KR100831916B1 - 광펄스 시간 확산 장치 - Google Patents

광펄스 시간 확산 장치 Download PDF

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KR100831916B1
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겐스케 사사키
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오끼 덴끼 고오교 가부시끼가이샤
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Abstract

(목적) 동일 부호라도 복수의 채널을, 채널 식별성을 갖고 할당하는 것이 가능하다.
(해결 수단) 각각에 입력되는 광펄스를 광위상 부호에 따라 시간축상으로 시간 확산시켜 순차 배열된 칩펄스의 열로서, 각각 출력되는 복수의 광펄스 시간 확산기를 구비하고 있다. 이들 광펄스 시간 확산기의 각각은, 인접하는 칩펄스끼리 사이에 위상차를 부여하는 위상 제어 수단을 구비하고 있다. 식별 파라미터를 도입하여, 위상 제어 수단마다 인접하는 칩펄스끼리 사이에 부여하는 위상차 조건을 다르게 함으로써, 채널 식별성을 발휘시킨다. 위상 제어 수단은, 예를 들어, 광화이버 (66) 의 코어 (64) 에 SSFBG (60) 가 설치된 구조이다. SSFBG 에는 단위 FBG 가 코어의 도파 방향을 따라 직렬로 배치되어 있다. 이 위상 제어 수단에 설정되어 있는 광위상 부호의 부호값의 하나 하나와, 단위 FBG 의 하나 하나는 1 대 1 로 대응하고 있다.
광펄스, 위상차

Description

광펄스 시간 확산 장치{OPTICAL PULSE TIME SPREAD DEVICE}
도 1 은 SSFBG 를 이용한 부호기 및 복호기의 동작 원리의 설명에 제공하는 도면.
도 2 는 트랜스버설형 광필터의 개략적 구성을 나타낸 도면.
도 3 은 SSFBG 를 이용한 위상 제어 수단의 개략적 구조도.
도 4 는 광펄스 시간 확산 장치의 특성 평가를 행하는 장치의 개략적 블록 구성도.
도 5 는 제 1 광신호의 시간 파형을 나타낸 도면.
도 6 은 제 2 광신호의 시간 파형을 나타낸 도면.
도 7 은 식별 파라미터의 간격 (△a) 에 대한 상관 파형 강도비의 관계를 나타낸 그래프.
도 8 은 OCDM 전송 장치의 개략적 블록 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 150 : 부호기
12, 16, 18, 24, 26, 66 : 광화이버
14, 22 : 광서큘레이터
20, 184 : 복호기
30 : 실리콘 기판
31 : 클래드층
32 : 결합률 가변 광커플러부
32-1∼32-14 : 결합률 가변 광커플러
33, 64 : 코어
34 : 위상 변조부
34-1∼34-15 : 위상 변조기
36 : 합파부(合波部)
37, 38-1, 38-2 : 광도파로
40 : 제 1 방향성 광결합기
42 : 제 2 방향성 광결합기
44 : 제 1 위상 시프터
46 : 제 2 위상 시프터
48, 50 : 입력 포트
52, 54 : 출력 포트
56 : 광펄스 발생 장치
58 : 분파기
60 : SSFBG
62 : 클래드
68 : 합파기
69 : 광화이버 케이블
70 : 광펄스 시간 확산 장치
72 : 광지연부
74 : 광커플러
76 : 제 i 광펄스 시간 확산기
78 : 제 1 오실로스코프
80 : 제 2 오실로스코프
140 : 송신부
142 : 펄스 광원
144, 182 : 분기기
146 : 변조 전기 신호 발생부
148 : 변조기
160 : 송신부 제 1 채널
162 : 송신부 제 2 채널
164 : 송신부 제 3 채널
166 : 송신부 제 4 채널
170 : 합파기
172 : 광전송로
180 : 수신부
190 : 수광기
200 : 수신부 제 1 채널
202 : 수신부 제 2 채널
204 : 수신부 제 3 채널
206 : 수신부 제 4 채널
(비특허 문헌 1) 소토바야시 히데유키 「광부호 분할 다중 네트워크」 응용 물리, 제 71 권, 제 7 호, (2002) pp.853-859.
(비특허 문헌 2) Koichi Takiguchi 등의“Encoder/decoder on planar lightwave circuit for time-spreading/wavelength hopping optical CDMA” OFC 2002, TuK8, March 2002.
(비특허 문헌 3) Naoya Wada 등의“A 10 Gb/s Optical Code Division Multiplexing Using 8-Chip Optical Bipolar Code and Coherent Detection”, Journal of Lightwave Technology, Vol. 17, No. 10, October 1999.
(비특허 문헌 4) 다키구치 코우이치, 「평면 광파 회로의 광기능 디바이스에의 전개」 응용 물리 학회지 제 72 권 제 11 호 pp.1387-1392 (2003).
(비특허 문헌 5) 니시키 레이히코, 이와무라 히데시, 고바야시 히데유키, 미즈사와 사토코, 오오시바 사에코 「SSFBG 를 사용한 OCDM 용 위상 부호기의 개발」 신학 기법 : Technical Report of IEICE. OFT2002-66, (2002-11).
본 발명은, 광펄스를 칩펄스로서 시간 확산시키는 부호기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 이 부호기를 이용하여 실시되는 광부호 분할 다중 전송 방법 및 이 방법을 실현시키기 위한 장치에 관한 것이다.
최근, 인터넷의 보급 등에 의해 통신 수요가 급속히 증대하고 있다. 그에 대응하여 광화이버를 사용한 고속이고 대용량인 네트워크가 정비되고 있다. 그리고, 통신의 대용량화를 위하여, 하나의 광화이버 전송로에 복수 채널분의 광펄스 신호를 정리하여 전송하는 광다중 기술이 검토되고 있다.
광다중 기술로서는, 광시분할 다중 (OTDM : Optical Time Division Multiplexing), 파장 분할 다중 (WDM : Wavelength Division Multiplexing) 및 광부호 분할 다중 (OCDM : Optical Code Division Multiplexing) 이 활발하게 연구되고 있다. 이 중에 있어서, OCDM 은 운용면에 있어서의 유연성, 즉, OTDM 이나 WDM 에 있어서 송수신되는 광펄스 신호의 1 비트당에 할당되는 시간축 상의 제한이 없다는 특장을 갖고 있다. 또한, 시간축 상에서 동일한 시간 슬롯에 복수의 채널을 설정할 수 있고, 또는 파장축 상에 있어서도 동일한 파장에 복수의 통신 채널을 설정할 수 있다는 특징을 갖고 있다. 또한, 동일한 파장으로 동일 시각에 복수의 채널을 다중하는 것이 가능하고, 대용량의 데이터 통신을 가능하게 한다. OTDM 이나 WDM 에 비교하여, 통신 용량이 비약적으로 향상될 수 있는 점에서 주목되고 있다 (예를 들어, 비특허 문헌 1 참조).
이후의 설명에 있어서, 광펄스 신호라는 표현은, 2 값 디지털 신호를 반영한 광펄스열을 의미하는 것으로 한다. 즉, 규칙적인 일정한 간격 (비트 레이트에 상당하는 주파수의 역수에 상당하는 시간 간격) 으로 광펄스가 배열되는 광펄스열에 대하여, 시간축 상에 있어서, 이 광펄스열을 구성하는 광펄스의 존재 및 비존재에 대응시켜 2 값 디지털 신호를 반영시킨 광펄스열을 광펄스 신호라는 것으로 한다.
OCDM 이란, 채널마다 상이한 부호 (패턴) 를 할당하여, 패턴 매칭에 의해 신호를 추출하는 통신 방법이다. 즉, OCDM 은, 송신측에서는 통신 채널마다 상이한 광부호로 광펄스 신호를 부호화하고, 수신측에서는 송신측과 동일한 광부호를 사용하여 복호화하고 원래의 광펄스 신호로 되돌리는 광다중 기술이다. 광펄스 신호를 부호화하여 부호화 광펄스 신호로 변환하기 위해서는 부호기가, 부호화 광펄스 신호를 복호화하여 광펄스 신호로 되돌리기 위해서는 복호기가 각각 사용된다.
광펄스 신호를 부호화하여 부호화 광펄스 신호로 변환하는 방법으로서, 시간 영역과 파장 영역의 양방을 사용하여 부호화하는 시간 확산 파장 호핑 방법이 알려져 있다 (예를 들어, 비특허 문헌 2 참조). 또한, 광펄스 신호를 시간 영역으로 확산시켜 부호화하는 위상 시프트 키잉 (PSK : Phase Shift Keying) 방법이 알려져 있다 (예를 들어, 비특허 문헌 3 및 5 를 참조).
PSK 방법에 의한 부호화에 있어서, 석영계 평면 도파로 (PLC : Planar Lightwave Circuit) 를 구성 요소로 하는 부호기가 사용된 예가 보고되어 있다 (비특허 문헌 3 참조). 이 PSK 방법에서는, 부호로서 부호장(符號長) 8 의 2 값 위상 부호 (바이폴러 코드) 가 사용되고 있고, 이용된 부호화 장치는 트랜스버설형 광필터가 응용되고 있다. 부호장에 관해서는, 그 상세한 내용을 후술한다.
트랜스버설형 광필터는, 지연선, 결합률 가변 광커플러, 위상 변조부 및 합파부를 그 주요 구성 요소로서 구비하고 있다 (예를 들어, 비특허 문헌 4 참조). 결합률 가변 광커플러의 수가 t 개인 트랜스버설형 광필터에 입력된 광펄스는, (t+1) 개의 광펄스로 분파되고, 부호값에 대응하여 위상 변조부에 있어서 이들 광펄스의 위상이 변조된다. 상세한 내용은 후술하지만, 부호기에 입력된 광펄스가 시간축상으로 분산되어 생성된 복수의 광펄스를, 칩펄스라고 하는 경우도 있다.
각 결합률 가변 광커플러 사이는 지연선에 의하여 결합되어 있고, 이 지연선에 의하여 각 칩펄스는 지연 시간이 부가되고 합파부에서 합파되어 칩펄스의 열, 즉 부호화 광펄스열이 생성된다.
또한, 수퍼 스트럭쳐 화어버 브래그 그래팅 (SSFBG : Super Structure Fiber Bragg Grating) 이 부호기의 구성 요소로서 사용된 예가 보고되어 있다 (비특허 문헌 5 참조). SSFBG 는, 일렬로 배치되어 광위상 부호를 구성하는 부호값과 1 대 1 로 대응하는 단위 화이버 브래그 그래팅 (FBG : Fiber Bragg Grating) 이, 광도파로의 방향을 따라 직렬로 배치되어 구성된다. SSFBG 는, 부호장과 동일한 수의 단위 FGB 가 일렬로 배치되고, 단위 FBG 사이가 부호값에 따른 위상 시프트가 주어지는 간격으로 설정되어 형성된다.
이상 설명한 바와 같이, 부호기의 위상 제어 수단에는, FBG 등의 수동 광소자를 이용하는 것이 가능하기 때문에, 부호화 처리에 있어서의 전기적 제한을 받지 않고 통신 레이트의 고속화에의 대응이 가능해진다.
이후의 설명에 있어서, 1 채널분을 부호화하기 위하여 사용되는 위상 제어 수단을 부호기라고 하고, 복수의 부호기를 집합시킨 복수 채널분을 부호화하기 위한 장치를 부호화 장치라고 하기로 한다. 또한, 1 채널분을 복호화하기 위하여 사용되는 위상 제어 수단을 복호기라고 하고, 복수의 복호기를 집합시킨 복수 채널분을 복호화하기 위한 장치를 복호화 장치라고 하기로 한다.
또한, 이후의 설명에 있어서, 광펄스 신호를 시간 영역으로 확산시켜 부호화하는, 이른바 PSK 방법에 이용되는 부호기 또는 복호기를, 광펄스 시간 확산기라고 부르는 경우도 있다. 그리고, 광펄스 시간 확산기를 복수 집합시켜 구성된 장치를 광펄스 시간 확산 장치라고 부르는 경우도 있다.
도 1 (A) 에서 (E) 를 참조하여, SSFBG 를 이용한 광펄스 시간 확산기를, 부호기 및 복호기로서 이용하는 경우에 관하여, 그 동작 원리를 설명한다. 도 1 (A) 는, 입력 광펄스의 시간 파형을 나타낸 도면이다. 도 1 (E) 는, 부호기에서 부호화된 부호화 광펄스열이 복호기에서 복호화되는 상태의 설명에 제공하는 도면이다.
도 1 (a) 에 나타내는 입력 광펄스가, 도 1 (e) 에 나타내는 바와 같이, 광화이버 (12) 로부터 광서큘레이터 (14) 및 광화이버 (16) 를 통해 부호기 (10) 에 입력되어 부호화되고, 다시 광화이버 (16) 및 광서큘레이터 (14) 를 통해 광화이버 (18) 를 전파하여, 광서큘레이터 (22) 및 광화이버 (24) 를 통해 복호기 (20) 에 입력된다. 그리고, 복호기 (20) 에서 복호화되어 자기 상관 파형이 생성되고, 이 자기 상관 파형이 광화이버 (21) 및 광서큘레이터 (22) 를 통해 광화이버 (26) 를 전파한다.
도 1 (e) 에 나타내는 부호기 (10) 및 복호기 (20) 는, 광화이버의 도파 방향을 따라 4 개의 단위 FBG 가 배열되어 구성된 SSFBG 이다. 여기서는, 일례로서, 4 비트의 광부호 (0, 0, 1, 0) 를 사용하여, 부호기 (10) 및 복호기 (20) 의 기능을 설명한다. 여기서, 광부호를 부여하는 「0」 및 「1」 로 이루어지는 수열의 항수를 부호장이라고 하는 경우도 있다. 이 예에서는, 부호장이 4 이다. 또한, 광부호를 부여하는 수열을 부호열이라고 하고, 부호열의 각 항 「0」 및 「1」 을 칩이라고 하는 경우도 있다. 그리고, 0 및 1 의 값 그 자체를 부호값이라고 하는 경우도 있다.
부호기 (10) 를 구성하는 단위 FBG (10a, 10b, 10c 및 10d) 는, 각각, 상기 기술한 광부호의 제 1 번째 칩 「0」, 제 2 번째 칩 「0」, 제 3 번째 칩 「1」 및 제 4 번째 칩 「0」 과 대응한다. 부호값이 0 인지 1 인지를 결정하는 것은, 인접하는 단위 FBG 로부터 반사되는 브래그 반사광의 위상 관계이다.
즉, 제 1 번째 칩과 제 2 번째 칩은 동일한 부호값 (0) 을 취하고 있기 때문에, 제 1 번째 칩에 대응하는 단위 FBG (10a) 로부터 반사되는 브래그 반사광의 위상과, 제 2 번째 칩에 대응하는 단위 FBG (10b) 로부터 반사되는 브래그 반사광의 위상은 동일하다. 또한, 제 2 번째 칩의 부호값은 0 이고 제 3 번째 칩의 부호값은 1 이기 때문에, 양자는 서로 상이한 값을 취하고 있다. 따라서, 제 2 번째 칩에 대응하는 단위 FBG (10b) 로부터 반사되는 브래그 반사광의 위상과, 제 3 번째 칩에 대응하는 단위 FBG (10c) 로부터 반사되는 브래그 반사광의 위상의 차가 π 로 되어 있다.
마찬가지로 제 3 번째 칩의 부호값은 1 이고 제 4 번째 칩의 부호값은 0 이기 때문에, 양자는 서로 상이한 값을 취하고 있다. 따라서, 제 3 번째 칩에 대응하는 단위 FBG (10c) 로부터 반사되는 브래그 반사광의 위상과, 제 4 번째 칩에 대응하는 단위 FBG (10d) 로부터 반사되는 브래그 반사광의 위상의 차가 π 로 되어 있다.
이와 같이, 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광의 위상을 바꿈으로써, 규정되는 광부호를 광위상 부호라고 부르는 경우도 있다.
다음으로, 광펄스가 부호기에서 부호화되어 부호화 광펄스열로 변환되고, 그 부호화 광펄스열이 복호기에서 복호화되어 자기 상관 파형이 형성되는 과정을 설명한다. 도 1 (a) 에 나타내는 단일 광펄스가 광화이버 (12) 로부터 광서큘레이터 (14) 및 광화이버 (16) 를 통해 부호기 (10) 에 입력되면, 단위 FBG (10a, 10b, 10c 및 10d) 로부터의 브래그 반사광이 생성된다. 그래서, 단위 FBG (10a, 10b, 10c 및 10d) 로부터의 브래그 반사광을 각각 a, b, c 및 d 로 한다. 즉, 도 1 (a) 에 나타내는 단일 광펄스가, 브래그 반사광 (a, b, c 및 d) 으로 시간 확산되어 부호화 광펄스열로 변환된다.
브래그 반사광 (a, b, c 및 d) 은, 시간축에 대하여 나타내면, 도면 1 (b) 에 나타내는 바와 같이, 4 개의 광펄스로 분리되어 시간축 상에서, 단위 FBG (10a, 10b, 10c 및 10d) 의 배열 방법에 의존하는 특정한 간격으로 배열된 광펄스열을 구성한다. 따라서, 부호화 광펄스열이란, 부호기에 입력된 광펄스가 시간축상으로 복수의 광펄스로서 시간 확산된 광펄스열이다. 이 시간축상으로 시간 확산되어 배열된 개개의 광펄스가 각각 칩펄스에 대응하는데, 이후의 설명에서 특별히 혼란스럽지 않은 경우에는, 칩펄스로 기재하지 않고 광펄스로 기재하는 경우도 있다.
도 1 (b) 에 광화이버 (18) 를 전파하는 부호화 광펄스열을 시간축에 대하여 나타낸다. 도 1 (b) 에서는, 부호화 광펄스열을 보기 쉽게 나타내기 위하여, 종축의 방향을 따라 광펄스를 엇갈리게 하여 나타낸다.
단위 FBG (10a) 에 의한 브래그 반사광이, 도 1 (b) 중에 있어서 a 로 나타내는 광펄스이다. 마찬가지로 FBG (10b), FBG (10c) 및 FBG (10d) 에 의한 브래그 반사광이, 도 1 (b) 중에 있어서, 각각 b, c 및 d 로 나타내는 광펄스이다. a 로 나타내는 광펄스가 부호기 (10) 의 입사단에 가장 가까운 단위 FBG (10a) 로부터 반사되는 광펄스이기 때문에, 시간적으로 가장 진행된 위치에 있다. b, c 및 d 로 나타내는 광펄스는 각각 FBG (10b), FBG (10c) 및 FBG (10d) 로부터의 브래그 반사광이다. 또한, FBG (10b), FBG (10c) 및 FBG (10d) 는, 부호기 (10) 의 입사단으로부터 이 순서로 배열되어 있기 때문에, b, c 및 d 로 나타내는 광펄스는 도 1 (b) 에 나타내는 바와 같이, a 로 나타내는 광펄스에 이어서 b, c, d 의 순차로 배열된다.
이후의 설명에 있어서, 브래그 반사광 (a), 브래그 반사광 (b), 브래그 반사광 (c) 및 브래그 반사광 (d) 의 각각에 대응하는 광펄스를, 각각 광펄스 (a), 광 펄스 (b), 광펄스 (c) 및 광펄스 (d) 로 표현하는 경우도 있다. 또한, 광펄스 (a), 광펄스 (b), 광펄스 (c) 및 광펄스 (d) 각각을 칩펄스라고 하는 경우도 있다.
부호화 광펄스열을 구성하는 이들 브래그 반사광 (a, b, c 및 d) 의 위상의 관계는, 상기 기술한 바와 같이, 다음과 같이 되어 있다. 브래그 반사광 (a) 의 위상과 브래그 반사광 (b) 의 위상은 동일하다. 브래그 반사광 (b) 의 위상과 브래그 반사광 (c) 의 위상의 차가 π 로 되어 있다. 브래그 반사광 (c) 의 위상과 브래그 반사광 (d) 의 위상의 차가 π 로 되어 있다. 즉, 브래그 반사광 (a) 의 위상을 기준으로 하면, 브래그 반사광 (a), 브래그 반사광 (b) 및 브래그 반사광 (d) 의 위상은 동일하고, 이들에 대하여 브래그 반사광 (c) 의 위상은 π 상이하다.
그래서 도 1 (b) 에서는, 브래그 반사광 (a), 브래그 반사광 (b) 및 브래그 반사광 (d) 의 각각에 대응하는 광펄스를 실선으로 나타내고, 브래그 반사광 (c) 에 대응하는 광펄스를 파선으로 나타내고 있다. 즉, 브래그 반사광끼리의 위상 관계를 구별하기 위하여, 대응하는 광펄스를 나타내는 데, 실선 및 파선을 사용하는 것으로 한다. 실선으로 나타낸 광펄스끼리의 위상은 서로 동일하고, 또한 파선으로 나타낸 광펄스끼리의 위상은 서로 동일한 관계에 있다. 그리고 실선으로 나타낸 광펄스의 위상과 파선으로 나타낸 광펄스의 위상은 서로 π 만큼 상이하다.
부호화 광펄스열은, 광화이버 (18) 를 전파하여 광서큘레이터 (22) 를 통해 복호기 (20) 에 입력된다. 복호기 (20) 는 부호기 (10) 와 동일한 구조이지만, 입력단과 출력단이 반대로 되어 있다. 즉, 복호기 (20) 의 입력단으로부터 순 서대로 단위 FBG (20a, 20b, 20c 및 20d) 가 배열되어 있는데, 단위 FBG (20a) 와 단위 FBG (10d) 가 대응한다. 또한, 마찬가지로 단위 FBG (20b), 단위 FBG (20c) 및 단위 FBG (20d) 는, 단위 FBG (10c), 단위 FBG (10b) 및 단위 FBG (10a) 와 각각 대응한다.
복호기 (20) 에 입력되는 부호화 광펄스열은, 먼저 이 부호화 광펄스열을 구성하는 광펄스 (a) 가 단위 FBG (20a, 20b, 20c 및 20d) 로부터 각각 브래그 반사된다. 그 상태를, 도 1 (c) 를 참조하여 설명한다. 도 1 (c) 는, 횡축에 시간축을 취하고 있다. 그리고 편의적으로 1 에서 7 을 부여하여 시각의 전후 관계를 표시하고 있고, 이 수치가 작을수록, 빠른 시각인 것을 나타내고 있다.
도 1 (c) 는 도 1 (b) 와 마찬가지로 시간축에 대하여 부호화 광펄스열을 나타낸 도면이다. 부호화 광펄스열은 복호기 (20) 에 입력되면, 먼저 단위 FBG (20a) 에서 브래그 반사된다. 단위 FBG (20a) 에서 브래그 반사되는 반사광을 브래그 반사광 (a') 으로 나타내기로 한다. 마찬가지로 단위 FBG (20b), 단위 FBG (20c) 및 단위 FBG (20d) 에서 브래그 반사되는 반사광을, 각각 브래그 반사광(b', c' 및 d') 으로 나타내기로 한다.
단위 FBG (20a) 로부터는, 부호화 광펄스열을 구성하는 광펄스 (a, b, c 및 d) 가 브래그 반사되고, 도 1 (c) 에 있어서 a' 로 나타낸 열의 시간축 상에 배열된다. 단위 FBG (20a) 로부터 브래그 반사된 광펄스 (a) 는, 시간축 상에서 1 로 나타내고 있는 위치에 피크를 갖는 광펄스이다. 단위 FBG (20a) 로부터 브래그 반사된 광펄스 (b) 는, 시간축 상에서 2 로 나타내고 있는 위치에 피크를 갖는 광펄스이다. 마찬가지로, 광펄스 (c) 및 광펄스 (d) 는, 각각 시간축 상에서 3 및 4 로 나타내고 있는 위치에 피크를 갖는 광펄스이다.
단위 FBG (20b) 로부터도, 부호화 광펄스열을 구성하는 광펄스 (a, b, c 및 d) 가 브래그 반사되어, 도 1 (c) 에 있어서 b' 로 나타낸 열의 시간축 상에 배열된다. 단위 FBG (20b) 로부터 반사되는 브래그 반사광 (b') 은, 브래그 반사광 (a', c' 및 d') 과 비교하면 그 위상이 π 만큼 어긋난다. 따라서, a' 로 나타낸 열의 시간축 상에 배열되는 광펄스의 열과, b' 로 나타낸 열의 시간축 상에 배열되는 광펄스의 열은, 그 위상이 모두 π 만큼 어긋나 있다.
그 때문에, a' 로 나타낸 시간축 상에서 1 에서 4 의 순서로 배열되는 광펄스의 열이 실선, 실선, 파선, 실선의 순으로 배열되어 있는 데 비하여, b' 로 나타낸 시간축 상에서 2 에서 5 의 순서로 배열되는 광펄스의 열이 파선, 파선, 실선, 파선의 순으로 배열되어 있다. a' 로 나타낸 광펄스열과 b' 로 나타낸 광펄스열이, 시간축 상에서 어긋나 있는 것은, 부호화 광펄스열을 구성하는 광펄스 중, 광펄스 (a) 가 광펄스 (b) 보다 먼저 복호기 (20) 에 입력되기 때문이다.
마찬가지로, 단위 FBG (20c) 및 단위 FBG (20d) 로부터도, 부호화 광펄스열을 구성하는 광펄스 (a, b, c 및 d) 가 브래그 반사되어, 도 1 (c) 에 있어서 각각 c' 및 d' 로 나타낸 열의 시간축 상에 광펄스가 배열된다. 단위 FBG (20c) 및 단위 FBG (20d) 로부터 반사되는 브래그 반사광 (c' 및 d') 은, 브래그 반사광 (a') 과 비교하면 그 위상은 동일하다. 따라서, 도 1 (c) 에 있어서, c' 로 나타낸 광펄스열과 d' 로 나타낸 광펄스열로서 시간축 상에 배열된다. 브래그 반사광 (a', c' 및 d') 에 관련된 광펄스는, 시간축 상에서 평행하게 어긋나 있지만, 각각의 브래그 반사광에 관련된 광펄스의 상호의 위상 관계는 동일하다.
도 1 (d) 는 복호기 (20) 에서 복호화된 입력 광펄스의 자기 상관 파형을 나타내고 있다. 횡축은 시간축이고, 도 1 (c) 에 나타낸 도면과 맞추어져 있다. 자기 상관 파형은, 복호기의 각 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광 (a', b', c' 및 d') 의 합으로 주어지기 때문에, 도 1 (c) 에 나타낸 브래그 반사광 (a', b', c' 및 d') 을 모두 더한 것으로 되어 있다. 도 1 (c) 의 시간축 상에서 4 로 표시되어 있는 시각에서는, 브래그 반사광 (a', b', c' 및 d') 에 관련된 광펄스가 모두 동 위상에서 더해지기 때문에, 최대의 피크를 구성한다. 또한, 도 1 (c) 의 시간축 상에서 3 및 5 로 표시되어 있는 시각에서는, 파선으로 나타낸 광펄스가 2 개, 실선으로 나타낸 광펄스 1 개가 더해지기 때문에, 4 로 표시되어 있는 시각의 최대 피크와는 위상이 π 만큼 상이한 광펄스 1 개분의 피크가 각각 형성된다. 또한, 도 1 (c) 의 시간축 상에서 1 및 7 로 표시되어 있는 시각에서는, 실선으로 나타낸 광펄스가 2 개, 파선으로 나타낸 광펄스 1 개가 더해지기 때문에, 4 로 표시되어 있는 시각의 최대 피크와는 위상이 동일한 광펄스 1 개분의 피크가 각각 형성된다.
이상 설명한 바와 같이, 광펄스가 부호기 (10) 에서 부호화되어 부호화 광펄스열이 되고, 이 부호화 광펄스열이 복호기 (20) 에서 복호화되어 자기 상관 파형이 생성된다. 여기서 든 예에서는 4 비트 (부호장 4) 의 광부호 (0, 0, 1, 0) 를 사용하였지만, 광부호가 이 이외의 경우더라도 상기 기술한 설명은 동일하게 성 립한다.
이상, SSFBG 를 이용한 광펄스 시간 확산기를, 부호기 및 복호기로서 이용하는 경우에 관하여, 그 동작 원리를 설명하였다. 여기서는, 설명의 편의를 위하여 부호장이 4 인 경우를 들었지만, 실제의 광부호 분할 다중 통신에서는, 더욱 긴 부호장을 가지는 부호가 사용된다.
광부호 분할 다중 통신에서는, 각 채널에 상이한 부호를 할당하여 다중화가 행해진다. 다중화하는 채널을 늘리기 위해서는, 적어도 채널수와 동일한 수의 상이한 부호가 필요해지지만, 상이한 부호의 수를 늘리기 위해서는, 부호장을 길게 하지 않으면 안된다. 즉, 1 부호에 대하여 1 채널이 할당되기 때문에, 채널수와 적어도 동일한 수의 상이한 부호가 필요해진다.
예를 들어, 부호장이 15 인 M 계열 부호를 사용하는 경우, 상이한 부호로서 사용할 수 있는 것은 2 부호이다. 즉, 이 경우에는 2 채널의 광부호 분할 다중 통신을 실현할 수 있다. 그러나, 보다 많은 채널의 광부호 분할 다중 통신을 실현시키고자 하는 경우에는 보다 긴 부호장의 부호를 이용할 필요가 있다. 예를 들어, 부호장을 31 로 늘리면, M 계열과 Gold 계열의 부호를 합하여 33 종류의 부호를 준비할 수 있다. 즉, 이 경우에는 33 채널의 광부호 분할 다중 통신을 실현할 수 있다.
부호장을 길게 하기 위해서는, 광신호의 비트 레이트를 높게 하거나, 확산 시간장(時間長)을 길게 하지 않으면 안된다. 이것을 부호장이 15 인 부호를 채용한 경우와 부호장이 31 인 부호를 채용한 경우를 비교한 예를 사용하여 설명한 다. 광신호의 비트 레이트는, 후술하는 데이터 레이트 및 칩 레이트에 관련된다.
부호장이 15 인 경우, 1 채널분의 전송 레이트 (이후 「데이터 레이트」 라고 하는 경우도 있다.) 가 1.25Gbit/s 이면 칩펄스 1 개당의 비트 레이트 (이후 「칩 레이트」 라고 하는 경우도 있다.) 가 18.75Gbit/s (= 1.25Gbit/s×15) 가 된다. 즉, 확산 시간장은 데이터 레이트의 역수, 즉 5.33×10-7s (≒ (1/18.75)×10-9s) 가 된다.
한편, 부호장이 31 인 부호를 채용하면, 데이터 레이트를 동일하게 1.25Gbit/s 로 하기 위해서는, 칩 레이트를 38.75Gbit/s (= 1.25Gbit/s×31) 로 할 필요가 있다. 또한, 칩 레이트를 부호장이 15 인 부호를 이용한 경우와 동일하게 18.75Gbit/s 로 하기 위해서는, 데이터 레이트를 0.605Gbit/s (≒ 1.25Gbit/s×(15/31)) 로 하지 않으면 안된다. 즉 확산 시간장은, 데이터 레이트의 역수, 즉 1.65×10-9s (≒ (1/0.605)×10-9s) 로 하지 않으면 안된다.
부호장을 길게 하는 경우의 대처법은, 데이터 레이트를 동일한 채로 하여 칩 레이트를 높이거나, 칩 레이트를 동일한 채로 하여 데이터 레이트를 낮추는, 요컨대 확산 시간장을 길게 하는 것 중 어느 하나이다. 칩 레이트를 높이기 위해서는, 송신기와 수신기의 고속 동작화가 필요해진다. 그 때문에, 장치를 개량하고, 필요한 부품 등을 교환할 필요가 있다. 이와 같은 장치 개조는 용이하게는 실현할 수 없다. 또한, 칩 레이트를 그대로 하여 긴 부호장의 부호에 대응하면 데이터 레이트를 낮게, 요컨대 확산 시간장을 길게 하지 않으면 안되게 된다. 이로써, 전송 용량이 저하하게 된다.
그래서, 본 발명의 목적은, 동일 부호라도 복수의 채널을, 채널 식별성을 가지고 할당하는 것이 가능한, 부호화를 행할 수 있는 광펄스 시간 확산 장치를 제공하는 것에 있다. 또한, 이 광펄스 시간 확산 장치를 부호기 및 복호기로서 사용하는 광부호 분할 다중 전송 방법 및 이 방법을 실현하기 위한 장치를 제공하는 것에 있다. 이로써, 채널수가 늘어나도, 부호장을 길게 하여 대응할 필요가 없는, 광부호 분할 다중 전송 방법 및 이 방법을 실현하기 위한 장치를 제공한다.
발명을 해결하기 위한 수단
본 발명의 광펄스 시간 확산 장치는, 인접하는 칩펄스 사이의 위상차로서 상이한 복수의 값을 선택함으로써, 동일 부호라도 식별성을 갖는 부호화 광펄스 신호를 생성하는 것을 가능하게 한 광펄스 시간 확산 장치이다. 그 구성은 다음과 같다.
즉, 본 발명의 광펄스 시간 확산 장치는, S 개 (S 는 2 이상의 자연수) 의 광펄스 시간 확산기를 구비하고 있다. 그리고 이들 S 개의 광펄스 시간 확산기, 제 1, 제 2, ...., 제 S 광펄스 시간 확산기는, 각각에 입력되는 광펄스를, 광위상 부호에 따라, 시간축상으로 시간 확산시켜 순차 배열된 칩펄스의 열로서, 각각 출력한다.
이 S 개의 광펄스 시간 확산기 (제 1, 제 2, ...., 제 S 광펄스 시간 확산기) 의 각각은, 인접하는 칩펄스끼리 사이에 위상차를 부여하는 위상 제어 수단을 구비하고 있다. 제 i 광펄스 시간 확산기 (i = 1, 2, ...., S) 에 구비된 위상 제어 수단은, 인접하는 부호값이 동일한 경우에는, 이 부호값에 대응하는 인접하는 칩펄스끼리 사이의 위상차를,
2πM+aiπ (1)
로 부여하고, 그리고,
인접하는 부호값이 상이한 경우에는, 이 부호값에 대응하는 인접하는 칩펄스끼리 사이의 위상차를,
2πM+(2N+1)π+aiπ (2)
로 부여한다. 단, M 및 N 은 정수이다. 그리고, ai 는 식별 파라미터이고, 0
Figure 112006024530419-pat00001
ai<2 를 만족하는 임의의 상이한 S 개의 실수이다.
또한, 위상 제어 수단을, 일렬로 배치되어 광위상 부호를 구성하는 부호값과 1 대 1 로 대응하는 단위 회절 격자가, 광도파로의 방향을 따라 직렬로 배치된 구성으로 하는 것도 가능하다. 이 경우, 인접하고 또한 동일한 부호값을 부여하는 2 개의 단위 회절 격자로부터 브래그 반사광의 위상차를 상기 기술한 (1) 식으로 부여하고, 및 인접하고 또한 상이한 부호값을 부여하는 2 개의 단위 회절 격자로부터 브래그 반사광의 위상차를 상기 기술한 (2) 식으로 부여되도록 설정한다.
또한, 상기 기술한 광도파로를, 광화이버로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 광부호 분할 다중 전송 방법은, 부호화 단계와 복호화 단계를 구비하고, 이들 단계를 상기 기술한 광펄스 시간 확산 장치를 이용하여 실행하는 것에 특징이 있다. 여기서, 부호화 단계는, 광펄스 신호를, 광위상 부호를 사용하여 부호화하고 부호화 광펄스 신호로서 생성하는 단계이다. 또한, 복호화 단계는, 광위상 부호와 동일한 부호를 사용하여, 부호화 광펄스 신호를 복호화하고, 광펄스 신호의 자기 상관 파형을 생성하는 단계이다.
상기 기술한 광부호 분할 다중 전송 방법을 실현하기 위한, 광부호 분할 다중 전송 장치는, 부호화 장치와 복호화 장치를 구비하여 구성된다. 그리고, 이들 부호화 장치와 복호화 장치로서, 상기 기술한 광펄스 시간 확산 장치를 사용하는 점에 특징이 있다. 즉, 부호화 단계 및 복호화 단계는, 광펄스 시간 확산 장치에 의하여 실현된다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 관하여 설명한다. 또, 각 도면은, 본 발명에 관련된 일 구성예를 나타내고, 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 각 구성 요소나 배치 관계 등을 개략적으로 나타내고 있음에 불과하고, 본 발명을 도시예에 한정하는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 특정한 조건 등을 사용하는 경우가 있지만, 이들은 바람직한 예의 하나에 불과하고, 본 발명은 조금도 이들의 조건 등에 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 있어서 동일한 구성 요소에 관해서는, 동일한 번호를 부여하여 나타내고, 그 중복되는 설명을 생략하는 경우도 있다.
<광펄스 시간 확산 장치>
먼저, 광펄스 시간 확산 장치를 구성하는 광펄스 시간 확산기의 각각에 설정되는 광위상 부호와, 이 광위상 부호의 부호값을 확정하기 위하여 설정되는, 인접하는 칩펄스끼리 사이의 위상차의 관계를, 표 1 및 표 2 를 참조하여 설명한다. 여기서, 설명의 편의상 S = 5, 즉 제 1 에서 제 5 광펄스 시간 확산기의 5 개의 광펄스 시간 확산기를 구비하여 구성되는, 광펄스 시간 확산 장치를 일례로서 채용한다. 그러나, S 가 2 이상인 모든 경우에 관해서도 이하의 설명은 동일하게 성립하는 것은 분명하다.
표 1 및 표 2 에 있어서, 채용한 광위상 부호는, 15 비트의 부호열로서 표기하면, (0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1) 이다. 즉, 부호장이 15 인 광위상 부호를 들어 설명한다. 또한, M = N = 0, 식별 파라미터를 a1 = 0, a2 = 0.2, a3 = 0.4, a4 = 0.6 및 a5 = 0.8 로 설정하는 것으로 한다. 따라서, 식별 파라미터 a1, a2, a3, a4 및 a5 는, 0
Figure 112006024530419-pat00002
ai<2 (i = 1, 2, 3, 4, 5) 를 만족하고 있다.
물론 이하의 설명은, 이 이외의 광위상 부호, 이 이외의 M 과 N 의 값, 및 이 이외의 식별 파라미터를 설정하는 경우에 관해서도 동일하게 성립한다.
여기서는, 상기 기술한 바와 같이, 식별 파라미터 a1, a2, a3, a4 및 a5 를 0.2 의 간격을 두고 등간격으로 설정되어 있다. 본 발명의 광펄스 시간 확산 장치를 OCDM 의 부호화 장치 및 복호화 장치로서 이용하는 경우, 통상적으로는, 식 별 파라미터는, 이와 같이 등간격으로 두고 설정한다.
이는 후술하는 바와 같이, 식별 파라미터의 간격이 좁아질수록, 복호화되어 얻어지는 자기 상관 파형의 피크 강도와, 상호 상관 파형의 피크 강도의 차가 작아짐으로써, 피크의 식별이 잘못되기 쉬워지고, 신호의 수신 착오율이 높아지기 때문이다.
식별 파라미터를 등간격으로 두고 설정한 경우의, 식별 파라미터 사이의 차의 최소값을 식별 파라미터의 간격이라 하고, △a 로 나타내는 경우도 있다. 상기 기술한 예에서는, 식별 파라미터 사이의 차의 최소값은, a2-a1 = a3-a2 = a4-a3 = a5-a4 = 0.2 이기 때문에, 식별 파라미터의 간격 (△a) 은 0.2 이게 된다.
제 1 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열은, 동일 부호값에 대응하는 인접하는 칩펄스끼리 사이의 위상차 (즉, 식 (1) 에서 부여되는 위상차) 가 0 이고, 상이한 부호값에 대응하는 인접하는 칩펄스끼리 사이의 위상차 (즉, 식 (2) 에서 부여되는 위상차) 가 π 이다. 이후, 식 (1) 에서 부여되는 위상차를 「위상차 φA」 라고 하는 경우도 있다. 또한, 식 (2) 에서 부여되는 위상차를 「위상차 φB」 라고 하는 경우도 있다. 즉, 제 1 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열을 구성하는 칩펄스 사이의 위상 관계는, 위상차 φA = 2πM+a1π = 0+0 = 0 또한 위상차 φB = 2πM+(2N+1)π+a1π = 0+π+0 = π 로 되어 있다.
마찬가지로, 제 2 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열을 구성하 는 칩펄스 사이의 위상 관계는, 위상차 φA = 2πM+a2π = 0+0.2π = 0.2π 또한 위상차 φB = 2πM+(2N+1)π+a2π = 0+π+0.2π = 1.2π 로 되어 있다. 제 3 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열을 구성하는 칩펄스 사이의 위상 관계는, 위상차 φA = 2πM+a3π = 0+0.4π = 0.4π 또한 위상차 φB = 2πM+(2N+1)π+a3π = 0+π+0.4π = 1.4π 로 되어 있다. 제 4 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열을 구성하는 칩펄스 사이의 위상 관계는, 위상차 φA = 2πM+a4π = 0+0.6π = 0.6π 또한 위상차 φB = 2πM+(2N+1)π+a4π = 0+π+0.6π = 1.6π 로 되어 있다. 제 5 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열을 구성하는 칩펄스 사이의 위상 관계는, 위상차 φA = 2πM+a5π = 0+0.8π = 0.8π 또한 위상차 φB = 2πM+(2N+1)π+a5π = 0+π+0.8π = 1.8π 로 되어 있다.
인접하는 칩펄스끼리 사이의 위상차를 부여하는 식 (1) 및 식 (2) 에 나타나는 정수 M 은, 위상차로서 물리적으로 등가인 관계에 있는 값을 일반화하여 표현하는 역할을 하고 있다. 즉, aiπ (M = 0), 2π+aiπ (M = 1), 4π+aiπ (M = 2), ..., (2N+1)π+aiπ (M = 0), 2π+(2N+1)π+aiπ (M = 1), 4π+(2N+1)π+aiπ (M = 2), ... 등은 모두, 위상차로서 물리적으로 등가이다. 여기서 말하는 물리적으로 등가라는 관계는, 위상차 2π 를 파장으로 환산하면 정확히 파장과 동일한 값이고, 칩펄스를 구성하는 광파는 1 파장 (1 주기) 진행할 때마다 동일 위상으로 되돌 아가는 것에 대응한다.
또한, 인접하는 칩펄스끼리 사이의 위상차를 부여하는 식 (2) 에 나타나는 정수 N 은, 위상차 φA 와 위상차 φB 의 관계가, φA-φB = (2N+1)π 로 설정해야 하는 것을 요청하는 역할을 하고 있다. 즉 φA-φB 가 π 의 홀수배로 설정되면, 위상차 φA 와 위상차 φB 의 관계는 물리적으로 등가인 것을 의미하고 있다. 여기서 말하는 물리적으로 등가라는 관계는, 위상차 π 를 파장으로 환산하면 정확히 1/2 파장과 동일한 값이고, 칩펄스를 구성하는 광파는 1/2 파장 (1/2 주기) 의 홀수배의 길이에 상당하는 광로장차와 동일해질 때마다 φA-φB 가 역위상의 관계가 되는 것에 대응한다.
Figure 112006024530419-pat00003
이상 설명한 내용이 표 1 및 표 2 에 정리되어 있다. 먼저, 표 1 에 관하여 설명한다. 표 1 은, 광펄스 시간 확산 장치로부터 출력되는 칩펄스열을 구성하는 칩펄스 사이의 위상차의 관계를 일람표로 한 것이다. [1], [2], [3], [4] 및 [5] 로 나타내는 각각의 행에는, 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 및 제 5 광펄스 시간 확산기로부터 각각 출력되는 칩펄스 사이의 위상차의 관계를 나타내고 있다.
표 1 의 제 1 행에는, 칩 번호로서 1∼15 의 번호가 부여되어 있다. 이는, 제 1 번째에서 제 15 번째까지의 칩 위치를 표시하고 있다. 표 1 의 제 2 번째의 행에는, 제 1 에서 제 5 광펄스 시간 확산기 전부에 설정되어 있는, 15 비트의 부호열로서 (0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1) 로 표기되는 부호를 구성하는 각 부호값이, 대응하는 칩의 란 (欄) 에 표시되어 있다. 즉, 선두의 칩인 칩 번호 1 의 란에는, 이 칩에 대응하는 부호값 0 이 기입되어 있다. 마찬가지로, 칩 번호 2, 3, 4, 5 등의 란에도 이들 칩에 대응하는 부호값 0, 0, 1, 1 등이 기입되어 있다.
제 1 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열을 구성하는 칩펄스 사이의 위상 관계는, 위상차 φA = 0 또한 위상차 φB = π 로 설정되어 있다. 또한, 칩 번호 1 의 부호값은 0 이고, 칩 번호 2 의 부호값은 0 과 동일하기 때문에, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 φA 이다. 그리고, 이 값은 0 이기 때문에, 표 1 의 [1] 로 나타내는 행의 칩 번호 1 의 란과 칩 번호 2 의 란 사이의 란에 기입된 값은 0 으로 되어 있다. 마찬가지로, 칩 번호 2 의 부호값은 0, 칩 번호 3 의 부호값도 0 과 동일하기 때문에, [1] 로 나타내는 행의 칩 번호 2 의 란과 칩 번호 3 의 란 사이의 란에 기입된 값도 0 으로 되어 있다.
그러나, 칩 번호 3 의 부호값은 0 이고, 칩 번호 4 의 부호값은 1 로 상이하기 때문에, 칩 번호 3 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 4 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 φB 이다. 그리고, 이 값은 π 이기 때문에, 표 1 의 [1] 로 나타내는 행의 칩 번호 3 의 란과 칩 번호 4 의 란 사이의 란에 기입된 값은 π 로 되어 있다. 이 외의 란에 관해서도, 마찬가지로 인접하는 부호값이 동일한 경우에는 그 부호값에 대응하는 칩 번호 사이의 란에는 0 이, 인접하는 부호값이 상이한 경우에는 그 부호값에 대응하는 칩 번호 사이의 란에는 π 가 각각 기입되어 있다.
다음으로, 제 2 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열을 구성하는 칩펄스 사이의 위상 관계를 나타내는 표 1 의 [2] 로 나타내는 행에 관하여 설명한다. 제 2 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열을 구성하는 칩펄스 사이의 위상 관계는, 위상차 φA = 0.2π 또한 위상차 φB = 1.2π 로 설정되어 있다.
따라서, 칩 번호 1 의 부호값과, 칩 번호 2 의 부호값은 각각 0 으로 동일하기 때문에, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 φA 이다. 그리고, 이 값은 0.2π 이기 때문에, 표 1 의 [2] 로 나타내는 행의 칩 번호 1 의 란과 칩 번호 2 의 란 사이의 란에 기입된 값은 0.2π 로 되어 있다. 마찬가지로, 칩 번호 2 의 부호값과, 칩 번호 3 의 부호값도 각각 0 으로 동일하기 때문에, [2] 로 나타내는 행의 칩 번호 2 의 란과 칩 번호 3 의 란 사이의 란에 기입된 값도 0.2π 로 되어 있다.
한편, 칩 번호 3 의 부호값은 0 이고, 칩 번호 4 의 부호값은 1 로 상이하기 때문에, 칩 번호 3 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 4 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 φB 이다. 그리고, 이 값은 1.2π 이기 때문에, 표 1 의 [2] 로 나타내는 행의 칩 번호 3 의 란과 칩 번호 4 의 란 사이의 란에 기입된 값은 1.2π 로 되어 있다. 이 외의 란에 관해서도, 마찬가지로 인접하는 부호값이 동일한 경우에는 그 부호값에 대응하는 칩 번호 사이의 란에는 0.2π 가, 인접하는 부호값이 상이한 경우에는 그 부호값에 대응하는 칩 번호 사이의 란에는 1.2π 가 각각 기입되어 있다.
동일하게, 제 3, 제 4 및 제 5 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열을 구성하는 칩펄스 사이의 위상 관계도, 상기 기술과 동일하게 표 1 의 [3], [4] 및 [5] 로 나타내는 행에 각각 나타나있다.
Figure 112006024530419-pat00004
표 2 는, 광펄스 시간 확산 장치로부터 출력되는 칩펄스열을 구성하는 칩펄스의 위상을, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스의 위상을 기준으로, 일람표로 나타내는 표이다. [1], [2], [3], [4] 및 [5] 로 나타내는 각각의 행에는, 표 1 과 동일하게, 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 및 제 5 광펄스 시간 확산기로부터 각각 출력되는 칩펄스의, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스의 위상을 기준으로 한, 칩 번호 2 이후에 대응하는 칩펄스의 위상값을 나타내고 있다. 따라서, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스의 위상은 모두 0 으로 되어 있다.
표 1 과 마찬가지로, 제 1 행에 칩 번호로서 1∼15 의 번호가 부여되어, 제 1 번째에서 제 15 번째까지의 칩 위치를 표시하고 있다. 제 2 번째의 행도 표 1 과 동일하게, 제 1 에서 제 5 광펄스 시간 확산기 전부에 설정되어 있는, 부호가 표시되어 있다.
제 1 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열을 구성하는 칩펄스의, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스의 위상을 기준으로 하여 나타낸, 표 1 의 [1] 로 나타내는 행에 관하여 설명한다.
칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스의 위상은, 상기 기술한 바와 같이 0 이다. 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스의 위상은, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 φA = 0 이기 때문에, 0 (= 0+0) 이 된다. 칩 번호 3 에 대응하는 칩펄스의 위상도, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 0 이고, 또한 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 3 에 대응하는 칩펄스의 위상차도 0 이기 때문에, 0 (= 0+0+0) 이 된다.
또한, 칩 번호 4 에 대응하는 칩펄스의 위상은, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스의 위상차가 0, 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 3 에 대응하는 칩펄스의 위상차도 0 이고, 칩 번호 3 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 4 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 π 이기 때문에, π (= 0+0+0+π) 가 된다.
마찬가지로, 칩 번호 5, 6 및 7 에 대응하는 칩펄스의 위상은, 칩 번호 4 의 위상과 동일하기 때문에 π 가 된다. 그러나, 칩 번호 8 에 대응하는 칩펄스의 위상은, 상기 기술과 동일하게 생각하면, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스의 위상에서 칩 번호 8 에 대응하는 칩펄스의 위상까지를 적산하면, 0+0+0+π+0+0+0+π = 2π 가 된다. 즉, 칩 번호 8 에 대응하는 칩펄스의 위상은 2π 이다. 그러나 위상이 0 과 위상이 2π 는, 물리적으로 동 위상을 의미하기 때문에, 칩 번호 8 의 란에는 0 이 기재되어 있다. 칩 번호 9 이후의 란에 기재된 위상값도 동일한 규칙에 따라서 기재되어 있다.
다음으로, 제 2 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열을 구성하는 칩펄스의, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스의 위상을 기준으로 하여 나타내는 표 2 의 [2] 로 나타내는 행에 관하여 설명한다.
칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스의 위상은, 상기 기술한 바와 같이 0 이다. 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스의 위상은, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 φA = 0.2π 이기 때문에, 0.2π (= 0+0.2π) 가 된다. 칩 번호 3 에 대응하는 칩펄스의 위상도, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 0.2π 이고, 또한 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 3 에 대응하는 칩펄스의 위상차도 0.2π 이기 때문에, 0.4π (= 0+0.2π+0.2π) 가 된다.
또한, 칩 번호 4 에 대응하는 칩펄스의 위상은, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스의 위상차가 0.2π, 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 3 에 대응하는 칩펄스의 위상차도 0.2π 이고, 칩 번호 3 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 4 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 1.2π 이기 때문에, 1.6π (= 0+0.2π+0.2π+1.2π) 가 된다.
또한, 칩 번호 5 에 대응하는 칩펄스의 위상은, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스의 위상차가 0.2π, 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 3 에 대응하는 칩펄스의 위상차도 0.2π, 칩 번호 3 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 4 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 1.2π, 칩 번호 4 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 5 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 0.2π 이기 때문에, 1.8π (= 0+0.2π+0.2π+1.2π+0.2π) 가 된다.
또한, 칩 번호 6 에 대응하는 칩펄스의 위상은, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 2 에 대응하는 칩 펄스의 위상차가 0.2π, 칩 번호 2 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 3 에 대응하는 칩펄스의 위상차도 0.2π, 칩 번호 3 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 4 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 1.2π, 칩 번호 4 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 5 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 0.2π, 칩 번호 5 에 대응하는 칩펄스와 칩 번호 6 에 대응하는 칩펄스의 위상차는 0.2π 이기 때문에, 2π (= 0+0.2π+0.2π+1.2π+0.2π+0.2π) 가 된다. 그러나 상기 기술한 바와 같이, 위상 0 과 위상 2π 는, 물리적으로 동 위상을 의미하기 때문에, 칩 번호 6의 란에는 0 이 기재되어 있다.
일반적으로, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스와의 위상차가 2π 를 초과하여 A 라는 값이 되면, 0
Figure 112006024530419-pat00005
A-2kπ<2π 가 되는 정수 k 를 선택하여, A-2kπ 의 값을 그 칩 번호에 대응하는 칩펄스의 위상으로 한다. 여기서는, A = 2π 이기 때문에, k = 1 을 선택하여 A-2π = 2π-2π = 0 이 되기 때문에, 칩 번호 6 의 란에는 0 이 기재되어 있다.
칩 번호 7 이후의 란에 기재된 위상값도 동일한 규칙에 따라서 기재되어 있다. 또한, 제 3, 제 4 및 제 5 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열을 구성하는 칩펄스의, 칩 번호 1 에 대응하는 칩펄스의 위상을 기준으로 하여 나타내는 표 2 의 [3], [4], [5] 로 나타내는 행에 관해서도, 동일한 규칙에 따라서 기재되어 있다.
《트랜스버설형 광필터》
다음으로, 광펄스 시간 확산 장치를 구성하는 광펄스 시간 확산기에 부호를 설정하기 위한 위상 제어 수단의 구체예에 관하여 설명한다.
먼저 트랜스버설형 광필터를 이용하여 위상 제어 수단을 실현하는 예를 설명한다. 트랜스버설형 광필터는, 예를 들어 비특허 문헌 3 또는 4 에 개시되어 있는 바와 같이, PLC 로서 구성된다.
트랜스버설형 광필터는, 이미 설명한 바와 같이, 지연선, 결합률 가변 광커플러, 위상 변조부 및 합파부를 그 주요 구성 요소로서 구비하고 있다. 결합률 가변 광커플러를 t 개 구비한 트랜스버설형 광필터에 입력된 광펄스는, 이 t 개의 결합률 가변 광커플러에 의하여 (t+1) 개의 광펄스로 분파된다. 분파된 (t+1) 개의 광펄스의 각각은, 대응하는 부호값에 따라 위상 변조부에 있어서 그 위상이 변조되고, 또한 지연선에 의하여 지연이 부가되어 출력된다.
먼저, 도 2 (a) 및 (b) 를 참조하여, 트랜스버설형 광필터의 구성의 개략 및 그 기능을 설명한다. 도 2 (a) 는, 결합률 가변 광커플러의 개략적 구성을 나타내는 도면이고, 도 2 (b) 는, 트랜스버설형 광필터의 전체 구성도이다.
도 2 (b) 에 나타내는 바와 같이 트랜스버설형 광필터는, 실리콘 기판 (30) 상의 클래드층 (31) 에, 광이 도파되는 부분인 코어 (33) 가 메워져 형성되는 광도파로를 그 기본 구성 요소로 하여 형성되어 있다. 클래드층 (31) 은, Si02 를 사용하여 형성되고, 코어 (33) 의 구성 소재로서, 클래드층 (31) 의 굴절률보다도 높은 굴절률로 하기 위하여, Ge 가 도핑된 SiO2 가 사용된다.
도 2 (b) 에 나타내는 바와 같이, 입력 광펄스 (Pin) 가 광도파로 (37) 를 경유하여 결합률 가변 광커플러부 (32) 에 입력된다. 결합률 가변 광커플러부 (32) 는, 부호장이 15 인 부호를 설정할 수 있도록 하기 위하여, 결합률 가변 광커플러 (32-1, 32-2, ...., 및 32-14) 의 합계 14 개의 결합률 가변 광커플러를 구비하고 있다.
결합률 가변 광커플러의 수를 14 개 구비하는 트랜스버설형 광필터에 입력된 광펄스는, 15 (= 14+1) 개의 광펄스로 분파된다. 이 15 개로 분파된 각각의 광펄스는, 부호값에 대응하여 위상 변조부 (34) 에 있어서 그 위상이 변조된다. 위상 변조부 (34) 는, 결합률 가변 광커플러부 (32) 로부터 출력되는 15 개의 광펄스의 각각이 입력되는 위상 변조기 (34-1, 34-2, ...., 및 34-15) 의 합계 15 개의 위상 변조기를 구비하고 있다.
위상 변조부 (34) 에 있어서 행해지는 15 개의 광펄스에 대한 위상 변조는, 이들 15 개의 광펄스의 위상 관계가 표 1 및 표 2 에 나타낸 관계가 되도록 행해진다. 즉, 예를 들어, 제 i 광펄스 시간 확산기 (i = 1, 2, ...., 5) 를 구성하는 트랜스버설형 광필터의 경우를 가정하여 설명하면 다음과 같이 된다.
즉, 위상 변조부 (34) 를 구성하는 15 개의 위상 변조기의 각각은, 결합률 가변 광커플러부 (32) 에서 분파된 15 의 광펄스에 대하여, 칩 번호 1 (예를 들어, 위상 변조기 (34-1) 로부터 출력되는 칩펄스) 에 대응하는 칩펄스의 위상을 기준으로 하여, 나머지의 14 개 각각의 광펄스의 위상이 표 2 의 [i] 로 나타내는 행 (i = 1, 2, ...., 5) 에 기입된 값만큼 어긋나도록, 위상을 부가한다.
또한, 결합률 가변 광커플러 (32-1) 와 결합률 가변 광커플러 (32-2) 사이의 광도파로 (38-1) 는, 결합률 가변 광커플러 (32-1) 에서 분파된 광펄스의 일방을 전파시켜 다음으로 설치되어 있는 결합률 가변 광커플러 (32-2) 에 입력시키는 작용을 함과 동시에, 결합률 가변 광커플러 (32-2) 에 입력시키는 광펄스에 시간 지연을 부가하는 지연선으로서의 역할을 한다. 결합률 가변 광커플러 (32-2) 와 결합률 가변 광커플러 (32-3) 사이의 광도파로 (38-2) 등의, 인접하는 결합률 가변 광커플러를 연결하는 광도파로는, 모두 지연선으로서 동일한 작용을 한다.
결합률 가변 광커플러 (32-1) 에서 분파되어 광도파로 (38-1) 에 입력되는 광펄스에 대하여, 다른 일방의 광펄스는, 위상 변조부 (34) 를 구성하는 위상 변조기 (34-1) 에 입력되고, 위상이 변조되어 합파부 (36) 에 입력된다. 마찬가지로, 위상 변조기 (34-2)∼위상 변조기 (34-15) 로부터도, 결합률 가변 광커플러부 (32) 에서 분파된 광펄스가 그 위상이 변조되어 합파부 (36) 에 입력된다. 따라서, 위상 변조부 (34) 를 통해 합파부 (36) 에 입력되는 광펄스는 전부 15 개 있고, 각각이 입력 광펄스 (Pin) 에 대한 칩펄스를 구성한다.
여기서, 합파부 (36) 에 입력된 칩펄스는 합파되고, 입력 광펄스 (Pin) 가 부호화된 결과로서의 칩펄스열 (Pout) 이 출력된다. 상기 기술한 바와 같이, 위상 변조부 (34) 에 있어서 15 개의 광펄스의 위상 관계가 표 1 및 표 2 에 나타낸 관계를 만족하도록 위상 변조가 행해지고 있다. 따라서, 도 2 (b) 에 나타내는 트랜스버설형 광필터로부터 출력되는 칩펄스열 (Pout) 을 구성하는 각 칩펄스의 하나 하나는, 15 비트의 부호열로서 (0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1) 로 표기되는 부호를 구성하는 각 부호값과 1 대 1 로 대응한다.
결합률 가변 광커플러부 (32) 를 구성하는 14 개의 결합률 가변 광커플러는, 상기 기술한 바와 같이, 입력 광펄스 (Pin) 를, 15 개 (= 14+1) 개의 광펄스로 분파하는 역할을 한다. 즉, 결합률 가변 광커플러부 (32) 를 구성하는 14 개의 결합률 가변 광커플러에 의하여, 강도가 동일하게 갖추어진 15 개의 광펄스를 생성할 필요가 있다. 그 때문에, 14 개의 결합률 가변 광커플러에는, 각각 분기비를 조금씩 다르게 하여 설정되어 있지 않으면 안된다. 예를 들어, 결합률 가변 광커플러 (32-1) 의 분기비는 1 대 14 가 아니면 안되고, 결합률 가변 광커플러 (32-2) 의 분기비는 1 대 13 이 아니면 안된다. 마찬가지로 결합률 가변 광커플러 (32-3, ...., 32-14) 의 각각의 분기비는, 1 대 12, 1 대 11, ...., 1 대 1 이 아니면 안된다.
그래서, 결합률 가변 광커플러부 (32) 를 구성하는 결합률 가변 광커플러 (32-1∼32-14) 의 구성 및 그 동작 원리에 관하여 도 2 (a) 를 참조하여 설명한다. 설명의 편의를 위하여 도 2 (b) 에 나타내는 트랜스버설형 광필터의 결합률 가변 광커플러부 (32) 를 구성하고 있는 결합률 가변 광커플러 (32-1) 를 예로 하여 그 기능 및 구성에 관하여 설명하지만, 이 이외의 결합률 가변 광커플러 (32-2∼32-14) 등도 동일한 구성 및 기능을 갖는다.
도 2 (a) 에 나타내는 바와 같이, 결합률 가변 광커플러 (32-1) 는, 2 개의 입력 포트 (48 및 50) 와, 2 개의 출력 포트 (52 및 54) 를 갖고, 제 1 방향성 광결합기 (40), 제 2 방향성 광결합기 (42), 제 1 위상 시프터 (44) 및 제 2 위상 시프터 (46) 를 구비하여 구성된다.
결합률 가변 광커플러 (32-1) 에 입력되는 광펄스를 광펄스 (P1) 로 하고, 결합률 가변 광커플러 (32-1) 로부터 출력되어 다음 단에 설치된 결합률 가변 광커플러 (32-2) 에 입력되는 광펄스를 광펄스 (P2) 로 하고, 위상 변조기 (34-1) 에 입력되는 광펄스를 광펄스 (P3) 로 한다. 광펄스 (P1) 는, 결합률 가변 광커플러 (32-1) 가 갖는 입력 포트 (48) 에 입력된다. 그리고, 제 1 방향성 광결합기 (40) 에 의하여 제 1 광펄스 (P1 -1) 와 제 2 광펄스 (P1 -2) 로 2 분기되어, 각각 제 1 위상 시프터 (44) 및 제 2 위상 시프터 (46) 에 입력된다.
제 1 위상 시프터 (44) 및 제 2 위상 시프터 (46) 에 입력된 광펄스는, 각각 그 위상이 변조되고, 각각 변조 제 1 광펄스 (P1 -1') 와 변조 제 2 광펄스 (P1 -2') 로서 생성되고 제 2 방향성 광결합기 (42) 에 입력되어 합파되고, 다시 2 분기되어, 각각 광펄스 (P2) 및 광펄스 (P3) 로서 출력된다.
제 2 방향성 광결합기 (42) 에 입력되는 2 개의 광펄스, 변조 제 1 광펄스 (P1 -1') 와 변조 제 2 광펄스 (P1 -2') 는 각각 제 1 위상 시프터 (44) 및 제 2 위상 시프터 (46) 에 의하여 그 위상이 변조되어 있다. 그 결과 양자가 제 2 방향성 광결합기 (42) 에 입력되어 합파되고 다시 2 분기되었을 때의 분기비 (P2 와 P3 의 강도비, P2 대 P3) 는 1 대 1 은 되지 않고, 1 대 14 가 된다. 이 분기비를 결정하는 것은, 변조 제 1 광펄스 (P1 -1') 와 변조 제 2 광펄스 (P1 -2') 의 양자의 위상차이다. 이 위상차를 적절히 조정하여 필요로 되는 분기비로 분기되도록, 결합률 가변 광커플러부 (32) 를 구성하는 14 개의 결합률 가변 광커플러의, 각각의 제 1 위상 시프터 및 제 2 위상 시프터에 의한 위상 변조량을 조정한다.
제 1 위상 시프터 및 제 2 위상 시프터는, 이 부분의 광도파로의 온도를 조정할 수 있는 구성으로서 형성된다. 즉, 코어 (33) 바로 위의 클래드층 (31) 을 사이에 두고 히터가 형성되어 있다. 도 2 (a) 에 나타내는 음영을 부여하여 나타낸 장방형의 부분에 히터가 형성되어 있다. 이 히터로 코어 (33) 를 가열하면, 코어 (33) 의 굴절률이 커진다. 예를 들어, 코어 (33) 를 Ge 도프의 SiO2 로 형성한 경우, 파장 1.55㎛ 의 광펄스에 대하여 1℃ 당 그 굴절률이 8×10-6 변화한다. 위상 시프터로서, 1mm 길이의 광도파로 부분의 온도를 제어할 수 있는 구조로서 구성한 경우, 33.5℃ 온도를 올림으로써 이 부분의 광로장이 0.388㎛ 길어진다. 즉, 파장 1.55㎛ 의 광펄스의 파장의 1/4 파장에 상당하는 길이가 되고, 위상으로 환산하면 π/2 에 상당하는 위상 변조를 행할 수 있다.
제 2 방향성 광결합기 (42) 에 있어서의 분기비를 1 대 0 에서 1 대 1 까지 변화시키기 위해서는, 제 1 위상 시프터 및 제 2 위상 시프터에 있어서 제 1 광펄스 (P1 -1) 와 제 2 광펄스 (P1 -2) 의 위상차를 0 에서 π/2 까지 변조시킴으로써 실현할 수 있다. 즉, 위상 시프터로서 형성되어 있는 광도파로 부분의 온도를 30℃ 정도 조정할 수 있으면 실현할 수 있는 것으로, 이것은 용이하게 실시할 수 있는 온도 조정치이다.
《회절 격자》
위상 제어 수단은, 상기 기술한 트랜스버설형 광필터를 사용하는 것 외에, 회절 격자를 광도파로의 도파 방향을 따라 직렬로 복수개 (부호장과 동일한 개수) 배치함으로써도 실현할 수 있다. 이 광도파로에 입력된 광펄스는, 회절 격자가 배치되어 있는 지점에 도달할 때마다 반사 (브래그 반사) 되고, 이 반사된 광이 칩펄스가 된다. 즉, 이 광도파로에 배치된 회절 격자의 개수와 동일한 칩펄스가 생성된다. 이로써, 배치하는 회절 격자의 개수와, 설정해야 할 부호의 부호장을 동일하게 하면, 개개의 회절 격자와 부호를 구성하는 칩을 1 대 1 로 대응시킬 수 있다.
광도파로에 배치되는 복수개의 회절 격자의 각각을 단위 회절 격자라고 하는 경우도 있다. 이는, 광도파로에 배치되는 복수의 회절 격자를 총체로서 회절 격자로 보는 것이 가능하기 때문에, 복수의 회절 격자의 집합으로서의 회절 격자와 구별하기 위하여, 개개의 회절 격자를 단위 회절 격자라고 부르는 경우도 있다.
광도파로에 배치된 개개의 회절 격자와, 부호를 구성하는 칩을 1 대 1 로 대응시키기 위해서는, 다음과 같이 하면 된다. 즉, 인접하고 또한 동일한 부호값을 부여하는 2 개의 단위 회절 격자로부터 브래그 반사광의 위상차를 상기 기술한 (1) 식으로 부여하고, 및 인접하고 또한 상이한 부호값을 부여하는 2 개의 단위 회절 격자로부터 브래그 반사광의 위상차를 상기 기술한 (2) 식으로 부여되도록 설정한다. 즉, 칩펄스열을 구성하는 브래그 반사광 (칩펄스) 각각의 위상의 관계는, 표 1 및 표 2 에 나타내는 관계가 되도록 설정한다.
광도파로로서는, PLC 를 이용해도 되지만, 광화이버를 이용하는 것이 바람직하다. 광도파로로서 광화이버를 채용함으로써, 이미 제조 기술이 확립되어 있는 SSFBG 를 이용할 수 있기 때문이다. 또한, 광통신 시스템에서는 광화이버가 광전송로로서 사용되고 있기 때문이다. 즉, 본 발명의 광펄스 시간 확산 장치를, OCDM 의 부호화 장치 및 복호화 장치로서 이용하면, 이들과 광전송로의 접속은, 광화이버끼리의 접속이 된다. 그리고, 광화이버끼리의 접속은, PLC 등의 광화이버 이외의 광도파로와 광화이버를 접속하는 경우에 비교하여, 현격하게 용이하다.
《SSFBG》
그래서, 다음으로, 광펄스 시간 확산 장치를 구성하는 광펄스 시간 확산기에 부호를 설정하기 위한 위상 제어 수단으로서 SSFBG 를 이용하는 예를 설명한다.
도 3 (a) 및 (b) 를 참조하여 SSFBG 를 이용한 위상 제어 수단의 개략적 구조를 설명한다. 도 3 (a) 는, 위상 제어 수단의 모식적인 단면도이다. 이 위상 제어 수단은, 코어 (64) 와 클래드 (62) 를 구비하는 광화이버 (66) 의 코어 (64) 에 SSFBG (60) 가 설치된 구조이다. 15 개의 단위 FBG 가, 광화이버 (66) 의 광도파로인 코어 (64) 의 도파 방향을 따라 직렬로 배치되고 SSFBG (60) 가 구성되어 있다.
도 3 (a) 에 나타내는 위상 제어 수단에 설정되어 있는 광위상 부호는, 상기 기술과 동일한 15 비트의 광위상 부호이다. 그리고, 광화이버 (66) 의 코어 (64) 에 직렬로 배치된 15 개의 단위 FBG 와 상기 기술한 광부호의 대응 관계는, 다음과 같이 되어 있다. 즉, 도 3 (a) 에 나타낸 SSFBG (60) 의 좌단으로부터 우단의 방향으로 배열된 단위 FBG 와, 상기 기술한 15 비트의 부호열로서 표기된 단위 FBG 의 광부호를 나타내는 (0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1) 의 좌단으로부터 우단의 방향으로 배열된 칩이, 1 대 1 로 대응한다.
도 3 (b) 는, 도 3 (a) 에 나타낸 SSFBG (60) 의 굴절률 변조 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다. 횡축은 SSFBG (60) 가 형성된 광화이버 (66) 의 길이 방향을 따른 위치 좌표이다. 종축은 광화이버 (66) 의 굴절률 변조 구조를 나타내고 있고, 광화이버 (66) 의 코어의 굴절률의 최대와 최소의 차를 △n 으로서 나타내고 있고, △n = 6.2×10-5 이다. 또한, 도 3 (b) 에는, 광화이버 (66) 의 코어 (64) 의 굴절률 변조 구조를 일부 확대하여 표현되고 있다.
굴절률 변조 주기는 A 이다. 따라서 브래그 반사 파장 (λ) 은, λ= 2NeffA 로 부여된다. 여기서, Neff 는 광화이버 (66) 의 실효 굴절률이다. 여기에 나타낸, SSFBG (60) 의 굴절률 변조 주기 (A) 는 535.2nm 이다. 또한, 부호화 또는 복호화하는 광펄스의 파장 (λ) 은 1550nm, 광화이버 (66) 의 실효 굴절률은 1.448 이다. 따라서 브래그 반사 파장은, 광펄스의 파장 (λ) 과 동일하게 1550nm 로 설정된다. 즉, λ = 1550nm, Neff = 1.448, A = 535.2nm 이기 때문에, λ = 2NeffA = 2×1.448×535.2nm = 1549.94nm ≒ 1550nm 를 만족하고 있다. 또한, 단위 FBG 의 길이는 2.4mm 로 설정되어 있다.
단위 FBG 를 15 개 구비하는 SSFBG 에 입력된 광펄스는, 15 개의 광펄스로 분파된다. 이 15 개로 분파된 각각의 광펄스는, SSFBG 를 구성하는 단위 FBG 중 어느 단위 FBG 에 의하여 브래그 반사되어 생성된 광펄스에 의하여 각각 그 위상이 상이하다. 그리고 상기 기술한 바와 같이, 도 3 (a) 에 나타낸 SSFBG (60) 의 좌단으로부터 우단의 방향으로 배열된 단위 FBG 와, 부호 (0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1) 의 좌단으로부터 우단의 방향으로 배열된 칩이, 1 대 1 로 대응한다.
도 3 (a) 에 있어서, 인접하는 단위 FBG 끼리의 간격을 검게 칠하여 나타내고 있다. 한편, 도 3 (b) 에 있어서, 인접하는 단위 FBG 끼리의 간격으로 하향의 화살표를 부여하여 나타내고 있다. 하향의 화살표를 부여하여 나타낸 인접하는 단위 FBG 끼리의 간격에 관하여, 예를 들어, 제 i 광펄스 시간 확산기 (i = 1, 2, ...., 5) 를 구성하는 SSFBG 의 경우를 가정하여 설명하면 다음과 같이 된다.
즉, SSFBG 를 구성하는 15 개의 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광이, 칩펄스열을 구성하기 때문에, 15 개의 단위 FBG 각각으로부터의 브래그 반사광의 위상 관계가 표 1 및 표 2 의 [i] 로 나타내는 행 (i = 1, 2, ...., 5) 에 기입된 값이 되도록, 인접하는 단위 FBG 끼리의 간격을 설정한다. 구체적으로는, 인접하는 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광의 위상차는, 하향의 화살표를 부여하여 나타낸 단위 FBG 끼리 사이의 광로차의 2 배에 상당하는 값이 된다. 즉, 인접하는 단위 FBG 로부터의 브래그 반사광의 위상차는, 인접하는 단위 FBG 사이의 광로를 왕복하는 거리를 광이 전파함으로써 가해지는 위상량과 동일하다. 따라서, 하향의 화살표를 부여하여 나타낸 단위 FBG 끼리 사이의 광로차가, 표 1 의 [i] 로 나타내는 행 (i = 1, 2, ...., 5) 에 기입된 위상값의 절반의 위상량에 상당하도록 설정하면 된다.
《위상 제어 수단의 특성 평가 실험》
도 4 에서 도 7 을 참조하여, 광펄스 시간 확산 장치의 동작 특성을 평가한 실험의 내용과 그 결과에 관하여 설명한다.
광펄스 시간 확산 장치의 동작 특성의 평가에 사용한 장치의 개략도를 도 4 에 나타낸다. 이 장치는, 광펄스 발생 장치 (56), 분파기 (58), 합파기 (68), 광지연부 (72), 제 1 오실로스코프 (78) 및 제 2 오실로스코프 (80) 를 구비하고 있다. 광펄스 발생 장치 (56) 로부터 출력되는 광펄스는, 그 파장이 1.55㎛ 이고, 그 반값폭이 20ps 이다. 광펄스 발생 장치 (56) 로부터 출력된 광펄스는, 분파기 (58) 에서 분파되어, 평가 대상인 광펄스 시간 확산 장치 (70) 에 입력된다.
평가 대상인 광펄스 시간 확산 장치 (70) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 제 1 광펄스 시간 확산기 (70-1), 제 2 광펄스 시간 확산기 (70-2), 제 3 광펄스 시간 확산기 (70-3), 제 4 광펄스 시간 확산기 (70-4) 및 제 5 광펄스 시간 확산기 (70-5) 를 구비하여 구성된 것을 사용하였다. 제 1 에서 제 5 광펄스 시간 확산기는, 상기 기술한 SSFBG 에 의하여 실현시킨 광펄스 시간 확산기이다. 광펄스 시간 확산 장치 (70) 를 구성하는 제 1 에서 제 5 광펄스 시간 확산기 (70-1∼70-5) 의 각각에는, 15 비트의 부호열로서 표기하면, (0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1) 로 부여되는 부호가 설정되어 있다. 또한, 생성되는 칩펄스끼리 사이의 위상차 φA 및 위상차 φB 를 부여하는 파라미터 M 및 N 은, M = N = 0 으로 설정하였다.
먼저, 식별 파라미터를, a1 = 0, a2 = 0.4, a3 = 0.8, a4 = 1.2 및 a5 = 1.6 으로 설정하고, 제 1 에서 제 5 광펄스 시간 확산기에 의하여 생성되는 칩펄스열을 관측하였다. 또한, 제 1 에서 제 5 광펄스 시간 확산기를 복호기로서 기능시킴으로써, 이들 칩펄스열로부터 자기 상관 파형 및 상호 상관 파형을 관측하였다.
광지연부 (72) 는, 제 1 광지연기 (72-1), 제 2 광지연기 (72-2), 제 3 광지연기 (72-3), 제 4 광지연기 (72-4) 및 제 5 광지연기 (72-5) 를 구비하여 구성하였다. 광지연부 (72) 를 광펄스 시간 확산 장치 (70) 의 후단에 설정한 이유는, 광펄스 시간 확산 장치 (70) 에 설치된 어느 광펄스 시간 확산기에 의하여 광펄스가 시간 확산된 것인가를 시간축 상에서 구별하여 관측할 수 있도록 하기 위해서이다.
즉, 광지연기 (72-1) 는, 제 1 광펄스 시간 확산기 (70-1) 에서 시간 확산된 칩펄스열에 평가 실험하기 위하여 적합한 시간 지연을 부여한다. 이 값은 0 이어도 되고, 예를 들어, 제 1 및 제 2 오실로스코프의 사용상의 사정에 따라서 임의로 설정한다. 광지연기 (72-2) 는, 제 2 광펄스 시간 확산기 (70-2) 에서 시간 확산된 칩펄스열에 대하여, 어느 광펄스 시간 확산기에 의하여 광펄스가 시간 확산된 것인가를 시간축 상에서 구별하여 관측에 필요한 시간 지연을 부여한다. 이 실험에서는 800ps 정도의 시간차를 부여하였다. 이로써, 제 1 광펄스 시간 확산기 (70-1) 에서 시간 확산된 칩펄스열과, 제 2 광펄스 시간 확산기 (70-2) 에서 시간 확산된 칩펄스열을, 시간축 상에 중첩되지 않도록 분리하고 인접하여 출력시킬 수 있다.
광지연기 (72-3, 72-4 및 72-5) 도 마찬가지로, 각각 제 3 광펄스 시간 확산기 (70-3), 제 4 광펄스 시간 확산기 (70-4) 및 제 5 광펄스 시간 확산기 (70-5) 에서 시간 확산된 칩펄스열에 대하여, 서로 식별하는 데에 필요한 시간 지연을 부여한다. 즉, 제 2 광펄스 시간 확산기 (70-2) 로부터 제 5 광펄스 시간 확산기 (70-5) 에서 시간 확산된 칩펄스열이, 시간축 상에 중첩되지 않도록 이 순서로 분리하여 출력되도록, 광지연기 (72-3, 72-4 및 72-5) 각각의 시간 지연량을 설정하였다.
광지연기 (72-1, 72-2, 72-3, 72-4 및 72-5) 로부터 출력되는 각각의 칩펄스열은, 합파기 (68) 에서 합파되고, 전송로인 광화이버 케이블 (69) 을 전파하고 광커플러 (74) 에 입력되어 제 1 광신호 (75-1) 와 제 2 광신호 (75-2) 로 분파된다. 제 1 광신호 (75-1) 는, 제 1 오실로스코프 (78) 에서 그 시간 파형이 관측된다. 한편, 제 2 광신호 (75-2) 는, 제 i 광펄스 시간 확산기 (76 ; i = 1, 2, 3, 4, 5) 에 입력되고 제 3 광신호 (77) 로서 출력되어, 제 2 오실로스코프 (80) 에서 그 시간 파형이 관측된다.
제 i 광펄스 시간 확산기 (76 ; i = 1, 2, 3, 4, 5) 는, 광펄스 시간 확산 장치 (70) 를 구성하는 제 1 광펄스 시간 확산기 (70-1), 제 2 광펄스 시간 확산기 (70-2), 제 3 광펄스 시간 확산기 (70-3), 제 4 광펄스 시간 확산기 (70-4) 및 제 5 광펄스 시간 확산기 (70-5) 중 어느 하나와 동일한 SSFBG 에 의한 광펄스 시간 확산기이다. 단, 제 i 광펄스 시간 확산기 (76 ; i = 1, 2, 3, 4, 5) 를 구성하는 SSFBG 의 입력단과 출력단은, 광펄스 시간 확산 장치 (70) 를 구성하는 광펄스 시간 확산기의 SSFBG 의 입력단과 출력단은 반대로 설정되어 있다. 즉, 도 1 을 참조하여 설명한 바와 같이, 광펄스 시간 확산 장치 (70) 를 구성하는 SSFBG 를 부호기로 가정하고, 제 i 광펄스 시간 확산기 (76 ; i = 1, 2, 3, 4, 5) 를 구성하는 SSFBG 를 복호기로 가정하여, 광펄스 시간 확산 장치의 동작 특성의 평가 실험을 행하였다.
도 5 에 제 1 오실로스코프 (78) 에서 관측된 제 1 광신호 (75-1) 의 시간 파형을 나타낸다. 도 5 의 횡축은 ps 단위로 눈금을 그어 나타내고 있고, 종축은 광파워를 mW 단위로 눈금을 그어 나타내고 있다. 제 1 광신호 (75-1) 는, 합파기 (68) 로부터 출력된, 광지연기 (72-1, 72-2, 72-3, 72-4 및 72-5) 로부터 출력되는 각각의 칩펄스열이 합파된 광신호이다. 즉, 제 1 광신호 (75-1) 의 시간 파형은, 제 1 에서 제 5 광펄스 시간 확산기에 의하여 생성되는 칩펄스열의 시간 파형이, 시간축 상에서 등간격 (800ps 간격) 으로 배열된 것이다.
즉, 도 5 에 나타내는 시간 영역 (1 ; 0ps 에서 800ps 의 범위) 에 나타나 있는 시간 파형은, 광펄스 발생기 (56) 로부터 출력된 광펄스가 분파기 (58) 에서 강도 분할되어 제 1 광펄스 시간 확산기 (70-1) 에 의하여 부호화된 광펄스의 칩펄스열의 시간 파형을 나타내고 있다. 또한, 시간 영역 (2 ; 800ps 에서 1600ps 의 범위) 에 나타나 있는 시간 파형은, 광펄스 발생기 (56) 로부터 출력된 광펄스가 분파기 (58) 에서 강도 분할되어 제 2 광펄스 시간 확산기 (70-2) 에 의하여 부호화된 광펄스의 칩펄스열의 시간 파형을 나타내고 있다. 마찬가지로, 시간 영역 (3 ; 1600ps 에서 2400ps 의 범위), 시간 영역 (4 ; 2400ps 에서 3200ps 의 범위) 및 시간 영역 (5 ; 3200ps 에서 4000ps 의 범위) 에 나타나 있는 시간 파형은, 각각 광펄스 발생기 (56) 로부터 출력된 광펄스가 분파기 (58) 에서 강도 분할되어 제 3 광펄스 시간 확산기 (70-3), 제 4 광펄스 시간 확산기 (70-4) 및 제 5 광펄스 시간 확산기 (70-5) 에 의하여 부호화된 광펄스의 칩펄스열의 시간 파형을 나타내고 있다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 광펄스가 제 1 에서 제 5 광펄스 시간 확산기의 각각에 의하여, 칩펄스의 열에 시간 확산되어 있는 것을 알 수 있다. 광펄스가 제 1 에서 제 5 광펄스 시간 확산기의 각각에 설정되어 있는 부호는 동일하지만, 식별 파라미터 (ai ; i = 1, 2, 3, 4, 5) 가 각각 상이하기 때문에, 시간 영역 (1) 에서 시간 영역 (5) 의 각각에 나타나 있는 칩펄스의 열의 시간 파형이 서로 상이하다.
다음으로 도 6 (a) 에서 (e) 를 참조하여 제 2 오실로스코프 (80) 에 의하여 관측된 제 3 광신호 (77) 의 시간 파형을 나타낸다. 제 3 광신호 (77) 는, 제 1 에서 제 5 광펄스 시간 확산기에 의하여 생성된 각각의 칩펄스의 열이 합파된 제 2 광신호 (75-2) 가, 자기 상관 파형 성분과 상호 상관 파형 성분으로서 생성되고, 제 i 광펄스 시간 확산기 (76 ; i = 1, 2, 3, 4, 5) 로부터 출력되는 광신호이다.
도 6 (a) 는, 제 i 광펄스 시간 확산기 (76 ; i = 1, 2, 3, 4, 5) 로서, 광펄스 시간 확산 장치 (70) 를 구성하는 제 1 광펄스 시간 확산기 (70-1) 와 동일한 SSFBG 를 구비하는 광펄스 시간 확산기를 설정하여 관측한, 제 3 광신호 (77) 의 시간 파형을 나타낸다. 마찬가지로, 도 6 (b) 에서 (e) 는, 제 i 광펄스 시간 확산기 (76 ; i = 1, 2, 3, 4, 5) 로서, 광펄스 시간 확산 장치 (70) 를 구성하는 제 2 에서 제 5 광펄스 시간 확산기 (70-2 에서 70-5) 와 동일한 SSFBG 를 구비하는 광펄스 시간 확산기를, 각각 설정하여 관측한 제 3 광신호 (77) 의 시간 파형을 나타낸다.
도 6 (a) 에 나타내는 시간 파형으로부터 이하의 것을 알 수 있다. 즉, 시간 영역 (1) 에 자기 상관 파형이 재생되어 있고, 시간 영역 (1) 이외의 시간 영역에서는 상호 상관 파형이 생성되어 있다. 도 6 (a) 에 나타내는 시간 파형은, 제 i 광펄스 시간 확산기 (76 ; i = 1, 2, 3, 4, 5) 로서, 광펄스 시간 확산 장치 (70) 를 구성하는 제 1 광펄스 시간 확산기 (70-1) 와 동일한 SSFBG 를 구비하는 광펄스 시간 확산기를 설정하여 관측된 시간 파형이다. 따라서, 제 2 광신호 (75-2) 에 포함되는 칩펄스열 중, 제 1 광펄스 시간 확산기 (70-1) 에서 시간 확산된 성분만이, 제 i 광펄스 시간 확산기 (76) 에 의하여 자기 상관 파형으로서 재생되는 것을 의미하고 있다.
시간 영역 (1) 에 있어서 재생되어 있는 자기 상관 파형의 피크 강도는, 시간 영역 (1) 이외의 시간 영역에 있어서 생성되어 있는 상호 상관 파형의 피크 강도에 비교하여 충분히 크다. 따라서, 제 2 광신호 (75-2) 에 대하여 임계값 처리를 실행하면, 자기 상관 파형 성분만을 추출하는 것이 충분히 가능하다.
도 6 (b) 에서 (e) 에 나타내는 시간 파형에 관해서도, 상기 기술한 도 6 (a) 에 나타내는 시간 파형과 동일하다는 것을 결론지을 수 있다. 도 6 (b) 부터 (e) 에 나타내는 시간 파형은, 제 i 광펄스 시간 확산기 (76) 로서, 광펄스 시간 확산 장치 (70) 를 구성하는 제 2 에서 제 5 광펄스 시간 확산기 (70-2 에서 70-5) 와 각각 동일한 SSFBG 를 구비하는 광펄스 시간 확산기를 설정하여 관측된 시간 파형이다.
도 6 (b), (c), (e) 및 (e) 에 나타내는 시간 파형으로부터 다음을 알 수 있다. 즉, 시간 영역 (2, 3, 4 및 5) 에 자기 상관 파형이 재생되어 있고, 시간 영역 (2, 3, 4 및 5) 이외의 시간 영역에서는 상호 상관 파형이 생성되어 있다. 도 6 (b), (c), (d) 및 (e) 에 나타내는 시간 파형은, 제 i 광펄스 시간 확산기 (76 ; i = 1, 2, 3, 4, 5) 로서, 각각 광펄스 시간 확산 장치 (70) 를 구성하는 제 2 에서 제 5 광펄스 시간 확산기 (70-2 에서 70-5) 와 동일한 SSFBG 를 구비하는 광펄스 시간 확산기를 설정하여 관측된 시간 파형이다. 따라서, 각각 제 2 광신호 (75-2) 에 포함되는 칩펄스열 중, 제 2 에서 제 5 광펄스 시간 확산기 (70-2 에서 70-5) 에서 시간 확산된 성분만이, 제 i 광펄스 시간 확산기 (76) 에 의하여 자기 상관 파형으로서 재생되는 것을 의미하고 있다.
시간 영역 (2, 3, 4 및 5) 에 있어서 재생되어 있는 자기 상관 파형의 피크 강도는, 시간 영역 (2, 3, 4 및 5) 이외의 시간 영역에 있어서 생성되어 있는 상호 상관 파형의 피크 강도에 비교하여 충분히 크다. 따라서, 도 6 (b) 에서 (e) 에 나타내는 시간 파형의 각각에 있어서, 제 2 광신호 (75-2) 에 포함되는 칩펄스열 중, 제 2 에서 제 5 광펄스 시간 확산기 (70-2 에서 70-5) 에서 시간 확산된 성분만이, 제 i 광펄스 시간 확산기 (76) 에 의하여 자기 상관 파형으로서 각각 재생되어 있다.
도 6 (b) 에서 (e) 에 나타내는 시간 파형에 관해서도, 상기 기술한 도 6 (a) 에 나타내는 시간 파형과 동일하다는 것을 결론지을 수 있다. 즉, 도 6 (b) 에서 (e) 에 나타내는 시간 파형의 각각에 있어서, 제 2 광신호 (75-2) 에 포함되는 칩펄스열 중, 제 2 에서 제 5 광펄스 시간 확산기 (70-2 에서 70-5) 에서 시간 확산된 성분만이, 제 i 광펄스 시간 확산기 (76) 에 의하여 자기 상관 파형으로서 각각 재생된다. 따라서, 도 6 (a) 에 나타내는 시간 파형과 동일하게, 임계값 처리를 실시하면, 자기 상관 파형 성분만을 추출하는 것이 충분히 가능하다.
이들 실험 결과로부터, 본 발명의 광펄스 시간 확산 장치가, 광펄스 신호를 부호화하기 위한 부호기로서 이용할 수 있고, 또한 부호화되어 생성된 부호화 광펄스 신호를 복호화하기 위한 복호기로서 이용할 수 있는 것을 확인하였다.
이상 설명한 평가 실험에서는, 식별 파라미터는, a1 = 0, a2 = 0.4, a3 = 0.8, a4 = 1.2 및 a5 = 1.6 으로 설정하였다. 즉, a2-a1 = a3-a2 = a4-a3 = a5-a4 = 0.4 이기 때문에, 식별 파라미터의 간격 (△a) 은 0.4 이게 된다. 식별 파라미터의 간격 (△a) 이 작아질수록, 칩펄스열을 형성하는 칩펄스끼리의 시간축 상에서의 간격이 짧아지기 때문에, 자기 상관 파형을 생성하는 것이 점차 곤란해진다. 즉, 식별 파라미터의 간격 (△a) 이 작아질 수록, 칩펄스열로부터 재생 또는 생성되는 자기 상관 파형과 상호 상관 파형의 피크 강도의 차가 작아진다.
그래서, 도 7 에, 식별 파라미터의 간격 (△a) 에 대하여, 자기 상관 파형의 피크 강도로 상호 상관 파형의 피크 강도를 규격화한 상관 파형 강도비를 조사한 결과를 나타낸다. 상관 파형 강도비란, 바꿔 말하면 상호 상관 파형의 피크값을 자기 상관 파형의 피크값으로 나눈 값이다. 따라서, 상호 상관 파형 성분이 0 이면 상관 파형 강도비는 0 이 되고, 자기 상관 파형 성분과 상호 상관 파형 성분이 균등하면, 상관 파형 강도비는 1 이 된다. 즉, 상관 파형 강도비가 1 에 가까워질수록, 자기 상관 파형 성분을 상호 상관 파형 성분으로부터 분리하기 어려워지는 것을 의미하고 있다.
도 7 의 횡축은 식별 파라미터의 간격 (△a) 의 값을, 종축은 상관 파형 피크비를 각각 나타내고 있다. 도 7 에는 식별 파라미터의 간격 (△a) 의 값이 0.02 에서 0.20 의 값의 범위에 걸쳐 상관 파형 피크비를 나타내고 있다. 식별 파라미터의 간격 (△a) 의 값이 0.06 보다도 크면, 상관 파형 피크비는 0.2 정도라는 것을 알 수 있다. 즉, 상호 상관 파형의 피크값이 자기 상관 파형의 피크값의 1/5 정도인 것을 의미하고 있다. 이로부터 식별 파라미터의 간격 (△a) 의 값을 0.06 보다도 크게 설정하면, 임계값 처리 등의 방법으로, 자기 상관 파형 성분을 상호 상관 파형 성분으로부터 분리하는 것은 충분히 가능하다는 것을 알 수 있다.
물론, 식별 파라미터의 간격 (△a) 의 값의 하한값은, 임계값 처리 등의 장치의 성능에 의존한다. 또한, 광펄스의 파장이나 그 반값폭 등에도 의존한다. 따라서, 식별 파라미터의 간격 (△a) 의 값을 어느 정도의 값으로서 설정할지는, 광펄스 시간 확산 장치를 이용하는 OCDM 장치를 설계할 때의 설계적 사항에 속한다.
또한, 상기 기술한 평가 실험에서는, 광펄스의 파장을 1.55㎛, 그 반값폭을 20ps 로 하여 행하였지만, 제 1 발명의 광펄스 시간 확산 장치로서는, 이 이외의 조건으로도 동일한 동작을 시킬 수 있는 것은 분명하다. 즉, 광펄스 시간 확산기의 위상 제어 수단인 SSFBG 로 설정하는 단위 FBG 의 브래그 파장을, 광펄스의 파장에 일치하도록 설계함으로써, 원리적으로 어떠한 파장의 광펄스에 대해서도, 동일한 광펄스 시간 확산이라는 동작을 실현할 수 있다. 또한, 반값폭을 20ps 로 하여 실험을 행하였으나, 반값폭이 좁을 수록 양호한 특성이 얻어진다는 점에서는, 종래의 동종의 광펄스 시간 확산기와 동일하다. 따라서, 광펄스의 반값폭이, 20ps 와는 상이한 경우라도, 원리적으로 동일한 광펄스 시간 확산이라는 동작을 실현할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 1 종류의 부호를 사용하여 복수의 식별 가능한 광위상 부호화를 행할 수 있는 광펄스 시간 확산 장치를 실현할 수 있었다. 즉, 1 종류의 부호에 대하여 복수의 상이한 S 개의 식별 파라미터 (ai ; i = 1, 2, ...., S) 를 도입함으로써, S 와 같은 상이한 광위상 부호화를 실현할 수 있는 것이 나타났다. 따라서, 본 발명의 광펄스 시간 확산 장치를 OCDM 의 부호기 및 복호기로서 채용함으로써, 복수의 채널을 광부호 분할 다중 전송할 수 있는 것이 확인되었다.
<OCDM 전송 방법 및 그 장치>
본 발명의 광펄스 시간 확산 장치는, 광부호 분할 다중 전송 방법 (이후, 「OCDM 전송 방법」 이라고 한다.) 에 적용하기에 바람직하다. 즉, 본 발명의 광펄스 시간 확산 장치를 부호기 및 복호기로서 채용함으로써, 이하의 단계를 포함하는 본 발명의 OCDM 전송 방법을 실현할 수 있다. 본 발명의 OCDM 전송 방법은, 상기 기술한 바와 같이 동일한 부호에 대하여 복수의 채널을 광다중 전송하는 것이 가능한 방법이다.
본 발명의 OCDM 전송 방법은, 부호화 단계와 복호화 단계를 포함하고 있다. 그리고, 부호화 단계와 복호화 단계를 본 발명의 광펄스 시간 확산 장치를 이용하여 실행한다. 부호화 단계는, 광펄스 신호를, 광위상 부호를 사용하여 부호화하고 부호화 광펄스 신호로서 생성하는 부호화 단계이다. 복호화 단계는, 부호화 단계에서 사용한 광위상 부호와 동일 부호, 또한 동일 식별 파라미터를 사용하여, 부호화 광펄스 신호를 복호화하고, 광펄스 신호의 자기 상관 파형을 생성하는 복호화 단계이다.
상기 기술한 OCDM 전송 방법은, 부호기와 복호기를 구비하는 본 발명의 광부호 분할 다중 전송 장치 (이후, 「OCDM 전송 장치」 라고 한다.) 에서 실현하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명의 OCDM 전송 장치는, 이들 부호기 및 복호기로서 본 발명의 광펄스 시간 확산 장치를 사용한다.
부호기는, 광펄스 신호를, 광위상 부호를 사용하여 부호화하고 부호화 광펄스 신호로서 생성하는 부호화 단계를 실현한다. 복호기는, 광위상 부호와 동일 부호, 또한 동일 식별 파라미터를 사용하여 부호화 광펄스 신호를 복호화하고, 광펄스 신호의 자기 상관 파형을 생성하는 복호화 단계를 실현한다.
도 8 을 참조하여, 본 발명의 OCDM 전송 장치의 구성 및 그 기능에 관하여 설명한다. 도 8 은, 본 발명의 OCDM 전송 장치의 개략적 블록 구성도이다. 도 8 에 있어서, 광화이버 등의 광신호의 경로를 굵은선으로 나타내고, 전기 신호의 경로를 가는선으로 나타내고 있다. 또한 이들 굵은선 및 가는선에 부여된 번호는, 경로 그 자체를 지시하는 것 외에, 각각의 경로를 전파하는 광신호 또는 전기 신호를 의미하는 경우도 있다.
본 발명의 OCDM 전송 장치에서, 부호기 및 복호기로서 이용되는 광펄스 시간 확산 장치는 다음과 같이 형성한다. 즉, 본 발명의 광펄스 시간 확산 장치를 구성하는 각각의 광펄스 시간 확산기에 설정되는 부호는 동일하다. 그리고, 각각의 광펄스 시간 확산기가 생성되는 칩펄스끼리 사이의 위상차 φA 및 위상차 φB 를 부여하는 식별 파라미터는, 상이한 4 종류의 a1, a2, a3 및 a4 가 선정된다. 이 식별 파라미터의 선정에 있어서는, 상기 기술한 바와 같이, 임계값 처리 등의 장치의 성능, 광펄스 신호에 사용되는 광펄스의 파장이나 그 반값폭 등을 고려하여 결정된다.
또한, 도 8 에서는 4 채널 구성의 예가 나타나 있지만, 본 발명의 OCDM 전송 장치는, 4 채널에 한정되는 것은 아니고, 채널수가 몇 개의 구성이더라도, 이하의 설명은 동일하게 성립된다. 다중화가 가능한 채널수는, 본 발명의 OCDM 전송 장치를 구성하는 임계값 처리 등의 장치의 성능, 광펄스 신호에 사용되는 광펄스의 파장이나 그 반값폭 등에 의존하지만, 상기 기술한 본 발명의 특성 평가 실험의 결과 등, 현상의 기술을 가지고 본다면, 동일 부호를 사용하여 적어도 5 채널 이상은 가능하다.
본 발명의 OCDM 전송 장치는, 송신부 (140) 에서 채널마다 부호화 광펄스 신호를 생성하고, 합파기 (170) 에서 모든 채널의 부호화 광펄스 신호를 다중하여 송신 신호 (172s) 로 하고, 광전송로 (172) 를 전파시켜 수신부 (180) 에 전송하는 구성이다.
수신부 (180) 에 전송된 모든 채널의 부호화 광펄스 신호가 다중된 송신 신호 (172s) 는, 분기기 (182) 에 의하여, 부호화 광펄스 신호로서 채널수와 동일한 수로 강도 분할된다. 그리고 강도 분할된 부호화 광펄스 신호 (181a, 181b, 181c 및 181d) 는 각각, 수신부 (180) 의 수신부 제 1 채널 (200), 수신부 제 2 채널 (202), 수신부 제 3 채널 (204) 및 수신부 제 4 채널 (206) 에 입력된다.
먼저, 각 채널의 송신 신호인 광펄스 신호를 생성하기 위한 기가 되는 광펄스열을 발생시켜 그 광펄스열을 각 채널에 공급하는 기능 부분에 관하여 설명한다. 이 부분은 펄스 광원 (142) 과 분기기 (144) 를 구비하여 구성된다.
펄스 광원 (142) 은, 예를 들어, 분포 귀환형 반도체 레이저 (DFB-LD) 를 사용하여 구성할 수 있다. 이 DFB-LD 로부터 출력되는 연속 파광을 광변조기 (도시 생략.) 에서 광펄스열로 변환하여 이 광펄스열을 하나의 광화이버단으로부터 출력하도록 구성된 광원이 펄스 광원 (142) 이다. 펄스 광원 (142) 의 출력광 (143) 은 분기기 (144) 에 의하여, 채널수분 (여기서는 4 개) 으로 강도 분할되어, 각 채널에 분배된다. 즉 제 1 에서 제 4 채널에 대하여 각각, 광펄스열 (145a), 광펄스열 (145b), 광펄스열 (145c) 및 광펄스열 (145d) 로서 강도 분할되어 공급된다.
이하에서 행하는 부호화부의 설명은, 각 채널 공통의 사항이기 때문에, 여기서는 제 1 채널을 예로 들어 설명한다. 제 1 채널의 부호화부인 송신부 제 1 채널 (160) 은, 변조 전기 신호 발생부 (146) 와, 변조기 (148) 와, 부호기 (150) 를 구비하여 구성된다. 제 2 채널 (162), 제 3 채널 (164) 및 제 4 채널 (166) 은, 제 1 채널 (160) 과 동일한 구조이다. 상이한 것은, 각각의 채널이 구비하는 부호기 (광펄스 시간 확산기) 에 설정되어 있는 식별 파라미터 (ai ; i = 1, 2, 3, 4) 이다. 식별 파라미터 (ai) 는, 채널마다 상이한 것이 설정된다. 이로써, 채널마다 독립하여 광펄스 신호를 송수신할 수 있다. 부호기 이외에는, 제 1 에서 제 4 채널의 어느 것이나 동일한 구조이다.
도 8 에서는, 설명의 편의상, 채널마다 독립하여 부호기가 형성되어 있으면 판독되도록 표현되어 있으나, 실장시에는, 각각의 채널에 구비되는 부호기는 집합시켜져 구성된다. 즉, 채널마다 구비되는 부호기는, 채널수와 동일한 수만큼 집합시켜져 부호화 장치로서 구성된다.
송신부 제 1 채널 (160) 은, 제 1 채널의 광펄스 신호를, 제 1 채널용으로 설치된 광펄스 시간 확산기 (부호기) 를 사용하여 부호화하고, 부호화 광펄스 신호를 생성하는 부호화 단계를 실행하는 부분이다.
상기 기술한 바와 같이, 송신부 제 1 채널 (160) 을 구성하기 위한 필수 구성 요소는, 변조 전기 신호 발생부 (146), 변조기 (148) 및 부호기 (150) 이다. 이 부호기 (150) 에는, 식별 파라미터 (a1) 가 설정된 SSFBG 를 구비한 광펄스 시간 확산기가 사용되고 있다. 마찬가지로 제 2, 제 3 및 제 4 채널에 설치되어 있는 부호기에는, 각각, 식별 파라미터 (a2, a3 및 a4) 가 설정된 SSFBG 를 구비한 광펄스 시간 확산기가 사용되고 있다.
변조 전기 신호 발생부 (146) 는, 송신 신호를 담당하는 전기 펄스 신호 (147) 를 발생시킨다. 전기 펄스 신호 (147) 는, 제 1 채널에 할당된 송신 정보가 반영된 2 값 디지털 전기 신호로서 생성된 전기 신호이다. 변조기 (148) 는, 광펄스열 (145a) 을 전기 펄스 신호 (147) 에 의하여 광펄스 신호 (149) 로 변환한다. 광펄스열 (145a) 은, 변조기 (148) 에 의하여 전기 펄스 신호 (147) 를 반영한 RZ 포맷으로 강도 변조되어, 광펄스 신호 (149) 로써 생성된다.
부호기 (150) 는 광펄스 신호 (149) 를 부호화하여 부호화 광펄스 신호 (161) 를 생성한다. 또한, 수신부 (180) 의 수신부 제 1 채널 (200) 에 구비되는 복호기 (184) 에는, 부호기 (150) 와 동일한 광위상 구조가 설정된 (식별 파라미터 (a1) 가 설정된) 광펄스 시간 확산기가 사용된다. 즉, 복호기 (184) 는, 강도 분할되어 제 1 채널에 할당된 부호화 광펄스 신호 (181a) 를, 제 1 채널의 부호기와 동일한 식별 파라미터 (a1) 가 설정된 광펄스 시간 확산기 (복호기) 를 사용하여, 부호화 광펄스 신호를 복호화한다. 그 결과, 복호기 (184) 에서는, 제 1 채널의 광펄스 신호의 자기 상관 파형 성분 및 제 2 에서 제 4 채널의 광펄스 신호의 상호 상관 파형 성분을 포함하는 재생 광펄스 신호가 생성된다.
도 8 에서는, 상기 기술한 부호기와 마찬가지로, 채널마다 독립하여 복호기가 형성되어 있으면 판독되도록 표현되어 있으나, 실장시에는 각각의 채널에 구비되는 복호기는 집합시켜 구성된다. 즉, 채널마다 구비되는 복호기는, 채널수와 동일한 수만큼 집합되어 복호화 장치로서 구성된다.
복호기 (184) 에 있어서, 재생된 자기 상관 파형 성분 (185) 은, 수광기 (190) 에 의하여 전기 신호로 변환되고, 제 1 채널의 수신 신호 (191) 가 생성된다. 이 수신 신호 (191) 의 파형은, 송신부 (140) 의 송신부 제 1 채널 (160) 이 구비하고 있는 변조 전기 신호 발생부 (146) 로부터 출력되는 전기 펄스 신호 (147) 를 반영한 신호이다. 이렇게 하여, 제 1 채널을 통하여 송신되어야 할 전기 펄스 신호 (147) 는, 수신부 (180) 에 의하여 제 1 채널의 수신 신호 (191) 로서 수신된다.
수신부 (180) 의 수신부 제 2 채널 (202), 제 3 채널 (204) 및 제 4 채널 (206) 에 있어서도, 수신부 제 1 채널 (200) 과 마찬가지로, 각각의 부호화 광펄스 신호가 복호화되어, 각각의 자기 상관 파형이 재생된다. 이 자기 상관 파형으로부터, 각각의 채널을 통하여 송신된 전기 펄스 신호가 생성되는 과정은 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 OCDM 전송 방법 및 본 발명의 OCDM 전송 장치는, 본 발명의 광펄스 시간 확산 장치를 이용하여 실현된다. 따라서, 본 발명의 OCDM 전송 방법 및 본 발명의 OCDM 전송 장치에 의하면, 동일한 부호에 대하여 복수의 채널 (도 8 에 나타내는 OCDM 전송 장치에서는 4 채널) 을, 채널 식별성을 가지고 할당하는 것이 가능하다.
본 발명의 광펄스 시간 확산 장치를 구성하는 제 i 광펄스 시간 확산기에 의하면, 부호값에 대응하는 칩펄스끼리 사이의 위상차는 상기 식 (1) 및 (2) 로 부여된다. 따라서, 정수 M 및 N 을 선택하여, 식별 파라미터 (ai) 의 값을 확정시키면, 상기 식 (1) 및 (2) 는 확정된다. 예를 들어 M = N = 0 으로 하고 ai = 0 으로 하면, 식 (1) 은 0 을 부여하고, 식 (2) 는 π 를 부여한다. 그래서, 부여된 부호에 따라서, 인접하는 부호값이 동일한 경우의 위상차를 0, 인접하는 부호값이 상이한 경우의 위상차를 π 가 되도록 설정하면, 이 광펄스 시간 확산기에 입력된 광펄스는, 이 부여된 부호에 대응하는 칩펄스의 열을 출력한다.
또한, 제 j 광펄스 시간 확산기 (j = 1, 2, ...., S, 단, j ≠ i) 에 있어서는, 마찬가지로 M = N = 0 으로 하고 aj = 0.2 로 하면, 식 (1) 은 0.2π 를 부여하고, 식 (2) 는 1.2π (= π+0.2π) 를 부여한다. 그래서, 상기 기술한 부호와 동일한 부호에 따라서, 인접하는 부호값이 동일한 경우의 위상차를 0.2π, 인접하는 부호값이 상이한 경우의 위상차를 1.2π 가 되도록 설정하면, 이 제 j 광펄스 시간 확산기에 입력된 광펄스도 상기 기술한 제 i 광펄스 시간 확산기와 동일하게, 상기 기술한 부호와 동일한 부호에 대응하는 칩펄스의 열을 출력한다.
그러나, M = N = 0 및 ai = 0 으로 설정된 제 i 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열과, M = N = 0 및 aj = 0.2 로 설정된 제 j 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열은, 반영된 부호는 동일하지만, ai 와 aj 의 값이 상이하기 때문에, 칩펄스 사이의 위상차가 상이하여, 양자는 식별 가능하다. 즉, M = N = 0 및 ai = 0 으로 설정된 제 i 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열에서는, 칩펄스 사이의 위상차는 0 또는 π 인데 비하여, M = N = 0 및 aj = 0.2 로 설정된 제 j 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열에서는, 칩펄스 사이의 위상차는, 0.2π 또는 1.2π 이다.
따라서, 상이한 값 ai 및 aj 의 값을 설정한 각각의 광펄스 시간 확산기로부터 출력되는 칩펄스의 열은, 부호는 동일하더라도, 칩펄스 사이의 위상차가 상이하기 때문에, 양자를 식별하는 것이 가능해진다. 즉, M = N = 0 및 ai = 0 으로 설정된 제 i 광펄스 시간 확산기에서 부호화된 광펄스 신호는, M = N = 0 및 ai = 0 으로 설정된 제 i 광펄스 시간 확산기에서 복호화되지만, M = N = 0 및 aj = 0.2 로 설정된 제 j 광펄스 시간 확산기에 의해서는 복호화되지 않는다.
이와 같이, 본 발명의 광펄스 시간 확산 장치에 의하면, 동일 부호를 사용하여도 복수의 채널을, 채널 식별성을 갖게 하여 할당하는 것이 가능한 부호화를 행할 수 있다. 즉, 0
Figure 112006024530419-pat00006
ai<2 (i = 1, 2, ...., S) 를 만족하는 임의의 상이한 S 개의 실수를 할당함으로써, 동일 부호라도 S 와 같은 식별 가능한 부호화를 행할 수 있고, S 채널분을 할당하는 것이 가능해진다.
상이한 S 개의 실수를 ai 의 값으로서 할당되어, 각각 형성된 S 개의 광펄스 시간 확산기를 집합시켜 구성된, 본 발명의 광펄스 시간 확산 장치에 의하면, 1 부호에 대하여 S 채널분을 할당한 광부호 분할 다중 전송 장치를 실현시키는 것이 가능해진다. 종래에는 1 부호에 대하여 1 채널밖에 할당되지 않았던 데 비하여, 본 발명의 광펄스 시간 확산 장치를 이용함으로써, 동일한 수의 부호수에 대하여 S 배의 채널수를 할당되게 된다.
이로써, 채널수의 증가에 대하여 부호장을 길게 하여 대응할 필요가 없다. 즉, 부호장을 길게 할 필요가 없기 때문에, 데이터 레이트를 변경할 필요도 칩 레이트를 변경할 필요도 없다.
또한, 위상 제어 수단으로서, 상기 기술한 바와 같이 단위 회절 격자를 광도파로의 방향을 따라 직렬로 배치한 구성으로 하면, 트랜스버설형 광필터를 이용하는 것 보다도 간편하게 형성할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 이 광도파로를, 광화이버로 하면, 단위 회절 격자로서 단위 FBG 를 이용할 수 있고, 광펄스 시간 확산기를 더욱 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 광통신 시스템이 광화이버를 광전송로로서 사용되고 있음으로써, 위상 제어 수단으로서 광화이버를 사용하여 구성된 광펄스 시간 확산기를 이용하는 것이 바람직한 경우가 많다.
본 발명의 광부호 분할 다중 전송 방법, 및 본 발명의 광부호 분할 다중 전 송 장치에 의하면, 부호화 단계에 사용되는 부호화 장치 및 복호화 단계에 사용되는 복호화 장치가, 본 발명의 광펄스 시간 확산 장치에 의하여 형성되어 있기 때문에, 1 부호에 대하여 S 채널분을 할당한 광부호 분할 다중 전송 장치를 실현시키는 것이 가능해진다. 이로써, 채널수가 증가하여도, 데이터 레이트를 변경할 필요도 칩 레이트를 변경할 필요도 없는 광부호 분할 다중 전송 방법 및 이 방법을 실현하기 위한 장치를 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 각각에 입력되는 광펄스를, 광위상 부호에 따라 시간축상으로 시간 확산시켜 순차 배열한 칩펄스의 열로서, 각각 출력하는 제 1, 제 2, ...., 및 제 S 광펄스 시간 확산기 (S 는 2 이상의 자연수) 를 구비하는 광펄스 시간 확산 장치로서,
    제 i 광펄스 시간 확산기 (i = 1, 2, ...., S) 는, 인접하는 상기 칩펄스끼리 사이에 위상차를 부여하는 위상 제어 수단을 구비하며,
    그 위상 제어 수단은, 인접하는 부호값이 동일한 경우에는, 그 부호값에 대응하는 인접하는 상기 칩펄스끼리 사이의 상기 위상차를,
    2πM+aiπ (1)
    로 부여하며, 그리고
    인접하는 부호값이 상이한 경우에는, 그 부호값에 대응하는 인접하는 상기 칩펄스끼리 사이의 상기 위상차를,
    2πM+(2N+1)π+aiπ (2)
    로 부여하며, 단, M 및 N 은 정수이고, 식별 파라미터 (ai) 는 0
    Figure 112006024530419-pat00007
    ai<2 를 만족하는 임의의 상이한 S 개의 실수인 것을 특징으로 하는 광펄스 시간 확산 장치.
  2. 각각에 입력되는 광펄스를, 광위상 부호에 따라 시간축상으로 시간 확산시켜 순차 배열한 칩펄스의 열로서, 각각 출력하는 제 1, 제 2, ...., 및 제 S 광펄스 시간 확산기 (S 는 2 이상의 자연수) 를 구비하는 광펄스 시간 확산 장치로서,
    제 i 광펄스 시간 확산기 (i = 1, 2, ...., S) 는, 인접하는 상기 칩펄스끼리 사이에 위상차를 부여하는 위상 제어 수단으로,
    일렬로 배치되어 광위상 부호를 구성하는 부호값과 1 대 1 로 대응하는 단위 회절 격자가, 광도파로의 방향을 따라 직렬로 배치되며,
    인접하고 또한 동일한 부호값에 대응하는 2 개의 단위 회절 격자로부터 브래그 반사광의 위상차를,
    2πM+aiπ (1)
    로 부여하며, 그리고
    인접하고 또한 상이한 부호값에 대응하는 2 개의 단위 회절 격자로부터 브래그 반사광의 위상차를,
    2πM+(2N+1)π+aiπ (2)
    로 부여하는, 상기 위상 제어 수단을 구비하며, 단, M 및 N 은 정수이고, 식별 파라미터 (ai) 는 0
    Figure 112006024530419-pat00008
    ai<2 를 만족하는 임의의 상이한 S 개의 실수인 것을 특징으로 하는 광펄스 시간 확산 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광도파로가, 광화이버인 것을 특징으로 하는 광펄스 시간 확산 장치.
  4. 광펄스 신호를, 광위상 부호를 사용하여 부호화하고 부호화 광펄스 신호로서 생성하는 부호화 단계, 및
    상기 광위상 부호와 동일한 부호를 사용하여, 상기 부호화 광펄스 신호를 복호화하고, 상기 광펄스 신호의 자기 상관 파형을 생성하는 복호화 단계를 포함하며,
    상기 부호화 단계와 상기 복호화 단계를, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 광펄스 시간 확산 장치를 이용하여 실행하는 것을 특징으로 하는 광부호 분할 다중 전송 방법.
  5. 광펄스 신호를, 광위상 부호를 사용하여 부호화하고 부호화 광펄스 신호로서 생성하는 부호화 장치, 및
    상기 광위상 부호와 동일한 부호를 사용하여, 상기 부호화 광펄스 신호를 복호화하고, 상기 광펄스 신호의 자기 상관 파형을 생성하는 복호화 장치를 구비하며,
    상기 부호화 장치 및 상기 복호화 장치가, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 광펄스 시간 확산 장치인 것을 특징으로 하는 광부호 분할 다중 전송 장치.
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