JP2007096911A - データ伝送方法及びシステム、光送信装置並びに光受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡易な構成で、秘匿性に優れた光通信システムを提供する。
【解決手段】
識別信号付加装置（１２）は、送信データに識別信号を付加する。電気／光変換器（１４）は、識別信号付加装置（１２）の出力電気信号を直交偏波の光信号に変換し、当該光信号を例えばＴＥ波の方向で偏波コンバイナ（１６）に印加する。ダミー信号発生装置（１８）は、送信データを隠蔽するダミー信号を発生する。電気／光変換器（２０）はダミー信号発生装置（１８）からのダミー信号を直交偏波の光信号に変換し、光信号を例えばＴＭ波の方向で偏波コンバイナ（１６）に印加する。偏波コンバイナ（１６）は、電気／光変換器（１４）からの光信号と、電気／光変換器（２０）からのダミー光信号を互いに直交する偏波方向で多重し、光ファイバ伝送路（３０）に出力する。
【選択図】
図１

Description

本発明は、簡易な構成で秘匿性の高い通信を実現するデータ伝送方法及びシステム、光送信装置並びに光受信装置に関する。

秘匿性を実現する光通信システムとして、特許文献１，２には、量子暗号理論による秘匿通信システムが記載されている。また、特許文献３には、複数の発振波長で同時発振して総和が一定となるように調整されたレーザの光出力を利用することにより、秘匿性を高める通信方式が記載されている。
特開２００５−０５７３１３号公報 特開２００５−０１２６３１号公報 特開２００４−０３０２２１号公報

従来の構成では、光送信装置及び光受信装置の装置構成が複雑となるという課題があった。特許文献３に記載の構成では、伝送路中の光信号は単純なＮＲＺ形式でもＲＺ形式でもないので、光ファイバの分散効果に起因する波形劣化により長距離の伝送が困難であった。

本発明は、このような問題点を解決し、簡易な構成で長距離伝送も実現し得るデータ伝送方法及びシステム、光送信装置並びに光受信装置を提示することを目的とする。

本発明に係るデータ伝送方法は、送信データに識別信号を付加するステップと、当該識別信号を付加された当該送信データをデータ光信号に変換するステップと、ダミー信号を発生するステップと、当該ダミー信号をダミー光信号に変換するステップと、当該データ光信号と当該ダミー光信号を互いに直交する偏波で合成する合成ステップと、合成された当該データ光信号と当該ダミー光信号からなる光から所定偏波方向の成分を抽出することにより、当該データ光信号を分離するステップと、分離された当該データ光信号を電気信号に変換するステップと、当該電気信号から当該識別信号を除去するステップとを具備することを特徴とする。

本発明に係るデータ伝送システムは、光送信装置から光受信装置に光伝送路を介してデータを伝送するデータ伝送システムである。当該光送信装置が、送信データに識別信号を付加する識別信号付加装置と、当該識別信号付加装置の出力信号を直線偏波のデータ光信号に変換するデータ信号変換器と、ダミー信号を発生するダミー信号発生装置と、当該ダミー信号を直線偏波のダミー光信号に変換するダミー信号変換器と、当該データ光信号と当該ダミー光信号を互いに直交する偏波で合成する偏波コンバイナとを具備する。当該光受信装置が、当該光伝送路からの光信号から当該データ光信号を分離する分離装置と、当該分離装置で分離された当該データ光信号を電気信号に変換する光／電気変換器と、当該電気信号から当該識別信号を除去する識別信号除去装置とを具備する。

本発明に係る光送信装置は、送信データに識別信号を付加する識別信号付加装置と、当該識別信号付加装置の出力信号を直線偏波のデータ光信号に変換するデータ信号変換器と、ダミー信号を発生するダミー信号発生装置と、当該ダミー信号を直線偏波のダミー光信号に変換するダミー信号変換器と、当該データ光信号と当該ダミー光信号を互いに直交する偏波で合成する偏波コンバイナとを具備することを特徴とする。

本発明に係る光受信装置は、識別信号を付加したデータを搬送するデータ信号光と、ダミー信号光とを互いに直交する偏波で合成して伝送する光伝送システムにおける光受信装置であって、光伝送路から入力する光信号から当該データ光信号を分離する分離装置と、当該分離装置で分離された当該データ光信号を電気信号に変換する光／電気変換器と、当該電気信号から当該識別信号を除去する識別信号除去装置とを具備することを特徴とする。

本発明では、光伝送路上の光信号は、データ信号光とダミー信号光とが偏波合成されているので、その時間波形からデータ信号のみを復元することは非常に困難である。また送信信号のスペクトルは、ダミー信号とデータ信号とが加算されたものであり、ここからデータ信号の情報（ビットレートや変調方式等）を推定することは、ほぼ不可能である。これにより、秘匿性を高めた通信システムを実現できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。光送信装置１０の識別信号付加装置１２は、送信データに識別信号を付加する。識別信号を付加する方法には、例えば、送信データ信号の振幅を識別信号で振幅変調する方法と、送信データ信号に間欠的に識別信号を挿入する方法、即ち、送信データ信号に識別信号を時分割多重する方法とがある。前者の場合、識別信号は、例えば、単一周波数のトーン信号が好ましい。後者の場合には、識別信号として特定のビット列で構成されるオーバーヘッドを用いる。電気／光変換器１４は、識別信号付加装置１２の出力電気信号を直線偏波の光信号に変換し、当該光信号を例えばＴＥ波の方向で偏波コンバイナ１６に印加する。

他方、ダミー信号発生装置１８は、送信データを隠蔽するダミー信号を発生する。電気／光変換器２０はダミー信号発生装置１８からのダミー信号を直線偏波の光信号に変換し、光信号を例えばＴＭ波の方向で偏波コンバイナ１６に印加する。

偏波コンバイナ１６は、電気／光変換器１４からの光信号と、電気／光変換器２０からのダミー光信号を互いに直交する偏波方向で多重し、光ファイバ伝送路３０に出力する。

電気／光変換器２０の出力するダミー光信号の中心波長は、電気／光変換器１４の出力する光信号の信号帯域内にあり、好ましくは、電気／光変換器１４の出力する光信号の中心波長と等しい。データ信号光とダミー信号光との中心波長を一致させる場合、例えば、レーザ光源の出力光を２分割し、一方の分割光を識別番号付加装置１２の出力信号で変調し、他方の分割光をダミー信号で変調すれば良い。前者の光変調器は、識別番号付きのデータ信号を光信号に変換する変換装置に対応し、後者の光変調器は、ダミー信号をダミー光信号に変換する変換装置に対応する。

このように、本実施例では、送信データを搬送する光信号とダミー信号を搬送する光信号が、互いに直交する偏波で光ファイバ伝送路３０を伝送する。

光ファイバ伝送路３０からの光信号は偏波コントローラ４２及び偏光子４４を介して光／電気変換器４６に入力する。偏波コントローラ４２は、周知の通り、入力光の偏波方向を所望の方法に制御する装置である。偏光子４４は、偏波コントローラ４２の出力光から所定偏波方向成分を抽出する。光／電気変換器４６は、偏光子４４で抽出された偏波方向光成分を電気信号に変換する。

識別信号強度判別器４８は、光／電気変換器４６の出力電気信号から、識別信号付加装置１２で付加された識別信号を判別し、判別した識別信号の強度を制御装置５０に供給する。識別信号が単一周波数のトーン信号からなる場合、識別信号強度判別器４８は単に、そのトーン信号の周波数成分を分離するフィルタと、フィルタ出力の振幅を検出する回路とからなり、簡単な構成で実現できる。

制御装置５０は、識別信号強度編別装置４８で判別された識別信号の強度が大きくなるように、偏波コントローラ４２を制御する。この制御により、偏波コントローラ４２は、出力光の内の、送信データを搬送する偏波方向成分が、偏光子４４の偏波方向に合致するように、入力光の偏波方向を制御する。この帰還制御により、偏光子４４は、入力光からダミー信号を搬送する偏波成分を除去し、送信データを搬送する偏波成分を通過する。即ち、ダミー信号を搬送する偏波成分と、送信データを搬送する偏波成分を分離できる。

識別信号除去装置５２は、光／電気変換器４６の出力信号から識別信号を除去する。識別信号として単一周波数のトーン信号をデータ信号に重畳している場合、同じ周波数及び位相のトーン信号を光／電気変換器４６の出力から減算すれば良い。また、識別信号として、特定のビット列で構成されるオーバーヘッドを多重している場合、識別信号除去装置５２は、付加されたオーバーヘッド（識別信号）を除去する。

図２及び図３を参照して、電気／光変換器２０から出力されるダミー光信号の中心波長が、電気／光変換器１４から出力される光信号の中心波長と等しく、ダミー信号のデータレートが、送信データのデータレートよりも大きいランダムビットパターンからなる場合の、スペクトルの変化例と時間波形の変化例を説明する。

図２は、スペクトルの変化を示す。横軸は、周波数を示し、縦軸は光強度を示す。図２（ａ）は、データ信号光、即ち、電気／光変換器１４の出力光のスペクトルを示す。図２（ｂ）は、ダミー信号光、即ち、電気／光変換器１８の出力光のスペクトルを示す。図２（ｃ）は偏波コンバイナ１６の出力光のスペクトルを示す。図２（ｄ）は、偏光子４４の出力光の光スペクトルを示す。

図２（ｂ）に示すように、ダミー信号光の光強度をデータ信号光よりも強くすると、偏波コンバイナ１６の出力光のスペクトルは、主としてダミー信号光からなり、データ信号光を隠蔽できる。即ち、合成光からデータ信号の情報（ビットレートや変調方式等）を推定することはほぼ不可能であり、秘匿性の高い通信システムを実現できる。光受信装置４０では、送信データに付加されている識別信号の強度が最大になるように、偏波コントローラ４２を制御することで、データ信号光を容易に分離できる。

図３は、時間波形の変化例を示す。横軸は時間を示し、縦軸は光強度を示す。図３（ａ）は、データ信号光、即ち、電気／光変換器１４の出力光の波形例を示す。図３（ｂ）は、ダミー信号光、即ち、電気／光変換器１８の出力光の波形例を示す。図３（ｃ）は偏波コンバイナ１６の出力光の波形例を示す。図３（ｄ）は、偏光子４４の出力光の時間波形例を示す。

偏波コンバイナ１６から出力される合成光の光強度は、図３（ｃ）に示すように、ほぼダミー信号光にデータ信号光を加算したものとなり、データ信号光を隠蔽できる。即ち、合成光からデータ信号の情報（ビットレートや変調方式等）を推定することはほぼ不可能であり、秘匿性の高い通信システムを実現できる。偏波コントローラ４２及び偏光子４４により効率的にデータ信号光を合成光から分離できるので、ダミー信号光の光強度をデータ信号光の光強度よりも強くでき、これにより、高い隠蔽効果を得ることができる。

ダミー信号光のスペクトルを拡張することで、更に高い隠蔽効果を得ることができる。図４は、スペクトル例を示す。横軸は周波数を示し、縦軸は光強度を示す。図４（ａ）は、データ信号光のスペクトルを示す。図４（ｂ）は、ダミー信号光のスペクトルを示す。図４（ｃ）は偏波コンバイナ１６の出力光のスペクトルを示す。図４（ｂ）に示すように、ダミー信号光の光スペクトルを図４（ａ）に示すようにデータ信号光の光スペクトルよりも広くすると、偏波コンバイナ１６の出力光では、データ信号光のスペクトルをほぼ隠蔽できる。

ダミー信号光の光強度を大きく変動させることでも、データ信号光を隠蔽できる。図５は、その時間波形例を示す。横軸は時間を示し、縦軸は光強度を示す。図５（ａ）は、データ信号光の波形例を示す。図５（ｂ）は、ダミー信号光の波形例を示す。図５（ｃ）は偏波コンバイナ１６の出力光の波形例を示す。図５（ｄ）は、偏光子４４の出力光の波形例を示す。ダミー信号光の光強度変化をデータ信号光の光強度変化よりも大きくすることで、データ信号光を隠蔽できる。即ち、ダミー信号光が直交偏波でデータ信号光に多重されていることを知らない限り、合成光からデータ信号の情報（ビットレートや変調方式等）を推定することはほぼ不可能であり、従って、データを傍受することはほとんど不可能である。勿論、図４に示すように、ダミー信号光のスペクトルを拡張する方法を併用しても良い。

光受信装置４０では、偏波コントローラ４２を省略し、光／電気変換器４６の出力信号の識別信号が最大になるように、偏光子４４の偏光方向を制御しても良い。

図６は、本発明の第２実施例の概略構成ブロック図を示す。図１と同じ構成要素には同じ符号を付してある。

この実施例の光送信装置１０ａでは、偏波コンバイナ１６と光ファイバ伝送路３０との間に、偏波コントローラ２２を挿入する。制御装置２４が、偏波コントローラ２２の偏波制御量を時間とともに変化させる。これにより、偏波コントローラ２２は、偏波コンバイナ１６の出力する合波光の偏波方向を適当な周期又はタイミングで変更する。光ファイバ伝送路３０上で、偏波が時間と共に変化するので、更に傍受が難しくなる。

特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。 本実施例のスペクトル変化例を示す。 本実施例の時間波形の変化例を示す。 本実施例の別のスペクトル変化例を示す。 本実施例の別の時間波形の変化例を示す。 本発明の第２実施例の概略構成ブロック図を示す。

符号の説明

１０，１０ａ：光送信装置
１２：識別信号付加装置
１４：電気／光変換器
１６：偏波コンバイナ
１８：ダミー信号発生装置
２０：電気／光変換器
２２：偏波コントローラ
２４：制御装置
３０：光ファイバ伝送路
４０：光受信装置
４２：偏波コントローラ
４４：偏光子
４６：光／電気変換器
４８：識別信号強度判別器
５０：制御装置

Claims (24)

1. 送信データに識別信号を付加するステップと、
   当該識別信号を付加された当該送信データをデータ光信号に変換するステップと、
   ダミー信号を発生するステップと、
   当該ダミー信号をダミー光信号に変換するステップと、
   当該データ光信号と当該ダミー光信号を互いに直交する偏波で合成する合成ステップと、
   合成された当該データ光信号と当該ダミー光信号からなる光から所定偏波方向の成分を抽出することにより、当該データ光信号を分離するステップと、
   分離された当該データ光信号を電気信号に変換するステップと、
   当該電気信号から当該識別信号を除去するステップ
   とを具備することを特徴とするデータ伝送方法。
2. 更に、
   当該電気信号から当該識別信号の強度を検出するステップと、
   当該強度が大きくなるように、当該所定偏波方向を制御する偏波方向制御ステップ
   とを具備することを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送方法。
3. 当該ダミー信号光の中心波長が、当該データ光信号の帯域内にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のデータ伝送方法。
4. 当該識別信号が、トーン信号からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のデータ伝送方法。
5. 当該識別信号が、特定ビット列からなるオーバーヘッドであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のデータ伝送方法。
6. 更に、当該合成ステップで合成された当該データ光信号と当該ダミー光信号からなる合成光の偏波を時間的に変動させるステップを具備する請求項１乃至４の何れか１項に記載のデータ伝送方法。
7. 光送信装置から光受信装置に光伝送路を介してデータを伝送するデータ伝送システムであって、
   当該光送信装置が、
   送信データに識別信号を付加する識別信号付加装置（１２）と、
   当該識別信号付加装置（１２）の出力信号を直線偏波のデータ光信号に変換するデータ信号変換器（１４）と、
   ダミー信号を発生するダミー信号発生装置（１８）と、
   当該ダミー信号を直線偏波のダミー光信号に変換するダミー信号変換器（２０）と、
   当該データ光信号と当該ダミー光信号を互いに直交する偏波で合成する偏波コンバイナ（１６）
   とを具備し、
   当該光受信装置が、
   当該光伝送路からの光信号から当該データ光信号を分離する分離装置（４２，４４、４８，５０）と、
   当該分離装置で分離された当該データ光信号を電気信号に変換する光／電気変換器（４６）と、
   当該電気信号から当該識別信号を除去する識別信号除去装置（５２）
   とを具備することを特徴とするデータ伝送システム。
8. 当該分離装置が、
   当該光伝送路からの光信号から所定偏波方向の成分を分離する偏波分離装置（４２，４４）と、
   当該電気信号から当該識別信号の強度を検出する識別信号強度判判別装置（４８）と、
   当該識別信号の強度が最大になるように、当該偏波分離装置の当該所定偏波方向を制御する制御装置（５０）
   とを具備することを特徴とする請求項７に記載のデータ伝送システム。
9. 当該偏波分離装置が、
   当該制御装置により制御されて、当該光伝送路からの光信号に含まれる当該データ光信号の偏波方向を所定方向に制御する偏波コントローラ（４２）と、
   当該偏波コントローラ（４２）の出力光から当該所定方向の偏波成分を通過する偏光子（４４）
   とを具備することを特徴とする請求項８に記載のデータ伝送システム。
10. 当該ダミー信号光の中心波長が、当該データ光信号の帯域内にあることを特徴とする請求項７乃至９の何れか１項に記載のデータ伝送システム。
11. 当該識別信号が、トーン信号からなることを特徴とする請求項７乃至１０の何れか１項に記載のデータ伝送システム。
12. 当該識別信号が、特定ビット列からなるオーバーヘッドであることを特徴とする請求項７乃至１０の何れか１項に記載のデータ伝送システム。
13. 更に、当該偏波コンバイナと当該光伝送路の間に配置され、当該偏波コンバイナの出力光の偏波を時間的に変動させる偏波変動装置（２２）を具備することを特徴とする請求項７乃至１２の何れか１項に記載のデータ伝送システム。
14. 送信データに識別信号を付加する識別信号付加装置（１２）と、
    当該識別信号付加装置（１２）の出力信号を直線偏波のデータ光信号に変換するデータ信号変換器（１４）と、
    ダミー信号を発生するダミー信号発生装置（１８）と、
    当該ダミー信号を直線偏波のダミー光信号に変換するダミー信号変換器（２０）と、
    当該データ光信号と当該ダミー光信号を互いに直交する偏波で合成する偏波コンバイナ（１６）
    とを具備することを特徴とする光送信装置。
15. 当該ダミー信号光の中心波長が、当該データ光信号の帯域内にあることを特徴とする請求項１４に記載の光送信装置。
16. 当該識別信号が、トーン信号からなることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の光送信装置。
17. 当該識別信号が、特定ビット列からなるオーバーヘッドであることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の光送信装置。
18. 更に、当該偏波コンバイナと当該光伝送路の間に配置され、当該偏波コンバイナの出力光の偏波を時間的に変動させる偏波変動装置（２２）を具備することを特徴とする請求項１４乃至１７の何れか１項に記載の光送信装置。
19. 識別信号を付加したデータを搬送するデータ信号光と、ダミー信号光とを互いに直交する偏波で合成して伝送する光伝送システムにおける光受信装置であって、
    光伝送路から入力する光信号から当該データ光信号を分離する分離装置（４２，４４、４８，５０）と、
    当該分離装置で分離された当該データ光信号を電気信号に変換する光／電気変換器（４６）と、
    当該電気信号から当該識別信号を除去する識別信号除去装置（５２）
    とを具備することを特徴とする光受信装置。
20. 当該分離装置が、
    当該光伝送路からの光信号から所定偏波方向の成分を分離する偏波分離装置（４２，４４）と、
    当該電気信号から当該識別信号の強度を検出する識別信号強度判判別装置（４８）と、
    当該識別信号の強度が最大になるように、当該偏波分離装置の当該所定偏波方向を制御する制御装置（５０）
    とを具備することを特徴とする請求項１９に記載の光受信装置。
21. 当該偏波分離装置が、
    当該制御装置により制御されて、当該光伝送路からの光信号に含まれる当該データ光信号の偏波方向を所定方向に制御する偏波コントローラ（４２）と、
    当該偏波コントローラ（４２）の出力光から当該所定方向の偏波成分を通過する偏光子（４４）
    とを具備することを特徴とする請求項２０に記載の光受信装置。
22. 当該ダミー信号光の中心波長が、当該データ光信号の帯域内にあることを特徴とする請求項１９乃至２１の何れか１項に記載の光受信装置。
23. 当該識別信号が、トーン信号からなることを特徴とする請求項１９乃至２２の何れか１項に記載の光受信装置。
24. 当該識別信号が、特定ビット列からなるオーバーヘッドであることを特徴とする請求項１９乃至２２の何れか１項に記載の光受信装置。

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