JP4977899B2

JP4977899B2 - 光通信システム，光送信機，光受信機および方法ならびにこれらで用いる光相関器

Info

Publication number: JP4977899B2
Application number: JP2010519129A
Authority: JP
Inventors: 雅典塙
Original assignee: University of Yamanashi NUC
Current assignee: University of Yamanashi NUC
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2029-07-03
Also published as: US8559820B2; JPWO2010002041A1; WO2010002041A1; US20110097079A1

Description

この発明は，光通信システムに関し，特に光符号分割多重通信（ＯｐｔｉｃａｌＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）（ＯＣＤＭ）方式または光符号分割多元接続（ＯｐｔｉｃａｌＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）（ＯＣＤＭＡ）方式を用いた光通信システム，そのための光送信機および光受信機，光通信方法，光送信方法および光受信方法，ならびにそれらで用いる光相関器に関する。

符号分割多重通信／符号分割多元接続では，符号の直交性を利用して多重通信／多元接続を実現する。これらの方式では直交符号が一種の鍵として機能し，直交符号によって符号化された信号は同じ直交符号によって復号された場合に得られる自己相関信号によってのみ受信可能で，異なる直交符号で復号された場合に得られる相互相関信号では受信不可能となる。この技術は電気通信においては携帯電話や無線ＬＡＮ用の多元接続方式として広く実用されている。
一方，光ファイバ通信システムに上記の符号分割多重通信／符号分割多元接続技術を適用した光符号分割多重（ＯＣＤＭ）／光符号分割多元接続（ＯＣＤＭＡ）技術の研究開発が近年盛んに行われている。ＯＣＤＭ／ＯＣＤＭＡでは光学的符号化／復号化技術が用いられることが多く，光学的処理に適した直交符号が求められる。ＯＣＤＭ／ＯＣＤＭＡでも，電気通信で一般に用いられている搬送波の二つの位相状態（例：０，π）で符号を表現するゴールド符号や二値アダマール符号が使用されている。しかし，ゴールド符号で相互相関信号（すなわち多重／多元接続時の他チャネルからの干渉）を低減するには符号長を長くとる必要がある。また二値アダマール符号では相互相関信号のサイドローブが低減できない符号組合せが存在し，すべての多重／多元チャネルを同期させた同期式ＯＣＤＭ／ＯＣＤＭＡにしか使用できない。これらの問題の解決を目指し，搬送波の四つの位相状態（例：０，π／２，π，３π／２）で符号を表現する四値符号の利用が検討されている。たとえば次の文献を参照。
１．Ｐ．Ｃ．Ｔｅｈ，Ｍ．Ｉｂｓｅｎ，Ｈ．Ｌｅｅ，Ｐ．Ｐｅｔｒｏｐｏｕｌｏｓ，Ｄ．Ｊ．Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ，“ＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｏｆａＦｏｕｒ−ＣｈａｎｎｅｌＷＤＭ／ＯＣＤＭＳｙｓｔｅｍＵｓｉｎｇ２５５−Ｃｈｉｐ３２０−Ｇｃｈｉｐ／ｓＱｕａｒｔｅｒｎａｒｙＰｈａｓｅＣｏｄｉｎｇＧｒａｔｉｎｇｓ”，ＩＥＥＥＰＨＯＴＯＮＩＣＳＴＥＣＮＯＬＯＧＹＬＥＴＴＥＲＳ，ｖｏｌ．１４，ｎｏ．２，２００２．
２．Ｈ．Ｓｏｔｏｂａｙａｓｈｉ，Ｗ．Ｃｈｕｊｏ，Ｋ．Ｋｉｔａｙａｍａ，“１．６ｂ／ｓ／Ｈｚ６．４−Ｔｂ／ｓＰＳＫ−ＯＣＤＭ／ＷＤＭ（４ＯＣＤＭ×４０ＷＤＭ×４０Ｇｂ／ｓ）Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，“ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＵｓｉｎｇＯｐｔｉｃａｌＨｅａｒｄＴｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ”，ＩＥＥＥＰＨＯＴＯＮＩＣＳＴＥＣＮＯＬＯＧＹＬＥＴＴＥＲＳ，ｖｏｌ．１４，ｎｏ．２，２００２．
３．Ｓ．Ｂｏｚｔａｓ，Ｒ．Ｈａｍｍｏｎｓ，ａｎｄＰ．Ｖ．Ｋｕｍａｒ，“４−ｐｈａｓｅｓｅｑｕｅｎｃｅｓｗｉｔｈｎｅａｒｏｐｔｉｍｕｍｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，”ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｉｎｆｏｒｍ．Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．３８，ｐｐ．１１０１−１１１３，Ｍａｙ１９９２．
４．Ｌ．Ｃ．Ｔｒａｎ，Ｊ．Ｓｅｂｅｒｒｙ，Ｂ．Ｊ．Ｗｙｓｏｃｋｉ，Ｔ．Ａ．Ｗｙｓｏｃｋｉ，Ｔ．Ｘｉａ，ａｎｄＹｉｎｇＺｈａｏ，″ＣｏｍｐｌｅｘＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＳｅｑｕｅｎｃｅｓｆｒｏｍＡｍｉｃａｂｌｅＨａｄａｍａｒｄＭａｔｒｉｃｅｓ，″ＩＥＥＥ５９ｔｈＶｅｈｉｃｕｌａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．３，ｐｐ．１４９０−１４９３，Ｍａｙ２００４
文献１では，文献２で提案されたＡ系列群（ｆａｍｉｌｙＡｓｅｑｕｅｎｃｅ）と呼ばれる四値符号（Ａ系列群符号）をＯＣＤＭに適用し，符号長２５５のＡ系列群への符号化／復号化を超格子構造ファイバ型回折格子（ＳＳＦＢＧ）によって行うＯＣＤＭシステムについて報告している。しかし，ＳＳＦＢＧは作成時にそのデバイス構造が固定されてしまうため，Ａ系列群符号を用いる場合にはＡ系列一つに対してＳＳＦＢＧを一つ作成する必要がある。またＡ系列群符号で符号系列数を多くとるためには（すなわち多重／多元チャネル数を増加させるためには）長い符号長が必要となり，ＳＳＦＢＧ型符号器／復号器を小型化することが困難となる。事実，文献１で利用されているＳＳＦＢＧ型符号器／復号器は全長が８０ｍｍある。
文献３でも符号長３の四値符号がＯＣＤＭ用直交符号として利用されているが，符号体系は示されていない。また文献４では，二値アダマール符号を変換して多値アダマール符号を得るための計算機探索が報告されているが，体系的に符号を得ることができないため，ある符号長において取得可能な最大符号系列数や，最大相互相関値など，実用上大切な情報を得ることが困難である。また変換行列は発見的探索アルゴリズムで求める必要があり，符号長が長くなるにつれて多項式時間内に探索を終えることが困難になる。
このように，光処理による符号化／復号化に適し，相互相関値が低く抑えられる，ＯＣＤＭ／ＯＣＤＭＡ用多値直交符号体系は現存していない。

この発明は，ＯＣＤＭ／ＯＣＤＭＡシステムにおける光処理による符号化／復号化（エンコード／デコード）に適し，かつ相互相関値を低く抑えることができる直交符号を用いた光通信システム，光送信機，光受信機，光通信方法，光送信方法，光受信方法およびこれらで用いる光相関器を提供するものである。
この発明はまた，符号化／復号化の両方に適した汎用型の光相関器を提供する。
この発明はさらに，光受信機において符号多重干渉を低減方法できるようにすることを目的とする。
この発明による光通信システムは，上記光送信機と光受信機を含む。光送信機は，ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ［２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ］（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列のいずれかの行によって表わされる符号長Ｎの複素直交符号の符号語が割当てられ，この符号語によって送信すべき光信号を光学的にエンコードする光相関器を含む。上記受信機は，ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ［２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ］（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列のいずれの行によって表わされる符号長Ｎの複素直交符号の符号語が割当てられ，受信する光信号をその符号語によって光学的にデコードする光相関器を含む。
上記光通信システムは，最大Ｎ個の光送信機と最大Ｎ個の光受信機を含み，各光送信機の光相関器にはそれぞれ異なる符号語が割当てられ，各光受信機の光相関器には対応する光送信機の光相関器に割当てられたものと同じ符号語が割当てられている。
光送信機において光信号をエンコードするときに用いられた符号語と同じ符号語が割当てられて光受信機において，強い自己相関光信号が得られ，異なる符号語が割当てられた光受信機においては非常に弱い相互相関光信号が得られるので，光信号を多重化して送信しても，特定の光受信機においてのみ対応する光送信機から送信されたデータが復号（デコード）されることになる。このようにして，ＯＣＤＭまたはＯＣＤＭＡ方式による光通信が実現する。
この発明による光送信機は，光相関器を含み，この光相関器は，ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ［２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ］（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列のいずれかの行によって表わされる符号長Ｎの複素直交符号の符号語が割当てられ，送信すべき光信号を表わす光波からＮ個の光波を生成し，これらのＮ個の光波の時間軸上で隣接するものの間に，割当てられた符号語によって規定される位相差を生じさせるものである。これによって送信すべき光信号がエンコードされる。
一実施態様ではＮ個の光波はＮ個の光パルスの列であり，各光パルスの搬送波位相状態が光送信機に割当てられた複素直交符号の符号語の要素の偏角と対応しておりＯＣＤＭ／ＯＣＤＭＡ用光直交符号を表わす。
この発明による光受信機は光相関器を含み，この光相関器は，ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ［２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ］（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列のいずれかの行によって表わされる符号長Ｎの複素直交符号の符号語が割当てられ，この符号語が，受信光信号をエンコードした符号語と同一の場合には強い自己相関を表わす光信号を出力し，異なる場合には自己相関出力と比べて弱い相互相関を表わす光信号を出力するものである。
光受信機はさらに，上記光相関器から出力される光相関信号を光電変換して電気信号を出力する光電変換回路と，この光電変換回路の出力電気信号から，上記光相関器に割当てられた符号語以外の複素直交符号の符号語によって符号化されて生じた多重干渉信号を低減（遮断）する低域通過フィルタとをさらに備える。これによって，所望以外の複素直交符号によって符号化された多重干渉信号を低減することができる。すなわち，光符号分割多重干渉低減が実現する。
この発明は，さらに，送信すべき光信号を表わす光波からＮ個の光波を生成し，これらのＮ個の光波の時間軸上で隣接するものの間に，ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ［２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ］（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列のいずれかの行によって表わされる符号長Ｎの複素直交符号の符号語によって規定される位相差を生じさせるように構成された光相関器を提供している。
上記の光相関器は次に示すような標本化ブラッグ・グレーティングを用いて実現することができる。すなわち，この発明は光相関器を提供しており，この光相関器は，ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ［２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ］（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列のいずれかの行によって表わされる符号長Ｎの複素直交符号の符号語が割当てられ，光導波路内に一定間隔で直列に配置された複数のブラッグ・グレーティングを有し，これらのブラッグ・グレーティングの反射率が上記の割当てられた符号語の振幅にあわせて調節され，かつ隣接するブラッグ・グレーティングによって反射される光波の位相差が上記の割当てられた符号語の隣接要素間位相差にあわせて調整された標本化ブラッグ・グレーティングと，入力光信号を上記標本化ブラッグ・グレーティングに導き，上記標本化ブラッグ・グレーティングから出力される反射光波を取り出す光サーキュレータとを備える。
上記標本化ブラッグ・グレーティングは一実施態様では，標本化光ファイバ・ブラッグ・グレーティングである。標本化ブラッグ・グレーティングの光導波路は光ファイバでもよいし，平面光導波路でもよい。
上記複素直交符号によるすべての，または多くの符号語を実現できる汎用の光相関器は，上記標本化ブラッグ・グレーティングの光導波路の一部または全体に物理量を加えることにより，隣接するブラッグ・グレーティングによって反射される光波の位相差またはブラッグ反射波長を変化させ，かつこれらを所望の値に保つ物理量印加手段をさらに備えている。
印加する物理量の調整によって光波の位相差またはブラッグ反射波長を所望の値に変化させることができる。
このような汎用の相関器，すなわち符号の切り替えは，１×Ｎの光分波器とＮ本の並列光導波路とＮ×１の光合波器を有し，Ｎ本の並列光導波路のうちの一つの導波路を基準とする他の並列光導波路の伝搬遅延時間差が所望の上記複素直交符号の先頭パルスと他のパルスの時間差に対応し，かつ並列光導波路より出力される各光パルスの搬送波位相が所望の上記複素直交符号の先頭パルスと他のパルスの位相差に対応するように調節された光相関器を用い，上記光相関器に入射される光信号の搬送波波長に対して光相関器の動作波長を移動させることでも得られる。
この発明はさらに，上記光通信システム，上記光送信機，上記光受信機等を用いた光通信方法，光送信方法，光受信方法等も提供している。さらにこの発明は，光相関器における符号切り替え方法を提供している。
この発明による符号切り替え方法は，光導波路内に一定間隔で直列に配置された複数のブラッグ・グレーティングを有し，これらのブラッグ・グレーティングの反射率が，ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ（２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ）（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列の各行を符号語とする符号長Ｎの複素直交符号の符号語の一つの振幅にあわせて調整され，かつ隣接するブラッグ・グレーティングによって反射される光波の位相差が上記複素直交符号の符号語の一つの隣接要素間位相差にあわせて調整された標本化ブラッグ・グレーティングと，入力光信号を光サーキュレータによって上記標本化ブラッグ・グレーティングに導き，上記標本化ブラッグ・グレーティングから出力される反射光波を上記光サーキュレータによって取り出す機構とを備えた光相関器を用い，上記標本化ブラッグ・グレーティングの光導波路の一部または全体に物理量を加えることにより，隣接するブラッグ・グレーティングによって反射される光波の位相差またはブラッグ反射波長を変化させ，かつこれらを所望の値に保つことにより，上記光相関器において上記複素直交符号の一符号語を，同じ正方行列の異なる行から得られる他の符号語に切り替えるものである。
以上のように，この発明によると，光処理による符号化／復号化に適し相互相関値が低く抑えられるＯＣＤＭ／ＯＣＤＭＡ用複素直交符号を用いた通信システム，光送信機，光受信機，光相関器が実現できる。

第１Ａ図は複素直交符号の一例（Ｎ＝４の場合）を示すものであり，第１Ｂ図は複素平面を示し，第１Ｃ図は複素直交符号の各符号語が表わす位相差を示す。
第２図は複素直交符号の他の例（Ｎ＝８の場合）を示すものである。
第３図は光符号分割多重方式ないしは光符号分割多元接続方式による通信システムを示すブロック図である。
第４図は標本化ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＳＦＢＧ）の構成を模式的に示すものである。
第５図はＳＦＢＧの入力短光パルスと出力反射パルスとを示すものである。
第６図は符号語とそれによる搬送波の隣接ＦＢＧによる反射光波間位相差を示す波形図である。
第７Ａ図は，背景技術にあげた二相アダマール符号を用いた場合の相関波形の計算例を示し，第７Ｂ図は複素直交符号を用いた場合の相関波形の計算例を示すものである。
第８Ａ図，第８Ｂ図，第８Ｃ図，第８Ｄ図は，実施例で用いた符号長４の複素直交符号の，４つの符号語に対応するＳＦＢＧの反射スペクトルを，数値シミュレーションの計算結果によって示すものである。
第９図は汎用タイプの光相関器の構成を模式的に示すものである。
第１０Ａ図，第１０Ｂ図，第１０Ｃ図，第１０Ｄ図は，実施例で用いた符号長４の複素直交符号の符号語ｃ_１に対応するＳＦＢＧを，熱電素子によって加熱した場合の反射スペクトルを，実デバイスの実測結果によって示したものである。
第１１図は，多重干渉を低減できる受信機の装置構成を示すものである。
第１２図は，Ｎ＝１６における自己相関波形と相互相関波形の周波数帯域幅に対する累積エネルギーの計算例を示すものである。

この発明の光符号分割多重（ＯＣＤＭ）方式または光符号分割多元接続（ＯＣＤＭＡ）方式による光通信で用いられる符号は，ｍ行ｎ列の各要素が，

で表わされるＮ×Ｎの正方行列の各行を符号語とする符号長Ｎの複素直交符号である。
Ｎ＝４の場合の複素直交符号を与える正方行列の例が第１Ａ図に表わされている（これを式（２）とする）。各行ｃ_１，ｃ_２，ｃ_３，ｃ_４がそれぞれ複素直交符号による符号語である（明細書においては，ｃｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の上につけるバーを省略する）。各符号の意味は第１Ｂ図に示す複素平面において理解できるであろう。
Ｎ＝８の場合の複素直交符号を与える正方行列の例が第２図に示されている（これを式（３）とする）。各行ｃ_１〜ｃ_８がそれぞれ複素直交符号による符号長８の符号語である。
第３図は上記の符号語を用いた通信システムの例を示している。最大Ｎ台の送信機と最大Ｎ台の受信機との間で（最大Ｎチャネル），データの送受信が可能である。すなわち，送信側では，異なるＮ個の複素直交符号ｃ_１〜ｃ_Ｎ（ｃ_ｉ：ｉ＝１〜Ｎ）でそれぞれ送信すべき光信号（データ）を符号化（エンコード）し，受信側では受信光を対応する複素直交符号で復号化（デコード）してデータを取り出す。多重化された送信光信号を，複素直交符号の直交性によってそれぞれに分離することができる。
各送信機３ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）において，レーザ・ダイオード（レーザ光源）１５から一定時間間隔で繰り返すきわめてパルス幅の狭いパルス・レーザ光（光パルス列）が発生する。この一連のパルス・レーザ光は，強度（振幅）変調器（インテンシティ・モジュレーター：ＩＭ）１６において，送信すべきデータＤ_ｉによって強度変調される。データ変調は強度変調に限られない。たとえば差動位相変調（ＤＰＳＫ）なども用いることができる。強度変調器１６の出力光信号は，エンコーダ１０（後述する光相関器）において，それに割り当てられた複素直交符号語ｃ_ｉを用いてエンコード（符号化）される。
Ｎ台の送信機３１〜３Ｎから出力されるエンコードされた光信号はコンバイナー３０により多重化され，光ネットワーク５０に送出される。
受信側において，光ネットワーク５０を経て到来する多重化された光信号は，パワー・スプリッタ４０によってＮ個の同じ光信号に分割され，それぞれ受信機４ｉに入力する。
各受信機４ｉはデコーダ２０（後述する光相関器）を含み，このデコーダ２０には，Ｎ個の複素直交符号語のうちの特定のものｃ_ｉがそれぞれ割り当てられている。受信機４ｉに入力した光信号はエンコーダ２０において，それに割り当てられた複素直交符号語を用いてデコード（復号化）される。したがって，光信号が多重化されていても，特定の光受信機４ｉにおいては，その光受信機４ｉに割当てられた符号語ｃｉと同じ符号語ｃｉを用いて光送信機３ｉでエンコードされた光信号についてのみ高い自己相関信号が得られ，他の光送信機でエンコードされた光信号については低い相互相関信号となるので，対応する特定の光送信機３ｉから送信された光信号のみが取り出される。
デコーダから出力される光相関信号は，フォトダイオード（光検出器）２５により電気相関信号に変換され，さらに，光電変換により得られた電気相関信号は電気低域通過フィルタ５０に与えられる。この電気低域通過フィルタ５０において，その受信機４ｉに割り当てられた複素直交符号以外の複素直交符号によるエンコードによって生じた多重干渉信号が低減（遮断）される。
すなわち，電気低域通過フィルタ２６の遮断周波数は，送信機３ｉのエンコーダ１０（光相関器）に入力する光パルス列の繰り返し周波数と同程度以上で，かつ後述するＳＦＢＧ１１の隣接するサブＦＢＧ間の間隔によって定まる隣接ＦＢＧ反射光波間の時間間隔Ｔｓの逆数で与えられる周波数に比べて十分に低く調整される必要がある。
第４図は上述のエンコーダ１０またはデコーダ２０内の光相関器で用いられる標本化ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＳａｍｐｌｅｄＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ：以下ＳＦＢＧという）を模式的に示すものである。このＳＦＢＧ１１は符号長４の複素直交符号の符号語の一つに対応している。
一般にファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）は，光ファイバのコア部に周期的な屈折率変調（変化）を与えて回折格子を形成したファイバ型のデバイスである。このファイバ内に光を入射すると，
λ_{Ｂｒａｇｇ}＝２ｎ_ｅｆｆΛ ‥‥式（４）
というブラッグ条件を満たす特定の波長（ブラッグ波長）の光を強く反射（回折）する。ここでΛはＦＢＧにおける屈折率変調の周期，ｎ_ｅｆｆはファイバのコア部の有効（実効）屈折率である。この回折格子を以下ではサブＦＢＧという。
ＳＦＢＧは，複数個のサブＦＢＧを光ファイバ内に，離散的に（すなわち間隔をあけて），直列に（光ファイバの軸方向に）配置したものである。第４図に示すＳＦＢＧ１１は符号長４の複素直交符号の符号語の一つに対応するものであるから４つのサブＦＢＧが設けられている。これらの４つのサブＦＢＧを，図中の符号として，それぞれ光の入出力端から（第４図の左端から）ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，ＦＢＧ３，ＦＢＧ４とする（これらを総括して呼ぶとき，または特定のものを代表的に示すときには単にＦＢＧまたはＦＢＧｉ（ｉ＝１〜４）ということにする）。
サブＦＢＧｉの長さをそれぞれＬｇｉ（ｉ＝１〜４），隣接する２つのサブＦＢＧｉとＦＢＧ（ｉ＋１）との間の間隙部（非ＦＢＧ部）の長さをＬｓｉ（ｉ＝１〜３），隣接する２つのサブＦＢＧｉからサブＦＢＧ（ｉ＋１）までの長さ（隣接するサブＦＢＧ間の間隔）をＬｉ（ｉ＋１）（ｉ＝１〜３）（Ｌｉ（ｉ＋１）＝Ｌｇｉ＋Ｌｓｉ），各ＦＢＧｉの反射率をＲｉとする。これらの長さＬｇｉ，長さＬｓｉ，間隔Ｌｉ（ｉ＋１），反射率Ｒｉを総括して単にＬｇ，Ｌｓ，Ｌ，Ｒということがある。
第５図は符号長４の光相関器の構成例を示している。ＳＦＢＧ１１に加えて，ＳＦＢＧ１１に入射光を導くとともにＳＦＢＧ１１からの反射光を取り出す３ポート光サーキュレータ１２が設けられている。
ＳＦＢＧ１１の光入出力端を３ポート光サーキュレータ１２のポートＰ２に接続し，光サーキュレータ１２のポートＰ１に短光パルスを一つ入射すると，この短光パルスはＳＦＢＧ１１に入力し，そのコア部内を伝搬しながら各ＦＢＧで順次反射（ブラッグ回折）し，光サーキュレータ１２のポートＰ２に入力するから，光サーキュレータ１２のポートＰ３から，時間間隔Ｔｓの４つの短光パルスの列が取り出される。各ＦＢＧの反射率Ｒが非常に小さければ（１≪Ｒ），出力短光パルス列における４つのパルスの強度の差は非常に小さい。
上記時間間隔Ｔｓは隣接するサブＦＢＧ間の間隔Ｌを用いて，次式で与えられる。
Ｔｓ≒２ｎ_ｃｏｒｅＬ／ｃ ‥‥式（５）
ここでｃは光速，ｎ_ｃｏｒｅは間隙部のコアの有効（実効）屈折率である。
光サーキュレータ１２のポートＰ１に入射する短光パルスのパルス幅は，式（５）で定まる反射光パルス列の時間間隔Ｔｓと同等か，より短いことが望ましい。
ＳＦＢＧ１１のサブＦＢＧの反射率Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は，単一短光パルスの入射に対して等しい，もしくはほぼ等しい，またはいずれか一つの符号語の振幅にあわせた強度のパルスのパルス列が出力されるように調整されている必要がある。
ＳＦＢＧ１１のサブＦＢＧの反射率Ｒは，上記のように非常に小さければ，単一短光パルスの入射に対して，式（２）で表わされる（第１Ａ図に示される）複素直交符号における符号語の一つを表わすように調整されているといえる。他の調整の方法としては（パルス列の各パルスの強度を等しく，またはほぼ等しくするためには），ＳＦＢＧ１１の入出力端から遠くなるにしたがいＦＢＧの反射率を高く設定することがある（Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３＜Ｒ４）。
ＳＦＢＧ１１内の隣接するサブＦＢＧ間の位相差は，単一短光パルスの入射に対して，隣接するサブＦＢＧによって反射される２つの短光パルス間の搬送波の位相差が，式（２）で表わされる（第１Ａ図に示される）複素直交符号の符号語の一つの，隣接する要素間の位相差に一致するように調整されている必要がある。この点について以下に説明する。
ＳＦＢＧ１１内にその入出力端（第５図の左端）から入射した光波について，隣接するサブＦＢＧのうちの前段のＦＢＧｉで反射して入出力端に戻る反射光波と，後段のＦＢＧ（ｉ＋１）で反射して入出力端に戻る反射光波との間の光路差は近似的に次式で与えられる。
２ｎ_ｃｏｒｅＬ ‥‥式（６）
上記２つの反射光波（搬送波）の位相差（第４図にΔφ_１２，Δφ_２３，Δφ_３４等で表わされている）がブラッグ波長λ_{Ｂｒａｇｇ}において０であるためには，式（６）で表わされる光路差がブラッグ波長λ_{Ｂｒａｇｇ}の正の整数倍であればよい。
上記２つの反射波（搬送波）の位相差がブラッグ波長λ_{Ｂｒａｇｇ}においてπ／２であるためには，式（６）で表わされる光路差がブラッグ波長λ_{Ｂｒａｇｇ}の（４ｋ＋１）／４（ｋは０または正の整数）倍であればよい。
上記２つの反射波（搬送波）の位相差がブラッグ波長λ_{Ｂｒａｇｇ}においてπであるためには，式（６）で表わされる光路差がブラッグ波長λ_{Ｂｒａｇｇ}の（２ｋ＋１）／２（ｋは０または正の整数）倍であればよい。
上記２つの反射波（搬送波）の位相差がブラッグ波長λ_{Ｂｒａｇｇ}において３π／２であるためには，式（６）で表わされる光路差がブラッグ波長λ_{Ｂｒａｇｇ}の（４ｋ＋３）／４（ｋは０または正の整数）倍であればよい。
符号長４の光相関器（エンコーダ１０およびデコーダ２０のいずれにおいても）についていうと，たとえば光送信機３ｉおよび光受信機４ｉの光相関器は，ｉ＝１の場合には（符号語ｃ_１），隣接する２つのＦＢＧで反射する上記の２つの反射波（搬送波）の位相差が０となるように，ｉ＝２の場合には（符号語ｃ_２）π／２となるように，ｉ＝３の場合には（符号語ｃ_３）πとなるように，ｉ＝４の場合には（符号語ｃ_４）３π／２となるように，式（６）で表わされる光路差があらかじめ調整されている。
このような符号語とＳＦＢＧ１１から出力される４つの短光パルスの列の搬送波との関係が第６図に示されている。破線で示すのは搬送波の包絡線であり，この包絡線をその強度のみで示すと第５図に示す４つの短光パルス列となる。太い実線で示す搬送波は，それらの位相のずれを分りやすく示すために，周波数をわざわざ低く（波長を長く）して描いてある。符号語に対応して搬送波の位相差が各ＦＢＧ間において０，π／２，π，３π／２となっていることが理解されよう。第１Ｃ図は各符号語に対応する位相差Δφ_１２，Δφ_２３，Δφ_３４をマトリクスの形で表現したものである。
各送信機３ｉに設けられるエンコーダ１０内の相関器（第５図に示す構成）から出力される光相関信号においては，各送信機３ｉ（ｉ＝１〜Ｎ：ここではＮ＝４）に割当てられている符号語に対応する位相差が短光パルス列の隣接する２つのパルスの搬送波間に生じていることになる。
受信機４ｉに設けられるデコーダ２０内の相関器（第５図に示す構成）においては，入力する光相関信号（受信光信号）を生成した符号語と，その受信機４ｉに割当てられている符号語との相関波形を表わす光信号が光サーキュレータ１２のポートＰ３から出力されることになる。
光送信機における符号語と，受信機のデコーダの光相関器のＳＦＢＧ１１に割当てられた符号語が同一の場合には，サーキュレータ１２から取り出される光信号は，その符号語の自己相関波形となり，二つの符号語が異なる場合には，二つの符号語の相互相関波形となる。
第７Ａ図は，従来用いられてきた二相アダマール行列から得られたＮ＝４の実数直交符号における相関波形を示している。
第７Ｂ図は，Ｎ＝４の複素直交符号の４つの符号語のうち二つの符号語の組み合わせによって得られる相関波形を示している。
いずれも，図の対角要素は自己相関波形，非対角要素は相互相関波形である。
第７Ａ図の二相アダマール行列の相関波形では，自己相関波形の形状が二種類に大別できるとともに，第３行第４列と第４行第３列の符号語の組み合わせにおいて，相互相関波形に高いピークが見て取れる。第１行第３列，第２行第４列，第３行第１列，第４行第２列の相互相関波形も，自己相関波形のピークの１／４程度の高めのピークを有している。
これに対し，第７Ｂ図のこの発明の実施例による複素直交符号の相関波形では，いずれの符号語の組み合わせにおいても，相互相関波形のピークが低く抑えられている。
Ｎ＝４の場合の相互相関波形のピークの最大値は，二相アダマール符号では自己相関波形の９／１６（５６．２５％），この発明の実施例による複素直交符号では２／１６（１２．５％）となる。
符号長がより長い場合（Ｎが４より大きい場合），この相互相関値の最大値の差は拡大し，この発明による複素直交符号の利用による相互相関低減効果がより顕著となる。
第８Ａ図から第８Ｄ図は，Ｎ＝４の複素直交符号の４つの符号語に対応するように反射光波間位相差が調整されたＳＦＢＧの反射スペクトル（レーザ光は単一波長とはいえ，実際には若干の波長の分布が存在する）の計算例を表している。
縦軸は反射量で単位はｄＢ（デシベル），横軸は中心波長に対する波長ずれを中心波長で正規化した位相差として表した量で，単位はｒａｄ／ｓ（ラジアン毎秒）である。
これらの図に示す４つの反射スペクトルは，間隔が２π ｒａｄ／ｓの高いピークと，そのピークに対して±０．５π ｒａｄ／ｓ，±１．０π ｒａｄ／ｓ，±１．５π ｒａｄ／ｓの位置に反射率の谷を有している。
４つの反射スペクトルの差異は中心波長（ブラッグ波長）に対する相対的なピーク位置の差異だけである。
符号語ｃ_１に対しては（第８Ａ図），中心波長（ブラッグ波長）と，反射スペクトルのピーク波長が一致し，他の符号語ｃ_２〜ｃ_４では（第８Ｂ図〜第８Ｄ図），反射スペクトルがそれぞれ０．５π ｒａｄ／ｓずつ長波長側に移動し，それぞれ異なる反射率の谷が中心波長（ブラッグ波長）と一致する。
光符号分割多重用光相関器として用いることができる帯域幅は±π ｒａｄ／ｓであり，光サーキュレータを介してＳＦＢＧに入射する短光パルス信号の帯域幅はこれと同等，あるいはそれ以上である必要がある。
上述のように，光送信機３ｉと光受信機４ｉの光相関器ＳＦＢＧ１１において，対応する光送，受信機に同一の符号語に応じた位相差を搬送波に生じさせるような光路差をあらかじめ設定しておけばよい。上記の反射光波間位相差の調整は，サブＦＢＧ間の間隙部の長さの精密な調整，間隙部への紫外線照射，熱，応力の印加等により行うことができる。
第９図は上述したすべての符号語が設定可能な汎用的な光相関器の構成例を示している。この光相関器はエンコーダおよびデコーダの両方に適用可能である。
この光相関器はＳＦＢＧ１１における隣接するサブＦＢＧ間の光波の位相差（光路長）を熱光学効果で制御するための熱電素子１３を備えている。この熱電素子１３によりＳＦＢＧ１１の全体を加熱または冷却する。
すなわち，熱電素子１３はＳＦＢＧ１１と接触して配置されており，熱電素子１３に印加する電流量によってＳＦＢＧ１１の温度を調整し，熱光学効果によりＳＦＢＧ１１のコア内の屈折率ｎ_ｃｏｒｅを変化させるので，式（５）の時間間隔Ｔｓと式（６）の光路差が調整される。同時にＳＦＢＧ１１内のサブＦＢＧの実効屈折率ｎ_ｅｆｆも変化するため，式（４）のブラッグ波長も変化する。このようにして，所望の符号語を設定することが可能となる。
第１０Ａ図から第１０Ｄ図は，Ｎ＝４の複素直交符号の符号語ｃ_１に対応するように反射光波間位相差が調整されたＳＦＢＧにおいて，そのブラッグ波長を熱電素子で調整したときの反射スペクトルの実測例を表している。第１０Ａ図から第１０Ｄ図中の破線は，第８Ａ図から第８Ｄ図に示した計算例である。
全てのサブＦＢＧが同じ熱量を受け取る場合，全てのサブＦＢＧのブラッグ波長が同じ波長だけ調整されるため，符号語ｃ_１に対応する反射スペクトルが長波長側に移動する。
熱電素子１３に印加する電流量を，加熱による反射スペクトルの移動量が第８Ａ図から第８Ｄ図の各符号語に対する反射スペクトルのピーク波長の移動量と一致するように調整した場合，加熱前のブラッグ波長を中心とした帯域幅±π ｒａｄ／ｓの反射スペクトル実測例は，反射スペクトル計算例とほぼ一致する。
このように，複素直交符号を光符号分割多重用直交符号として用いる場合，光相関器を実現するＳＦＢＧのサブＦＢＧにおける反射光波間位相差を厳密に調整する代わりに，全てのサブＦＢＧのブラッグ波長を調整することで，光相関器が対応する複素直交符号を動的に切り替えることが可能となる。
上記ブラッグ波長の動的切り替えは，上記実施例のように，熱電素子などを用いた熱光学効果によって実現することもできるし，ＳＦＢＧ全体への張力または応力の印加によっても実現できる。
上記の複素直交符号の動的切り替えは，ＳＦＢＧのサブＦＢＧ間反射光波間位相差を，サブＦＢＧ間隙部への熱，応力の印加等によって調整することでも実現できる。
また，上記複素直交符号の動的切り替えは，全てのサブＦＢＧ間に等しい長さのＹｂイオン添加ファイバなどを挿入した場合には，上記ファイバの添加物イオンを励起する波長の光を波長多重カプラを介して信号光と合波して入射し，上記ファイバ内における光励起屈折率変化を利用することによっても実現できる。
第１１図は，第３図に示す光受信機の構成を具体的に示すもので，第９図に示す構成の光相関器が用いられている。この光相関器から取り出される光相関信号を光検出器２５によって光電変換し，光電変換で得られた電気相関信号を電気低域通過フィルタ２６に通すことにより，この光相関器に割当てられた複素直交符号以外の複素直交符号によって符号化された多重干渉信号を低減（遮断）することができる。第１１図は光符号分割多重干渉低減方法の実施例の装置構成を示すものである。
電気低域通過フィルタ２６の遮断周波数は，上述したように，符号化用光相関器に入力される光パルス列の繰り返し周波数と同程度以上で，ＳＦＢＧ１１の隣接するサブＦＢＧ間隔Ｌｓによって定まる隣接ＦＢＧ反射光波間の時間間隔Ｔｓの逆数で与えられる周波数に比べて十分に低く調整される必要がある。
第１２図は，Ｎ＝１６の複素直交符号における正規化自己相関波形（実線）と正規化相互相関波形（点線）の周波数帯域幅に対する累積エネルギーを示した計算例である。いずれの累積エネルギーも，各波形のエネルギーで正規化されている。
Ｎ＝１６の複素直交符号では，相互相関波形はＮ−１＝１５通りあるため，破線の相互相関波形に対する累積エネルギーは１５本重ねて表示されている。
このとき，符号化用光相関器に入力された光パルス列の繰り返し周波数は１ＧＨｚ，サブＦＢＧ間隔Ｌｓによって定まる時間間隔Ｔｓは５０ｐｓであり，その逆数で与えられる周波数は２０ＧＨｚである。
実線の自己相関波形の累積エネルギーが１ＧＨｚでほぼ飽和しているのに対し，破線の相互相関波形の多くはより高い周波数において累積エネルギーが上昇し飽和している。
この実施例では，電気低域通過フィルタ２６の遮断周波数を１ＧＨｚ前後（図中点線）に調整することによって，元々原理的に小さい相互相関成分を各符号語に対してさらに１．５ｄＢから２ｄＢ抑圧可能となり，特に非同期多重時の多重干渉を影響を大幅に低減可能となる。
上記実施例では，Ｎ＝４，Ｎ＝８，Ｎ＝１６の複素直交符号が示されているが，符号長Ｎはこれらに限らない。一例としては２のべき乗がある。Ｎは４以上が好ましい。
上記実施例では，ブラッグ・グレーティングが光ファイバのコア内に形成されたファイバ・ブラッグ・グレーティングが用いられているが，平面光導波路にブラッグ・グレーティングが形成されたものをＳＦＢＧに代えて用いることもできる。
または，ＳＦＢＧ１１と光サーキュレータ１２の代わりに，１×Ｎの光分波器とＮ本の並列光導波路とＮ×１の光合波器を有し，Ｎ本の並列光導波路のうちの一つの導波路を基準とする他の並列光導波路の伝搬遅延時間差が，所望の上記複素直交符号の先頭パルスと他のパルスの時間差に対応し，かつ並列光導波路より出力される各光パルスの搬送波位相が所望の上記複素直交符号の先頭パルスと他のパルスの位相差に対応するように調節された光相関器を用いることもできる。
このときの光分波器，並列光導波路，光合波器は，光ファイバ型素子で実現することもできるし，平面光導波路型素子として実現することもできる。

Claims

光送信機と光受信機を含み，
光送信機は，ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ［２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ］（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列のいずれかの行によって表わされる符号長Ｎの複素直交符号の符号語が割当てられ，この符号語によって送信すべき光信号を光学的にエンコードする光相関器を含み，
光受信機は，ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ［２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ］（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列のいずれの行によって表わされる符号長Ｎの複素直交符号の符号語が割当てられ，受信する光信号をその符号語によって光学的にデコードする光相関器を含み，
上記光送信機または上記光受信機の上記光相関器が，
光導波路内に一定間隔で直列に配置された複数のブラッグ・グレーティングを有し，これらのブラッグ・グレーティングの反射率が上記の割当てられた符号語の振幅にあわせて調節され，かつ隣接するブラッグ・グレーティングによって反射される光波の位相差が上記の割当てられた符号語の隣接要素間位相差にあわせてすべてのブラッグ・グレーティング間において等しくなるように調整された標本化ブラッグ・グレーティングと，
入力光信号を上記標本化ブラッグ・グレーティングに導き，上記標本化ブラッグ・グレーティングから出力される反射光波を取り出す光サーキュレータとを備えている，
光通信システム。
最大Ｎ個の光送信機を含み，各光送信機の光相関器にはそれぞれ異なる符号語が割当てられ，
最大Ｎ個の光受信機を含み，各光受信機の光相関器にはそれぞれ異なる符号語が割当てられている，
請求の範囲第１項に記載の光通信システム。
ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ［２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ］（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列のいずれかの行によって表わされる符号長Ｎの複素直交符号の符号語が割当てられ，この符号語によって送信すべき光信号を光学的にエンコードする光相関器を含み，
上記光相関器が，
光導波路内に一定間隔で直列に配置された複数のブラッグ・グレーティングを有し，これらのブラッグ・グレーティングの反射率が上記の割当てられた符号語の振幅にあわせて調節され，かつ隣接するブラッグ・グレーティングによって反射される光波の位相差が上記の割当てられた符号語の隣接要素間位相差にあわせてすべてのブラッグ・グレーティング間において等しくなるように調整された標本化ブラッグ・グレーティングと，
入力光信号を上記標本化ブラッグ・グレーティングに導き，上記標本化ブラッグ・グレーティングから出力される反射光波を取り出す光サーキュレータとを備えている，
光送信機。
ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ［２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ］（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列のいずれかの行によって表わされる符号長Ｎの複素直交符号の符号語が割当てられ，受信する光信号をその符号語によって光学的にデコードする光相関器を含み，
上記光相関器が，
光導波路内に一定間隔で直列に配置された複数のブラッグ・グレーティングを有し，これらのブラッグ・グレーティングの反射率が上記の割当てられた符号語の振幅にあわせて調節され，かつ隣接するブラッグ・グレーティングによって反射される光波の位相差が上記の割当てられた符号語の隣接要素間位相差にあわせてすべてのブラッグ・グレーティング間において等しくなるように調整された標本化ブラッグ・グレーティングと，
入力光信号を上記標本化ブラッグ・グレーティングに導き，上記標本化ブラッグ・グレーティングから出力される反射光波を取り出す光サーキュレータとを備えている，
光受信機。
上記光相関器から出力される光相関信号を光電変換して電気信号を出力する光電変換回路と，この光電変換回路の出力電気信号から，上記光相関器に割当てられた符号語以外の複素直交符号の符号語によって符号化されて生じた多重干渉信号の通過を低減する低域通過フィルタとをさらに備えた請求の範囲第４項に記載の光受信機。
ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ［２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ］（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列のいずれかの行によって表わされる符号長Ｎの複素直交符号の符号語が割当てられ，光導波路内に一定間隔で直列に配置された複数のブラッグ・グレーティングを有し，これらのブラッグ・グレーティングの反射率が上記の割当てられた符号語の振幅にあわせて調節され，かつ隣接するブラッグ・グレーティングによって反射される光波の位相差が上記の割当てられた符号語の隣接要素間位相差にあわせてすべてのブラッグ・グレーティング間において等しくなるように調整された標本化ブラッグ・グレーティングと，
入力光信号を上記標本化ブラッグ・グレーティングに導き，上記標本化ブラッグ・グレーティングから出力される反射光波を取り出す光サーキュレータと，
を備えた光相関器。
上記標本化ブラッグ・グレーティングが標本化光ファイバ・ブラッグ・グレーティングである，請求の範囲第７項に記載の光相関器。
上記標本化ブラッグ・グレーティングの光導波路の全体に物理量を加えることにより，隣接するブラッグ・グレーティングによって反射される光波の位相差またはブラッグ反射波長を等しく変化させ，かつこれらを相互に等しい所望の値に保つ物理量印加手段をさらに備えた，請求項７または８に記載の光相関器。
光送信側において，ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ［２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ］（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列のいずれかの行によって表わされる符号長Ｎの複素直交符号の符号語が割当てられ，送信すべき光信号を表わす光波からＮ個の光波を生成し，これらのＮ個の光波の時間軸上で隣接するものの間に，割当てられた符号語によって規定される等しい位相差を生じさせるように，送信すべき光信号を光学的にエンコードして送出し，
受信側において，ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ［２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ］（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列のいずれの行によって表わされる符号長Ｎの複素直交符号の符号語が割当てられ，この符号語が，受信光信号をエンコードした符号語と同一の場合には強い自己相関を表わす光信号を出力し，異なる場合には自己相関出力と比べて弱い相互相関を表わす光信号を出力する光相関器を用いて，受信光信号を割当てられた符号語によって光学的にデコードし，
上記光相関器から出力される光相関信号を光電変換して電気信号を得，この電気信号から，低減通過フィルタによって，上記光相関器に割当てられた符号語以外の複素直交符号の符号語によって符号化されて生じた多重干渉信号を低減する，
光通信方法。
光導波路内に一定間隔で直列に配置された複数のブラッグ・グレーティングを有し，これらのブラッグ・グレーティングの反射率が，ｍ行ｎ列の要素がｅｘｐ（２πｊ（ｍ−１）（ｎ−１）／Ｎ）（ｊは虚数単位）であるＮ×Ｎの正方行列の各行を符号語とする符号長Ｎの複素直交符号の符号語の一つの振幅にあわせて調整され，かつ隣接するブラッグ・グレーティングによって反射される光波の位相差が上記複素直交符号の符号語の一つの隣接要素間位相差にあわせてすべてのブラッグ・グレーティング間において等しくなるように調整された標本化ブラッグ・グレーティングと，入力光信号を光サーキュレータによって上記標本化ブラッグ・グレーティングに導き，上記標本化ブラッグ・グレーティングから出力される反射光波を上記光サーキュレータによって取り出す機構とを備えた光相関器について，物理量印加手段を用いて上記標本化ブラッグ・グレーティングの光導波路の全体に物理量を加えることにより，隣接するブラッグ・グレーティングによって反射される光波の位相差またはブラッグ反射波長を等しく変化させ，かつこれらを相互に等しい所望の値に保つことにより，上記光相関器において上記複素直交符号の一符号語を，同じ正方行列の異なる行から得られる他の符号語に切り替える符号切り替え方法。