JPH08213967A - 光多重アクセス方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速かつ大規模な多重アクセスネットワーク
を実現可能とする光多重アクセス方式を提供する。 【構成】 受信機３−５（光受信機）のＯＰＬＬ（光位
相同期回路）の回路パラメータをノード毎に異ならせて
各ノードのアドレスとして設定する。そして、情報信号
の送信に先立って、通信元のノード３−１ａの送信機３
−４（光送信機）内のＯＰＬＬの回路パラメータを、通
信先のノード３−１ｂの受信機３−５（光受信機）内の
ＯＰＬＬの回路パラメータに等しく同調させて通信路を
設定し、その後、情報信号が送信される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信によるローカル
エリアネットワーク（ＬＡＮ）、あるいはより広範な地
域をカバーする光通信による都市規模内ネットワーク
（ＭＡＮ）に用いて好適な光多重アクセス方式に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光通信の分野において、従来よりいくつ
かの光符号化多重伝送方式（光ＣＤＭＡ）が提案されて
いる。この種の光ＣＤＭＡとして最初に提案されたもの
は、文献１：D.B.Mortimore,Electron.Lett.,vol.21,p.
42(1985)に記載されている。図１は、上記光ＣＤＭＡを
適用した光通信システムの概略構成を示すブロック図で
ある。この図において、１−１は送信機、１−２は電気
／光変換部、１−３は光符号化器、１−４はｎ×１のス
ターカップラ、１−５は光伝送路、１−６は１×ｎのス
ターカップラ、１−７は光復号器、１−８は光／電気変
換部、１−９は受信機である。

【０００３】このような構成によれば、送信端におい
て、送信機１−１から出力される送信信号が電気／光変
換部１−２で光信号に変換され、光符号化器１−３を通
して相手方の受信機１−９に割り当てられた特定のパル
ス符号列によって符号化され、光符号化信号が生成され
る。この光符号化信号はｎ×１のスターカップラ１−４
で合波され、光伝送路へ送出されることになる。

【０００４】一方、受信端においては、送信されてきた
光符号化信号が、１×ｎのスターカップラ１−６によっ
て、各受信端の光復号器１−７に分配される。分配され
た光符号化信号は、それぞれ、光復号器１−７で所定の
相関をとられ、その結果得られる自己相関のピーク値が
光／電気変換部１−８において電気信号に変換された
後、受信機１−９において閾値処理されて一定のレベル
以上のときには、出力として“１”が再生される。この
際、自己相関出力を得ることができるのは、送信に用い
たものと同一のパルス符号列を割り当てられた受信機の
みであり、これと異なるパルス符号列を有する受信機で
は、送信信号を受信することができない。このようにし
て秘話通信が可能となるのである。

【０００５】図２は上記システムにおいて従来より用い
られている光符号化器１−３の概略構成を示す図であ
り、２−１は光ファイバ、２−２はスターカップラ、２
−３は伝達すべき２値の情報を担った光パルス、２−４
は符号化されたチップである。光ファイバ２−１の本数
は、チップの符号化パターンに合わせて、チップ数から
１までの値をとり得る。例えば、光ファイバ２−１の本
数がチップ数に等しい場合には、全てのチップが“１”
を意味する。

【０００６】光ファイバ長は、図２の上から順にチップ
レートの遅延時間に相当する長さ分だけ異なり、各光フ
ァイバ２−１の入出力端はそれぞれ、電気／光変換部１
−２側のスターカップラ２−２（図中左側）とｎ×１の
スターカップラ１−４側のスターカップラ２−２（図中
右側）とに接続されている。入力光パルス２−１は、ス
ターカップラ２−２で各光ファイバ２−１に分配される
が、各分配光は各光ファイバを伝播することで各々異な
る時間だけ遅延されるので、再度スターカップラ２−２
で合波されると所定の符号化パルス列に変換される。な
お、光復号器１−７（図１参照）では、上記符号化パル
ス列を図中右側のスターカップラ２−２に入力し、図中
左側のスターカップラ２−２から取り出すことによって
相関値が得られる。

【０００７】また、従来より、ＰＬＬと同様な動作原理
に基づいたＯＰＬＬ（Optical Phase Locked Loop ）
と、このＯＰＬＬがカオス的に振る舞うことが知られて
いる。カオスとは、決定論的な法則に従う系において現
われるランダムな挙動である。カオスは鋭敏な初期値依
存性を有するため、僅かな初期条件の誤差が予測不可能
な出力変動をもたらす。カオスが発生する条件は理論的
に与えられており、これを満たすように回路パラメータ
を選択することによってカオスを制御することができ
る。なお、カオスのパターン数は、ｅｘｐ（λｔ）で与
えられる（ただし、λは後に述べるリアプノフ指数）の
で、秘匿信号の数を時間の経過とともに増加させること
ができ、必要な数のカオスパターンをほぼ無制限に確保
することができるといえる。

【０００８】次に、カオスの同期（文献１：L.M.Pecora
&T.L.Carroll,Phys.Rev.Lett.64.821(1991) 参照）につ
いて説明する。図１０はカオスの同期システムのモデル
を示しており、この図において、１０−１は駆動システ
ム（以後、駆動システムｖ−ｗと称す）、１０−２は応
答システム（以後、応答システムｗ′と称す）、１０−
３，１０−４はサブシステムであり、以後、それぞれを
サブシステムｖ，サブシステムｗと称す。

【０００９】１０−５はｖで表される駆動カオス信号、
１０−６ａ，１０−６ｂはそれぞれｗ，ｗｒで表される
応答カオス信号である。カオスの同期とは、駆動カオス
信号を入力として互いに同期した非線形サブシステムｗ
と応答システムｗ′とが、等しいカオス信号を発生する
ことであり、この同期はサブシステムの回路パラメータ
に摂動が加わっても固有のカオスを維持する、という回
路パラメータの変動に対するロバスト性を有している。
なお、ｖ，ｗ，ｗ′は状態変数ベクトルであり、一般的
に次の常微分方程式（式（１）〜（３））の解として定
義され、ＯＰＬＬの場合にも適用できる。

【数１】

【数２】

【数３】

【００１０】図１０において、駆動システムｖ−ｗはサ
ブシステムｖとサブシステムｗとから構成され、出力ｖ
が応答システムｗ′を駆動している。この際、十分に時
間が経過した後に、カオス的な出力ｗとｗ′とが等しく
なるとき、ｗとｗ′とは同期しているという。ｗとｗ′
とが同期するための必要条件は、関数ｈのｗのみに関す
る変微分方程式の全てのリアプノフ指数が負であること
である。詳細は省略するが、ＰＬＬにおいては、このリ
アプノフ指数が負となりシステムがカオス的な振る舞い
をすることが証明されている（文献２：T.Endo&L.Chua.
lEEE Trans.Circuits.Syst.38,1580(1991)参照）。な
お、このようなカオスの同期を利用した秘話通信の基本
的な概念は、既に文献１で提案されているが、光多重ア
クセスネットワークへの応用は未検討である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の光ＣＤＭＡの符号化・復号化においては、光復号器
１−７に極めて大きな負荷がかかるという欠点があっ
た。具体的には、従来の復号化においては、送信されて
きた光符号化信号のパルス列を時系列で直列に復号器１
−７に入力して相関演算を行うので、後段の受信機１−
９等の電子回路は、情報ビットレートの数１０〜数１０
００倍にあたるチップの繰り返し周波数に相当するチッ
プレートの応答速度が必要となり、これが伝送の高速化
の障害になっていた。

【００１２】また、使用可能な符号は疑似直交符号でな
ければならないため、その個数を多数確保するためには
チップ数を増やす必要がある。しかしながら、その場
合、受信機の応答速度には制限があるために、情報ビッ
トレートを低下させる必要があった。すなわち、多重数
と情報ビットレートがトレードオフの関係になってお
り、高速かつ大規模な多重アクセスネットワークの実現
は実際上困難であった。本発明は、上述した欠点に鑑み
て為されたものであり、高速かつ大規模な多重アクセス
ネットワークを実現可能とする光多重アクセス方式を提
供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による光多重アク
セス方式は、いわゆるスタートポロジーの光ネットワー
クにおける通信に適用され、任意のノードに設けられた
光送信機が光の位相に伝送しようとする情報信号を担わ
せてなる送信信号を他の任意のノードに設けられた光受
信機へ転送するための通信路を設定する光多重アクセス
方式であって、前記光送信機をカオス的な位相のレーザ
光を出力する第１の光位相同期回路および該第１の光位
相同期回路と同一あるいは略同一のカオス的な位相のレ
ーザ光を出力する第２の光位相同期回路から構成すると
ともに、前記光受信機を前記第１の光位相同期回路と同
一あるいは略同一のカオス的な位相のレーザ光を出力す
る第３の光位相同期回路、光混合器、受光素子および復
調回路から構成し、前記第３の光位相同期回路の回路パ
ラメータをノード毎に異ならせて各ノードのアドレスと
して設定し、前記情報信号の送信に先立って、通信元の
ノードの前記光送信機内の前記第２の光位相同期回路の
回路パラメータを通信先のノードの前記光受信機内の前
記第３の光位相同期回路の回路パラメータに等しく同調
させて前記通信路を設定し、あるいは、前記第２の光位
相同期回路の回路パラメータをノード毎に異ならせて各
ノードのアドレスとして設定し、前記情報信号の送信に
先立って、通信先のノードの前記光受信機内の前記第３
の光位相同期回路の回路パラメータを通信元のノードの
前記光送信機内の前記第２の光位相同期回路の回路パラ
メータに等しく同調させて前記通信路を設定し、その
後、前記通信元のノード内の前記第１の光位相同期回路
の出力レーザ光を駆動信号として該通信元のノード内の
前記第２の光位相同期回路および前記通信先のノード内
の前記第３の光位相同期回路へ入力し、該第２および第
３の光位相同期回路からは同期したレーザ光を出力し、
該第２の光位相同期回路が自身の回路パラメータを前記
情報信号で変調して得られるレーザ光を前記送信信号と
して出力し、該第３の光位相同期回路の出力レーザ光と
前記送信信号とを前記光混合器に入力して両者の差分信
号を出力し、前記復調回路が前記受光素子で検出された
前記差分信号に基づいて前記情報信号を復調することを
特徴としている。

【００１４】

【作用】上記方式によれば、光位相同期回路の回路パラ
メータをノードのアドレスとして割り当てており、同期
カオスの回路パラメータのずれに対して鋭敏であるとい
う性質により、回路パラメータの組み合わせを変更する
ことにより、ほぼ無限大のアドレスが確保される。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
ついて説明する。図３（ａ），図３（ｂ）は本発明の一
実施例による光多重アクセス方式の原理的な構成を表わ
す図であり、これらの図において、３−１ａ，３−１
ｂ，３−１ｃはノード、３−２はスターカップラ、３−
３ａ，３−３ｂは単一モード光ファイバである。また、
３−４，３−５はそれぞれ送信機（光送信機）および受
信機（光受信機）であり、各ノードに一組ずつ設けら
れ、それぞれ単一モード光ファイバ３−３ａおよび３−
３ｂに接続される。

【００１６】３−６は送信機３−４から単一モード光フ
ァイバ３−３ａへ出力される送信信号、３−７は単一モ
ード光ファイバ３−３ｂから受信機３−５へ供給される
受信信号である。このような構成において、あるノード
からの送信信号３−６は、スターカップラ３−２を介し
て他の全てのノードに分配される。そして、アドレスが
一致した送信機と受信機間に通話路（通信路）が設定さ
れ、これにより通信が可能となる。

【００１７】図４は上述した送信機および受信機の概略
構成を示すブロック図であり、この図においては、４−
１が送信機、４−２が受信機である。図４において、４
−３〜４−５はＰＬＬと同様な動作原理に基づいたＯＰ
ＬＬ（Optical Phase LockedLoop ）であり、以後、そ
れぞれをＯＰＬＬ＃０（第１の光位相同期回路）、ＯＰ
ＬＬ＃１（第２の光位相同期回路）、およびＯＰＬＬ＃
１′（第３の光位相回路）と称す。なお、ＯＰＬＬ＃０
およびＯＰＬＬ＃１は送信機４−１内に設けられてお
り、ＯＰＬＬ＃０はＶ（ｔ）で表される駆動カオス信号
（駆動信号）４−１０をＯＰＬＬ＃１およびＯＰＬＬ＃
１′へ入力する。また、ＯＰＬＬ＃１にはｍ（ｔ）で表
される情報信号４−９も入力され、ＯＰＬＬ＃１から出
力される信号はｗｍ（ｔ）で表される送信信号４−１１
となる。

【００１８】一方ＯＰＬＬ＃１′は受信機４−２内に設
けられ、ｗｒ（ｔ）で表される応答カオス信号を出力す
る。受信機４−２内には、光ミキサ４−６が設けられて
おり、この光ミキサ４−６は、ＯＰＬＬ＃１からの送信
信号４−１１およびＯＰＬＬ＃１′からの応答カオス信
号４−１２を入力とし、ｅ（ｔ）＝ｗｍ（ｔ）−ｗｒ
（ｔ）で表される同期誤差信号４−１３を出力する。

【００１９】また、受信機４−２において、４−７はＬ
ＰＦ（低域漏波（通過）フィルタ：Low Pass Filter
）、４−８は閾値素子であり、順に光ミキサ４−６に
後続して設けられ、閾値素子４−８からはｍ（ｔ）で表
される復調された情報信号４−９が出力されるように構
成されている。ところで、ＰＬＬにおいて、後述するよ
うにある条件の下では、ＰＬＬ内部のＶＣＯ（電圧制御
発振器）からの出力がカオス的な振る舞いを示すことが
知られている。

【００２０】このことから、ＰＬＬと同様の動作原理に
基づくＯＰＬＬもカオス的な振る舞いを示すことが理論
的に予測できる。なお、本実施例による光多重アクセス
方式においては、ＯＰＬＬ＃０、ＯＰＬＬ＃１、ＯＰＬ
Ｌ１′は同一の構成および回路パラメータを有するもの
とする。ＯＰＬＬ＃０のカオス的な位相を有する出力レ
ーザ光を駆動カオス信号：ｖ（ｔ）としてＯＰＬＬ＃１
とＯＰＬＬ＃１′に入力すると、ＯＰＬＬ＃１とＯＰＬ
Ｌ＃１′は同期して作動し、同一のカオス的な位相を有
するレーザ光を出力する。

【００２１】次に、カオス出力に情報を埋め込む方法に
ついて述べる。ＯＰＬＬ＃１の回路パラメータに摂動を
加えると、固有のカオスを維持した状態のままで摂動に
応じて出力信号が僅かに変動する。したがって、光送信
機３−１のＯＰＬＬ＃１の回路パラメータを情報信号に
よって変調することによって、カオス出力に情報を埋め
込むことが可能である。

【００２２】例えば、自由発振波長を２値の情報ビット
列信号（情報信号）ｍ（ｔ）によって変調すると“０”
に対しては無摂動の正規のカオスを示し、“１”に対す
るカオスには僅かな変化が生じる。したがって、結果的
には、カオス的な位相が情報で変調された送信信号ｗｍ
（ｔ）が得られる。この送信信号ｗｍ（ｔ）と駆動カオ
ス信号ｖ（ｔ）とを同時に１本の光ファイバ伝送路の互
いに直交する偏波モードで伝送することによって、両者
を互いに干渉することなく伝送できる。２つの偏波間に
おける漏話は、実際上極めて小さいので、信号の干渉を
無視することができる。

【００２３】受信機４−２のＯＰＬＬ＃１′は、送信機
４−１のＯＰＬＬ＃１と同一構成および同一回路パラメ
ータのものであるため、駆動カオス信号ｖ（ｔ）に応じ
てＯＰＬＬ＃１と同期して正規の（摂動のない）カオス
を出力する。ところで、送信信号ｗｍ（ｔ）と受信機４
−２で発生した応答カオス信号ｗｒ（ｔ）との差、すな
わち同期誤差信号ｅ（ｔ）は、情報信号ｍ（ｔ）と一致
する筈である。ｅ（ｔ）＝ｗｍ（ｔ）−ｗｒ（ｔ）は光
波の位相であるから、その検出には光検波器を用いるこ
とになり、自乗検波によって為される。

【００２４】そして、光検波器の出力電気信号をＬＰＦ
４−７によって１ビットの継続時間に亘って積分し、そ
の後、閾値処理して“０”または“１”を判定すること
によって２値の原情報が再生され、受信が完了する。こ
こで、ＰＬＬを用いた２値ディジタル変調波形の一例
（ループフィルタの時定数の変調例）を図５に示す。図
５において、（ａ）は“１”に対する送信波形ｗｍ
（ｔ）、（ｂ）は受信における“１”に対する駆動信号
との差分波形ｅ（ｔ）＝ｗｍ（ｔ）−ｗｒ（ｔ）、
（ｃ）は“０”に対する駆動信号との差分波形であり、
ノイズ（雑音）を表す。

【００２５】次に、多重アクセスにおけるアドレス設定
方法について述べる。アドレス設定方法としては、ノー
ドのアドレスを、受信機のＯＰＬＬのＶＣＯの自由発振
周波数とする方法（送信機可変パラメータ−受信機固定
パラメータ：ＴＴ−ＦＲ）と、送信機のＯＰＬＬのＶＣ
Ｏの自由発振周波数とする方法（送信機固定パラメータ
−受信機可変パラメータ：ＦＴ−ＴＲ）の２通りの方法
が考えられる。いずれの方法でも、アドレスをＰＬＬの
ＶＣＯの自由発振周波数とする点で一致している。

【００２６】ここで、各ＰＬＬの自由発振周波数ωVCO
をアドレスとする周波数の配置を図６に示す。この図に
示されるように、アドレス＃ｉに設定するためには、送
信機のＰＬＬのωVCO,1 または受信機のωVCO,2 のいず
れかを精度δ０で＃ｉのアドレス周波数に同調すればよ
い。また、チャネル間の漏話を零にするためには、異な
るアドレス同士で同期が全くとれないようにする必要が
あり、同調可能な周波数範囲δ０以上の周波数間隔で離
散的な周波数の値を選択する必要がある。

【００２７】さらに、駆動カオス信号を発生させるため
に、入力ＦＭ搬送波周波数ωCを、ＰＬＬ＃０のωVCO,0
のロックレンジσC の僅かに外側となるよう選択する
必要がある。なお、多重数は、同期カオスのδに対する
鋭敏さに依存し、ダンピング係数で制御可能である。こ
のように、本実施例は、ＶＣＯの発振周波数を掃引する
という点でＷＤＭＡと共通しているが、周波数の同調に
対する許容度があるのでＷＤＭＡのように多重数と情報
ビットレートがトレードオフにはならないので、より高
スループットが望める。

【００２８】次に、本実施例におけるアクセスプロトコ
ルについて説明する。本実施例では、同期カオスをプロ
ーブに用いると、その中に埋め込まれた送信者のアドレ
ス（ＩＤ）情報が、同期が成立した時点で復調されるた
め、これにより、受信者は送信者を同定することができ
る。この同期カオス信号をプローブとするアクセスの時
空間ダイアグラムを図７に示す。図７において、Ｌはノ
ード間の距離、ｖは光速である。

【００２９】以後、図７を参照して、ＴＴ−ＦＲの場
合、すなわち、ノードのアドレスを受信機のＯＰＬＬの
ＶＣＯの自由発振周波数とする場合のプロトコルについ
て説明する。このプロトコルは、基本的に、以下に示す
順序で通信を行うものである。 （１）まず、送信機のパラメータを相手の受信機に同調
させる。 （２）情報の送信に先立って、送信機から駆動信号のみ
をプローブとして送信し、相手先の受信機に同期カオス
を発生させる。上記駆動信号は、同期カオスが発生する
までの時間Ｔs だけ送信される。そして、時間Ｔs 経過
直後に、送信機からのデータの送信を開始する。 （３）受信者は、プローブに埋め込まれた送信者のアド
レス（ＩＤ）情報に基づいて、送信者に対して受信の開
始を知らせる信号を返送する。この信号は、送信者によ
る再送信の要否の判断に使用される。 （４）もし、送信者が（Ｔs ＋２Ｌ／ｖ）時間後に、受
信者から返送される上記信号を受信した場合には、デー
タの送信を最後まで実行する。 （５）もし、送信者が（Ｔs ＋２Ｌ／ｖ）時間後に、受
信者から返送される上記信号を受信できなかった場合に
は、直ちに送信を停止し、上記（１）に戻る。

【００３０】送信が終了するまでの最短の遅延時間は、
（Ｔi ＋Ｔs ＋Ｌ／ｖ）となるので（ただし、Ｔi は情
報の継続時間）、Ｔs が短い程、スループットは向上す
る。ＴＴ−ＦＲの場合、複数の送信者が同一の受信者に
送信しようとすると、トラフィックの衝突が生じる。し
たがって、何らかの衝突防止の対策を講ずる必要があ
る。一方、ＦＴ−ＴＲの場合、受信機が相手の送信者を
探す必要があり、同調の方法が問題となる。

【００３１】図８は、一般的なＰＬＬの構成を示すブロ
ック図であり、ＰＬＬ＃１において、カオスを２値のデ
ィジタル情報で変調する方法をも示している。図８にお
いて、８−４は入力カオス信号、８−５は２値ディジタ
ル情報、８−１は入力カオス信号が入力される位相検出
器、８−２は位相検出器８−１の出力と２値ディジタル
情報８−５が入力されるループフィルタ、８−３はルー
プフィルタ８−２の後段に設けられたＶＣＯであり、出
力情報信号８−６を出力する。なお、出力情報信号８−
６は、位相検出器８−１へ供給されるよう構成されてい
る。

【００３２】このような構成において、ＰＬＬ＃１の回
路パラメータ、例えば、ループフィルタの時定数に、情
報ビットに対応した変調信号を摂動として加えると、Ｐ
ＬＬ＃０からの入力カオス信号に対する固有の出力カオ
スパターンを維持した状態のままで、摂動に応じて出力
信号が僅かに変動する。したがって、送信機のＯＰＬＬ
＃１のループフィルタの時定数を情報信号によって変調
することによって、カオス出力を情報ビットで変調する
ことが可能となり、“０”に対しては無摂動のカオスパ
ターンを示し、“１”に対してはパターンに位相の変化
が生じ、結果的にはカオス的な位相が情報ｍ（ｔ）で変
調された送信信号ｗｍ（ｔ）が得られる。

【００３３】図９は、代表的なＯＰＬＬである判定帰還
型ＯＰＬＬの構成を示すブロック図であり、この図に示
すように、コヒーレント光伝送では、位相同期検波法に
より受信光（入力光信号）と再生搬送波の位相を比較す
ることで位相差を検出し、位相変調信号を復調する。し
たがって、この方法では、送信されてくる光波（入力光
信号）と再生搬送波の位相差を一定に保つ必要があり、
光の位相同期が必要となる。

【００３４】図９において、９−１は位相比較器であ
り、入力光信号９−１０が入力される。また、９−２は
２入力２出力のπ−ハイブリッド（π−ＨＹＢＲＩＤ）
であり、一方の出力端にはフォトダイオード等の光検波
器９−３，ＬＰＦ９−４および判定器９−６が順に接続
され、他方の出力端には光検波器９−３，遅延器９−５
が順に接続されている。

【００３５】９−７は判定器９−６の出力および遅延器
９−５の出力を入力とするミキサ、９−８はループフィ
ルタ，９−９はループフィルタ９−８の後段に設けられ
たレーザであり、再生搬送波９−１１を出力する。この
再生搬送波９−１１と入力光信号９−１０とがπ／２−
ハイブリッド９−２へ入力されるよう構成されている。
すなわち、ＰＬＬのＶＣＯをレーザで置き換えたもので
あり、動作原理はＰＬＬと同一である。

【００３６】図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、それぞれ
ＰＬＬの同期カオスと回路パラメータのずれの関係を示
す特性図であり、回路パラメータとして自由走行周波数
を変化させたときの二つのＰＬＬの位相を示している。
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、それぞれ、自由走行周
波数のずれが０％，５％，１０％の場合を示しており、
図１１（ａ）では、完全な同期を示す４５°の直線上に
プロットされている。これに対して、上記ずれが１０％
の図１１（ｃ）では、全く同期が外れている。

【００３７】なお、回路パラメータが近接しすぎると、
パターンの類似度が増し、いわゆる直交性が悪くなるの
で、回路パラメータとしては、離散的な値を選択するの
が好ましい。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示された例
では、自由走行周波数が１０％ずれると、同期はほぼ不
可能となる。したがって、１０％のずれがアドレス間隔
の目安として適当である。ＰＬＬの回路パラメータとし
ては、自由走行周波数、ループフィルタの時定数、位相
検出器の応答特性等が考えられるが、ＯＰＬＬの場合に
は、これらはそれぞれ、レーザの自由発振周波数、ＬＰ
Ｆの時定数、光検波器の応答に対応する。また、Ｓ／Ｎ
比は、送受信機間のパラメータが完全に同調した場合
（両者が一致した場合）には無限大となるが、実際に
は、僅かな離調が雑音の原因となる。

【００３８】最後に、アクセス時間について説明する。
ここで、送信者がプローブを送信し、受信者との間にチ
ャネル（通信路）が確立し、通信が開始されるまでの時
間をアクセス時間Ｔs と定義する。この場合、アクセス
時間Ｔs は、駆動カオス信号をプローブとして送信した
ときに、送受信機のＰＬＬ間で同期カオスが発生するま
でに要する時間に相当する。

【００３９】ところで、図７から、競合がない場合に
は、（Ｔs ＋Ｌ／ｖ）が最短のアクセス時間となること
が明かである。したがって、実用上問題になるのは、こ
のＴsが長くなること、およびＴs がＰＬＬの初期状態
によって変動することである。なお、Ｔs がＰＬＬの初
期状態によって変動することは、カオスが一般的に初期
値に依存した過渡応答を示すことに関連して懸念される
事項である。

【００４０】これに対して、理論的な検討結果から次の
ことが判明した。 （α）同期カオスは初期値の相違に関わらず発生し、ア
クセス時間Ｔs は初期値には依存しないというプローブ
に適した性質を有している。 （β）Ｔs はＰＬＬ＃０で発生する駆動カオスのアトラ
クタの変化による影響を受ける。

【００４１】アクセス時間がアドレスによって異なるこ
とは、プロトコル上好ましくなく、Ｔs は一定でなけれ
ばならない。この条件は、上記（α），（β）から明か
なように、ＰＬＬ＃０のパラメータβ、σおよび入力Ｆ
Ｍ信号のΩ、ｍを常に一定に保つことにより満たされ
る。すなわち、本実施例によれば、アクセス時間Ｔs を
一定とすることが可能である。

【００４２】以上説明したように、本実施例によれば、
従来と異なる構成とし、ＯＰＬＬにおけるカオス的なレ
ーザ出力光を情報の秘匿信号（情報を埋め込むための信
号）に用い、受信端でこれと同期したＯＰＬＬから発せ
られるカオス的なレーザ光（再生光）を用いてこれを復
号するので、情報ビットレートより高速の光検出器を必
要とせず、しかも秘匿信号として用いるＯＰＬＬのカオ
スのパターン数は時間と共に指数関数的に増大するの
で、多数の秘匿信号が確保でき、システムの大規模化も
容易に実現することができる。

【００４３】また、周波数の同調に対する許容度がある
ので、ＷＤＭＡに比較して、波長選択性の高いデバイス
を必要としないで済むという利点がある。さらに、従来
の光ＣＤＭＡに比較すると、多重数と情報ビットレート
がトレードオフにならないので、より高スループットを
実現することができるという利点がある。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光位相同期回路の回路パラメータをノードのアドレスと
して割り当てており、同期カオスの回路パラメータのず
れに対して鋭敏であるという性質により、回路パラメー
タの組み合わせを変更することにより、ほぼ無限大のア
ドレスを確保することができるという効果がある。ま
た、周波数の同調に対する許容度があるので、ＷＤＭＡ
に比較して、波長選択性の高いデバイスを必要としない
で済むという利点がある。さらに、従来の光ＣＤＭＡに
比較すると、多重数と情報ビットレートがトレードオフ
にならないので、より高スループットを実現することが
できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による光多重アクセス方式を
適用したシステムの構成を示すブロック図である。

【図２】従来の光多重アクセス方式の原理を説明するた
めの図である。

【図３】本発明の一実施例による光多重アクセス方式の
原理を説明するための図であり、（ａ）は全体的な構
成、（ｂ）はノード周辺の構成を示す。

【図４】同方式における送受信機の構成を示す図であ
る。

【図５】ＰＬＬを用いた２値ディジタル変調波形を示す
特性図である。

【図６】各ＰＬＬの自由発振周波数ωVCO をアドレスと
する周波数の配置を示す図である。

【図７】ノード間のアクセスプロトコルを示す時空間ダ
イアグラムである。

【図８】一般的なＰＬＬの構成、およびカオスを２値の
ディジタル情報で変調する方法を説明するための図であ
る。

【図９】代表的なＯＰＬＬである判定帰還型ＯＰＬＬの
構成を示す図である。

【図１０】カオスの同期システムのモデルを示す図であ
る。

【図１１】ＰＬＬの同期カオスと回路パラメータのずれ
の関係を示す図であり、（ａ）はずれが０％、（ｂ）は
ずれが５％、（ｃ）はずれが１０％の場合を示す。

【符号の説明】

１−１，４−１…送信機、１−２…電気／光変換部、１
−３…光符号化器、１−４…ｎ×１のスターカップラ、
１−５…光伝送路、１−６…１×ｎのスターカップラ、
１−７…光復号器、１−８…光／電気変換部、１−９，
４−２…受信機、２−１…光ファイバ、２−２…スター
カップラ、２−３…光パルス、２−４…チップ、４−３
〜４−５…ＯＰＬＬ、４−６…光ミキサ、４−７…ＬＰ
Ｆ、４−８…閾値素子、４−９…情報信号、４−１０，
１０−５…駆動カオス信号、４−１１…送信信号、４−
１２，１０−６ａ，１０−６ｂ…応答カオス信号、４−
１３…同期誤差信号、４−１４…復調された情報信号、
８−１…位相検出器、８−２，９−８…ループフィル
タ、８−３…電圧制御発振器、８−４…入力カオス信
号、８−５…２値ディジタル信号、８−６…出力情報信
号、９−１…位相比較器、９−２…π−ハイブリッド、
９−３…光検波器、９−４…ＬＰＦ、９−５…遅延器、
９−６…判定器、９−７…ミキサ、９−９…レーザ、９
−１０…入力光信号、９−１１…再生搬送波、１０−１
…駆動システム、１０−２…応答システム、１０−３，
１０−４…サブシステム。

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【手続補正書】

【提出日】平成７年３月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による光多重アク
セス方式は、いわゆるスタートポロジーの光ネットワー
クにおける通信に適用され、任意のノードに設けられた
光送信機が光の位相に伝送しようとする情報信号を担わ
せてなる送信信号を他の任意のノードに設けられた光受
信機へ転送するための通信路を設定する光多重アクセス
方式であって、前記光送信機をカオス的な位相のレーザ
光を出力する第１の光位相同期回路および該第１の光位
相同期回路と同一あるいは略同一のカオス的な位相のレ
ーザ光を出力する第２の光位相同期回路から構成すると
ともに、前記光受信機を前記第１の光位相同期回路と同
一あるいは略同一のカオス的な位相のレーザ光を出力す
る第３の光位相同期回路、光混合器、受光素子および復
調回路から構成し、前記第３の光位相同期回路の回路パ
ラメータをノード毎に異ならせて各ノードのアドレスと
して設定し、前記情報信号の送信に先立って、通信元の
ノードの前記光送信機内の前記第２の光位相同期回路の
回路パラメータを通信先のノードの前記光受信機内の前
記第３の光位相同期回路の回路パラメータに等しく同調
させて前記通信路を設定し、あるいは、前記第２の光位
相同期回路の回路パラメータをノード毎に異ならせて各
ノードのアドレスとして設定し、前記情報信号の送信に
先立って、通信先のノードの前記光受信機内の前記第３
の光位相同期回路の回路パラメータを通信元のノードの
前記光送信機内の前記第２の光位相同期回路の回路パラ
メータに等しく同調させて前記通信路を設定し、その
後、前記通信元のノード内の前記第１の光位相同期回路
の出力レーザ光を駆動信号として該通信元のノード内の
前記第２の光位相同期回路および前記通信先のノード内
の前記第３の光位相同期回路へ入力し、該第２および第
３の光位相同期回路からは同期したレーザ光を出力し、
該第２の光位相同期回路が自身の回路パラメータを前記
情報信号で変調して得られるレーザ光を前記送信信号と
して出力し、該第３の光位相同期回路の出力レーザ光と
前記送信信号とを前記光混合器に入力して両者の差分信
号を出力し、前記復調回路が前記受光素子で検出された
前記差分信号に基づいて前記情報信号を復調することを
第１の特徴としている。また、前記情報信号は２値の信
号であるとともに、前記変換手段は積分手段および閾値
素子からなり、前記積分手段が前記受光素子で検出され
た前記差分信号を所定の継続時間で積分し、前記閾値素
子が前記積分手段の出力を予め設定された閾値と比較し
て前記２値のいずれか一方を出力して前記情報信号を復
元することを第２の特徴としている。さらに、前記積分
手段は低域漏波器であることを第３の特徴としている。
また、前記回路パラメータが電圧制御発振器の発振周波
数であり、アドレスとして前記電圧制御発振器の自由発
振周波数をノード毎に相異なる値で固定したことを第４
の特徴としている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/00 10/152 10/142 10/04 10/06 10/20 Ｈ０４Ｌ 7/00 Ｇ 12/44 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｌ Ｎ Ｈ０４Ｌ 11/00 ３４０

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 いわゆるスタートポロジーの光ネットワ
   ークにおける通信に適用され、任意のノードに設けられ
   た光送信機が光の位相に伝送しようとする情報信号を担
   わせてなる送信信号を他の任意のノードに設けられた光
   受信機へ転送するための通信路を設定する光多重アクセ
   ス方式であって、 前記光送信機をカオス的な位相のレーザ光を出力する第
   １の光位相同期回路および該第１の光位相同期回路と同
   一あるいは略同一のカオス的な位相のレーザ光を出力す
   る第２の光位相同期回路から構成するとともに、前記光
   受信機を前記第１の光位相同期回路と同一あるいは略同
   一のカオス的な位相のレーザ光を出力する第３の光位相
   同期回路、光混合器、受光素子および復調回路から構成
   し、 前記第３の光位相同期回路の回路パラメータをノード毎
   に異ならせて各ノードのアドレスとして設定し、 前記情報信号の送信に先立って、通信元のノードの前記
   光送信機内の前記第２の光位相同期回路の回路パラメー
   タを通信先のノードの前記光受信機内の前記第３の光位
   相同期回路の回路パラメータに等しく同調させて前記通
   信路を設定し、その後、 前記通信元のノード内の前記第１の光位相同期回路の出
   力レーザ光を駆動信号として該通信元のノード内の前記
   第２の光位相同期回路および前記通信先のノード内の前
   記第３の光位相同期回路へ入力し、該第２および第３の
   光位相同期回路からは同期したレーザ光を出力し、 該第２の光位相同期回路が自身の回路パラメータを前記
   情報信号で変調して得られるレーザ光を前記送信信号と
   して出力し、該第３の光位相同期回路の出力レーザ光と
   前記送信信号とを前記光混合器に入力して両者の差分信
   号を出力し、前記復調回路が前記受光素子で検出された
   前記差分信号に基づいて前記情報信号を復調することを
   特徴とする光多重アクセス方式。
2. 【請求項２】 いわゆるスタートポロジーの光ネットワ
   ークにおける通信に適用され、任意のノードに設けられ
   た光送信機が光の位相に伝送しようとする情報信号を担
   わせてなる送信信号を他の任意のノードに設けられた光
   受信機へ転送するための通信路を設定する光多重アクセ
   ス方式であって、 前記光送信機をカオス的な位相のレーザ光を出力する第
   １の光位相同期回路および該第１の光位相同期回路と同
   一あるいは略同一のカオス的な位相のレーザ光を出力す
   る第２の光位相同期回路から構成するとともに、前記光
   受信機を前記第１の光位相同期回路と同一あるいは略同
   一のカオス的な位相のレーザ光を出力する第３の光位相
   同期回路、光混合器、受光素子および復調回路から構成
   し、 前記第２の光位相同期回路の回路パラメータをノード毎
   に異ならせて各ノードのアドレスとして設定し、 前記情報信号の送信に先立って、通信先のノードの前記
   光受信機内の前記第３の光位相同期回路の回路パラメー
   タを通信元のノードの前記光送信機内の前記第２の光位
   相同期回路の回路パラメータに等しく同調させて前記通
   信路を設定し、その後、 前記通信元のノード内の前記第１の光位相同期回路の出
   力レーザ光を駆動信号として前記通信元のノード内の前
   記第２の光位相同期回路および前記通信先のノード内の
   前記第３の光位相同期回路へ入力し、該第２および第３
   の光位相同期回路からは同期したレーザ光を出力し、 該第２の光位相同期回路が自身の回路パラメータを前記
   情報信号で変調して得られるレーザ光を前記送信信号と
   して出力し、該第３の光位相同期回路の出力レーザ光と
   前記送信信号とを前記光混合器に入力して両者の差分信
   号を出力し、前記復調回路が前記受光素子で検出された
   前記差分信号に基づいて前記情報信号を復調することを
   特徴とする光多重アクセス方式。
3. 【請求項３】 前記情報信号は２値の信号であるととも
   に、前記変換手段は積分手段および閾値素子からなり、 前記積分手段が前記受光素子で検出された前記差分信号
   を所定の継続時間で積分し、前記閾値素子が前記積分手
   段の出力を予め設定された閾値と比較して前記２値のい
   ずれか一方を出力して前記情報信号を復元することを特
   徴とする請求項１または２記載の光多重アクセス方式。
4. 【請求項４】 前記積分手段は低域漏波器であることを
   特徴とする請求項３記載の光多重アクセス方式。