時間分割波長ホップ光符号方式による通信方法及び通信システム
【課題】自己相関波成分のエネルギーが増幅器を必要としない程度の大きさで得られ、しかも自己相関波成分を分離するための閾値処理が容易である。
【解決手段】送信装置10は、光パルス列15を生成する光源14と、この光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報21を生成する光符号部16を具えている。アドレス情報21は、データリンク22を介して受信装置30に送られる。受信装置はアドレス情報を時間分割波長ホップ光復号化する光復号部32を具えており、光復号部の出力は閾値処理回路40に入力される。生成されるアドレス情報を構成するチップパルスのそれぞれは広いスペクトル帯域を有している。
【解決手段】送信装置10は、光パルス列15を生成する光源14と、この光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報21を生成する光符号部16を具えている。アドレス情報21は、データリンク22を介して受信装置30に送られる。受信装置はアドレス情報を時間分割波長ホップ光復号化する光復号部32を具えており、光復号部の出力は閾値処理回路40に入力される。生成されるアドレス情報を構成するチップパルスのそれぞれは広いスペクトル帯域を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、時間分割波長ホップ光符号方式による光パケット通信を行う通信方法及びこの通信方法を実現するための通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを伝送路（データリンクと呼称されることもある。）として用いて構成される光パケット通信システムにおいて、光パケットに応じて伝送経路を交換する機能を光学的な技術によって実現する、いわゆるフォトニックネットワークが検討されている。このフォトニックネットワークにおいて、伝送路の交換は、複数の伝送路を結合する節（ネットワークノードと呼称されることもある。）で実行される。伝送路の交換とは、伝送路を切り替えることによって、受け取った光パケットを転送すべき隣接するネットワークノードを選定し、この選定した隣接するネットワークノードに向けて光パケットを転送する機能をいう。
【０００３】
光パケットがネットワークノードに到達すると、この光パケットに付されたアドレス情報に基づいて、この光パケットの最終到達場所である終点のホスト（エンドシステム）に向けてこの光パケットが伝送されるように、ネットワークノードに結合している複数の伝送路の中から特定の伝送路が自律的に選択される。すなわち、ネットワークノードを光パケットが通過する際に、この光パケットが次に到達すべき隣接するネットワークノードが自律的に選択され、そのネットワークノードに向けて送り出される。
【０００４】
ネットワークノードを光パケットが通過する際に、この光パケットが伝送される伝送路が自律的に決定されるためには、光パケットを送り出す通信の始点となるネットワークノード（始点となるホスト）ではアドレス情報が付与され、この光パケットを受け取ったネットワークノードではこのアドレス情報が認識される必要がある。このアドレス情報のやり取りに光符号化技術が利用される。
【０００５】
すなわち、この技術によれば、光パケットを送り出す通信の始点となるホストでは、アドレス情報の光符号化が行われ、この光パケットを受け取ったネットワークノードでは光符号化されたアドレス情報を認識して、この認識結果に基づいて、この光パケットが伝送される経路を自律的に決定するという光パケットルーティングが実行される。以後、符号化されたアドレス情報を認識することを、符号化されたアドレス情報を復号化するということもある。
【０００６】
光符号化する方法として、時間分割波長ホップ光符号化と呼ばれる方法が知られている。従来知られた時間分割波長ホップ光符号化方法の具体的実現手段は、以下で説明するように幾つか存在する。
【０００７】
例えば、光符号分割多重（OCDM: Optical Code Division Multiplexing）を応用した、時間分割波長ホップ光符号化が知られている（例えば、非特許文献1及び2を参照）。この時間分割波長ホップ光符号化においては、光パルス一つが複数個の光パルスに分割されるが、これら複数の光パルスの周波数（波長）は互いに異なっている。光符号化されて得られるこれら複数の光パルスからなる光パルス列がアドレス情報を構成するが、これら複数の光パルスの一つ一つを、以後チップパルスということもある。
【０００８】
すなわち、時間分割波長ホップ光符号化においては、周波数（波長）の異なるチップパルスからなる光パルス列が利用され、このチップパルスの相互間には決まった位相関係は存在しない。このように、時間分割波長ホップ光符号によって、相互間には決まった位相関係の存在しないチップパルスから成る光パルス列を利用してアドレス情報を生成することは、多波長光符号化と呼ばれることもある。
【０００９】
時間分割波長ホップ光復号化によるアドレス情報の認識は、例えば、時間領域での整合フィルタリングを行って自己相関関数を得、自己相関関数のピークの有無を判定することにより行なわれる。すなわち、自己相関関数のピークが存在すれば、送られてきた光パケットのアドレス情報であることが認識される。
【００１０】
上述した時間分割波長ホップ光符号方式においては、光変調器によって連続光を光パルス列に変換することによって発生するサイドバンドと称される光パルス同士が重なり干渉を起こし、光復号化が困難となることがある。
【００１１】
この問題を回避するには、光パケットを生成するための光源（例えば、Super Continuum(SC)光源）の波長帯域幅を広くする必要がある。このためには、光パケットを生成するための光パルス列を構成する光パルスの時間幅（光パルスの時間波形の半値幅）を狭くする必要がある。しかしながら、光パケットを生成するための光源の周波数帯域幅（波長帯域幅）に技術的な限界があるので、この光パルスの時間幅を狭くすることにも技術的限界がある。すなわち、光パルスの時間幅を狭くすることに限界があるので、上述のサイドバンドを構成する光パルス同士が重なり干渉を起こすという問題の解決を難しくしている。
【００１２】
そこで、モード同期状態にあるレーザから出力される光パルス列を利用して時間分割波長ホップ光符号化によって光パケット用のアドレス情報を生成することによって実現される通信方法が提案されている（例えば、特許文献1参照）。この通信方法によれば、従来の複数の半導体レーザを光源として得られる多波長連続光を用いた時間分割波長ホップ光符号化を実施する場合のように、光変調器によって連続光を光パルス列に変換することで発生するサイドバンド同士の重なりによる干渉の問題を考慮する必要がない。そのため、使用する光源の周波数(波長)の帯域幅を広く確保する必要がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−２５２７７８号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】" Experimental study on time-spread/wavelength-hop optical code division multiplexing with group delay compensating en/decoder," H. Tamai et al., IEEE Photon. Technol. Lett. vol. 16, No. 1,pp. 335-337, January 2004.
【非特許文献２】"Multi-hop, 40 Gbit/s variable length photonic packet routing based on multi-wavelength label switching, waveband routing, and label swapping," N. Wada et al., Optical Fiber Communication Conference (OFC) Tech. Dig., WG3, pp. 216-217, 2002.
【非特許文献３】Naoya Wada, et al., "A10 Gb/s Optical Code Division Multiplexing Using 8-Chip Optical Bipolar Code and Coherent Detection", Journal of Lightwave Technology, Vol. 17, No. 10, October1999.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述のモード同期状態にあるレーザから出力される光パルス列を利用して時間分割波長ホップ光符号化を行う通信方法では、時間分割波長ホップ光符号化によって生成されるアドレス情報を形成するチップパルスのそれぞれが、モード同期状態にあるレーザからの出力光の縦モード成分一つ分だけを含むように時間分割波長ホップ光符号化が行われている。このため、チップパルスの個々のエネルギーが小さく、受信側で光復号化されて生成されるアドレス情報の自己相関波成分のエネルギーも小さくなり、しかも自己相関波の時間軸上での半値幅も広い。
【００１６】
すなわち、上述の特許文献１等に開示された、モード同期レーザを利用する従来の時間分割波長ホップ光符号方式の光通信においては、自己相関波成分のエネルギーが小さいことから、増幅器によって自己相関波成分のエネルギーを増幅する必要が発生する。また、自己相関波成分のエネルギーを増幅しても自己相関波の時間軸上での半値幅も広いため、受信側で自己相関波成分を分離するための閾値処理が難しくなる場合が発生するという問題点を含んでいる。
【００１７】
そこで、この発明の目的は、自己相関波成分のエネルギーが増幅器を必要としない程度の大きさに得られ、しかも受信側で自己相関波成分を分離するための閾値処理が容易に実現可能である時間分割波長ホップ光符号方式による通信方法及び通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この出願に係る発明者は、時間分割波長ホップ光符号化によって生成されるアドレス情報を形成するチップパルスのそれぞれが、モード同期状態にあるレーザからの出力光の縦モード成分を複数分含む広さの帯域幅に相当する十分に広いスペクトル帯域を有するように時間分割波長ホップ光符号化を行えば、上述の課題が解決されることに思い至った。
【００１９】
すなわち、これによって、チップパルスのそれぞれのエネルギーを十分大きく取れるので、復号化されて得られる自己相関波成分のエネルギーを、増幅器を必要としない程度の大きさにすることが可能であり、かつ自己相関波の時間軸上での半値幅も、受信側で自己相関波成分を分離するための閾値処理が容易に実現されるために十分な幅にすることが可能であることを確信した。
【００２０】
この発明の要旨によれば、時間分割波長ホップ光符号方式による通信方法及びこの方法を実現させるための通信システムは、以下の特徴を具えている。
【００２１】
この発明の第1の通信方法は、送信ステップと受信ステップとを含んで構成される。送信ステップは、光源から、時間軸上に一定の間隔で光パルスが並ぶ光パルス列を出力し、この光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報を生成して、データリンクを介して該アドレス情報を送信するステップである。受信ステップは、アドレス情報をデータリンクを介して受信して、このアドレス情報を時間分割波長ホップ光復号化するステップである。
【００２２】
そして、送信ステップは、時間分割波長ホップ光符号化において、光パルス列を構成する光パルスのそれぞれを、時間軸上に順次並ぶ、第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成るチップパルス列（Nは2以上の整数）に変換することによって得られた当該チップパルス列を、アドレス情報として生成するステップである。
【００２３】
また、時間分割波長ホップ光符号化は、N個の単位ファイバブラック格子(FBG: Fiber Bragg Grating)を具えて構成される光符号部によって実行される。そして、これらN個の単位FBGのそれぞれは、格子間隔が光の導波方向に沿って単調に増大又は減少するように形成されている。
【００２４】
この発明の第2の通信方法は、送信ステップと受信ステップとを含んで構成される。送信ステップは、モード同期状態にあるレーザから、時間軸上に一定の間隔で光パルスが並ぶ光パルス列を出力し、この光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報を生成して、データリンクを介して該アドレス情報を送信するステップである。受信ステップは、アドレス情報を、データリンクを介して受信して、このアドレス情報を時間分割波長ホップ光復号化するステップである。
【００２５】
そして、送信ステップにおいて、アドレス情報を構成するチップパルスのそれぞれが、複数の縦モード成分を含むように、光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化される。
【００２６】
上述のこの発明の時間分割波長ホップ光符号方式による通信方法を実現する通信システムは、送信装置と受信装置とを具えて構成される。
【００２７】
送信装置は、時間軸上で一定の間隔で光パルスが並ぶ光パルス列を生成する光源と、この光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報を生成する光符号部とを具え、データリンクを介してアドレス情報を送信する。
【００２８】
また、受信装置は、このアドレス情報を時間分割波長ホップ光復号化する光復号部を具え、データリンクを介してアドレス情報を受信する。
【００２９】
光符号部は、光パルス列を構成する光パルスのそれぞれを、時間軸上に時間分割波長ホップして順次並ぶ、第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成るチップパルス列（Nは2以上の整数）に変換することによって、アドレス情報を生成するFBGを具えている。光符号部はN個の単位FBGを具えて構成されており、N個の単位FBGのそれぞれは、格子間隔が光の導波方向に沿って単調に増大又は減少するように形成されている。
【００３０】
この光符号部は具体的に次の構成とするのが好適である。すなわち、光符号部は、第1〜第N単位FBGが順次光の導波方向に沿って配置されており、第k単位FBGは、光導波路の導波方向に沿って屈折率が極大となる第1〜第n格子点が順次並んでおり、第j番目と第(j＋1)番目の格子点の格子間隔nΛjを次式(1)で与えられる関係に設定する。
kΛj＝kΛ1＋(j-1)ΔkΛ (1)
ここで、kは1〜Nまでの全ての整数であり、jは1≦j≦nを満たす全ての整数であり、ΔkΛ及びkΛ1はそれぞれ定数である。また、nは2以上の整数である。
【００３１】
また、光源としてモード同期状態にあるレーザを利用するのが好適である。
【００３２】
光復号部は、光符号部と同一構造のN個の単位FBGを具え、かつこの光復号部が具えるN個の単位FBGと、光符号部が具えるN個の単位FBGとは、入出力端が互いに逆になるように設置することで実現される。
【発明の効果】
【００３３】
この発明の第1の通信方法によれば、時間分割波長ホップ光符号化が、N個の単位FBGによって実行され、これらN個の単位FBGのそれぞれは、格子間隔が光の導波方向に沿って単調に増大又は減少するように形成されている。すなわち、これらN個の単位FBGのそれぞれは、いわゆるチャープグレーティングである。
【００３４】
単位FBGがチャープグレーティングであることから、時間分割波長ホップ光符号化によって生成されるアドレス情報を形成するチップパルスのそれぞれのスペクトル帯域幅は十分に広い帯域とすることができる。
【００３５】
例えば、光符号部を構成している第1〜第N単位FBGを順次光の導波方向に沿って配置し、第k単位FBGを、光導波路の導波方向に沿って屈折率が極大となる第1〜第n格子点を順次並べることによって形成し、第j番目と第(j＋1)番目の格子点の格子間隔nΛjを上述の式(1)で与えられる関係に設定すれば、ΔnΛ及びnの値を調整することによって、チップパルスのそれぞれのスペクトル帯域幅を自由に調整することが可能である。
【００３６】
チップパルスのそれぞれのスペクトル帯域幅を広げることによって、チップパルスのそれぞれのエネルギーを十分大きく取れるので、復号化されて得られる自己相関波成分のエネルギーを、増幅器を必要としない程度の大きさにすることが可能となる。また、自己相関波の時間軸上での半値幅を、受信側で自己相関波成分を分離するための閾値処理が容易に実現することが可能な幅にすることができる。
【００３７】
この発明の第2の通信方法によれば、送信ステップにおいて、アドレス情報を構成するチップパルスのそれぞれが、複数の縦モード成分を含むように、光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化される。このため、チップパルスのそれぞれのスペクトル帯域幅は十分に広く取られている。
【００３８】
従って、上述の第1の通信方法と同様に、チップパルスのそれぞれのエネルギーを十分大きく取れる。従って、第2の通信方法によっても上述の第1の通信方法によって得られる効果と同一の効果が得られる。
【００３９】
この発明の時間分割波長ホップ光符号による通信システムによれば、送信装置の光符号部で、光パルス列に対して時間分割波長ホップ光符号化が行われ、光パケット用のアドレス情報が生成されて送信される送信ステップが実現される。受信装置では、光復号部で、アドレス情報の時間分割波長ホップ光復号化が行われ、アドレス情報が受信される受信ステップが実現される。
【００４０】
時間分割波長ホップ光符号化は、送信装置に具えられる光符号部によって実行される。光源としてモード同期状態にあるレーザを利用した場合は、光符号部を構成する単位FBGのチャープ量を規定するΔnΛ及びnの値を調整することによって、チップパルスのそれぞれのスペクトル帯域幅を、複数の縦モード成分を含む幅に設定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施形態である時間分割波長ホップ光符号方式による通信システムの概略的ブロック構成図である。
【図２】光源の一例を示す概略的ブロック構成図である。
【図３】スペクトル時間変調方式による光符号化及び光復号化の原理についての説明に供する図であり、(A)は光符号部に入力される光パルス列の周波数スペクトルを示す図であり、(B)は光符号部から出力されるアドレス情報の周波数スペクトルを示す図であり、(C)は光復号部から出力される自己相関波の周波数スペクトルを示す図であり、(D)は光復号部から出力される相互相関波の周波数スペクトルを示す図である。
【図４】時間分割波長ホップ光符号方式による光符号器及び光復号器の構造についての説明に供する図であり、(A)は光符号器の模式的概略図であり、(B)は光復号器の模式的概略図であり、(C)は光符号器の動作原理の一般的な説明に供する図である。
【図５】この発明の実施形態の光符号器と光復号器との関係を、機能ブロックに分解して表現した図である。
【図６】この発明の実施形態の時間分割波長ホップ光符号方式の光符号器及び光復号器の構造についての説明に供する図であり、(A)は第1単位FBG〜第5単位FBGを含む光符号器の概略的模式図であり、(A-1)は第1単位FBGの部分の詳細図であり、(A-2)は第2単位FBGの部分の詳細図である。
【図７】BPFの周波数帯域幅とBPFによって透過される縦モードの数の関係を示す図である。
【図８】自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比が光符号器及び光符号器を構成するBPFの帯域幅にどのように依存するかについてのシミュレーションの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図を参照して、この発明の実施形態につき説明する。なお、各図は、この実施形態に係る一構成例に対するものであり、この発明の実施形態が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の機器及び条件等を用いることがあるが、これら材料及び条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。また、以下に示す図において、光ファイバ等の光信号の経路を太線で示し、電気信号の経路を細線で示してある。
【００４３】
＜時間分割波長ホップ光符号方式による通信システム＞
図1を参照して、この発明の実施形態である時間分割波長ホップ光符号方式による通信システムの構成及び、この通信システムの動作について説明する。図1は、この発明の実施形態である時間分割波長ホップ光符号方式による通信システムの概略的ブロック構成図である。図1ではこの発明に係る構成要素のみを示してあり、この発明の通信システムが基本的に具えるべき周知の構成要素、例えば、通信に使われる送信信号生成装置、あるいは光パケット生成装置(フレーム生成装置)等については図示を省略してある。
【００４４】
この発明の実施形態である時間分割波長ホップ光符号方式による通信システムは、送信装置10と受信装置30とを具えて構成される。
【００４５】
送信装置10は、時間軸上で一定の間隔で光パルスが並ぶ光パルス列15を生成する光源14と、この光パルス列15を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報21を生成する光符号部16を具えている。アドレス情報21は、データリンク22を介して受信装置30に送られる。
【００４６】
光符号部16は、N個の単位FBG 18と光サーキュレータ20とを具えて構成される。光パルス列15は、光サーキュレータ20を介してN個の単位FBG 18に供給されて、N個の単位FBG 18において時間分割波長ホップ光符号化され、光サーキュレータ20を介してアドレス情報21として出力される。
【００４７】
時間分割波長ホップ光符号化は、光パルス列15を構成する光パルスのそれぞれを、時間軸上に時間分割波長ホップして順次並ぶ、第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成るチップパルス列（Nは2以上の整数）に変換することに相当する。この時間分割波長ホップ光符号化を行ってアドレス情報21を生成するのがN個の単位FBG 18である。
【００４８】
詳細は後述するが、N個の単位FBG 18は、N個の単位FBGを具えて構成されており、N個の単位FBGのそれぞれは、格子間隔が光の導波方向に沿って単調に増大又は減少するように形成されている。これによって、生成されるアドレス情報21を構成するチップパルスのそれぞれが、格子間隔が光の導波方向に沿って一定間隔に形成されているN個の単位FBGによってアドレス情報を生成した場合と比較して、より広いスペクトル帯域を有するようになる。
【００４９】
光源14は、光源駆動用電源12によって駆動されて、光源駆動用電源12から供給される高周波電気信号に同期した光パルス列15を出力する。詳細な説明は省略するが、送信装置10において、光源駆動用電源12から出力される高周波電気信号は、周知の方法で送信信号を生成するための基本クロック信号として利用される。また、受信装置30において、光源駆動用電源12から供給される高周波電気信号が周知の方法で再生されて、アドレス情報21を含んで構成される光パケット信号（フレーム信号）のペイロードから受信信号を再生するための基本クロック信号として利用される。
【００５０】
光源14は、例えば、連続波光源36と光変調器42とを具えて図2に示すように構成することができる。図2は光源の一例を示す概略的ブロック構成図である。連続波光源36から出力される連続波光は、光変調器42に入力され、光パルス列15に変換されて出力される。光変調器42は、光源駆動用電源12から供給される高周波電気信号によって駆動され、この光変調器42から出力される光パルスの繰り返し周波数はこの高周波電気信号の周波数と等しくなる。
【００５１】
連続波光源36は通常の連続発振している波長がそれぞれ相異なる複数の半導体レーザの出力光を合波することによって実現される。光変調器42として電界吸収型光変調器（EAM: Electro-Absorption Modulator）等の周知の素子を適宜利用することが可能である。また、光源14として、モード同期半導体レーザを利用するのが好適である。
【００５２】
受信装置30は受信されたアドレス情報21を時間分割波長ホップ光復号化する光復号部32を具えている。
【００５３】
光復号部32は、N個の単位FBG 34と光サーキュレータ38とを具えて構成される。アドレス情報21は、光サーキュレータ38を介してN個の単位FBG 34に供給されて、N個の単位FBG 34において時間分割波長ホップ光復号化され、光サーキュレータ38を介して光復号化信号39として出力され閾値処理回路40に入力される。
【００５４】
光復号部32が、光符号部16が具えるN個の単位FBG 18と同一構造のN個の単位FBG 34を具え、かつこの光復号部32が具えるN個の単位FBG 34と光符号部16が具えるN個の単位FBG 18とは、入出力端が互いに逆になるように設置されている場合、アドレス情報21は、顕著なピークを一つだけ含む自己相関波として生成される。一方、光復号部32が、光符号部16が具えるN個の単位FBG 18と異なる構造である場合は、アドレス情報21は、顕著なピークの現れない相互相関波として生成される。
【００５５】
光復号部32から出力される光復号化信号39は閾値処理回路40に入力されて、入力された光復号化信号39に顕著なピークが存在するか否かが判定される。そこで、顕著なピークが存在すると判定された場合は、アドレス情報21は受信装置30に宛てて送信されたものであると認識される。一方顕著なピークが存在しないと判定された場合は、アドレス情報21は受信装置30に宛てて送信されたものではないものと認識される。
【００５６】
以上説明したように、送信装置10において送信ステップが実現され、受信装置30において受信ステップが実現される。
【００５７】
一般に光パケット通信システムにおいては、複数のネットワークノードがその構成要素として含まれており、このネットワークノードのそれぞれは互いにデータリンクを介して網目状に接続されている。上述の送信装置10及び受信装置30のいずれもネットワークノードの送信装置及び受信装置として機能する装置であり、それぞれのネットワークノードには、送信装置10及び受信装置30が設置されている。すなわち、それぞれのネットワークノードは、送信機能と受信機能を併せ持つように構成されており、それぞれのネットワークノードでは、個々の通信ごとに送信装置10が機能したり、あるいは受信装置30が機能したりすることが可能なように構成されている。
【００５８】
＜時間分割波長ホップ光符号方式による光符号化及び光復号化＞
図3(A)〜(D)を参照して、時間分割波長ホップ光符号方式による光符号化及び光復号化の原理について説明する。
【００５９】
時間分割波長ホップ光符号方式による光符号化は、入力光パルスを、時間軸上に並ぶ複数のチップパルスに分割し、しかもチップパルスのそれぞれのスペクトルが互いに異なっている状態にすることによって光符号化する方式である。光パルスが時間軸上に並ぶ複数のチップパルスに分割されることから時間分割であり、かつチップパルスのそれぞれのスペクトルが互いに異なった状態になっていることから波長ホップされているので、この符号化復号化の方式は時間分割波長ホップ光符号方式と呼称される。
【００６０】
チップパルスのそれぞれのスペクトルについて周波数空間で表現しても波長空間で表現しても、同様に時間分割波長ホップ光符号方式による光符号化についての基本原理を説明できる。従って、特に周波数空間であるか波長空間であるかを区別することなく光符号化に関する説明を行うことができるので、時間分割波長ホップ光符号方式による光符号化を、スペクトル時間変調方式による光符号化ということもある。
【００６１】
図3(A)〜図3(D)は、スペクトル時間変調方式による光符号化及び光復号化の原理についての説明に供する図であり、各図とも横軸に時間軸をとり、斜め縦軸に周波数軸をとって示してある。図3(A)は光符号部に入力される光パルス列の周波数スペクトルを示す図であり、図3(B)は光符号部から出力されるアドレス情報の周波数スペクトルを示す図であり、図3(C)は光復号部から出力される自己相関波の周波数スペクトルを示す図であり、図3(D)は光復号部から出力される相互相関波の周波数スペクトルを示す図である。
【００６２】
光符号部に入力される光パルス列を構成する光パルスのスペクトルは、光源から出力される出力光のスペクトルと一致している。そして、光符号部に入力される光パルス列を構成する光パルスは、図3(A)に示すように、時間軸上のT0の位置に存在する。この光パルスが光符号部によってスペクトル時間変調されると、図3(B)に示すように、スペクトル帯域を持つチップパルスが異なる時間軸の位置に存在する状態となる。
【００６３】
図3(A)〜図3(D)では、灰色で示す直方体としてチップパルスを模式的に示しており、この直方体の時間軸方向の一辺の長さをチップパルスの時間幅に、この直方体の周波数軸方向の一辺の長さをチップパルスの周波数帯域幅に、また、この直方体の高さをチップパルスの光強度に比例する長さとなるように、それぞれ対応させて示してある。同一時間に複数のチップパルスが並んでいる場合は、その時間において単一の光パルスが存在すること示している。従って、図3(A)に示すように、時間軸上のT0の位置に5つのチップパルスが重なっているので、時間軸上のT0の位置に光パルスが一つ存在する状態を示している。また、図3(C)においても、時間軸上のT6の位置に5つのチップパルスが重なっているので、時間軸上のT6の位置に光パルスが一つ存在する状態を示している。
【００６４】
図3(A)〜図3(D)では、時間拡散されて時間軸上に並ぶチップパルス列のそれぞれが有する周波数スペクトルの中心周波数を、f1〜f5と示してある。すなわち、光パルスが、周波数スペクトルの中心周波数がそれぞれf1〜f5である5つのチップパルス列に変換されるものとして示してある。
【００６５】
時間分割波長ホップ光符号方式において、一般的には、光符号化によって生成されるチップパルスの数は5つに限定されるものではなく、2つ以上であれば幾つでもよい。また、図3(A)〜図3(D)では、チップパルスのそれぞれが有する周波数スペクトルの周波数帯域幅をすべて等しいとして示してあるが、周波数帯域幅をすべて等しく設定する必要はない。更に、時間軸上のT1、T2等で示されている時間グリットの間隔も等間隔である必要はない。ただし、以下の説明においては、説明が煩瑣になることを回避するため、チップパルスのそれぞれが有する周波数スペクトルの周波数帯域幅をすべて等しいものとする。
【００６６】
光パルスが光符号部によってスペクトル時間変調されて得られるアドレス情報が、光符号部と同一構造の光復号部で復号化されると、図3(C)に示すように、一つの光パルスが時間軸上の一点（図3(C)ではT6の位置）に局在する状態となり、自己相関波のピークを与える信号が得られる。
【００６７】
一方、アドレス情報が、光符号部と異なる構造の光復号部で復号化されると、図3(D)に示すように、チップパルスのそれぞれが時間軸上の異なる位置に分散して存在する相互相関波を与える複数のピークが含まれる信号が得られる。
【００６８】
図4(A)〜図4(C)を参照して、時間分割波長ホップ光符号方式による光符号器及び光復号器の構成について説明する。図4(A)〜図4(C)は、時間分割波長ホップ光符号方式による光符号器及び光復号器を構成するN個の単位FBGの構造についての説明に供する図であり、図4(A)は光符号器を構成するN個の単位FBGの模式的概略図であり、図4(B)は光復号器を構成するN個の単位FBGの模式的概略図であり、図4(C)は光符号器の動作原理の一般的な説明に供する図である。
【００６９】
図4(A)及び図4(B)は、単位FBGのコアの光の導波方向に平行な方向に沿った屈折率分布構造を模式的に示しており、ここでは光符号部を5つの単位FBGによって構成されているものとして示してある。図4(A)及び図4(B)に示す光符号器及び光復号器の光入出力端は、図4(A)及び(B)の左側に設定されているものとする。また、説明の便宜上、SSFGBに配置された単位FBGを図4(A)及び(B)の左側から右側に向って順次第1〜第5単位FBGとする。
【００７０】
図4(A)に示す光符号器として機能する第1〜第5単位FBGのそれぞれのブラッグ反射光のスペクトル通信周波数はf1、f2、f3、f4、及びf5である。そして、第1〜第5単位FBGのそれぞれの周波数帯域幅はΔfである。図4(A)及び図4(B)において、第1〜第5単位FBGをそれぞれFBG-1〜FBG-5と示してある。
【００７１】
光符号器として機能する図4(A)に示す単位FBGは、光入出力端に近い側から順次FBG-1、FBG-2、FBG-3、FBG-4、FBG-5と配列されている。一方光復号器として機能する図4(B)に示す単位FBGは、光入出力端に近い側から順次FBG-1、FBG-3、FBG-5、FBG-2、FBG-4と配列されている。
【００７２】
単位FBGの配列順序が異なっているので、図4(A)に示す光符号器で生成されたアドレス情報は図4(B)に示す光復号器では相互相関波に変換される。すなわち複数の強度の小さいピークを有する信号として出力される。
【００７３】
一方、光復号器を構成する単位FBGの配列順序を、図4(A)に示す光符号器と同一とし、かつ光入出力端を、光符号器とは逆の端に設定すれば、アドレス情報は自己相関波に変換される。すなわち単一の強度の大きいピークを有する信号として出力される。このピークが閾値処理回路で検出されれば、アドレス情報を受信したものとして処理される。
【００７４】
光符号器として機能する図4(A)に示す単位FBGで生成されたアドレス情報を、自己相関波に変換するには、この光復号器の光入出力端に近い側から順次FBG-5、FBG-4、FBG-3、FBG-2、FBG-1と配列すればよいことが分かる。
【００７５】
この発明に利用する時間分割波長ホップ光符号方式を実現する光符号化及び光復号化について一般的に説明するため、図4(A)及び(B)に示す光符号器及び光復号器の機能を、バンドパスフィルタとしての機能と光遅延器としての機能の組み合わせとして理解するのが便利である。
【００７６】
光符号器の動作原理の一般的な説明に供する図4(C)を参照してN個の単位FBGの機能が、バンドパスフィルタとしての機能と光遅延器としての機能の組み合わせとしてどのように理解されるかにつき説明する。
【００７７】
図4(A)に示す光符号器に光パルスが入力されると、FBG-1で中心周波数がf1であり周波数帯域幅がΔfであるチップパルスがブラッグ反射され、光パルスが光符号器に入力されてから時間T1の後に出力される。すなわち、FBG-1において、入力光パルスは透過中心周波数がf1であり透過周波数帯域幅がΔfであるバンドパスフィルタでフィルタリングされて、T1の時間遅延を与えられて出力されたものと理解することができる。
【００７８】
透過中心周波数がf1であり透過周波数帯域幅がΔfであるバンドパスフィルタの透過特性とは、このバンドパスフィルタに入力された光信号は、その周波数帯域がf1-(Δf/2)〜f1+(Δf/2)で与えられる周波数の範囲の信号成分を透過し、この条件を満たさない周波数成分を遮断する周波数透過特性であることを意味する。
【００７９】
同様にFBG-2〜FBG-5においても透過中心周波数がそれぞれf2〜f5であり透過周波数帯域幅がΔfであるチップパルス成分がフィルタリングされて、それぞれT2〜T5の時間遅延を与えられて出力されたものと理解することができる。
【００８０】
従って、光符号器として機能するN個の単位FBGを、その機能を果す手段を機能ブロックに分解して、図4(C)に示すように、光分波器50、バンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5、及び光遅延器Z-1〜Z-5の組み合わせとして表現することが可能である。
【００８１】
入力光パルス49は光分波器50で5分割されて、それぞれバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5に入力される。バンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5のそれぞれによって、中心周波数がf1〜f5のチップパルスが生成される。中心周波数がf1〜f5のチップパルスはそれぞれ光遅延器Z-1〜Z-5に入力されて、T1〜T5の時間遅延を与えられて出力される。
【００８２】
光符号器として機能するN個の単位FBGから出力されるアドレス情報は、光遅延器Z-1〜Z-5からそれぞれ出力されるチップパルスが合波され、時間軸上に並ぶチップパルス列の形態として規定される。すなわち、光符号器から出力されるアドレス情報は、光遅延器Z-1〜Z-5からそれぞれ出力されるチップパルスが合波されて、アドレス情報としてデータリンクに送り出される。図4(C)には、光遅延器Z-1〜Z-5からそれぞれ出力されるチップパルスを合波する機能部分の図示を省略してあるが、光符号器としての基本的機能は、図4(C)に示す機能ブロック構成図によって表されている。
【００８３】
光符号器及び光復号器には、上述のFBG型以外にも、トランスバーサル型フィルタ構造のPLC（Planar Lightwave Circuit）等を利用することもできる（例えば、非特許文献3を参照）。すなわち、図4(C)に示す機能ブロック構成図によって表される機能を有する素子を使えば、この発明の時間分割波長ホップ光符号方式の通信システムを構築することが可能である。
【００８４】
この発明の実施形態の光符号器と光復号器との関係を、その機能を果す手段を機能ブロックに分解して表現すると、図5に示すとおりとなる。図5は、この発明の実施形態の光符号器60と光復号器70との関係を、機能ブロックに分解して表現した図である。図5においては、説明の煩雑を回避するため、光符号器60においてチップパルスを合波する機能部分の図示を省略してあり、光復号器70においてアドレス情報を分波する機能部分の図示を省略してある。
【００８５】
図5において、光符号器60は、上述の図4(C)に示した光符号器と同一の光符号器である。上述のように、光分波器50に入力された光パルス49は時間分割波長ホップ光符号化されてアドレス情報として生成されて、光符号器60から出力される。ここでも、光遅延器Z-1〜Z-5からそれぞれ出力されるチップパルスを合波する機能部分の図示を省略してある。
【００８６】
また、光復号器70においても、アドレス情報を強度分割する分波の機能部分の図示を省略してある。光符号器60が具える光遅延器Z-1〜Z-5からそれぞれ出力されるチップパルスが合波されたアドレス情報がデータリンクに送り出されると、光復号器70では、このアドレス情報を光分波器（図示を省略してある。）で5分割して、それぞれの信号を光復号器70のバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5に入力する。
【００８７】
光復号器70において、光復号器70の光遅延器Z-1〜Z-5からそれぞれ出力されるチップパルスが光合波器52によって合波されることによって、アドレス情報の再生信号71である相互相関波あるいは自己相関波が生成される。
【００８８】
光符号器60において、バンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5と光遅延器Z-1〜Z-5との接合関係を変更することによって、設定する符号を変更することが可能である。同様に光復号器70においてもバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5と光遅延器Z-1〜Z-5との接合関係を変更することによって、復号化して自己相関波を生成することが可能である符号の設定を変更することが可能である。
【００８９】
光符号器60及び光復号器70を5個の単位FBGで構成するとすれば、バンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5がそれぞれ単位FBG-1〜単位FBG-5に対応し、光遅延器Z-1〜Z-5は、単位FBG-1〜単位FBG-5を配置する位置に対応する。
【００９０】
図5においては、光符号器60は、バンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5に対してそれぞれ光遅延器Z-1〜Z-5が対応させて構成されているのに対して、光復号器70は、バンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5に対してそれぞれ光遅延器Z-1、Z-4、Z-2、Z-5、Z-3を対応させて構成されているので、光符号器60で生成されたアドレス情報は、光復号器70では自己相関波としては生成されず、相互相関波として生成される。
【００９１】
光符号器60で生成されたアドレス情報が光復号器70で自己相関波として生成されるためには、光符号器60におけるバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5と光遅延器Z-1〜Z-5との接合関係と、光復号器70におけるバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5と光遅延器Z-1〜Z-5との接合関係との間に一定の関係を満たすことが必要である。
【００９２】
この一定の関係とは、以下に説明する関係である。
【００９３】
光符号器60においてバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5のそれぞれに、光遅延器Z-1、Z-2、Z-3、Z-4、Z-5が接合されており、光復号器70においてバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5のそれぞれに、光遅延器Z-p、Z-q、Z-r、Z-s、Z-tが接合されているものと仮定する。そして、光符号器60が具える光遅延器Z-1、Z-2、Z-3、Z-4、Z-5のそれぞれが付与する光遅延量をz-1、z-2、z-3、z-4、z-5とし、光復号器70が具える光遅延器Z-p、Z-q、Z-r、Z-s、Z-tのそれぞれが付与する光遅延量をz-p、z-q、z-r、z-s、z-tと仮定する。
【００９４】
この場合、光符号器60で生成されたアドレス情報が光復号器70で自己相関波として生成されるための条件は、次式(2)で与えられる
z-1＋z-p＝z-2＋z-q＝z-3＋z-r＝z-4＋z-s＝z-5＋z-t (2)
ここで、数列（p, q, r, s, t）は、1〜5の整数を、重複を許さずに並べた任意の順列を意味している。すなわち、(p, q, r, s, t)＝(1, 4, 2, 5, 3)である場合は、光復号器70においてバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5のそれぞれに、光遅延器Z-1、Z-4、Z-2、Z-5、Z-3が接合されて形成された形態の光復号器を意味している。
【００９５】
式(2)は、光符号器60及び光復号器70が5つのバンドパスフィルタと5つの光遅延器によって構成されている場合、すなわち、入力光パルス1つ分を5つのチップパルスに変換することによって符号化する場合を想定した場合に与えられる関係式であるが、チップパルス数を幾つに変換するかにはかかわらず一般的に成り立つ関係式である。
【００９６】
一般に、光符号器及び光復号器が、M個のバンドパスフィルタとこれらバンドパスフィルタにそれぞれ1つずつ接合された合計M個の光遅延器から構成されている場合は、入力光パルス1つ分をM個のチップパルスに変換することによって符号化される。この場合、光符号器60が具えるM個のバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-Mの内のBPF-αに光遅延器Z-αが接合されており、光復号器70が具えるM個のバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-Mの内のBPF-αに光遅延器Z-βが接続されている場合、上述の式(2)を一般化した以下に示す関係式(3)を満たす場合、光符号器60で生成されたアドレス情報が光復号器70で自己相関波として生成される。
【００９７】
光遅延器Z-αが付与する光遅延量をz-αとし、光遅延器Z-βが付与する光遅延量をz-βとすると、
z-α＋z-β＝τ (3)
ここで、τは、α及びβの値にかかわらず一定の定数、Mは2以上の正の整数、α及びβはM以下の整数である。上述した図3(C)においてT6に相当する時間がτに対応する。
【００９８】
図5に示す例では、光符号器60が具えるバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5のそれぞれに光遅延器Z-1、Z-2、Z-3、Z-4、Z-5が接合されているので、光復号器70が具えるバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5のそれぞれに光遅延器Z-5、Z-4、Z-3、Z-2、Z-1が接合されている場合に、光符号器60で生成されたアドレス情報が光復号器70で自己相関波として生成される。
【００９９】
これは、光符号器60及び光復号器70を5個の単位FBGで実現させる場合、両者の5個の単位FBGが同一構造であり、かつ光復号部70と、光符号部60とは、入出力端が互いに逆に設定されていることに対応する。
【０１００】
また、光符号器60及び光復号器70を5個の単位FBGによって実現する場合、バンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5と光遅延器Z-1〜Z-5との対応関係の変更は、第1単位FBG〜第5単位FBGの配列順序を変更することで実現される。
【０１０１】
＜単位FBGの構造＞
図6(A)、図6(A-1）及び図6(A-2)を参照して、この発明の実施形態の時間分割波長ホップ光符号方式の光符号化及び光復号化を実現する単位FBGの構造について説明する。図6(A)、図6(A-1）及び図6(A-2)は、この発明の実施形態の時間分割波長ホップ光符号方式の光符号化及び光復号化を実現する単位FBGの構造についての説明に供する図であり、図6(A)は第1単位FBG〜第5単位FBGを含む光符号器の概略的模式図であり、図6(A-1)は第1単位FBGの部分の詳細図であり、図6(A-2)は第2単位FBGの部分の詳細図である。
【０１０２】
図6(A)において複数の縦の線分は、光導波路の導波方向に沿って屈折率が極大となる格子点の位置を示しており、図6(A-1)及び図6(A-2)においては、影をつけた矩形部分とこの矩形部分に隣接する右側の影が付けられていない矩形部分の一組が、屈折率の周期構造の１周期を表している。
【０１０３】
図6(A)において、第1単位FBG〜第5単位FBGをそれぞれFBG-1〜FBG-5と示してある。
【０１０４】
第1単位FBGは、光導波路の導波方向に沿って屈折率が極大となる第1〜第n格子点が順次並んでおり、第j番目と第(j＋1)番目の格子点の格子間隔1Λjを次式(1-1)で与えられる関係に設定されている。
1Λj＝1Λ1＋(j-1)Δ1Λ (1-1)
ここで、jは1≦j≦nを満たす全ての整数であり、Δ1Λ及び1Λ1はそれぞれ定数である。また、nは2以上の整数である。
【０１０５】
また、第2単位FBGは、光導波路の導波方向に沿って屈折率が極大となる第1〜第n格子点が順次並んでおり、第j番目と第(j＋1)番目の格子点の格子間隔2Λjを次式(1-2)で与えられる関係に設定されている。
2Λj＝2Λ1＋(j-1)Δ2Λ (1-2)
ここで、jは1≦j≦nを満たす全ての整数であり、Δ2Λ及び2Λ1はそれぞれ定数である。また、nは2以上の整数である。
【０１０６】
また、光符号器の入出力端から第1単位FBGの中心位置までの間隔、第1単位FBGと第2単位FBGとの間隔、第2単位FBGと第3単位FBGとの間隔、第3単位FBGと第4単位FBGとの間隔、第4単位FBGと第5単位FBGとの間隔がそれぞれd1〜d5となるように設定されている。
【０１０７】
このように第1単位FBG〜第5単位FBGを配置すれば、上述の光遅延器Z-1〜Z-5によって遅延される遅延量が、それぞれ光がd1〜d5で与えられている間隔を光が往復する時間に等しく設定されたことになる。
【０１０８】
一般に、光符号器がN個の単位FBGを具えている場合は、上述したように、第1〜第N単位FBGが順次光の導波方向に沿って配置されており、第k単位FBGは、光導波路の導波方向に沿って屈折率が極大となる第1〜第n格子点が順次並んでおり、第j番目と第(j＋1)番目の格子点の格子間隔nΛjを次式(1)で与えられる関係に設定すればよい。
kΛj＝kΛ1＋(j-1)ΔkΛ (1)
ここで、jは1≦j≦nを満たす全ての整数であり、ΔkΛ及びkΛ1はそれぞれ定数であり、nは2以上の整数である。また、kは、光符号器を構成するN個の単位FBGを指定するパラメータであるから、1〜Nまでの全ての整数値をとる。
【０１０９】
また、上述のように第1〜第N単位FBGが含む格子点がすべてnに等しい必要はなく、単位FBGごとに含まれる格子点の数が異なるように設定してもよい。すなわち、格子点の数nを全ての単位FBGが等しくなるように設定する必要はない。
【０１１０】
＜自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク比＞
この発明の実施形態の時間分割波長ホップ光符号方式の光符号化及び光復号化の処理によって得られる自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比が、光符号器及び光復号器を構成するBPFの帯域幅にどのように依存するかについてシミュレーションをした。その結果、時間分割波長ホップ光符号化によって生成されるアドレス情報を形成するチップパルスのそれぞれが、モード同期状態にあるレーザからの出力光の縦モード成分一つ分だけを含むように時間分割波長ホップ光符号化を行った場合のピーク強度の比と比較して、縦モード成分を複数含むように時間分割波長ホップ光符号化を行った場合のピーク強度の比のほうが大きく取れることを確認した。
【０１１１】
光源として繰り返し周波数が10 GHzで動作するモード同期半導体レーザを利用した場合を想定し、BPFの周波数帯域幅を、縦モード成分一本を含む広さから13本分を含む広さまで変えた場合について、シミュレーションによって自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比がどのように与えられるかを調べた。
【０１１２】
図7(A)及び図7(B)は、BPFの周波数帯域幅と、BPFによって透過される縦モードの数の関係を示す図である。図7(A)及び図7(B)は、横軸に周波数を任意スケールで目盛って示してあり、縦軸に光強度を対数の任意スケールで目盛って示してある。図7(A)は、光符号器によって生成される光パルス列（アドレス情報）を構成するチップパルスが、1つ分の縦モード成分を含むように生成される場合を示しており、図7(B)は、光符号器によって生成される光パルス列（アドレス情報）を構成するチップパルスが、6つ分の縦モード成分を含むように生成される場合を示している。
【０１１３】
すなわち、この発明の時間分割波長ホップ光符号方式の通信システムにおいては、図7(B)に示すように、チップパルスのそれぞれが複数の縦モード成分を含むように光符号化されてアドレス情報が生成される。
【０１１４】
図7(A)及び図7(B)において、BPF-1〜BPF-5と示す波長領域がそれぞれ、図4(C)に示した光符号器の動作原理の一般的な説明図のBPF-1〜BPF-5にそれぞれ相当するBPFの透過周波数帯域を示している。
【０１１５】
図7(A)に示すような透過周波数帯域を持つBPFで構成される光符号器で時間分割波長ホップ光符号化を行うのが従来の方式であり、アドレス情報を構成するチップパルスが、1つ分の縦モード成分を含むように生成される。一方、この発明の時間分割波長ホップ光符号方式の通信システムによれば、図7(B)示すような透過周波数帯域を持つBPFで構成される光符号器で時間分割波長ホップ光符号化が行われる。
【０１１６】
図8を参照して、自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比が光符号器及び光符号器を構成するBPFの帯域幅にどのように依存するかについてのシミュレーションの結果を説明する。図8は、シミュレーションの結果を示す図であり、横軸にBPFの透過周波数帯域幅をGHz単位で目盛って示してある。また、このシミュレーションでは、光源として繰り返し周波数が10 GHzで動作するモード同期半導体レーザを利用した場合を想定しているので、横軸の10 GHzは縦モード本数が1本に相当する。同様に20〜130 GHzは縦モード本数がそれぞれ2本〜13本に相当する。また、縦軸は、自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比をdB単位で目盛って示してある。
【０１１７】
図8によれば、自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比が最も大きくなるのは、縦モード本数が5本ないし6本を含む程度の透過周波数帯域を持つBPFを用いて光符号化した場合であることが分かる。
【０１１８】
自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比が最も大きくなる条件を満たす最適の透過周波数帯域幅を決定する要素は、通信に使う符号の符号長、通信の光搬送波の波長等様々な要素が関係している。しかしながら、自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比が最も大きくなる条件を満たす最適の透過周波数帯域幅は、縦モードの本数に換算して1本では狭すぎ、複数本含まれるように設定するのが好適であることを確かめている。
【０１１９】
すなわち、BPFの透過周波数帯域幅を縦モードの本数に換算して複数本含まれるように設定することによって、自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比が、閾値処理が容易に実現可能である程度確保できることを確かめた。
【０１２０】
また、BPFの透過周波数帯域幅を縦モードの本数に換算して複数本含まれるように設定することによって、アドレス情報を構成するチップパルスのそれぞれのエネルギーは、含まれる縦モードの本数に比例して大きく取れるので、増幅器を必要としない程度の大きさのエネルギーをもつ自己相関波成分を分離することが可能となる。
【符号の説明】
【０１２１】
10：送信装置
12：光源駆動用電源
14：光源
16：光符号部
18、34：N個の単位FBG
20、38：光サーキュレータ
22：データリンク
30：受信装置
32：光復号部
36：連続波光源
40：閾値処理回路
42：光変調器
50：光分波器
52：光合波器
60：光符号器
70：光復号器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、時間分割波長ホップ光符号方式による光パケット通信を行う通信方法及びこの通信方法を実現するための通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを伝送路（データリンクと呼称されることもある。）として用いて構成される光パケット通信システムにおいて、光パケットに応じて伝送経路を交換する機能を光学的な技術によって実現する、いわゆるフォトニックネットワークが検討されている。このフォトニックネットワークにおいて、伝送路の交換は、複数の伝送路を結合する節（ネットワークノードと呼称されることもある。）で実行される。伝送路の交換とは、伝送路を切り替えることによって、受け取った光パケットを転送すべき隣接するネットワークノードを選定し、この選定した隣接するネットワークノードに向けて光パケットを転送する機能をいう。
【０００３】
光パケットがネットワークノードに到達すると、この光パケットに付されたアドレス情報に基づいて、この光パケットの最終到達場所である終点のホスト（エンドシステム）に向けてこの光パケットが伝送されるように、ネットワークノードに結合している複数の伝送路の中から特定の伝送路が自律的に選択される。すなわち、ネットワークノードを光パケットが通過する際に、この光パケットが次に到達すべき隣接するネットワークノードが自律的に選択され、そのネットワークノードに向けて送り出される。
【０００４】
ネットワークノードを光パケットが通過する際に、この光パケットが伝送される伝送路が自律的に決定されるためには、光パケットを送り出す通信の始点となるネットワークノード（始点となるホスト）ではアドレス情報が付与され、この光パケットを受け取ったネットワークノードではこのアドレス情報が認識される必要がある。このアドレス情報のやり取りに光符号化技術が利用される。
【０００５】
すなわち、この技術によれば、光パケットを送り出す通信の始点となるホストでは、アドレス情報の光符号化が行われ、この光パケットを受け取ったネットワークノードでは光符号化されたアドレス情報を認識して、この認識結果に基づいて、この光パケットが伝送される経路を自律的に決定するという光パケットルーティングが実行される。以後、符号化されたアドレス情報を認識することを、符号化されたアドレス情報を復号化するということもある。
【０００６】
光符号化する方法として、時間分割波長ホップ光符号化と呼ばれる方法が知られている。従来知られた時間分割波長ホップ光符号化方法の具体的実現手段は、以下で説明するように幾つか存在する。
【０００７】
例えば、光符号分割多重（OCDM: Optical Code Division Multiplexing）を応用した、時間分割波長ホップ光符号化が知られている（例えば、非特許文献1及び2を参照）。この時間分割波長ホップ光符号化においては、光パルス一つが複数個の光パルスに分割されるが、これら複数の光パルスの周波数（波長）は互いに異なっている。光符号化されて得られるこれら複数の光パルスからなる光パルス列がアドレス情報を構成するが、これら複数の光パルスの一つ一つを、以後チップパルスということもある。
【０００８】
すなわち、時間分割波長ホップ光符号化においては、周波数（波長）の異なるチップパルスからなる光パルス列が利用され、このチップパルスの相互間には決まった位相関係は存在しない。このように、時間分割波長ホップ光符号によって、相互間には決まった位相関係の存在しないチップパルスから成る光パルス列を利用してアドレス情報を生成することは、多波長光符号化と呼ばれることもある。
【０００９】
時間分割波長ホップ光復号化によるアドレス情報の認識は、例えば、時間領域での整合フィルタリングを行って自己相関関数を得、自己相関関数のピークの有無を判定することにより行なわれる。すなわち、自己相関関数のピークが存在すれば、送られてきた光パケットのアドレス情報であることが認識される。
【００１０】
上述した時間分割波長ホップ光符号方式においては、光変調器によって連続光を光パルス列に変換することによって発生するサイドバンドと称される光パルス同士が重なり干渉を起こし、光復号化が困難となることがある。
【００１１】
この問題を回避するには、光パケットを生成するための光源（例えば、Super Continuum(SC)光源）の波長帯域幅を広くする必要がある。このためには、光パケットを生成するための光パルス列を構成する光パルスの時間幅（光パルスの時間波形の半値幅）を狭くする必要がある。しかしながら、光パケットを生成するための光源の周波数帯域幅（波長帯域幅）に技術的な限界があるので、この光パルスの時間幅を狭くすることにも技術的限界がある。すなわち、光パルスの時間幅を狭くすることに限界があるので、上述のサイドバンドを構成する光パルス同士が重なり干渉を起こすという問題の解決を難しくしている。
【００１２】
そこで、モード同期状態にあるレーザから出力される光パルス列を利用して時間分割波長ホップ光符号化によって光パケット用のアドレス情報を生成することによって実現される通信方法が提案されている（例えば、特許文献1参照）。この通信方法によれば、従来の複数の半導体レーザを光源として得られる多波長連続光を用いた時間分割波長ホップ光符号化を実施する場合のように、光変調器によって連続光を光パルス列に変換することで発生するサイドバンド同士の重なりによる干渉の問題を考慮する必要がない。そのため、使用する光源の周波数(波長)の帯域幅を広く確保する必要がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−２５２７７８号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】" Experimental study on time-spread/wavelength-hop optical code division multiplexing with group delay compensating en/decoder," H. Tamai et al., IEEE Photon. Technol. Lett. vol. 16, No. 1,pp. 335-337, January 2004.
【非特許文献２】"Multi-hop, 40 Gbit/s variable length photonic packet routing based on multi-wavelength label switching, waveband routing, and label swapping," N. Wada et al., Optical Fiber Communication Conference (OFC) Tech. Dig., WG3, pp. 216-217, 2002.
【非特許文献３】Naoya Wada, et al., "A10 Gb/s Optical Code Division Multiplexing Using 8-Chip Optical Bipolar Code and Coherent Detection", Journal of Lightwave Technology, Vol. 17, No. 10, October1999.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述のモード同期状態にあるレーザから出力される光パルス列を利用して時間分割波長ホップ光符号化を行う通信方法では、時間分割波長ホップ光符号化によって生成されるアドレス情報を形成するチップパルスのそれぞれが、モード同期状態にあるレーザからの出力光の縦モード成分一つ分だけを含むように時間分割波長ホップ光符号化が行われている。このため、チップパルスの個々のエネルギーが小さく、受信側で光復号化されて生成されるアドレス情報の自己相関波成分のエネルギーも小さくなり、しかも自己相関波の時間軸上での半値幅も広い。
【００１６】
すなわち、上述の特許文献１等に開示された、モード同期レーザを利用する従来の時間分割波長ホップ光符号方式の光通信においては、自己相関波成分のエネルギーが小さいことから、増幅器によって自己相関波成分のエネルギーを増幅する必要が発生する。また、自己相関波成分のエネルギーを増幅しても自己相関波の時間軸上での半値幅も広いため、受信側で自己相関波成分を分離するための閾値処理が難しくなる場合が発生するという問題点を含んでいる。
【００１７】
そこで、この発明の目的は、自己相関波成分のエネルギーが増幅器を必要としない程度の大きさに得られ、しかも受信側で自己相関波成分を分離するための閾値処理が容易に実現可能である時間分割波長ホップ光符号方式による通信方法及び通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この出願に係る発明者は、時間分割波長ホップ光符号化によって生成されるアドレス情報を形成するチップパルスのそれぞれが、モード同期状態にあるレーザからの出力光の縦モード成分を複数分含む広さの帯域幅に相当する十分に広いスペクトル帯域を有するように時間分割波長ホップ光符号化を行えば、上述の課題が解決されることに思い至った。
【００１９】
すなわち、これによって、チップパルスのそれぞれのエネルギーを十分大きく取れるので、復号化されて得られる自己相関波成分のエネルギーを、増幅器を必要としない程度の大きさにすることが可能であり、かつ自己相関波の時間軸上での半値幅も、受信側で自己相関波成分を分離するための閾値処理が容易に実現されるために十分な幅にすることが可能であることを確信した。
【００２０】
この発明の要旨によれば、時間分割波長ホップ光符号方式による通信方法及びこの方法を実現させるための通信システムは、以下の特徴を具えている。
【００２１】
この発明の第1の通信方法は、送信ステップと受信ステップとを含んで構成される。送信ステップは、光源から、時間軸上に一定の間隔で光パルスが並ぶ光パルス列を出力し、この光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報を生成して、データリンクを介して該アドレス情報を送信するステップである。受信ステップは、アドレス情報をデータリンクを介して受信して、このアドレス情報を時間分割波長ホップ光復号化するステップである。
【００２２】
そして、送信ステップは、時間分割波長ホップ光符号化において、光パルス列を構成する光パルスのそれぞれを、時間軸上に順次並ぶ、第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成るチップパルス列（Nは2以上の整数）に変換することによって得られた当該チップパルス列を、アドレス情報として生成するステップである。
【００２３】
また、時間分割波長ホップ光符号化は、N個の単位ファイバブラック格子(FBG: Fiber Bragg Grating)を具えて構成される光符号部によって実行される。そして、これらN個の単位FBGのそれぞれは、格子間隔が光の導波方向に沿って単調に増大又は減少するように形成されている。
【００２４】
この発明の第2の通信方法は、送信ステップと受信ステップとを含んで構成される。送信ステップは、モード同期状態にあるレーザから、時間軸上に一定の間隔で光パルスが並ぶ光パルス列を出力し、この光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報を生成して、データリンクを介して該アドレス情報を送信するステップである。受信ステップは、アドレス情報を、データリンクを介して受信して、このアドレス情報を時間分割波長ホップ光復号化するステップである。
【００２５】
そして、送信ステップにおいて、アドレス情報を構成するチップパルスのそれぞれが、複数の縦モード成分を含むように、光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化される。
【００２６】
上述のこの発明の時間分割波長ホップ光符号方式による通信方法を実現する通信システムは、送信装置と受信装置とを具えて構成される。
【００２７】
送信装置は、時間軸上で一定の間隔で光パルスが並ぶ光パルス列を生成する光源と、この光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報を生成する光符号部とを具え、データリンクを介してアドレス情報を送信する。
【００２８】
また、受信装置は、このアドレス情報を時間分割波長ホップ光復号化する光復号部を具え、データリンクを介してアドレス情報を受信する。
【００２９】
光符号部は、光パルス列を構成する光パルスのそれぞれを、時間軸上に時間分割波長ホップして順次並ぶ、第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成るチップパルス列（Nは2以上の整数）に変換することによって、アドレス情報を生成するFBGを具えている。光符号部はN個の単位FBGを具えて構成されており、N個の単位FBGのそれぞれは、格子間隔が光の導波方向に沿って単調に増大又は減少するように形成されている。
【００３０】
この光符号部は具体的に次の構成とするのが好適である。すなわち、光符号部は、第1〜第N単位FBGが順次光の導波方向に沿って配置されており、第k単位FBGは、光導波路の導波方向に沿って屈折率が極大となる第1〜第n格子点が順次並んでおり、第j番目と第(j＋1)番目の格子点の格子間隔nΛjを次式(1)で与えられる関係に設定する。
kΛj＝kΛ1＋(j-1)ΔkΛ (1)
ここで、kは1〜Nまでの全ての整数であり、jは1≦j≦nを満たす全ての整数であり、ΔkΛ及びkΛ1はそれぞれ定数である。また、nは2以上の整数である。
【００３１】
また、光源としてモード同期状態にあるレーザを利用するのが好適である。
【００３２】
光復号部は、光符号部と同一構造のN個の単位FBGを具え、かつこの光復号部が具えるN個の単位FBGと、光符号部が具えるN個の単位FBGとは、入出力端が互いに逆になるように設置することで実現される。
【発明の効果】
【００３３】
この発明の第1の通信方法によれば、時間分割波長ホップ光符号化が、N個の単位FBGによって実行され、これらN個の単位FBGのそれぞれは、格子間隔が光の導波方向に沿って単調に増大又は減少するように形成されている。すなわち、これらN個の単位FBGのそれぞれは、いわゆるチャープグレーティングである。
【００３４】
単位FBGがチャープグレーティングであることから、時間分割波長ホップ光符号化によって生成されるアドレス情報を形成するチップパルスのそれぞれのスペクトル帯域幅は十分に広い帯域とすることができる。
【００３５】
例えば、光符号部を構成している第1〜第N単位FBGを順次光の導波方向に沿って配置し、第k単位FBGを、光導波路の導波方向に沿って屈折率が極大となる第1〜第n格子点を順次並べることによって形成し、第j番目と第(j＋1)番目の格子点の格子間隔nΛjを上述の式(1)で与えられる関係に設定すれば、ΔnΛ及びnの値を調整することによって、チップパルスのそれぞれのスペクトル帯域幅を自由に調整することが可能である。
【００３６】
チップパルスのそれぞれのスペクトル帯域幅を広げることによって、チップパルスのそれぞれのエネルギーを十分大きく取れるので、復号化されて得られる自己相関波成分のエネルギーを、増幅器を必要としない程度の大きさにすることが可能となる。また、自己相関波の時間軸上での半値幅を、受信側で自己相関波成分を分離するための閾値処理が容易に実現することが可能な幅にすることができる。
【００３７】
この発明の第2の通信方法によれば、送信ステップにおいて、アドレス情報を構成するチップパルスのそれぞれが、複数の縦モード成分を含むように、光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化される。このため、チップパルスのそれぞれのスペクトル帯域幅は十分に広く取られている。
【００３８】
従って、上述の第1の通信方法と同様に、チップパルスのそれぞれのエネルギーを十分大きく取れる。従って、第2の通信方法によっても上述の第1の通信方法によって得られる効果と同一の効果が得られる。
【００３９】
この発明の時間分割波長ホップ光符号による通信システムによれば、送信装置の光符号部で、光パルス列に対して時間分割波長ホップ光符号化が行われ、光パケット用のアドレス情報が生成されて送信される送信ステップが実現される。受信装置では、光復号部で、アドレス情報の時間分割波長ホップ光復号化が行われ、アドレス情報が受信される受信ステップが実現される。
【００４０】
時間分割波長ホップ光符号化は、送信装置に具えられる光符号部によって実行される。光源としてモード同期状態にあるレーザを利用した場合は、光符号部を構成する単位FBGのチャープ量を規定するΔnΛ及びnの値を調整することによって、チップパルスのそれぞれのスペクトル帯域幅を、複数の縦モード成分を含む幅に設定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施形態である時間分割波長ホップ光符号方式による通信システムの概略的ブロック構成図である。
【図２】光源の一例を示す概略的ブロック構成図である。
【図３】スペクトル時間変調方式による光符号化及び光復号化の原理についての説明に供する図であり、(A)は光符号部に入力される光パルス列の周波数スペクトルを示す図であり、(B)は光符号部から出力されるアドレス情報の周波数スペクトルを示す図であり、(C)は光復号部から出力される自己相関波の周波数スペクトルを示す図であり、(D)は光復号部から出力される相互相関波の周波数スペクトルを示す図である。
【図４】時間分割波長ホップ光符号方式による光符号器及び光復号器の構造についての説明に供する図であり、(A)は光符号器の模式的概略図であり、(B)は光復号器の模式的概略図であり、(C)は光符号器の動作原理の一般的な説明に供する図である。
【図５】この発明の実施形態の光符号器と光復号器との関係を、機能ブロックに分解して表現した図である。
【図６】この発明の実施形態の時間分割波長ホップ光符号方式の光符号器及び光復号器の構造についての説明に供する図であり、(A)は第1単位FBG〜第5単位FBGを含む光符号器の概略的模式図であり、(A-1)は第1単位FBGの部分の詳細図であり、(A-2)は第2単位FBGの部分の詳細図である。
【図７】BPFの周波数帯域幅とBPFによって透過される縦モードの数の関係を示す図である。
【図８】自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比が光符号器及び光符号器を構成するBPFの帯域幅にどのように依存するかについてのシミュレーションの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図を参照して、この発明の実施形態につき説明する。なお、各図は、この実施形態に係る一構成例に対するものであり、この発明の実施形態が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の機器及び条件等を用いることがあるが、これら材料及び条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。また、以下に示す図において、光ファイバ等の光信号の経路を太線で示し、電気信号の経路を細線で示してある。
【００４３】
＜時間分割波長ホップ光符号方式による通信システム＞
図1を参照して、この発明の実施形態である時間分割波長ホップ光符号方式による通信システムの構成及び、この通信システムの動作について説明する。図1は、この発明の実施形態である時間分割波長ホップ光符号方式による通信システムの概略的ブロック構成図である。図1ではこの発明に係る構成要素のみを示してあり、この発明の通信システムが基本的に具えるべき周知の構成要素、例えば、通信に使われる送信信号生成装置、あるいは光パケット生成装置(フレーム生成装置)等については図示を省略してある。
【００４４】
この発明の実施形態である時間分割波長ホップ光符号方式による通信システムは、送信装置10と受信装置30とを具えて構成される。
【００４５】
送信装置10は、時間軸上で一定の間隔で光パルスが並ぶ光パルス列15を生成する光源14と、この光パルス列15を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報21を生成する光符号部16を具えている。アドレス情報21は、データリンク22を介して受信装置30に送られる。
【００４６】
光符号部16は、N個の単位FBG 18と光サーキュレータ20とを具えて構成される。光パルス列15は、光サーキュレータ20を介してN個の単位FBG 18に供給されて、N個の単位FBG 18において時間分割波長ホップ光符号化され、光サーキュレータ20を介してアドレス情報21として出力される。
【００４７】
時間分割波長ホップ光符号化は、光パルス列15を構成する光パルスのそれぞれを、時間軸上に時間分割波長ホップして順次並ぶ、第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成るチップパルス列（Nは2以上の整数）に変換することに相当する。この時間分割波長ホップ光符号化を行ってアドレス情報21を生成するのがN個の単位FBG 18である。
【００４８】
詳細は後述するが、N個の単位FBG 18は、N個の単位FBGを具えて構成されており、N個の単位FBGのそれぞれは、格子間隔が光の導波方向に沿って単調に増大又は減少するように形成されている。これによって、生成されるアドレス情報21を構成するチップパルスのそれぞれが、格子間隔が光の導波方向に沿って一定間隔に形成されているN個の単位FBGによってアドレス情報を生成した場合と比較して、より広いスペクトル帯域を有するようになる。
【００４９】
光源14は、光源駆動用電源12によって駆動されて、光源駆動用電源12から供給される高周波電気信号に同期した光パルス列15を出力する。詳細な説明は省略するが、送信装置10において、光源駆動用電源12から出力される高周波電気信号は、周知の方法で送信信号を生成するための基本クロック信号として利用される。また、受信装置30において、光源駆動用電源12から供給される高周波電気信号が周知の方法で再生されて、アドレス情報21を含んで構成される光パケット信号（フレーム信号）のペイロードから受信信号を再生するための基本クロック信号として利用される。
【００５０】
光源14は、例えば、連続波光源36と光変調器42とを具えて図2に示すように構成することができる。図2は光源の一例を示す概略的ブロック構成図である。連続波光源36から出力される連続波光は、光変調器42に入力され、光パルス列15に変換されて出力される。光変調器42は、光源駆動用電源12から供給される高周波電気信号によって駆動され、この光変調器42から出力される光パルスの繰り返し周波数はこの高周波電気信号の周波数と等しくなる。
【００５１】
連続波光源36は通常の連続発振している波長がそれぞれ相異なる複数の半導体レーザの出力光を合波することによって実現される。光変調器42として電界吸収型光変調器（EAM: Electro-Absorption Modulator）等の周知の素子を適宜利用することが可能である。また、光源14として、モード同期半導体レーザを利用するのが好適である。
【００５２】
受信装置30は受信されたアドレス情報21を時間分割波長ホップ光復号化する光復号部32を具えている。
【００５３】
光復号部32は、N個の単位FBG 34と光サーキュレータ38とを具えて構成される。アドレス情報21は、光サーキュレータ38を介してN個の単位FBG 34に供給されて、N個の単位FBG 34において時間分割波長ホップ光復号化され、光サーキュレータ38を介して光復号化信号39として出力され閾値処理回路40に入力される。
【００５４】
光復号部32が、光符号部16が具えるN個の単位FBG 18と同一構造のN個の単位FBG 34を具え、かつこの光復号部32が具えるN個の単位FBG 34と光符号部16が具えるN個の単位FBG 18とは、入出力端が互いに逆になるように設置されている場合、アドレス情報21は、顕著なピークを一つだけ含む自己相関波として生成される。一方、光復号部32が、光符号部16が具えるN個の単位FBG 18と異なる構造である場合は、アドレス情報21は、顕著なピークの現れない相互相関波として生成される。
【００５５】
光復号部32から出力される光復号化信号39は閾値処理回路40に入力されて、入力された光復号化信号39に顕著なピークが存在するか否かが判定される。そこで、顕著なピークが存在すると判定された場合は、アドレス情報21は受信装置30に宛てて送信されたものであると認識される。一方顕著なピークが存在しないと判定された場合は、アドレス情報21は受信装置30に宛てて送信されたものではないものと認識される。
【００５６】
以上説明したように、送信装置10において送信ステップが実現され、受信装置30において受信ステップが実現される。
【００５７】
一般に光パケット通信システムにおいては、複数のネットワークノードがその構成要素として含まれており、このネットワークノードのそれぞれは互いにデータリンクを介して網目状に接続されている。上述の送信装置10及び受信装置30のいずれもネットワークノードの送信装置及び受信装置として機能する装置であり、それぞれのネットワークノードには、送信装置10及び受信装置30が設置されている。すなわち、それぞれのネットワークノードは、送信機能と受信機能を併せ持つように構成されており、それぞれのネットワークノードでは、個々の通信ごとに送信装置10が機能したり、あるいは受信装置30が機能したりすることが可能なように構成されている。
【００５８】
＜時間分割波長ホップ光符号方式による光符号化及び光復号化＞
図3(A)〜(D)を参照して、時間分割波長ホップ光符号方式による光符号化及び光復号化の原理について説明する。
【００５９】
時間分割波長ホップ光符号方式による光符号化は、入力光パルスを、時間軸上に並ぶ複数のチップパルスに分割し、しかもチップパルスのそれぞれのスペクトルが互いに異なっている状態にすることによって光符号化する方式である。光パルスが時間軸上に並ぶ複数のチップパルスに分割されることから時間分割であり、かつチップパルスのそれぞれのスペクトルが互いに異なった状態になっていることから波長ホップされているので、この符号化復号化の方式は時間分割波長ホップ光符号方式と呼称される。
【００６０】
チップパルスのそれぞれのスペクトルについて周波数空間で表現しても波長空間で表現しても、同様に時間分割波長ホップ光符号方式による光符号化についての基本原理を説明できる。従って、特に周波数空間であるか波長空間であるかを区別することなく光符号化に関する説明を行うことができるので、時間分割波長ホップ光符号方式による光符号化を、スペクトル時間変調方式による光符号化ということもある。
【００６１】
図3(A)〜図3(D)は、スペクトル時間変調方式による光符号化及び光復号化の原理についての説明に供する図であり、各図とも横軸に時間軸をとり、斜め縦軸に周波数軸をとって示してある。図3(A)は光符号部に入力される光パルス列の周波数スペクトルを示す図であり、図3(B)は光符号部から出力されるアドレス情報の周波数スペクトルを示す図であり、図3(C)は光復号部から出力される自己相関波の周波数スペクトルを示す図であり、図3(D)は光復号部から出力される相互相関波の周波数スペクトルを示す図である。
【００６２】
光符号部に入力される光パルス列を構成する光パルスのスペクトルは、光源から出力される出力光のスペクトルと一致している。そして、光符号部に入力される光パルス列を構成する光パルスは、図3(A)に示すように、時間軸上のT0の位置に存在する。この光パルスが光符号部によってスペクトル時間変調されると、図3(B)に示すように、スペクトル帯域を持つチップパルスが異なる時間軸の位置に存在する状態となる。
【００６３】
図3(A)〜図3(D)では、灰色で示す直方体としてチップパルスを模式的に示しており、この直方体の時間軸方向の一辺の長さをチップパルスの時間幅に、この直方体の周波数軸方向の一辺の長さをチップパルスの周波数帯域幅に、また、この直方体の高さをチップパルスの光強度に比例する長さとなるように、それぞれ対応させて示してある。同一時間に複数のチップパルスが並んでいる場合は、その時間において単一の光パルスが存在すること示している。従って、図3(A)に示すように、時間軸上のT0の位置に5つのチップパルスが重なっているので、時間軸上のT0の位置に光パルスが一つ存在する状態を示している。また、図3(C)においても、時間軸上のT6の位置に5つのチップパルスが重なっているので、時間軸上のT6の位置に光パルスが一つ存在する状態を示している。
【００６４】
図3(A)〜図3(D)では、時間拡散されて時間軸上に並ぶチップパルス列のそれぞれが有する周波数スペクトルの中心周波数を、f1〜f5と示してある。すなわち、光パルスが、周波数スペクトルの中心周波数がそれぞれf1〜f5である5つのチップパルス列に変換されるものとして示してある。
【００６５】
時間分割波長ホップ光符号方式において、一般的には、光符号化によって生成されるチップパルスの数は5つに限定されるものではなく、2つ以上であれば幾つでもよい。また、図3(A)〜図3(D)では、チップパルスのそれぞれが有する周波数スペクトルの周波数帯域幅をすべて等しいとして示してあるが、周波数帯域幅をすべて等しく設定する必要はない。更に、時間軸上のT1、T2等で示されている時間グリットの間隔も等間隔である必要はない。ただし、以下の説明においては、説明が煩瑣になることを回避するため、チップパルスのそれぞれが有する周波数スペクトルの周波数帯域幅をすべて等しいものとする。
【００６６】
光パルスが光符号部によってスペクトル時間変調されて得られるアドレス情報が、光符号部と同一構造の光復号部で復号化されると、図3(C)に示すように、一つの光パルスが時間軸上の一点（図3(C)ではT6の位置）に局在する状態となり、自己相関波のピークを与える信号が得られる。
【００６７】
一方、アドレス情報が、光符号部と異なる構造の光復号部で復号化されると、図3(D)に示すように、チップパルスのそれぞれが時間軸上の異なる位置に分散して存在する相互相関波を与える複数のピークが含まれる信号が得られる。
【００６８】
図4(A)〜図4(C)を参照して、時間分割波長ホップ光符号方式による光符号器及び光復号器の構成について説明する。図4(A)〜図4(C)は、時間分割波長ホップ光符号方式による光符号器及び光復号器を構成するN個の単位FBGの構造についての説明に供する図であり、図4(A)は光符号器を構成するN個の単位FBGの模式的概略図であり、図4(B)は光復号器を構成するN個の単位FBGの模式的概略図であり、図4(C)は光符号器の動作原理の一般的な説明に供する図である。
【００６９】
図4(A)及び図4(B)は、単位FBGのコアの光の導波方向に平行な方向に沿った屈折率分布構造を模式的に示しており、ここでは光符号部を5つの単位FBGによって構成されているものとして示してある。図4(A)及び図4(B)に示す光符号器及び光復号器の光入出力端は、図4(A)及び(B)の左側に設定されているものとする。また、説明の便宜上、SSFGBに配置された単位FBGを図4(A)及び(B)の左側から右側に向って順次第1〜第5単位FBGとする。
【００７０】
図4(A)に示す光符号器として機能する第1〜第5単位FBGのそれぞれのブラッグ反射光のスペクトル通信周波数はf1、f2、f3、f4、及びf5である。そして、第1〜第5単位FBGのそれぞれの周波数帯域幅はΔfである。図4(A)及び図4(B)において、第1〜第5単位FBGをそれぞれFBG-1〜FBG-5と示してある。
【００７１】
光符号器として機能する図4(A)に示す単位FBGは、光入出力端に近い側から順次FBG-1、FBG-2、FBG-3、FBG-4、FBG-5と配列されている。一方光復号器として機能する図4(B)に示す単位FBGは、光入出力端に近い側から順次FBG-1、FBG-3、FBG-5、FBG-2、FBG-4と配列されている。
【００７２】
単位FBGの配列順序が異なっているので、図4(A)に示す光符号器で生成されたアドレス情報は図4(B)に示す光復号器では相互相関波に変換される。すなわち複数の強度の小さいピークを有する信号として出力される。
【００７３】
一方、光復号器を構成する単位FBGの配列順序を、図4(A)に示す光符号器と同一とし、かつ光入出力端を、光符号器とは逆の端に設定すれば、アドレス情報は自己相関波に変換される。すなわち単一の強度の大きいピークを有する信号として出力される。このピークが閾値処理回路で検出されれば、アドレス情報を受信したものとして処理される。
【００７４】
光符号器として機能する図4(A)に示す単位FBGで生成されたアドレス情報を、自己相関波に変換するには、この光復号器の光入出力端に近い側から順次FBG-5、FBG-4、FBG-3、FBG-2、FBG-1と配列すればよいことが分かる。
【００７５】
この発明に利用する時間分割波長ホップ光符号方式を実現する光符号化及び光復号化について一般的に説明するため、図4(A)及び(B)に示す光符号器及び光復号器の機能を、バンドパスフィルタとしての機能と光遅延器としての機能の組み合わせとして理解するのが便利である。
【００７６】
光符号器の動作原理の一般的な説明に供する図4(C)を参照してN個の単位FBGの機能が、バンドパスフィルタとしての機能と光遅延器としての機能の組み合わせとしてどのように理解されるかにつき説明する。
【００７７】
図4(A)に示す光符号器に光パルスが入力されると、FBG-1で中心周波数がf1であり周波数帯域幅がΔfであるチップパルスがブラッグ反射され、光パルスが光符号器に入力されてから時間T1の後に出力される。すなわち、FBG-1において、入力光パルスは透過中心周波数がf1であり透過周波数帯域幅がΔfであるバンドパスフィルタでフィルタリングされて、T1の時間遅延を与えられて出力されたものと理解することができる。
【００７８】
透過中心周波数がf1であり透過周波数帯域幅がΔfであるバンドパスフィルタの透過特性とは、このバンドパスフィルタに入力された光信号は、その周波数帯域がf1-(Δf/2)〜f1+(Δf/2)で与えられる周波数の範囲の信号成分を透過し、この条件を満たさない周波数成分を遮断する周波数透過特性であることを意味する。
【００７９】
同様にFBG-2〜FBG-5においても透過中心周波数がそれぞれf2〜f5であり透過周波数帯域幅がΔfであるチップパルス成分がフィルタリングされて、それぞれT2〜T5の時間遅延を与えられて出力されたものと理解することができる。
【００８０】
従って、光符号器として機能するN個の単位FBGを、その機能を果す手段を機能ブロックに分解して、図4(C)に示すように、光分波器50、バンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5、及び光遅延器Z-1〜Z-5の組み合わせとして表現することが可能である。
【００８１】
入力光パルス49は光分波器50で5分割されて、それぞれバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5に入力される。バンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5のそれぞれによって、中心周波数がf1〜f5のチップパルスが生成される。中心周波数がf1〜f5のチップパルスはそれぞれ光遅延器Z-1〜Z-5に入力されて、T1〜T5の時間遅延を与えられて出力される。
【００８２】
光符号器として機能するN個の単位FBGから出力されるアドレス情報は、光遅延器Z-1〜Z-5からそれぞれ出力されるチップパルスが合波され、時間軸上に並ぶチップパルス列の形態として規定される。すなわち、光符号器から出力されるアドレス情報は、光遅延器Z-1〜Z-5からそれぞれ出力されるチップパルスが合波されて、アドレス情報としてデータリンクに送り出される。図4(C)には、光遅延器Z-1〜Z-5からそれぞれ出力されるチップパルスを合波する機能部分の図示を省略してあるが、光符号器としての基本的機能は、図4(C)に示す機能ブロック構成図によって表されている。
【００８３】
光符号器及び光復号器には、上述のFBG型以外にも、トランスバーサル型フィルタ構造のPLC（Planar Lightwave Circuit）等を利用することもできる（例えば、非特許文献3を参照）。すなわち、図4(C)に示す機能ブロック構成図によって表される機能を有する素子を使えば、この発明の時間分割波長ホップ光符号方式の通信システムを構築することが可能である。
【００８４】
この発明の実施形態の光符号器と光復号器との関係を、その機能を果す手段を機能ブロックに分解して表現すると、図5に示すとおりとなる。図5は、この発明の実施形態の光符号器60と光復号器70との関係を、機能ブロックに分解して表現した図である。図5においては、説明の煩雑を回避するため、光符号器60においてチップパルスを合波する機能部分の図示を省略してあり、光復号器70においてアドレス情報を分波する機能部分の図示を省略してある。
【００８５】
図5において、光符号器60は、上述の図4(C)に示した光符号器と同一の光符号器である。上述のように、光分波器50に入力された光パルス49は時間分割波長ホップ光符号化されてアドレス情報として生成されて、光符号器60から出力される。ここでも、光遅延器Z-1〜Z-5からそれぞれ出力されるチップパルスを合波する機能部分の図示を省略してある。
【００８６】
また、光復号器70においても、アドレス情報を強度分割する分波の機能部分の図示を省略してある。光符号器60が具える光遅延器Z-1〜Z-5からそれぞれ出力されるチップパルスが合波されたアドレス情報がデータリンクに送り出されると、光復号器70では、このアドレス情報を光分波器（図示を省略してある。）で5分割して、それぞれの信号を光復号器70のバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5に入力する。
【００８７】
光復号器70において、光復号器70の光遅延器Z-1〜Z-5からそれぞれ出力されるチップパルスが光合波器52によって合波されることによって、アドレス情報の再生信号71である相互相関波あるいは自己相関波が生成される。
【００８８】
光符号器60において、バンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5と光遅延器Z-1〜Z-5との接合関係を変更することによって、設定する符号を変更することが可能である。同様に光復号器70においてもバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5と光遅延器Z-1〜Z-5との接合関係を変更することによって、復号化して自己相関波を生成することが可能である符号の設定を変更することが可能である。
【００８９】
光符号器60及び光復号器70を5個の単位FBGで構成するとすれば、バンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5がそれぞれ単位FBG-1〜単位FBG-5に対応し、光遅延器Z-1〜Z-5は、単位FBG-1〜単位FBG-5を配置する位置に対応する。
【００９０】
図5においては、光符号器60は、バンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5に対してそれぞれ光遅延器Z-1〜Z-5が対応させて構成されているのに対して、光復号器70は、バンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5に対してそれぞれ光遅延器Z-1、Z-4、Z-2、Z-5、Z-3を対応させて構成されているので、光符号器60で生成されたアドレス情報は、光復号器70では自己相関波としては生成されず、相互相関波として生成される。
【００９１】
光符号器60で生成されたアドレス情報が光復号器70で自己相関波として生成されるためには、光符号器60におけるバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5と光遅延器Z-1〜Z-5との接合関係と、光復号器70におけるバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5と光遅延器Z-1〜Z-5との接合関係との間に一定の関係を満たすことが必要である。
【００９２】
この一定の関係とは、以下に説明する関係である。
【００９３】
光符号器60においてバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5のそれぞれに、光遅延器Z-1、Z-2、Z-3、Z-4、Z-5が接合されており、光復号器70においてバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5のそれぞれに、光遅延器Z-p、Z-q、Z-r、Z-s、Z-tが接合されているものと仮定する。そして、光符号器60が具える光遅延器Z-1、Z-2、Z-3、Z-4、Z-5のそれぞれが付与する光遅延量をz-1、z-2、z-3、z-4、z-5とし、光復号器70が具える光遅延器Z-p、Z-q、Z-r、Z-s、Z-tのそれぞれが付与する光遅延量をz-p、z-q、z-r、z-s、z-tと仮定する。
【００９４】
この場合、光符号器60で生成されたアドレス情報が光復号器70で自己相関波として生成されるための条件は、次式(2)で与えられる
z-1＋z-p＝z-2＋z-q＝z-3＋z-r＝z-4＋z-s＝z-5＋z-t (2)
ここで、数列（p, q, r, s, t）は、1〜5の整数を、重複を許さずに並べた任意の順列を意味している。すなわち、(p, q, r, s, t)＝(1, 4, 2, 5, 3)である場合は、光復号器70においてバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5のそれぞれに、光遅延器Z-1、Z-4、Z-2、Z-5、Z-3が接合されて形成された形態の光復号器を意味している。
【００９５】
式(2)は、光符号器60及び光復号器70が5つのバンドパスフィルタと5つの光遅延器によって構成されている場合、すなわち、入力光パルス1つ分を5つのチップパルスに変換することによって符号化する場合を想定した場合に与えられる関係式であるが、チップパルス数を幾つに変換するかにはかかわらず一般的に成り立つ関係式である。
【００９６】
一般に、光符号器及び光復号器が、M個のバンドパスフィルタとこれらバンドパスフィルタにそれぞれ1つずつ接合された合計M個の光遅延器から構成されている場合は、入力光パルス1つ分をM個のチップパルスに変換することによって符号化される。この場合、光符号器60が具えるM個のバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-Mの内のBPF-αに光遅延器Z-αが接合されており、光復号器70が具えるM個のバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-Mの内のBPF-αに光遅延器Z-βが接続されている場合、上述の式(2)を一般化した以下に示す関係式(3)を満たす場合、光符号器60で生成されたアドレス情報が光復号器70で自己相関波として生成される。
【００９７】
光遅延器Z-αが付与する光遅延量をz-αとし、光遅延器Z-βが付与する光遅延量をz-βとすると、
z-α＋z-β＝τ (3)
ここで、τは、α及びβの値にかかわらず一定の定数、Mは2以上の正の整数、α及びβはM以下の整数である。上述した図3(C)においてT6に相当する時間がτに対応する。
【００９８】
図5に示す例では、光符号器60が具えるバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5のそれぞれに光遅延器Z-1、Z-2、Z-3、Z-4、Z-5が接合されているので、光復号器70が具えるバンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5のそれぞれに光遅延器Z-5、Z-4、Z-3、Z-2、Z-1が接合されている場合に、光符号器60で生成されたアドレス情報が光復号器70で自己相関波として生成される。
【００９９】
これは、光符号器60及び光復号器70を5個の単位FBGで実現させる場合、両者の5個の単位FBGが同一構造であり、かつ光復号部70と、光符号部60とは、入出力端が互いに逆に設定されていることに対応する。
【０１００】
また、光符号器60及び光復号器70を5個の単位FBGによって実現する場合、バンドパスフィルタBPF-1〜BPF-5と光遅延器Z-1〜Z-5との対応関係の変更は、第1単位FBG〜第5単位FBGの配列順序を変更することで実現される。
【０１０１】
＜単位FBGの構造＞
図6(A)、図6(A-1）及び図6(A-2)を参照して、この発明の実施形態の時間分割波長ホップ光符号方式の光符号化及び光復号化を実現する単位FBGの構造について説明する。図6(A)、図6(A-1）及び図6(A-2)は、この発明の実施形態の時間分割波長ホップ光符号方式の光符号化及び光復号化を実現する単位FBGの構造についての説明に供する図であり、図6(A)は第1単位FBG〜第5単位FBGを含む光符号器の概略的模式図であり、図6(A-1)は第1単位FBGの部分の詳細図であり、図6(A-2)は第2単位FBGの部分の詳細図である。
【０１０２】
図6(A)において複数の縦の線分は、光導波路の導波方向に沿って屈折率が極大となる格子点の位置を示しており、図6(A-1)及び図6(A-2)においては、影をつけた矩形部分とこの矩形部分に隣接する右側の影が付けられていない矩形部分の一組が、屈折率の周期構造の１周期を表している。
【０１０３】
図6(A)において、第1単位FBG〜第5単位FBGをそれぞれFBG-1〜FBG-5と示してある。
【０１０４】
第1単位FBGは、光導波路の導波方向に沿って屈折率が極大となる第1〜第n格子点が順次並んでおり、第j番目と第(j＋1)番目の格子点の格子間隔1Λjを次式(1-1)で与えられる関係に設定されている。
1Λj＝1Λ1＋(j-1)Δ1Λ (1-1)
ここで、jは1≦j≦nを満たす全ての整数であり、Δ1Λ及び1Λ1はそれぞれ定数である。また、nは2以上の整数である。
【０１０５】
また、第2単位FBGは、光導波路の導波方向に沿って屈折率が極大となる第1〜第n格子点が順次並んでおり、第j番目と第(j＋1)番目の格子点の格子間隔2Λjを次式(1-2)で与えられる関係に設定されている。
2Λj＝2Λ1＋(j-1)Δ2Λ (1-2)
ここで、jは1≦j≦nを満たす全ての整数であり、Δ2Λ及び2Λ1はそれぞれ定数である。また、nは2以上の整数である。
【０１０６】
また、光符号器の入出力端から第1単位FBGの中心位置までの間隔、第1単位FBGと第2単位FBGとの間隔、第2単位FBGと第3単位FBGとの間隔、第3単位FBGと第4単位FBGとの間隔、第4単位FBGと第5単位FBGとの間隔がそれぞれd1〜d5となるように設定されている。
【０１０７】
このように第1単位FBG〜第5単位FBGを配置すれば、上述の光遅延器Z-1〜Z-5によって遅延される遅延量が、それぞれ光がd1〜d5で与えられている間隔を光が往復する時間に等しく設定されたことになる。
【０１０８】
一般に、光符号器がN個の単位FBGを具えている場合は、上述したように、第1〜第N単位FBGが順次光の導波方向に沿って配置されており、第k単位FBGは、光導波路の導波方向に沿って屈折率が極大となる第1〜第n格子点が順次並んでおり、第j番目と第(j＋1)番目の格子点の格子間隔nΛjを次式(1)で与えられる関係に設定すればよい。
kΛj＝kΛ1＋(j-1)ΔkΛ (1)
ここで、jは1≦j≦nを満たす全ての整数であり、ΔkΛ及びkΛ1はそれぞれ定数であり、nは2以上の整数である。また、kは、光符号器を構成するN個の単位FBGを指定するパラメータであるから、1〜Nまでの全ての整数値をとる。
【０１０９】
また、上述のように第1〜第N単位FBGが含む格子点がすべてnに等しい必要はなく、単位FBGごとに含まれる格子点の数が異なるように設定してもよい。すなわち、格子点の数nを全ての単位FBGが等しくなるように設定する必要はない。
【０１１０】
＜自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク比＞
この発明の実施形態の時間分割波長ホップ光符号方式の光符号化及び光復号化の処理によって得られる自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比が、光符号器及び光復号器を構成するBPFの帯域幅にどのように依存するかについてシミュレーションをした。その結果、時間分割波長ホップ光符号化によって生成されるアドレス情報を形成するチップパルスのそれぞれが、モード同期状態にあるレーザからの出力光の縦モード成分一つ分だけを含むように時間分割波長ホップ光符号化を行った場合のピーク強度の比と比較して、縦モード成分を複数含むように時間分割波長ホップ光符号化を行った場合のピーク強度の比のほうが大きく取れることを確認した。
【０１１１】
光源として繰り返し周波数が10 GHzで動作するモード同期半導体レーザを利用した場合を想定し、BPFの周波数帯域幅を、縦モード成分一本を含む広さから13本分を含む広さまで変えた場合について、シミュレーションによって自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比がどのように与えられるかを調べた。
【０１１２】
図7(A)及び図7(B)は、BPFの周波数帯域幅と、BPFによって透過される縦モードの数の関係を示す図である。図7(A)及び図7(B)は、横軸に周波数を任意スケールで目盛って示してあり、縦軸に光強度を対数の任意スケールで目盛って示してある。図7(A)は、光符号器によって生成される光パルス列（アドレス情報）を構成するチップパルスが、1つ分の縦モード成分を含むように生成される場合を示しており、図7(B)は、光符号器によって生成される光パルス列（アドレス情報）を構成するチップパルスが、6つ分の縦モード成分を含むように生成される場合を示している。
【０１１３】
すなわち、この発明の時間分割波長ホップ光符号方式の通信システムにおいては、図7(B)に示すように、チップパルスのそれぞれが複数の縦モード成分を含むように光符号化されてアドレス情報が生成される。
【０１１４】
図7(A)及び図7(B)において、BPF-1〜BPF-5と示す波長領域がそれぞれ、図4(C)に示した光符号器の動作原理の一般的な説明図のBPF-1〜BPF-5にそれぞれ相当するBPFの透過周波数帯域を示している。
【０１１５】
図7(A)に示すような透過周波数帯域を持つBPFで構成される光符号器で時間分割波長ホップ光符号化を行うのが従来の方式であり、アドレス情報を構成するチップパルスが、1つ分の縦モード成分を含むように生成される。一方、この発明の時間分割波長ホップ光符号方式の通信システムによれば、図7(B)示すような透過周波数帯域を持つBPFで構成される光符号器で時間分割波長ホップ光符号化が行われる。
【０１１６】
図8を参照して、自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比が光符号器及び光符号器を構成するBPFの帯域幅にどのように依存するかについてのシミュレーションの結果を説明する。図8は、シミュレーションの結果を示す図であり、横軸にBPFの透過周波数帯域幅をGHz単位で目盛って示してある。また、このシミュレーションでは、光源として繰り返し周波数が10 GHzで動作するモード同期半導体レーザを利用した場合を想定しているので、横軸の10 GHzは縦モード本数が1本に相当する。同様に20〜130 GHzは縦モード本数がそれぞれ2本〜13本に相当する。また、縦軸は、自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比をdB単位で目盛って示してある。
【０１１７】
図8によれば、自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比が最も大きくなるのは、縦モード本数が5本ないし6本を含む程度の透過周波数帯域を持つBPFを用いて光符号化した場合であることが分かる。
【０１１８】
自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比が最も大きくなる条件を満たす最適の透過周波数帯域幅を決定する要素は、通信に使う符号の符号長、通信の光搬送波の波長等様々な要素が関係している。しかしながら、自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比が最も大きくなる条件を満たす最適の透過周波数帯域幅は、縦モードの本数に換算して1本では狭すぎ、複数本含まれるように設定するのが好適であることを確かめている。
【０１１９】
すなわち、BPFの透過周波数帯域幅を縦モードの本数に換算して複数本含まれるように設定することによって、自己相関波のピーク強度と相互相関波のピーク強度の比が、閾値処理が容易に実現可能である程度確保できることを確かめた。
【０１２０】
また、BPFの透過周波数帯域幅を縦モードの本数に換算して複数本含まれるように設定することによって、アドレス情報を構成するチップパルスのそれぞれのエネルギーは、含まれる縦モードの本数に比例して大きく取れるので、増幅器を必要としない程度の大きさのエネルギーをもつ自己相関波成分を分離することが可能となる。
【符号の説明】
【０１２１】
10：送信装置
12：光源駆動用電源
14：光源
16：光符号部
18、34：N個の単位FBG
20、38：光サーキュレータ
22：データリンク
30：受信装置
32：光復号部
36：連続波光源
40：閾値処理回路
42：光変調器
50：光分波器
52：光合波器
60：光符号器
70：光復号器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から、時間軸上に一定の間隔で光パルスが並ぶ光パルス列を出力し、該光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報を生成して、データリンクを介して該アドレス情報を送信する送信ステップと、
前記アドレス情報を、前記データリンクを介して受信して、前記アドレス情報を時間分割波長ホップ光復号化する受信ステップと、
を含み、
前記送信ステップは、前記時間分割波長ホップ光符号化において、前記光パルス列を構成する光パルスのそれぞれを、時間軸上に順次並ぶ、第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成るチップパルス列（Nは2以上の整数）に変換することによって得られた当該チップパルス列を、前記アドレス情報として生成し、
前記時間分割波長ホップ光符号化は、N個の単位ファイバブラック格子(FBG: Fiber Bragg Grating)を具えて構成される光符号部によって実行され、及び
前記N個の単位FBGのそれぞれは、格子間隔が光の導波方向に沿って単調に増大又は減少するように形成されていること
を特徴とする時間分割波長ホップ光符号方式による通信方法。
【請求項２】
モード同期状態にあるレーザから、時間軸上に一定の間隔で光パルスが並ぶ光パルス列を出力し、該光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報を生成して、データリンクを介して該アドレス情報を送信する送信ステップと、
前記アドレス情報を、前記データリンクを介して受信して、前記アドレス情報を時間分割波長ホップ光復号化する受信ステップと、
を含み、
前記送信ステップにおいて、前記アドレス情報を構成するチップパルスのそれぞれが複数の縦モード成分を含むように、前記光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化する
ことを特徴とする時間分割波長ホップ光符号方式による通信方法。
【請求項３】
時間軸上で一定の間隔で光パルスが並ぶ光パルス列を生成する光源と、前記光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報を生成する光符号部とを具え、データリンクを介して該アドレス情報を送信する送信装置と、
前記アドレス情報を時間分割波長ホップ光復号化する光復号部を具え、前記データリンクを介して前記アドレス情報を受信する受信装置と
を具え、
前記光符号部は、前記光パルス列を構成する光パルスのそれぞれを、時間軸上に時間分割波長ホップして順次並ぶ、第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成るチップパルス列（Nは2以上の整数）に変換することによって、アドレス情報を生成するN個の単位ファイバブラック格子(FBG: Fiber Bragg Grating)を具えて構成されており、
前記N個の単位FBGのそれぞれは、格子間隔が光の導波方向に沿って単調に増大又は減少するように形成されている
ことを特徴とする時間分割波長ホップ光符号方式による通信システム。
【請求項４】
前記光符号部は、第1〜第N単位FBGが順次光の導波方向に沿って配置されており、第k単位FBGは、光導波路の導波方向に沿って屈折率が極大となる第1〜第n格子点が順次並んでおり、第j番目と第(j＋1)番目の格子点の格子間隔kΛjが次式(1)で与えられる関係に設定されていることを特徴とする請求項3に記載の時間分割波長ホップ光符号方式による通信システム。
kΛj＝kΛ1＋(j-1)ΔkΛ (1)
ここで、kは1〜Nまでの全ての整数であり、jは1≦j≦nを満たす全ての整数であり、ΔkΛ及びkΛ1はそれぞれ定数である。また、nは2以上の整数である。
【請求項５】
前記光源は、モード同期状態にあるレーザであることを特徴とする請求項3又は4に記載の時間分割波長ホップ光符号方式による通信システム。
【請求項６】
前記光復号部は、前記光符号部が具えるN個の単位FBGと同一構造のN個の単位FBGを具えており、かつ当該光復号部と、前記光符号部とは、入出力端が互いに逆に設定されていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の時間分割波長ホップ光符号方式による通信システム。
【請求項１】
光源から、時間軸上に一定の間隔で光パルスが並ぶ光パルス列を出力し、該光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報を生成して、データリンクを介して該アドレス情報を送信する送信ステップと、
前記アドレス情報を、前記データリンクを介して受信して、前記アドレス情報を時間分割波長ホップ光復号化する受信ステップと、
を含み、
前記送信ステップは、前記時間分割波長ホップ光符号化において、前記光パルス列を構成する光パルスのそれぞれを、時間軸上に順次並ぶ、第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成るチップパルス列（Nは2以上の整数）に変換することによって得られた当該チップパルス列を、前記アドレス情報として生成し、
前記時間分割波長ホップ光符号化は、N個の単位ファイバブラック格子(FBG: Fiber Bragg Grating)を具えて構成される光符号部によって実行され、及び
前記N個の単位FBGのそれぞれは、格子間隔が光の導波方向に沿って単調に増大又は減少するように形成されていること
を特徴とする時間分割波長ホップ光符号方式による通信方法。
【請求項２】
モード同期状態にあるレーザから、時間軸上に一定の間隔で光パルスが並ぶ光パルス列を出力し、該光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報を生成して、データリンクを介して該アドレス情報を送信する送信ステップと、
前記アドレス情報を、前記データリンクを介して受信して、前記アドレス情報を時間分割波長ホップ光復号化する受信ステップと、
を含み、
前記送信ステップにおいて、前記アドレス情報を構成するチップパルスのそれぞれが複数の縦モード成分を含むように、前記光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化する
ことを特徴とする時間分割波長ホップ光符号方式による通信方法。
【請求項３】
時間軸上で一定の間隔で光パルスが並ぶ光パルス列を生成する光源と、前記光パルス列を時間分割波長ホップ光符号化することで光パケット用のアドレス情報を生成する光符号部とを具え、データリンクを介して該アドレス情報を送信する送信装置と、
前記アドレス情報を時間分割波長ホップ光復号化する光復号部を具え、前記データリンクを介して前記アドレス情報を受信する受信装置と
を具え、
前記光符号部は、前記光パルス列を構成する光パルスのそれぞれを、時間軸上に時間分割波長ホップして順次並ぶ、第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成るチップパルス列（Nは2以上の整数）に変換することによって、アドレス情報を生成するN個の単位ファイバブラック格子(FBG: Fiber Bragg Grating)を具えて構成されており、
前記N個の単位FBGのそれぞれは、格子間隔が光の導波方向に沿って単調に増大又は減少するように形成されている
ことを特徴とする時間分割波長ホップ光符号方式による通信システム。
【請求項４】
前記光符号部は、第1〜第N単位FBGが順次光の導波方向に沿って配置されており、第k単位FBGは、光導波路の導波方向に沿って屈折率が極大となる第1〜第n格子点が順次並んでおり、第j番目と第(j＋1)番目の格子点の格子間隔kΛjが次式(1)で与えられる関係に設定されていることを特徴とする請求項3に記載の時間分割波長ホップ光符号方式による通信システム。
kΛj＝kΛ1＋(j-1)ΔkΛ (1)
ここで、kは1〜Nまでの全ての整数であり、jは1≦j≦nを満たす全ての整数であり、ΔkΛ及びkΛ1はそれぞれ定数である。また、nは2以上の整数である。
【請求項５】
前記光源は、モード同期状態にあるレーザであることを特徴とする請求項3又は4に記載の時間分割波長ホップ光符号方式による通信システム。
【請求項６】
前記光復号部は、前記光符号部が具えるN個の単位FBGと同一構造のN個の単位FBGを具えており、かつ当該光復号部と、前記光符号部とは、入出力端が互いに逆に設定されていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の時間分割波長ホップ光符号方式による通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１５１１６（Ｐ２０１１−１５１１６Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５６６４０（Ｐ２００９−１５６６４０）
【出願日】平成２１年７月１日（２００９．７．１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２０年度独立行政法人情報通信研究機構「超高速光マルチメディア配信システムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受けるもの）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【出願人】（５０４２５５６８５）国立大学法人京都工芸繊維大学 (203)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１日（２００９．７．１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２０年度独立行政法人情報通信研究機構「超高速光マルチメディア配信システムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受けるもの）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【出願人】（５０４２５５６８５）国立大学法人京都工芸繊維大学 (203)
【Ｆターム（参考）】
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