JP4649582B2 - 光符号分割多重パケット通信システム - Google Patents

Description

本発明は，光符号化パケットデータ通信における，光符号分割多重パケットの生成装置や，その装置を用いた光符号分割多重パケットスイッチングおよび通信システムなどに関する。

多重通信技術は，複数の通信チャネルが同一の伝送路を共有することによって伝送路の伝送帯域を有効に利用し，通信容量を拡大するための技術である。多重通信技術のうち光符号分割多重（ＯＣＤＭ）技術は，時間波形を通信チャネルとするので，同一の時間スロット及び同一の波長上に，更に複数の通信チャネルを設定できるのが特徴である。

たとえば，特許第３０３８３７８号（下記特許文献１）の請求項１には，ペイロード情報を異なる光符号を用いて符号化し，更に符号化した複数の情報信号を多重化し，同時に１つの伝送路を用いて伝送し，且つ受信側でチャネルに付与された光符号を復号することによってチャネルを分離する光符号分割多重通信におけるいわゆる時間拡散／波長ホッピング符号を用いる光符号化において，ペイロード情報をビット毎に波長が異なるｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）個の光パルス列（ここで，個々の光パルスをチップパルスと呼称する）を用い，チャネル毎に特定の符号系列の中の異なる符号を設定することによって符号化し，また受信信号の光復号化方法として，時間領域での整合フィルタリングを行い自己相関関数を得た後，閾値判定によって自己相関関数のピークの有無に従って各々”０”又は”１”のビットを再生することを特徴とする光符号分割多重通信方式が開示されている。なお，本明細書においても，同文献に記載されているデバイスや原理を適宜用いることができる。

しかし，同文献に記載されるシステムは，ラベル部とペイロードデータ部とを別々に生成し，それをあわせて光信号とするものではない。

また，特開２００４−１７０７３４号公報（下記特許文献２）は，光符号化信号間の干渉が抑制された高性能な光符号多重通信装置を提供することを目的とするものであり，入力光信号を反射する，光符号チップ数と同数の均一ピッチグレーティングが光導波路の導波方向に形成され，各々が２値位相光符号の１符号に対応するとともに入力光信号の符号化をなす複数のグレーティング導波路符号器と，上記複数のグレーティング導波路符号器からの符号化信号の各々を相対的に遅延せしめる遅延器と，を有している光符号多重通信装置が開示されている。ここで，当該光符号値の変化位置に対応する隣接均一ピッチグレーティングは，入力光信号に（２ｍ＋１）π／２の位相シフト（ｍは整数）を与える間隔で配され，その他の隣接均一ピッチグレーティングは，入力光信号にｎπの位相シフト（ｎは整数）を与える間隔で配されている。

同文献の図１７及び第５の実施例には，ＯＣＤＭ通信装置は，一方の送信チャネルに遅延器が設けられている。
特許第３０３８３７８号 特開２００４−１７０７３４号公報

本発明は，アドレス情報を光ラベル化することにより，高速なパケットの転送処理を可能とする，いわゆる光パケットルーティングネットワークにおいて，ペイロードデータ部の時間的な長さを小さくできる光符号化ペイロードデータ生成装置や，その装置を用いた光符号分割多重パケット信号の発生装置などを提供することを目的とする。

従来の光パケット通信においては，光パケットに，アドレスを意味する部位と，情報を意味する部位とが設けられており，そのアドレスを意味する部位のみによりアドレスを指定していた。しかしながら，そのような光パケット通信では，多くのデータを送ろうとした場合，必然的にペイロードデータ部位を長くしなければならないという問題があった。ペイロードデータ部位を長くすると，パケット交換ネットワークの粒度が大きくなり，ネットワークのスケーリング性が下がるなどデメリットが大きい。また従来の光パケット交換ネットワークでは，光パケットの光ラベル部分だけがアドレス情報を有するため，光ラベルにより識別される数以上の宛先にペイロードデータを振り分けることは不可能である。さらに，従来のＯＣＤＭＡ（optical code division multiple access:光符号分割多重接続）システムでは，ペイロードデータの符号化に用いられる光符号により識別されるチャネル数以上の行き先に，ペイロードデータを独立に送信することは不可能である。

本発明のシステムは，光ラベルを生成するラベル生成部とＯＣＤＭ信号を生成する光符号化ペイロードデータ生成部と有する。そして，これらの生成部では，それぞれＦＢＧなどにより光信号が生成される。なお，生成される光信号のビットレートは，好ましくは，異なっている。そして，生成された光信号は，カプラなどの合波器で合波され，ラベル部とパケット部とを有する光信号となる。光符号化ペイロードデータ生成部で生成される光符号化ペイロードデータは，ＯＣＤＭ信号なので，パケット内のぺイロードデータ部それ自体がパケットのラベルとは独立のアドレス情報を有する。そして，パケット部のアドレス情報とラベル部のアドレス情報とをあわせて活用することで，多くのアドレスに送ることのできる光信号を得ることができる。

さらに，光符号化ペイロードデータは，ＯＣＤＭシステムと同様に多重化が可能であり，多くのデータをＯＣＤＭシステムと同様にペイロードデータ部の内部で多重化することにより，光パケットのペイロードデータ部の時間的な長さを短くできるというメリットがある。本発明のシステムによって生成された光信号は，好ましくは，ＯＣＤＭＡ信号と，その信号とはビットレートの異なる光ラベルとによって構成されるので，物理的に光ラベルのみを容易に抽出し，アドレスを分析することができる。

本発明によれば，アドレス部位（ヘッダ部）のみならず，情報に関する部位（ペイロード部）についてもアドレス情報を有しているので，従来の光ペイロードデータ通信に比べて容易に多くのアドレスへ情報を伝えることができる光信号を生成できる。また，本発明のシステムによって生成された光信号は，ＯＣＤＭＡ信号と，その信号とはビットレートの異なる光ラベルとによって構成されるので，物理的に光ラベルのみを容易に抽出し，アドレスを分析することができる。本発明のシステムを用いることで，粒度，スケーラビリティが向上した光情報通信が可能となる。

以下，図面を用いて本発明を説明する。図１は，本発明の光符号化パケット生成装置を説明するためのブロック図である。図１に示されるように，本発明の光符号化パケット生成装置（１）は，光ラベル生成器（２）と，光ペイロード生成器（３）と，合波部（４）とを具備する。より具体的には，本発明の光符号化パケット生成装置（１）は，第１のパスルパターン生成器（５）と，モード同期レーザダイオード（６）の出力光が入射するとともに前記第１のパスルパターン生成器の出力信号が入力される第１の電気光変換器（７）と，前記第１の電気光変換器からの出力光が入力される第１の光サーキュレータ（８）と，前記第１の光サーキュレータに入力した光が伝えられる第１の光ファイバグレーティング（９）と，を具備する光ラベル生成器（２）と；第２のパスルパターン生成器（１５）と，前記モード同期レーザダイオード（６）の出力光が入射するとともに前記第２のパスルパターン生成器の出力信号が入力される第２の電気光変換器（１７）と，前記第２の電気光変換器からの出力光が入力される第２の光サーキュレータ（１８）と，前記第２の光サーキュレータに入力した光が伝えられる第２の光ファイバグレーティング（１９）と，前記第２の光サーキュレータの後方，または前記第２の電気光変換器と第２の光サーキュレータとの間におかれた遅延器（２０）と，を具備する光ペイロード生成器と（３）；前記光ラベル生成器によって生成された光ラベル信号と，前記光ペイロード生成器で生成された光ペイロード信号とを合波し，光ラベル部と光ペイロード部とを含む光信号を生成する合波部（４）を具備する光符号化パケット生成装置である。なお，図１中，符号２１は交流電源，符号２２及び２３は増幅器，符号２４はカプラを示す。

以下では，本発明の光符号化パケット生成装置の動作を説明する。モード同期レーザダイオード（６），第１のパスルパターン生成器（５）及び第２のパスルパターン生成器（１５）は，たとえば同じ交流電源（２１）によって駆動される。交流電源の駆動周波数として，たとえば，１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚがあげられ，好ましくは５ＧＨｚ〜５０ＧＨｚであり，より好ましくは１０ＧＨｚである。なお，モード同期レーザダイオード，パスルパターン生成器，及び交流電源は，公知のものを適宜利用できる。なお，光ラベル生成器（２）は，光ラベル（ヘッダ）を生成するほか，光ラベルとしてトレイラをも生成してもよい。光ラベル生成器（２）が，ヘッダとトレイラを生成するものは，たとえば，光符合化パケット信号にヘッダ（光ラベル），ペイロード，及びトレイラ（光ラベル）をこの順番で含むものとなり，パケットが可変長のものであっても復号化できるので好ましい。

モード同期レーザダイオード（６）の出力光を第１の電気光変換器（７）へ入射する。一方，第１のパスルパターン生成器の出力信号を第１の電気光変換器（７）へ印加する。第１のパスルパターン生成器のパルス周期として，１０ピコ秒から１０００ピコ秒があげられる。そして，一つの光信号に含まれるパルスの数として１０００〜１００００があげられ，好ましくは２０００〜６０００である。具体的なパルスとして，１００ピコ秒ｘ４０００秒があげられる。なお，第１のパスルパターン生成器の信号は，増幅器（２２）によって増幅されてから，第１の電気光変換器（７）へ印加されてもよい。このようにして，第１のパスルパターン生成器のパルスパターンを反映した光信号が，第１の電気光変換器（７）から出力されることとなる。この光信号のビットレートはたとえば，１ギガ／４０００ｂｉｔ／秒〜１００ギガ／４０００ｂｉｔ／秒があげられ，より具体的には，１０ギガ/４０００ｂｉｔ/秒である。

このようにして生成した光信号は，第１の光サーキュレータ（８）の第１のポート（ＥＯＭ７と光サーキュレータ８とをつなぐポート）に入射する。そして，その光信号は，第１の光サーキュレータ（８）の第２のポート（ＦＢＧ９と光サーキュレータ８とをつなぐポート）から出力される。このようにして，光信号が第１の光ファイバグレーティング（９）に伝えられる。なお，光サーキュレータは，公知のものを適宜利用できる。光ファイバグレーティングは，公知のものを適宜利用できる。

光ファイバグレーティングは，たとえば，実質的に同一のブラッグ周波数又はブラッグ波長を有するｐ個の均一ピッチグレーティングの各々が位相シフトを介して直列に結合して形成された構成を有しているものがあげられる。例えば，光ファイバのコアの屈折率を周期的に変化させることにより光ファイバ中に複数の均一ピッチブラッグ回折格子が形成された位相シフト・ファイバグレーティングとして構成されてもよい。

具体的な光ファイバグレーティングとして，特開平9-005544号公報に記載された「コアとクラッドとの屈折率差を０.０１５〜０.０３にし，前記コアの径を４μｍ〜６μｍにしたステップ型プロファイルの光ファイバに形成した光ファイバグレーティングであって、前記コア部分において紫外レーザ光によって長さ方向に屈折率を周期的に変化させ、さらに、その周期自体が長さ方向に変化するようにしたことを特徴とする光ファイバグレーティング」，特開平10-288715号公報に記載された「偏波面保存ファイバにグレーティング部を形成したことを特徴とする２波長阻止型光ファイバグレーティング」，特開平11-119041号公報に記載された「石英系の光ファイバの長手方向の所定範囲における少なくともコア領域を含む一定領域に長周期屈折率変調が形成された光ファイバグレーティング であって、前記一定領域にＧｅＯ_２ およびＦ元素が共に添加されている、ことを特徴とする光ファイバグレーティング」，特開2000-249851号公報に記載された「光ファイバの長さ方向に、コアの屈折率の周期的な変化を形成してなる長周期光ファイバグレーティング において、コアの屈折率の周期的な変化の周期に位相シフトが導入されていることを特徴とする長周期光ファイバグレーティング」，特開2002-243957号公報に記載された「光ファイバのコアに、その長さ方向にそって２０〜８０μｍのグレーティングピッチで摂動を形成した放射型のグレーティング部を備えていることを特徴とする光ファイバグレーティング」，特開2003-050322号公報に記載された「光ファイバの長手方向にそって周期的に屈折率変化を持たせて回折格子を形成し、この回折格子の格子ベクトルが光ファイバの長手方向に対して傾斜角度を持つようにしてファイバグレーティング部が形成されたスラント型短周期光ファイバグレーティング において、クラッドの最外郭直径を１２５μｍより大きくすることにより、透過スペクトルのリップルの発生を抑制したことを特徴とするスラント型短周期光ファイバグレーティング」などがあげられる。

なお，光ファイバグレーティングは，ＰＬＣ（プレナー光波回路）上に設けられてもよい。このような光ファイバグレーティングは，たとえば，光導波路と光導波路に光学的に結合された多点位相シフト構造を具備するものがあげられる。より具体的には，平面光導波路と，当該平面光導波路に設けられた複数の均一ピッチブラッグ回折格子とを具備するプレナー構造多点位相シフト・グレーティングがあげられる。

光ファイバグレーティング（９）に伝えられた光信号は，光ファイバグレーティングの様々な部位において反射される。これにより光信号は，光符号となる。

第１の光ファイバグレーティングにおいて反射された光信号は，第１の光サーキュレータ（８）の第２のポートに入射する。そして，第１の光サーキュレータ（８）の第３のポート（合波器４と光サーキュレータ８とをつなぐポート）から出力される。

この第１の光サーキュレータ（８）の第３のポートから出力された光符号は，光ラベルとして機能する。すなわち，上記のようにすれば光ラベルを生成できる。

モード同期レーザダイオード（６）の出力光を第２の電気光変換器（１７）へ入射する。一方，第２のパスルパターン生成器の出力信号を第２の電気光変換器（１７）へ印加する。第２のパスルパターン生成器のパルス周期として，１０ピコ秒〜１０００ピコ秒があげられ，具体的には１００ピコ秒があげられる。なお，第２のパスルパターン生成器の信号は，増幅器（２３）によって増幅されてから，第２の電気光変換器（１７）へ印加されてもよい。このようにして，第２のパスルパターン生成器のパルスパターンを反映した光信号が，第２の電気光変換器（１７）から出力されることとなる。この光信号のビットレートはたとえば，１ギガｂｉｔ／秒〜１００ギガｂｉｔ/秒があげられ，具体的には１０ギガ ｂｉｔ/ｓである。

生成した光信号は，第２の光サーキュレータ（１８）の第１のポート（ＥＯＭ１７と光サーキュレータ１８とをつなぐポート）に入射する。そして，その光信号は，第２の光サーキュレータ（１８）の第２のポート（ＦＢＧ９と光サーキュレータ１８とをつなぐポート）から出力される。このようにして，光信号が第２の光ファイバグレーティング（１９）に伝えられる。なお，光サーキュレータは，公知のものを適宜利用できる。光ファイバグレーティングは，先に説明したと同様，公知のものを適宜利用できる。なお，第２の光ファイバグレーティングのチップの数を，第１の光ファイバグレーティングのチップの数と異ならせることは，本発明の好ましい実施態様である。このようにすることで，光ラベルと光符号化ペイロードデータを物理的に識別できるようにすることができる。

光ファイバグレーティング（１９）に伝えられた光信号は，光ファイバグレーティングに様々な部位において反射される。これにより光信号は，光符号化信号となる。

第２の光ファイバグレーティングにおいて反射された光信号は，第２の光サーキュレータ（１８）の第２のポートに入射する。そして，第２１の光サーキュレータ（１８）の第３のポート（合波器４と光サーキュレータ１８とをつなぐポート）から出力される。

この第２の光サーキュレータ（１８）の第３のポートから出力された光信号は遅延器２０により所定の遅延が付加される。ここで遅延を与えるのは，後に合波されるラベル部が合波器に到達した後に光ペイロードデータ部が到達するようにするためである。したがって，遅延時間として，１００ｐｓ〜１０００ｐｓがあげられ，好ましくは６５０ｐｓである。なお，遅延器は，例えば，光ファイバの長さなどの光路の長さを調整することにより容易に得ることができる。

このようにして得られた光信号は，光符号分割多重における相手に伝える情報であるペイロードデータ部に相当する。このようにして，光符号化ペイロードデータ信号を生成できる。

次に，カプラなどの合波器（４）によって，光ラベル生成工程で生成した光ラベルと，光ペイロード生成工程で生成した光ペイロードとが合波される。これにより，光ラベル部と光符号化ペイロードデータ部とを有する光符号化パケット信号を得ることができる。なお，このようにして得られた光符号化パケット信号の光ペイロード部は，それ自体が光符号分割多重信号であり，アドレス情報を有する信号として使用できる。したがって，本発明によれば，光ラベル部に含めるアドレス情報の一部を光ペイロード部にも持たせることができるので，独立にデータ配信が可能な宛先を多くすることができる。

次に，先に説明した光符号化パケット生成装置（１）を送信部として用いる光符号化パケット通信システムについて説明する。図２は，そのようなシステムの一例を示すブロック図である。図２の要素のうち，図１にも存在するものは同じ符号をつけてある。図２に示されるように，このシステムは，符号部である先に説明した光符号化パケット生成装置（１）と，光パケットスイッチ部（３０）と復号部（３１）とを有する。そして，光パケットスイッチ部（３０）は，光信号を分波するカプラなどの光分波器（３２）と，光分波器（３２）により分波された一方の光を光ファイバグレーティングに伝え，光ファイバグレーティングからの光を光検出器につたえるための光サーキュレータ（３３）と，光ラベルを分析するための光ファイバグレーティング（３４）と，光ファイバグレーティングによって反射された光が光サーキュレータを介して入力されるることにより光ラベルを分析する光検出器（３５）とを具備する。なお，図２中，符号３６は光ファイバなどの伝送路を示し，符号３７は任意の光増幅器を示し，符号３８は遅延器を示し，符号３９は光スイッチを示す。

また，復号部（３１）は，ペイロード部に相当する光パケット信号が入力され，光ファイバグレーティングからの反射光が入力される光サーキュレータ（４１）と，光サーキュレータからの出力光が入力する光ファイバグレーティング（４２）と，光ファイバグレーティングの反射光が光サーキュレータを介して入力される光検出器（４３）とを具備する。なお，図中，符号４４は，ビット・エラー・レイト・テスタを示す。なお，本発明のシステムでは，たとえば，光ラベル部と光ペイロード部とが同じ方式により符合化されるので，復号部は，しきい値処理部を有し，適切なしきい値に調整可能として，光ラベル部と光ペイロード部とを分離するものが好ましい。

以下，このシステムの動作について説明する。光符号化パケット生成装置（１）により符号化された光信号は，光ラベル部（５１）と光ペイロード部（５２）とを含む光パケット信号である。この光は，ファイバなどの伝送路（３６）を通じて，光パケットスイッチ部（３０）と復号部（３１）とに伝えられる。まず，光パケットスイッチ部（３０）の分波器（３２）によって，強度分離される。分離された光信号は，光サーキュレータ（３３）を介して光ファイバグレーティング（３４）に入射する。すると，光ラベル部と光ペイロード部とが有していたアドレス情報に応じて反射が行われる。このようにして反射した光は，光サーキュレータ（３３）を介して光検出器（３５）に入射する。そして，光検出器（３５）によって検出され，そのアドレス情報が把握される。把握されたアドレス情報は，任意で増幅器（３７）によって増幅された電圧信号として光スイッチ（３９）に伝えられる。なお，光スイッチ（３９）としては，電気制御の光スイッチが好ましい。また，光スイッチ（３９）としては，出力ポートが１つのものでもよいが，好ましくは複数の出力ポートを有する１×Ｎ光スイッチである。光ラベル部（５１）と光ペイロード部（５２）とは，そのビットレートが異なっているので，光ファイバグレーティング（３４）により，容易に識別できる。一方，分波器（３２）によって分離されたもう一方の光パケット信号は，遅延器（３８）を通過して光スイッチ（３９）に入射する。また，光スイッチ（３９）に入力されたアドレス情報にしたがって，分離された光パケットが所定の復号器へと転送される。復号器（３１）へ転送されたペイロード部（５２）は，光サーキュレータ（４１）を介して，光ファイバグレーティング（４２）へ伝えられ，その情報に応じて反射される。反射された光は，光サーキュレータ（４１）を介して，光検出器（４３）へと入射され，光検出器により電気信号に変換される際に，光ペイロード部の情報が読み出される。このようにして，光符号化パケット生成装置（１）によって符号化された情報が，所定のアドレスにおける復号器によって復号化され読み出されることとなる。

図３は，本発明のシステムを利用する例を示す概念図である。図３は，第１のネットワーク（６１）からの光符号分割多重信号を，第２のネットワーク（６２）で受け取り，それを第３のネットワーク（６３）に転送する例である。それぞれのネットワークには，ノード（６４〜６７）が設けられている。第１のネットワーク（６１）に伝えられた光パケット（６８）は，３１個のチップにより光符号化された光パケット信号である。そして，その信号は，ノード（６４）により，そのアドレス情報が付与され，第２のネットワーク（６２）に転送される。第２のネットワークのノード（６５）では，３1個のチップにより符号化した光ペイロード部（５２）と１６個のチップにより符号化した光ラベル部（５３）とを有する光パケット信号（６９）に変換される。そして，その光パケット信号は，光符号分割多重信号であるペイロード部はそのままに，付与された光ラベルのアドレス情報を分析し，適切なノード（６６）へと転送する。ノード（６６）では，情報を伝える第３のネットワークにおいて，情報を復号化できるように，通常の光符号分割多重信号へと変換し，第３のネットワークのノード（６７）へと光符号分割多重信号を伝える。このようにして正しいアドレスへ伝えられた光パケット信号は，復号化され情報が読み出されることとなる。

図３に基づいて，より詳細に，本発明のシステムを利用する例を説明する。なお，図３において，３１−チップＯＣ（optical code:光符号）は，３１個のパルスで記述された光符号を意味する。１６−チップラベルは，１６個のパルスで記述された光符号ラベルを意味する。ＯＰＳネットワークのＯＰＳ（optical packet switching）は，光パケットスイッチ（Optical packet switch）を意味する。第１のネットワーク（６１）のノード（６４）には，符号化ＯＣＤＭ信号（６８）が伝えられる。このＯＣＤＭ信号は，通常は連続データであって，ＯＣＤＭ信号内の各符号により規定される独立の光符号パスを交換する，光パス交換ネットワークとして，送信ノードから受信ノードまでデータ信号が伝えられる。その為，（６２）のような光パケットネットワークを介して，ＯＣＤＭ信号を送受信することは単純には不可能である。その為，第１のネットワーク（６１）において，ＯＣＤＭ信号を適当な長さの光符号分割多重パケットとして加工し，ノード（６４）において光ラベルを付与し，光パケットスイッチネットワーク（６２）を介してパケット転送し，別のＯＣＤＭネットワーク(６３)に送信する。別のＯＣＤＭネットワーク(63)においては，ノード（６７）において，光ラベルを除去し，ぺーロードデータをＯＣＤＭ信号に戻して，目的とする受信装置までデータを配信する。このようにして，ＯＣＤＭデータを，光パケットネットワークを介して配信する事が可能となる。
また，本方式においては，長いペイロードデータをＯＣＤＭにより短いパケットにしているため，ネットワークの粒度を増すことができ，強いてはネットワークのスケーラビリティーを向上可能となる。
さらに，本方式では符号化されたペイロードデータそのものがパケットの光ラベルとは独立のアドレスを持つことができるため，ネットワークとして扱える独立したアドレス数を増加できるメリットがある。

なお，これまでは光ペイロード部を生成するために一つの生成装置を用いるものについて説明したが，二つ以上の光符号化ペイロードデータ生成装置を有するシステムにおいて応用できる。すなわち，本発明の別の実施態様は，それぞれ異なる符号を用いる複数の光符号化ペイロードデータ生成装置を有し，それら複数の光符号化ペイロードデータ生成装置から出力される複数の光符号化ペイロードデータ信号を光合波器で合波することにより，光符号分割多重信号を作り出す光符号化パケット生成装置と，上記に記載の光ラベル生成器と，前記光ラベル生成器によって生成された光ラベル信号と，前記光符号化パケット生成装置で生成された光符号分割多重信号とを合波し，光ラベル部と光符号分割多重信号部とを含む光信号を生成する合波部を具備する；光符号分割多重パケット生成装置である。

各光符号化ペイロードデータ生成装置の構成や，動作は先にペイロード信号の生成について，説明したとおりである。また，生成されたペイロードデータは，たとえば所定の遅延を与えられた後，合波されてもよい。さらに，ラベル部とペイロードデータ信号とが合波されて光ラベル部と光符号分割多重信号部とを含む光信号が生成される。より具体的には，複数の光符号化ペイロードデータ生成装置を用いて，それぞれ異なる符号を有する光符号化ペイロードデータを生成し，合波することにより，光符号分割多重信号を作り出す工程と，前記光ラベル生成器によって光ラベル信号を生成する工程と，前記光ラベル生成器によって生成された光ラベル信号と，前記光符号化パケット生成装置で生成された光符号分割多重信号とを合波し，光ラベル部と光符号分割多重信号部とを含む光信号を生成する工程とを含む工程により，光符号分割多重パケット信号を得ることができる。

図４は，実施例１における光符号分割多重パケット通信システムの構成例を示す図である。図４において，ＰＰＧは，パスルパターン生成器（ジェネレータ）を示す。ＭＬＬＤは，モード同期レーザダイオードを示す。ＥＯＭは，電気光変換器を示す。ＦＢＧは，光ファイバグレーティングを示す。ＰＤは，光検出器を示す。この実施例において，光サーキュレータ，光ファイバグレーティング及びこれらを連結する導波路は，ＰＬＣ（プレナー光波回路）として構成されている。

なおこの実施例において，各構成要素には，基本的には先に説明したと同様の符号を付してある。

ＭＬＬＤ（６）の出力光は，カプラ（２４）で分波され，ＰＰＧ１及びＰＰＧ２により変調を受けたＥＯＭ（７）及びＥＯＭ（８）に入射し変調を受ける。ＭＬＬＤの出力光は，１０ＧＨｚでパルス幅は２ｐｓとした。ラベル生成器のＦＢＧにより符号化されラベルを生成した。このラベルは継続時間がおよそ６５０ｐｓであった。一方，パケット生成器によりペイロード信号を生成した。このペイロード信号の継続時間はおよそ７８０ｐｓであった。ペイロード信号は，可変ディレイラインにより６５０ｐｓ程度遅延された後，カプラ４にてラベル信号と合波した。このようにして，光符号化パケット信号を生成した。

このようにして生成した光符号分割多重信号について，ラベル解析部であるＯＰＳユニット（３０）において，そのアドレスを分析した。ＯＰＳユニットにおける，光ラベルの解析は入力される光ラベルと，ＯＰＳユニット内のＦＢＧとの間で，光相関処理が行われ，光ラベルの符号パターンと，ＯＰＳユニット内ＦＢＧの符号パターンが一致すれば，高いピークを有する信号が出力され，一致しなければノイズだけが出力される。この出力信号を閾値処理することによりマッチドフィルタリングが行われ，ラベルの認識処理が実現する。このマッチドフィルタリングにより得られた識別信号は，制御装置を介して光スイッチを駆動し，光パケットを所望のポートへ振り分ける。
また復号部であるＯＣＤＭ受信器（３１）においても，上記ＯＰＳユニットにおける，光ラベルの解析部と同様の処理が行われ，ペイロード信号が分析され，これにより復号化される。

図４の各点における光スペクトルを測定した。図５は，図４のＡ点における光信号の光スペクトルを測定したオシロスコープの測定図である。図６は，図４のＢ点における光信号の光スペクトルを測定したオシロスコープの測定図である。図７は，図４のＣ点における光信号の光スペクトルを測定したオシロスコープの測定図である。図８は，図４のＤ点における光信号の光スペクトルを測定したオシロスコープの測定図である。図９は，図４のＦ点における光信号の光スペクトルを測定したオシロスコープの測定図である。図１０は，図４のＧ点における光信号の光スペクトルを測定したオシロスコープの測定図である。なお，図４のＥ点においては，光スペクトルが観測されなかった。

図５〜図１０により，本実施例のシステムによれば，光信号を適切に生成できることがわかる。また，光ラベル部のみを分離して，光情報を取り出すことができることが実証された。

図11は，実施例2における実験系を示す図である。モード同期レーザダイオードの出力光は，波長1554.13nm，パルス周期10GHzとした。この出力光は，カプラによりラベル生成部とペイロード生成部とへ分かれて伝えられる。そして，ラヘ゛ル符号器は，16-チップの25Gchip/sPLCを使用した。また，OCDMA符号器として，31-チップ，40Gchip/sのスーパーストラクチャー・ファイバ・グラック・グレーティングを使用した。なお，図11に示されるように，この例では光ラベルとしてヘッダと共にトレイラを生成した。図中，MLLDは，モード同期レーザダイオードを示す。ＢＰＦは，バンドパスフィルタを示す。ＰＰＧは，パルスパターンジェネレータを示す。ＥＯＭは，電気光学効果を用いた変調器を示す。ＰＣは偏光調整器を示す。Label generationはラベル生成部を示す。Label durationは，ラベルの持続時間を示す。Tunable PLC encoderは，変調可能なPLC符号器を示す。Payload generationはペイロード生成部を示す。Delayは，遅延器（可変遅延器）を示す。ATTは減衰器（自動強度調整器）を示す。Headerはヘッダ，Packetはパケット，Trailerはトレイラを示す。Label recognizerはラベル識別部を示す。Gate signal generatorはゲート信号生成部を示す。ODLは光遅延線を示す。Switchは，（リチウムナイオベート）光スイッチを示す。Photo detectorは，光検出器を示す。Clock recoveryはクロックリカバリー回路を示す。LPFはローパスフィルタを示す。EDFAは，エルビウム添加光ファイバ増幅器を示す。RF amplifierは，電気信号（ラジオ周波数信号）の増幅器を示す。

図12は，符号化されたパケットの波形を示すグラフである。図12(a)は，実施例2において符合化されたラベルの波形を示すグラフである。図12(a)に示されるように，このラベルの継続時間は，およそ643psであった。2つの符合化されたOCDMA信号を合波し，OCDMAトラヒックを作成した。なお，この2つの符号は，31-チップのBPSKゴールドコートにより選択された。

図12(b)は，合波後のペイロードOCDMAトラヒックの波形と，2台のOCDMA符号器の符合化された波形を示すグラフである。符合化された信号の継続時間は779psであった。データ率は1.25Gbit/sであった。ペイロードデータの波形の不鮮明さは，マルチプルアクセスインターフェアレンス（MAI）及び合波した2つの信号間のビート音に起因する。

図12(c)は，符号化されたパケットの波形を示すグラフである。図12(c)に示されるように，光ラベルとペイロードデータとを正しく組合わせることによって，光パケットが生成される。ペイロードデータは，400ps持続し，（約500ビットの2⁷-1PRBSパターンを含む）ガード時間は10nsであった。OPSユニットでは，ラベル認証にラベルAの反転した位相パターンの16チップスーパーストラクチャー・ファイバ・ブラッグ・グレーティングを使用した。

図13は，復号化後の波形を示すグラフである。図13(a)は，ラベル復号器を通過した後のパケットの波形を示すグラフである。図13(a)において，上の線と下の線は，それぞれパケットAとパケットBとに対応する線である。また，ラベルの自己／相互相関関係図も同図中に示す。図13(a)の自己相関図には，はっきりしたピークがみられ，自己／相互相関図間のハイコントラスト率が，OC-ラベル生成に対し，PLC符号器とスーパーストラクチャー・ファイバ・グラッグ。グレーティング復号器をともに使って正常に稼動することを証明している。また，復号化したラベルを，ゲートシグナルを生成するためと，ラベル消滅に加えてパケットルーティングのためのリチウムナイオベートスイッチを駆動するために用いた。

図13(b)は，ゲート信号（上部）と正常なペイロードデータ（下部）の波形を示すグラフである。レシーバーでは，パケットレシーバーに入る前に，OCDMAペイロードをさらに31チップスーパーストラクチャー・ファイバ・ブラッグ・グレーティング復号器で復号化した。

図13(c)は，復号化した信号と復号器1との自己相関図（上部）及び相互相関図（下部）を示すグラフである。１目盛は１００ｐｓである。図13(c)に示されるように，実施例2においては，ハイコントラスト率を得られるようにシステムを設計した。

図13(d)は，OCDMA復号器を通過した後のペイロードデータの波形を示すグラフである。１目盛は２ｎｓである。なお図13(d)中には，そのアイパターンも示した。

図14は，1人又は2人ユーザ使用時のペイロードデータのBERを測定したグラフである。図14に示されるように，実施例2のシステムによって，エラーフリー転送（＜10^-12）が達成された。バックトゥバック（B to B）のケースと比べると，約1.5dBパワーペナルティがOPSスイッチの後のデータで測定された。ユーザが2人の場合，シングルユーザの場合と比べて約3dBパワーペナルティが計測された。これは主にMAIとビートノイズに起因するものと考えられる。これらのノイズが発生する理由は，ゲートシグナルが不安定であることも一因である。すなわち，ラベルとペイロードの比率は安定したルーティング信号を得るためには比較的高い（本実施例では4以上）であることが望ましい。OCDMAの場合と同様，光しきい値処理を施すことにより，システムのパフォーマンスが明確に向上した。

本発明の光符号分割多重パケット通信システムは，光パケット通信における符号器などとして好適に利用されうる。

図１は，本発明の光符号化パケット生成装置を説明するためのブロック図である。 図２は，光符号化パケット生成装置（１）を符号部として用いる光符号化パケット生成装置通信システムの一例を示すブロック図である。 図３は，本発明のシステムを利用する例を示す概念図である。 図４は，実施例１における光符号分割多重通信システムの構成例を示す図である。 図５は，図４のＡ点における光信号の光スペクトルを測定したオシロスコープの測定図である。 図６は，図４のＢ点における光信号の光スペクトルを測定したオシロスコープの測定図である。 図７は，図４のＣ点における光信号の光スペクトルを測定したオシロスコープの測定図である。 図８は，図４のＤ点における光信号の光スペクトルを測定したオシロスコープの測定図である。 図９は，図４のＦ点における光信号の光スペクトルを測定したオシロスコープの測定図である。 図１０は，図４のＧ点における光信号の光スペクトルを測定したオシロスコープの測定図である。 図11は，実施例2における実験系を示す図である。 図12は，符号化されたパケットの波形を示すグラフである。図12(a)は，実施例2において符合化されたラベルの波形を示すグラフである。図12(b)は，合波後のペイロードOCDMAトラヒックの波形と，2台のOCDMA符号器の符合化された波形を示すグラフである。図12(c)は，符号化されたパケットの波形を示すグラフである。 図13は，復号化後の波形を示すグラフである。図13(a)は，ラベル復号器を通過した後のパケットの波形を示すグラフである。図13(b)は，ゲート信号（上部）と正常なペイロードデータ（下部）の波形を示すグラフである。図13(c)は，復号化した信号と復号器1との自己相関図（上部）及び相互相関図（下部）を示すグラフである。図13(d)は，OCDMA復号器を通過した後のペイロードデータの波形を示すグラフである。 図14は，1人又は2人ユーザ使用時のペイロードデータのBERを測定したグラフである。

符号の説明

１ 本発明の光符号化パケット生成装置
２ 光ラベル生成器
３ 光ペイロード生成器
４ 合波部
５ 第１のパスルパターン生成器
６ モード同期レーザダイオード（６）
７ 第１の電気光変換器
８ 第１の光サーキュレータ
９ 第１の光ファイバグレーティング
１５ 第２のパスルパターン生成器
１７ 第２の電気光変換器
１８ 第２の光サーキュレータ
１９ 第２の光ファイバグレーティング
２０ 遅延器
２１ 交流電源
２２，２３ 増幅器
２４ カプラ
３０ ラベル解析部
３１ 復号部
３２ 光分波器
３３ 光サーキュレータ
３４ 光ファイバグレーティング
３５ 光検出器
３６ 伝送路
３７ 光増幅器
３８ 遅延器
３９ 光スイッチ
４１ 光サーキュレータ
４２ 光ファイバグレーティング
４３ 光検出器
５１ 光ラベル部
５２ 光ペイロード部
６１ 第１のネットワーク
６２ 第２のネットワーク
６３ 第３のネットワーク
６４〜６７ ノード
６８〜７０ 光パケット信号

Claims (14)

1. 第１のパスルパターン生成器(5)と，モード同期レーザダイオード(6)の出力光が入射するとともに前記第１のパスルパターン生成器の出力信号が入力され前記第１のパルスパターン生成器のパルスパターンを反映した光信号が出力される第１の電気光変換器(7)と，前記第１の電気光変換器からの出力光が入力される第１の光サーキュレータ(8)と，前記第１の光サーキュレータに入力した光が伝えられる第１の光ファイバグレーティング(9)と，を具備する光ラベル生成器(2)と；
   第２のパスルパターン生成器(15)と，前記モード同期レーザダイオード(6)の出力光が入射するとともに前記第２のパスルパターン生成器(15)の出力信号が入力され前記第２のパルスパターン生成器のパルスパターンを反映した光信号が出力される第２の電気光変換器(17)と，前記第２の電気光変換器からの出力光が入力される第２の光サーキュレータ(18)と，前記第２の光サーキュレータに入力した光が伝えられる第２の光ファイバグレーティング(19)と，前記第２の光サーキュレータの後方，または前記第２の電気光変換器と第２の光サーキュレータとの間におかれた遅延器(20)と，を具備する光符号化ペイロードデータ生成器(4)と；
   前記光ラベル生成器によって生成された光ラベル信号と，前記光ペイロード生成器で生成された光ペイロード信号とを合波する合波部(4)を具備し，
   これにより，光ラベル部と光ペイロード部とを含む光符号化パケット信号を生成する
   光符号化パケット生成装置。
   
   
2. 前記光ラベル信号のビットレートと前記光ペイロード信号のビットレートとが，異なる請求項１に記載の光符号化パケット生成装置。
3. 前記第１の光ファイバグレーティング(9)及び第２の光ファイバグレーティング(19)のいずれか又は両方は，プレナー光波回路により構成される請求項１に記載の光符号化パケット生成装置。
4. 前記第１の光ファイバグレーティング(9)及び第２の光ファイバグレーティング(19)のいずれか又は両方は，光導波路と光導波路に光学的に結合された多点位相シフト構造を具備するプレナー光波回路により構成される請求項１に記載の光符号化パケット生成装置。
5. 前記遅延器は，前記光ラベル信号の長さにあわせて，前記ペイロード信号に遅延を与えるものである請求項１に記載の光符号化パケット生成装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光符号化パケット生成装置を送信部として用いる光符号化パケット通信システム。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光符号化パケット生成装置を用いた光符号化パケット信号の生成方法であって，
   前記モード同期レーザダイオード(6)の出力光を前記第１の電気光変換器(7)へ入射させるとともに，前記第１のパスルパターン生成器(5)の出力信号を前記第１の電気光変換器(7)へ印加することによりパルスパターンを反映した光信号を生成する工程と，
   前記の工程で生成した光信号が前記第１の光サーキュレータ(8)に入射する工程と，
   前記の光信号が前記第１の光サーキュレータ(8)から出力され前記第１の光ファイバグレーティング(9)に伝えられる工程と，
   前記の光信号が前記第１の光ファイバグレーティング(9)において反射され前記第１の光サーキュレータ(8)に入射する工程と，
   前記の光信号が前記第１の光サーキュレータ(9)から出力される工程と，を含む工程により光ラベル信号を生成する光ラベル信号生成工程と；
   前記モード同期レーザダイオード(6)の出力光を前記第２の電気光変換器(17)へ入射させるとともに，前記第２のパスルパターン生成器(15)の出力信号を前記第２の電気光変換器(17)へ印加することによりパルスパターンを反映した光信号を生成する工程と，
   前記の工程で生成した光信号が前記第２の光サーキュレータ(18)に入射する工程と，
   前記の光信号が前記第２の光サーキュレータ(18)から出力され前記第２の光ファイバグレーティング(19)に伝えられる工程と，
   前記の光信号が前記第２の光ファイバグレーティング(19)において反射され前記第２の光サーキュレータ(18)に入射する工程と，
   前記の光信号が前記第２の光サーキュレータ(18)から出力される工程と，
   前記光信号に前記ラベル信号に対応した遅延を与える工程と，を含む工程により，前記ラベル信号に対応した遅延を有する光ペイロード信号を生成する光ペイロード信号生成工程と，
   前記光ラベル信号生成工程で生成した光ラベル信号と前記光ペイロード信号生成工程で生成した光ペイロード信号とを合波することにより光符号化パケット信号を得る光符号化パケット信号の生成方法。
8. 請求項１に記載の光符号化パケット生成装置において，
   それぞれ異なる符号を用いる複数の光符号化ペイロードデータ生成装置を有し，それら複数の光符号化ペイロードデータ生成装置から出力される複数の光符号化ペイロードデータ信号を光合波器で合波することにより，光符号分割多重信号を作り出す光符号化パケット生成装置と，
   請求項１に記載の光ラベル生成器と，
   前記光ラベル生成器によって生成された光ラベル信号と，前記光符号化パケット生成装置で生成された光符号分割多重信号とを合波し，光ラベル部と光符号分割多重信号部とを含む光信号を生成する合波部を具備する；光符号分割多重パケット生成装置。
9. 前記光ラベル信号のビットレートと前記光ペイロード信号のビットレートとが，異なる請求項８に記載の光符号化パケット生成装置。
10. 前記第１の光ファイバグレーティング(9)及び第２の光ファイバグレーティング(19)のいずれか又は両方は，プレナー光波回路により構成される請求項８に記載の光符号化パケット生成装置。
11. 前記第１の光ファイバグレーティング(9)及び第２の光ファイバグレーティング(19)のいずれか又は両方は，光導波路と光導波路に光学的に結合された多点位相シフト構造を具備するプレナー光波回路により構成される請求項８に記載の光符号化パケット生成装置。
12. 前記遅延器は，前記光ラベル信号の長さにあわせて，前記ペイロード信号に遅延を与えるものである請求項８に記載の光符号化パケット生成装置。
13. 請求項８〜請求項１２のいずれかに記載の光符号化パケット生成装置を送信部として用いる光符号化パケット通信システム。
14. 請求項８に記載の光符号化パケット生成装置を用いた光符号化パケット信号の生成方法であって，
    複数の光符号化ペイロードデータ生成装置を用いて，それぞれ異なる符号を有する光符号化ペイロードデータを生成し，合波することにより，光符号分割多重信号を作り出す工程と，
    前記光ラベル生成器によって光ラベル信号を生成する工程と，
    前記光ラベル生成器によって生成された光ラベル信号と，前記光符号化パケット生成装置で生成された光符号分割多重信号とを合波し，光ラベル部と光符号分割多重信号部とを含む光信号を生成する工程と，
    を含む光符号分割多重パケット信号の生成方法。