JP4000372B2 - Optical CDMA communication system using optical CSK modulation - Google Patents
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Description
本発明は、に関する。より詳しくは、バイナリ位相シフトキーイング(BPSK)符号化、符号シフトキーイング(CSK)データ変調に基づいた新規の10Gbit/s光符号分割多重アクセス(CDMA)システムに関する。 The present invention relates to. More particularly, it relates to a novel 10 Gbit / s optical code division multiple access (CDMA) system based on binary phase shift keying (BPSK) coding, code shift keying (CSK) data modulation.
現在、超高速光ネットワークを実現するために、光符号分割多重方式(Optical Code Division Multiplexing "OCDM")の研究が盛んに行われている。光CDMAは、一時的な波形を通信チャネルとして用いる[P.Prucnal及びM.Santoro,J、光波技術 No.4、307〜314ページ(1986)、D.Sampson、G.Pendock及びR.Griffin、Fiberと総合光学 No.16、129〜157ページ(1997)]。したがって、光CDMAシステムは、時間分割多重化(TDM)方法の同じ波長分割多重化(WDM)チャネルと同じ時間スロットを共用できる。したがって、光CDMA方法は、WDMネットワークにオーバーレイし、これによって、ネットワークの汎用性と拡張性を高めることが可能である[北山研一、IEEE通信における選択されたエリア No.16、1309〜1319ページ(1998)]。光CDMAは、さらにデータ通信ネットワークのセキュリティを増すと考えられている[K.Umeno、Y.Awaji及び北山研一、第5回実験カオス会議議事録(World Science 2000)]。光CDMAは、セルフルーティングフォトニック輸送ネットワークに適用できる[北山研一及び和田尚也、IEEE光子技術文書、11巻、12号、1689〜1691ページ(1999)]。 Currently, in order to realize an ultra high-speed optical network, research on optical code division multiplexing (OCDM) has been actively conducted. Optical CDMA uses a temporary waveform as a communication channel [P. Prucnal and M.M. Santoro, J, Lightwave Technology No. 4, pages 307-314 (1986). Sampson, G.M. Pendock and R.W. Griffin, Fiber and integrated optics 16, pp. 129-157 (1997)]. Thus, an optical CDMA system can share the same time slot with the same wavelength division multiplexing (WDM) channel of the time division multiplexing (TDM) method. Therefore, the optical CDMA method can be overlaid on the WDM network, thereby increasing the versatility and expandability of the network [Kenichi Kitayama, selected area No. in IEEE communication. 16, pp. 1309-1319 (1998)]. Optical CDMA is believed to further increase the security of data communication networks [K. Umeno, Y. et al. Awaji and Kenichi Kitayama, Proceedings of the 5th Experimental Chaos Conference (World Science 2000)]. Optical CDMA can be applied to self-routing photonic transport networks [Kenichi Kitayama and Naoya Wada, IEEE Photon Technical Document, Vol. 11, No. 12, pp. 1689-1691 (1999)].
図8は、従来のOOK(オンオフキーイング)データ変調を用いる光CDMAシステムの基本構成を表す概念図である。図8に示されるように、従来の光CDMAシステム17は、送信機2、受信機3、及びそれらを連結するファイバ4を具備する。そして、送信機2は光源5、外部電気光学変調器(EOM)などの外部変調器18、及び光符号器19を具備し、受信機3は光復号器20、光検波器21、そしてデータ判定器(閾値処理装置)16を具備する。OOKデータ変調においては、光パルスは、それぞれデータ”1”と”0”によって「オン」と「オフ」に変調される。データ”1”のパルスは、光BPSK符号に符号化される。 FIG. 8 is a conceptual diagram showing a basic configuration of an optical CDMA system using conventional OOK (On-Off Keying) data modulation. As shown in FIG. 8, the conventional optical CDMA system 17 includes a transmitter 2, a receiver 3, and a fiber 4 connecting them. The transmitter 2 includes a light source 5, an external modulator 18 such as an external electro-optic modulator (EOM), and an optical encoder 19, and the receiver 3 includes an optical decoder 20, an optical detector 21, and data determination. (Threshold processing device) 16 is provided. In OOK data modulation, an optical pulse is modulated “on” and “off” by data “1” and “0”, respectively. A pulse of data “1” is encoded into an optical BPSK code.
以下、従来のOOK変調に基づく光CDMAシステム17の動作を、図8を参照しつつ説明する。光源5からビット周期で生成される光パルス列は、外部変調器18によってマーク(デジタルデータの「1」に相当。)、スペース(デジタルデータの「0」に相当)をそれぞれパルスの有無によって対応付けされる。その後、光パルスはマーク用に用意された光符号器19により符号化される。光符号器19における符号化は、光パルスを遅延素子によって所望の符号長に分波した後、それぞれのパルスの位相に“0”または“π”の位相シフトを与える。このようにして送信機2において符号化が行われる。 The operation of the conventional optical CDMA system 17 based on the OOK modulation will be described below with reference to FIG. An optical pulse train generated from the light source 5 in a bit cycle is associated with a mark (corresponding to “1” of digital data) and a space (corresponding to “0” of digital data) by the external modulator 18 depending on the presence or absence of a pulse. Is done. Thereafter, the optical pulse is encoded by an optical encoder 19 prepared for the mark. The encoding in the optical encoder 19 demultiplexes an optical pulse to a desired code length by a delay element, and then gives a phase shift of “0” or “π” to the phase of each pulse. In this way, encoding is performed in the transmitter 2.
受信機3における光復号器20の符号系列は、光符号器19の符号系列を時間反転したものである。受信信号は、光復号器20により相関演算される。ここで、マーク信号が相関演算されると、ビットの中心に高い頂点を持つ自己相関波形となる。そして、この光信号は、フォトダイオードなどの光検波器21により、ピーク値Pを持つ電気信号に変換される。図9に、従来の光CDMAシステムにおける光検波器21により変換された電気信号の例を示す。データ判定器16では、例えば判定レベルP/2[V]として、データの判定が行われる。 The code sequence of the optical decoder 20 in the receiver 3 is obtained by time-inverting the code sequence of the optical encoder 19. The received signal is subjected to correlation calculation by the optical decoder 20. When the mark signal is subjected to correlation calculation, an autocorrelation waveform having a high vertex at the center of the bit is obtained. This optical signal is converted into an electric signal having a peak value P by a photo detector 21 such as a photodiode. FIG. 9 shows an example of an electrical signal converted by the optical detector 21 in the conventional optical CDMA system. In the data determiner 16, for example, data is determined at a determination level P / 2 [V].
したがって、従来のOOKデータ変調を用いる光CDMAシステムでは、図9に示されるように、データ判定器10において判定できる判定レンジがP[V]に限られるという問題があった。特に複数ユーザが光CDMAシステムを利用する場合、他ユーザからの干渉雑音、検波の際のショット雑音、熱雑音等はデータ判定器の入力電圧を激しく変動させ、データ判定誤りを引き起こすという問題がある。このため、データ判定器の各種雑音に対する耐性を高めるため、判定レンジをより広くすることが望まれた。 Therefore, the conventional optical CDMA system using OOK data modulation has a problem that the determination range that can be determined by the data determination unit 10 is limited to P [V] as shown in FIG. In particular, when multiple users use an optical CDMA system, interference noise from other users, shot noise at the time of detection, thermal noise, and the like cause a problem in that the input voltage of the data determiner fluctuates greatly, causing a data determination error. . For this reason, in order to raise the tolerance with respect to the various noise of a data determination device, expanding the determination range was desired.
また、図9に示されるように、従来のOOKデータ変調を用いる光CDMAシステムにおける自己相関波形の包絡線は、頂点の周りにサイドローブを持つ。このサイドローブは、検波の際、雑音としてその性能を大きく劣化させるという問題があった。 Further, as shown in FIG. 9, the envelope of the autocorrelation waveform in the optical CDMA system using the conventional OOK data modulation has a side lobe around the apex. This side lobe has a problem that its performance is greatly degraded as noise during detection.
従来のOOKデータ変調を用いる光CDMAシステムにおいて、スレッショルドレベル(閾値)は、通常ピーク値Pの半分の値(P/2)に設定される。ピーク電圧におけるP/2の幅は、比較的狭いので、通信中に、適宜、最適な閾値を修正する必要があった。このため、従来のOOKデータ変調を用いる光CDMAシステムでは、通信中に閾値を変更するためのシステムを具備しており、受信機の回路構成が複雑になるという問題があった。 In a conventional optical CDMA system using OOK data modulation, the threshold level (threshold value) is set to a value (P / 2) that is half the normal peak value P. Since the width of P / 2 at the peak voltage is relatively narrow, it is necessary to appropriately correct the optimum threshold during communication. For this reason, the conventional optical CDMA system using OOK data modulation has a system for changing the threshold value during communication, and there is a problem that the circuit configuration of the receiver becomes complicated.
時間ゲーティング(time-gating)検出による一時的整合フィルタリングとサイドローブ抑圧によってBPSK符号を用いる10Gbit/s光CDMAシステムを提案し、光CDMAシステムの複数チャネル送信を実験的に示した[下記非特許文献1(和田尚也、外林秀行及び北山研一、IEEE電子工学文書、NO.35、833〜834ページ(1999))参照]。また、大容量光符号分割多重化送信が、示された[外林秀行、中條渉及び北山研一、IEEEフォトニックス技術文書、14巻、4号、555〜557ページ、2002]。光CMDAシステムの性能は、光干渉雑音によって劣化する。サイドローブ抑圧は、高ビットレートの光CDMAシステムによっては、干渉雑音を軽減するために必要である[D.Sampson、和田尚也、北山研一及び中條渉、IEE電子工学文書、No.36、445〜447ページ(2000)、和田尚也及び北山研一,J.光波技術、No.17、1758〜1765ページ(1999)]。しかしながら、以前の論文で紹介した時間ゲーティングシステムによるサイドローブ抑圧技法は、基本的には、TDMの復調で用いられるシステムと同様、チップ同期化やクロック修復などのアクティブな動作を必要とするという問題がある。
本発明は、判定レンジの広い光CDMAシステム、及びそのような光CDMAシステムに用いられる送信機、及び受信機を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an optical CDMA system having a wide determination range, and a transmitter and a receiver used in such an optical CDMA system.
本発明は、サイドローブの少ないデータ判定入力電圧スペクトルを与える光CDMAシステム及びそのような光CDMAシステムに用いられる送信機、及び受信機を提供することを別の目的とする。 It is another object of the present invention to provide an optical CDMA system that provides a data decision input voltage spectrum with less side lobes, and a transmitter and receiver used in such an optical CDMA system.
本発明は、通信中にデータ判定機の閾値を修正する必要のない光CDMAシステム及びそのような光CDMAシステムに用いられる送信機、及び受信機を提供することを別の目的とする。 Another object of the present invention is to provide an optical CDMA system that does not need to modify the threshold value of the data determiner during communication, and a transmitter and a receiver used in such an optical CDMA system.
本発明は、バイナリ位相シフトキーイング(BPSK)符号化、符号シフトキーイング(CSK)データ変調に基づいた新規の高速(10Gbit/s)光符号分割多重アクセス(CDMA)システムを提供することを別の目的とする。 Another object of the present invention is to provide a novel high speed (10 Gbit / s) optical code division multiple access (CDMA) system based on binary phase shift keying (BPSK) coding, code shift keying (CSK) data modulation. And
(1)上記の課題のうち少なくとも一つ以上を解決するため、本発明の光符号シフトキーイング変調を用いる光CDMA通信などに用いられる送信機は、光源からビット周期で生成される光パルス列をマーク用(デジタルデータの「1」に相当する。)と、スペース用(デジタルデータの「0」に相当する。)」とに振り分ける変調器と、前記変調器によって振り分けられたマーク用の光パルス列をパルスごとの位相を制御した光パルス列として符号化するマーク用光符号器と、前記変調器によって振り分けられたスペース用の光パルス列を前記マーク用光符号器によって符号化された光パルス列とはパルスごとの位相の組み合わせが異なる光パルス列とすることにより符号化するスペース用光符号器と、前記マーク用光符号器により符号化されたパルス列と、前記スペース用光符号器により符号化されたパルス列とを合波するための合波器とを具備する。より具体的には、光源(5)からビット周期で生成される光パルス列を、入力されるマーク又はスペースを表すデータに基づいて、マーク用と、スペース用とに振り分ける変調器(6)と、前記変調器によって振り分けられたマーク用の光パルスをパルスごとの位相を制御した一定の位相の組み合わせを持つ光パルス列として符号化するマーク用光符号器(7)と、前記変調器によって振り分けられたスペース用の光パルスを前記マーク用光符号器によって符号化された光パルス列とはパルスごとの位相の組み合わせが異なる一定の位相の組み合わせを持つ光パルス列とすることにより符号化するスペース用光符号器(8)と、前記マーク用光符号器により符号化された光パルス列と、前記スペース用光符号器により符号化された光パルス列とを合波するための合波器(9)と、を具備する。 (1) In order to solve at least one or more of the above problems, an optical CDMA communication transmitter for use in such using optical code shift keying modulation of the present invention, marks an optical pulse train generated by the bit period from the light source A modulator for allocating the signal (corresponding to “1” of digital data) and a space (corresponding to “0” of digital data) ”, and an optical pulse train for marks distributed by the modulator. An optical encoder for a mark that is encoded as an optical pulse train in which the phase of each pulse is controlled, and an optical pulse train that is encoded by the optical encoder for a space that is distributed by the modulator is for each pulse. Encoding by using optical pulse trains with different phase combinations, and encoding by the mark optical encoder A pulse train, comprising a multiplexer for multiplexing the coded pulse train by the space optical encoder. More specifically, a modulator (6) that distributes an optical pulse train generated at a bit period from the light source (5) into a mark and a space based on input data representing a mark or a space ; The mark optical encoder (7) for encoding the mark optical pulse distributed by the modulator as an optical pulse train having a fixed phase combination in which the phase of each pulse is controlled, and the mark optical pulse distributed by the modulator An optical encoder for a space which encodes an optical pulse for space by using an optical pulse train having a combination of fixed phases different from the optical pulse train encoded by the optical encoder for marks. (8) and the optical pulse train encoded by the mark optical encoder and the optical pulse train encoded by the space optical encoder are combined. Multiplexer for (9), comprises a.
すなわち、本発明の送信機では、従来のOOK変調を用いる光CDMA通信よりも光符号器を多く必要とし、装置が複雑となる。しかしながら、本発明の送信機では、従来の光CDMAシステムでは符号化されていなかった「0」信号をも、新たに加えられたスペース用光符号器(光符号器B)によって、符号化する。これを後述の復号機と組み合わせることで、サイドローブを抑圧でき、またデータ測定の判定レンジを大きくできる。 That is, the transmitter of the present invention requires more optical encoders than the conventional optical CDMA communication using OOK modulation, and the apparatus becomes complicated. However, in the transmitter of the present invention, a “0” signal that has not been encoded in the conventional optical CDMA system is also encoded by the newly added space optical encoder (optical encoder B). By combining this with a later-described decoder, side lobes can be suppressed and the data measurement decision range can be increased.
(2)上記の課題のうち少なくとも一つ以上を解決するため、本発明の光符号シフトキーイング変調を用いる光符号分割多重アクセス通信に用いられる受信機は送信機により送信された光データを分波するための分波器(10)と、前記分波器(10)により分波された光データのうち、前記マーク用光符号器が符号化した光データを自己相関波形の光信号として出力する第1の光復号器(11)と、前記第1の光復号器(11)が出力した光信号を検波する第1の光検波器(13)と、前記分波器(10)により分波された光データのうち、前記スペース用光符号器が符号化した光データを自己相関波形の光信号として出力する第2の光復号器(12)と、前記第2の光復号器(12)が出力した光信号を検波する第2の光検波器(14)と、前記第1の光検波器(13)と前記第2の光検波器(14)の検波データの差分を求める計算回路(15)と、前記計算回路(15)により求められた検波データの差分に基づき、0[V]を基準としてそれより高い電圧値か低い電圧値かによりマークかスペースかを判定するデータ判定器(16)と、を具備する。すなわち、従来の受信機に比べ光復号器の数が多く、装置が複雑となるが、前記送信機と併せて用いることで、判定データのサイドローブを抑圧でき、またデータ測定の判定レンジを大きくできる。 (2) In order to solve at least one of the above problems, a receiver used for optical code division multiple access communication using optical code shift keying modulation according to the present invention demultiplexes optical data transmitted by a transmitter. And the optical data encoded by the mark optical encoder among the optical data demultiplexed by the demultiplexer (10) is output as an optical signal having an autocorrelation waveform. A first optical decoder (11), a first optical detector (13) for detecting an optical signal output from the first optical decoder (11), and a demultiplexer by the demultiplexer (10). A second optical decoder (12) for outputting the optical data encoded by the space optical encoder as an optical signal having an autocorrelation waveform, and the second optical decoder (12). The second optical detector (14) for detecting the optical signal output from the first optical detector (1) 3) and a calculation circuit (15) for obtaining a difference between detection data of the second optical detector (14), and a reference of 0 [V] based on the difference between the detection data obtained by the calculation circuit (15) And a data judgment unit (16) for judging whether the mark or the space depends on whether the voltage value is higher or lower. That is, the number of optical decoders is larger than that of a conventional receiver and the apparatus is complicated. However, when used together with the transmitter, the side lobe of determination data can be suppressed, and the determination range for data measurement is increased. it can.
このように、従来用いられなかったスペース用からの復号信号についても、自己相関波形の包絡線を出力し、マーク用信号からの復号信号からの自己相関波形の包絡線との差分を採ることで、判定データのサイドローブを抑圧でき、またデータ測定の判定レンジを大きくできるなどの効果がある。 As described above, even for a decoded signal from a space that has not been used conventionally, an envelope of the autocorrelation waveform is output, and a difference from the envelope of the autocorrelation waveform from the decoded signal from the mark signal is obtained. The side lobe of the determination data can be suppressed, and the data measurement determination range can be increased.
上記の課題のうち少なくともひとつ以上を解決するため、本発明の光符号分割多重アクセス通信システムは、複数の光通信用送信機と、複数の光通信用受信機とを具備した光符号分割多重アクセス通信システムであって、前記複数の光通信用送信機は、それぞれ、光源(5)からビット周期で生成される光パルス列を、入力されるマーク又はスペースを表すデータに基づいて、マーク用と、スペース用とに振り分ける変調器(6)と、前記変調器によって振り分けられたマーク用の光パルスをパルスごとの位相を制御した一定の位相の組み合わせを持つ光パルス列として符号化するマーク用光符号器(7)と、前記変調器によって振り分けられたスペース用の光パルスを前記マーク用光符号器によって符号化された光パルス列とはパルスごとの位相の組み合わせが異なる一定の位相の組み合わせを持つ光パルス列とすることにより符号化するスペース用光符号器(8)と、前記マーク用光符号器により符号化された光パルス列と、前記スペース用光符号器により符号化された光パルス列とを合波するための合波器(9)と、を具備し、前記複数の光通信用受信機は、それぞれ、前記送信機により送信された光データ分波するための分波器(10)と、前記分波器(10)により分波された光データのうち、前記マーク用光符号器が符号化した光データを自己相関波形の光信号として出力する第1の光復号器(11)と、前記第1の光復号器(11)が出力した光信号を検波する第1の光検波器(13)と、前記分波器(10)により分波された光データのうち、前記スペース用光符号器が符号化した光データを自己相関波形の光信号として出力する第2の光復号器(12)と、前記第2の光復号器(12)が出力した光信号を検波する第2の光検波器(14)と、前記第1の光検波器(13)と前記第2の光検波器(14)の検波データの差分を求める計算回路(15)と、前記計算回路(15)により求められた検波データの差分に基づき、0[V]を基準としてそれより高い電圧値か低い電圧値かによりマークかスペースかを判定するデータ判定器(16)と、を具備する。 In order to solve at least one of the above problems, an optical code division multiple access communication system of the present invention includes an optical code division multiple access including a plurality of optical communication transmitters and a plurality of optical communication receivers. In the communication system, each of the plurality of transmitters for optical communication includes an optical pulse train generated at a bit period from the light source (5), based on input data representing marks or spaces , A modulator (6) that distributes to a space, and a mark optical encoder that encodes a mark optical pulse distributed by the modulator as an optical pulse train having a fixed phase combination in which the phase of each pulse is controlled (7) and an optical pulse train obtained by encoding the optical pulse for space distributed by the modulator by the optical encoder for mark are different in phase for each pulse. Space optical encoder for encoding by looking combined to an optical pulse train having a combination of different constant phase (8), an optical pulse train encoded by the mark optical encoder, the space for optical code A multiplexer (9) for multiplexing the optical pulse train encoded by the transmitter, wherein the plurality of optical communication receivers each demultiplex the optical data transmitted by the transmitter. And the optical data encoded by the mark optical encoder among the optical data demultiplexed by the demultiplexer (10) is output as an optical signal having an autocorrelation waveform. A first optical decoder (11), a first optical detector (13) for detecting an optical signal output from the first optical decoder (11), and a demultiplexer by the demultiplexer (10). Of the optical data, the optical data encoded by the space optical encoder A second optical decoder (12) that outputs an optical signal having a correlation waveform; a second optical detector (14) that detects the optical signal output by the second optical decoder (12); A calculation circuit (15) for obtaining a difference between detection data of the first optical detector (13) and the second optical detector (14), and a difference between the detection data obtained by the calculation circuit (15); A data determination unit (16) for determining whether the mark or space is based on a voltage value higher or lower than 0 [V].
上記の課題のうち少なくともひとつ以上を解決するため、本発明の光符号分割多重アクセス通信方法は、上記の光符号分割多重アクセス通信システムを用いた光符号分割多重アクセス通信方法であって、前記変調器が、入力されるマーク又はスペースを表すデータ信号に基づいて、光源からビット周期で生成される光パルス列をマーク用と、スペース用とに振り分ける工程と、前記マーク用光符号器が、前記変調器によって振り分けられたマーク用の光パルス列を一定の位相の組み合わせを持つ光パルス列に符号化する工程と、前記スペース用光符号器が、前記変調器によって振り分けられたスペース用の光パルス列を前記マーク用光符号器とは異なる一定の位相の組み合わせを持つ光パルス列に符号化する工程と、前記合波器が、前記マーク用光符号器により符号化されたパルス列と前記スペース用光符号器により符号化されたパルス列とを合波する工程と、前記工程で合波された光データを送信する工程と、前記分波器(10)が、前記送信機により送信された光データ分波する工程と、前記第1の光復号器(11)が、前記分波器(10)により分波された光データを受取り、前記マーク用光符号器が符号化した光データを自己相関波形の光信号として出力する工程と、前記第1の光検波器(13)が、第1の光復号器(11)の出力信号を検波する工程と、前記第2の光復号器(12)が、前記分波器(10)により分波された光データを受取り、前記スペース用光符号器が符号化した光データを自己相関波形の光信号として出力する工程と、前記第2の光検波器(14)が、第2の光復号器(12)の出力信号を検波する工程と、前記計算回路(15)が前記第1の光検波器(13)と前記第2の光検波器(14)の検波データの差分を求める工程と、前記データ判定器(16)が前記計算回路(15)により求められた検波データの差分に基づき、0[V]を基準としてそれより高い電圧値か低い電圧値かによりマークかスペースかを判定する工程と、を含む。 In order to solve at least one of the above problems, an optical code division multiple access communication method of the present invention is an optical code division multiple access communication method using the optical code division multiple access communication system described above, wherein the modulation A step of allocating an optical pulse train generated from a light source in a bit period to a mark and a space based on a data signal representing the input mark or space, and the mark optical encoder includes the modulation A step of encoding the optical pulse train for marks distributed by the detector into an optical pulse train having a certain phase combination, and the optical encoder for space distributes the optical pulse train for spaces distributed by the modulator to the mark a step of encoding the optical pulse train having a combination of different constant phase and use optical encoders, the multiplexer is, the mer A step of multiplexing the pulse train encoded by the optical encoder for the space and the pulse train encoded by the optical encoder for the space, a step of transmitting the optical data combined in the step, and the duplexer (10) demultiplexing the optical data transmitted by the transmitter, and the first optical decoder (11) receives the optical data demultiplexed by the demultiplexer (10), A step of outputting optical data encoded by the mark optical encoder as an optical signal having an autocorrelation waveform; and the first optical detector (13) detects the output signal of the first optical decoder (11). And the second optical decoder (12) receives the optical data demultiplexed by the demultiplexer (10) and converts the optical data encoded by the space optical encoder into an autocorrelation waveform. The step of outputting as an optical signal and the second optical detector (14) are connected to a second optical decoder (12 ) Detecting the output signal of the first optical detector (13) and the second optical detector (14), and the calculation circuit (15) calculating the difference between the detected data of the first optical detector (13) and the second optical detector (14); A determination unit (16) determining whether the mark or space is based on a voltage value higher or lower than 0 [V] based on a difference between detection data obtained by the calculation circuit (15); ,including.
本発明によれば、データ判定器における判定レンジを従来のP[V]の2倍の2P[V]にできるので、判定レンジの広い光CDMAシステムを提供できる。このため、本発明によれば、システムのSN比が増加し、システムの雑音に対する耐性が高められるという効果がある。 According to the present invention, the determination range in the data determination unit can be set to 2P [V] which is twice the conventional P [V], so that an optical CDMA system with a wide determination range can be provided. Therefore, according to the present invention, there is an effect that the SN ratio of the system is increased and the resistance to the noise of the system is enhanced.
すなわち、従来の光CDMAシステムであるOOKデータ変調方式(図8)においては、信号体雑音電力密度(SN)比γは、γ=(P/σ)2と定義される。一方、本発明の光CDMAシステムでは、信号判定レンジが2P[V]となる。そして、光検出器として、デュアル−ピンPDからなるバランス検波器を用いた場合、その分散は2σ2となる。したがって、その標準偏差は21/2σとなる。よって、本発明のSN比をγ’とすると、γ’=2γとなる。したがって、本発明のCSKデータ変調方式では、従来のOOK変調方式に比べ3dBの性能改善を見込むことができる。 That is, in the OOK data modulation system (FIG. 8) which is a conventional optical CDMA system, the signal body noise power density (SN) ratio γ is defined as γ = (P / σ) 2 . On the other hand, in the optical CDMA system of the present invention, the signal determination range is 2P [V]. Then, as the photodetector, Dual - when using a balance detector comprising a pin PD, its dispersion becomes 2 [sigma] 2. Therefore, the standard deviation is 2 1/2 σ. Therefore, when the SN ratio of the present invention is γ ′, γ ′ = 2γ. Therefore, in the CSK data modulation system of the present invention, a 3 dB performance improvement can be expected compared to the conventional OOK modulation system.
また、本発明によれば、スペース信号受信時に光検波器から出力される相互相関波形が、データ判定器入力電圧のサイドローブを抑圧する。この結果、データ判定のためのサイドローブの少ない電圧スペクトルを与える光CDMAシステムを提供できる。さらに、本発明によれば、データ判定機に入力する電圧スペクトルのサイドローブが少ないので、多重化の際のチャネル間干渉を軽減できる。 According to the present invention, the cross-correlation waveform output from the optical detector when receiving the space signal suppresses the side lobe of the data determiner input voltage. As a result, it is possible to provide an optical CDMA system that provides a voltage spectrum with less side lobes for data determination. Furthermore, according to the present invention, since the side lobe of the voltage spectrum input to the data decision device is small, it is possible to reduce inter-channel interference during multiplexing.
本発明によれば、データ判定器における判定レンジを2P[V](−P〜+P)にできるので、システムのデータ判定機における判定レベルを、例えば常時0[V]で固定しても、十分にデータを判定できる。この結果、本発明によれば、通信中にスレッショルドレベルを修正する必要のない光CDMAシステムを提供できる。 According to the present invention, since the determination range in the data determiner can be set to 2P [V] (−P to + P), it is sufficient even if the determination level in the data determiner of the system is always fixed at, for example, 0 [V]. Can determine the data. As a result, according to the present invention, it is possible to provide an optical CDMA system that does not require the threshold level to be corrected during communication.
本発明によれば、BPSK符号化、CSKデータ変調に基づいた新規なCDMAシステムを提供できる。 According to the present invention, a novel CDMA system based on BPSK coding and CSK data modulation can be provided.
図1に示されるように、本発明の光CDMAシステム1は、従来の光CDMAシステムと同様に送信機2、受信機3、及びそれらを連結するファイバ4を具備する。図1に示されるように、本発明の光CDMAシステムにおける送信機2は、光源からビット周期で生成される光パルス列をマーク用(データ「1」用)とスペース用(データ「0」用)とに振り分けるLN変調器などの変調器6と、前記変調器によって振り分けられたマーク用の光パルス列を符号化するマーク用光符号器(「光符号器A」ともいう。)7と、前記変調器によって振り分けられたスペース用の光パルス列を符号化するスペース用光符号器(「光符号器B」ともいう。)8と、前記のマーク用光符号器により符号化されたパルス列と、前記のスペース用光符号器により符号化されたパルス列とを合波するための光結合器などの合波器9を具備する。 As shown in FIG. 1, an optical CDMA system 1 according to the present invention includes a transmitter 2, a receiver 3, and a fiber 4 connecting them as in the conventional optical CDMA system. As shown in FIG. 1, the transmitter 2 in the optical CDMA system of the present invention uses an optical pulse train generated from a light source at a bit period for marks (for data “1”) and for spaces (for data “0”). A modulator 6 such as an LN modulator, a mark optical encoder (also referred to as “optical encoder A”) 7 for encoding the mark optical pulse train distributed by the modulator, and the modulation. A space optical encoder (also referred to as “optical encoder B”) 8 for encoding the space optical pulse train distributed by the detector, the pulse train encoded by the mark optical encoder, A multiplexer 9 such as an optical coupler for multiplexing the pulse train encoded by the space optical encoder is provided.
また、図1に示されるように、本発明の光CDMAシステムにおける受信機は、送信機から送信されたパルス列を分波する光結合器などの分波器10と、マーク用光符号器が符号化した光データを送信機が受信した場合に自己相関波形の包絡線を光検波器から出力するためのマーク用光復号器11(光復号器A)と、スペース用光符号器が符号化した光データを送信機が受信した場合に自己相関波形の包絡線を光検波器から出力するためのスペース用光復号器(光復号器B)と、マーク用光復号器によって復号された信号を出力するフォトダイオード13(光検波器A)と、スペース用光復号器によって復号された信号を出力するフォトダイオード14(光検波器B)とを具備する光検波器(バランス検波器)と、光検波器からの出力を計算する計算回路15と、データ判定器(閾値処理器)16を具備する。 As shown in FIG. 1, the receiver in the optical CDMA system of the present invention includes a duplexer 10 such as an optical coupler that demultiplexes a pulse train transmitted from the transmitter, and a mark optical encoder. When the transmitter receives the converted optical data, the mark optical decoder 11 (optical decoder A) for outputting the envelope of the autocorrelation waveform from the optical detector and the space optical encoder are encoded. When the optical data is received by the transmitter, the optical decoder for the space (optical decoder B) for outputting the envelope of the autocorrelation waveform from the optical detector and the signal decoded by the optical decoder for the mark are output. An optical detector (balance detector) comprising: a photodiode 13 (optical detector A) that outputs, and a photodiode 14 (optical detector B) that outputs a signal decoded by the space optical decoder; The output from the instrument That the calculating circuit 15 comprises a data decider (thresholding unit) 16.
本発明の光CDMAシステムでは、好ましくはコンパティブルな2つの光NチップBPSK符号をユーザ一人に対して用いる。送信機2では、光符号器A7と光符号器B8が、それぞれデータ”1”とデータ”0”に対応している。すなわち、送信機の送信データが”1”であれば、変調器6により光パルス列が光符号器A7に伝えられ、光符号器A7は光パルス列を符号化する。一方、送信機の送信データが”0”であれば、変調器6により光パルス列が光符号器B8に伝えられ、光符号器B8は光パルス列を符号化する。光符号器A7が符号化した光パルス列と、光符号器B8が符号化した光パルス列は、合波器9により合波され、光ファイバ4を通じて受信機へ伝達される。 In the optical CDMA system of the present invention, preferably two compatible optical N-chip BPSK codes are used for one user. In the transmitter 2, the optical encoder A7 and the optical encoder B8 correspond to data “1” and data “0”, respectively. That is, if the transmission data of the transmitter is “1”, the optical pulse train is transmitted to the optical encoder A7 by the modulator 6, and the optical encoder A7 encodes the optical pulse train. On the other hand, if the transmission data of the transmitter is “0”, the optical pulse train is transmitted to the optical encoder B8 by the modulator 6, and the optical encoder B8 encodes the optical pulse train. The optical pulse train encoded by the optical encoder A7 and the optical pulse train encoded by the optical encoder B8 are combined by the multiplexer 9 and transmitted to the receiver through the optical fiber 4.
受信機で、光復号器A11は、データ”1”信号が受信されると、自己相関波形の包絡線を光検波器A13から出力し、光復号器B12は、データ”0”信号が受信されると、自己相関波形の包絡線を光検波器B14から出力する。計算回路15は、光検波器B14の出力を光検波器Aの出力(上の矢印)から減算する。 When the data “1” signal is received by the optical decoder A11, the envelope of the autocorrelation waveform is output from the optical detector A13, and the data “0” signal is received by the optical decoder B12. Then, the envelope of the autocorrelation waveform is output from the optical detector B14. The calculation circuit 15 subtracts the output of the optical detector B14 from the output of the optical detector A (upper arrow).
図2は、受信機内での電気信号波形を説明するための概念図である。図2(a)は、光検波器Aの出力波形の例を表す図である。図2(b)は、光検波器Bの出力波形の例を表す図である。図2(c)は、データ判定器の入力波形を表す図である。図2に示されるとおり、それぞれの光復号器からの出力電圧のピーク値はP[V]である。すなわち、デュアル−ピンPDなどのバランス検波器(13、14)は、データ”1”信号が受信されると、正電圧Pを出力し、データ”0”信号が受信されると、負電圧−Pを出力する。そして、計算回路では、これらの出力を減算するので、図2(c)に示されるようにデータ判定器に入力されるデータのピーク値は2P[V]となる。 FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining an electric signal waveform in the receiver. FIG. 2A is a diagram illustrating an example of an output waveform of the optical detector A. FIG. FIG. 2B is a diagram illustrating an example of an output waveform of the optical detector B. FIG. 2C shows an input waveform of the data determiner. As shown in FIG. 2, the peak value of the output voltage from each optical decoder is P [V]. That is, a balance detector (13, 14) such as a dual-pin PD outputs a positive voltage P when a data “1” signal is received, and a negative voltage − when a data “0” signal is received. P is output. Since the calculation circuit subtracts these outputs, the peak value of the data input to the data decision unit is 2P [V] as shown in FIG.
データ判定器は、デュアル−ピンPDなどのバランス検波器(13、14)の出力を閾値レベルと比較することによってデータを判定する。この閾値レベルとしては、例えば電圧0[V]が用いられる。 The data determiner determines the data by comparing the output of a balance detector (13, 14) such as a dual-pin PD with a threshold level. As this threshold level, for example, a voltage of 0 [V] is used.
(2.OOKデータ変調とCSKデータ変調との間の関係)
以下、OOKデータ変調とCSKデータ変調との間の関係を説明する。先に説明したとおりOOKデータ変調においては、光パルスは、それぞれデータ”1”と”0”によって「オン」と「オフ」に変調される。データ”1”のパルスは、光BPSK符号に符号化される。一方、CSKデータ変調においては、光パルスは、それぞれデータ”1”と”0”によって「オン」と「オン」に変調される。データ”0”のパルスもまた、別の光BPSK符号Bに符号化される。したがって、CSKデータ変調では、符号された信号は、それぞれデータ”1”と”0”に対する符号Aと符号Bから成る。
(2. Relationship between OOK data modulation and CSK data modulation)
The relationship between OOK data modulation and CSK data modulation will be described below. As described above, in the OOK data modulation, the optical pulse is modulated to “on” and “off” by data “1” and “0”, respectively. A pulse of data “1” is encoded into an optical BPSK code. On the other hand, in CSK data modulation, an optical pulse is modulated to “on” and “on” by data “1” and “0”, respectively. A pulse of data “0” is also encoded into another optical BPSK code B. Therefore, in CSK data modulation, the encoded signal consists of code A and code B for data “1” and “0”, respectively.
(2.1.OOKデータ変調光CDMAシステムのBER)
図8に示されるように、従来の光CDMAシステム17は、送信機2、受信機3、及びそれらを連結するファイバ4を具備する。そして、送信機2は光源5、外部電気光学変調器(EOM)などの外部変調器18、及び光符号器19を具備し、受信機3は光復号器20、光検波器21、そしてデータ判定器(閾値処理装置)16を具備する。
(2.1. BER of OOK Data Modulated Optical CDMA System)
As shown in FIG. 8, the conventional optical CDMA system 17 includes a transmitter 2, a receiver 3, and a fiber 4 connecting them. The transmitter 2 includes a light source 5, an external modulator 18 such as an external electro-optic modulator (EOM), and an optical encoder 19, and the receiver 3 includes an optical decoder 20, an optical detector 21, and data determination. (Threshold processing device) 16 is provided.
Kをアクティブユーザの数と仮定すると、送信機2中では、光NチップBPSK符号は、データ”1”に対してのみ発生される。受信機3中では、K個の互いに異なったNチップ光BPSK符号は、光復号器20を通過することによって整合フィルタリングされる。この入力符号が復号化符号と整合すれば、光復号器20は、指定されたマークビットのすべての中心で大きいピークを有する自己相関波形を出力する。一方、符号が不整合の場合、光復号器20は、どのビットにも大きいピークを有しない相互相関波形を出力する。OOKデータ変調を用いる非同期式光CDMAシステムにおいては、望まれないユーザからのこの相互相関によって、PD(フォトダイオード)などの光検出器21に干渉雑音が発生し、システムの性能が劣化する。 Assuming K is the number of active users, in the transmitter 2 an optical N-chip BPSK code is generated only for data “1”. In the receiver 3, K different N-chip optical BPSK codes are matched and filtered by passing through the optical decoder 20. If this input code matches the decoding code, the optical decoder 20 outputs an autocorrelation waveform having large peaks at all centers of the designated mark bits. On the other hand, if the codes do not match, the optical decoder 20 outputs a cross-correlation waveform that does not have a large peak in any bit. In an asynchronous optical CDMA system using OOK data modulation, interference noise is generated in the photodetector 21 such as a PD (photodiode) due to this cross-correlation from an undesired user, and the system performance deteriorates.
理論的には、ユーザの数を1と仮定すると、光検出器21は、データ”1”信号が受信されると正電圧Pを出力し、データ”0”信号が受信されると電圧0を出力する。この電圧Pは、自己相関波形の大きいピークから検出される。データ判定器16は、データを、PDの出力を閾値レベルと比較することによって判定される。電圧P/2を閾値レベルとして用いる。一方、ユーザの数をKである場合、我々はユーザ1を望まれるユーザと仮定し、非同期動作によってすべてのアクティブユーザの信号を送信し、また、チップは、ユーザ間では同期的であると仮定した。 Theoretically, assuming that the number of users is 1, the photodetector 21 outputs a positive voltage P when a data “1” signal is received, and a voltage 0 when a data “0” signal is received. Output. This voltage P is detected from a large peak of the autocorrelation waveform. The data determiner 16 determines the data by comparing the output of the PD with a threshold level. The voltage P / 2 is used as the threshold level. On the other hand, if the number of users is K, we assume user 1 is the desired user and send all active user signals by asynchronous operation, and the chip is assumed to be synchronous between users. did.
τk∈(Tc、2Tc,...、2Tb)は、ユーザkとユーザ1との間の相対的な時間シフトと定義される。TcとTbは、それぞれチップ時間とビット時間である。光検出器21は、データ"1"信号が受信されると電圧S1m(τ2、τ3,...,τk)を出力し、データ"0"信号が受信されると電圧S1S(τ2、τ3,...,τk)を出力する。これらの電圧は、相対的時間シフトτkによって変更される τ k ε (T c , 2T c ,..., 2T b ) is defined as the relative time shift between user k and user 1. Tc and Tb are chip time and bit time, respectively. The photodetector 21 outputs a voltage S 1m (τ 2 , τ 3 ,..., Τ k ) when a data “1” signal is received, and a voltage S 1S when a data “0” signal is received. (Τ 2 , τ 3 ,..., Τ k ) are output. These voltages are modified by the relative time shift τ k
BERを求める際には、PD回路の熱雑音を、σ2という偏差を有するゼロ平均ガウス雑音と考える。この雑音は、PDの出力に加算される。データ”1”と”0”の信号が、K人のアクティブユーザにとって等しい確率を有する場合、熱雑音に対してガウス近似式を用いると、BER Peは次のようになる: When obtaining the BER, the thermal noise of the PD circuit is considered as zero average Gaussian noise having a deviation of σ 2 . This noise is added to the output of the PD. Signal of the data "1" and "0" if they have equal probability for active users K's, the use of Gaussian approximation formula to thermal noise, BER P e is as follows:
図3は、ビットエラー率(BER)の計算結果を表すグラフである。図3(a)は、式(1)からγの関数として計算されたOOK変調に基づく光CDMAシステムのBERをシミュレーションした結果である。この計算においては、10Gbit/sの光CDMAシステムを8チップBPSK符号とOOKデータ変調とに基づきアクティブユーザの最大数を4と仮定し、モンテカルロシミュレーションを行った。また、相対的時間シフトをランダムに変更した。なお、図中chは、チャネル、すなわちユーザ数を表す同時ユーザの数が2人を超える場合、エラーフロアが存在する。これは、非同期的動作は不可能であることを示している。 FIG. 3 is a graph showing the calculation result of the bit error rate (BER). FIG. 3A shows the result of simulating the BER of the optical CDMA system based on the OOK modulation calculated as a function of γ from the equation (1). In this calculation, a Monte Carlo simulation was performed on the assumption that the maximum number of active users was 4 based on an 8-chip BPSK code and OOK data modulation in an optical CDMA system of 10 Gbit / s. Also, the relative time shift was changed randomly. In the figure, ch is an error floor when the number of channels, that is, the number of simultaneous users representing the number of users exceeds two. This indicates that asynchronous operation is not possible.
(2.2.本発明の光CDMAシステムのBER)
ユーザの数がKである時の非同期動作と仮定すると、デュアル−ピンPDなどのバランス検波器(光検波器A)は、データ"1"が受信されると電圧S1 m(τ2、τ3,...,τk)を出力し、データ"0"信号が受信されるとバランス検波器(光検波器B)は、電圧S1 s(τ2、τ3,...,τk)を出力する。デュアル−ピンPDの熱雑音は、2σ2という偏差を有するゼロ平均ガウス雑音であると考えた。データ"1"と"0"の信号が、K人のアクティブユーザにとって等しい確率を有する場合、熱雑音に対してガウス近似式を用いると、CSKデータ変調を用いる光CDMAシステムのBER(ビットエラーレート)は次の式(2)のように表される。
(2.2. BER of Optical CDMA System of the Present Invention)
Assuming asynchronous operation when the number of users is K, a balanced detector (optical detector A) such as a dual-pin PD receives a voltage S 1 m (τ 2 , τ) when data “1” is received. 3 ,..., Τ k ) and the data “0” signal is received, the balance detector (photodetector B) detects the voltage S 1 s (τ 2 , τ 3 ,. k ) is output. Dual - thermal noise of the pin PD is considered to be zero mean Gaussian noise with a deviation of 2 [sigma] 2. If the signals of data “1” and “0” have equal probability for K active users, the BER (bit error rate) of an optical CDMA system using CSK data modulation can be obtained using a Gaussian approximation for thermal noise. ) Is expressed as the following equation (2).
図3(b)に、γの関数としての式(2)から計算された本発明の光CDMAシステムのBER値をシミュレーションした結果を示す。同時ユーザの数を2と仮定すると、BERは、8チップBPSK符号、CSKデータ変調に基づいた10Gb/s光CDMAシステムでは10-9未満である。 FIG. 3B shows the result of simulating the BER value of the optical CDMA system of the present invention calculated from the equation (2) as a function of γ. Assuming 2 concurrent users, the BER is less than 10 −9 in a 10 Gb / s optical CDMA system based on 8-chip BPSK code, CSK data modulation.
すなわち、図3(a)と図3(b)とから、従来のOOK変調に比べ、本発明のCSK変調では、非同期式光CDMAシステムの性能が向上することが、シミュレーションにより示された。 That is, FIG. 3A and FIG. 3B show that the performance of the asynchronous optical CDMA system is improved by the CSK modulation of the present invention as compared with the conventional OOK modulation.
以下に、本発明の光符号シフトキーイングシステムについての実施例を示す。図4は、実施例1で用いた、8チップBPSK符号、CSKデータ変調に基づく10Gb/s光CDMAシステムの基本構成を示す図である。また、図5に各地点での波形、及び実験結果を示す。図4に示されるように、送信機は、光源5と、変調器6としての1×2LN変調器(スイッチ)と、2つの光符号器A、光符号器Bとを具備する。 Examples of the optical code shift keying system according to the present invention will be described below. FIG. 4 is a diagram showing a basic configuration of the 10 Gb / s optical CDMA system based on the 8-chip BPSK code and CSK data modulation used in the first embodiment. FIG. 5 shows waveforms at each point and experimental results. As shown in FIG. 4, the transmitter includes a light source 5, a 1 × 2 LN modulator (switch) as a modulator 6, two optical encoders A, and an optical encoder B.
このシステムでは、繰り返し周波数(10GHz)のMLLDを光源として用いた。MLLDから出力される10GHzの2.0−psパルス列は、1×2LN変調器6によって2つに分割される。データ”1”に対するパルスとデータ”0”に対するパルスは、それぞれ光符号器AとBとに供給される。モノリシックに集積された全光8チップBPSK符号符号器/復号器は、チューニング可能なタップ遅延回線シフターと光位相シフターから成っている。これらは、プレーナー光波回路(PLC)技術によって製造される。タップを振幅が等しい8個のパルスを発生するようにチューニングした。各チップパルスの光キャリア位相が、位相シフターによって0だけかπだけシフトされて、8チップ光BPSK符号を発生する。光結合器(コンバイナー)9は、PLC3dBカプラから成っている。 In this system, MLLD with a repetition frequency (10 GHz) was used as a light source. The 10 GHz 2.0-ps pulse train output from the MLLD is divided into two by the 1 × 2 LN modulator 6. A pulse for data “1” and a pulse for data “0” are supplied to optical encoders A and B, respectively. The monolithically integrated all-optical 8-chip BPSK code encoder / decoder consists of a tunable tap delay line shifter and an optical phase shifter. These are manufactured by planar lightwave circuit (PLC) technology. The tap was tuned to generate 8 pulses of equal amplitude. The optical carrier phase of each chip pulse is shifted by 0 or π by a phase shifter to generate an 8-chip optical BPSK code. The optical coupler (combiner) 9 is composed of a PLC 3 dB coupler.
図5(a)は、光符号器Aが符号化した符号化シグナルAを表す。図5(a)においては、「1」(左側)のデータがあり、「1」を与える光パルス列の位相は、「00000000」(8チップのBPSK符号)である。図5(b)は、光符号器Bが符号化した符号化シグナルBを表す。図5(b)においては、「0」(右側)のデータがあり、「0」を与える光パルス列の位相は、「0π0π0π0π」(8チップのBPSK符号)である。 FIG. 5A shows the encoded signal A encoded by the optical encoder A. In FIG. 5A, there is data “1” (left side), and the phase of the optical pulse train giving “1” is “00000000” (8-chip BPSK code). FIG. 5B shows the encoded signal B encoded by the optical encoder B. In FIG. 5B, there is data of “0” (right side), and the phase of the optical pulse train giving “0” is “0π0π0π0π” (8-chip BPSK code).
図4に示されるように受信機は、2つの光復号器A11、光復号器B12と、デュアルピンPD(バランス検波器)13、14と、データ判定器(閾値処理装置)15を具備する。図5(c)は、受信機が受信するシグナルを表す。受信信号は、データ”10”が送信された場合、復合化された信号からなる。すなわち、受信機が受信するシグナルは、図5(a)のシグナルと、図5(b)のシグナルとが合わさったものである。したがって、図5(c)においては、「1」(左側)と「0」(右側)のデータがあり、「1」を与える光パルス列の位相は、「00000000」であり、「0」を与える光パルス列の位相は、「0π0π0π0π」である。 As shown in FIG. 4, the receiver includes two optical decoders A <b> 11, an optical decoder B <b> 12, dual pin PDs (balance detectors) 13 and 14, and a data determiner (threshold processing device) 15. FIG. 5C shows a signal received by the receiver. The reception signal is a decoded signal when data “10” is transmitted. That is, the signal received by the receiver is a combination of the signal in FIG. 5A and the signal in FIG. Therefore, in FIG. 5C, there are data of “1” (left side) and “0” (right side), and the phase of the optical pulse train giving “1” is “00000000”, giving “0”. The phase of the optical pulse train is “0π0π0π0π”.
光復号器A11が、データ”1”信号を受信した場合、符号Aの自己相関波形を出力する。図5(d)は、光復号器Aが復号化した復号化シグナルAを表す。図5(d)においては、「1」(左側)のデータがあり、「1」を与える光パルス列は、自己相関波形である。 When the optical decoder A11 receives the data “1” signal, it outputs an autocorrelation waveform of code A. FIG. 5D shows the decoded signal A decoded by the optical decoder A. In FIG. 5D, there is data “1” (left side), and the optical pulse train giving “1” is an autocorrelation waveform.
光復号器B12が、データ”0”信号を受信すると符号Bの自己相関を出力する。図5(e)は、光復号器Bが復号化した復号化シグナルBを表す。図5(e)においては、「0」(右側)のデータがあり、「0」を与える光パルス列は、自己相関シグナルである。 When the optical decoder B12 receives the data “0” signal, it outputs the autocorrelation of the code B. FIG. 5E shows the decoded signal B decoded by the optical decoder B. In FIG. 5E, there is data “0” (right side), and the optical pulse train giving “0” is an autocorrelation signal.
光復号器B12と光復号器A11の出力信号は、上のアームから下のアームを減算することによって、デュアル−ピンPDによってバランス検出される。図5(f)は、データ判定器に送られるデータを表す。 The output signals of the optical decoder B12 and optical decoder A11 are balance detected by the dual-pin PD by subtracting the lower arm from the upper arm. FIG. 5F shows the data sent to the data determiner.
図6に、ユーザが一人(Sinle ch.;シングルチャネル)の場合における、10Gb/sで(223−1)のPRBSを持つCSK変調とOOK変調に基づく光CDMAシステムのBERを測定した結果を表す。測定されたBERは、10−9未満である。図6から、BERが10−9において、本発明のCSK変調によれば、従来のOOK変調に比べて光入力強度が3dB増加したことがわかる。 FIG. 6 shows the result of measuring the BER of an optical CDMA system based on CSK modulation and OOK modulation with PRBS of (2 23 -1) at 10 Gb / s when there is one user (Sinle ch .; single channel). To express. The measured BER is less than 10 −9 . From FIG. 6, it can be seen that when the BER is 10 −9 , according to the CSK modulation of the present invention, the optical input intensity is increased by 3 dB compared to the conventional OOK modulation.
図7は、データ判定器に入力される電気信号である。図7(a)は、本発明のCSK変調のものであり、図7(b)は、OOK変調のものである。図7において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧を表す。横軸の位置は、データ判定器における閾値に対応している。図7(a)から、本発明の光CDMAシステムでは、閾値を例えば0[V]とすることができることがわかる。そして、0[V]において、データを判別できる範囲は、広い。一方、従来のOOK変調の光CDMA方式では、閾値としてP/2[V](ピーク値の約半分の電圧位置)を採用するので、データを判別できる範囲は狭い。 FIG. 7 shows an electrical signal input to the data determiner. FIG. 7A shows the CSK modulation of the present invention, and FIG. 7B shows the OOK modulation. In FIG. 7, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage. The position on the horizontal axis corresponds to the threshold value in the data determiner. FIG. 7A shows that the threshold value can be set to 0 [V], for example, in the optical CDMA system of the present invention. At 0 [V], the range in which data can be discriminated is wide. On the other hand, the conventional OOK modulation optical CDMA system employs P / 2 [V] (a voltage position that is approximately half of the peak value) as a threshold value, and therefore the range in which data can be discriminated is narrow.
本発明の光CDMAシステムは、新しい光CDMAシステムとして有効に利用され得る。 The optical CDMA system of the present invention can be effectively used as a new optical CDMA system.
1 本発明の光CDMAシステム
2 送信機
3 受信機
4 ファイバ
5 光源
6 変調器
7 マーク用光符号器(光符号器A)
8 スペース用光符号器(光符号器B)
9 合波器
10 分波器
11 マーク用光復号器(光復号器A)
12 スペース用光復号器(光復号器B)
13 フォトダイオード(光検波器A)
14 フォトダイオード(光検波器B)
15 計算回路
16 データ判定器(閾値処理器)
17 OOK変調に基づく光CDMAシステム
18 外部変調器
19 光符号器
20 光復号器
21 光検波器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical CDMA system 2 of this invention Transmitter 3 Receiver 4 Fiber 5 Light source 6 Modulator 7 Mark optical encoder (optical encoder A)
8 Optical encoder for space (optical encoder B)
9 multiplexer 10 splitter 11 mark optical decoder (optical decoder A)
12 space optical decoder (optical decoder B)
13 Photodiode (Optical detector A)
14 Photodiode (Optical detector B)
15 Calculation circuit 16 Data judgment unit (threshold processing unit)
17 Optical CDMA system based on OOK modulation 18 External modulator 19 Optical encoder 20 Optical decoder 21 Optical detector
Claims (5)
前記変調器によって振り分けられたマーク用の光パルスをパルスごとの位相を制御した一定の位相の組み合わせを持つ光パルス列として符号化するマーク用光符号器(7)と、
前記変調器によって振り分けられたスペース用の光パルスを前記マーク用光符号器によって符号化された光パルス列とはパルスごとの位相の組み合わせが異なる一定の位相の組み合わせを持つ光パルス列とすることにより符号化するスペース用光符号器(8)と、
前記マーク用光符号器により符号化された光パルス列と、前記スペース用光符号器により符号化された光パルス列とを合波するための合波器(9)と、
を具備する光符号シフトキーイング変調を用いる光通信用送信機。 A modulator (6) that distributes an optical pulse train generated at a bit period from a light source (5) into a mark and a space based on input data representing the mark or space ;
A mark optical encoder (7) for encoding the mark optical pulses distributed by the modulator as an optical pulse train having a fixed phase combination in which the phase of each pulse is controlled;
The optical pulses for space distributed by the modulator are encoded by forming an optical pulse train having a constant phase combination different from the optical pulse train encoded by the optical encoder for marks. An optical encoder for space (8),
A multiplexer (9) for multiplexing the optical pulse train encoded by the mark optical encoder and the optical pulse train encoded by the space optical encoder;
An optical communication transmitter using optical code shift keying modulation.
前記送信機により送信された光データを分波するための分波器(10)と、
前記分波器(10)により分波された光データのうち、前記マーク用光符号器が符号化した光データを自己相関波形の光信号として出力する第1の光復号器(11)と、
前記第1の光復号器(11)が出力した光信号を検波する第1の光検波器(13)と、
前記分波器(10)により分波された光データのうち、前記スペース用光符号器が符号化した光データを自己相関波形の光信号として出力する第2の光復号器(12)と、
前記第2の光復号器(12)が出力した光信号を検波する第2の光検波器(14)と、
前記第1の光検波器(13)と前記第2の光検波器(14)の検波データの差分を求める計算回路(15)と、
前記計算回路(15)により求められた検波データの差分に基づき、0[V]を基準としてそれより高い電圧値か低い電圧値かによりマークかスペースかを判定するデータ判定器(16)と、
を具備する受信機(3)。 A receiver for receiving optical data transmitted by the transmitter according to claim 1 or 2,
A demultiplexer (10) for demultiplexing the optical data transmitted by the transmitter;
A first optical decoder (11) for outputting optical data encoded by the mark optical encoder as an optical signal having an autocorrelation waveform among the optical data demultiplexed by the demultiplexer (10);
A first optical detector (13) for detecting the optical signal output from the first optical decoder (11);
A second optical decoder (12) for outputting the optical data encoded by the space optical encoder as an optical signal having an autocorrelation waveform among the optical data demultiplexed by the demultiplexer (10);
A second optical detector (14) for detecting the optical signal output from the second optical decoder (12);
A calculation circuit (15) for obtaining a difference between detection data of the first optical detector (13) and the second optical detector (14);
A data determination unit (16) for determining whether a mark or a space is based on a voltage value higher or lower than 0 [V] based on a difference between detection data obtained by the calculation circuit (15);
A receiver (3) comprising:
前記複数の光通信用送信機は、それぞれ、
光源(5)からビット周期で生成される光パルス列を、入力されるマーク又はスペースを表すデータに基づいて、マーク用と、スペース用とに振り分ける変調器(6)と、
前記変調器によって振り分けられたマーク用の光パルスをパルスごとの位相を制御した一定の位相の組み合わせを持つ光パルス列として符号化するマーク用光符号器(7)と、
前記変調器によって振り分けられたスペース用の光パルスを前記マーク用光符号器によって符号化された光パルス列とはパルスごとの位相の組み合わせが異なる一定の位相の組み合わせを持つ光パルス列とすることにより符号化するスペース用光符号器(8)と、
前記マーク用光符号器により符号化された光パルス列と、前記スペース用光符号器により符号化された光パルス列とを合波するための合波器(9)と、
を具備し、
前記複数の光通信用受信機は、それぞれ、
前記送信機により送信された光データ分波するための分波器(10)と、
前記分波器(10)により分波された光データのうち、前記マーク用光符号器が符号化した光データを自己相関波形の光信号として出力する第1の光復号器(11)と、
前記第1の光復号器(11)が出力した光信号を検波する第1の光検波器(13)と、
前記分波器(10)により分波された光データのうち、前記スペース用光符号器が符号化した光データを自己相関波形の光信号として出力する第2の光復号器(12)と、
前記第2の光復号器(12)が出力した光信号を検波する第2の光検波器(14)と、
前記第1の光検波器(13)と前記第2の光検波器(14)の検波データの差分を求める計算回路(15)と、
前記計算回路(15)により求められた検波データの差分に基づき、0[V]を基準としてそれより高い電圧値か低い電圧値かによりマークかスペースかを判定するデータ判定器(16)と、
を具備する光符号分割多重アクセス通信システム。 An optical code division multiple access communication system comprising a plurality of optical communication transmitters and a plurality of optical communication receivers,
Each of the plurality of transmitters for optical communication is
A modulator (6) that distributes an optical pulse train generated at a bit period from a light source (5) into a mark and a space based on input data representing the mark or space ;
A mark optical encoder (7) for encoding the mark optical pulses distributed by the modulator as an optical pulse train having a fixed phase combination in which the phase of each pulse is controlled;
The optical pulses for space distributed by the modulator are encoded by forming an optical pulse train having a constant phase combination different from the optical pulse train encoded by the optical encoder for marks. An optical encoder for space (8),
A multiplexer (9) for multiplexing the optical pulse train encoded by the mark optical encoder and the optical pulse train encoded by the space optical encoder;
Comprising
Each of the plurality of optical communication receivers,
A demultiplexer (10) for demultiplexing the optical data transmitted by the transmitter;
A first optical decoder (11) for outputting optical data encoded by the mark optical encoder as an optical signal having an autocorrelation waveform among the optical data demultiplexed by the demultiplexer (10);
A first optical detector (13) for detecting the optical signal output from the first optical decoder (11);
A second optical decoder (12) for outputting the optical data encoded by the space optical encoder as an optical signal having an autocorrelation waveform among the optical data demultiplexed by the demultiplexer (10);
A second optical detector (14) for detecting the optical signal output from the second optical decoder (12);
A calculation circuit (15) for obtaining a difference between detection data of the first optical detector (13) and the second optical detector (14);
A data discriminator (16) for determining whether a mark or a space is based on a voltage value higher or lower than 0 [V] based on a difference between detection data obtained by the calculation circuit (15);
An optical code division multiple access communication system comprising:
前記変調器が、入力されるマーク又はスペースを表すデータ信号に基づいて、光源からビット周期で生成される光パルス列をマーク用と、スペース用とに振り分ける工程と、
前記マーク用光符号器が、前記変調器によって振り分けられたマーク用の光パルス列を一定の位相の組み合わせを持つ光パルス列に符号化する工程と、
前記スペース用光符号器が、前記変調器によって振り分けられたスペース用の光パルス列を前記マーク用光符号器とは異なる一定の位相の組み合わせを持つ光パルス列に符号化する工程と、
前記合波器が、前記マーク用光符号器により符号化されたパルス列と前記スペース用光符号器により符号化されたパルス列とを合波する工程と、
前記工程で合波された光データを送信する工程と、
前記分波器(10)が、前記送信機により送信された光データ分波する工程と、
前記第1の光復号器(11)が、前記分波器(10)により分波された光データを受取り、前記マーク用光符号器が符号化した光データを自己相関波形の光信号として出力する工程と、
前記第1の光検波器(13)が、第1の光復号器(11)の出力信号を検波する工程と、
前記第2の光復号器(12)が、前記分波器(10)により分波された光データを受取り、前記スペース用光符号器が符号化した光データを自己相関波形の光信号として出力する工程と、
前記第2の光検波器(14)が、第2の光復号器(12)の出力信号を検波する工程と、
前記計算回路(15)が前記第1の光検波器(13)と前記第2の光検波器(14)の検波データの差分を求める工程と、
前記データ判定器(16)が前記計算回路(15)により求められた検波データの差分に基づき、0[V]を基準としてそれより高い電圧値か低い電圧値かによりマークかスペースかを判定する工程と、
を含む
光符号分割多重アクセス通信方法。 An optical code division multiple access communication method using the optical code division multiple access communication system according to claim 4,
The modulator distributes an optical pulse train generated from a light source at a bit period based on a data signal representing an input mark or space to a mark and a space, and
The mark optical encoder encodes the mark optical pulse train distributed by the modulator into an optical pulse train having a certain combination of phases ;
The space optical encoder encodes the space optical pulse train distributed by the modulator into an optical pulse train having a constant phase combination different from that of the mark optical encoder ;
The multiplexer multiplexes the pulse train encoded by the mark optical encoder and the pulse train encoded by the space optical encoder;
Transmitting the optical data combined in the step;
The demultiplexer (10) demultiplexes the optical data transmitted by the transmitter;
The first optical decoder (11) receives the optical data demultiplexed by the demultiplexer (10), and outputs the optical data encoded by the mark optical encoder as an optical signal having an autocorrelation waveform. And a process of
The first optical detector (13) detecting the output signal of the first optical decoder (11);
The second optical decoder (12) receives the optical data demultiplexed by the demultiplexer (10), and outputs the optical data encoded by the space optical encoder as an optical signal having an autocorrelation waveform. And a process of
The second optical detector (14) detecting the output signal of the second optical decoder (12);
The calculation circuit (15) obtaining a difference between detection data of the first optical detector (13) and the second optical detector (14);
Based on the difference of the detection data obtained by the calculation circuit (15), the data judgment unit (16) judges whether the mark or space is based on 0 [V] as a reference to a higher or lower voltage value. Process,
An optical code division multiple access communication method.
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