JP2010068352A

JP2010068352A - 位相情報を有する光コードを用いた光情報通信システム

Info

Publication number: JP2010068352A
Application number: JP2008233961A
Authority: JP
Inventors: Hisaya Wada; 尚也和田; Akira O; 旭王
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: JP5262481B2

Abstract

【課題】本発明は，コードサイズを増加でき，相関特性を向上できる光情報通信システムを提供することを目的とする。
【解決手段】上記課題は，パルス光源（２３），コード部（２７），及び変調部（３１）を有する，光情報通信システム用送信機（２１）であって，コード部が，各光チップパルスが位相変調情報と波長変調情報を持つパルス列（２９）を得る光情報通信システム用送信機により解決される。すなわち，本発明によれば，従来位相変調情報しか持たなかったチップパルスに，波長変調情報をも持たせることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は，位相情報を有する光コードを用いた光情報通信システムなどに関する。より詳しく説明すると，本発明は，各チップパルスが位相変調情報のみならず，波長変調情報をも有する，２次元コヒーレントＯＣＤＭＡシステムなどに関する。

特開２００１−１７７５６５号公報には，パケットルーティング技術が開示されている。この技術は，パルス光源から出力される波長λのコヒーレントな光パルスを分波し，光チップパルス間に一定の遅延時間差を与える，チップ数Ｎ（但し、Ｎ≧２）の光チップパルスに分割する。そして，各光チップパルスのもつ光キャリア位相に“０”または“π”の位相シフトを与える。その後，全ての光チップパルスを再度合波することによって，特定の中心周波数λと位相の組み合わせを持つ光符号に相当する光チップパルス列を全光学的に生成する。

図１は，特開２００１−１７７５６５号公報に開示された送信機を示すブロック図である。図１に示されるようにこの送信機１は，パルス光源３と，位相変調器などのコード部７と，強度変調器などの変調部９とを有する。そして，パルス光源３から出力されたコヒーレントなパルス光５が，コード部７によりチップ数Ｎ（図１では８）の光チップパルスに分割される。各チップパルスは，中心波長がλであり，“０”または“π”の位相情報が付加される。これによりアドレス情報が，光パルス列にマッピングされる。そして，変調部９は，パケット用データにしたがって光パルス列を変調する。これにより，データ情報が変調情報として付加される。

図２は，特開２００１−１７７５６５号公報に開示されたパルス列を示す図である。図２に示されるように，この公報に開示された方法では，チップが“０”または“π”という位相情報により符号化されている。このためコードサイズが限られている。また，限られたコードサイズで符号化を行うため，相関特性に限界がある。さらに，符号化方式が固定され，容易に複号化できるため，傍受される恐れがある。

特開２００７−０９６４７６号公報には，光符号分割多重アクセスシステムが開示されている。このシステムでは，ビットごとに位相変調を行い符号化する。しかしながら，ビットを構成するチップについては，位相変調を施していない。
特開２００１−１７７５６５号公報特開２００７−０９６４７６号公報

本発明は，コードサイズを増加でき，相関特性を向上できる光情報通信システムを提供することを目的とする。

また，本発明は，安全性の高い光情報通信を行うことができる光情報通信システムを提供することを上記とは別の目的とする。

本発明は，コードを構成する複数の時間分割された光チップパルスが，それぞれ，波長及び位相によりマッピングされた情報を有する。これにより，コードサイズを大幅に増加でき，相関特性を向上できる。また迅速に符号化形式を変化させることができるので，ビットごとに符号化形式を変化させることができ，安全性の高い情報通信を行うことができる。

以下，図面を用いて，本発明の実施の形態を説明する。図３は，本発明の光情報通信システム用送信機のブロック図である。図３に示されるように，本発明の光情報通信システム用送信機２１は，パルス光源２３，コード部２７，及び変調部３１を有する。本発明は，光符号分割多重アクセス（ＯＣＤＭＡ）における公知の構成を適宜修正して用いることができる。

パルス光源２３は，コヒーレントなパルス光２５を得るものである。パルス光源として，ＯＣＤＭＡにおいて用いられるパルス光源を用いることができる。

本発明の光情報通信システム用送信機では，パルス光源２３からコヒーレントなパルス光２５が出力される。

コード部は，アドレスに相当するコード情報を形成するための装置である。通常のＯＣＤＭＡ用符号器では，図２に示されるようにチップパルスごとに位相情報を付加する。よって，従来のＯＣＤＭＡ用符号器では，位相変調器が存在すれば十分であった。本発明では，コード情報に位相情報のみならず波長情報も持たせる。このため，本発明のコード部は，分波・波長変調部３３，位相変調部３５及び合波部３７を含む。

分波・波長変調部３３は，パルス光を分波し，チップ数Ｎ（ただし，Ｎは２以上の整数）の光チップパルスを得るものである。分波・波長変調部３３は，Ｎ個の光チップパルスのそれぞれに，波長変調を施す。分波・波長変調部の例は，第１のファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）があげられる。分波・波長変調部３３は，パルス光を分波して所定の時間間隔を与えて，それぞれの分波された光の波長をシフトさせ，それらの光を合波することができるものであれば，ＦＢＧを用いないものであっても良い。

ファイバグレーティングとして，ユニフォームファイバグレーティング，チャープグレーティング，又はマルチセクショングレーティングを用いるものがあげられる。以下，ＦＢＧについて説明する。ＦＢＧは，たとえば，位相マスクを介して紫外線を照射し，そのコアの屈折率を所定のピッチで変化させることにより得ることができる。

ユニフォームＦＢＧは，グレーティングの周期・屈折率などが均一なＦＢＧである。ユニフォームＦＢＧは，メインの反射帯域（メインフローブ）の他に，メインローブの周辺に不要な反射帯域（サイドローブ）が複数生ずる場合がある。

チャープグレーティングは，ＦＢＧの長手方向に屈折率周期やグレーティングの周期を変化させたチャープドＦＢＧである。チャープグレーティングにより，入力信号の波長に応じて，反射する位置を異ならせることができる。そして，グレーティング部位を長くした長いチャープドグレーティングを用いれば，反射帯域が広くなるという利点がある。

マルチセクションＦＢＧは，波長変化と反射点変化が離散的なＦＢＧである。すなわち，ある範囲の波長成分の光信号は，ほぼ同じ反射点で反射するが，それと異なる範囲の波長成分は反射点が離散的に変化することとなる。

なお，ＦＢＧは，スーパーストラクチャードＦＢＧを用いても良い。このＳＳＦＢＧは，光ファイバの導波方向に沿って複数の単位ＦＢＧが配列されて構成されたＳＳＦＢＧである。ＳＳＦＢＧは，たとえば，光ファイバ形式のものである。光ファイバは，コアと，クラッドとを含む。コアは，光ファイバの光導波路である。そして，ＳＳＦＢＧは，コアの導波方向に沿って直列に配置された複数の単位ＦＢＧを含む。

なお，グレーティングのピッチは，対象とする光の波長などに応じて適切な間隔のものを用いればよく，たとえば，１００ｎｍ〜１０００ｎｍがあげられ，３００ｎｍ〜８００ｎｍでもよい。また，グレーティングのコアに対する屈折率差として，１×１０^−６〜１×１０^−２があげられ，１×１０^-５〜５×１０^−３でもよく，１×１０^−４〜１×１０^−３でもよい。

コード部に，パルス光源２３から出力されたコヒーレントなパルス光２５が入力される。このパルス光２５は，分波・波長変調部３３により分波され，チップ数Ｎ（ただし，Ｎは２以上の整数）の光チップパルスとされる。さらに，分波・波長変調部３３は，Ｎ個の光チップパルスのそれぞれに，波長変調を施す。たとえば，あるパルス光が６つのチップパルスに分波される。そして，それぞれのチップパルスは，所定間隔の遅延を有している。さらに，それぞれのチップパルスは，波長が異なっており，たとえば，λ_６λ_４λ_２λ_５λ_３λ_１のように波長変調情報を有する。なお，この例では，ＦＢＧを用いたので，多数の種類の波長情報を各パルスに載せることができた。しかし，たとえば，公知のＦＳＫ変調器を用いるなど，２種類の波長変調情報を載せるものであっても良い。

位相変調部３５は，分波・波長変調部から出力された波長変調を施されたＮ個の光チップパルスのそれぞれに，位相変調を施す。通常のＯＣＤＭＡ符号器では，Ｎ個の光チップパルスに位相変調（“０”又は“π”）を施す。本発明においても，公知のＯＣＤＭＡ符号器における位相変調器を用いることができる。同様に位相変調を施せばよい。なお，本発明では，たとえば，チップパルスに含まれる位相変調情報と波長変調情報をコード情報（アドレス情報）として用いる。そこで，アドレスに応じた符号化を行うことができるように，ＦＢＧ（分波・波長変調部）を調整するほか，位相変調器に変調指令を出力する。

コード部３３から位相変調部３５へ波長変調が施されたチップ列（例λ_６λ_４λ_２λ_５λ_３λ_１）が入力される。このチップ列に含まれるそれぞれのパルスに位相変調を施す。図３の例では，“π０００００”の位相変調を施す。なお，本発明においては，位相変調の例として，０又はπを用いた２値位相変調（ＢＰＳＫ）のほかに，４値位相変調（ＱＰＳＫ），８値位相変調（ＯＰＳＫ），１６値位相変調，３２値位相変調などさまざまな位相変調を採用できる。

合波部３７は，位相変調部から出力されたＮ個の光チップパルスを合波する。合波部も公知のＯＣＤＭＡ符号器において用いられる装置を適宜採用することができる。分波・波長変調部がＦＢＧを含むものであった場合，合波部もＦＢＧを含むものが好ましい。具体的に説明すると，合波部は，第１のファイバブラッググレーティングに対応したグレーティングを有する第２のファイバブラッググレーティングを含むものが好ましい。

コード部で位相変調が施されたチップ列は，合波部に入力される。そして，合波部で合わさる。これにより，各光チップパルスが位相変調情報と波長変調情報を持つパルス列２９が得られる。

変調器３１は，送信すべきデータに関する情報を前記パルス列に載せるために，パルス列２９ごとに，データに関する情報に基づいて所定の変調を施すための装置である。変調器３１として，ＯＣＤＭＡ符号器における公知の変調器を用いることができる。

図４は，実施例１で用いたセットアップのブロック図である。モード同期レーザーダイオード（ＭＬＬＤ）とニオブ酸リチウム基板上の強度変調器（ＬＮ−ＩＭ）を用いて，１．２５ＧＨｚの繰り返しレートにて，約１５５０ｎｍに中心波長を有する１．５ｐｓの光パルス列を生成した。この光パルス列は，８チップのチャープドＦＢＧ（ＣＦＢＧ）により分波され，２０ＧＨｚのニオブ酸リチウム基板上の位相変調器（ＬＮ−ＰＭ）により変調が施された。変調は，繰り返し周期が１．２５ＧＨｚで，チップごとに５０ｐｓのバイナリー位相シフト変調（ＢＰＳＫ）であった。合波器は，別のＣＦＢＧを用いても良いが，本実施例では，位相変調器からの出力をＣＦＢＧの裏側から入力することで代用した。ＣＦＢＧの分散スロープ（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓｌｏｐｅ）は，約６５ｐｓ／ｎｍであった。

ＭＬＬＤ及びＬＮ−ＩＭで光パルスを得た。具体的には，ＭＬＬＤで１０ＧＨｚのパルス光を得て，パルス間隔をＬＮ−ＩＭで調整した。サーキュレータを経たパルス光を,２次元エンコーダとして機能するファーバーグレーティング(ＦＢＧ)に導入した。ＦＢＧに入力されたパルス光は，複数の地点で折り返し，等間隔に時間遅延が与えられるとともに，異なる波長とされる。これにより，異なる波長を有する複数のチップパルスを得た。

次に，ＬＮ−ＰＭにより位相変調を施した。この際，チップパルスの集合であるビットにいて位相変調が施されるほか，それぞれのチップパルスについても位相変調を施した。つまり，この例では位相変調器をひとつ用いて，チップに位相変調情報を載せるとともに，ビットについても位相変調を施した。

位相変調器を経たチップパルスを，サーキュレータを経てＦＧＢに入力した。この際，先に入力したのとは逆側から入力した。ＦＢＧから戻ったチップパルスは，サーキュレータを経て出力される。なお，この実施例では，出力されたチップパルスをさらにＬＮ−ＩＭで強度変調した。このＬＮ−ＩＭは，フィルタとして機能するものである。

図５は，本実施例で用いた受信機（複号器）を示すブロック図である。複号部の信号制御部（図では，実験のためパルスパターン発生器が用いられている）には，符号部からの同期信号が送られる。このため，ビットごとに符号化様式（と複号化様式）を変えることができる。これにより，光信号を傍受された場合も容易に複号化できない。

本発明の光情報通信システムの性能評価
図６Ａは，実施例２における２次元コードパターンを示す。この例では，時間が遅いチップパルスになるにしたがって，波長が大きくなるように変調を施した。すなわち，２次元コードパターンのうち波長によるパターンが（λ_１λ_２λ_３λ_４λ_５）となるように符号化した。図６Ｂ及び図６Ｃは，符号器による応答を示すグラフである。図６Ｂは，波長変調による符号パターンを示す。図６Ｂに示されるように１ｎｍの波長間隔で変調した。図６Ｃは，この例における時間とチップパルスの波長との関係を示すグラフである。

図６Ｄは，符号化後の波形を示す。図６Ｄにおいて縦軸は強度，横軸は時間（１メモリ１００ピコ秒）である。図６Ｅは，符号化後のスペクトルを示す。図６Ｅにおいて縦軸は強度，横軸は波長（ｎｍ）を示す。この例では，位相変調器（ＰＭ）をチップごとに１０ＧＨｚで駆動し，１．２５ＧＨｚの繰り返しレートの２次元スペクトル位相符号化パターンを用いた５チップのＢＰＳＫ（２値位相シフト変調）を行うことで，コヒーレントな２次元スペクトル位相符号化（ＳＰＥ：ｓｐｅｃｔｒａｌｐｈａｓｅｃｏｄｉｎｇ）を得た。なお，この例では，簡単のため全てのＳＰＥパターンの位相を“０”とした。

本発明の光情報通信システムの性能評価
図７Ａは，実施例３における２次元コードパターンを示す。すなわち，２次元コードパターンのうち波長によるパターンが（λ_１λ_４λ_２λ_５λ_３）となるように符号化した。図７Ｂ及び図７Ｃは，符号器による応答を示すグラフである。図７Ｂは，波長変調による符号パターンを示す。図７Ｂに示されるように１ｎｍの波長間隔で変調した。図７Ｃは，この例における時間とチップパルスの波長との関係を示すグラフである。

図７Ｄは，符号化後の波形を示す。図７Ｄにおいて縦軸は強度，横軸は時間（１メモリ１００ピコ秒）である。図７Ｅは，符号化後のスペクトルを示す。図７Ｅにおいて縦軸は強度，横軸は波長（ｎｍ）を示す。この例では，位相変調器（ＰＭ）をチップごとに１０ＧＨｚで駆動し，１．２５ＧＨｚの繰り返しレートの２次元スペクトル位相符号化パターンを用いた５チップのＢＰＳＫ（２値位相シフト変調）を行うことで，コヒーレントな２次元スペクトル位相符号化（ＳＰＥ：ｓｐｅｃｔｒａｌｐｈａｓｅｃｏｄｉｎｇ）を得た。なお，この例では，簡単のため全てのＳＰＥパターンの位相を“０”とした。

本発明の光情報通信システムの性能評価
図８Ａは，実施例４における２次元コードパターンを示す。すなわち，２次元コードパターンのうち波長によるパターンが（λ_１λ_３λ_５λ_２λ_４）となるように符号化した。図８Ｂ及び図８Ｃは，符号器による応答を示すグラフである。図８Ｂは，波長変調による符号パターンを示す。図８Ｂに示されるように１ｎｍの波長間隔で変調した。図８Ｃは，この例における時間とチップパルスの波長との関係を示すグラフである。

図８Ｄは，符号化後の波形を示す。図８Ｄにおいて縦軸は強度，横軸は時間（１メモリ１００ピコ秒）である。図８Ｅは，符号化後のスペクトルを示す。図８Ｅにおいて縦軸は強度，横軸は波長（ｎｍ）を示す。この例では，位相変調器（ＰＭ）をチップごとに１０ＧＨｚで駆動し，１．２５ＧＨｚの繰り返しレートの２次元スペクトル位相符号化パターンを用いた５チップのＢＰＳＫ（２値位相シフト変調）を行うことで，コヒーレントな２次元スペクトル位相符号化（ＳＰＥ：ｓｐｅｃｔｒａｌｐｈａｓｅｃｏｄｉｎｇ）を得た。なお，この例では，簡単のため全てのＳＰＥパターンの位相を“０”とした。

本発明の光情報通信システムの性能評価
図９は，自己相関スペクトルと，相互相関スペクトルを示す観測されたグラフである。自己相関スペクトル（すなわち，符号様式が一致した場合）は高いピークを有しており，相互相関スペクトル（すなわち，符号様式が一致しない場合）は高いピークが存在しない。よって，本発明の光情報通信システムを用いて，効果的に符号化及び複号化できることがわかる。

本発明は光情報通信などの分野で利用されうる。

図１は，特開２００１−１７７５６５号公報に開示された送信機を示すブロック図である。図２は，特開２００１−１７７５６５号公報に開示されたパルス列を示す図である。図３は，本発明の光情報通信システム用送信機のブロック図である。図４は，実施例１で用いたセットアップのブロック図である。図５は，本実施例で用いた受信機（複号器）を示すブロック図である。図６Ａは，実施例２における２次元コードパターンを示す。図６Ｂ及び図６Ｃは，符号器による応答を示すグラフである。図６Ｂは，波長変調による符号パターンを示す。図６Ｃは，この例における時間とチップパルスの波長との関係を示すグラフである。図６Ｄは，符号化後の波形を示す。図６Ｅは，符号化後のスペクトルを示す。図７Ａは，実施例３における２次元コードパターンを示す。図７Ｂ及び図７Ｃは，符号器による応答を示すグラフである。図７Ｂは，波長変調による符号パターンを示す。図７Ｃは，この例における時間とチップパルスの波長との関係を示すグラフである。図７Ｄは，符号化後の波形を示す。図７Ｅは，符号化後のスペクトルを示す。図８Ａは，実施例４における２次元コードパターンを示す。図８Ｂ及び図８Ｃは，符号器による応答を示すグラフである。図８Ｂは，波長変調による符号パターンを示す。図８Ｃは，この例における時間とチップパルスの波長との関係を示すグラフである。図８Ｄは，符号化後の波形を示す。図８Ｅは，符号化後のスペクトルを示す。図９は，自己相関スペクトルと，相互相関スペクトルを示す観測されたグラフである。

符号の説明

１送信機
３パルス光源
５パルス光
７コード部
９変調部
２１光情報通信システム用送信機
２３パルス光源
２５パルス光
２７コード部
２９パルス列
３１変調部
３３分波・波長変調部
３５位相変調部
３７合波部

Claims

パルス光源（２３），コード部（２７），及び変調部（３１）を有する，光情報通信システム用送信機（２１）であって，

前記コード部には，
前記パルス光源（２３）から出力されたコヒーレントなパルス光（２５）が入力され，

前記コード部は，
分波・波長変調部（３３），位相変調部（３５）及び合波部（３７）を含み，

前記分波・波長変調部（３３）は，
前記パルス光を分波し，チップ数Ｎ（ただし，Ｎは２以上の整数）の光チップパルスを得るものであって，
前記Ｎ個の光チップパルスのそれぞれに，波長変調を施し，

前記位相変調部（３５）は，
前記分波・波長変調部から出力された
波長変調を施されたＮ個の光チップパルスのそれぞれに，位相変調を施し，

前記合波部（３７）は，
前記位相変調部から出力されたＮ個の光チップパルスを合波し，これにより，各光チップパルスが位相変調情報と波長変調情報を持つパルス列（２９）を得，

前記変調器（３１）は，
送信すべきデータに関する情報を前記パルス列に載せるために，前記パルス列（２９）ごとに，前記データに関する情報に基づいて所定の変調を施す，

光情報通信システム用送信機。
前記位相変調部（３５）及び前記変調器（３１）は，
ひとつの位相変調器である，
請求項１に記載の光情報通信システム用送信機。
前記分波・波長変調部は，
第１のファイバブラッググレーティングである，
請求項１に記載の光情報通信システム用送信機。
前記合波部は，前記第１のファイバブラッググレーティングに対応したグレーティングを有する第２のファイバブラッググレーティングを含む，

請求項３に記載の光情報通信システム用送信機。
請求項１〜４のいずれかに記載の光情報通信システム用送信機を含む光情報通信システム。