第３ポートを経て光出力端１６Ｂに導かれる。
【００１６】
この光符号器（多点位相シフトＦＢＧ）１１は、実質的に同一のブラッグ周波数又はブラッグ波長を有するｐ個の均一ピッチグレーティング（以下、単に均一グレーティングともいう）ＵＧ（ｉ）（ｉ＝１，２，．．．，ｐ）の各々が位相シフト部ＰＳ（ｉ） （ｉ＝１，２，．．．，ｐ−１）を介して直列に結合して形成された構成を有している。例えば、光ファイバのコアの屈折率を周期的に変化させることにより光ファイバ中に複数の均一ピッチブラッグ回折格子が形成された位相シフト・ファイバグレーティングとして構成されている。なお、光符号器１１は、ファイバグレーティングとして構成されている場合に限らない。例えば、光符号器１１は、光導波路及び当該光導波路に光学的に結合された多点位相シフト構造から構成されていればよい。例えば、光符号器１１は、平面光導波路内に複数の均一ピッチブラッグ回折格子が形成されたプレーナ構造多点位相シフト・グレーティングとして構成されていてもよい。また、均一ピッチグレーティングＵＧ（ｉ）は、必ずしも同一のブラッグ波長を有する必要はない。すなわち、均一ピッチグレーティングＵＧ（ｉ）は入力信号光を反射するように構成されていればよく、反射光を得ることができれば光符号化をなすことができる。例えば、均一ピッチグレーティングＵＧ（ｉ）のブラッグ波長をλｂ、パルス信号光の波長をλｐ、符号化信号のチップ時間差（チップレート）の逆数に対応する波長をΔλとしたとき、均一ピッチグレーティングのブラッグ波長λｂが、λｐ−Δλ≦λｂ≦λｐ＋Δλの範囲内にあるのが好ましい。ここで、本実施例の場合、チップ時間差は２４ｐｓであるから、チップ時間差の逆数（周波数）は約４２ＧＨｚであり、１５５０ｎｍ帯においてこれに対応する波長（Δλ）は約０．３４ｎｍである。また、上記したように、均一ピッチグレーティングＵＧ（ｉ）が実質的に同一のブラッグ波長を有するのが更に好ましい。
【００１７】
さらに、均一ピッチグレーティングＵＧのうち少なくとも１つをアポダイズされたグレーティング（アポダイズグレーティング）としてもよい。すなわち、均一ピッチグレーティングＵＧの屈折率変調度が光導波路の導波方向の両端又は一端において低減された構造を有するグレーティングとしてもよい。アポダイズグレーティングを用いることによって、後述するグレーティングによる反射パルスの時間拡がりを改善することができる。また、位相反転の関係にある隣接光パルスの打ち消し合いを防止し、パワーロスを低減させることができる。なお、均一ピッチグレーティングＵＧの全てをアポダイズグレーティングとしてもよい。あるいは、光符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティングの一方又は両方をアポダイズグレーティングとしてもよい。すなわち、後述するように、反射光間の位相差がπとなる位置の隣接均一ピッチグレーティングをアポダイズグレーティングとしてもよい。または、適当な位置の均一ピッチグレーティングＵＧをアポダイズグレーティングとしてもよい。
【００１８】
以下においては、Ｍ系列１５チップの２値位相符号化に用いられる符号器に適用した場合を例に説明する。
図２は、光符号器１１の構成及び符号化動作を説明するための模式的な図である。光符号器１１は、均一グレーティングＵＧ（ｉ）（ｉ＝１，２，．．．，１５）の各々の間に位相シフト部ＰＳ（ｉ） （ｉ＝１，２，．．．，１４）がそれぞれ配されている。位相シフト部ＰＳ（ｉ）の位相シフト量は、Ｍ系列符号の各チップに対応して定められる。すなわち、１５チップのＭ系列符号としてＭａ（０００１１１１０１０１１００１）を用いた場合には、ＵＧ（１），ＵＧ（２），ＵＧ（３），ＵＧ（４），・・・，ＵＧ（１４），ＵＧ（１５）はそれぞれ０，０，０，１，・・・，０，１に対応する。また、「０」及び「１」（あるいは、「１」及び「０」）のチップが隣接する位置（すなわち、当該光符号値の変化位置）に対応する位相シフト部ＰＳ（ｉ）は、その位相シフト量がπ／２となるように形成されている。すなわち、入射光の導波路内波長に対して位相差がπ／２（＝λ／４）であり、伝播する光に往復でπの位相シフトを与えるように形成されている。一方、「０」及び「０」、又は「１」及び「１」が隣接する位置に対応する位相シフト部ＰＳ（ｉ）の位相シフト量はπとなるように形成されている。すなわち、入射光の導波路内波長に対して位相差がπ（＝λ／２）であり、伝播する光に往復で２πの位相シフト（すなわち、位相シフトが０）を与えるように形成されている。
【００１９】
従って、位相シフト部ＰＳを往復する光に対しては、位相シフト量がπ／２＋ｍπ＝（２ｍ＋１）π／２である（ｍは整数）ことは、位相シフト量がπ／２（往復での位相シフト量がπ）の場合と等価である。同様に、位相シフト量が０＋ｎπ＝ｎπのとき（ｎは整数）は、位相シフト量がπ（往復での位相シフト量が０）の場合と等価である。ここでは、位相シフト量が等価な場合をも含めて、これらの位相シフト量がそれぞれπ／２又はπであるとして説明する。
【００２０】
具体的には、上記したＭ系列符号としてＭａを用いた場合、「０」及び「１」が隣接するＵＧ（３）及びＵＧ（４）に対応する位置の位相シフト部ＰＳ（３） の位相シフト量がπ／２となるように形成されている。同様に、ＰＳ（７），ＰＳ（８），ＰＳ（９），ＰＳ（１０），ＰＳ（１２），ＰＳ（１４） の位相シフト量がπ／２となるように形成されている。その他の位相シフト部ＰＳ（ｉ）の位相シフト量は、π（＝λ／２）である。
【００２１】
図３は、光符号器１１のファイバの軸方向、すなわち導波方向（ｚ方向）における均一グレーティングＵＧ及び位相シフト部ＰＳの構成、及び屈折率ｎ（ｚ）の変化を模式的に示している。この図において、位相シフト量がπ／２である位相シフト部ＰＳ（ｊ）及び当該位相シフト部の両側の均一グレーティングＵＧ（ｊ）、ＵＧ（ｊ＋１）について示されている。図に示すように、ＵＧ（ｊ）はＬＵ（ｊ）の長さを有し、その屈折率ｎ（ｚ）は一定のピッチ又は周期Λ（グレーティング周期）で変化している。均一グレーティングＵＧ（ｊ）は、ブラッグ条件を満たす波長の光のみを選択的に反射する。また、均一グレーティングＵＧ（ｊ＋１） は ＬＵ （ｊ＋１） の長さを有し、均一グレーティングＵＧ（ｊ）と同様にその屈折率ｎ（ｚ）は一定の周期Λ（グレーティング周期）で変化している。なお、本実施例においては、全ての均一グレーティングＵＧ（ｉ），（ｉ＝１，２，．．．，１５）は実質的に同一の構造及び長さ（＝ＬＵ）を有している。
【００２２】
均一グレーティングＵＧ（ｊ）及びＵＧ（ｊ＋１） は位相シフト部ＰＳ（ｊ）によって所定の間隔をおいて配置されている。より具体的には、均一グレーティングＵＧ（ｊ）及びＵＧ（ｊ＋１）の反射波長をλＢ（真空中における波長）とし、位相シフト部ＰＳ（ｊ）が設けられたファイバ部分における実効屈折率をｎｅｆｆとしたとき、位相シフト部ＰＳ（ｊ）の長さＬＰＳは、次式で表される。
ＬＰＳ＝（２ｍ＋１）・λＢ／４ｎｅｆｆ （１）
ここで、ｍは０以上の整数（ｍ＝０，１，２，．．．）である。また、右辺のλＢ／ｎｅｆｆは導波路内波長を表す。
【００２３】
図３に示す場合において具体的に説明すると、位相シフト部ＰＳ（ｊ）の長さＬＰＳは均一グレーティングＵＧ（ｊ）及びＵＧ（ｊ＋１）の最も近い同一位相位置（屈折率ｎ（ｚ）の「山」の位置Ａ，Ａ’）間の距離で与えられる。
かかる均一グレーティングＵＧ（ｊ）及びＵＧ（ｊ＋１）の一方の端から光（真空中における波長λＣ）を入射させた場合、位相シフト部ＰＳ（ｊ）の長さＬＰＳを変えることにより均一グレーティングＵＧ（ｊ）及びＵＧ（ｊ＋１）の各々からの反射光間の位相差を制御することが可能である。上記したように、位相シフト部ＰＳ（ｊ）の長さＬＰＳがλ／４位相シフト構造を構成するように定めた場合、位相シフト部ＰＳ（ｊ）の位相シフト量はπ／２であり均一グレーティングＵＧ（ｊ）及びＵＧ（ｊ＋１）の各々からの反射光間の位相差はπとなる。
【００２４】
なお、均一グレーティングＵＧ（ｊ）及びＵＧ（ｊ＋１）が１次のグレーティングの場合、λ／４の位相シフトはΛ／２（Λはグレーティング周期）に対応するが、１次のグレーティングに限らず、高次のグレーティングを用いることもできる。
他方、位相シフト量がπである位相シフト部ＰＳ（ｋ），（ｋ＝１，２，４，５，６，１１，１３）の長さＬＰＳは、次式で表される。
ＬＰＳ＝（２ｎ＋１）・λＢ／２ｎｅｆｆ （２）
ここで、ｎは０以上の整数（ｎ＝０，１，２，．．．）である。また、右辺のλＢ／ｎｅｆｆは導波路内波長を表す。
【００２５】
この条件を満足するように、位相シフト部ＰＳ（ｋ）の長さＬＰＳを定めた場合、位相シフト部ＰＳ（ｋ）の位相シフト量はπであり、位相シフト部ＰＳ（ｋ）の両側の均一グレーティングＵＧ（ｋ）及びＵＧ（ｋ＋１）の各々からの反射光間の位相差は２πとなる。２πの位相差によってこれらの反射光の位相は一致するため、位相差が２πであることは、これらの反射光間に実質的な位相差が生じない（すなわち、位相差が０である）ことと等価である。
【００２６】
なお、以下においては、説明の簡便さのため、反射光間にπの位相差を与える位相シフト部をＰＳ１と総称し、０の位相差を与える位相シフト部をＰＳ０と総称する。
図３においては、均一グレーティングＵＧ（ｉ）が正弦波状の屈折率分布プロファイルを有する場合について示したが、これに限らない。すなわち、均一グレーティングＵＧ（ｉ），（ｉ＝１，２，．．．，１５）は、一定周期の屈折率変化を有し、均一ピッチブラッググレーティングとして機能するものであればよい。例えば、均一グレーティングＵＧ（ｉ）は、矩形波状、三角波状等の屈折率分布プロファイルを有していてもよい。
【００２７】
本実施例においては、グレーティング周期（又はグレーティングピッチ）Λ＝５３５．５ｎｍ（ナノメートル）とし、符号の１チップを構成する均一グレーティングＵＧ（ｉ）の長さＬＵはΛの４３８０倍の約２．３４６ｍｍ（ミリメートル）である。従って、全ての均一グレーティング長の合計は約３５．１９ｍｍ（＝２．３４６ｍｍ×１５）となり、これに全ての位相シフト部の長さを加えたものが多点位相シフトＦＢＧの全長Ｌとなるため、選択する符号パターンにより多点位相シフトＦＢＧの全長が変化する。本実施例においては、光信号に往復で位相差πを与えるλ／４位相シフト部ＰＳ１の長さをΛ／２（＝５３５．５／２＝２６７．７５ｍｍ）、それ以外、すなわち光信号に往復で位相差０を与える位相シフト部ＰＳ０の長さは０である。
【００２８】
このような多点位相シフトＦＢＧである符号器１１に光パルスを入射させると、図２に示すように、入射光パルスＰｉｎが多点位相シフトＦＢＧ内を伝播し、それぞれの均一グレーティングから光パルスが反射され互いに干渉することで、光パルス列Ｐｏｕｔが生成される。なお、符号器１１への光パルスの入射端をＡ端とし、他方の端をＢ端と称する。より詳細には、光パルスＰｉｎには位相シフト部の位相シフト量に応じた位相差に加えて伝播遅延が生じる。この伝播遅延時間は、均一グレーティング間の長さ及びそれらの間隔に応じて定まる。すなわち、光速をｃ、隣接する均一グレーティングの反射中心位置間隔をＤとしたとき、隣接する均一グレーティングによって生じる往復の伝播遅延時間（以下、チップ時間ともいう）Ｔｄは次式で表される。なお、チップ時間の逆数をチップレートという。
Ｔｄ＝２ｎｅｆｆ・Ｄ／ｃ （３）
本実施例においては、入射光パルスＰｉｎの波長（真空中）をλＢ＝１５５０ｎｍとし、均一グレーティングＵＧのブラッグ波長も入射光波長と実質的に同一であるようにその周期（ピッチ）が定められている。すなわち、均一グレーティングＵＧのブラッグ波長λＢ＝１５５０ｎｍ（真空中）としている。また、入射光パルスＰｉｎの光パルス幅（半値幅）は２４ｐｓ（ピコ秒）であり、隣接する均一グレーティングによって生じる伝播遅延時間Ｔｄは２４ｐｓである。すなわち、各均一グレーティングＵＧの長さは、光パルス幅（２４ｐｓ）に対応する光路長にほぼ等しくなるよう設定されている。しかしながら、後述するように光パルス幅は伝播遅延時間Ｔｄと同一である必要はない。従って、符号器１１により生成される光パルス列Ｐｏｕｔは、各パルス間の時間間隔が２４ｐｓで、位相シフト部の位相シフト量に応じた位相差（すなわち、０又はπ）を有する光パルスからなる。つまり、図２に示すように、Ｍ系列符号Ｍａ（０００１１１１０１０１１００１）に対応して、各パルスが位相差（０，０，０， π， π， π， π，０， π，０， π， π，０，０，π）を有する周期２４ｐｓの光パルス列が生成される。
【００２９】
この符号器１１にパルス半値幅が２４ｐｓのＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）光パルス信号を入力した場合に生成される光パルス列についての波形シミュレーション結果を図４に示す。入力ＲＺ光パルス信号は各チップを構成する均一グレーティングＵＧによって反射され、図４に示されるような約３６０ｐｓの時間範囲に拡散された光パルス列が得られる。この光パルス列が位相により２値符号化された状態である。図４に示す符号化波形において、各チップに対応する均一グレーティングＵＧからの反射パルスが連続して同相の場合は、光パルスが重なり合う部分の光出力が足し合わされて、波高値が高く幅の広いパルスになる。また、反射パルスが逆相の場合は位相が異なる光パルスが重なり合う部分の光出力が打ち消しあって、波高値は低いが分離された光パルスになる。このようにして、入力光パルス信号の符号化がなされ、符号化パルス列Ｐｅが得られる。
【００３０】
次に、上記した符号化パルス信号の復号について説明する。図５は、光復号器２１の構成及び復号動作を説明するための模式的な図である。光復号器２１は、光符号器１１のＭ系列符号Ｍａ（０００１１１１０１０１１００１）の符号を反転させたＭ系列符号（１００１１０１０１１１１０００） に対応する構成を有している。換言すれば、光復号器２１は、光符号器１１の均一グレーティングＵＧ及び位相シフト部ＰＳの配列の順序を反転させた構造を有する多点位相シフトＦＢＧである。すなわち、単に光符号器１１を反転させ、光符号器１１のＢ端を入力端とし、Ａ端を終端としたものと等価である。また、光復号器２１の終端側には−５０ｄＢ程度の減衰量の光ターミネタ１３が接続されている。尚、図５においては、理解の容易さのため、対応する光符号器１１（図２）の各部分の参照符を括弧内に示している。
【００３１】
光符号器１１により符号化されたＲＺ光信号を復号器２１に入力すると、図５に示すように、各チップから位相シフトの影響を受けて反射された各光パルスはチップ時間差（すなわち、伝播遅延時間）を伴って重畳され、それぞれの相対位相差で干渉することにより図６に示すような自己相関波形が得られる。なお、図６においては、当該自己相関波形を、ビット周期（ビットピリオド）を単位とする時間軸に対して、その大きさを任意単位（ａ．ｕ．：ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｕｎｉｔ）によって表している。このようにして符号化（変換）された光パルス信号の復号（逆変換）がなされる。
【００３２】
図７は、符号化／復号化装置３０の構成を示す。符号化／復号化装置３０は、上記した符号器１１及び復号器２１を有し、また光通信装置としても機能する。符号化／復号化装置３０において、光パルス生成器３１は、光パルス半値幅が２４ｐｓで２．５Ｇｐｓのデータレートを有する光ＲＺ信号を生成する。生成された光ＲＺ信号は光サーキュレータ１５Ａを介して符号器（エンコーダ）Ｅ（Ｍａ）１１に入力される。符号器１１は、Ｍ系列符号Ｍａに応じて入力光ＲＺ信号の符号化をなす。符号器１１に入力された光信号波形Ｐｉ及び符号器１１からの符号化信号波形Ｐｅをそれぞれ図８（ａ）及び（ｂ）に示す。約３６０ｐｓの拡散時間、２．５Ｇｐｓの周期を有する符号化信号波形（光パルス列）Ｐｅが得られているのが分かる。
【００３３】
符号化された光パルス列Ｐｅは、光増幅器１８によって増幅された後、光サーキュレータ１７を経て復号器（デコーダ）Ｄ（Ｍａ）２１に入力される。復号器２１は、前述したように、Ｍ系列符号Ｍａによる符号化信号の復号をなすように構成されている。復号器２１からの復号光信号は受光器（光ディテクタ）３２によって受光され、復号電気信号に変換される。復号器２１からの復号信号波形Ｐｄについての実験結果を図８（ｃ）に示す。十分に実用可能な復号波形が得られることがわかる。
【００３４】
以上説明したように、多点位相シフトＦＢＧを符号器及び復号器に用いて、十分良好な符号化／復号化特性が得られることがわかる。
［第２の実施例］
図９は、本発明の第２の実施例である光符号分割多重（ＯＣＤＭ）通信装置３５の構成を示すブロック図である。光符号分割多重通信装置３５は、ＯＣＤＭ送信部３６、光ファイバ３７及びＯＣＤＭ受信部３８からなる。ＯＣＤＭ送信部３６は、光パルス信号生成器３１Ａ，３１Ｂ、光サーキュレータ１５Ａ，１５Ｂ、光符号器１１Ａ，１１Ｂ、光ターミネタ１２Ａ、１２Ｂ、及び光カプラ３３からなる。
【００３５】
光パルス信号生成器３１Ａ、光サーキュレータ１５Ａ、光ターミネタ１２Ａ及び光符号器１１Ａは第１送信チャネルを構成し、光パルス信号生成器３１Ｂ、光サーキュレータ１５Ｂ、光ターミネタ１２Ｂ及び光符号器１１Ｂは第２送信チャネルを構成する。光パルス信号生成器３１Ａ、３１Ｂは、実質的に同一波長で光パルス半値幅が２４ｐｓで２．５Ｇｐｓのデータレートを有する光ＲＺ信号を生成する。光パルス信号生成器３１Ａからの光パルス信号は、Ｍ系列符号Ｍａに対応する光符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａにより符号化され、光パルス信号生成器３１Ｂからの光パルス信号は、Ｍ系列符号Ｍａ（０００１１１１０１０１１００１）とは異なるＭ系列符号Ｍｂ（０００１００１１０１０１１１１）に対応する光符号器Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂにより符号化される。第１及び第２送信チャネルからの符号化信号は光カプラ３３によって合波され、光ファイバ３７を経て送信される。また、光サーキュレータ１５Ａ，１５Ｂ、光符号器１１Ａ，１１Ｂ、及び光カプラ３３は、２系統の光信号の光符号分割多重化を行うマルチプレクサを構成する。
【００３６】
ＯＣＤＭ受信部３８において、光ファイバ３７を経て受信されたＯＣＤＭ信号は光増幅器１８において所定の利得で増幅される。増幅されたＯＣＤＭ信号は、光サーキュレータ１７Ａを経て光復号器２１Ａにより復号化される。なお、光復号器２１の終端側には光ターミネタ１３Ａが接続されている。光復号器Ｄ（Ｍａ）２１Ａは、光符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａにより符号化された光信号の復号をなすように構成されている。すなわち、第１の実施例の場合と同様に、光符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａの均一グレーティングＵＧ及び位相シフト部ＰＳの配列の順序を反転させた構造を有する多点位相シフトＦＢＧからなる。なお、光符号器Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂにより符号化された光信号の復号をなす光復号器Ｄ（Ｍｂ）の構成を有していてもよい。復号化された光信号は光ディテクタ３２によって受光され、電気信号に変換される。
【００３７】
光符号分割多重化された信号波形のうち、Ｍ系列符号Ｍａの（０１０）及びＭ系列符号Ｍｂの（１１１）に対応する信号波形部分、及び復号信号波形（アイパターン）のシミュレーション結果をそれぞれ図１０、図１１に示す。これらの結果から、かかる光符号分割多重装置において、十分に実用的な符号化及び復号化が可能であることがわかる。
【００３８】
なお、上記した実施例において示した光パルス幅、データレート等の光信号の諸数値、あるいはチップ数、グレーティング長、位相シフト長等の光符号器の諸数値は例示であって、適宜改変することが可能である。例えば、光パルス幅及び伝播遅延時間Ｔｄを２４ｐｓとした場合を例に説明したが、これに限らない。データレート、チップ数、均一グレーティング長等に応じて適宜選択することができる。あるいは、必要な伝送特性に応じて定めればよい。すなわち、上記した実施例においては、データレートが２．５Ｇｐｓでチップ数が１５の場合に、光符号化波形の拡散時間が当該データレートのタイムスロット（４００ｐｓ）と同程度、又はそれ以下となるように光パルス幅（２４ｐｓ）を設定したが、これよりも狭いパルス幅の光信号を用いてもよい。また、２４ｐｓよりも更に広いパルス幅の光信号を用いることもできる。また、伝播遅延時間Ｔｄも光パルス幅と独立して設定することができる。
［第３の実施例］
上記した第１及び第２の実施例においては、光符号器によって符号化された光パルス信号の拡散時間がデータ伝送速度（データレート）を超えない場合について説明した。すなわち、前述のように光符号器の拡散時間は約３６０ｐｓであるから、データレートが２．５Ｇｐｓである場合には、図１２に模式的に示すように、同一の符号で符号化された同一波長の光パルス列同士が重なり合うことはない。なお、図１２は、符号化光信号波形を時間軸に対して示しており、各ビットの光波形を順次、第１ビット、第２ビット、第３ビット、・・・（ｂｉｔ−１， ｂｉｔ−２， ｂｉｔ−３， ・・・）のように表している。上記したように、各ビットの光波形は約３６０ｐｓの時間幅（拡散時間）を有し、２．５Ｇｐｓのデータレートのタイムスロットは４００ｐｓであるから、各ビットの光波形は時間的に重なることはない。
【００３９】
図１３は、図１２に示す光符号器を用い、データレートを５Ｇｐｓに高速化した場合の符号化光信号波形を時間軸に対して示している。偶数番目のビットは実線で、奇数番目のビットは破線で示されている。データレートが５Ｇｐｓの場合のタイムスロットは２００ｐｓであるから、各ビットの光波形はその前後のビットの光波形と重なることになる。
【００４０】
本実施例における符号化／復号化装置の構成は、光パルス生成器３１が光パルス半値幅が２４ｐｓで５Ｇｐｓのデータレートを有する光ＲＺ信号を生成する点を除いて、図７に示す符号化／復号化装置３０と同様である。
符号器１１に入力された光信号波形Ｐｉ、符号器１１からの符号化信号波形Ｐｅ、及び復号信号波形Ｐｄの実験結果をそれぞれ図１４（ａ）ないし（ｃ）に示す。光信号波形Ｐｉは２００ｐｓの周期を有し、符号化光波形Ｐｅには各ビットに対応する光波形が重なっていることが分かる。また、復号信号波形Ｐｄから十分良好なアイ開口が得られることが分かる。
【００４１】
図１５は、この符号器１１に５Ｇｂｐｓのデータレートで連続した３つのパルス（ｂｉｔ−１，ｂｉｔ−２，ｂｉｔ−３）が入力された場合の群遅延時間特性の解析結果を反射特性と共に示す。なお、これら３つの光パルス（ｂｉｔ−１，ｂｉｔ−２，ｂｉｔ−３）の群遅延時間特性をそれぞれ実線、一点鎖線、破線で示している。図に示すように、符号器１１に用いた多点位相シフトＦＢＧの群遅延時間特性は波長に対して周期的に変化している。各パルスの群遅延時間幅（拡散時間）は、約３６０ｐｓであり、各パルス間の群遅延時間差はデータレートに対応する２００ｐｓである。この図に示すように、符号化信号同士が時間的に重なり合っても、波長分解してみると同一時間に同一波長成分は重なり合っていないことがわかる。すなわち、第１及び第２の実施例において示した多点位相シフトＦＢＧを符号器及び復号器として用いて、十分良好な符号化／復号化特性及び伝送特性が得られることが理解される。すなわち、符号化光パルス信号の拡散時間がデータレートを超える場合であっても、十分良好で実用的な符号化／復号化及び伝送が可能である。なお、符号化光パルス信号の拡散時間がデータレートを超える場合における符号化／復号化方式及び伝送方式をデータレート拡張（Ｄａｔａ−ｒａｔｅ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）方式と称する。なお、本実施例では、データレートが５Ｇｐｓの場合を例に説明したが、更に高速または低速のデータレートにも適用可能である。
［第４の実施例］
図１６は、本発明の第４の実施例である光符号分割多重（ＯＣＤＭ）通信装置３５の構成を示すブロック図である。光符号分割多重通信装置３５は、ＯＣＤＭ送信部３６、光ファイバ３７Ａ及びＯＣＤＭ受信部３８からなる。ＯＣＤＭ送信部３６は、８つの送信チャネルを有している。例えば、第１送信チャネルは、データレートを調整可能な可変データレート光源である光パルス信号生成器３１Ａ、光サーキュレータ１５Ａ、光符号器１１Ａから構成されている。可変データレート光パルス信号生成器３１Ａからの光パルス信号は、光サーキュレータ１５Ａを経て光符号器１１Ａに入力され、Ｍ系列符号Ｍａに対応する光符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａにより符号化される。同様に、第２−８送信チャネルは、可変データレート光パルス信号生成器３１Ｂ−３１Ｈ、光サーキュレータ１５Ｂ−１５Ｈ、光符号器（Ｅ（Ｍｂ）−Ｅ（Ｍｈ））１１Ｂ−１１Ｈから構成されている。光パルス信号生成器３１Ｂ−３１Ｈからの光パルス信号は光符号器１１Ａ−１１Ｈによりそれぞれ符号化され、光カプラ３３によって合波される。尚、光パルス信号生成器３１Ａ−３１Ｈは、実質的に同一波長の光パルス信号を生成する。また、光符号器１１Ａ−１１Ｈは互いに異なるＭ系列符号を有する光符号器として構成されている。
【００４２】
合波された光符号化信号（ＯＣＤＭ信号）は、長距離、例えば数１０ｋｍ程度の光ファイバ３７Ａを経てＯＣＤＭ受信部３８において受信される。ＯＣＤＭ信号は、ＯＣＤＭ受信部３８において、光増幅器１８により所定の利得で増幅される。増幅されたＯＣＤＭ信号は、光サーキュレータ１７Ａを経て光復号器２１Ａ−２１Ｈにより復号化される。光復号器Ｄ（Ｍａ）−Ｄ（Ｍｈ）２１Ａ−２１Ｈは、それぞれ光符号器１１Ａ−１１Ｈにより符号化された光信号の復号をなすように構成されている。復号化された光信号はそれぞれ光ディテクタ３２Ａ−３２Ｈによって受光され、各送信チャネルにより送信されたデータが得られる。
【００４３】
各送信チャネルのデータレートは、可変データレート光パルス信号生成器３１Ａ−３１Ｈによって調整可能である。例えば、全ての送信チャネルのデータレートを２．５Ｇｐｓとして使用し、伝送容量等の増大に応じて、全て又は一部の送信チャネルのデータレートを増加、例えば５Ｇｐｓとしてもよい。この際、上記したように、本発明のデータレート拡張（Ｄａｔａ−Ｒａｔｅ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）方式によれば、光パルス幅を含むその他の条件を変更する必要はなく、単に光信号のデータレートを増加させることによって装置全体の容量（データレート）を増大させることができる。さらに、同様に、全て又は一部の送信チャネルのデータレートを低減、例えば１．２５Ｇｐｓとしてもよい。
【００４４】
なお、本実施例においては、８つの送信チャネル及び８つの受信チャネルを有する場合を例に示したが、符号数の範囲内で適宜設けることができる。また、受信チャネルの数は送信チャネルの数と同数である必要はない。
［第５の実施例］
図１７は、本発明の第５の実施例である光符号分割多重（ＯＣＤＭ）通信装置４０の構成を示すブロック図である。ＯＣＤＭ通信装置４０は、一方の送信チャネルに遅延器が設けられている点を除いて、図９に示す第２の実施例と同様の構成を有している。
【００４５】
より詳細には、第１及び第２送信チャネルからの符号化信号は光カプラ３３によって合波され、光ファイバ３７を経て送信される。より詳細には、光パルス信号生成器３１Ａ、光サーキュレータ１５Ａ及び光符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａは第１送信チャネルを構成し、光パルス信号生成器３１Ｂ、光サーキュレータ１５Ｂ、光符号器Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂ及び可変遅延器４１が第２送信チャネルを構成する。光パルス信号生成器３１Ａ、３１Ｂの各々は、光パルス半値幅が２４ｐｓで２．５Ｇｐｓのデータレートを有する擬似ランダム光ＲＺ信号を生成する。光パルス信号生成器３１Ａからの光パルス信号は、Ｍ系列符号Ｍａの光符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａにより符号化され、光パルス信号生成器３１Ｂからの光パルス信号は、Ｍ系列符号Ｍｂの光符号器Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂにより符号化される。本実施例においては、光符号器Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂにより符号化された符号化信号は、可変遅延器４１により遅延され、光符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａからの符号化信号と光カプラ３３によって合波される。なお、遅延器４１を設ける位置は、光符号器Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂの後段に限らない。すなわち、他のチャネルに対して相対的に符号化信号を遅延させることができる位置に設けることができ、例えば光符号器Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂの前段であってもよい。
【００４６】
図１８は、Ｍ系列符号Ｍａ（０００１１１１０１０１１００１）とＭｂ（０００１００１１０１０１１１１）の符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａ、Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂのそれぞれの群遅延時間特性を、符号器を構成する均一グレーティングのブラッグ波長で正規化した結果を示す。符号器に用いた多点位相シフトＦＢＧの遅延時間特性は波長に対して周期的に変化しているが、符号が異なるとその波長に対して周期的に変化する遅延時間特性のパターンが異なり、同一時間に同一波長の信号成分が存在するのは、ごくわずかの部分（群遅延時間特性同士の交点）に過ぎない。この交点部分の光パワーはその相対位相の状態により干渉を起こすが、符号化信号全体の光パワーに対する影響はごくわずかである。従って、多重する光符号化信号間に適切な遅延時間を設定することで、その影響を最小にすることが可能であることがわかる。すなわち、たとえ同一波長の符号化信号であろうと、符号パターンが異なれば、同一時間スロットで符号化信号の多重を行っても、符号化信号間に遅延時間差を設けることで、その影響を最小にすることができる。
【００４７】
本実施例においては、可変遅延器４１の遅延時間は３チップに相当する７２ｐｓである。図１９にＭ系列符号Ｍａの（０１０）及びＭ系列符号Ｍｂの（１１１）に対応する信号波形のシミュレーション結果を示す。図に示すように、符号器Ｅ（Ｍａ）１１Ａ、Ｅ（Ｍｂ）１１Ｂにより符号化された同一波長の光符号化信号は時間的に重なり合った状態で伝送される。また、図２０のシミュレーション結果に示すように復号信号波形（アイパターン）においても極めて良好なアイ開口が得られ、遅延時間を設けることによって伝送特性が改善されることがわかる。これらの結果から、かかる光符号分割多重装置において、良好な符号化／復号化及び伝送が可能であることがわかる。
［第６の実施例］
上記した第５の実施例においては、データレートが２．５Ｇｐｓの場合を例に説明した。本実施例においては、異なるデータレートのチャネルが混在する場合及びデータレート拡張方式に適用した場合について説明する。
【００４８】
図２１は、図１７に示すＯＣＤＭ通信装置４０において、光パルス信号生成器３１Ａ及び３１Ｂがそれぞれ５Ｇｐｓ及び２．５Ｇｐｓのデータレートを有する擬似ランダム光ＲＺ信号を生成する場合の復号信号波形のシミュレーション結果を示している。尚、遅延器４１の遅延時間は３チップに相当する７２ｐｓである。また、横軸の１ビットピリオドは４００ｐｓに対応する。図に示すように極めて良好なアイ開口が得られ、遅延時間を設けることによって伝送特性が改善されることがわかる。これらの結果から、かかる光符号分割多重装置において、良好な符号化／復号化及び伝送が可能であることがわかる。
【００４９】
図２２は、光パルス信号生成器３１Ａ及び３１Ｂが共に５Ｇｐｓのデータレートを有する擬似ランダム光ＲＺ信号を生成する場合の復号信号波形のシミュレーション結果の１例を示している。尚、遅延器４１の遅延時間は３チップに相当する７２ｐｓである。また、横軸の１ビットピリオドは４００ｐｓに対応する。図に示すように極めて良好なアイ開口が得られ、遅延時間を設けることによって伝送特性が改善されることがわかる。さらに、遅延器４１の遅延時間をチップ時間（２４ｐｓ）の整数倍として変化させた場合であっても、良好なアイ開口が得られることがわかった。また、光信号のタイムスロット（データレートの逆数）の整数分の１とした場合においても良好なアイ開口が得られることがわかり、良好な符号化／復号化及び伝送が可能である。さらに、これらの場合に限らず、遅延器４１の遅延時間を調整することによって良好な伝送が可能である。
【００５０】
以上説明したように、本発明は異なるデータレートのチャネルが混在する場合に対しても適用可能である。さらに、データレート拡張方式と併用することも可能である。また、本発明はいかなるデータレートに対しても適用可能である。
［第７の実施例］
図２３は、本発明の第７の実施例である光符号分割多重装置４５の構成を示すブロック図である。符号分割多重装置４５は、８つの送信チャネルを有している。第１送信チャネルは、可変データレート光パルス信号生成器３１Ａ、光サーキュレータ１５Ａ、光符号器１１Ａ及び光ターミネタ１２Ａから構成されている。第２−８送信チャネルは、第１送信チャネルと同様な構成を有するが、光符号器１１Ｂ−１１Ｈからの符号化信号を遅延させる可変遅延器４１Ｂ−４１Ｈがそれぞれ設けられている。可変遅延器４１Ｂ−４１Ｈを設けることによって、第１−第８送信チャネルからの符号化信号は互いに相対的に遅延された後、光カプラ３３によって合波される。尚、光符号器１１Ａ−１１Ｈは互いに異なるＭ系列符号の光符号器として構成されている。各チャネル間の遅延時間は、各チャネルに用いられる符号、チップ数、光パルス信号のデータレート、光パルス幅等に基づいて定められることができるが、実際の伝送特性に基づいて定めてもよい。すなわち、実際の伝送性能が最良となるように可変遅延器４１Ｂ−４１Ｈの各々の遅延時間を調整するようにしてもよい。この場合、当該伝送特性としては、ビットエラーレート、Ｓ／Ｎ比、Ｃ／Ｎ比等の一般に伝送特性の評価に利用される特性を用いることができる。あるいは、各チャネル間の相対的な遅延時間が一定となるようにしてもよい。例えば、可変遅延器４１Ｂ−４１Ｈはそれぞれ３，６，９・・・，２１チップに対応する遅延時間であるようにすることができる。
【００５１】
以上説明したように、重畳される符号化信号間に適切な遅延時間差を設けることにより、より良好なアイ開口を得ることができ、伝送特性を改善することが可能である。
なお、上記した実施例においては、多点位相シフトＦＢＧを符号器及び復号器に用いた場合を例に説明したが、導波路は光ファイバに限らない。例えば、平面チャネル型光導波路として構成してもよい。
【００５２】
以上説明したように、多点位相シフト・ブラッググレーティング導波路を符号器に用いた位相符号多重通信方式では、同一時間スロットで同一波長の異なる符号化信号を多重することが可能であり、光通信システムとして波長利用効率が飛躍的に改善する。すなわち、多点位相シフト・ブラッググレーティング導波路を符号器及び／又は復号器に用いた位相符号多重通信システムは、符号拡散時間よりも短い周期を持つデータレートにも適用可能であるばかりではなく、データレートをダイナミックに可変することも可能である。従って、フレキシブルに伝送速度を変更できるなど通信帯域制御が可能な高性能な光通信システムを構成することができる利点を有する。
【００５３】
さらに、多点位相シフト・ブラッググレーティング導波路を用いた符号器／復号器は光学装置としても極めて簡便であり、低コスト、かつコンパクトであるという利点を有する。また、一般に、短パルス光源は光パルス幅が狭くなるほど複雑で高価になるが、上記したデータレート拡張方式によれば、より簡易かつ安価なパルス光源を用いることが可能である。従って、例えば、通信トラヒック需要の増大に合わせて容易に伝送容量を増加させることができる。また、かかる伝送容量の増加は、送信光源のデータレートを増加させることのみによって実現できるため、極めて低コストかつ短期間にシステムのグレードアップを図ることができる。また、ＷＤＭ技術等を併用してさらに通信チャネルを増大させ、伝送容量を増加させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である光符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図２】光符号器の構成及び符号化動作を説明するための模式的な図である。
【図３】光符号器のファイバ軸方向、すなわち導波方向（ｚ方向）における均一グレーティングＵＧ及び位相シフト部ＰＳの構成、及び屈折率（ｎ）の変化を模式的に示す図である。
【図４】符号器にパルス半値幅がＲＺ光パルス信号を入力した場合に生成される光パルス列についての波形シミュレーション結果を示す図である。
【図５】光復号器の構成及び復号動作を説明するための模式的な図である。
【図６】復号器により得られる自己相関波形を示す図である。
【図７】符号化／復号化装置の構成を示すブロック図である。
【図８】符号器に入力された光信号波形Ｐｉ、符号器からの符号化信号波形Ｐｅ及び復号器からの復号信号波形Ｐｄについての実験結果を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施例である光符号分割多重（ＯＣＤＭ）通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】光符号分割多重化された信号波形のうち、Ｍ系列符号Ｍａの（０，１，０）及びＭ系列符号Ｍｂの（１，１，１）に対応する多重信号波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】光符号分割多重化された信号から復号された復号信号波形（アイパターン）のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】データレートが２．５Ｇｐｓのときの符号化光信号波形を時間軸に対して示す模式図である。
【図１３】図１２に示す光符号器を用い、データレートを５Ｇｐｓに高速化した場合の符号化光信号波形を時間軸に対して示す模式図である。
【図１４】本発明の第３の実施例において、符号器に入力される５Ｇｐｓの光信号波形Ｐｉ、符号器からの符号化信号波形Ｐｅ、及び復号信号波形Ｐｄの実験結果をそれぞれ示す図である。
【図１５】符号器に５Ｇｂｐｓのデータレートで連続した３つのパルス（ｂｉｔ−１，ｂｉｔ−２，ｂｉｔ−３）が入力された場合の群遅延時間特性の解析結果を反射特性と共に示す図である。
【図１６】本発明の第４の実施例であるＯＣＤＭ通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第５の実施例であるＯＣＤＭ通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】Ｍ系列符号Ｍａ及びＭｂの符号器Ｅ（Ｍａ）、Ｅ（Ｍｂ）のそれぞれの群遅延時間特性を解析した結果を示す図である。
【図１９】Ｍ系列符号Ｍａの（０，１，０）及びＭ系列符号Ｍｂの（１，１，１）に対応する信号波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図２０】図１９に示す光符号化多重信号の復号信号波形（アイパターン）を示す図である。
【図２１】図１７に示すＯＣＤＭ通信装置において、５Ｇｐｓ及び２．５Ｇｐｓのデータレートを有する擬似ランダム光ＲＺ信号を用いた場合の復号信号波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図２２】５Ｇｐｓのデータレートを有する２つの擬似ランダム光ＲＺ信号を用いた場合の復号信号波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図２３】本発明の第７の実施例である光符号分割多重装置の構成を示すブロック図である。
【主要部分の符号の説明】
１１，１１Ａ−１１Ｈ 光符号器
１２，１２Ａ−１２Ｈ，１３，１３Ａ−１３Ｈ 光減衰器
１５，１５Ａ−１５Ｈ，１７，１７Ａ−１７Ｈ 光サーキュレータ
１８ 光増幅器
１９，３７，３７Ａ 光ファイバ
２１，２１Ａ−２１Ｈ 光復号器
３１，３１Ａ−３１Ｈ 光パルス生成器
３２，３２Ａ−３２Ｈ 光ディテクタ
３３，３９ 光カプラ
４１，４１Ｂ−４１Ｈ 遅延器
Claims (15)
- ２値位相光符号を用いて光符号分割多重化を行う光符号分割多重装置であって、
入力光信号を反射する、光符号チップ数と同数の均一ピッチグレーティングが光導波路の導波方向に形成され、各々が前記２値位相光符号の１符号に対応するとともに前記入力光信号の符号化をなす複数のグレーティング導波路符号器と、
前記複数のグレーティング導波路符号器からの符号化信号の各々を相対的に遅延せしめる遅延器と、を有し、
当該光符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティングは、入力光信号に（２ｍ＋１）π／２の位相シフト（ｍは整数）を与える間隔で配され、その他の隣接均一ピッチグレーティングは、入力光信号にｎπの位相シフト（ｎは整数）を与える間隔で配されていることを特徴とする光符号分割多重装置。 - 前記グレーティング導波路符号器は、光ファイバグレーティングであることを特徴とする請求項１記載の光符号分割多重装置。
- 前記遅延器は、前記複数のグレーティング導波路符号器からの符号化信号の各々を前記光符号のチップ時間の整数倍に対応する時間だけ相対的に遅延せしめることを特徴とする請求項１記載の光符号分割多重装置。
- 前記遅延器は、前記複数のグレーティング導波路符号器からの符号化信号の各々を前記入力光信号のデータレートの整数分の１に対応する時間だけ相対的に遅延せしめることを特徴とする請求項１記載の光符号分割多重装置。
- 当該遅延された符号化信号を合波する光カプラを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の光符号分割多重装置。
- 前記複数のグレーティング導波路符号器の各々は、終端部に光学的に結合された光減衰器を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の光符号分割多重装置。
- 前記均一ピッチグレーティングのブラッグ波長をλｂ、前記入力信号光の波長をλｐ、符号化信号のチップ時間差の逆数に対応する波長をΔλとしたとき、前記均一ピッチグレーティングのブラッグ波長λｂは、λｐ−Δλ≦λｂ≦λｐ＋Δλを満たすことを特徴とする請求項１に記載の光符号分割多重装置。
- ２値位相光符号を用いて光符号分割多重化を行う光符号分割多重通信装置であって、
所定波長の光パルス信号を生成する複数の光パルス信号生成器と、
前記光パルス信号を反射する、光符号チップ数と同数の均一ピッチグレーティングが光導波路の導波方向に形成され、各々が前記２値位相光符号の１符号に対応するとともに前記光パルス信号生成器の１からの光パルス信号の符号化をなす複数のグレーティング導波路符号器と、
前記複数のグレーティング導波路符号器からの符号化信号の各々を相対的に遅延せしめる遅延器と、を有し、
当該光符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティングは、当該パルス信号光に（２ｍ＋１）π／２の位相シフト（ｍは整数）を与える間隔で配され、その他の隣接均一ピッチグレーティングは、当該パルス信号光にｎπの位相シフト（ｎは整数）を与える間隔で配されていることを特徴とする光符号分割多重通信装置。 - 前記グレーティング導波路符号器は、光ファイバグレーティングであることを特徴とする請求項８記載の光符号分割多重通信装置。
- 前記遅延器は、前記複数のグレーティング導波路符号器からの符号化信号の各々を前記光符号のチップ時間の整数倍に対応する時間だけ相対的に遅延せしめることを特徴とする請求項８記載の光符号分割多重通信装置。
- 前記遅延器は、前記複数のグレーティング導波路符号器からの符号化信号の各々を前記入力光信号のデータレートの整数分の１に対応する時間だけ相対的に遅延せしめることを特徴とする請求項８記載の光符号分割多重通信装置。
- 前記複数の光パルス信号生成器の少なくとも１つからの光パルス信号のパルス周期は前記グレーティング導波路符号器の拡散時間以下であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１に記載の光符号分割多重通信装置。
- 当該遅延された符号化信号を合波する光カプラを有することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１に記載の光符号分割多重装置。
- 前記複数のグレーティング導波路符号器の各々は、終端部に光学的に結合された光減衰器を有することを特徴とする請求項８に記載の光符号分割多重装置。
- 前記均一ピッチグレーティングのブラッグ波長をλｂ、前記光パルス信号の波長をλｐ、符号化信号のチップ時間差の逆数に対応する波長をΔλとしたとき、前記均一ピッチグレーティングのブラッグ波長λｂは、λｐ−Δλ≦λｂ≦λｐ＋Δλを満たすことを特徴とする請求項８に記載の光符号分割多重装置。
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