JP4525314B2 - 光符号分割多重送受信方法及び光符号分割多重送受信装置 - Google Patents

光符号分割多重送受信方法及び光符号分割多重送受信装置 Download PDF

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Description

本発明は光送受信装置に関し、特に、光符号分割多重（OCDM: Optical Code Division Multiplexing）送受信装置における、復号化及びクロック信号抽出手段に関する。
長距離ネットワーク（「インターネットバックボーン」と呼称されることもある。）とアクセスラインとの中間に位置するメトロエリアでは、通信速度の高速化及びその大容量化をする必要に迫られている。これは、既にインターネットバックボーンのビットレートがテラビットの通信帯域まで確保されているのに対して、メトロエリアにおいては、その通信速度の高速化及び大容量化が遅れていることによる。今後、インターネットの広がりとコンテンツの広帯域化が進むという背景を考慮すると、メトロエリアにおける通信速度の高速化及び大容量化が望まれる。
通信の大容量化のために、一本の光ファイバ伝送路に複数チャンネル分の光パルス信号をまとめて伝送する光多重技術が検討されている。光多重技術には、光時分割多重（OTDM: Optical Time Division Multiplexing）、波長分割多重（WDM: Wavelength Division Multiplexing）及びOCDMが盛んに研究されている。この中にあって、OCDMは、運用面における柔軟性、すなわち、OTDMやWDMにおいて送受信される光パルス信号の、1ビット当たりに割り当てられる時間軸上の制限がないという優れた特徴を有している。
OCDMとは、チャンネルごとに異なる符号(パターン)を割り当て、パターンマッチングにより信号を抽出する通信方法である。すなわち、送信側では通信チャネルごとに異なる光符号で光パルス信号を符号化し、受信側では送信側と同じ光符号を用いて復号化して元の光パルス信号に戻す光多重技術である。
復号時には符号が合う光パルス信号のみが有効な信号として抽出されて処理されるため、同じ波長あるいは同じ波長が組み合わせられた光からなる光パルス信号を、複数の通信チャネルに割り当てることが可能となる。また光符号器には、ファイバブラッググレーティング（FBG: Fiber-Bragg-Grating)等の受動光素子を用いることが可能であるので電気的制限がなく、信号レートの高速化への対応が可能になる。また、同一の波長で同一時刻に複数のチャネルを多重することが可能であり、大容量のデータ通信を可能にする。OTDMやWDMに比べて、より通信容量が飛躍的に向上できる点で注目されている。
符号化及び復号化の方法としては、直接拡散方法、時間拡散方法、波長ホッピング方法、時間拡散波長ホッピング方法等がある。以後、時間拡散波長ホッピング方法で用いられる符号を時間拡散波長ホッピング符号と呼ぶこととする。この発明は、時間拡散波長ホッピング符号を用いるOCDM（例えば、特許文献1、非特許文献1乃至3を参照。）における発明である。
そこで、まず、時間拡散波長ホッピング符号による符号化及び復号化の原理を、図1(A)乃至(D)及び図2(A)乃至(D)を参照して説明する。
図1(A)は、符号器の符号と復号器の符号とが同一である場合の符号化及び復号化についての説明に供する図である。また、図1(B)乃至(D)は、光パルス信号が符号化されて伝送されて、それが受信されて復号化されるまでの経過を示した図である。すなわち、符号化される前後及び復号化される前後の光パルス信号の様子を、時間軸に対して示した図である。一方、図2(A)は、符号器の符号と復号器の符号とが異なる場合の符号化及び復号化についての説明に供する図である。また、図2(B)乃至(D)は、図1(B)乃至(D)と同様の図である。図1(B)乃至(D)及び図2(B)乃至(D)は、横軸は時間が任意スケールで示された時間軸であり、縦軸は光強度を任意スケールで示している。
以後の説明の便宜上、光パルス信号という表現は、光パルス列を光変調して電気パルス信号を光パルス信号に変換して得られる、2値デジタル電気信号を反映した光パルス列を意味する場合のみに使用するものとする。一方、光パルス列との表現は、時間軸上で規則正しい一定の間隔（以後、「データ周期」ということもある。）で並ぶ光パルスの総体を指すものとして用いる。データ周期は、一般には「時間スロット」と呼ばれることもあるが、この明細書ではデータ周期と表記することもある。
また、通信速度を表すビットレートは、単位時間当り何ビットの情報を送受信できるかを示す速度であり、データ周期の逆数である。また、1ビット（光パルス1つ）当たりの最大拡散時間を符号周期と呼ぶこともある。すなわち、符号周期とは、符号化された光パルス信号の時間軸上において、光パルス信号を構成する光パルス1つ当たりに割り当てられる最大時間幅である。図1(B)乃至(D)及び図2(B)乃至(D)において、データ周期をTbで示し、符号周期をTcで示してある。
図1(B)乃至(D)及び図2(B)乃至(D)において、光パルスを次のように模式的に作図してある。すなわち、光パルス信号を構成する光パルスは、現実には図に示すような方形波ではないが、便宜上方形波で模式的に示してある。また、これらの図において、光パルス信号を構成する光パルスは、異なる3波長（λ1、λ2及びλ3）の光が混ざり合っているものとして示してある。波長λ1、波長λ2及び波長λ3の光であることを示すために、光パルスを示す矩形に、それぞれλ1、λ2及びλ3なる記号を付してある。
例えば、図1(B)において、光パルス信号を構成する光パルスが、波長λ1、波長λ2及び波長λ3の光が混ざり合った光から生成されているので、それぞれλ1、λ2及びλ3なる記号を付した矩形を時間軸上に積み重ねて示してある。図1(D)及び図2(B)においても同様である。一方、図1(C)及び図2(C)においは、光パルス信号が符号化されて光パルスが時間軸上で拡散されているので、単位データ周期当たりに分配される光パルスは、それぞれ、波長λ1、波長λ2及び波長λ3の波長ごとの単一波長を有する光パルス（以後、「チップパルス」ということもある。）に分離されて配置されている。
この事情を示すために、図1(C)及び図2(C)においは、チップパルスごとにその波長に対応させて、λ1、λ2等の記号を付した矩形でチップパルスを示してある。後述するように、この発明のOCDM送受信装置においては、光パルス信号を構成する各光パルスを、少なくとも多重するチャンネル数と等しい数の相異なる波長の光が交じり合った光から生成する必要がある。
図1(A)乃至(D)を参照して、符号器の符号と復号器の符号とが同一である場合の符号化及び復号化について説明する。図1(A)に示すように、送信側20において、光パルス信号9sが、Code1で与えられる符号で符号化する機能を有する符号器10で符号化されて、符号化光パルス信号11sが生成される。符号化光パルス信号11sは、時間拡散波長ホッピング符号によって、光パルス信号9sがチップパルスに分離されて配列されることによる符号化が行なわれて生成された信号である。
すなわち、符号器10は、光パルス信号9sを構成している1つ1つの光パルスを、時間軸上に波長成分間の時間遅延差を生じさせることによって、チップパルスに分解して配置する機能を有している。符号器10によって光パルス信号9sがチップパルスに分解される過程を見ると、1つの光パルスが、時間軸上に拡散されて配置されるとともに、波長ごとにホッピングされる過程であることが分かる。そのため、符号器10が行なう符号化を時間拡散波長ホッピング符号化と呼ぶ。
この符号化光パルス信号11sは、伝送路12である光ファイバを伝播して受信側30に伝送される。受信側30では、Code1で与えられる符号で復号化する機能を有する復号器14で復号化されて、元の光パルス信号9sと同一の再生光パルス信号15sが再生される。光パルス信号9sは、光パルス列がRZ（Return-to-Zero）フォーマットに強度変調されて生成されて得られたものである。図1(B)に光パルス信号9sを模式的に示してある。また、図1(C)に符号化された光パルス信号11sを模式的に示してある。また、図1(D)に再生された再生光パルス信号15sを模式的に示してある。
図1(A)に示す符号器10及び復号器14には、Code1で与えられる同一の符号が設定されているので、図1(D)に示すように、光パルス信号9sと同一のRZフォーマットに強度変調された再生光パルス信号15sが再生される。すなわち、光パルス信号9sが無事に受信側30に伝送されたことになる。図1(D)に示すように、符号化されたときと同一の符号で復号化されて得られる再生光パルス信号15sを、光パルス信号9sの自己相関波形と呼ぶこともある。
一方、符号器の符号と復号器の符号とが異なる場合には、上述のような再生光パルス信号は得られない。図2(A)乃至(D)を参照して、符号器の符号及び復号器の符号が異なる場合について、上述の符号化及び復号化がどのようになるかについて説明する。
図2(A)に示すように、送信側20において、光パルス信号9sがCode1で与えられる符号で符号化する機能を有する符号器10で符号化されて符号化光パルス信号11sが生成される。符号化光パルス信号11sは、図1(C)に示すものと同一の信号である。この符号化光パルス信号11sが伝送路12である光ファイバを伝播して受信側32に伝送される。受信側32では、Code2で与えられる符号で復号化する機能を有する復号器16で符号化光パルス信号11sが復号化されて再生光パルス信号17sが得られる。図2(D)に復号化された再生光パルス信号17sを模式的に示してある。
図2(A)に示す符号器10にはCode1で与えられる符号が設定されており、一方復号器16にはCode2で与えられる符号が設定されている。Code1とCode2とは異なる符号を与えるので、復号器16では元の光パルス信号9sに相当する光パルス信号は再生されない。図2(D)に示すような、元の光パルス信号9sが復元されていない波形を、光パルス信号9sに対する相互相関波形と呼ぶこともある。
時間拡散波長ホッピング符号によるOCDMにおいては、チャンネルごとに送信側で相異なる符号を用いて光パルス信号を符号化して多重して送信する。以後、複数チャンネルを多重して送信される信号を、光符号分割多重信号と呼ぶこともある。
受信側では、この光符号分割多重信号が復号化される。復号化されて得られる波形は、自己相関波形成分と相互相関波形成分との和の形になる。なぜならば、光符号分割多重信号には時間拡散波長ホッピングされた複数のチャンネル分の光パルス信号が多重されているためである。すなわち、光符号分割多重信号には、送信側で符号化されるときに使われた符号と復号器に設定されている符号とが、一致するチャンネルと一致しないチャンネルとが交じり合っているからである。
受信側において復号器から出力される波形のうち抽出すべき波形は、自己相関波形成分だけである。すなわち、復号器から出力される波形を構成する相互相関波形成分は、自己相関波形成分に対する雑音成分となる。受信品質を評価する指標の一つに、自己相関波形成分と相互相関波形成分の強度比率がある。すなわち、復号器から出力される波形のうち自己相関波形成分の強度が大きいほど、受信品質がよいとされる。したがって、復号器から出力される波形から、相互相関波形成分を如何に有効に除去するかが検討されている。
相互相関波形成分を除去する手段として、時間ゲート処理を施す方法がある（例えば、非特許文献2参照。）。時間ゲート処理とは、自己相関波形成分と相互相関波形成分とが復号化された後において、時間軸上で重ならないようにチャンネルごとの受信タイミングを調整する方法である。すなわち、復号化後に、ゲートを自己相関波形成分が通過する時間だけゲートを開いて通過させ、相互相関波形成分が通過する時間帯にはゲートを閉じることによって、自己相関波形成分のみを抽出する方法である。
図3(A)乃至(E)及び図4(A)乃至(D)を参照して、時間拡散波長ホッピング符号によるOCDMにおける2多重伝送の場合を例にとって、時間ゲート処理について説明する。なお、以後、例えば、図3のように(A)乃至(E)の複数の図面からなる場合、同図に含まれる複数の図面の全てを指す場合には、混乱が生じない範囲で単に図3とだけ表記する場合もある。すなわち、単に図3と表記されている場合には、図3(A)乃至(E)を指すものとする。
図3及び図4において示されている光パルスの状態を示す図の横軸は、任意スケールで目盛った時間軸であり、縦軸には光強度を任意スケールで目盛ってある。
図3は2多重OCDMの符号化の説明に供する図であり、図4は2多重OCDMの時間ゲート処理を含む復号化の説明に供する図である。ここでは、簡単のために、第1チャンネル（図3及び図4では「Ch 1」と表記してある。）及び第2チャンネル（図3及び図4では「Ch 2」と表記してある。）は単一光パルスとしてある。この単一光パルスは、波長がλ1、λ2、λ3及びλ4の4種類の波長の光が混ざり合った光から生成されているものとする。
図3及び図4において、図1(B)乃至(D)及び図2(B)乃至(D)において示したのと同様に、光パルスを方形波で模式的に示してある。波長λ1、波長λ2、波長λ3、及び波長λ4の光であることを示すために、方形波を示す矩形の中にλ1、λ2、λ3、及びλ4という記号を付してある。単一光パルスは、波長λ1、波長λ2、波長λ3、及び波長λ4の光が混ざり合った光から生成されているので、λ1、λ2、λ3、及びλ4という記号を付した矩形を時間軸上に積み重ねたものとして示してある。
図3の第1チャンネルについてまず説明する。図3(A)に第1チャンネルの単一光パルスが表されている。この光パルスは波長λ1、波長λ2、波長λ3、及び波長λ4の光が混ざり合った光から生成されている。図3(A)に示された光パルスは、Code1で与えられる符号で符号化されて図3(B)に示すように、チップパルスに分解されて時間軸上に時間拡散波長ホッピングされて配列される形状となる。
時間軸上において、チップパルスが存在する位置に対してはそのチップパルスの波長を配置し、チップパルスの存在しない位置に対しては0を配置する規則に従って、時間軸上に1列に並べられた数列の形で符号を示すものとすれば、Code1で与えられる符号は(λ1,0,0,0,0,λ2,0,0,0,0,λ3,0,0,0,0,λ4)と書かれる。以後、Code1で与えられる符号が上記数列で示されることを、Code1＝(λ1,0,0,0,0,λ2,0,0,0,0,λ3,0,0,0,0,λ4)、という形式で表記するものとする。
すなわち、Code1で与えられる符号とは、時間軸上において、単一光パルスを、上述の数列で与えられる配列順序に時間軸上に分散配置されたチップパルスに変換する関数であると考えることができる。もちろん、Code1で与えられる符号は、複数の光パルス（光パルス信号）に対しては、その各々の光パルスに対して、上述の数列で与えられる配列順序で与えられる配列順序に時間軸上に分散配置されたチップパルスに変換する役割を果たす関数である。
同様に、図3の第2チャンネルについて説明する。図3(C)に第2チャンネルの単一光パルスが表されている。第1チャンネルと同様にこの光パルスも波長λ1、波長λ2、波長λ3、及び波長λ4の光が混ざり合った光から生成されている。図3(C)に示された第2チャンネルの光パルスは、Code2で与えられる符号で符号化されて図3(D)に示すように時間軸上に時間拡散波長ホッピングされて配列される形状となる。
第1チャンネルに対して用いた符号、Code1と同様に、第2チャンネルに対して用いる符号、Code2について数列の形で表すと次のようになる。すなわち、Code2＝(0,0,λ2,0,0,0,0,0,λ4,λ1,0,0,0,0,0,λ3)、となる。
上述の第1チャンネルと第2チャンネルとを多重した結果が、図3(E)に示すチップパルスの配列形状（符号化された光パルス）となる。図3(E)に示すチップパルスの配列は、図3(B)に示すCode1で符号化された第1チャンネルの符号化された光パルスと、図3(D)に示すCode2で符号化された第2チャンネルの符号化された光パルスとが合成されたものである。
次に、図4を参照して受信側で復号化される様子を説明する。受信側では、図3(E)に示した、符号化された第1及び第2チャンネルの光パルスに対するチップパルス列がチャンネル数分（ここでは2）に分割される。その結果、第1チャンネル分として図4(A)に示すチップパルス列と、第2チャンネル分として図4(C)に示すチップパルス列とに分配される。
図4(A)に示す第1チャンネルのチップパルス列は、第1チャンネルに対するゲート信号によって、自己相関波形成分のみが通過させられその他のチップパルスが遮断されてゲートから出力される。第1チャンネルの自己相関波形は、図4(A)においてλ1、λ2、λ3、及びλ4という記号が付された矩形を時間軸上に垂直に積み重ねて表してある。第1チャンネルに対するゲートから出力される自己相関波形を、図4(B)に示してある。
同様に、図4(C)に示す第2チャンネルのチップパルス列は、第2チャンネルに対するゲート信号によって、自己相関波形成分のみが通過させられてその他のチップパルスが遮断されてゲートから出力される。第2チャンネルの自己相関波形も同様に、図4(C)においてλ1、λ2、λ3、及びλ4という記号が付された矩形を時間軸上に垂直に積み重ねて表してある。第2チャンネルに対するゲートから出力される自己相関波形を、図4(D)に示してある。
以上説明したように、受信側では時間ゲート処理が施されて相互相関波形が除去された自己相関波形成分のみが再生される。こうして、時間ゲート処理を施すことで受信品質を向上させることが可能となる。
時間ゲート処理を実現するためには、復号化後に時間ゲートを自己相関波形成分が通過する時間だけ開けて自己相関波形成分を通過させ、相互相関波形が通過する時間帯には時間ゲートを閉じることが必要である。このためには、何らかの方法で時間ゲートを開閉する時間と自己相関波形成分が通過する時間との同期をとる必要がある。すなわち、この同期を取るためのクロック信号を抽出しなければならない。
そこで、復号化後相互相関波形と自己相関波形成分とが合わさった波形の光信号（以後、この光信号を単に「相関波形信号」ということもある。）を2分割して、一方をクロック信号の抽出用とし、もう一方から光パルス信号の抽出を行なう方法が提案されている(例えば非特許文献3参照。)。
特開2000-209186号公報 "Enhancement of transmission data rates in incoherent FO-CDMA systems," X. Wang and K. T. Chan, OECC 2000, 14A2-5, p. 458, (2000). "Optical Code Division Multiplexing (OCDM) and Its Applications to Photonic Networks," Ken-ichi Kitayama, Hideyuki Sotobayashi, and Naoya Wada, IEICE Trans. Fundamentals, Vol. E82-A, No. 12 (1999). "Transparent Virtual Optical Code/Wavelength Path Network," Hideyuki Sotobayashi, Wataru Chujo, and Ken-ichi Kitayama, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 8, No. 3, (2002).
しかしながら、上述の相関波形信号を分岐器で2分割して、一方からクロック信号を抽出するには、光符号分割多重信号を復号化してから相互相関波形を除去するまでの間に、光分波器により相関波形信号を2分割する必要がある。このために、光分波器の分波損失、光分波器への挿入損出のために相関波形信号の強度が減少してしまう。その結果、受信信号である再生された光パルス信号の信号対雑音比（S/N: Signal to Noise Ratio）が減少するという問題がある。また、復号化の機能を具えた受信側における受信器を構成する部品点数が多くなるという問題もある。
そこで、この発明は、上述の相関波形信号の強度が減少してしまうという問題及び、受信器を構成する部品点数が多くなるという問題を解決できるOCDM送受信装置を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、この発明は、符号化ステップと復号化ステップとを具えた光符号分割多重送受信方法において、復号化ステップが、再生光パルス信号分離ステップと、クロック信号抽出ステップと、時間ゲート処理ステップとを含んでいる。
符号化ステップは、チャンネルごとに割り当てられて伝送され、チャンネル数に等しい数の相異なる波長の光を含む光パルス信号を、チャンネルごとに相異なる時間拡散波長ホッピング符号を用いて、符号化して符号化光パルス信号を生成するステップである。復号化ステップは、チャンネルごとの符号化光パルス信号を時間拡散波長ホッピング符号と同一の符号を用いて復号化して、光パルス信号の自己相関波形成分及び相互相関波形成分を含む再生光パルス信号を生成するステップである。
再生光パルス信号分離ステップは、各チャンネルにおいて、符号化光パルス信号を、当該チャンネルの符号を構成しない波長成分からなるクロック信号抽出用信号と、当該チャンネルに設定されている符号を構成する波長成分からなる光パルス信号再生用信号とに分離するステップである。再生光パルス信号分離ステップは、例えば、ブラッグ反射特性が利用される。
クロック信号を抽出するステップは、クロック信号抽出用信号を光電変換器で電気信号に変換し、該電気信号からクロック信号抽出回路によって、クロック信号を抽出するステップである。時間ゲート処理ステップは、光パルス信号再生用信号から自己相関波形成分のみを取り出すステップである。
光符号分割多重送受信方法は、この発明のOCDM送受信装置によって実現される。この発明のOCDM送受信装置は、符号化部と、復号化部とを具え、この復号化部が、復号器と、クロック抽出器と、時間ゲートとを具えている。
上記符号化ステップ及び復号化ステップは、それぞれ符号化部及び復号化部によって実現される。特に、復号化部に具えられる復号器は、再生光パルス信号を生成しかつこの再生光パルス信号をクロック信号抽出用信号と光パルス信号再生用信号とに分離するステップを実現する。復号器は、例えば、FBGを具えて構成するのが好適である。また、クロック信号を抽出するステップはクロック抽出器によって実現され、時間ゲート処理ステップは、時間ゲートによって実現される。
この発明のOCDM送受信装置は、復号器によって光パルス信号の自己相関波形成分及び相互相関波形成分を含む再生光パルス信号を生成するステップと、再生光パルス信号分離ステップとが同時に実現される。そのために、この発明と同種のOCDM送受信装置において必要とされた、光パルス信号の自己相関波形成分及び相互相関波形成分を含む再生光パルス信号からクロック信号抽出用信号を分離するための光分岐器が不要である。
したがって、時間ゲート処理ステップを含む復号化ステップにおける、この光分岐器を利用することにより発生する挿入損失が発生しない。すなわち、この発明のOCDM送受信装置を用いれば、再生光パルス信号からクロック信号抽出用信号を分離することによる、光パルス信号再生用信号（相関波形信号）の強度減少を、従来の同種の装置より少なくすることができる。その結果、受信信号である再生された光パルス信号のS/N比が減少するという問題を解決できる。
また、従来の同種の装置が必要とした光分岐器が不要であるので、光分岐器を設置するために必要とする補助部品を含めて、部品点数を減らすことができるので、復号部を構成する部品点数が多くなるという問題を解決できる。
以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を示し、この発明が理解できる程度に各構成要素の断面形状や配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の材料および条件等を用いることがあるが、これら材料および条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。
以下に示す図においては、光ファイバ等の光パルス信号の経路を太線で示し、電気信号の経路を細線で示してある。またこれら太線および細線に付された番号は、経路そのものを指示するほか、それぞれの経路を伝播する光パルス信号あるいは電気信号を意味する場合もある。
＜OCDM送受信装置＞
図5を参照して、この発明のOCDM送受信装置の構成及びその機能について説明する。図5では4チャンネル構成のOCDM送受信装置を例にして示してあるが、この発明のOCDM送受信装置は、4チャンネルに限られるものではない。チャンネル数がいくつの構成であっても、以下の説明は同様に成立する。
OCDM送受信装置は、送信部40でチャンネルごとに符号化光パルス信号を生成して、合波器70で全てのチャンネルの符号化光パルス信号を多重して送信信号72sとして、光伝送路72を伝播させて受信部80に伝送する構成である。
受信部80に伝送された全てのチャンネルの符号化光パルス信号が多重された送信信号72sは、分岐器82によって、符号化光パルス信号としてチャンネル数と等しい数に強度分割される。そして強度分割された符号化光パルス信号81a、81b、81c及び81dはそれぞれ、受信部80の受信部第1チャンネル100、受信部第2チャンネル102、受信部第3チャンネル104及び受信部第4チャンネル106に入力される。
まず、各チャンネルの送信信号である光パルス信号を生成するための基となる光パルス列を発生させて、その光パルス列を各チャンネルに供給する機能部分について説明する。この部分は多波長パルス光源42と分岐器44を具えて構成される。
多波長パルス光源42は、チャンネル数に等しい数の相異なる発振波長を含む連続波光を発生させる光源である。多波長パルス光源42が発生させる光には、少なくともチャンネル数に等しい数の相異なる発振波長が含まれていればよく、チャンネル数を越える数の発振波長を含んでいても、それらはこの発明のOCDM送受信装置の動作に影響を与えない。そこで、以下の説明では、多波長パルス光源42は、チャンネル数に等しい数の相異なる発振波長を含む連続波光を発生させる光源であるものとして説明する。
多波長パルス光源42は、発光源として、例えば、チャンネル数に等しい数の相異なる発振波長を有する分布帰還形半導体レーザ（DFB-LD: Distributed Feed Back-Laser Diode）を用いて構成することができる。すなわち、チャンネル数に等しい数のDFB-LDの発振光を光合波器（図示せず。）によって合波することによって、チャンネル数に等しい数の相異なる発振波長を含む連続波光を生成することができる。
この連続波光を、電界吸収型光変調器（EAM: Electro Absorption Modulator）等の光変調器（図示せず。）で光パルス列に変換してこの光パルス列を一本の光ファイバ端から出力するように構成された光源が、多波長パルス光源42である。連続波光から光パルス列を生成するために用いる光変調器は、EAMに限らず、ポッケルス効果を利用するマッハ・ツェンダー干渉器型光変調器等も利用できる。この光変調器が具えるべき特性は、この発明のOCDM送受信装置のビットレートより高速の光変調が可能であることである。
また、多波長パルス光源42を構成する発光源には、上述のDFB-LDの他、分布ブラッグ反射形半導体レーザ（DBR-LD： Distributed-Bragg-reflector-LD）等も利用できる。多波長パルス光源42を構成する発光源として具えるべき重要な特性は、この発光源は、その発振光の単色性に優れていることである。すなわち、多波長パルス光源42を構成するチャンネル数に等しい数の発光源（DFB-LDあるいはDBR-LD等）の発振スペクトル半値幅が狭く、互いの発振スペクトルが波長軸上で重なり合わないことである。
多波長パルス光源42の出力光43は分岐器44によって、チャンネル数分（ここでは4つ）に強度分割されて、各チャンネルに分配される。すなわち第1乃至第4チャンネルに対してそれぞれ、光パルス列45a、45b、45c及び45dとして強度分割されて供給される。したがって、各チャンネルに分配される多波長パルス光源42の出力光（光パルス列45a、45b、45c及び45d）は、チャンネル数に等しい数の相異なる発振波長を含む光パルス列である。
分岐器44は、1本の光ファイバを伝播してきた光を複数の光ファイバに分岐する機能を有する光デバイスであり、光カプラとも呼ばれる。もちろんこの光カプラは、複数の光ファイバを伝播してきた光を1本の光ファイバに結合する機能を有しているとも言える。このような機能を有する光カプラは、次のようにして製作できる。
複数本の光ファイバ（ここではチャンネル数に等しい本数の光ファイバ）のクラッドの側面を密着させた状態で加熱融着する。この加熱融着された結合部分を、光ファイバの非融着部分からこの加熱融着された結合部分に至る間の形状がテーパ形状になるまで延伸して細める。この延伸して細められた先端が、基の複数本の光ファイバと同程度の太さになった段階で延伸を終了する。その後、光カプラとして十分な機械的な強度及び温度安定性を確保するために、線膨張係数の小さなガラスケース等に接着剤等で固定して完成する。
この延伸して細められた先端から入力される光パルス列は、融着された複数本の個々の光ファイバに強度分割されて伝播する光パルス列となる。このように光カプラを、延伸して細められた先端を光の入射端とし、非融着部分の先端を光の出射端となるように利用すれば、分岐器として機能させることができる。また、光の入射端と出射端とを上記と逆に設定すれば、すなわち、延伸して細められた先端を光の出射端とし、非融着部分の先端を光の入射端となるように利用すれば、合波器として機能させることができる。したがって、分岐器44と後述する分岐器82及び合波器70として、上述の光カプラを利用できることが分かる。
もちろん、分岐器44と分岐器82及び合波器70として、以上説明した光カプラ以外の光デバイスを利用することも可能である。分岐器44と分岐器82及び合波器70が具えるべき機能は、1本の光ファイバを伝播してきた光を分岐でき、また、逆に、複数の光を合波することが可能であることである。
以下で行なう符号部の説明は、各チャンネル共通の事項であるので、ここでは第1チャンネルを例にとって説明する。第1チャンネルの符号化部60は、変調電気信号発生部46と、変調器48と、符号器50とを具えて構成される。後述するように、図6では第1チャンネルの符号化部60について、その必須構成要素のみを図示してある。したがって、以後の説明において、第1チャンネルの符号化部60のことを説明の便宜上送信部第1チャンネル60と表記したり、あるいは単に符号化部60と略記したりすることがある。また、同様に、第2チャンネルの符号化部62、第3チャンネルの符号化部64及び第4チャンネルの符号化部66のことを、単に第2チャンネル62、第3チャンネル64及び第4チャンネル66と表記する。
第2チャンネル62、第3チャンネル64及び第4チャンネル66は、第1チャンネル60と同様の構造である。異なるのは、それぞれのチャンネルが具える符号器に設定されている時間拡散波長ホッピング符号である。時間拡散波長ホッピング符号は、チャンネルごとに相異なるものが設定される。これによって、チャンネルごとに独立して光パルス信号を送受信できる。符号器以外は、第1乃至第4チャンネルのいずれも同一の構造である。
符号化部60は、チャンネル数に等しい数の相異なる波長の光を含む光パルス信号を、時間拡散波長ホッピング符号を用いて符号化して、符号化光パルス信号を生成する符号化ステップを実行する部分である。
上述したように、符号化部60を構成するための必須構成要素は、変調電気信号発生部46、変調器48及び符号器50である。変調電気信号発生部46は送信信号を表す電気パルス信号47を発生させるステップを実行する。電気パルス信号47は、第1チャンネルに割り当てられた送信情報が反映された2値デジタル電気信号として生成された電気信号である。
変調器48は光パルス列45aを、電気パルス信号47によって、光パルス信号49に変換するステップを実行する。光パルス列45aは、変調器48によって電気パルス信号47を反映したRZフォーマットに強度変調されて、光パルス信号49として生成される。変調器48として、例えば、EAMを利用することができる。もちろんEAMに限らず、ポッケルス効果を利用するマッハ・ツェンダー干渉器型光変調器等も利用できる。変調器48が具えるべき特性は、電気パルス信号47のビットレートより高速の光変調が可能であることである。
符号器50は光パルス信号49を、時間拡散波長ホッピング符号を用いて、符号化して符号化光パルス信号61を生成するステップを実行する。符号器50には、光パルス信号49を時間拡散波長ホッピング符号によって符号化して符号化光パルス信号61を生成する機能を有する、FBGが具えられている。もちろん、光パルス信号49を時間拡散波長ホッピング符号によって符号化して符号化光パルス信号61を生成する機能を有していれば、FBG以外の光デバイスを符号器50に具えて利用してもかまわない。
また、受信部80の受信部第1チャンネル100に具えられる復号器84にも、符号器50に具えられる光パルス信号49を時間拡散波長ホッピング符号によって符号化して符号化光パルス信号61を生成する機能を有する、FBGと同一の構造のFBGが具えられている。
受信部80が具える受信部第1チャンネル100は、復号化部108を具えている。復号化部108は、強度分割されて第1チャンネルに割り当てられた符号化光パルス信号81aを、第1チャンネルの符号器50に設定されている時間拡散波長ホッピング符号と同一の符号を用いて復号化する。その結果、復号化部108では、第1チャンネルの光パルス信号の自己相関波形成分及び第2乃至第4チャンネルの光パルス信号の相互相関波形成分を含む再生光パルス信号が生成される。そして、復号化部108において、この第1チャンネルの光パルス信号の自己相関波形成分のみが抽出される。
復号化部108は、復号器84とクロック抽出器88と時間ゲート86とを具えている。
復号器84は、上述のように符号化光パルス信号81aを復号化するとともに、この復号化によって得られた再生光パルス信号を、光パルス信号に含まれる光の1つの波長成分（ここでは波長λ1のチップパルス）からなるクロック信号抽出用信号85aと、残りの波長成分（ここでは波長λ2、λ3及びλ4のチップパルス及び波長λ2、λ3及びλ4の光を含む光パルス）からなる光パルス信号再生用信号85bとに分離する。クロック抽出器88は、クロック信号抽出用信号85aからクロック信号89を抽出する。また、時間ゲート86は、光パルス信号再生用信号85bから、第1チャンネルの光パルス信号の自己相関波形成分87のみを取り出す。
自己相関波形成分87は、受光器90によって電気信号に変換されて、第1チャンネルの受信信号91が生成される。この受信信号91は、その強度が異なるのみで、その波形は送信部40の第1チャンネルの符号部60が具えている変調電気信号発生部46から出力される電気パルス信号47と同一である。変調電気信号発生部46が発生する電気パルス信号47は、第1チャンネルを通じて送信される送信信号を表す電気パルス信号である。したがって、以上の説明から明らかなように、この発明のOCDM送受信装置の第1チャンネルを通じて送信されるべき電気パルス信号47は、受信部80によって第1チャンネルの受信信号91として受信されることになる。
＜符号器及び復号器＞
図6(A)及び(B)を参照して、FBGを具える符号器50及び復号器84の構成を説明する。第1チャンネルの符号器50及び復号器84に利用されるFBGは、第2乃至第4チャンネルの符号器及び復号器に利用されるFBGとは、その屈折率分布構造が異なるだけである。この屈折率分布構造によって、時間分割波長ホッピング符号が設定される。
図6(A)は符号器50の概略的構成図であり、図6(B)は復号器84の概略的構成図である。
まず、図6(A)を参照して符号器50の構成及びその機能を説明する。符号器50は、入力ポート57と出力ポート59とを有している。入力ポート57から入力される光パルス信号49は、光サーキュレータ58を介してFBG 56に入力されて、このFBG 56でブラッグ反射を受けてその反射光が再び光サーキュレータ58を介して出力ポート59から符号化光パルス信号61として出力される。
図6(A)に示すFBG 56において、λ2、λ3及びλ4で示す屈折率分布構造の構成単位が、一本の光ファイバに直列に配して構成される。λ2、λ3及びλ4で示す屈折率分布構造の構成単位は、その全長が互いに等しく、またλ2、λ3及びλ4で示す波長をブラッグ反射波長とするファイバグレーティングである。以後、これら一つ一つの構成単位を単位ファイバグレーティング（単位FBG）と呼ぶこととする。
すなわち、λ2で示した単位FBGからは、光パルス信号49の波長がλ2である成分が反射される。λ3及びλ4で示した単位FBGからも同様に、それぞれ光パルス信号49の波長がλ3及びλ4である成分が反射される。言い換えると、λ2で示した単位FBGにおいては、光パルス信号49の波長がλ2である成分以外の成分は透過される。λ3及びλ4で示した単位FBGにおいても同様に、それぞれ光パルス信号49の波長がλ3及びλ4である成分以外の成分は透過される。
FBG 56は、上述の単位FBGを直列に接続して構成されるが、隣接する単位FBG同士をどのくらいの間隔を置いて配置するかによって、光パルス信号49を構成する波長成分がそれぞれ、FBG 56のどの位置において反射されるかが決定する。このことによって、FBG 56は、λ2、λ3及びλ4で示すブラッグ反射波長を有する単位FBGをいかなる順序でどの位置に配置するかによって、固有の反射特性（反射スペクトル）及び透過特性（透過スペクトル）を持つ反射器となる。
すなわち、この固有の反射特性によって、光サーキュレータ58を介して入力された光パルス信号49は、FBG 56からの出力時にはこの固有の反射及び透過特性に基づく波長分散が起こっている。この固有の波長分散は、λ2、λ3及びλ4で示すブラッグ反射波長を有するそれぞれの単位FBGを、FBG 56のどの位置にいかなる順序で配置するかによって決定される。すなわち、この固有の波長分散特性が時間拡散波長ホッピング符号として利用される。
次に、図6(B)を参照して復号器84の構成及びその機能を説明する。復号器84は、入力ポート92、第1出力ポート93及び第2出力ポート94を有している。入力ポート92から入力される符号化光パルス信号81aは、光サーキュレータ98を介してFBG 96に入力されて、このFBG 96でブラッグ反射を受けてその反射光が再び光サーキュレータ98を介して第1出力ポート93から光パルス信号再生用信号85bとして出力される。また、第2出力ポート94からは、FBG 96からの透過光が、クロック信号抽出用信号85aとして出力される。
ここで、光パルス信号が符号器で符号化された符号化光パルス信号を、符号化されたときと同一の符号が設定されている復号器で復号化すると、符号化される前の光パルス信号が再生光パルス信号として再生される理由を説明する。すなわち、符号化光パルス信号を符号化されたときと同一の符号が設定されている復号器で復号化すると、自己相関波形成分と相互相関波形成分との和からなる再生光パルス信号が得られる理由を説明する。
符号器50で符号化されて得られる符号化光パルス信号61には、符号器50に具えられているFBG 56の固有の単位FBG配列順序及びその配列間隔に基づく波長分散特性が反映されている。
すなわち、FBG 56には、光サーキュレータ58が設置されている側から順に、ブラッグ反射波長がλ4、λ3及びλ2である単位FBGが所定の間隔を置いて配置されている。そのため、波長がλ1、λ2、λ3及びλ4の光を含む光パルス信号49は、光サーキュレータ58を介してFBG 56に入力されると、まず波長がλ4の光パルス成分（波長がλ4のチップパルス）が反射される。次にブラッグ反射波長がλ4の単位FBGとブラッグ反射波長がλ3の単位FBGとの配置間隔に応じた時間間隔を置いて波長がλ3の光パルス成分（波長がλ3のチップパルス）が反射される。同様に、ブラッグ反射波長がλ3の単位FBGとブラッグ反射波長がλ2の単位FBGとの配置間隔に応じた時間間隔を置いて波長がλ2の光パルス成分（波長がλ2のチップパルス）が反射される。
このような現象によって、光サーキュレータ58を介してFBG 56に入力される光パルス信号49は、その光パルス信号49を構成する各々の光パルスの波長がλ1、λ2、λ3及びλ4の光の成分すべてが時間軸上で同一の位置を占めているのに対して、FBG 56から出力される時点では、波長がλ4のチップパルス、波長がλ3のチップパルス、波長がλ2のチップパルスの順に時間軸上で分離されて並んでいる。また、時間軸上でのこれらチップパルスの間隔は、ブラッグ反射波長がそれぞれλ2、λ3及びλ4の単位FBGの配列間隔に依存して決まる。
一方、復号器84の入力ポート92から入力される符号化光パルス信号81aは、図5に示したように、合波器70で全てのチャンネルの符号化光パルス信号61、63、65及び67が多重されて生成された送信信号72sが、分岐器82によって強度分割されることによって得られた符号化光パルス信号である。したがって、全チャンネルのそれぞれの符号化光パルス信号61、63、65及び67全てを含んでいる。
復号器84に設置されているFBG 96は、その構造が符号器50に設置されているFBG 56と同一である。ただし、光サーキュレータ58と光サーキュレータ98とにそれぞれ面する端が、FBG 56とFBG 96とでは逆になっている。
このため、入力ポート92から入力される符号化光パルス信号81aのうち、第1チャンネルの符号化光パルス信号成分（強度が異なるだけで符号化光パルス信号61と同一の時間波形を有する光パルス信号成分）について考察すると次のようになる。
すなわち、第1チャンネルの符号化光パルス信号成分は、上述したように、時間軸上で、波長がλ4のチップパルス、波長がλ3のチップパルス、波長がλ2のチップパルスの順に並んでいる。これらのチップパルスの、時間軸上での配列順序及びそれらの配列間隔は、FBG 56におけるブラッグ反射波長がそれぞれλ2、λ3及びλ4の単位FBGの配列間隔及びその配列順序によって決められたものである。
一方、符号器50に設置されているFBG 56と復号器84に設置されているFBG 96とは、光サーキュレータ58と光サーキュレータ98とにそれぞれ面する端が逆になっていることから、FBG 56で発生する波長分散効果とFBG 96で発生する波長分散効果とでは、時間軸上でそれらは互いに逆の効果として現れる。すなわち、FBG 56で発生する波長分散効果が、時間軸上で波長がλ4のチップパルス、波長がλ3のチップパルス、波長がλ2のチップパルスの順に分散させるのに対して、FBG 96で発生する波長分散効果は、時間軸上で波長がλ2のチップパルス、波長がλ3のチップパルス、波長がλ4のチップパルスの順に分散させる効果となる。
このため、入力ポート92から入力される第1チャンネルの符号化光パルス信号成分は、FBG 56で発生する波長分散効果がFBG 96で発生する波長分散効果によって相殺されることによって、光強度は異なるものの第1チャンネルの光パルス信号49と同一の時間波形を有する再生光パル信号として再生される。この再生された再生光パルス信号が、第1チャンネルの光パルス信号49の自己相関波形である。第1チャンネルの光パルス信号49の自己相関波形は、第1出力ポート93から出力される。
復号器84の入力ポート92から入力される符号化光パルス信号81aは、上述したように全チャンネルのそれぞれの符号化光パルス信号61、63、65及び67全てを含んでいる。FBG 96で発生する波長分散効果によって相殺されるのは、FBG 56によって発生した波長分散効果であって、第2チャンネル乃至第4チャンネルの光パルス信号を符号化した符号器によって発生した波長分散効果は、FBG 96によっては相殺されない。そのため第2チャンネル乃至第4チャンネルの光パルス信号が符号化されて得られた符号化光パルス信号は、復号化されずに相互相関波形成分として、上述した自己相関波形と同時に第1出力ポート93から出力される。
また、復号器84の入力ポート92から入力される符号化光パルス信号81aは波長がλ1、λ2、λ3及びλ4の光を含んでいる。そして、復号器に設置されているFBG 96には、ブラッグ反射波長がそれぞれλ2、λ3及びλ4の単位FBGが設けられている。したがって、第1出力ポート93から出力される自己相関波形及び相互相関波形成分を構成する光の波長成分は、λ2、λ3及びλ4の光成分である。すなわち、第1出力ポート93から出力されるのは、波長がλ2、λ3及びλ4のチップパルス及び波長がλ2、λ3及びλ4の光成分から構成される光パルスである。
一方、復号器84の入力ポート92から入力される符号化光パルス信号81aを構成する波長がλ1、λ2、λ3及びλ4の光成分のうち波長がλ1の光成分（波長がλ1のチップパルス）は、FBG 96によっては反射されず復号器84の第2出力ポート94から出力される。この第2出力ポート94から出力される波長がλ1のチップパルスが、クロック信号抽出用信号85aとしてクロック抽出器88においてクロック信号を抽出するために利用される。
＜復号化部の動作原理＞
図7を参照して、符号器及び復号器の入力ポートへの入力信号の波長と第1及び第2出力ポートからの出力信号の波長との関係を説明する。ここでは、図5に示した4チャンネルのOCDM送受信装置について説明するが、この説明は4チャンネルの同装置に限らず、いかなる数のチャンネル数であっても同様に成立する内容である。以下の説明では、入力信号を構成する光パルスを時間軸上に時間拡散波長ホッピングして配列させる機能を、符号器及び復号器のいずれもが共通して有することから、両者のいずれをも符号拡散器ということもある。
説明の便宜上、第1乃至第4チャンネルのそれぞれの符号器及び復号器に設定されている符号は次に示すCode1乃至Code4であるものとする。いうまでもなく、これ以外の符号を設定してもかまわないが、各チャンネルに設定する符号が相異なっていることが必要である。
Code1＝(λ4,0,0,0,0,λ3,0,0,0,0,λ2,0,0,0,0,0)
Code2＝(0,0,0,0,0,0,λ1,λ4,0,0,0,0,0,λ2,0,0)
Code3＝(λ2,0,0,0,0,0,0,0,0,λ1,0,λ3,0,0,0,0)
Code4＝(λ1,0,0,0,0,0,λ4,0,0,λ3,0,0,0,0,0,0)
まず、図７(A)乃至(D)を参照して、図5に示した4チャンネルのOCDM送受信装置の符号器の機能について説明する。したがって、図７(A)乃至(D)に示す符号拡散器110、112、114及び116を示すブロックは、第1乃至第4チャンネルの符号器であると了解するものとする。
図7(A)は、Code1で与えられる符号が設定されている符号拡散器110の入力ポートへの入力信号の波長と第1及び第2出力ポートからの出力信号の波長との関係を示す。この図7(A)と図6(A)に示した符号器50の入力ポート及び第1及び第2出力ポートとの関係は次のとおりである。
すなわち、図7(A)に示す符号拡散器110の入力ポートは図6(A)に示した符号器50の入力ポート57に対応し、図7(A)に示す第1及び第2出力ポートは、それぞれ図6(A)に示した符号器50の出力ポート59及び光終端器54に対応する。第1チャンネルの符号器は、Code1で与えられる符号が設定されているので、符号化を実行するFBGは、丁度、図6(A)に示すFBG 56のように単位FBGが配列されて構成されている。
入力ポートから入力される光パルス信号は、波長がλ1,λ2,λ3,λ4の光成分を含んでいる。この入力光パルス信号が符号拡散器110に入力されると、Code1に設定されている符号を構成する波長成分がλ2,λ3,λ4の波長の光であるので、波長λ1の光は符号拡散器110を構成しているFBGからは反射されず透過される。そして透過された波長λ1の光は光終端器で吸収される。一方、波長がλ2,λ3,λ4の光成分（波長がλ2,λ3及びλ4のチップパルス）は、符号拡散器110を構成しているFBGから反射され第1出力ポートから出力される。
同様に、図7(B)乃至(D)は、Code2乃至Code4で与えられる符号が設定されている符号拡散器112乃至116の入力ポートへの入力信号の波長と第1及び第2出力ポートからの出力信号の波長との関係を説明するブロック図である。
第2チャンネルの符号器112には、Code2で与えられる符号が設定されており、Code2に設定されている符号を構成する波長成分がλ1,λ2,λ4の波長の光であるので、波長λ3の光は符号拡散器112を構成しているFBGからは反射されず透過される。そして透過された波長λ3の光は光終端器で吸収される。一方、波長がλ1,λ2,λ4の光成分（波長がλ1,λ2及びλ4のチップパルス）は、符号拡散器112を構成しているFBGから反射され第1出力ポートから出力される。
第3チャンネルの符号器114には、Code3で与えられる符号が設定されており、Code3に設定されている符号を構成する波長成分がλ1,λ2,λ3の波長の光であるので、波長λ4の光は符号拡散器114を構成しているFBGからは反射されず透過される。そして透過された波長λ4の光は光終端器で吸収される。一方、波長がλ1,λ2,λ3の光成分（波長がλ1,λ2及びλ3のチップパルス）は、符号拡散器114を構成しているFBGから反射され第1出力ポートから出力される。
第4チャンネルの符号器116には、Code4で与えられる符号が設定されており、Code4に設定されている符号を構成する波長成分がλ1,λ3,λ4の波長の光であるので、波長λ2の光は符号拡散器116を構成しているFBGからは反射されず透過される。そして透過された波長λ2の光は光終端器で吸収される。一方、波長がλ1,λ3,λ4の光成分（波長がλ1,λ3及びλ4のチップパルス）は、符号拡散器116を構成しているFBGから反射され第1出力ポートから出力される。
次に、図７(A)乃至(D)を参照して、図5に示した4チャンネルのOCDM送受信装置の復号器の機能について説明する。したがって、図７(A)乃至(D)に示す符号拡散器110、112、114及び116を示すブロックは、第1乃至第4チャンネルの復号器であると了解するものとする。
第1チャンネルの復号器110には、Code1で与えられる符号が設定されており、Code1に設定されている符号を構成する波長成分がλ2,λ3,λ4の波長の光であるので、波長λ1の光は符号拡散器110を構成しているFBGからは反射されず透過される。そして透過された波長λ1の光は第2出力ポートから出力される。この第2出力ポートは図6(B)に示した復号器84の第2出力ポート94と対応する。一方、波長がλ2,λ3,λ4の光成分（波長がλ2,λ3及びλ4のチップパルス）は、符号拡散器110を構成しているFBGから反射され第1出力ポートから出力される。この第1出力ポートは、図6(B)に示した復号器84の第1出力ポート93と対応する。
第2チャンネルの復号器112には、Code2で与えられる符号が設定されており、Code2に設定されている符号を構成する波長成分がλ1,λ2,λ4の波長の光であるので、波長λ3の光は符号拡散器112を構成しているFBGからは反射されず透過される。そして透過された波長λ3の光は第2出力ポートから出力される。一方、波長がλ1,λ2,λ4の光成分（波長がλ1,λ2及びλ4のチップパルス）は、符号拡散器112を構成しているFBGから反射され第1出力ポートから出力される。
第3チャンネルの復号器114には、Code3で与えられる符号が設定されており、Code3に設定されている符号を構成する波長成分がλ1,λ2,λ3の波長の光であるので、波長λ4の光は符号拡散器114を構成しているFBGからは反射されず透過される。そして透過された波長λ4の光は第2出力ポートから出力される。一方、波長がλ1,λ2,λ3の光成分（波長がλ1,λ2及びλ3のチップパルス）は、符号拡散器114を構成しているFBGから反射され第1出力ポートから出力される。
第4チャンネルの復号器116には、Code4で与えられる符号が設定されており、Code4に設定されている符号を構成する波長成分がλ1,λ3,λ4の波長の光であるので、波長λ2の光は符号拡散器116を構成しているFBGからは反射されず透過される。そして透過された波長λ2の光は第2出力ポートから出力される。一方、波長がλ1,λ3,λ4の光成分（波長がλ1,λ3及びλ4のチップパルス）は、符号拡散器116を構成しているFBGから反射され第1出力ポートから出力される。
次に図5及び図8を参照して、4チャンネルのOCDM送受信装置によって光パルス列を送受信する場合を例にとって、特に、この発明の主要構成部分である復号化部の動作原理を説明する。図8において、横軸は任意スケールで目盛った時間軸であり、縦軸は任意スケールで光強度を目盛って示してある。
送信部40の第1乃至第4チャンネルに対して具えられている符号器に設定されている符号が、上記説明同様にそれぞれCode1乃至Code4であるとする。また、受信部80の第1乃至第4チャンネルに対して具えられている復号器に設定されている符号も、上記説明同様にそれぞれCode1乃至Code4であるとする。
ここでは、簡単のために、光パルス列を送受信する光信号を例にとって説明するが、実際に送受信される光パルス信号の場合には、時間軸上において、光パルスが存在する時間スロットと存在しない時間スロットとが、送信される信号の内容に応じて、共存している点が異なるだけである。光パルス信号の場合においても、光パルスが存在する時間スロットに関しては、以下の説明が成立している。また、存在しない時間スロットに関しては、時間軸上で元々光パルスが存在しない領域であるから、以下の説明においては、特に説明を要しないであろう。
図8(A)は、それぞれ第1乃至第4チャンネルの変調器から出力された光パルス信号を示している。図8(A)において、第1乃至第4チャンネルの変調器からそれぞれ出力された光パルス信号であることを、Ch.1、Ch.2、Ch.3及びCh.4、として示してある。すなわちCh.1で示してある光パルス信号は、図5において変調器48から出力された光パルス信号49を示している。図8(A)に示した各チャンネルの光パルス信号を構成している光パルスは、いずれも波長λ1、λ2、λ3及びλ4の光を含んでいる。ここでは、各チャンネルを識別できるように、各チャンネルの光パルス信号を構成している光パルスに対して、チャンネルごとに異なる模様を施してある。
第1乃至第4チャンネルの変調器から出力された光パルス信号は、それぞれチャンネルごとに符号化されて符号化光パルス信号（61、63、65及び67）とされて、合波器70で多重されて送信信号72sとされる。図8(B)は、送信信号72sを示している。
ここでは、どのチャンネルに属するチップパルスであるかを識別できるように、図8(A)に対応させて、図8(A)で与えた模様と同一の模様を各チャンネルに属するチップパルスごとに施してある。したがって、この模様は波長λ1、λ2、λ3及びλ4の光を識別するものではない。図8(A)乃至(D)において、各チャンネルに対応する光パルスあるいはチップパルスに含まれる光の波長の関係は、図7で示したようになっている。
送信信号72sは、分岐器82でチャンネル数と等しい数の符号化光パルス信号81a、81b、81c及び81dに強度分割される。このうち第1チャンネルの符号化光パルス信号81aは、復号器84によってクロック信号抽出用信号85aと光パルス信号再生用信号85bとに分割される。図8(C)において、復号器84の第1出力ポートから出力される光パルス信号再生用信号85bをCh.1と示してある。第2乃至第4チャンネルの符号化光パルス信号も、同様にしてチャンネルごとに具えられているそれぞれの復号器によってクロック信号抽出用信号と光パルス信号再生用信号とに分割される。これら、図8(C)において、第1乃至第4チャンネルの光パルス信号再生用信号を、それぞれCh.1乃至Ch.4として示してある。
図8(C)において、Ch.1で示されている第1チャンネルの光パルス信号再生用信号を例にして、この信号の構成について説明する。第1チャンネルの光パルス信号再生用信号には、既に説明したように、第1チャンネルから送信された光パルス信号の自己相関波形成分と相互相関波形成分とが含まれている。図8(C)では、下向きの矢印で示してある光パルスが自己相関波形成分であり、それ以外の光パルスが相互相関波形成分である。
自己相関波形成分は、図8(A)で示したCh.1で示されている第1チャンネルの光パルス信号の光パルスと同一の模様が付されていることが分かる。ただし、強度は図8(A)に示されている光パルスに比べて3/4になっている。これは、復号器において、クロック信号抽出用信号として波長λ1の光成分が分離されているためである。すなわち、図8(C)で下向きの矢印で示されている光パルスには、波長がλ2、λ3及びλ4が含まれている。
第2乃至第4チャンネルに対しても、上記と同様である。すなわち、図8(C)において、Ch.2の、光パルス信号再生用信号も、第2チャンネルから送信された光パルス信号の自己相関波形成分と相互相関波形成分とが含まれている。そのうち自己相関波形成分は、図8(A)で示したCh.2で示されている第2チャンネルの光パルス信号の光パルスと同一の模様が付されている。第3及び第4チャンネルについても、同様に、自己相関波形成分は、それぞれ、図8(A)で示したCh.3及びCh.4で示されている第3及び第4チャンネルの光パルス信号の光パルスと同一の模様が付されている。
図8(D)において、第1乃至第4チャンネルのクロック信号抽出用信号を、それぞれCh.1乃至Ch.4として示してある。図8(D)において、Ch.1として示してあるクロック信号抽出用信号は、復号器84の第2出力ポートから出力されたクロック信号抽出用信号85aである。
図8(D)では上向きの矢印で示した時間軸上の位置に、データ周期Tbの間隔で周期的にチップパルスが存在しない時間領域が存在する（図8(D)のCh.1で示してある図を参照。）。したがって、このチップパルスが存在しない時間領域の周期を検出することによって、クロック信号を抽出することができる。クロック信号を抽出するにはクロック信号抽出用信号85aをフォトディテクター等で電気信号に変換して、この電気信号から既存のクロック信号抽出回路によってクロック信号89が抽出される（クロック信号89は図5に示してある。）。
チャンネルごとの時間ゲートに上記クロック信号を入力することによって、図8(C)に示す光パルス信号再生用信号をゲーティングして自己相関波形成分を抽出する。この自己相関波形成分をフォトディテクター等で光電変換すれば、各チャンネルにおいて受信信号が生成される。この受信信号は、その強度が異なるのみで、各チャネルの送信部の符号部が具えている変調電気信号発生部から出力される電気パルス信号と同一形状の信号である。
＜自己相関波形成分の強度に関する検討＞
ここで、復号化後に時間ゲート処理を施して再生光パルス信号（相関波形信号）から抽出される自己相関波形成分の強度に関して、図9を参照して考察する。図9(A)は従来のOCDM送受信装置の概略的ブロック構成図であり、図9(B)はこの発明のOCDM送受信装置の概略的ブロック構成図である。両図とも、自己相関波形成分の強度を検討するために必要となる部分のみを示しており、その他の部分は省略して簡略化して示してある。
図9(A)に示す従来のOCDM送受信装置において、光パルス信号131は符号器132によって符号化されて符号化光パルス信号133として出力される。符号化光パルス信号133は、伝送されて受信部の復号器134で復号化されて再生光パルス信号135として出力される。そして、再生光パルス信号135は、光分岐器136に入力されてクロック信号抽出用信号137aと光パルス信号再生用信号137bとに分割されて出力される。
一方、図9(B)に示すこの発明のOCDM送受信装置において、光パルス信号141は符号器142によって符号化されて符号化光パルス信号143として出力される。符号化光パルス信号143は、伝送されて受信部の復号器144で復号化されるとともに、クロック信号抽出用信号145aと光パルス信号再生用信号145bとに分離されて出力される。すなわち、復号器144の第1出力ポートから光パルス信号再生用信号145bが、第2出力ポートからクロック信号抽出用信号145aがそれぞれ出力される。
ここで、各チャンネルで送受信される光パルス信号（上記の光パルス信号131及び141）の強度をP0とする。そうすると、図9(A)に示す従来のOCDM送受信装置において、光パルス信号131、符号化光パルス信号133及び再生光パルス信号135の強度はP0である。また、図9(B)に示すこの発明のOCDM送受信装置において、光パルス信号141の強度はP0である。
まず、図9(A)に示す従来のOCDM送受信装置に設置されている光分岐器136の分岐比が1対αであるとする。そして、この光分岐器136への挿入損失による入力光の減衰率をLc（0≦Lc≦1であり、減衰がない場合はLc＝1）とする。そうすると、光分岐器136から出力されるクロック信号抽出用信号137aの強度Pαと光パルス信号再生用信号137bの強度P1とは次式
P1＝P0×((Lc/(1+α)) （1）
Pα＝P0×((αLc/(1+α)) （2）
で与えられる。
一方、この発明のOCDM送受信装置では、図7及び図8を参照して説明したように、4チャンネルのOCDM送受信装置の場合、クロック信号抽出用信号145aは、送信された符号化光パルス信号143に含まれる波長成分のうちの1波長分だけが分離されたものである。したがって、その強度は(1/4)P0である。また、光パルス信号再生用信号145bは、クロック信号抽出用信号145aに含まれる波長以外の成分が分離されたものであるので、その強度は(3/4)P0である。
ここで、従来のOCDM送受信装置で分離されたクロック信号抽出用信号137aの強度Pαと、この発明のOCDM送受信装置で分離されたクロック信号抽出用信号145aの強度(1/4)P0とが等しくなるためには、光分岐器136の分岐比を与えるαの値がいくらでなければならないかを求める。すなわち、式(2)で与えられるPαと(1/4)P0とが等しいとして、
P0×((αLc/(1+α))＝(1/4)P0 （3）
である。式(3)を満たすαを求めて、これを光パルス信号再生用信号137bの強度P1を与える式(1)に代入すると
P1＝P0×(Lc-1/4) （4）
となる。
この発明の光パルス信号再生用信号145bの強度は(3/4)P0であるから、式(4)で与えられるP1が(3/4)P0と等しくなるためには、Lc＝1でなければならないことが分かる。すなわち光分岐器136への挿入損失による入力光の減衰率が1でなければならないことが結論される。言い換えると光パルス信号再生用信号137bの強度P1と、光パルス信号再生用信号145bの強度(3/4)P0とが等しいためには、光分岐器136への挿入損失があってはならないことを意味する。
光分岐器136への挿入損失によって、入力光の強度が20％減少するという減少量が比較的小さい場合を想定する。すなわち、光分岐器136への挿入損失による入力光の減衰率Lcが、仮に4/5（＝0.8）である場合を仮定すると、式(4)で与えられる光パルス信号再生用信号137bの強度P1は、P1＝P0×(4/5-1/4)＝(11/20)P0となる。この値(11/20)P0とこの発明の光パルス信号再生用信号145bの強度(3/4)P0とを比較すると、(3/4)P0/((11/20)P0＝(15/11)＝1.36となる。すなわち、この発明のOCDM送受信装置によれば、従来のOCDM送受信装置と比べて、1.36倍の強度の光パルス信号再生用信号が利用できることになる。
既に説明したように、この発明のOCDM送受信装置は、再生光パルス信号からクロック信号抽出用信号を分離するための光分岐器が不要であるから、光分岐器を利用することにより発生する挿入損失が本質的に発生しない。そのため、光分岐器を必要とする、従来の同種のOCDM送受信装置よりも光パルス信号再生用信号（相関波形信号）の強度減少を、少なくすることができることが分かる。
＜受信部の他の構成例＞
図10を参照して、この発明のOCDM送受信装置の受信部80の他の構成例を説明する。各チャンネル全て同一の構成であるので、ここでは受信部第1チャンネル100を例にして説明する。すなわち、受信部第1チャンネル100の他の構成例について説明する。その他のチャンネルに対しても、以下の説明は同様に成り立つ。
上述した受信部第1チャンネル100との相違点は、復号器の第2出力ポートから出力されるクロック信号抽出用信号を、光バンドパスフィルタを介してクロック抽出器に入力させる構成とした点である。
受信部第1チャンネル100の他の構成例は、図10に示すように、復号器120、光バンドパスフィルタ122、クロック抽出器124、時間ゲート126及び受光器128を具えて構成される。
復号器120には、符号化光パルス信号119が入力されてクロック信号抽出用信号121a及び光パルス信号再生用信号（相関波形信号）121bが出力される。
クロック信号抽出用信号121aは、光バンドパスフィルタ122によってクロック信号抽出用信号121aを本来構成しているべき波長の光以外の波長の光成分を除去される。第1チャンネルにおいては、この光バンドパスフィルタ122によって波長λ1以外の波長の光は完全にフィルタリングされて除去される。
光バンドパスフィルタ122から出力されたクロック信号抽出用信号123はクロック抽出器124に入力されて、クロック信号125（図5に示したクロック信号89に対応する。）が出力されてこのクロック信号125は時間ゲート126に供給される。一方時間ゲート126には、復号器120の第1出力ポートから出力された光パルス信号再生用信号121bが入力される。光パルス信号再生用信号121bは、時間ゲート126においてクロック信号125によって時間ゲート処理されて、自己相関波形成分127として出力されて、受光器128によって電気信号に変換されて受信信号130が出力される。
受信部に光バンドパスフィルタ122を新たに設置することによって、次に述べる利点が得られる。
まず、復号器を構成するFBGの透過側、すなわち復号器の第2出力ポートから出力されるクロック信号抽出用信号には、このクロック信号抽出用信号を本来構成しているべき波長の光以外の波長の光成分（クロストーク）が含まれている。これは、単位FBGで反射されるべきチップパルスが100％反射されずに、その一部が透過されるからである。このクロストークがクロック信号抽出用信号に含まれると、クロック信号を抽出するための障害となる場合がある。
また、OCDM送受信装置では、多くの場合複数チャンネルの符号化光パルス信号を多重した送信信号72ｓが受信側で十分な強度として受信されるように、伝送路72の中間に光増幅器を設置する場合がある。この光増幅器で送信信号72ｓを増幅すると、この光増幅器に入力される送信信号72ｓに含まれていた以外の波長の光が混ざって出力される。この送信信号72ｓに含まれていた以外の波長の光は、この光増幅器から発生する自然放出光成分である。この自然放出光成分も、上記クロストークと同様に、クロック信号抽出用信号に含まれると、クロック信号を抽出するための障害となる場合がある。
そこで、光バンドパスフィルタを、復号器の第2出力ポートとクロック抽出器との間に設置することによって、上記クロストーク及び光増幅器から発生する自然放出光成分を除去することができる。それによって、クロック信号抽出ステップが高い信頼性を保って実行できる。
符号器の符号と復号器の符号とが同一である場合の時間拡散波長ホッピング符号による符号化及び復号化の説明に供する図である。 符号器の符号と復号器の符号とが異なる場合の時間拡散波長ホッピング符号による符号化及び復号化の説明に供する図である。 2多重OCDMの符号化の説明に供する図である。 2多重OCDMの復号化における時間ゲート処理の説明に供する図である。 この発明のOCDM送受信装置の概略的ブロック構成図である。 符号器及び復号器の概略的構成図である。 復号器の第1及び第2出力ポートから出力される光の波長を示す図である。 4チャンネル多重OCDM送受信装置の動作原理の説明に供する図である。 従来及びこの発明のOCDM送受信装置の概略的ブロック構成図である。 この発明のOCDM送受信装置の他の構成例の概略的ブロック構成図である。
符号の説明
10、50、132、142：符号器
12、72：伝送路
14、16、84、120、134、144：復号器
20：送信側
30、32：受信側
40：送信部
42：多波長パルス光源
44、82、136：分岐器
46：変調電気信号発生部
48：変調器
54：光終端器
56、96：FBG
58、98：光サーキュレータ
60：送信部第1チャンネル（第1チャンネルの符号化部）
62：送信部第2チャンネル（第2チャンネルの符号化部）
64：送信部第3チャンネル（第3チャンネルの符号化部）
66：送信部第4チャンネル（第4チャンネルの符号化部）
70：合波器
80：受信部
86、126：時間ゲート
88、124：クロック抽出器
90、128：受光器
100：受信部第1チャンネル
102：受信部第2チャンネル
104：受信部第3チャンネル
106：受信部第4チャンネル
108：復号化部
110：第1チャンネルの符号拡散器
112：第2チャンネルの符号拡散器
114：第3チャンネルの符号拡散器
116：第4チャンネルの符号拡散器
122：光バンドパスフィルタ

Claims (9)

  1. チャンネルごとに割り当てられて伝送され、チャンネル数に等しい数の相異なる波長の光を含む光パルス信号を、該チャンネルごとに相異なる時間拡散波長ホッピング符号を用いて、符号化して符号化光パルス信号を生成する符号化ステップと、
    前記チャンネルごとの前記符号化光パルス信号を前記時間拡散波長ホッピング符号と同一の符号を用いて復号化して、前記光パルス信号の自己相関波形成分及び相互相関波形成分を含む再生光パルス信号を生成し、該自己相関波形成分のみを抽出する復号化ステップとを具え、
    該復号化ステップが、
    各チャンネルにおいて、前記符号化光パルス信号を、当該チャンネルの符号を構成しない波長成分からなるクロック信号抽出用信号と、当該チャンネルに設定されている符号を構成する波長成分からなる光パルス信号再生用信号とに分離する再生光パルス信号分離ステップと、
    前記クロック信号抽出用信号を光電変換器で電気信号に変換し、該電気信号からクロック信号抽出回路によってクロック信号を抽出するクロック信号抽出ステップと、
    該光パルス信号再生用信号から、前記自己相関波形成分のみを取り出す時間ゲート処理ステップと
    を含むことを特徴とする光符号分割多重送受信方法。
  2. 請求項１に記載の光符号分割多重送受信方法であって、
    前記復号化ステップが、更に前記クロック信号抽出用信号をフィルタリングするステップを含むことを特徴とする光符号分割多重送受信方法。
  3. 請求項１または２に記載の光符号分割多重送受信方法であって、
    前記符号化ステップが、
    送信信号を表す電気パルス信号を発生させるステップと、
    光パルス列を、前記電気パルス信号によって、前記光パルス信号に変換するステップと、
    該光パルス信号を、時間拡散波長ホッピング符号を用いて、符号化して符号化光パルス信号を生成するステップと
    を含むことを特徴とする光符号分割多重送受信方法。
  4. 請求項１または２に記載の光符号分割多重送受信方法であって、
    前記再生光パルス信号分離ステップが、ブラッグ反射特性を利用して、前記符号化光パルス信号を、当該チャンネルの符号を構成しない波長成分からなるクロック信号抽出用信号と、当該チャンネルに設定されている符号を構成する波長成分からなる光パルス信号再生用信号とに分離するステップであることを特徴とする光符号分割多重送受信方法。
  5. チャンネルごとに割り当てられて伝送され、チャンネル数に等しい数の相異なる波長の光を含む光パルス信号を、該チャンネルごとに相異なる時間拡散波長ホッピング符号を用いて、符号化して符号化光パルス信号を生成する符号化部と、
    前記チャンネルごとの前記符号化光パルス信号を前記時間拡散波長ホッピング符号と同一の符号を用いて復号化して、前記光パルス信号の自己相関波形成分及び相互相関波形成分を含む再生光パルス信号を生成し、該自己相関波形成分のみを抽出する復号化部とを具え、
    該復号化部が、
    各チャンネルにおいて、前記符号化光パルス信号を、当該チャンネルの符号を構成しない波長成分からなるクロック信号抽出用信号と、当該チャンネルに設定されている符号を構成する波長成分からなる光パルス信号再生用信号とに分離する復号器と、
    前記クロック信号抽出用信号を光電変換器で電気信号に変換し、該電気信号からクロック信号を抽出するクロック抽出器と、
    該光パルス信号再生用信号から、前記自己相関波形成分のみを取り出す時間ゲートと
    を具えることを特徴とする光符号分割多重送受信装置。
  6. 請求項５に記載の光符号分割多重送受信装置であって、
    前記復号化部が、更に前記クロック信号抽出用信号をフィルタリングする光バンドパスフィルタを具えることを特徴とする光符号分割多重送受信装置。
  7. 請求項５または６に記載の光符号分割多重送受信装置であって、
    前記符号化部が、
    送信信号を表す電気パルス信号を発生させる変調信号発生器と、
    光パルス列を、前記電気パルス信号によって、前記光パルス信号に変換する光変調器と、
    該光パルス信号を、時間拡散波長ホッピング符号を用いて、符号化して符号化光パルス信号を生成する符号器と
    を具えることを特徴とする光符号分割多重送受信装置。
  8. 請求項７に記載の光符号分割多重送受信装置であって、
    前記符号器がファイバブラッググレーティングを具えて構成されていることを特徴とする光符号分割多重送受信装置。
  9. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の光符号分割多重送受信装置であって、
    前記復号器がファイバブラッググレーティングを具えて構成されていることを特徴とする光符号分割多重送受信装置。
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