JP4655904B2 - 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

この発明は、光通信装置に関し、特に、光符号分割多重（OCDM: Optical Code Division Multiplexing）送受信装置における、受信誤り率を低減するための手段に関する。
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毎秒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においては課せられる1ビット当たりに割り当てられる時間軸上の制限が、OCDMにおいては課せられ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ンネルごとに異なる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符号を用いて復号化して元の光パルス信号に戻すという手法を用いる光多重技術である。
復号時には、符号が合致する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、複数の通信チャンネルに割り当てることが可能となる。また光符号器には、超格子構造ファイバブラッググレーティング（SSFBG: Super-structured 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ン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及び非特許文献1参照。）に係る発明である。
この発明の光符号分割多重送受信方法及びこの方法を実現する装置の特長を説明するために、まず時間拡散波長ホッピング符号を用いるOCDMによる符号化及び復号化の過程について図1を参照して説明する。図1は、光符号分割多重送受信装置（以後、「OCDM送受信装置」ということもある。）の概略的ブロック構成図である。図1は、符号化及び復号化の過程についての説明に特化するために、OCDM送受信装置の1チャンネル分についてのみ示してある。
図1を含めて以後示す図面においては、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す。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。また、経路とこの経路を伝播する信号とを区別して表現しなければならない場合には、経路に番号を付して経路そのものを示す他、この経路に沿った矢印を書き入れてこの矢印に番号を付してこの経路を伝播する信号を示す場合もある。
OCDM装置は、送信部10と受信部20とが伝送路28で結合されて構成される。伝送路28は光ファイバである。送信部10は、光源12、光パルス列生成器14、光変調器16及び符号器18を具えている。また、受信部20は、復号器22、光電変換器24及び受信器26を具えている。送信部10では、符号化された光パルス信号が生成されて受信部20に送信される。受信部20では、符号化された光パルス信号を受信して復号化して送信された光パルス信号を再生し、送られてきた情報が認識される。
光源12は、多波長の連続波光源である。ここでは、説明の便宜上光源12が、異なる波長λ1、λ2及びλ3の波長成分を含む連続波（CW：Continuous Wave）光を出力する光源であるものとして説明する。しかし、一般的に光パルスに含まれる波長の種類は3種類に限らず、2種類でもまた、4種類以上含んでいる場合でも、以下の説明は同様に成立する。以後の説明において、CW光を出力する光源をCW光源ということもある。
光源12から出力されたCW光13は、光パルス列生成器14に入力されて光パルス列15が生成されて出力される。光パルス列生成器14には、電気クロック信号発生器78から電気クロック信号が供給されており、これによって、電気クロック信号に同期した光パルス列15が生成される。
光パルス列15は、光変調器16に入力されてRZ（Return-to-Zero）フォーマットで強度変調されて光パルス信号17が生成されて出力される。光変調器16には、送信信号発生器88から送信信号が供給されており、これによって、光パルス列15が光パルス信号17に変換される。従って、光パルス信号17は、送信信号発生器88が光変調器16に供給する2値デジタル電気信号が反映された光パルス信号である。
以後、光パルス信号との表現は、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の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時間間隔で並ぶ光パルスの総体を指すものとして用いる。
光パルス信号17は、符号器18に入力されて符号化されて符号化光パルス信号19として伝送路28に送られる。符号化光パルス信号19は、伝送路28を伝播して受信部20に送られる。受信部20において、符号化光パルス信号19は、復号器22に入力されて復号化されて復号化光パルス信号23として生成されて出力される。復号器22には、符号器18に設定されている符号と同一の符号が設定されており、復号器22に入力される符号化光パルス信号19は、復号器22によって、送信時の光パルス信号17と同一の時間波形を有する復号化光パルス信号23として生成されて出力される。
復号化光パルス信号23は、光電変換器24に入力されて電気パルス信号25として生成されて受信器26に入力される。復号器22には、符号器18に設定されている符号と同一の符号が設定されているため、復号器22から出力される復号化光パルス信号23は、送信部10の光変調器16で生成された光パルス信号17の自己相関波形として生成される。すなわち、受信部20において、送信部10から送られた信号（送信信号発生器88が出力した送信信号）が受信器26において受信される。
上述のOCDM送受信装置における信号の伝送過程を、それぞれの時点における時間波形を参照して説明する。図2(A)、(B)及び(C)と、図3(A)、(B)及び(C)に、光パルス信号、符号化及び復号化の過程で得られる符号化光パルス信号の時間波形、自己相関波形及び相互相関波形を示す。図2(A)及び図3(A)は、横軸に時間を任意スケールで目盛って示し、縦軸に光強度を任意スケールで目盛って示した光パルス信号17の時間波形である。なお、図1に、図2(A)、(B)及び(C)と、図3(A)、(B)及び(C)に示す時間波形が観測される位置（白抜きの矢印で示してある。）と、その時間波形に対応する信号に対して、その信号を示す番号に括弧をつけてA、B及びCの区別を付記してある。
図2(A)及び図3(A)において、Tbとして示す周期をデータ周期という。データ周期は、光パルス信号において1ビット情報を担う光パルス一つが時間軸上で占める時間間隔をいう。一般に、nビットの光パルス信号は、時間軸上でn×Tbの時間幅を占める。
光源12が、異なる波長λ1、λ2及びλ3の波長成分を含むCW光を出力する光源であるので、光パルス列生成器14で生成される光パルス列を構成する光パルスは中心波長λ1、λ2及びλ3の波長成分を含んでいる。従って、1ビット情報を担う光パルスは、中心波長λ1、λ2及びλ3の波長成分を含んでいる。図2(A)及び図3(A)においては、このことを示すために、便宜上、異なる模様（斜線模様）を付した矩形を同一時間上に重ねて示してある。
符号化光パルス信号19の時間波形を図2(B)及び図3(B)に示す。符号器18には、特定の符号（コード1とする。）が設定されているものとして、以下説明する。光パルス信号17は、符号器18に入力されてコード1による時間拡散波長ホッピングされて符号化され、符号化光パルス信号19として出力される。光パルス信号17は、符号器によって、光パルス信号17を構成する光パルスが、中心波長がそれぞれλ1、λ2及びλ3等である光パルスに分光され、時間軸上に単一光波長光成分からなる光パルスとして配列される。この単一光波長光成分からなる光パルスは、チップパルスと呼称されることもある。図2(B)及び図3(B)において、符号化光パルス信号19としてλ1、λ2及びλ3として示す矩形でチップパルスを示している。
光パルス信号17を構成する光パルス1つ分（1ビット分）について、時間拡散波長ホッピングして符号化し、時間軸上にチップパルス列として拡散配置させるために必要とされる時間間隔を符号周期といい、図2(B)及び図3(B)において、Tcで示してある。図2(A)及び図3(A)と図2(B)及び図3(B)とにおいては、データ周期Tbと符号周期Tcとを等しく描いてあるが、データ周期Tbと符号周期Tcとは、一般的には等しくとらなくとも、OCDM送受信方法は実施可能である（例えば、非特許文献1参照）。
図2(A)及び図3(A)と図2(B)及び図3(B)とに示した時間波形は、光パルス及びチップパルスを矩形で模式的に示しているが、実際には、ガウス関数等の釣鐘型の強度波形である。そこで、データ周期Tbと符号周期Tcといった時間軸上での長さを表示する時には、矩形の時間軸上の一辺の中心を、光パルスあるいはチップパルスの時間波形の極大位置であるとして表現してある。従って、λ1、λ2及びλ3の矩形を同一時間上に積み重ねて示された隣接する光パルスの時間軸上での間隔（データ周期Tb）は、矩形で与えられる光パルスの時間軸上の一辺の中点間の間隔として表現してある。図2(B)及び図3(B)に示すチップパルスについても同様である。波長λ1のチップパルスと、波長λ3及びλ2を挟んで次に現れる波長λ1のチップパルスとの間隔も、矩形で与えられるチップパルスの時間軸上の一辺の中点間の間隔として表現してある。以後、同様に光パルス及びチップパルスの時間波形は、矩形で概念的に示してあり、これらの中心位置（極大位置）は、時間軸上の一辺の中点であるものとして示してある。
図2(C)及び図3(C)に復号器22から出力される復号化光パルス信号23の時間波形を示し、それぞれ復号器22に設定されている符号がコード1である場合とコード1とは異なる符合コード2である場合について示している。復号器22にコード1で与えられる符号を設定することによって、図2(C)に示すように、時間軸上にチップパルス列として拡散配置された符号化光パルス信号19を時間軸上に再び逆拡散して当初の光パルス信号17の時間波形と同一の時間波形の復号化光パルス信号23を得ることができる。
このように、符号器18と復号器22とに同一の符号を設定することによって得られる、当初の光パルス信号17の時間波形と同一の時間波形の復号化光パルス信号23を自己相関波形と呼ぶ。一方、符号器18と復号器22とに異なる符号が設定されている場合には、図3(C)に示すように、符号化光パルス信号19から光パルス信号17の時間波形と同一の時間波形の復号化光パルス信号23を得ることができない。このように、符号器18と復号器22とに異なる符号を設定することによって得られる、当初の光パルス信号17の時間波形と異なる時間波形の復号化光パルス信号23を相互相関波形と呼ぶ。
符号器18及び復号器22を、SSFBGを利用して構成する場合、符号器18に設置するSSFBGの格子配列と復号器22に設置するSSFBGの格子配列とを入射端に関して鏡像関係の格子配列となるようにすることで、自己相関波形が得られる。すなわち自己相関波形が得られるように符号器18及び復号器22を形成するためには、符号器18及び復号器22に設置するSSFBGを同一構造の格子配列として、SSFBGの入射端をそれぞれ互いに逆の端とすることで実現できる。
次に、上述したOCDM送受信を実現するための従来型の装置の構成及びその動作について図4及び図5を参照して説明する。図4及び図5は、それぞれ従来型のOCDM送受信装置の送信部30及び受信部90の概略的ブロック構成図である。図4及び図5においては、説明を簡潔にするために、多重するチャンネル数を2チャンネルである場合が示されているが、以下の説明は、2チャンネルの場合に限らず3チャンネル以上のチャンネルを多重することも同様に成立することは明らかである。
送信部30は図4に示すように、光パルス列生成部34、第1チャンネル36及び第2チャンネル38を具えている。
光パルス列生成部34は、多波長連続波光源32、電気クロック信号発生器134及び光パルス列生成器50を具えている。多波長光源32は、波長がそれぞれλ１、λ2、λ3及びλ4のCW光源40、42、44、46及び合波器48を具えて構成される。CW光源40、42、44及び46から出力されるCW光は、合波器48で合波されて多波長CW光49として生成されて光パルス列生成器50に入力される。光パルス列生成器50には電気クロック信号発生器134から電気クロック信号が供給されており、多波長CW光49は光パルス列生成器50において、この電気クロック信号に同期した多波長光パルス列51に変換される。すなわち、光パルス列生成部34によって多波長光パルス列51が生成されて出力される。
多波長光パルス列51は、分波器52に入力されて第1光パルス列53-1と第2光パルス列53-2とに分岐されて、それぞれ第1チャンネル36と第2チャンネル38に供給される。
第1光パルス列53-1は、光変調器54に入力されて光パルス信号55に変換されて出力され、符号器56に入力される。符号器56に入力された光パルス信号55は、符号器56によって符号化光パルス信号61-1に変換されて、合波器62に入力される。光変調器54には、第1チャンネルの送信信号である2値デジタル電気信号が送信信号発生器84から供給されており、光パルス信号55にはこの第1チャンネルの送信信号が反映されている。
一方、第2光パルス列53-2は、光変調器58に入力されて光パルス信号59に変換されて出力され、符号器60に入力される。符号器60に入力された光パルス信号59は、符号器60によって符号化光パルス信号61-2に変換されて、合波器62に入力される。光変調器58には、第2チャンネルの送信信号である2値デジタル電気信号が送信信号発生器86から供給されており、光パルス信号59にはこの第2チャンネルの送信信号が反映されている。
合波器62に入力された符号化光パルス信号61-1及び61-2は合波されて光符号分割多重信号63として生成されて受信部90に伝送される。受信部90は、図4においては破線の四角形で概念的に示してあり、その詳細は図5に示した。
図5を参照して、従来のOCDM送受信装置の受信部90の構造及びその機能について説明する。図5は、受信部90の概略的ブロック構成図である。受信部90は、分波器64と、第1チャンネル80及び第2チャンネル82を具えている。第1チャンネル80は、復号器66、時間ゲート部68及び光電変換器70を具え、第2チャンネル82は、復号器72、時間ゲート部74及び光電変換器76を具えている。
受信部90に伝送された、光符号分割多重信号63は分波器64に入力されて第1光符号分割多重信号65-1と第2光符号分割多重信号65-2とに分岐されてそれぞれ第1チャンネル80と第2チャンネル82とに供給される。
第1チャンネル80に供給された第1光符号分割多重信号65-1は、復号器66に入力されて復号化されて第1復号化光パルス信号67として生成されて出力される。第1復号化光パルス信号67は時間ゲート部68に入力されて時間ゲート処理されて第2復号化光パルス信号69として生成されて出力される。第2復号化光パルス信号69は、光電変換器70によって第1チャンネルの受信信号に変換される。
第1復号化光パルス信号67は、第1チャンネルの光パルス信号55の自己相関波形（以後「信号成分」ということもある。）と相互相関波形とが重ね合わされており、相互相関波形は自己相関波形に対して雑音成分（「干渉成分」と呼称されることもある。）となる。このため、通信エラー等を低減して受信品質を向上させるためには、この雑音成分を除去する必要がある。雑音成分を除去する手段が、時間ゲート部68において実行される時間ゲート処理である。時間ゲート処理は、雑音成分と信号成分とが復号後に時間軸上で重なり合わないように、チャンネルごとに受信のタイミングを調整する処理である。具体的には、信号成分が時間ゲート部68を通過する時間帯に時間ゲートを通過状態（オン状態）とし、雑音成分が時間ゲート部68を通過する時間帯には、時間ゲートを遮断状態（オフ状態）とすることによって、信号成分のみが時間ゲート部68を通過できるようにする処理である。この処理を経て時間ゲート部68から出力される信号が第2復号化光パルス信号69である。
一方、第2チャンネル82に供給された第2光符号分割多重信号65-2は、同様に、復号器72に入力されて復号化されて第1復号化光パルス信号73として生成されて出力される。第1復号化光パルス信号73は時間ゲート部74に入力されて時間ゲート処理されて第2復号化光パルス信号75として生成されて出力される。第2復号化光パルス信号75は、光電変換器76によって第2チャンネルの受信信号に変換される。
以上説明したように、送信部30から伝送された第1及び第2チャンネルの送信信号が受信部90において、第1及び第2チャンネルの受信信号として再生される。すなわち、送信部30から受信部90に、光符号分割多重方法によって、信号を伝送することが可能である。
図4、図5及び図6(A1)から(E2)を参照して、上述した自己相関波形及び相互相関波形と、時間ゲート処理との関係について具体的に説明する。なお、図4及び図5には、図6に示す時間波形として観測される信号に対して、その信号を示す番号に括弧をつけてA1、A2、B1、B2、C、D1、D2、E1及びE2の区別を付記してある。
まず、時間拡散波長ホッピング符号について説明する。以後の説明においては、時間拡散波長ホッピング符号を、混乱の生じない限り単に符号ということもある。一例として、16ビットの符号（λ1, 0, 0, 0, 0, λ2, 0, 0, 0, 0, λ3, 0, 0, 0, 0, λ4）を用いて説明する。ここで、符号を与える「0」「λ1」「λ2」「λ3」及び「λ4」からなる数列の項数を符号長ということもある。この例では、符号長が16である。また、符号を与える数列を符号列といい、符号列の各項「0」「λ1」「λ2」「λ3」及び「λ4」をチップということもある。そして、0及びλ1、λ2、λ3、λ4、そのものを符号値ということもある。
光符号器を構成するSSFBGは、単位FBGを複数配列して構成されており、各単位FBGはそれぞれ異なるブラッグ反射波長を有している。符号の各チップと各単位FBGとは、SSFBGの一端の入出力端から各単位FBG が配置されている位置までの距離と、符号列の各チップ「0」「λ1」「λ2」「λ3」及び「λ4」の配列順との関数として対応している。すなわち、SSFBGの入出力端から一定間隔で、各単位FBG が配置される予定位置が決められており、この予定位置に各チップ「0」「λ1」「λ2」「λ3」及び「λ4」のいずれが配置されるかによって、符号列の各チップと各単位FBGとが対応付けられる。符号値が0であるチップ「0」に対応する位置には単位FBGが存在しないことを意味し、符号値がそれぞれ「λ1」「λ2」「λ3」及び「λ4」であるチップ「λ1」「λ2」「λ3」及び「λ4」に対応する位置には、それぞれブラッグ反射波長がそれぞれλ1、λ2、λ3及びλ4である単位FBGが配置されていることを意味する。
ブラッグ反射波長がそれぞれλ1、λ2、λ3及びλ4である単位FBGといった場合、各単位FBGから反射されるブラッグ反射光のスペクトルは、それぞれλ1、λ2、λ3及びλ4である完全な単色光（スペクトル半値幅が0の光）ではなく一定の幅を有している。例えば、ブラッグ反射光の波長がλ1である単位FBGの場合、この単位FBGによって反射されるブラッグ反射光のスペクトルは、λ1の波長成分以外にλ1より僅かに波長が小さい成分及び僅かに大きい成分が含まれている。すなわち、ブラッグ反射波長がλ1の単位FBGといった場合、この単位FBGからのブラッグ反射光のスペクトルの中心波長がλ1であることを意味する。
上述の、16ビットの符号（λ1, 0, 0, 0, 0, λ2, 0, 0, 0, 0, λ3, 0, 0, 0, 0, λ4）をコード1として第1チャンネルに割り当てられた符号とし、これと異なるもう一つの16ビットの符号（0, 0, λ2, 0, 0, 0, 0, 0, λ4, λ1 ,0, 0, 0, 0, 0, λ3）をコード2として第2チャンネルに割り当てられた符号として、以下、図6(A1)から(E2)を参照しつつ、時間ゲート処理の必要性等について説明する。すなわち、
コード1＝（λ1, 0, 0, 0, 0, λ2, 0, 0, 0, 0, λ3, 0, 0, 0, 0, λ4）
コード2＝（0, 0, λ2, 0, 0, 0, 0, 0, λ4, λ1, 0, 0, 0, 0, 0, λ3）
である。
図6(A1)及び(A2)は、それぞれ第1チャンネル及び第2チャンネルの光パルス信号を構成する光パルスの内の一つについての時間波形を示している。各チャンネルの光パルス信号は複数の光パルスからなるが、光パルス信号を構成する光パルスの内の一つについて、符号化及び復号化等について説明すれば、光パルス信号を構成する他の光パルスについても同様であるので、ここでは、光パルス1つを例にとって説明する。なお、第1及び第2チャンネルに属するそれぞれの光パルスを区別しやすいように、第2チャンネルに属する光パルス及びこの光パルスを構成しているチップパルスに影を付けて示してある。図6(A1)及び(A2)に示す光パルスは、異なる波長λ1、λ2、λ3及びλ4の光成分を含んでいる。また、図6(A1)に示す光パルスは、図4に示した第1光パルス列53-1を構成する光パルスに対応し、図6(A2)に示す光パルスは、図4に示した第2光パルス列53-2を構成する光パルスに対応している。
図6(B1)及び(B2)は、図4に示した、それぞれ第1チャンネル及び第2チャンネルの符号化光パルス信号61-1及び61-2の時間波形を示している。第1チャンネルの符号器56に設定されている符号はコード1であるので、図6(B1)に示すように、コード1で与えられる順序にチップパルスが配列される。まず波長λ1のチップパルスが配列され、符号列の「0」に対応する4箇所のタイムスロットは、チップパルスが存在しない空白となっており、続いて波長λ2のチップパルスが配列される。同様に波長λ3及びλ4のチップパルスが、それぞれ相当するタイムスロットに配置されている。
同様に、第2チャンネルの符号器60に設定されている符号はコード2であるので、図6(B2)に示すように、コード2で与えられる順序にチップパルスが、上述の第1チャンネルのチップパルス同様に配列されている。
図6(C)は、光符号分割多重信号63の時間波形を示している。図6(C)に示す時間波形は、図6(B1)及び(B2)に示す第1チャンネル及び第2チャンネルの符号化光パルス信号61-1及び61-2の時間波形を加え合わせたものである。
図6(D1)及び(D2)は、図5に示した、それぞれ第1チャンネル及び第2チャンネルの第1復号化光パルス信号67及び第1復号化光パルス信号73の時間波形を示している。図6(D1)に示すように、第1チャンネルの復号器66にはコード1が設定されているので、第1チャンネルの光パルスが自己相関波形として再生されている。図6(D1)において、この自己相関波形は、波長λ1、λ2、λ3及びλ4と示した矩形を同一時間上に重ねて示してある。同様に第2チャンネルの復号器72にはコード2が設定されているので、第2チャンネルの光パルスが自己相関波形として再生されている。図6(D2)において、この自己相関波形は、波長λ1、λ2、λ3及びλ4と示した影を付けた矩形を同一時間上に重ねて示してある。
図6(D1)及び(D2)において、自己相関波形以外のチップパルス成分は、雑音成分である。従って、これら雑音成分が存在する時間帯は、それぞれ時間ゲート部68及び74においてオフ状態となり、かつ自己相関波形が存在する時間帯はオン状態となるように、それぞれにゲート信号が送られている。図6(D1)及び(D2)において、時間ゲート部68及び74においてそれぞれオン状態となっている時間帯を破線の矩形で囲って示してある。すなわち、図6(D1)においては、第1チャンネルの自己相関波形がこの破線の矩形で囲われており、時間ゲート部68を通過して出力されることを意味している。一方、図6(D2)においては、第2チャンネルの自己相関波形がこの破線の矩形で囲われており、時間ゲート部74を通過して出力されることを意味している。
図6(E1)及び(E2)は、図5に示した、それぞれ第1チャンネル及び第2チャンネルの第2復号化光パルス信号69及び第2復号化光パルス信号75の時間波形を示している。時間ゲート部68及び74でそれぞれ第1及び第2チャンネルの自己相関波形のみが濾しとられ、相互相関波形成分が除去されている。すなわち、図6(A1)及び(A2)に示したそれぞれ第1チャンネル及び第2チャンネルの光パルス信号を構成する光パルスの内の一つが、第2復号化光パルス信号69及び第2復号化光パルス信号75として再生されていることを示している。
しかしながら、上述した時間ゲート処理手段を具えた従来の時間拡散波長ホッピング符号による光符号分割多重送受信方法によっては、多重度（多重化するチャンネル数）が大きい場合や、符号周期Tcが短く設定されている場合に、時間軸上で自己相関波形の近い位置に相互相関波形成分が生じて、時間ゲート処理手段を実行しても、なおかつ相互相関波形成分を除去しきれない場合が発生する。
時間拡散波長ホッピング符号による光符号分割多重送受信方法において、復号化されて得られた自己相関波形の強度と相互相関波形の強度（最大ピーク値）との比として定義される信号対雑音比（SNR: Signal to Noise Ratio）は次式(1)で定義される。
SNR＝SNRn/（G×M）
＝(SNRn×Tb)/(Tc×M) (1)
ここで、SNRnは、多重化せず1チャンネルだけを光符号分割多重送受信方法で伝送した場合であって、かつTb＝Tcと設定した場合のSNRの値である。Mは多重度、すなわち多重化するチャンネル数である。また、Gは、Tc/Tbで定義される値である。
高いビットレートで伝送される高速光通信システムにおいては、符号周期Tcに対してデータ周期Tbを短くすることによって対応する。この場合、Gが大きくなるので、SNRは小さくなる。すなわち、光通信システムを高速化することに伴って、SNRは小さくなる。また、多重化するチャンネル数を多くすること（Mを大きくすること）に伴って、同様にSNRは小さくなる。
上述したSNRが小さくなる原因について具体的に説明する。一例として、4チャンネル多重（M＝4）で、符号周期Tcがデータ周期Tbの4倍（G＝4）であり、第1から第4チャンネルのそれぞれのチャンネルに割り当てられる符号が以下に示すコード1から4で与えられる場合を想定して説明する。
コード1＝（λ1, 0, 0, 0, 0, λ2, 0, 0, 0, 0, λ3, 0, 0, 0, 0, λ4）
コード2＝（0, 0, λ2, 0, 0, 0, 0, 0, λ4, λ1, 0, 0, 0, 0, 0, λ3）
コード3＝（0, 0, 0, 0, λ3, 0, λ1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, λ4, 0, λ2）
コード4＝（0, 0, 0, 0, 0, 0, λ4, 0, 0, λ3, 0, 0, λ2, 0, 0, λ1）
以上の想定の下で、光符号分割多重信号を受信して復号化して得られる復号化光パルス信号の時間波形をデータ周期Tbの範囲内で示したのが図7(A)から(D)である。図7(A)から(D)において、横軸は時間軸でありデータ周期Tbの範囲を示している。また、縦軸は光強度を任意スケールで示してある。
図7(A)から(D)に示す復号化光パルス信号の時間波形は、G＝4でかつM＝4という場合が想定されているので、隣接して存在するそれぞれの光パルスを復号化して得られる16個のチップパルスからなるそれぞれのチップパルス列は、時間軸上で以下のように配置される。すなわち、1ビットに対応する光パルス1つに対して復号化して得られるチップパルス列が配置される時間帯域には、隣接する次の1ビットに対応する光パルスが複号化されて生成されたチップパルス列が、チップパルス12個分が配置される時間帯域幅分だけ重なって時間軸上に存在している。
図7(A)、(B)、(C)及び(D)は、それぞれ第1、第2、第3及び第4チャンネルの復号化光パルス信号の時間波形を示している。図7(A)、(B)、(C)及び(D)中でI、II、III及びIVで示す記号は、それぞれ第1、第2、第3及び第4チャンネル由来のチップパルスによって構成される自己相関波形成分及び相互相関波形成分である。また、影を付していないチップパルスは、自己相関波形成分を構成するチップパルスであることを示し、影を付してあるチップパルスは、相互相関波形成分を構成するチップパルスであることを示している。
各チャンネルに具えられる復号器に設定された符号が、それぞれのチャンネルの符号器に設定された符号と合致している場合には、同一のデータ周期内の同一タイムスロットにおいて、それぞれのチャンネル由来のチップパルスが重なり合う。すなわち、送信される光パルス信号を構成するタイムスロットに光パルスが存在する場合には、光パルスが再生され、存在しない場合には光パルスが再生されない。
図7(A)に示す第1チャンネルの復号化光パルス信号の時間波形において、第1チャンネル由来のチップパルス（影が付されていない矩形で示されている。）が、データ周期内の先頭のタイムスロット位置に重なって、一つの光パルスを再生している。同様に、図7(B)、(C)及び(D)のそれぞれに示す第2、第3及び第4チャンネルの復号化光パルス信号の時間波形において、第2、第3及び第4チャンネル由来のチップパルス（影が付されていない矩形で示されている。）が、データ周期内の先頭のタイムスロット位置（同一のデータ周期内の同一タイムスロット位置）に重なって、一つの光パルスを再生している。
図7(A)、(B)、(C)及び(D)において、影を付して示してある矩形は、それぞれのチャンネル以外のチャンネル由来のチップパルス、すなわち雑音成分であることを示している。図7(A)に示す第1チャンネルの復号化光パルス信号の時間波形において、II、III及びIVで示す第1チャンネル以外のチャンネル由来のチップパルスは、影を付した矩形で示されている。同様に、図7(B)に示す第2チャンネルの復号化光パルス信号の時間波形において、I、III及びIVで示す第2チャンネル以外のチャンネル由来のチップパルスは、影を付した矩形で示されている。図7(C)及び(D)にそれぞれ示す第3及び第4チャンネルの復号化光パルス信号の時間波形においても同様である。
送信時に同一のデータ周期を形成する時間帯域内の異なる波長成分は、復号化後に時間軸上同一の位置に重なることはない。ただし、異なるデータ周期を形成する時間帯域内から生じたチップパルスは、復号化後に時間軸上同一の位置に重なることもある。従って、雑音成分である相互相関波形を形成するチップパルスが時間軸上同一の位置に重なる仕方は、チップパルスが存在しない、チップパルスが1つ存在する、チップパルスが2つ重なって存在する、チップパルスが3つ重なって存在する、チップパルスが4つ重なって存在する、合計5通りとなる。
雑音成分である相互相関波形を形成するチップパルスは、時間軸上でこれら5通りの重なり状態がランダムに発生する。光パルス信号を時間拡散波長ホッピング符号によって符号化した場合に、光パルス信号を構成する光パルスの存在密度が高いほど、異なるデータ周期を形成する時間帯域内から生じたチップパルス同士が復号化後に時間軸上同一の位置に重なる頻度が高くなる。極端なケースとして、各チャンネルの光パルス信号が全ての光パルスが配置されるタイムスロットを埋め尽くしている場合には、雑音成分である相互相関波形を形成するチップパルスが時間軸上同一の位置に4つ重なって存在することになる。図7(A)、(B)、（C）及び(D)は、相互相関波形を形成する異なるデータ周期を形成する時間帯域内から生じたチップパルスが時間軸上同一の位置に4つ重なって存在する場合を示している。
具体的には、光パルスが存在する場合を「1」として存在しない場合を「0」とする2値デジタル信号では、1,1,1,1,1,1,1、....という全てのビットが1である信号である場合が対応する。
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, pp. 458-459, (2000).
チップパルスは完全に単一の波長の光パルスではなく、その光スペクトルは有限の幅を有している。このため、同一チャンネルの隣接する波長成分同士が、周波数軸上で裾の部分同士が重なり合い、ビート雑音が発生する原因となる。また、チップパルスは有限の時間幅を有している。このため、隣接するチャンネルの同一波長成分同士が、時間軸上で裾の部分同士が重なり合い、干渉による雑音を発生する原因となる。
そこで、この発明の目的は、多重化するチャンネル数が大きい場合、あるいは符号周期が短く設定されている場合においても、上述の雑音をなくした復号化光パルス信号が得られる、OCDM送受信方法及びOCDM送受信装置を提供することにある。これによって、受信誤り率の低い光通信を実現する。
参考例の光符号分割多重送受信方法は、下記の送信ステップと受信ステップとを含んでいる。
送信ステップは、チャンネルごとに割り当てられて伝送される、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によって符号化して符号化光パルス信号を生成し、符号化光パルス信号を多重化して光符号分割多重信号として送信するステップである。送信ステップに、隣接するチャンネルの符号化光パルス信号の偏波面が互いに直交するように、符号化光パルス信号の偏波面を制御する偏波制御ステップを具えていることが特徴である。
受信ステップは、光符号分割多重信号をチャンネルごとに強度分割して、分割されたこの光符号分割多重信号をチャンネルごとに時間拡散波長ホッピング符号と同一の符号によって復号化して、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復号化光パルス信号を生成し、復号化光パルス信号から自己相関波形成分のみを抽出して受信信号を得るステップである。
また、上述の受信ステップに、強度分割された光符号分割多重信号からクロック信号を抽出するクロック信号抽出ステップと、復号化光パルス信号から、クロック信号抽出ステップで抽出されたクロック信号を用いて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んで構成するのが好適である。
参考例の光符号分割多重送受信方法は、次に示すこの発明の光符号分割多重送受信装置によって実現することが可能である。すなわち参考例の光符号分割多重送受信方法を実現するための装置を、送信部と受信部とを以って構成する。
送信部は、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が設定された符号器に加えて、隣接するチャンネルの符号化光パルス信号の偏波面が互いに直交するように、符号化光パルス信号の偏波面を制御する偏波制御器を具えている。符号器によって、チャンネルごとに割り当てられて伝送される、相異なる波長の光を含む光パルス信号が、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によって符号化されて符号化光パルス信号が生成される。また、偏波制御器によって、この符号化光パルス信号の偏波面が制御される、偏波制御ステップが実行される。送信部では、この偏波面の制御に引き続いて符号化光パルス信号が多重化されて光符号分割多重信号として送信される。
受信部は、強度分割された光符号分割多重信号からクロック信号を抽出するクロック信号抽出器と、符号器に設定された符号と同一の符号が設定されている復号器と、復号化光パルス信号から、クロック信号を用いて自己相関波形成分のみを取り出す時間ゲート部とを具えるのが好適である。この復号器によって、チャンネルごとに強度分割された光符号分割多重信号がチャンネルごとに復号化されて、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復号化光パルス信号が生成される。受信部では、この復号化光パルス信号から自己相関波形成分のみが抽出されて受信信号が得られる。また、クロック信号抽出器によって、光符号分割多重信号からクロック信号が抽出され、時間ゲート部によって、このクロック信号が用いられて復号化光パルス信号から、自己相関波形成分のみが取り出される。
この発明の光符号分割多重送受信方法は、下記の送信ステップ(A)と、受信ステップ(B)を含んでいる。
送信ステップ(A)は、チャンネルごとに割り当てられて伝送される、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によって符号化して符号化光パルス信号を生成し、この符号化光パルス信号を多重化して光符号分割多重信号として送信するステップであり、次のサブステップA1〜A7を含んで構成される。
（A1）波長が相異なる連続波光を発生させるステップ（サブステップA1）
（A2）連続波光の波長の順に交互に連続波光の偏波面が直交するように偏波面を制御する第1偏波制御ステップ（サブステップA2）
（A3）偏波面を制御された連続波光を合波して、多波長連続波光を生成するステップ（サブステップA3）
（A4）多波長連続波光を光パルス列に変換するステップ（サブステップA4）
（A5）光パルス列を光パルス信号に変換するステップ（サブステップA5）
（A6）光パルス信号を符号化光パルス信号に変換するステップ（サブステップA6）
（A7）隣接するチャンネルの符号化光パルス信号の偏波面が互いに直交するように、一方のチャンネルの符号化光パルス信号の偏波面を90°回転させる制御をする第2偏波制御ステップ（サブステップA7）。
受信ステップ(B)は、光符号分割多重信号をチャンネルごとに強度分割して、分割されたこの光符号分割多重信号をチャンネルごとに符号化するときに用いた時間拡散波長ホッピング符号と同一の符号によって復号化して、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復号化光パルス信号を生成し、復号化光パルス信号から自己相関波形成分を抽出して受信信号を得るステップであり、次のサブステップB1及びB2を含む。
（B1）光符号分割多重信号からクロック信号を抽出するクロック信号抽出ステップ（サブステップB1）
（B2）復号化光パルス信号から、クロック信号を用いて自己相関波形成分を取り出す時間ゲート処理ステップ（サブステップB2）。
この発明の光符号分割多重送受信方法は、次に示すこの発明の光符号分割多重送受信装置によって実現することが可能である。すなわちこの発明の光符号分割多重送受信方法を実現するための装置を、以下の送信部と受信部とを以って構成する。
送信部は、チャンネルごとに割り当てられて伝送される、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が設定された符号器によって符号化して符号化光パルス信号を生成し、この符号化光パルス信号を多重化して光符号分割多重信号として送信する機能を有している。
送信部は、連続波光源と、第1偏波制御器と、合波器と、光パルス列生成器と、光変調器と、符号器と、第2偏波制御器を具えている。連続波光源は、波長が相異なる連続波光を発生させる。第1偏波制御器は、連続波光の波長の順に交互に連続波光の偏波面が直交するように偏波面を制御する、第1偏波制御ステップを実行する。合波器は、偏波面を制御された連続波光を合波して、多波長連続波光を生成する。光パルス列生成器は、多波長連続波光を光パルス列に変換する。光変調器は、光パルス列を光パルス信号に変換する。符号器は、光パルス信号を符号化光パルス信号に変換する。第2偏波制御器は、隣接するチャンネルの符号化光パルス信号の偏波面が互いに直交するように、一方のチャンネルの符号化光パルス信号の偏波面を90°回転させる制御をする、第2偏波制御ステップを実行する。
受信部は、光符号分割多重信号をチャンネルごとに強度分割して、分割された光符号分割多重信号をチャンネルごとに符号化するときに用いた時間拡散波長ホッピング符号と同一の符号が設定された復号器によって復号化して、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復号化光パルス信号を生成し、復号化光パルス信号から自己相関波形成分を抽出して受信信号を得る機能を有している。
受信部は、クロック信号抽出器と時間ゲート部とを具えることが好適である。クロック信号抽出器は、光符号分割多重信号からクロック信号を抽出する。時間ゲート部は、復号化光パルス信号から、クロック信号を用いて自己相関波形成分を取り出す。
参考例の光符号分割多重送受信方法の送信ステップにおいて、上述した隣接するチャンネルの符号化光パルス信号の偏波面が互いに直交するように、符号化光パルス信号の偏波面を制御する偏波制御ステップを含んでいることが、従来の同種の光符号分割多重送受信方法と異なる特徴である。
参考例の光符号分割多重送受信方法を実現させるための光符号分割多重送受信装置は、上述した偏波制御を実行する偏波制御器を具えている。
このように、参考例によれば、この偏波制御器によって偏波制御ステップが実行されて、隣接するチャンネルの符号化光パルス信号の偏波面が互いに直交するように制御される。このことによって、詳細は後述するが、復号化光パルス信号においても、隣接するチャンネルに由来するチップパルス同士はその偏波面が直交している。直交する偏波面を有するチップパルス同士は干渉を起こさない。
従って、参考例によれば、チップパルス同士の干渉が生じないので、多重化するチャンネル数が大きい場合、あるいは符号周期が短く設定されている場合においても、相互相関波形成分が十分に除去された復号化光パルス信号が得られ、隣接するチャンネルの同一波長成分同士の干渉による雑音の小さい受信信号を得ることが可能であるという利益を奏する。
この発明の光符号分割多重送受信方法は、送信ステップが連続波光の波長の順に交互に連続波光の偏波面が直交するように偏波面を制御する第1偏波制御ステップ、及び隣接するチャンネルの符号化光パルス信号の偏波面が互いに直交するように、一方のチャンネルの符号化光パルス信号の偏波面を90°回転させる制御をする第2偏波制御ステップを含んでいることが従来の同種の光符号分割多重送受信方法と異なる特徴である。
この発明の光符号分割多重送受信方法を実現させるための光符号分割多重送受信装置は、上述した第1及び第2偏波制御を実行する第1偏波制御器及び第2偏波制御器を具えている。
このように、この発明によれば、第1偏波制御器によって第1偏波制御ステップが実行されて、連続波光の波長の順に交互に連続波光の偏波面が直交するように偏波面が制御される。また、第2偏波制御器によって第2偏波制御ステップが実行されて、隣接するチャンネルの符号化光パルス信号の偏波面が互いに直交するように、符号化光パルス信号の偏波面が制御される。従って、第1偏波制御ステップが実行されることよって、同一チャンネルの隣接する波長成分同士の偏波面が直交する。そのため同一チャンネルの隣接する波長成分同士の干渉が起こらない。また、第2偏波制御ステップが実行されることによって、隣接するチャンネルの符号化光パルス信号の偏波面が互いに直交するように制御されるので、詳細は後述するが、復号化光パルス信号においても、隣接するチャンネルに由来するチップパルス同士はその偏波面が直交している。そのため、隣接するチャンネルの同一波長成分同士の干渉も起こらない。
従って、この発明によれば、第1偏波制御ステップ及び第2偏波制御ステップを含んでいることによって、多重化するチャンネル数が大きい場合、あるいは符号周期が短く設定されている場合においても、参考例の光符号分割多重送受信方法と同様の隣接するチャンネルの同一波長成分同士の干渉による雑音が小さいという利益に加えて、自己相関波形の周波数軸上で隣接する波長成分同士が重なり合うことで生じるビート雑音も小さい復号化光パルス信号を得ることが可能であるという利益を奏する。
また、光パルス信号を構成する光パルスの存在密度が高くなるに従って、自己相関波形を形成する光パルスであるのか、相互相関波形を形成する光パルスであるのかの区別が付きにくくなる。この場合には、閾値処理によって自己相関波形を形成する光パルスだけを選択することができない場合が発生する。
参考例及びこの発明の光符号分割多重送受信方法においては、クロック信号抽出ステップ及び時間ゲート処理ステップを含むことによって、クロック信号を利用して時間ゲート処理ステップを実現することが可能である。この時間ゲート処理ステップによって、閾値処理によって自己相関波形を形成する光パルスだけを選択することができない場合であっても、復号化光パルス信号から雑音成分である相互相関波形成分をより一層効果的に除去することができる。従って、時間ゲート処理ステップが実行されることによって、S/N比がより一層大きな受信信号を得ることが可能である。
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すぎず、したがって、何らこれらに限定されない。
＜参考例の実施の形態＞
図8及び9を参照して参考例の光符号分割多重送受信方法及びこの方法を実現するための装置の構造及その動作について説明する。図8は、参考例の光符号分割多重送受信方法を実現するための装置の送信部の概略的ブロック構成図である。図9は、参考例あるいは、後述するこの発明の光符号分割多重送受信方法を実現するための装置の受信部の概略的ブロック構成図である。図8及び図9においては、多重するチャンネル数を4チャンネルである場合が示されているが、以下の説明は、4チャンネルの場合に限らず同様に成立することは明らかである。
送信部100は図8に示すように、光パルス列生成部102、分波器116、第1チャンネル符号化光パルス信号生成部118、第2チャンネル符号化光パルス信号生成部120、第3チャンネル符号化光パルス信号生成部124及び第4チャンネル符号化光パルス信号生成部126を具えている。これらに加えて更に、偏波制御器122及び128を具えている点が特徴である。
第1チャンネル符号化光パルス信号生成部118は、送信信号発生器184、光変調器130及び符号器132を具えている。送信信号発生器184からは第1チャンネルの送信電気パルス信号が生成され、光変調器130に供給される。第2から第4チャンネル符号化光パルス信号生成部の構造も、第1チャンネル符号化光パルス信号生成部118と同様であるので、その説明を省略する。
光パルス列生成部102は、多波長連続波光源134、電気クロック信号発生器136及び光パルス列生成器114を具えている。多波長連続波光源134は、波長がそれぞれλ１、λ2、λ3及びλ4のCW光源104、106、108、110及び合波器112を具えて構成される。ここで、λ１、λ2、λ3及びλ4は波長の順序になっており、λ１＞λ2＞λ3＞λ4又は、λ１＜λ2＜λ3＜λ4のいずれかの関係であることとして以下説明する。
CW光源104、106、108及び110から出力されるCW光は、合波器112で合波されて多波長CW光113として生成されて光パルス列生成器114に入力される。光パルス列生成器114には電気クロック信号発生器136から電気クロック信号が供給されており、多波長CW光113は光パルス列生成器114において、この電気クロック信号に同期した多波長光パルス列115に変換される。すなわち、光パルス列生成部102によって多波長光パルス列115が生成されて出力される。
多波長光パルス列115は、分波器116に入力されて第1光パルス列117-1、第2光パルス列117-2、第3光パルス列117-3及び第4光パルス列117-4に分岐されて、それぞれ第1チャンネル符号化光パルス信号生成部118、第2チャンネル符号化光パルス信号生成部120、第3チャンネル符号化光パルス信号生成部124及び第4チャンネル符号化光パルス信号生成部126に供給される。
第1光パルス列117-1は、光変調器130に入力されて光パルス信号131に変換されて出力され、符号器132に入力される。符号器132に入力された光パルス信号131は、符号器132によって符号化光パルス信号133に変換されて、合波器140に入力される。光変調器130には、第1チャンネルの送信信号である2値デジタル電気信号が送信信号発生器184から供給されており、光パルス信号131にはこの第1チャンネルの送信信号が反映されている。
一方、第2光パルス列117-2は、第2チャンネル符号化光パルス信号生成部120に入力されて、第2チャンネルの送信信号である2値デジタル電気信号がが反映された第1符号化光パルス信号121が生成されて出力される。第2チャンネルには、更に偏波制御器122が具えられており、隣接するチャンネルである第1及び第3チャンネルの符号化光パルス信号133及び125の偏波面と直交するように、第1符号化光パルス信号121の偏波面が制御される偏波制御ステップが実行される。
偏波制御器122には、例えば、1/2波長板を利用することができる。第1符号化光パルス信号121の偏波面の方向に対して、1/2波長板の光学軸を45°傾けて配置することによって、第1符号化光パルス信号121の偏波面は90°回転されて1/2波長板から第2符号化光パルス信号123として出力される。従って、偏波制御器122から出力される第2符号化光パルス信号123の偏波面は、符号化光パルス信号133及び125の偏波面と直交する。
1/2波長板は、直線偏波光の偏光面を回転させる機能を有する単純な構成の光学部品である。従って、偏波制御器あるいは第1偏波制御器及び第2偏波制御器を、1/2波長板を具えて構成すれば、偏波制御器あるいは第1偏波制御器及び第2偏波制御器を容易に構成することが可能となる。
なお、説明の便宜上、第2チャンネル符号化光パルス信号生成部120から出力される符号化光パルス信号を第1符号化光パルス信号121とし、偏波制御器122から出力される符号化光パルス信号を第2符号化光パルス信号123と区別したが、いずれの信号もその偏波面が異なるだけである。そこで、説明の便宜上区別する必要がある場合を除いては、両者とも、符号化光パルス信号と表記するものとする。
第3光パルス列117-3は、第3チャンネル符号化光パルス信号生成部124に入力されて符号化光パルス信号125に変換されて出力される。符号化光パルス信号125には、第3チャンネルの送信信号が反映されている。第3チャンネルでは、上述の第1チャンネルと同一の処理が行われる。
一方、第4光パルス列117-4は、第4チャンネル符号化光パルス信号生成部126に入力されて、第4チャンネルの送信信号である2値デジタル電気信号がが反映された第1符号化光パルス信号127が生成されて出力される。
第4チャンネルには、偏波制御器128が具えられている。この偏波制御器128によって、隣接するチャンネルである第3チャンネルの符号化光パルス信号125の偏波面と直交するように、第1符号化光パルス信号127の偏波面が制御される偏波制御ステップが実行される。この偏波制御ステップは、第2チャンネルと同様のステップである。偏波制御器128から出力される第2符号化光パルス信号129の偏波面は、符号化光パルス信号125の偏波面と直交する。第4チャンネルにおいても、第2チャンネルと同様に、第1符号化光パルス信号127と第2符号化光パルス信号129とに関して、説明の便宜上区別する必要がある場合を除いては、両者とも、符号化光パルス信号と表記するものとする。
第1チャンネルから第4チャンネルの、それぞれの符号化光パルス信号は、合波器140に入力されて合波されて光符号分割多重信号141として生成されて受信部300に伝送される。
図9を参照して、参考例を実施するためのOCDM送受信装置の受信部300の構造及びその機能について説明する。図9は、受信部300の概略的ブロック構成図である。受信部300は、分波器302と、受信部第1チャンネル310、受信部第2チャンネル320、受信部第3チャンネル322及び受信部第4チャンネル324を具えている。受信部第2チャンネル320、受信部第3チャンネル322及び受信部第4チャンネル324の構造は、受信部第1チャンネル310と同一の構造であるので、以下では、受信部第1チャンネル310について説明し、他のチャンネルの構造の説明を省略する。
受信部第1チャンネル310は、復号器312、クロック信号抽出器314、時間ゲート部316及び光電変換器318を具えている。
受信部300に伝送された、光符号分割多重信号141は分波器302に入力されて第1光符号分割多重信号303-1、第2光符号分割多重信号303-2、第3光符号分割多重信号303-3及び第4光符号分割多重信号303-4に分岐されて、それぞれ受信部第1チャンネル310、受信部第2チャンネル320、受信部第3チャンネル322、受信部第4チャンネル324に供給される。
受信部第1チャンネル310に強度分割されて供給された第1光符号分割多重信号303-1は、復号器312に入力されて復号化されて第1復号化光パルス信号313bとして生成されて出力される。また、復号器312からは、第1光符号分割多重信号303-1から強度分割されて生成されるクロック信号抽出用信号313aが出力される。
クロック信号抽出用信号313aは、クロック信号抽出器314に入力されて電気クロック信号315が生成されて出力され、時間ゲート部316に供給される。このステップがクロック信号抽出ステップであり、後述するこの発明の光符号分割多重送受信方法においてもステップB1として同様に実行される。一方、第1復号化光パルス信号313bは、時間ゲート部316に入力されて、時間ゲート処理されて第2復号化光パルス信号317として生成されて出力される。このステップが時間ゲート処理ステップであり、後述するこの発明の光符号分割多重送受信方法においてもステップB2として同様に実行される。第2復号化光パルス信号317は、光電変換器318によって第1チャンネルの受信信号に変換される。
第1復号化光パルス信号313bは、第1チャンネルの光パルス信号131の信号成分と雑音成分とが重ね合わされている。このため、通信エラー等を低減して受信品質を向上させるためには、この雑音成分を除去する必要がある。雑音成分を除去する手段が、時間ゲート部316において実行される時間ゲート処理である。時間ゲート処理は、雑音成分と信号成分とが復号後に時間軸上で重なり合わないように、チャンネルごとに受信のタイミングを調整する処理である。具体的には、信号成分が時間ゲート部316を通過する時間帯に時間ゲートをオン状態とし、雑音成分が時間ゲート部316を通過する時間帯には、時間ゲートをオフ状態とすることによって、信号成分のみが時間ゲート部316を通過できるようにする処理である。この処理を経て時間ゲート部316から出力される信号が第2復号化光パルス信号317である。
受信部第2チャンネル320、受信部第3チャンネル322及び受信部第4チャンネル324にそれぞれ供給された、第2光符号分割多重信号303-2、第3光符号分割多重信号303-3及び第4光符号分割多重信号303-4は、同様に処理されて、それぞれのチャンネルにおいて第2復号化光パルス信号が生成される。各チャンネルの第2復号化光パルス信号は、それぞれのチャンネルにおける光電変換器によってそれぞれのチャンネルの受信信号に変換される。
すなわち、受信部第1チャンネル310において実現される受信ステップでは、下記の処理が順に行われる。まず、光符号分割多重信号141がチャンネルごとに強度分割される。分割された光符号分割多重信号（ここでは、第1光符号分割多重信号303-1）はチャンネルごとに、符号化したときと同一の時間拡散波長ホッピング符号によって復号化される。この復号化により、送信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復号化光パルス信号（ここでは、第1復号化光パルス信号313b）が生成される。この復号化光パルス信号から自己相関波形成分のみが抽出されて受信信号が得られる。
また、クロック信号抽出器314において、分割された符号化光パルス信号からクロック信号を抽出するクロック信号抽出ステップが実行され、時間ゲート部316において、復号化光パルス信号（ここでは、第1復号化光パルス信号313b）から、このクロック信号を用いて自己相関波形成分のみからなる復号化光パルス信号（ここでは、第2復号化光パルス信号317）を取り出す時間ゲート処理ステップが実行される。
受信部第2チャンネル320、受信部第3チャンネル322及び受信部第4チャンネル324においても、上記同様の受信ステップが実現される。
以上の説明においては、復号化光パルス信号（参考例の実施の形態においては復号化光パルス信号313bに相当する。）の自己相関波形成分を抽出して受信信号を得る受信ステップにおいて、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利用したが、必ずしもこのステップが必要なわけではない。復号化光パルス信号に閾値処理を施すことで、相互相関波形成分（すなわち、雑音成分）を除去することも可能である。
具体的には、復号化光パルス信号を、可飽和吸収媒体を通過させることによって、復号化光パルス信号を閾値処理できる。可飽和吸収媒体は、一定値以上の強度の光を通過させるが、その値以下の強度の光は遮断する性質を持っている。そのため、雑音成分の強度よりも自己相関波形成分の強度が、一般的には大きいので、自己相関波形成分のみを選択的に可飽和吸収媒体を透過させることができる。
また、閾値処理は、光電変換器318の内部で、復号化光パルス信号を電気復号化パルス信号に変換した後、電気的なフィルタ処理をすることによっても可能である。これらのいずれの閾値処理も現状の光技術及び電子技術を以ってすれば、実施可能である。
ただし、多重化するチャンネル数が大きい場合、あるいは符号周期が短く設定されている場合等において、相互相関波形成分と自己相関波形成分とその強度の差を十分大きく確保することができない場合がある。この場合には、上述の閾値処理だけでは、十分な通信品質を確保できない場合、すなわち、受信エラーが発生してしまう場合もある。このような場合には、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取り入れることが有効である。
参考例の光符号分割多重送受信方法において、自己相関波形と雑音成分とが同一時間で重ならないように受信して復号化して得られる第1復号化光パルス信号の時間波形をデータ周期Tbの範囲内で示したのが図10(A)から(D)である。図10(A)から(D)において、横軸は時間軸でありデータ周期Tbの範囲を示している。また、縦軸は光強度を任意スケールで示してある。図10(A)から(D)は、前述の図7(A)から(D)と同様の図であるが、縦軸が偏波面の方向を含めて示している点で異なっている。
上述したように、第1及び第3チャンネルの第1復号化光パルス信号の偏波面の方向と、第2及び第4チャンネルの第1復号化光パルス信号の偏波面の方向とは直交しているので、前者の偏波面の方向をx方向とし、後者の偏波面の方向をy方向として、以下説明する。第1及び第3チャンネルに対して第2及び第4チャンネルの第1復号化光パルス信号の偏波面の方向が、互いに直交していることを反映させるために、図10(A)から(D)における縦軸は、x方向の偏波方向に対してはその時間波形を時間軸に対して上側に描き、y方向の偏波方向に対してはその時間波形を時間軸に対して下側に描いてある。
図10(A)から(D)に示す復号化光パルス信号の時間波形は、図7(A)から(D)の場合と同様に、4チャンネル多重（M＝4）で、符号周期Tcがデータ周期Tbの4倍（G＝4）であり、第1から第4チャンネルのそれぞれのチャンネルに割り当てられる符号が前述したコード1から4で与えられる場合を想定して描かれている。隣接して存在するそれぞれの光パルスを符号化して得られる16個のチップパルスからなるそれぞれのチップパルス列の時間軸上での配置については、図7(A)から(D)の場合と同様であるので、重複する説明を省略する。
図10(A)、(B)、(C)及び(D)は、それぞれ第1、第2、第3及び第4チャンネルの第1復号化光パルス信号の時間波形を示している。図10(A)、(B)、(C)及び(D)中でI、II、III及びIVで示す記号は、それぞれ第1、第2、第3及び第4チャンネル由来のチップパルスによって構成される自己相関波形成分及び相互相関波形成分である。また、影を付していないチップパルスは、自己相関波形成分を構成するチップパルスであることを示し、影を付してあるチップパルスは、相互相関波形成分を構成するチップパルスであることを示している。
図10(A)に示す第1チャンネルの第1復号化光パルス信号の時間波形において、第1チャンネル由来のチップパルス（影が付されていない矩形で示されている。）が、データ周期内の先頭のタイムスロット位置に重なって、一つの光パルスを再生している。同様に、図10(B)、(C)及び(D)のそれぞれに示す第2、第3及び第4チャンネルの復号化光パルス信号の時間波形において、第2、第3及び第4チャンネル由来のチップパルス（影が付されていない矩形で示されている。）が、データ周期内の先頭のタイムスロット位置（同一のデータ周期内の同一タイムスロット位置）に重なって、一つの光パルスを再生している。
図10(A)、(B)、(C)及び(D)において、影を付して示してある矩形は、それぞれのチャンネル以外のチャンネル由来のチップパルス、すなわち雑音成分であることを示している。図10(A)に示す第1チャンネルの第1復号化光パルス信号の時間波形において、II、III及びIVで示す第1チャンネル以外のチャンネル由来のチップパルスは、影を付した矩形で示されている。同様に、図10(B)に示す第2チャンネルの第1復号化光パルス信号の時間波形において、I、III及びIVで示す第2チャンネル以外のチャンネル由来のチップパルスは、影を付した矩形で示されている。図10(C)及び(D)にそれぞれ示す第3及び第4チャンネルの第1復号化光パルス信号の時間波形においても同様である。
光パルス信号を構成する光パルスの存在密度が高くなるに従って、自己相関波形を形成する光パルスであるのか、相互相関波形を形成する光パルスであるのかの区別が付きにくくなるので、参考例の光符号分割多重送受信方法においては、この場合に対処するために、時間ゲート部における時間ゲート処理によって相互相関波形成分を除去する割合を高め、相互相関波形成分が十分に除去された復号化光パルス信号が得られる処置がとられている。
また、チップパルスは完全に単一の波長の光パルスではなく、その光スペクトルは有限の幅を有している。このため、時間ゲート信号の中には、自己相互相関波形成分のみならず、雑音成分も含まれる。すなわち、相互相関波形を形成するチップパルスの周波数軸上で裾の部分同士が重なり合う。
しかしながら、参考例の光符号分割多重送受信方法によれば、隣接するチャンネル、すなわち、第1と第2チャンネル、第2と第3チャンネル及び第3と第4チャンネルの、第1復号化光パルス信号の偏波面の方向が、互いに直交しているため、相互相関波形を形成するチップパルスの周波数軸上で裾の部分同士が重なり合っても干渉を起こさない。そのため、多重化するチャンネル数が大きい場合、あるいは符号周期が短く設定されている場合においても、S/N比が大きな受信信号を得ることが可能である。
＜この発明の実施の形態＞
図11及び図9を参照してこの発明の光符号分割多重送受信方法及びこの方法を実現するための装置の構造及その動作について説明する。図11は、この発明の光符号分割多重送受信方法を実現するための装置の送信部の概略的ブロック構成図であり、図9は、受信部の概略的ブロック構成図である。図11及び図9においては、多重するチャンネル数を4チャンネルである場合が示されているが、以下の説明は、4チャンネルの場合に限らず同様に成立することは明らかである。
送信部200は図11に示すように、光パルス列生成部202、分波器216、第1チャンネル符号化光パルス信号生成部218、第2チャンネル符号化光パルス信号生成部220、第3チャンネル符号化光パルス信号生成部224、第4チャンネル符号化光パルス信号生成部226、及び合波器240を具えている。これらに加えて更に、第1偏波制御器250および252と、第2偏波制御器254及び256を具えている点が特徴である。
光パルス列生成部202は、多波長連続波光源234、電気クロック信号発生器236、及び光パルス列発生器214を具えている。多波長連続波光源234は、波長がそれぞれλ１、λ2、λ3及びλ4のCW光源204、206、208及び210、第1偏波制御器250、第1偏波制御器252及び合波器212を具えている。ここで、λ１、λ2、λ3及びλ4は波長の順序になっており、λ１＞λ2＞λ3＞λ4又は、λ１＜λ2＜λ3＜λ4のいずれかの関係であることとして以下説明する。
そして、第1偏波制御器250がCW光源206と合波器212との間に設置されており、第1偏波制御器252がCW光源210と合波器212との間に設置されている。
CW光源204の出力光205及びCW光源208の出力光209は、合波器212に入力される。一方、CW光源206の出力光207とCW光源210の出力光211とは、それぞれ第1偏波制御器250及び252を介して合波器212に入力される。CW光源206の出力光207及びCW光源210の出力光211は、それぞれ第1偏波制御器250及び252において、その偏波面が90°回転される。
第1偏波制御器250及び252には、例えば、1/2波長板を利用することができる。CW光源206の出力光207及びCW光源210の出力光211の偏波面の方向に対して、1/2波長板の光学軸を45°傾けて配置することによって、CW光源206の出力光207とCW光源210の出力光211の偏波面は90°回転されて1/2波長板から出力される(ステップA2)。従って、第1偏波制御器250及び252から出力されCW光の偏波面は、CW光源204の出力光205及びCW光源208の出力光209の偏波面と直交する。
CW光源204、206、208及び210から出力されるCW光は、上述したように直接あるいは第1偏波制御器を介して合波器212で合波されて多波長CW光213として生成されて光パルス列生成器214に入力される(ステップA1及びA3)。光パルス列生成器214には電気クロック信号発生器236から電気クロック信号が供給されており、多波長CW光213は光パルス列生成器214において、この電気クロック信号に同期した多波長光パルス列215に変換される。すなわち、光パルス列生成部202によって多波長光パルス列215が生成されて出力される（ステップA4）。
多波長光パルス列215は、分波器216に入力されて第1光パルス列217-1、第2光パルス列217-2、第3光パルス列217-3及び第4光パルス列217-4に分岐されて、それぞれ第1チャンネル符号化光パルス信号生成部218、第2チャンネル符号化光パルス信号生成部220、第3チャンネル符号化光パルス信号生成部224及び第4チャンネル符号化光パルス信号生成部226に供給される。
第1チャンネル符号化光パルス信号生成部218は、送信信号発生器284、光変調器230及び符号器232を具えている。送信信号発生器284からは第1チャンネルの送信電気パルス信号が生成され、光変調器230に供給される。光変調器230には、第1光パルス列217-1が入力されて光パルス信号231に変換されて出力され、符号器232に入力される（ステップA5）。第2から第4チャンネル符号化光パルス信号生成部の構造も、第1チャンネル符号化光パルス信号生成部218と同様であるので、その説明を省略する。
第1光パルス列217-1は、第1チャンネル符号化光パルス信号生成部218に入力されて符号化光パルス信号233に変換されて（ステップA6）、合波器240に入力される。第1光パルス列217-1が符号化光パルス信号233に変換されるステップは、上述した参考例の光符号分割多重送受信方法の場合と同様である。
一方、第2光パルス列217-2は、第2チャンネル符号化光パルス信号生成部220に入力されて、第2チャンネルの送信信号である2値デジタル電気信号がが反映された第1符号化光パルス信号221が生成されて出力される。第2チャンネルには、更に第2偏波制御器254が具えられており、隣接するチャンネルである第1及び第3チャンネルの符号化光パルス信号233及び225の偏波面と直交するように、第1符号化光パルス信号221の偏波面が制御される偏波制御ステップが実行される（ステップA7）。
第2偏波制御器254には、前述した参考例の場合と同様に、例えば、1/2波長板を利用することができる。第1符号化光パルス信号221の偏波面の方向に対して、1/2波長板の光学軸を45°傾けて配置することによって、第1符号化光パルス信号221の偏波面は90°回転されて1/2波長板から第2符号化光パルス信号223として出力される。従って、第2偏波制御器254から出力される第2符号化光パルス信号223の偏波面は、符号化光パルス信号233及び225の偏波面と直交する。
なお、説明の便宜上、第2チャンネル符号化光パルス信号生成部220から出力される符号化光パルス信号を第1符号化光パルス信号221とし、第2偏波制御器254から出力される符号化光パルス信号を第2符号化光パルス信号223と区別したが、ここでも、前述した参考例の場合同様に、いずれの信号もその偏波面が異なるだけである。そこで、説明の便宜上区別する必要がある場合を除いては、両者とも、符号化光パルス信号と表記するものとする。
第3光パルス列217-3は、第3チャンネル符号化光パルス信号生成部224に入力されて符号化光パルス信号225に変換されて出力される。符号化光パルス信号225には、第3チャンネルの送信信号が反映されている。第3チャンネルでは、上述の第1チャンネルと同一の処理が行われる。
一方、第4光パルス列217-4は、第4チャンネル符号化光パルス信号生成部226に入力されて、第4チャンネルの送信信号である2値デジタル電気信号がが反映された第1符号化光パルス信号227が生成されて出力される。
第4チャンネルには、第2偏波制御器256が具えられており、隣接するチャンネルである第3チャンネルの符号化光パルス信号225の偏波面と直交するように、第1符号化光パルス信号227の偏波面が制御される偏波制御ステップが実行される。この偏波制御ステップは、第2チャンネルと同様のステップである。第2偏波制御器256から出力される第2符号化光パルス信号229の偏波面は、符号化光パルス信号225の偏波面と直交する。第4チャンネルにおいても、第2チャンネルと同様に、第1符号化光パルス信号227と第2符号化光パルス信号229とに関して、説明の便宜上区別する必要がある場合を除いては、両者とも、符号化光パルス信号と表記するものとする。
第1チャンネルから第4チャンネルの、それぞれの符号化光パルス信号は、合波器240に入力されて合波されて光符号分割多重信号241として生成されて受信部300に伝送される。
この発明を実施するためのOCDM送受信装置は、参考例を実施するためのOCDM送受信装置の受信部300と同一の受信部が利用できる。すなわち、参考例を実施するための受信部300と同様に、第1光符号分割多重信号303-1から一部強度分割してクロック信号抽出用信号313aを得て、この信号をクロック信号抽出器314に入力させて電気クロック信号315を生成して出力するクロック信号抽出ステップであるステップB1が実行される。一方、第1復号化光パルス信号313bは、時間ゲート部316に入力して、時間ゲート処理して第2復号化光パルス信号317として生成して出力する時間ゲート処理ステップであるステップB2も同様に実行される。
この発明を実施するためのOCDM送受信装置の受信部300の構造及びその機能について説明は、その内容が上述の参考例と同一であるので省略する。なお、OCDM送受信装置の概略的ブロック構成図である図9においては、この発明を実施するためのOCDM送受信装置として利用する場合を想定して、送信部200から送信される光符号分割多重信号241を示すために、分波器302の入力端に接合されている光ファイバ伝送路に(241)として示してある。
この発明の光符号分割多重送受信方法において、自己相関波形と雑音成分とが同一時間で重ならないように受信して復号化して得られる第1復号化光パルス信号の時間波形をデータ周期Tbの範囲内で示したのが図12(A)から(D)である。図12(A)から(D)において、横軸は時間軸でありデータ周期Tbの範囲を示している。また、縦軸は光強度を任意スケールで示してある。図12(A)から(D)は、前述の図10(A)から(D)と同様の図であり、縦軸が偏波面の方向を含めて示している。
第1偏波制御器が導入されたことによって、波長λ1、及び波長λ3の光の偏波面の方向と、波長λ2、及び波長λ4の光の偏波面とは直交しているので、前者の偏波面の方向をx方向とし、後者の偏波面の方向をy方向として、以下説明する。
また、第2偏波制御器が導入されたことによっても、以下に説明するように、第1及び第3チャンネルの第1復号化光パルス信号の偏波面の方向と、第2及び第4チャンネルの第1復号化光パルス信号の偏波面の方向とは直交している。ここでは説明の便宜上、CW光源204、206、208及び210から出力されるCW光源から出力される光の偏波面の方向をを全てx方向であるものとする。
波長λ1、及び波長λ3の光の偏波面の方向に対して、波長λ2、及び波長λ4の光の偏波面の方向が、互いに直交していることを反映させるために、図12(A)から(D)における縦軸は、x方向の偏波方向に対してはその時間波形を時間軸に対して上側に描き、y方向の偏光方向に対してはその時間波形を時間軸に対して下側に描に描いてある。
第1及び第3チャンネルの第1符号化光パルス信号を構成する波長λ2、及び波長λ4成分の光(チップパルス)の偏波面は、第1偏波制御器を通過せず第2偏波制御器を通過しているため、その偏波面はy方向に偏光している。一方、第2及び第4チャンネルの第1符号化光パルス信号を構成する波長λ2、及び波長λ4成分の光(チップパルス)は、第1偏波制御器及び第2偏波制御器のいずれをも通過しているため、偏波面は180°(＝90°＋90°)回転され、結局、その偏波面はｘ方向に偏光していることになる。
同様に、第1及び第3チャンネルの第1符号化光パルス信号を構成する波長λ1、及び波長λ3成分の光(チップパルス)の偏波面は、第1偏波制御器及び第2偏波制御器のいずれをも通過していないため、その偏波面はx方向に偏光しているままである。一方、第2及び第4チャンネルの第1符号化光パルス信号を構成する波長λ1、及び波長λ3成分の光(チップパルス)は、第2偏波制御器だけを通過しているため、偏波面は90°回転され、結局、その偏波面はy方向に偏光していることになる。
以上説明した、各チャンネルを構成するチップパルスの偏光状態を、図12(A)から(D)を参照して説明する。
図12(A)から(D)に示す復号化光パルス信号の時間波形は、図7(A)から(D)及び図10(A)から(D)の場合と同様に、4チャンネル多重（M＝4）で、符号周期Tcがデータ周期Tbの4倍（G＝4）であり、第1から第4チャンネルのそれぞれのチャンネルに割り当てられる符号が前述したコード1から4で与えられる場合を想定して描かれている。隣接して存在するそれぞれの光パルスを符号化して得られる16個のチップパルスからなるそれぞれのチップパルス列の時間軸上での配置については、図7(A)から(D)及び図10(A)から(D)の場合と同様であるので、重複する説明を省略する。
図12(A)、(B)、(C)及び(D)は、それぞれ第1、第2、第3及び第4チャンネルの第1復号化光パルス信号の時間波形を示している。図12(A)、(B)、(C)及び(D)中でI、II、III及びIVで示す記号は、それぞれ第1、第2、第3及び第4チャンネル由来のチップパルスによって構成される自己相関波形成分及び相互相関波形成分である。また、影を付していないチップパルスは、自己相関波形成分を構成するチップパルスであることを示し、影を付してあるチップパルスは、相互相関波形成分を構成するチップパルスであることを示している。
図12(A)に示す第1チャンネルの第1復号化光パルス信号の時間波形において、第1チャンネル由来のチップパルス（影が付されていない矩形で示されている。）が、データ周期内の先頭のタイムスロット位置に重なって、一つの光パルスを再生している。同様に、図12(B)、(C)及び(D)のそれぞれに示す第2、第3及び第4チャンネルの復号化光パルス信号の時間波形において、第2、第3及び第4チャンネル由来のチップパルス（影が付されていない矩形で示されている。）が、データ周期内の先頭のタイムスロット位置（同一のデータ周期内の同一タイムスロット位置）に重なって、一つの光パルスを再生している。
図12(A)、(B)、(C)及び(D)において、影を付して示してある矩形は、それぞれのチャンネル以外のチャンネル由来のチップパルス、すなわち雑音成分であることを示している。図12(A)に示す第1チャンネルの第1復号化光パルス信号の時間波形において、II、III及びIVで示す第1チャンネル以外のチャンネル由来のチップパルスは、影を付した矩形で示されている。同様に、図12(B)に示す第2チャンネルの第1復号化光パルス信号の時間波形において、I、III及びIVで示す第2チャンネル以外のチャンネル由来のチップパルスは、影を付した矩形で示されている。図12(C)及び(D)にそれぞれ示す第3及び第4チャンネルの第1復号化光パルス信号の時間波形においても同様である。
光パルス信号を構成する光パルスの存在密度が高くなるに従って、自己相関波形を形成する光パルスであるのか、相互相関波形を形成する光パルスであるのかの区別が付きにくくなるので、参考例の光符号分割多重送受信方法においては、この場合に対処するために、時間ゲート部における時間ゲート処理によって相互相関波形成分を除去する割合を高め、相互相関波形成分が十分に除去された復号化光パルス信号が得られる処置がとられている。
また、チップパルスは完全に単一の波長の光パルスではなく、その光スペクトルは有限の幅を有している。このため、時間ゲート信号の中には、自己相互相関波形成分のみならず、雑音成分も含まれる。すなわち、相互相関波形を形成するチップパルスの周波数軸上で裾の部分同士が重なり合う。
しかしながら、この発明の光符号分割多重送受信方法によれば、隣接するチャンネル、すなわち、第1と第2チャンネル、第2と第3チャンネル及び第3と第4チャンネルの、第1復号化光パルス信号の偏波面の方向が、互いに直交している。この点は、参考例の光符号分割多重送受信方法における場合と同様である。ただし、この発明の光符号分割多重送受信方法においては、更に、波長がλ1及びλ3のチップパルスの偏光方向と、波長がλ2及びλ4のチップパルスの偏光方向とも互いに直交している。
そのため、この発明の光符号分割多重送受信方法は、参考例の光符号分割多重送受信方法と同様の隣接するチャンネルの同一波長成分同士の干渉による雑音が小さいという利益に加えて、自己相関波形の周波数軸上で隣接する波長成分同士が重なり合うことで生じるビート雑音も小さくする効果が大きい。そのため、多重化するチャンネル数が大きい場合、あるいは符号周期が短く設定されている場合においても、S/N比が一層大きい受信信号を得ることが可能である。
参考例及びこの発明の光符号分割多重送受信方法を実現する、この発明の光符号分割多重送受信装置において、符号器及び復号器を、超格子構造ファイバブラッググレーティングを具えて構成するのが好適である。
光通信システムの信号伝送路は光ファイバで形成されるのが一般的である。従って、光通信システムに利用される光符号分割多重送受信装置を構成する部品も、この信号伝送路と接続容易性という特徴を備えていることが望ましい。SSFGBは光ファイバに回折格子が作りつけられた素子であり、その形態は光ファイバそのものである。
従って、SSFBGは、基本的に通常の信号伝送路に用いられる光ファイバとの接続が容易である。そこで、この発明の光符号分割多重送受信装置を構成する符号器及び復号器を、SSFBGを利用して構成すれば、通常の光ファイバとの接続が容易な利用しやすい光符号分割多重送受信装置を構成することが可能となる。
光符号分割多重送受信装置の概略的ブロック構成図である。 符号化及び復号化の過程で得られるチップパルス列と自己相関波形を表す図である。 符号化及び復号化の過程で得られるチップパルス列と相互相関波形を表す図である。 従来のOCDM送受信装置の送信部の概略的ブロック構成図である。 従来のOCDM送受信装置の受信部の概略的ブロック構成図である。 自己相関波形及び相互相関波形と、時間ゲート処理との関係の説明に供する図である。 時間帯域Tbの範囲の復号化光パルス信号の時間波形を示す図である。 参考例の光符号分割多重送受信方法を実施するための光符号分割多重送受信装置の送信部の概略的ブロック構成図である。 参考例あるいはこの発明の光符号分割多重送受信装置の受信部の概略的ブロック構成図である。 参考例の光符号分割多重送受信方法における時間帯域Tbの範囲の復号化光パルス信号の時間波形を示す図である。 この発明の光符号分割多重送受信方法を実施するための光符号分割多重送受信装置の送信部の概略的ブロック構成図である。 この発明の光符号分割多重送受信方法における時間帯域Tbの範囲の復号化光パルス信号の時間波形を示す図である。
符号の説明
10、30、100、200：送信部
12：光源
14、50、114、214：光パルス列生成器
16、54、58、130、230：光変調器
18、56、60、132、232：符号器
20、90、300：受信部
22、66、72、312：復号器
24、70、76、318：光電変換器
26：受信器
28：伝送路
32、134、234：多波長連続波光源
34、102、202：光パルス列生成部
36、118、218：第1チャンネル符号化光パルス信号生成部
38、120、220：第2チャンネル符号化光パルス信号生成部
40、42、44、46、104、106、108、110、204、206、208、210：連続波(CW)光源
48、62、112、140、212、240：合波器
52、64、116、216、302：分波器
68、74、316：時間ゲート部
78、134、136、236：電気クロック信号発生器
80、310：受信部第1チャンネル
82、320：受信部第2チャンネル
84、86、88、184、284：送信信号発生器
122、128：偏波制御器
124、224：第3チャンネル符号化光パルス信号生成部
126、226：第4チャンネル符号化光パルス信号生成部
250、252：第1偏波制御器
254、256：第2偏波制御器
314：クロック信号抽出機
322：受信部第3チャンネル
324：受信部第4チャンネル

Claims (4)

  1. （A）チャンネルごとに割り当てられて伝送される、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によって符号化して符号化光パルス信号を生成し、該符号化光パルス信号を多重化して光符号分割多重信号として送信する送信ステップと、
    （B）該光符号分割多重信号をチャンネルごとに強度分割して、分割された該光符号分割多重信号をチャンネルごとに前記時間拡散波長ホッピング符号と同一の符号によって復号化して、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復号化光パルス信号を生成し、該復号化光パルス信号から自己相関波形成分を抽出して受信信号を得る受信ステップとを含み、
    前記送信ステップが、
    （A1）波長が相異なる連続波光を発生させるステップと、
    （A2）該連続波光の波長の順に交互に該連続波光の偏波面が直交するように偏波面を制御する第1偏波制御ステップと、
    （A3）偏波面を制御された該連続波光を合波して、多波長連続波光を生成するステップと、
    （A4）該多波長連続波光を光パルス列に変換するステップと、
    （A5）該光パルス列を光パルス信号に変換するステップと、
    （A6）該光パルス信号を符号化光パルス信号に変換するステップと、
    （A7）隣接するチャンネルの前記符号化光パルス信号の偏波面が互いに直交するように、一方のチャンネルの前記符号化光パルス信号の偏波面を90°回転させる制御をする第2偏波制御ステップ
    を含むことを特徴とする光符号分割多重送受信方法。
  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、
    更に、前記受信ステップが、
    （B1）分割された前記光符号分割多重信号からクロック信号を抽出するクロック信号抽出ステップと、
    （B2）前記復号化光パルス信号から、該クロック信号を用いて前記自己相関波形成分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。
  3. チャンネルごとに割り当てられて伝送される、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が設定された符号器によって符号化して符号化光パルス信号を生成し、該符号化光パルス信号を多重化して光符号分割多重信号として送信する送信部と、
    該光符号分割多重信号をチャンネルごとに強度分割して、分割された該光符号分割多重信号をチャンネルごとに前記時間拡散波長ホッピング符号と同一の符号が設定された復号器によって復号化して、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復号化光パルス信号を生成し、該復号化光パルス信号から自己相関波形成分を抽出して受信信号を得る受信部とを具え、
    前記送信部が、
    波長が相異なる連続波光を発生させる連続波光源と、
    該連続波光の波長の順に交互に該連続波光の偏波面が直交するように偏波面を制御する第1偏波制御器と、
    偏波面を制御された該連続波光を合波して、多波長連続波光を生成する合波器と、
    該多波長連続波光を光パルス列に変換する光パルス列生成器と、
    該光パルス列を光パルス信号に変換する光変調器と、
    該光パルス信号を符号化光パルス信号に変換する前記符号器と、
    隣接するチャンネルのそれぞれの符号器から出力される前記符号化光パルス信号の偏波面が互いに直交するように、一方のチャンネルの前記符号化光パルス信号の偏波面を90°回転させる制御をする第2偏波制御器
    を具えることを特徴とする光符号分割多重送受信装置。
  4. 請求項3に記載の光符号分割多重送受信装置であって、
    更に、前記受信部が、
    分割された前記光符号分割多重信号からクロック信号を抽出するクロック信号抽出器と、
    前記復号化光パルス信号から、該クロック信号を用いて前記自己相関波形成分を取り出す時間ゲート部と
    を具えることを特徴とする光符号分割多重送受信装置。
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