JP4753135B2 - Optical code division multiple access system - Google Patents

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Description

本発明は,光符号分割多重システム及びそれに用いる符号装置などに関する。   The present invention relates to an optical code division multiplexing system and a coding apparatus used therefor.

光符号分割多重アクセス(OCDMA)方式は,同じ時間に,同じ周波数帯域を占有し,信号波形の系列である符号により区別する方式である。ビット間隔を符号長で割った単位をチップとよび,たとえば,データが”1”の場合は,そのチャネルに割り当てられた符号を送り,データが”0”の場合はそのビット間隔には信号を置かない。そして,従来のOCDMAシステムでは,各符号があるかないか(OOK:オンオフキーイング)により多重化を行っていた。OCDMA方式では,このようにして符合化した光信号を,受信器が受信し,光相関器により復号化する。すなわち,送った符号と一致する場合には,信号が出るので“1”という情報が得られる。これは,符号と一致する場合は,光相関操作により積算されるのに対し,異なった符号の場合はランダムな値となるためである。この原理を用いて,符号が互に独立となるように設計することで,同じ波長帯域であっても多くのチャネルの信号が多重化されることとなる。   The optical code division multiple access (OCDMA) system is a system that occupies the same frequency band at the same time and is distinguished by a code that is a series of signal waveforms. The unit in which the bit interval is divided by the code length is called a chip. For example, if the data is “1”, the code assigned to that channel is sent, and if the data is “0”, a signal is sent in that bit interval. Do not put. In the conventional OCDMA system, multiplexing is performed depending on whether each code is present (OOK: on-off keying). In the OCDMA system, the optical signal encoded in this way is received by a receiver and decoded by an optical correlator. That is, when it coincides with the transmitted code, a signal is output and information “1” is obtained. This is because when the codes coincide with each other, they are integrated by the optical correlation operation, whereas when the codes are different, random values are obtained. By using this principle and designing the codes to be independent of each other, signals of many channels are multiplexed even in the same wavelength band.

従来,光符号分割多重アクセス(OCDMA)システムにおけるペイロードは,OOKデータ形式が用いられていた。これは,光符号にPSK変調形式が用いられることが多く,それらとペイロードデータとの分離を容易にするためである。たとえば,特許第3038378号(下記特許文献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方式が開示されている。しかし,複数のユーザが同じ光路を利用することにより生ずるマルチプルアクセスインターフェアレンス(MAI)や,検出器において合波する2つの信号により生ずるビート雑音(ノイズ)などが生ずるため,利用できるユーザは限られていた。また,ユーザ数や光路長などの要因により,しきい値が変化するため,その変化するしきい値を最適化することは容易ではなかった。さらに,OOKは,光信号があるかないかを情報とするデータ形式であるため,信号を傍受した第三者が容易にOOK情報を解読できるためセキュリティの面で問題があった。
特許第3038378号
Conventionally, an OOK data format has been used as a payload in an optical code division multiple access (OCDMA) system. This is because the PSK modulation format is often used for the optical code, so that they can be easily separated from the payload data. For example, in Japanese Patent No. 3038378 (Patent Document 1 below), payload information is encoded using different optical codes, a plurality of encoded information signals are multiplexed, and transmitted simultaneously using one transmission path, In addition, an optical code division multiplex communication system is disclosed in which a channel is separated by decoding an optical code assigned to the channel on the receiving side. However, multiple users can use multiple access interference (MAI) caused by using the same optical path and beat noise (noise) caused by two signals combined at the detector. It was done. Also, since the threshold value changes depending on factors such as the number of users and the optical path length, it is not easy to optimize the changing threshold value. Furthermore, since OOK is a data format that uses whether there is an optical signal or not, there is a problem in terms of security because a third party who intercepts the signal can easily decode the OOK information.
Japanese Patent No. 3038378

本発明は,マルチプルアクセスインターフェアレンス(MAI)やビートノイズを軽減できるOCDMAシステムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an OCDMA system that can reduce multiple access interference (MAI) and beat noise.

本発明は,第三者が情報を容易に傍受して解析できないOCDMAシステムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an OCDMA system in which a third party cannot easily intercept and analyze information.

本発明の光符号分割多重システムは,基本的には,従来のOCDMAシステムの符号部に,位相変調器などの位相シフトキーイング(PSK)データ生成部を設けたものである。本発明のOCDMAシステムは,後述の理論計算と実施例により確証されたとおり,パルス信号の位相を変調した後に,符号器により符合化するので,MAIやビートノイズを軽減できるOCDMAシステムを提供できるという知見に基づくものである。   The optical code division multiplexing system of the present invention basically has a phase shift keying (PSK) data generation unit such as a phase modulator provided in the code unit of a conventional OCDMA system. The OCDMA system of the present invention, as confirmed by the theoretical calculation and examples described later, encodes by the encoder after modulating the phase of the pulse signal, so that it can provide an OCDMA system that can reduce MAI and beat noise. Based on knowledge.

すなわち,本発明の光符号分割多重システムは,パルス光源(2)からのパルス信号が入力する位相シフトキーイング(PSK)変調器(3)と,前記PSK変調器(3)からの出力信号が入力する光符号分割多重アクセス(OCDMA)用符号器(4)と,前記PSK変調器及び前記OCDMAシステム用符号器に電気信号を供給するための信号源(5)と,前記信号源が前記PSK変調器及び前記OCDMAシステム用符号器に供給する電気信号を制御するための制御部(6)とを具備するOCDMAシステム用符号装置を具備する本発明の光符号分割多重システムである。このように,PSK変調器(3)によりパルス信号に位相変調を施し,その位相変調された光信号を符合化器により多重化するので,MAIやビートノイズを軽減できるOCDMAシステムを提供できる。なお図中7は,位相変調器への変調信号などを調整するための任意の整合部を示す。この整合部は,たとえば,制御部からの制御指令に従って,情報を後述するDPSKなどのデータ形式に変換するものであってもよい。   That is, the optical code division multiplexing system of the present invention has a phase shift keying (PSK) modulator (3) to which a pulse signal from a pulse light source (2) is input, and an output signal from the PSK modulator (3). An optical code division multiple access (OCDMA) encoder (4), a signal source (5) for supplying an electrical signal to the PSK modulator and the OCDMA system encoder, and the signal source comprising the PSK modulation And an optical code division multiplexing system of the present invention comprising an OCDMA system encoder comprising a controller and a controller (6) for controlling an electrical signal supplied to the OCDMA system encoder. As described above, the PSK modulator (3) performs phase modulation on the pulse signal, and the phase-modulated optical signal is multiplexed by the encoder, so that an OCDMA system that can reduce MAI and beat noise can be provided. In the figure, reference numeral 7 denotes an arbitrary matching unit for adjusting a modulation signal to the phase modulator. For example, the matching unit may convert information into a data format such as DPSK described later in accordance with a control command from the control unit.

本発明によれば,符号器の前に位相変調器などを設けることで,後述の理論計算と実施例により確証されたとおり,MAIやビートノイズを軽減できるOCDMAシステムを提供できる。   According to the present invention, by providing a phase modulator or the like in front of the encoder, it is possible to provide an OCDMA system that can reduce MAI and beat noise as confirmed by theoretical calculation and examples described later.

本発明は,従来のようにOOKデータではなく,PSKデータにより符号化を行うので,第三者が情報を容易に傍受して解析できないOCDMAシステムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an OCDMA system in which information cannot be easily intercepted and analyzed by a third party because encoding is performed using PSK data instead of OOK data as in the prior art.

1.符号装置
1.1.符号装置の基本構成
以下図面を用いて本発明の符号装置について説明する。図1は,本発明の符号装置の概略構成図である。図1に示されるように,本発明のOCDMAシステム用符号装置(1)は,基本的には,パルス光源(2)からのパルス信号が入力する位相シフトキーイング(PSK)変調器(3)と,前記PSK変調器(3)からの出力信号が入力する光符号分割多重(OCDMA)用符号器(4)と,前記PSK変調器及び前記OCDMAシステム用符号器に電気信号を供給するための信号源と,前記信号源が前記PSK変調器及び前記OCDMAシステム用符号器に供給する電気信号を制御するための制御部とを具備する符号装置である。
1. Encoder
1.1. Basic Configuration of Encoding Device The encoding device of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a coding apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the OCDMA system encoder (1) of the present invention basically includes a phase shift keying (PSK) modulator (3) to which a pulse signal from a pulse light source (2) is input. , An optical code division multiplexing (OCDMA) encoder (4) to which an output signal from the PSK modulator (3) is input, and a signal for supplying an electrical signal to the PSK modulator and the OCDMA system encoder And a control unit for controlling an electric signal supplied from the signal source to the PSK modulator and the OCDMA system encoder.

光源,PSK変調器(位相変調器),OCDMA用符号器,信号源,制御部などは,光情報通信に用いられる公知のものを適宜用いればよい。位相変調器は,リチウムニオブ基板上に設けられた位相変調器があげられる。その場合,光の位相は位相変調器に印加するバイアス電圧により変調を行えばよい。OCDMA用符号器は,サーキュレータとサーキュレータからの光信号が入力される511チップのファイバグレーティングがあげられる。   As the light source, the PSK modulator (phase modulator), the OCDMA encoder, the signal source, the control unit, etc., known ones used for optical information communication may be appropriately used. An example of the phase modulator is a phase modulator provided on a lithium niobium substrate. In that case, the light phase may be modulated by a bias voltage applied to the phase modulator. The OCDMA encoder is a 511 chip fiber grating to which an optical signal from the circulator and the circulator is input.

DPSK変調に応じたDPSK変換部を有するものが好ましい。すなわち,制御部が,情報をDPSK変調信号に変換するように機能すればよい。このようなDPSK変調変換部では,通常のPSK変調と異なり,前の信号との差を情報とするので,通常のデータをDPSK変調に変換する必要が生ずる。しかし,第三者がこのDPSK変調された信号を傍受しても,その傍受した光信号を解読することがより困難となるので,情報のセキュリティが高まると共に,比較的簡便な復号装置により復号化できることとなる。   What has a DPSK conversion part according to DPSK modulation is preferable. That is, the control unit may function so as to convert information into a DPSK modulated signal. In such a DPSK modulation conversion unit, unlike the normal PSK modulation, the difference from the previous signal is used as information, so that it is necessary to convert normal data into DPSK modulation. However, even if a third party intercepts this DPSK-modulated signal, it becomes more difficult to decrypt the intercepted optical signal, so that the security of information is increased and decryption is performed by a relatively simple decryption device. It will be possible.

このような制御部は,たとえば,コンピュータにより実現できる。すなわち,そのようなコンピュータは,入力装置と,出力装置と,演算部と,制御部と,記憶部とを具備し,入力装置からデータが入力されれば,その入力されたデータを記憶部に含まれるバッファなどのメモリがそのデータを一時的に記憶すると共に,CPUなどの制御部が,記憶部に含まれるメインメモリに格納される制御プログラムを読み出して,その制御プログラムの指令を受け,記憶されたデータを読み出し,所定の演算処理を加えることにより,DPSKデータへと変換する。   Such a control unit can be realized by a computer, for example. That is, such a computer includes an input device, an output device, a calculation unit, a control unit, and a storage unit. When data is input from the input device, the input data is stored in the storage unit. A memory such as an included buffer temporarily stores the data, and a control unit such as a CPU reads a control program stored in a main memory included in the storage unit, receives an instruction from the control program, and stores it. The read data is read out and converted into DPSK data by applying a predetermined calculation process.

たとえば,前のデータとの差がない場合に“0”,差がある場合に“1”とするDPSK変調であれば,入力データが,0001011100であり,初期データがπであるとすれば,π以降のデータをπππ00π0πππとなるように変換すればよい。そして,そのような変換信号を信号源へ伝え,信号源は位相変調器かまたはOCDMA用符号器(好ましくは位相変調器)に印加するバイアス電圧や変調信号などを,光信号の位相がππππ00π0πππとなるように調整して,位相変調器などに印加する。これにより,DPSK変調が載せられることとなる。   For example, if the DPSK modulation is “0” when there is no difference from the previous data and “1” when there is a difference, if the input data is 0000111100 and the initial data is π, Data after π may be converted to be πππ00π0πππ. Then, such a converted signal is transmitted to the signal source. The signal source is a phase modulator or an OCDMA encoder (preferably a phase modulator), and a bias voltage or a modulation signal is applied. The phase of the optical signal is ππππ00π0πππ. Adjust so that it is applied to the phase modulator. As a result, DPSK modulation is loaded.

本発明のOCDMA用符号器は,位相シフトキーイング(PSK)変調器(3)による変調信号が,DQPSK変調信号であり,制御部は,データをDQPSK変調信号に変換するものであってもよい。この場合も上記のDPSK変調の場合と同様にして,情報を変換できる。なお,DQPSK変調は,90°づつの位相差(たとえば,前の信号との位相差が0,π/2,π,3π/2)を4値の情報とするものである。なお,DPSK変調方式やDQPSK変調方式も,PSK変調方式の一態様である。   In the OCDMA encoder of the present invention, the modulation signal by the phase shift keying (PSK) modulator (3) may be a DQPSK modulation signal, and the control unit may convert data into a DQPSK modulation signal. In this case as well, information can be converted in the same manner as in the case of DPSK modulation. Note that DQPSK modulation uses a 90 ° phase difference (for example, a phase difference of 0, π / 2, π, 3π / 2 with respect to the previous signal) as quaternary information. The DPSK modulation method and the DQPSK modulation method are also one mode of the PSK modulation method.

1.2.符号装置の動作
次に符号装置による符号化の動作について説明する。パルス光源(2)からのパルス信号が,位相変調器などの位相シフトキーイング(PSK)変調器(3)に入力する。位相変調器には,変調信号が印加され,それによりパスル信号にPSKデータが乗せられる。位相変調器に印かされる変調信号は,好ましくはパルス光源と同期が取られているので,所定のパルス信号の位相を変調できるように制御されている。位相変調器による光信号の位相変調量は,位相変調器に印加する電圧量などにより適宜調整すればよい。
1.2. Operation of Encoding Device Next, the encoding operation by the encoding device will be described. A pulse signal from the pulse light source (2) is input to a phase shift keying (PSK) modulator (3) such as a phase modulator. A modulation signal is applied to the phase modulator, whereby PSK data is placed on the pulse signal. Since the modulation signal applied to the phase modulator is preferably synchronized with the pulse light source, it is controlled so that the phase of a predetermined pulse signal can be modulated. What is necessary is just to adjust suitably the phase modulation amount of the optical signal by a phase modulator by the voltage amount etc. which are applied to a phase modulator.

PSK変調信号が乗せられたパルス信号は,光符号分割多重アクセス(OCDMA)用符号器(4)に入力される。OCDMA用符号器(4)は,このパルス信号を符号化する。各符号には,PSK変調信号が乗せられているが,符号器による符号化は,OCDMA用の符号器が行う通常の符号化でよい。すなわち,チャネルごとに,ビット間隔を符号長で割った単位であるチップを割り当て,信号が”1”の場合にはチャネルに応じて割り当てられたチップに信号を乗せる。このようにすれば,各OCDMA符号化信号には,さらにPSK変調信号も乗せられることとなる。また,符号がある又はないという情報を,位相変調により表してもよい。この場合,たとえば,0,πのようにたとえば光直交符号により符号化することとなる。このようにすれば,ペイロード部がPSKデータ形式であるOCDMA信号を得ることができることとなる。   The pulse signal carrying the PSK modulation signal is input to an optical code division multiple access (OCDMA) encoder (4). The OCDMA encoder (4) encodes this pulse signal. Each code carries a PSK modulation signal, but the encoding by the encoder may be a normal encoding performed by an OCDMA encoder. That is, for each channel, a chip which is a unit obtained by dividing the bit interval by the code length is assigned, and when the signal is “1”, the signal is put on the assigned chip according to the channel. In this way, each OCDMA encoded signal is further loaded with a PSK modulated signal. Further, information indicating whether or not there is a sign may be expressed by phase modulation. In this case, for example, encoding is performed using an optical orthogonal code such as 0 and π. In this way, it is possible to obtain an OCDMA signal whose payload part is in the PSK data format.

なお,このようにしてOCDMAシステム用符号装置により符号化された光信号は,伝播路(11)を伝播することとなる。なお,図1には,OCDMAシステム用符号装置がひとつだけ記載されているが,実際は複数のOCDMAシステム用符号装置がひとつのネットワークに接続されており,それぞれのチャネルに応じたチップが割り当てられており,それぞれのOCDMAシステム用符号装置により符号化されたOCDMA符号化信号がネットワークに入力することとなる。   The optical signal encoded by the OCDMA system encoder in this way propagates through the propagation path (11). Although only one OCDMA system encoder is shown in FIG. 1, actually, a plurality of OCDMA system encoders are connected to one network, and a chip corresponding to each channel is assigned. Therefore, an OCDMA encoded signal encoded by each OCDMA system encoding device is input to the network.

2.復号装置
2.1. 復号装置の基本構成
図2は,本発明の復号装置の基本構成を示す概略図である。図2に示されるように,本発明の復号装置は,基本的には,前記伝播路を伝播した光信号が入力するOCDMA復号器(22)と,前記OCDMA復号器から出力される光信号が入力される分岐路(23)と,前記分岐路で分波された片方の導波路に設けられた遅延部(24)と,前記分岐路で分岐された両方の導波路が合わさる合波部(25)と,前記合波部から分岐した2つの導波路のそれぞれに設けられた光検出器(26a,26b)と,前記光検出器の出力信号が入力される差分器(27)とを具備するOCDMAシステム用復号装置(21)である。
2.Decryption device
2.1. Basic Configuration of Decoding Device FIG. 2 is a schematic diagram showing the basic configuration of the decoding device of the present invention. As shown in FIG. 2, the decoding apparatus of the present invention basically includes an OCDMA decoder (22) to which an optical signal propagated through the propagation path is input, and an optical signal output from the OCDMA decoder. An input branch path (23), a delay section (24) provided in one of the waveguides demultiplexed by the branch path, and a multiplexing section in which both waveguides branched by the branch path are combined ( 25), a photodetector (26a, 26b) provided in each of the two waveguides branched from the multiplexing unit, and a differencer (27) to which an output signal of the photodetector is input. The decoding device (21) for the OCDMA system.

なお,分岐路,合波部及び遅延部は,片方のアームに1ビット遅延器などの遅延手段を具備したマッハツェンダー型導波路によって構成されても良い。この場合,合波部は,X分岐とされており,それぞれの分岐部から伸びる導波路に設けられる光検出器は,いわゆるデュアルピンフォトダイオードとして構成されていても良い。   Note that the branch path, the multiplexing section, and the delay section may be configured by a Mach-Zehnder type waveguide having a delay means such as a 1-bit delay device on one arm. In this case, the multiplexing portion is an X branch, and the photodetector provided in the waveguide extending from each branch portion may be configured as a so-called dual pin photodiode.

2.2. 復号装置の基本動作
以下,復号装置の基本動作について説明する。まず,伝播路を伝播した光信号がOCDMA復号器に入力する。すると,OCDMA復号器は,符号器で符号化された形式に応じた復号化を行う。そして,デュアルピンフォトダイオードは,入力信号と,その入力信号に時間遅延を与えたもの測定し,差分器により差分をとる。このようにして,DPSK復号化を達成する。DPSK変調とすることにより復号器の構造を容易にすることができる
2.2. Basic operation of decoding device The basic operation of the decoding device is described below. First, the optical signal propagated through the propagation path is input to the OCDMA decoder. Then, the OCDMA decoder performs decoding according to the format encoded by the encoder. The dual pin photodiode measures an input signal and a time delay applied to the input signal, and obtains a difference by a differentiator. In this way, DPSK decoding is achieved. By using DPSK modulation, the structure of the decoder can be facilitated.

具体的には,マッハツェンダー干渉計の片方のアームを伝播した光信号と,1ビット遅延器を有するアームを伝播した光信号を検出して,その差分をとることで,1つ前の情報(たとえば1チップ前)との差分を容易に分析できるのでDPSK復号化を容易に行うことができる。たとえば,OCDMA復調器に入力された信号の位相が,ππππ00π0πππであれば,1ビット遅延器を有するマッハツェンダー干渉計と,デュアルピンフォトダイオード及び差分器により分析される情報は,0001011100となる。この復号化処理は,ハードウェアにより実装されるので,きわめて迅速に行うことができる。さらに,OCDMA信号自体は,DPSK変調などにより符号化されているので,信号を傍受されても解析しにくい。   Specifically, an optical signal propagated through one arm of a Mach-Zehnder interferometer and an optical signal propagated through an arm having a 1-bit delay device are detected, and the difference between them is detected, thereby obtaining the previous information ( For example, since the difference from one chip before) can be easily analyzed, DPSK decoding can be easily performed. For example, if the phase of the signal input to the OCDMA demodulator is ππππ00π0πππ, the information analyzed by the Mach-Zehnder interferometer having a 1-bit delay device, the dual pin photodiode, and the differentiator is 0000111100. Since this decoding process is implemented by hardware, it can be performed very quickly. Furthermore, since the OCDMA signal itself is encoded by DPSK modulation or the like, it is difficult to analyze even if the signal is intercepted.

3.OCDMAシステム
3.1. OCDMAシステムの基本構成
図3は,本発明のOCDMAシステムの基本構成を示す概略図である。図3に示されるように,本発明のOCDMAシステムは,パルス光源(2)からのパルス信号が入力する位相シフトキーイング(PSK)変調器(3)と,前記PSK変調器(3)からの出力信号が入力する光符号分割多重アクセス(OCDMA)用符号器(4)と,前記PSK変調器及び前記OCDMAシステム用符号器に電気信号を供給するための信号源と,前記信号源が前記PSK変調器及び前記OCDMAシステム用符号器に供給する電気信号を制御するための制御部であって,データをDPSK変調信号に変換する制御部と,を具備する,OCDMAシステム用符号装置(1)と;前記OCDMAシステム用符号装置により符号化された光信号を伝播する伝播路(11)と;前記伝播路を伝播した光信号が入力するOCDMA復号器(22)と,前記OCDMA復号器から出力される光信号が入力される分岐路(23)と,前記分岐路で分波された片方の導波路に設けられた遅延部(24)と,前記分岐路で分岐された両方の導波路が合わさる合波部(25)と,前記合波部から分岐した2つの導波路のそれぞれに設けられた光検出器(26a,26b)と,前記光検出器の出力信号が入力される差分器(27)とを具備するOCDMAシステム用復号装置(21)と;を具備するOCDMAシステム(31)である。
3.OCDMA system
3.1. Basic Configuration of OCDMA System FIG. 3 is a schematic diagram showing the basic configuration of the OCDMA system of the present invention. As shown in FIG. 3, the OCDMA system of the present invention includes a phase shift keying (PSK) modulator (3) to which a pulse signal from a pulse light source (2) is input, and an output from the PSK modulator (3). An optical code division multiple access (OCDMA) encoder (4) for inputting a signal; a signal source for supplying an electrical signal to the PSK modulator and the OCDMA system encoder; and the signal source includes the PSK modulation. And a control unit for controlling an electrical signal supplied to the OCDMA system encoder and a control unit for converting data into a DPSK modulation signal; and an OCDMA system encoding device (1); A propagation path (11) for propagating an optical signal encoded by the OCDMA system encoder; an OCDMA decoder (22) for receiving the optical signal propagated through the propagation path; and the OCDMA recovery A branch path (23) to which an optical signal output from the optical device is input, a delay section (24) provided in one of the waveguides demultiplexed by the branch path, and both of the branches branched by the branch path An optical detector (26a, 26b) provided in each of a multiplexing unit (25) where the waveguides are combined, two waveguides branched from the multiplexing unit, and an output signal of the photodetector are input An OCDMA system (31) comprising: an OCDMA system decoding device (21) comprising a differentiator (27).

このOCDMAシステムは,上記した符号装置と上記した復号装置とを具備するので上記したように,ペイロードデータをDPSKデータ形式のOCDMA信号として符号化し,上記したように復号化する。   Since this OCDMA system includes the above-described encoding device and the above-described decoding device, the payload data is encoded as an OCDMA signal in the DPSK data format and decoded as described above.

以下,実施例を用いて本発明のOCDMAシステムを説明する。本実施例では,本発明のOCDMAシステムに関する理論計算を行った。図4は,理論計算を行うにあたり採用したOCDMAシステムのモデルを示す図である。   Hereinafter, the OCDMA system of the present invention will be described using embodiments. In this embodiment, theoretical calculation related to the OCDMA system of the present invention was performed. FIG. 4 is a diagram showing a model of the OCDMA system employed for performing the theoretical calculation.

図4に示されるとおり,このモデルでは,光パスルジェネレータと,データが載せられる位相変調器と,OCDMA符号器と,符号化された信号が入力するスター型カプラと,スター型カプラからの出力信号が入力するOCDMA符号器と,片方のアームに1ビット遅延器を有するマッハツェンダー干渉計と,デュアルピンフォトダイオードと,差分器と,シグナルディテクターとを具備する。そして,DPSK符号器により,データがDPSKデータ形式のデータへと変換され,位相変調器の変調信号として印加される。これにより,DPSK変調方式のデータが生成する。   As shown in FIG. 4, in this model, an optical pulse generator, a phase modulator on which data is loaded, an OCDMA encoder, a star coupler to which an encoded signal is input, and an output signal from the star coupler Is provided with an OCDMA encoder, a Mach-Zehnder interferometer having a 1-bit delay unit on one arm, a dual pin photodiode, a difference unit, and a signal detector. Then, the data is converted into data in the DPSK data format by the DPSK encoder and applied as a modulation signal of the phase modulator. Thereby, data of the DPSK modulation method is generated.

スターカプラーには,いくつかのユーザのクライアントなどが接続されている。複数のユーザからの符号化された光信号がひとつのスターカプラーに入力するのでMAIが発生する。以下では,出力に含まれるノイズについて理論的に計算を行う。まず,マッハツェンダー干渉計における光の場は,1ビット遅延器のない方のアームにおける場をE(t)とし,1ビット遅延器のある方のアームにおける場をE(t)とすると以下のようになる。 Some users' clients are connected to the star coupler. Since encoded optical signals from a plurality of users are input to one star coupler, MAI is generated. In the following, we will theoretically calculate the noise included in the output. First, the light field in the Mach-Zehnder interferometer is E 1 (t) in the arm without the 1-bit delay and E 2 (t) in the arm with the 1-bit delay. It becomes as follows.

上記式中,添え字のdは,対象ユーザ(Target User)を示し,添え字のiは,その他のユーザを示す。それぞれの式における第1項は対象信号を示し,第2項は他のユーザ由来の干渉を示す。式中Pは,光信号の強度(Power)を示し,ωは,光信号の角周波数を示し,φ(t)は,光信号の位相を示し,D(t)は,データ位相を示し,τは,1ビットの遅延時間を示し,τは,ユーザiの遅延時間を示し,mは他のユーザ数を示す。 In the above formula, the subscript d indicates a target user (Target User), and the subscript i indicates other users. The first term in each equation indicates the target signal, and the second term indicates interference from other users. Where P represents the intensity of the optical signal (Power), ω represents the angular frequency of the optical signal, φ (t) represents the phase of the optical signal, D (t) represents the data phase, τ 0 represents a 1-bit delay time, τ i represents the delay time of user i, and m represents the number of other users.

フォトダイオードにおいてOE変換を行う際などに,ビートノイズが発生する。また,電気信号系では,熱雑音などが発生する。これらを考慮すると,出力電流は以下のようになる。   Beat noise occurs when performing OE conversion in a photodiode. In addition, thermal noise is generated in the electrical signal system. Considering these, the output current is as follows.

上記式において,Tcは周期を示し,Rは定数を示し,n(t)は雑音成分(様々な雑音の成分をまとめた項)を示し,Δωi,dは,ωとωの差を示し,Δ(ωτ)i,dは,ωτとωτの差を示し,Δφ(t,τ,τi,dは,φ(t,τ,τとφ(t,τ,τの差を示す。なお,上記のうち最終項であるn(t)の積分値は受信器のノイズを示す。すなわち,出力電流は以下の値に比例することとなる In the above equation, Tc represents a period, R represents a constant, n 0 (t) represents a noise component (a term in which various noise components are combined), and Δω i, d represents ω i and ω d Δ (ωτ) i, d represents the difference between ωτ i and ωτ d , and Δφ (t, τ, τ 0 ) i, d represents φ (t, τ, τ 0 ) i and φ ( t, τ, τ 0 ) d difference. Note that the integrated value of n 0 (t), which is the final term among the above, indicates receiver noise. In other words, the output current is proportional to the following values:

上記式中,第1項は信号を示し,第2項はMAIによる項を示し,第3項は1次のビートノイズを示し,第4項は2次のビートノイズを示し,最終項は受信器のノイズを示す。   In the above equation, the first term indicates a signal, the second term indicates a term according to MAI, the third term indicates first-order beat noise, the fourth term indicates second-order beat noise, and the final term is received. Indicates the noise of the vessel.

次に,本発明のOCDMAシステムに関する実験を行なった。図5は,実施例におけるOCDMA実験のセットアップを示すブロック図である。本実施例における位相変調器は,リチウムニオブ基板上に設けられた位相変調器を用いた。位相は位相変調器に印加するバイアス電圧により変調を行った。OCDMA符号器として,サーキュレータとサーキュレータからの光信号が入力される511チップのファイバグレーティングを用いた。なお図中EDFAは,エルビウム添加光ファイバ増幅器である。なお,本来であれば,他のユーザ数に応じたOCDMA符号器を用意し,それらをまとめて伝播させ干渉を分析すべきであるが,本実施例では簡単のため,対象ユーザ以外の変調を強度変調器を用いたOOK信号とし,ケサイとKを調整するため,MAI生成器を用いてMAIを生成し,OCDMA信号と合波した。なお,対照実験としては,OCDMA符号器の位相変調器を強度変調器に換え,OOK変調を施した。なお図中VOAは遅延器を示す。   Next, an experiment on the OCDMA system of the present invention was performed. FIG. 5 is a block diagram illustrating the setup of an OCDMA experiment in the example. As the phase modulator in the present embodiment, a phase modulator provided on a lithium niobium substrate was used. The phase was modulated by a bias voltage applied to the phase modulator. As the OCDMA encoder, a 511 chip fiber grating to which an optical signal from the circulator and the circulator is input was used. In the figure, EDFA is an erbium-doped optical fiber amplifier. Originally, an OCDMA encoder corresponding to the number of other users should be prepared, and these should be propagated together and analyzed for interference, but in this embodiment, for the sake of simplicity, modulation other than the target user is performed. An OOK signal using an intensity modulator was used, and an MAI was generated using an MAI generator and combined with an OCDMA signal in order to adjust kesai and K. As a control experiment, the phase modulator of the OCDMA encoder was replaced with an intensity modulator, and OOK modulation was performed. In the figure, VOA indicates a delay device.

図6は,図5におけるMAI生成部を説明するためのブロック図である。すなわち,この例では他のユーザとして8ユーザを想定しており,サーキュレータとファイバグレーティングによりOCDMA符号化を行い,可変遅延装置によりたとえば,0,15ミリ秒,・・・105ミリ秒の遅延を与える。   FIG. 6 is a block diagram for explaining the MAI generation unit in FIG. That is, this example assumes 8 users as other users, performs OCDMA encoding with a circulator and a fiber grating, and gives a delay of, for example, 0, 15 milliseconds,. .

高周波信号源では,10GHzの高周波電気信号を発生し,その信号を分割してモード同期レーザダイオード,対象ユーザの位相変調器に印加するためのパルスパターンジェネレータ,その他のユーザの強度変調器に印加するためのパルスパターンジェネレータに印加した。モード同期レーザダイオードは,1.8psパルスであり,EDFAや帯域フィルタを介した後,分波し,所定の調整可能な遅延を与え,偏光調整器で偏光を調整した後,位相変調器により位相変調信号を乗せた。この位相変調は,パルスパターンジェネレータからの電圧信号によるバイアス信号によって,導波路に電界が生じ,それにより位相変調を行った。変調信号を乗せた信号をEDFAにより増強した。その後,サーキュレータを介して,511チップのファイバグレーティングに導き,符号化した光信号が再びサーキュレータに導入され,合波部へと伝播した。   The high-frequency signal source generates a 10-GHz high-frequency electrical signal, divides the signal, and applies it to a mode-locked laser diode, a pulse pattern generator for application to the target user's phase modulator, and other user's intensity modulators Applied to the pulse pattern generator for. The mode-locked laser diode is a 1.8 ps pulse, demultiplexed after passing through an EDFA or bandpass filter, given a predetermined adjustable delay, adjusted the polarization with a polarization adjuster, and then phase modulated with a phase modulator I put a signal. In this phase modulation, an electric field is generated in the waveguide by a bias signal based on a voltage signal from the pulse pattern generator, and thus phase modulation is performed. The signal carrying the modulation signal was enhanced by EDFA. After that, the optical signal which was guided to the fiber grating of 511 chip through the circulator and encoded was again introduced into the circulator and propagated to the multiplexing part.

一方,分波された光信号は,強度変調器により強度変調が施された。本来であれば,上記と同様にサーキュレータとファイバグレーティングにより多重化することが望ましいが,本実施例は,他のユーザ由来の干渉などによるMAIなどの影響を分析するためのものであるから,ここでは位相変調を行わず通常のOOKによるOCDMA変調を施した。   On the other hand, the demultiplexed optical signal was intensity-modulated by an intensity modulator. Originally, it is desirable to multiplex using a circulator and a fiber grating in the same manner as described above, but this embodiment is for analyzing the influence of MAI and the like due to interference from other users. Then, OCDMA modulation by ordinary OOK was performed without performing phase modulation.

合波された光信号は,EDFAにより増幅され,サーキュレータ及び511−チップのファイバグレーティングにより構成される復号器により復号化され,EDFAフィルタなどを介して,マッハツェンダー干渉計,ヂュアルピンフォトダイオードに導入した。マッハツェンダー導波路の一方のアームに設けた遅延装置では,100ps分の遅延を与えた。なお,OOK形式のOCDMA信号を分析する際には,マッハツェンダー干渉計を取り除き,1つのフォトダイオード(実験では,デュアルピンフォトダイオードの一方のダイオード)を用いて信号を検出した。本実施例では,7.5GHzのローパスフィルター(LPF)を介して,BERテスターに信号を伝え,BER(ビット誤り率)を測定した。   The combined optical signal is amplified by an EDFA, decoded by a decoder composed of a circulator and a 511-chip fiber grating, and introduced into a Mach-Zehnder interferometer and a dual pin photodiode via an EDFA filter. did. The delay device provided on one arm of the Mach-Zehnder waveguide gave a delay of 100 ps. When analyzing the OCDMA signal in the OOK format, the Mach-Zehnder interferometer was removed, and the signal was detected using one photodiode (in the experiment, one diode of a dual pin photodiode). In this example, a signal was transmitted to a BER tester through a 7.5 GHz low-pass filter (LPF), and the BER (bit error rate) was measured.

図7は,他のユーザがいる場合の符号化後のOSDMA信号を示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図7(a)は,対象ユーザの他に1人の他のユーザがいる場合の干渉の様子を示し,図7(b)は対象ユーザの他に8人のほかのユーザがいる場合の干渉の様子を示す。一方,図8は,他のユーザがいない場合の符号化後のOSDMA信号を示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図7(a),図7(b)及び図8から,他のユーザが多くなるほど,干渉が多くなることがわかる。   FIG. 7 is a graph (oscilloscope diagram) instead of a drawing showing an OSDMA signal after encoding when there is another user. FIG. 7A shows the state of interference when there is one other user in addition to the target user, and FIG. 7B shows the interference when there are eight other users in addition to the target user. The state of is shown. On the other hand, FIG. 8 is a graph (oscilloscope diagram) instead of a drawing showing an OSDMA signal after encoding when there is no other user. From FIG. 7A, FIG. 7B, and FIG. 8, it can be seen that as the number of other users increases, the interference increases.

図9は,DPSK変調によりOCDMA符号化を行った場合のパルス信号(変調信号)を示す図面に替わるグラフである。図9(a)は,サンプリング光のオシロスコープによる観測波形を示し,図9(b)は光信号のスペクトルを示す。図9(b)の縦軸は強度である。   FIG. 9 is a graph instead of a drawing showing a pulse signal (modulated signal) when OCDMA encoding is performed by DPSK modulation. FIG. 9A shows an observation waveform of sampling light by an oscilloscope, and FIG. 9B shows a spectrum of an optical signal. The vertical axis | shaft of FIG.9 (b) is intensity | strength.

図10は,DPSK変調によりOCDMA符号化を行った場合の符号化後の信号を示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図10(a)は,対象ユーザのみのものを示し,図10(b)は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。   FIG. 10 is a graph (an oscilloscope diagram) instead of a drawing showing a signal after encoding when OCDMA encoding is performed by DPSK modulation. FIG. 10A shows the target user only, and FIG. 10B shows the case where there are eight other users in addition to the target user.

図11は,DPSK変調によりOCDMA符号化を行った場合の復号化後の信号を示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図11(a)は,対象ユーザのみのものを示し,図11(b)は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。図11(b)において,干渉を示すξ(クサイ)は,−10.5dBであった。 FIG. 11 is a graph (oscilloscope diagram) instead of a drawing showing a signal after decoding when OCDMA encoding is performed by DPSK modulation. FIG. 11A shows only the target user, and FIG. 11B shows the case where there are eight other users in addition to the target user. In FIG. 11B, ξ 1 indicating interference was −10.5 dB.

図12は,DPSK変調によりOCDMA符号化を行った場合のアイパターンを示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図12(a)は,対象ユーザのみのものを示し,図12(b)は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。何れの図においても,シグナルはMAIやビート雑音などのため,太くなっている。図12(b)において,図12(a)に比べて,アイ開口が小さくなっているのは,他のユーザによりもたらされるMAIなどのためと考えられる。   FIG. 12 is a graph (oscilloscope diagram) instead of a drawing showing an eye pattern when OCDMA encoding is performed by DPSK modulation. FIG. 12A shows only the target user, and FIG. 12B shows the case where there are eight other users in addition to the target user. In any figure, the signal is thick due to MAI, beat noise, and the like. In FIG. 12B, the eye opening is smaller than that in FIG. 12A because of MAI caused by other users.

ただし,図12(b)のグラフでも,アイ開口が大きく,信号1と0とが逆位相となり,対称的な形状となっている。アイが広く開いているので,ノイズが載って,アイが狭まっても十分測定できる。また,信号1と0とが逆位相となり,対称的な形状となっているので,しきい値(Th)を0に固定することができる。   However, also in the graph of FIG. 12B, the eye opening is large, the signals 1 and 0 are in opposite phases, and have a symmetrical shape. Since the eye is wide open, it can measure well even if noise appears and the eye narrows. Further, since the signals 1 and 0 are in opposite phases and have a symmetrical shape, the threshold value (Th) can be fixed to 0.

図13は,OOK変調によりOCDMA符号化を行った場合のパルス信号(変調信号)を示す図面に替わるグラフである。図13(a)は,サンプリング光のオシロスコープによる観測波形を示し,図13(b)は光信号のスペクトルを示す。図13(b)の縦軸は強度である。   FIG. 13 is a graph instead of a drawing showing a pulse signal (modulated signal) when OCDMA encoding is performed by OOK modulation. FIG. 13A shows an observation waveform of sampling light by an oscilloscope, and FIG. 13B shows a spectrum of an optical signal. The vertical axis | shaft of FIG.13 (b) is intensity | strength.

図14は,OOK変調によりOCDMA符号化を行った場合の符号化後の信号を示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図14(a)は,対象ユーザのみのものを示し,図14(b)は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。   FIG. 14 is a graph (an oscilloscope diagram) instead of a drawing showing a signal after encoding when OCDMA encoding is performed by OOK modulation. FIG. 14A shows the target user only, and FIG. 14B shows the case where there are eight other users in addition to the target user.

図15は,OOK変調によりOCDMA符号化を行った場合の復号化後の信号を示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図15(a)は,対象ユーザのみのものを示し,図15(b)は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。図15(b)において,干渉を示すξ(クサイ)は,−13.5dBであった。 FIG. 15 is a graph (oscilloscope diagram) instead of a drawing showing a signal after decoding when OCDMA encoding is performed by OOK modulation. FIG. 15A shows the target user only, and FIG. 15B shows the case where there are eight other users in addition to the target user. In FIG. 15B, ξ 1 indicating interference was −13.5 dB.

図11(b)と図15(b)とを比較すると,本発明のDPSK変調により符号化を行ったものの方が干渉による影響が小さいことがわかる。   Comparing FIG. 11 (b) and FIG. 15 (b), it can be seen that the effect of interference is smaller when the coding is performed by the DPSK modulation of the present invention.

図16は,OOK変調によりOCDMA符号化を行った場合のアイパターンを示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図16(a)は,対象ユーザのみのものを示し,図16(b)は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。いずれの図においても,シグナルはMAIやビート雑音などのため,太くなっている。図16(b)において,図16(a)に比べてアイ開口が小さくなっているのは,他のユーザによりもたらされるMAIなどのためと考えられる。   FIG. 16 is a graph (oscilloscope diagram) instead of a drawing showing an eye pattern when OCDMA encoding is performed by OOK modulation. FIG. 16A shows only the target user, and FIG. 16B shows the case where there are eight other users in addition to the target user. In either figure, the signal is thick due to MAI, beat noise, and the like. In FIG. 16 (b), the eye opening is smaller than that in FIG. 16 (a) because of MAI caused by other users.

図16(b)のグラフでは,“0”に対応するシグナルがOFF(強度なし)となるので,全体として非対称なシグナルとなっている。図12(b)の実施例に比べ,アイ開口が小さいので,ノイズが載ってアイが狭まると,測定が困難となる。この場合,スペクトルの形状は,ユーザ数などに応じて変化するので,予めユーザ数を把握した上で,しきい値を決めることが望ましい。すなわち,他のユーザ数などによって,しきい値が変化し,しかも適切なしきい値を決定することが困難となる。   In the graph of FIG. 16B, since the signal corresponding to “0” is OFF (no intensity), the signal is asymmetric as a whole. Compared to the embodiment of FIG. 12B, the eye opening is small, so that measurement becomes difficult when noise is placed and the eye is narrowed. In this case, since the shape of the spectrum changes according to the number of users and the like, it is desirable to determine the threshold value after grasping the number of users in advance. That is, the threshold value changes depending on the number of other users, and it is difficult to determine an appropriate threshold value.

図17は,PSK変調(DPSK)変調によりOCDMA符号化を行った場合(実施例)におけるしきい値を説明するための図である。図17(a)は実測データ,図17(b)は信号の分布を示す。 図18は,OOK変調によりOCDMA符号化を行った場合(比較例)におけるしきい値を説明するための図である。図18(a)は実測データ,図18(b)は信号の分布を示す。   FIG. 17 is a diagram for explaining a threshold value when OCDMA encoding is performed by PSK modulation (DPSK) modulation (example). FIG. 17A shows measured data, and FIG. 17B shows signal distribution. FIG. 18 is a diagram for explaining a threshold value when OCDMA encoding is performed by OOK modulation (comparative example). 18A shows actual measurement data, and FIG. 18B shows signal distribution.

図17から,先に説明したとおり,実施例におけるシグナルには,信号と,MAIによるノイズと,ビートノイズが乗っていることがわかる。また,アイが対象なので,しきい値(Th)を0に固定できることがわかる。“0”に対応するシグナルと“1”に対応するシグナルの重複部分に対応するBERは比較的小さいといえる。一方,図18から,比較例における“0”に対応するシグナルには,MAIのほかにビートノイズの2乗成分が乗ることがわかり,またしきい値は,シグナルの形状が変化すればそれにつれて変化することがわかる。また,BERは,実施例の場合に比べ大きい。   From FIG. 17, it can be seen that the signal, noise due to MAI, and beat noise are on the signal in the embodiment as described above. It can also be seen that the threshold value (Th) can be fixed to 0 since the eye is the target. It can be said that the BER corresponding to the overlapping portion of the signal corresponding to “0” and the signal corresponding to “1” is relatively small. On the other hand, it can be seen from FIG. 18 that the signal corresponding to “0” in the comparative example carries a square component of beat noise in addition to MAI, and the threshold value increases as the signal shape changes. You can see that it changes. Further, the BER is larger than that in the embodiment.

図19は,BERを10−9とした場合の干渉レベルを示す図面に替わるグラフである。横軸は干渉レベルで単位はdBである。一方,縦軸は他のユーザの数である。図19に示されるように,たとえば,511チップFBGを用いて符号化し,BERを1×10-9とした場合,従来のOOKでは,7ユーザまでしか利用できないが,DPSKでは13ユーザまで利用できることとなる。いずれにせよ,本発明のOSDMAシステムにより利用できるユーザが増えることとなる。 FIG. 19 is a graph instead of a drawing showing the interference level when the BER is 10 −9 . The horizontal axis is the interference level and the unit is dB. On the other hand, the vertical axis represents the number of other users. As shown in FIG. 19, for example, when encoding is performed using a 511 chip FBG and the BER is 1 × 10 −9 , the conventional OOK can use only up to 7 users, but the DPSK can use up to 13 users. It becomes. In any case, the number of users that can be used by the OSDMA system of the present invention increases.

図20は,BERを6×10−5とした場合の干渉レベルを示す図面に替わるグラフである。横軸は干渉レベルで単位はdBである。一方,縦軸は他のユーザの数である。図20に示されるように,たとえば,511チップFBGを用いて符号化し,BERを1×10-9とした場合,従来のOOKでは,しきい値を固定化した場合7ユーザまでしか利用できず,しきい値を最適化(optTh)した場合でも8ユーザしか利用できない。一方,DPSKでは17ユーザまで利用できることとなる。本発明のOSDMAシステムにより利用できるユーザが増えることとなる。 FIG. 20 is a graph instead of a drawing showing the interference level when the BER is 6 × 10 −5 . The horizontal axis is the interference level and the unit is dB. On the other hand, the vertical axis represents the number of other users. As shown in FIG. 20, for example, when encoding is performed using a 511 chip FBG and the BER is set to 1 × 10 −9 , the conventional OOK can use only up to 7 users when the threshold value is fixed. Even if the threshold is optimized (optTh), only 8 users can use it. On the other hand, DPSK can use up to 17 users. The number of users that can be used by the OSDMA system of the present invention increases.

図21は,実施例(DPSK)と比較例(OOK)とにおける他のユーザ数を変えた場合のクサイ(ξ)とQペナルティ(dB)の関係を示す図面に替わるグラフである。図中Kは,他のユーザの数を示す。   FIG. 21 is a graph instead of a drawing showing the relationship between quasi (ξ) and Q penalty (dB) when the number of other users in the example (DPSK) and the comparative example (OOK) is changed. In the figure, K indicates the number of other users.

図22は,実施例(DPSK)と比較例(OOK)とにおける他のユーザ数Kを変えた場合のクサイ(ξ)の関係を示す図面に替わるグラフである。図中Kは,他のユーザの数を示す。図22から,実施例により3.5dB〜4dB程度改良されることがわかる。   FIG. 22 is a graph instead of a drawing showing the relationship of xi (ξ) when the number of other users K is changed in the example (DPSK) and the comparative example (OOK). In the figure, K indicates the number of other users. From FIG. 22, it can be seen that the embodiment improves about 3.5 dB to 4 dB.

図23は,実施例(DPSK)と比較例(OOK)とにおけるBERと出力の関係を示す図面に替わるグラフである。   FIG. 23 is a graph instead of a drawing showing the relationship between BER and output in the example (DPSK) and the comparative example (OOK).

実施例1及び実施例2を通して確認されたとおり,本発明のOCDMAシステムは,従来のシステムに比べ3〜6dB程度耐ビートノイズ特性が改善されることがわかる。これによりOCDMAネットワークにおけるアクティブユーザを増やすことができる。さらに,本発明のOCDMAシステムでは,しきい値を0に固定すればよいのでしきい値の最適化をする必要がなくな。特に,従来のOCDMAシステムでは,ユーザ数に応じてしきい値を最適化する必要があったが,本発明のOCDMAシステムではその必要がなくなる。さらには,DPSK変調などPSK変調により符号化すれば,OOK変調信号に比べて,信号が傍受された場合に容易に復号化されないという情報セキュリティの向上を図ることができる。   As confirmed through the first and second embodiments, it can be seen that the OCDMA system of the present invention has an improved beat noise resistance of about 3 to 6 dB compared to the conventional system. This can increase the number of active users in the OCDMA network. Furthermore, in the OCDMA system of the present invention, it is only necessary to fix the threshold value to 0, so that it is not necessary to optimize the threshold value. In particular, in the conventional OCDMA system, it is necessary to optimize the threshold according to the number of users, but in the OCDMA system of the present invention, this is not necessary. Furthermore, if encoding is performed by PSK modulation such as DPSK modulation, it is possible to improve information security that a signal is not easily decoded when intercepted, compared to an OOK modulated signal.

本発明のOCDMA用符号化装置やOCDMAシステムは,光情報通信の分野などで好適に利用されうる。   The OCDMA encoding apparatus and OCDMA system of the present invention can be suitably used in the field of optical information communication.

図1は,本発明の符号装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a coding apparatus according to the present invention. 図2は,本発明の復号装置の基本構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the basic configuration of the decoding apparatus of the present invention. 図3は,本発明のOCDMAシステムの基本構成を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the basic configuration of the OCDMA system of the present invention. 図4は,理論計算を行うにあたり採用したOCDMAシステムのモデルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a model of the OCDMA system employed for performing the theoretical calculation. 図5は,実施例におけるOCDMA実験のセットアップを示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating the setup of an OCDMA experiment in the example. 図6は,図5におけるMAI生成部を説明するためのブロック図である。FIG. 6 is a block diagram for explaining the MAI generation unit in FIG. 図7は,他のユーザがいる場合の符号化後のOSDMA信号を示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図7(a)は,対象ユーザの他に1人の他のユーザがいる場合の干渉の様子を示し,図7(b)は対象ユーザの他に8人のほかのユーザがいる場合の干渉の様子を示す。FIG. 7 is a graph (oscilloscope diagram) instead of a drawing showing an OSDMA signal after encoding when there is another user. FIG. 7A shows the state of interference when there is one other user in addition to the target user, and FIG. 7B shows the interference when there are eight other users in addition to the target user. The state of is shown. 図8は,他のユーザがいない場合の符号化後のOSDMA信号を示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。FIG. 8 is a graph (oscilloscope diagram) instead of a drawing showing the OSDMA signal after encoding when there is no other user. 図9は,DPSK変調によりOCDMA符号化を行った場合のパルス信号(変調信号)を示す図面に替わるグラフである。図9(a)は,サンプリング光のオシロスコープによる観測波形を示し,図9(b)は光信号のスペクトルを示す。図9(b)の縦軸は強度である。FIG. 9 is a graph instead of a drawing showing a pulse signal (modulated signal) when OCDMA encoding is performed by DPSK modulation. FIG. 9A shows an observation waveform of sampling light by an oscilloscope, and FIG. 9B shows a spectrum of an optical signal. The vertical axis | shaft of FIG.9 (b) is intensity | strength. 図10は,DPSK変調によりOCDMA符号化を行った場合の符号化後の信号を示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図10(a)は,対象ユーザのみのものを示し,図10(b)は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。FIG. 10 is a graph (an oscilloscope diagram) instead of a drawing showing a signal after encoding when OCDMA encoding is performed by DPSK modulation. FIG. 10A shows the target user only, and FIG. 10B shows the case where there are eight other users in addition to the target user. 図11は,DPSK変調によりOCDMA符号化を行った場合の復号化後の信号を示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図11(a)は,対象ユーザのみのものを示し,図11(b)は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。FIG. 11 is a graph (oscilloscope diagram) instead of a drawing showing a signal after decoding when OCDMA encoding is performed by DPSK modulation. FIG. 11A shows only the target user, and FIG. 11B shows the case where there are eight other users in addition to the target user. 図12は,DPSK変調によりOCDMA符号化を行った場合のアイパターンを示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図12(a)は,対象ユーザのみのものを示し,図12(b)は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。FIG. 12 is a graph (oscilloscope diagram) instead of a drawing showing an eye pattern when OCDMA encoding is performed by DPSK modulation. FIG. 12A shows only the target user, and FIG. 12B shows the case where there are eight other users in addition to the target user. 図13は,OOK変調によりOCDMA符号化を行った場合のパルス信号(変調信号)を示す図面に替わるグラフである。図13(a)は,サンプリング光のオシロスコープによる観測波形を示し,図13(b)は光信号のスペクトルを示す。図13(b)の縦軸は強度であるFIG. 13 is a graph instead of a drawing showing a pulse signal (modulated signal) when OCDMA encoding is performed by OOK modulation. FIG. 13A shows an observation waveform of sampling light by an oscilloscope, and FIG. 13B shows a spectrum of an optical signal. The vertical axis in FIG. 図14は,OOK変調によりOCDMA符号化を行った場合の符号化後の信号を示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図14(a)は,対象ユーザのみのものを示し,図14(b)は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。FIG. 14 is a graph (an oscilloscope diagram) instead of a drawing showing a signal after encoding when OCDMA encoding is performed by OOK modulation. FIG. 14A shows the target user only, and FIG. 14B shows the case where there are eight other users in addition to the target user. 図15は,OOK変調によりOCDMA符号化を行った場合の復号化後の信号を示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図15(a)は,対象ユーザのみのものを示し,図15(b)は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。FIG. 15 is a graph (oscilloscope diagram) instead of a drawing showing a signal after decoding when OCDMA encoding is performed by OOK modulation. FIG. 15A shows the target user only, and FIG. 15B shows the case where there are eight other users in addition to the target user. 図16は,OOK変調によりOCDMA符号化を行った場合のアイパターンを示す図面に替わるグラフ(オシロスコープ図)である。図16(a)は,対象ユーザのみのものを示し,図16(b)は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。FIG. 16 is a graph (oscilloscope diagram) instead of a drawing showing an eye pattern when OCDMA encoding is performed by OOK modulation. FIG. 16A shows only the target user, and FIG. 16B shows the case where there are eight other users in addition to the target user. 図17は,PSK変調(DPSK)変調によりOCDMA符号化を行った場合(実施例)におけるしきい値を説明するための図である。図17(a)は実測データ,図17(b)は信号の分布を示す。FIG. 17 is a diagram for explaining a threshold value when OCDMA encoding is performed by PSK modulation (DPSK) modulation (example). FIG. 17A shows measured data, and FIG. 17B shows signal distribution. 図18は,OOK変調によりOCDMA符号化を行った場合(比較例)におけるしきい値を説明するための図である。図18(a)は実測データ,図18(b)は信号の分布を示す。FIG. 18 is a diagram for explaining a threshold value when OCDMA encoding is performed by OOK modulation (comparative example). 18A shows actual measurement data, and FIG. 18B shows signal distribution. 図19は,BERを10−9とした場合の干渉レベルを示す図面に替わるグラフである。横軸は干渉レベルで単位はdBである。一方,縦軸は他のユーザの数である。FIG. 19 is a graph instead of a drawing showing the interference level when the BER is 10 −9 . The horizontal axis is the interference level and the unit is dB. On the other hand, the vertical axis represents the number of other users. 図20は,BERを6×10−5とした場合の干渉レベルを示す図面に替わるグラフである。横軸は干渉レベルで単位はdBである。一方,縦軸は他のユーザの数である。FIG. 20 is a graph instead of a drawing showing the interference level when the BER is 6 × 10 −5 . The horizontal axis is the interference level and the unit is dB. On the other hand, the vertical axis represents the number of other users. 図21は,実施例(DPSK)と比較例(OOK)とにおける他のユーザ数を変えた場合のクサイ(ξ)とQペナルティ(dB)の関係を示す図面に替わるグラフである。図中Kは,他のユーザの数を示す。FIG. 21 is a graph instead of a drawing showing the relationship between quasi (ξ) and Q penalty (dB) when the number of other users in the example (DPSK) and the comparative example (OOK) is changed. In the figure, K indicates the number of other users. 図22は,実施例(DPSK)と比較例(OOK)とにおける他のユーザ数Kを変えた場合のクサイ(ξ)の関係を示す図面に替わるグラフである。FIG. 22 is a graph instead of a drawing showing the relationship of xi (ξ) when the number of other users K is changed in the example (DPSK) and the comparative example (OOK). 図23は,実施例(DPSK)と比較例(OOK)とにおけるBERと出力の関係を示す図面に替わるグラフである。FIG. 23 is a graph instead of a drawing showing the relationship between BER and output in the example (DPSK) and the comparative example (OOK).

符号の説明Explanation of symbols

1 OCDMAシステム用符号装置
2 パルス光源
3 位相シフトキーイング(PSK)変調器
4 光符号分割多重アクセス(OCDMA)用符号器
5 信号源と,
6 制御部
11 伝播路
21 OCDMAシステム用復号装置
22 OCDMA復号器
23 分岐路
24 遅延部
25 合波部
26 光検出器(26a,26b)
27 差分器
31 OCDMAシステム
1 Encoder for OCDMA system
2 Pulse light source
3 Phase shift keying (PSK) modulator
4 Optical Code Division Multiple Access (OCDMA) Encoder
5 signal source,
6 Control unit
11 Propagation path
21 Decoder for OCDMA system
22 OCDMA decoder
23 fork
24 Delay part
25 multiplexer
26 Photodetector (26a, 26b)
27 Differentiator
31 OCDMA system

Claims (4)

パルス光源(2)からのパルス信号が入力し,前記パスル信号の位相を変調した変調信号を出力する位相シフトキーイング変調器(3)と,
前記位相シフトキーイング変調器からの変調信号が入力し,前記変調信号を符号化する光符号分割多重アクセス用符号器(4)と,
前記位相シフトキーイング変調器に前記パルス信号の位相を変調するための第1の電気信号を供給し,前記光符号分割多重アクセス用符号器に前記変調信号を符号化するための第2の電気信号を供給するための信号源(5)と,
前記信号源が供給する前記第1の電気信号及び前第2の電気信号を制御するための制御部(6)と,を具備し,
前記位相シフトキーイング変調器(3)による変調信号が,差動四相位相偏移変調信号であり,
前記光符号分割多重アクセス用符号器(4)は,前記位相シフトキーイング変調器(3)からの変調信号を位相変調することにより符号化する
OCDMAシステム用符号装置。
A phase shift keying modulator (3) for inputting a pulse signal from the pulse light source (2) and outputting a modulation signal obtained by modulating the phase of the pulse signal;
An optical code division multiple access encoder (4) that receives the modulation signal from the phase shift keying modulator and encodes the modulation signal ;
A first electric signal for modulating the phase of the pulse signal to the phase shift keying modulator, and a second electric signal for encoding the modulation signal to the optical code division multiple access encoder; a signal source for supplying (5),
A control unit (6) for controlling the first electric signal and the previous second electric signal supplied by the signal source,
The modulation signal by the phase shift keying modulator (3) is a differential four-phase phase shift keying signal ,
The optical code division multiple access encoder (4) is an encoding device for an OCDMA system that encodes the modulated signal from the phase shift keying modulator (3) by phase modulation .
前記光符号分割多重アクセス用符号器(4)は,
前記位相シフトキーイング変調器(3)からの出力信号が入力するサーキュレータと,
前記サーキュレータの光信号が入力される511チップのファイバグレーティングを具備する
請求項1に記載のOCDMAシステム用符号装置。
The optical code division multiple access encoder (4)
A circulator to which an output signal from the phase shift keying modulator (3) is input;
The encoding apparatus for an OCDMA system according to claim 1, further comprising a 511-chip fiber grating to which an optical signal of the circulator is input.
前記位相シフトキーイング変調器(3)は,
リチウムニオブ基板上に設けられている
請求項1に記載のOCDMAシステム用符号装置。
The phase shift keying modulator (3)
The encoding device for an OCDMA system according to claim 1, wherein the encoding device is provided on a lithium niobium substrate.
パルス光源(2)からのパルス信号が入力し,前記パスル信号の位相を変調した変調信号を出力する位相シフトキーイング変調器(3)と,
前記位相シフトキーイング変調器からの変調信号が入力し,前記変調信号を符号化する光符号分割多重アクセス用符号器(4)と,
前記位相シフトキーイング変調器に前記パルス信号の位相を変調するための第1の電気信号を供給し,前記光符号分割多重アクセス用符号器に前記変調信号を符号化するための第2の電気信号を供給するための信号源(5)と,
前記信号源が供給する前記第1の電気信号及び前第2の電気信号を制御するための制御部(6)と,を具備し,
前記位相シフトキーイング変調器(3)による変調信号が,DQPSK変調信号であり,
前記光符号分割多重アクセス用符号器(4)は,前記位相シフトキーイング変調器(3)からの変調信号を位相変調することにより符号化する
OCDMAシステム用符号装置と;
前記OCDMAシステム用符号装置により符号化された光信号を伝播する伝播路(11)と;
前記伝播路を伝播した光信号が入力するOCDMA復号器(22)と,
前記OCDMA復号器から出力される光信号が入力される分岐路(23)と,
前記分岐路で分波された片方の導波路に設けられた遅延部(24)と,
前記分岐路で分岐された両方の導波路が合わさる合波部(25)と,
前記合波部から分岐した2つの導波路のそれぞれに設けられた光検出器(26a,26b)と,
前記光検出器の出力信号が入力される差分器(27)とを具備する
OCDMAシステム用復号装置(21)と;
を具備するOCDMAシステム(31)。
A phase shift keying modulator (3) for inputting a pulse signal from the pulse light source (2) and outputting a modulation signal obtained by modulating the phase of the pulse signal;
An optical code division multiple access encoder (4) that receives the modulation signal from the phase shift keying modulator and encodes the modulation signal ;
A first electric signal for modulating the phase of the pulse signal to the phase shift keying modulator, and a second electric signal for encoding the modulation signal to the optical code division multiple access encoder; a signal source for supplying (5),
A control unit (6) for controlling the first electric signal and the previous second electric signal supplied by the signal source,
The modulated signal by the phase shift keying modulator (3) is a DQPSK modulated signal,
The optical code division multiple access encoder (4) is an OCDMA system encoder that encodes the modulated signal from the phase shift keying modulator (3) by phase modulation ;
A propagation path (11) for propagating the optical signal encoded by the encoding device for the OCDMA system;
An OCDMA decoder (22) to which an optical signal propagated through the propagation path is input;
A branch path (23) to which an optical signal output from the OCDMA decoder is input;
A delay unit (24) provided in one of the waveguides demultiplexed by the branch path;
A multiplexing section (25) where both waveguides branched by the branch path are combined;
A photodetector (26a, 26b) provided in each of the two waveguides branched from the multiplexing section;
A decoding device (21) for an OCDMA system comprising a differentiator (27) to which an output signal of the photodetector is input;
An OCDMA system (31) comprising:
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