光ＣＤＭ伝送システム
【課題】本発明は、廉価な光源を利用でき、簡易な構成で優れた雑音特性を有する光ＣＤＭ伝送システムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムは、送信ノード１０が送信光を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段を備え、受信ノード２０が割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて受信光を復号化する復号化手段を備えることを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムは、送信ノード１０が送信光を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段を備え、受信ノード２０が割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて受信光を復号化する復号化手段を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ＣＤＭ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ）方式を用いた光多重アクセス伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光ＣＤＭ方式では、時間軸上或いは波長及び周波数軸上における拡散符号化を行っている。時間軸上の拡散符号化では、拡散による広帯域化に比例し高速な信号処理が必要であった。また、波長及び周波数軸上の拡散符号化では、多くの波長及び周波数のフィルタリング処理が拡散及び逆拡散過程で必要であった。
【０００３】
光ＣＤＭ方式では、信号処理の高速化又はノード数の増大に伴い、長い符号長が求められる。その結果、時間軸上の拡散符号化では、超高速なデバイスを要し、デバイスの実現が困難であり又はデバイスが高価になる問題があった。また、波長及び周波数軸上の拡散符号化では、多くの波長及び周波数成分を有する光源がノード毎にフルセット必要となり、或いは、周波数精度を高めるための制御が必要になるため、デバイスの実現が困難であり又はデバイスが高価になる問題があった。さらに、符号長の増大に伴い不要な信号成分間の干渉雑音（ＭＡＩ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が増大してしまう問題があった（例えば、非特許文献１又は２を参照。）。
【０００４】
【非特許文献１】Ｘｕ Ｗａｎｇ ａｎｄ Ｋ．Ｋｉｔａｙａｍａ，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．２２，ｐｐ．２２２６−２２３５，２００４．
【非特許文献２】Ａ．Ｓｔｏｋ ａｎｄ Ｅ．Ｈ．Ｓａｒｇｅｎｔ，ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｇａｚｉｎｅ，ｐｐ．８３−８７，Ｓｅｐ．，２００２.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するため、廉価な光源を利用でき、簡易な構成で優れた雑音特性を有する光ＣＤＭ伝送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、波長分散歪を拡散符号として用いることによって、非信号成分である光で生じる干渉雑音を抑制できることを見出し、新たに本発明を創作した。すなわち、本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムは、送信ノードが送信光を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段を備え、受信ノードが割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて受信光を復号化する復号化手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
具体的には、本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムは、光信号を送信する送信ノードと前記光信号を受信する受信ノードとが光伝送路を介して接続されている光ＣＤＭ伝送システムにおいて、前記送信ノードは、出射光を出射する光源、前記光源からの前記出射光を情報信号で変調して送信光を出力する変調手段、前記変調手段からの前記送信光を２波に分岐する送信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記送信側光分岐手段で２波に分岐された前記送信光のそれぞれを伝搬させる２本の送信側分岐路、前記２本の送信側分岐路の一方に挿入され、かつ、２波に分岐された前記送信光の一方を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段、及び、前記２本の送信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記送信光同士を結合させて前記光信号として前記受信ノードに送信する送信側光結合手段、を備え、前記受信ノードは、受信した前記光信号を受信光として２波に分岐する受信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記受信側光分岐手段で分岐された前記受信光のそれぞれを伝搬させる２本の受信側分岐路、前記２本の受信側分岐路の一方に挿入され、かつ、前記割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて２波に分岐された前記受信光の一方を復号化する復号化手段、前記２本の受信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記受信光の一方に所定の位相差を加え、かつ、２波に分岐された前記受信光同士を結合させ、かつ、結合された前記受信光を電気信号に変換する光電気変換手段、前記電気信号のベースバンド周波数成分を通過させるフィルタ及び前記フィルタを通過した前記電気信号を復調して前記情報信号を出力する復調手段を含む受信回路を１以上備える、ことを特徴とする。
【０００８】
上記の光ＣＤＭ伝送システムは、波長分散歪を拡散符号として用いることによって、廉価な光源を利用でき、簡易な構成で優れた雑音特性を有する。
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムは、送信ノードが送信光を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段を備え、受信ノードが割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて受信光を復号化する復号化手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
具体的には、本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムは、光信号を送信する送信ノードと前記光信号を受信する受信ノードとが光伝送路を介して接続されている光ＣＤＭ伝送システムにおいて、前記送信ノードは、出射光を出射する光源、前記光源からの前記出射光を情報信号で変調して送信光を出力する変調手段、前記変調手段からの前記送信光を２波に分岐する送信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記送信側光分岐手段で２波に分岐された前記送信光のそれぞれを伝搬させる２本の送信側分岐路、前記２本の送信側分岐路の一方に挿入され、かつ、２波に分岐された前記送信光の一方を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段、及び、前記２本の送信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記送信光同士を結合させて前記光信号として前記受信ノードに送信する送信側光結合手段、を備え、前記受信ノードは、受信した前記光信号を受信光として２波に分岐する受信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記受信側光分岐手段で分岐された前記受信光のそれぞれを伝搬させる２本の受信側分岐路、前記２本の受信側分岐路の一方に挿入され、かつ、前記割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて２波に分岐された前記受信光の一方を復号化する復号化手段、前記２本の受信側分岐路の他方に挿入され、かつ、２波に分岐された前記受信光の他方の周波数を一定量偏移させる周波数偏移手段、前記２本の受信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記受信光からビート信号を出力する光電気変換手段、前記ビート信号の周波数成分を通過させるフィルタ及び前記フィルタを通過した前記ビート信号を復調して前記情報信号を出力する復調手段を含む受信回路を１以上備える、ことを特徴とする。
【００１１】
上記の光ＣＤＭ伝送システムは、波長分散歪を拡散符号として用いることによって、廉価な光源を利用でき、簡易な構成で優れた雑音特性を有する。
【００１２】
本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムでは、前記光源が、ファブリペロー型半導体レーザであることが好ましい。
【００１３】
上記の光ＣＤＭ伝送システムは、スペクトルが比較的広いファブリペロー型半導体レーザを前記光源として利用するため、経済性に優れる。
【００１４】
本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムでは、前記符号化手段が、前記送信光の光強度が一定以上となる前記送信光の波長成分を波長軸上で複数に分割し、波長軸上で複数に分割された前記送信光の波長成分毎に異なる遅延を付与することによって前記送信光を符号化する多段光ファイバブラッグフィルタを含むことが好ましい。
【００１５】
前記多段光ファイバブラッグフィルタ内部のそれぞれの光フィルタが反射する波長及び周波数、並びに、それぞれの光フィルタの位置を変更することで、上記の光ＣＤＭ伝送システムは、前記送信ノードの前記拡散符号を変更でき、ネットワーク設計が柔軟になる。
【００１６】
本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムでは、前記復号化手段が、前記受信光の光強度が一定以上となる前記受信光の波長成分を波長軸上で複数に分割し、波長軸上で複数に分割された前記受信光の波長成分毎に異なる遅延を付与することによって前記受信光を復号化する多段光ファイバブラッグフィルタを含むことが好ましい。
【００１７】
前記多段光ファイバブラッグフィルタ内部のそれぞれの光フィルタが反射する波長及び周波数、並びに、それぞれの光フィルタの位置を変更することで、上記の光ＣＤＭ伝送システムは、前記受信ノードの前記拡散符号を変更でき、ネットワーク設計が柔軟になる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、廉価な光源を利用でき、簡易な構成で優れた雑音特性を有する光ＣＤＭ伝送システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。また、同一部材及び同一部位には同一符号を付した。
【００２０】
（第１実施形態）
まず、本発明の基本原理について説明する。図１に、基本原理を説明するための光干渉計の概略図を示した。図１の光干渉計９０は、光源９１、光分散性媒質９２、半透鏡９３ａ，９３ｂ、鏡９４ａ、９４ｂ及び光検出器９５を備える。光源９１が出射した出射光は、半透鏡９３ａで２波に分岐される。２波に分岐された出射光の一方は、光分散性媒質９２を透過し、鏡９４ａで反射され、半透鏡９３ｂに到る。２波に分岐された出射光の他方は、鏡９４ｂで反射され、そのまま半透鏡９３ｂに至る。半透鏡９３ｂでは２波に分岐された出射光同士が結合され、結合された出射光が光検出器９５に至る。光検出器９５での出射光の強度Ｉは、光分散性媒質９２での光吸収を無視すると、数１で示される。
【００２１】
【数１】
【００２２】
ここで、Ｉ０は光源９１が出射した出射光の強度、τは２波に分岐された出射光の伝搬時間差、｜γ（τ）｜はコヒーレンス度、Φは２波に分岐された出射光の位相差である。τが光源のコヒーレンス時間τｃ（但し、τｃ＝ΔＬｃ／ｃ。ΔＬｃはコヒーレンス長、ｃは光速。）より十分小さい場合、｜γ｜が略１となり干渉信号（数１の第２項。）が観測できる。しかし、光分散性媒質９２の分散値が大きくなると、光路長差が例え０であっても｜γ｜が大幅に劣化する。ここで、非特許文献３によれば、その時のコヒーレンス度は、数２で示される。
【００２３】
【非特許文献３】ブロードバンド時代の光通信技術、島田他、（株）新技術コミュニケーションズ、ｐ２１８−２３５
【００２４】
【数２】
【００２５】
ここで、λ０は光源９１のスペクトルの中心波長、Δλは出射光のスペクトルの半値半幅、Ｄは波長分散値、Ｌは光分散性媒質９２の長さである。数２より、Δλ／λ０の値が１０−３単位となる光源９１、例えば、レーザーダイオードであれば、波長分散で遅延時間がピコ秒単位であっても｜γ｜は十分小さくなる。参考として、図２に、参考文献２に記載のコヒーレンス度の理論値及び実験値を示す。図２には、波長分散が無い場合の理論値（計算値）を実線、波長分散が有る場合の理論値を破線、波長分散が無い場合の実験値を黒丸、及び、波長分散が有る場合の実験値を白丸で示した。図２は、光路長差が無い場合でも、２波に分岐された出射光の一方が光分散性媒質を透過すると｜γ｜が大きく劣化していることを示す。
【００２６】
次に、第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムについて説明する。図３に、第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムの全体図を示した。光ＣＤＭ伝送システム１００は、例えば、３個の送信ノード１０ａ，ｂ，ｃが光方向性結合器２０を介して光伝送路３０に接続され、光伝送路３０が１個の受信ノード４０に接続されるＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ネットワークである。また、送信ノード１０ａ，ｂ，ｃのそれぞれは、異なる拡散符号が割り当てられている。なお、送信ノード１０及び受信ノード４０の個数は、特に制限されない。
【００２７】
図４に、第１実施形態における送信ノードの概略図を示した。さらに、図５に、第１実施形態における受信ノードの概略図を示した。第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムは、光信号を送信する送信ノード１０と光信号を受信する受信ノード４０とが光伝送路３０を介して接続されている光ＣＤＭ伝送システムにおいて、送信ノード１０は、出射光を出射する光源１１、光源１１からの出射光を情報信号で変調して送信光を出力する変調手段１２、変調手段１２からの送信光を２波に分岐する送信側光分岐手段１３、光路長が略等しく、かつ、送信側光分岐手段で２波に分岐された送信光のそれぞれを伝搬させる２本の送信側分岐路１４、２本の送信側分岐路１４の一方に挿入され、かつ、２波に分岐された送信光の一方を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段１５、及び、２本の送信側分岐路１４の端に接続され、かつ、２波に分岐された送信光同士を結合させて光信号として受信ノードに送信する送信側光結合手段１６（図４を参照。）、を備え、受信ノード４０は、受信した光信号を受信光として２波に分岐する受信側光分岐手段４１、光路長が略等しく、かつ、受信側光分岐手段４１で分岐された受信光のそれぞれを伝搬させる２本の受信側分岐路４２、２本の受信側分岐路４２の一方に挿入され、かつ、割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて２波に分岐された受信光の一方を復号化する復号化手段４３、２本の受信側分岐路４２の端に接続され、かつ、２波に分岐された受信光の一方に所定の位相差を加え、かつ、２波に分岐された受信光同士を結合させ、かつ、結合された受信光を電気信号に変換する光電気変換手段４４、電気信号のベースバンド周波数成分を通過させるフィルタ４８、及び、フィルタ４８を通過した電気信号を復調して情報信号を出力する復調手段４９を含む受信回路５０ａ，ｂ，ｃを備える（図５を参照。）。なお、図５では、受信回路５０ｂ，ｃの一部の符号は省略した。
【００２８】
図４の送信ノード１０について説明する。第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムでは、光源１１が、ファブリペロー型半導体レーザであることが好ましい。第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムは、スペクトルが比較的広いファブリペロー型半導体レーザを光源１１として利用するため、経済性に優れる。また、送信側光分岐手段１３及び送信側光結合手段１６としては、例えば、光導波路型方向性結合器及びΔβ型方向性結合器等の光方向性結合器がある。送信側分岐路１４としては、例えば、光ファイバ又は光導波路がある。さらに、符号化手段１５としては、例えば、多段光ファイバブラッグフィルタがある。なお、多段光ファイバブラッグフィルタの詳細については、後述する。
【００２９】
図５の受信ノード４０について説明する。受信側光分岐手段４１としては、例えば、光方向性結合器がある。受信側分岐路４２としては、例えば、光ファイバ又は光導波路がある。復号化手段４３ａは、例えば、図３の送信ノード１０ａに割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて復号化する。復号化手段４３ｂは、例えば、図３の送信ノード１０ｂに割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて復号化する。復号化手段４３ｃは、例えば、図３の送信ノード１０ｃに割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて復号化する。また、光電気変換手段４４は、例えば、光方向性結合器４５、２個のフォトダイオード４６ａ，４６ｂ及び差動増幅器４７を有する。また、フィルタ４８としては、例えば、ベースバンドフィルタがある。さらに、光方向性結合器５１は、例えば、一方の側が光伝送路３０に接続され、他方が受信回路５０ａ，ｂ，ｃに接続される。
【００３０】
図３の送信ノード１０ａから受信ノード４０に光信号を送信する場合を例に説明する。図４の光源１１が出射する光信号（中心波長はλ０）は、変調手段１２により情報信号で変調されて送信光となる。続いて、送信光は、送信側光分岐手段１３で出力が等配分されるように２波に分岐される。２波に分岐された送信光の一方は、符号化手段１５で送信ノード１０ａに割り当てられた拡散符号（Ｃ１）に対応する波長分散歪を用いて符号化され、送信側光結合手段１６に至る。また、２波に分岐された送信光の他方は、送信側分岐路１４をそのまま伝搬して送信側光結合手段１６に至る。送信側光結合手段１６で、２波に分岐された送信光同士が結合され、光信号として受信ノードに送信される。２本の送信側分岐路１４は、光路長が略等しく、例えば、光路長差が光源１１のコヒーレンス長ΔＬｃよりも十分小さい。なお、コヒーレンス長ΔＬｃは、Δλ０２／Δλに略等しくなる（Δλは光源１１のスペクトル幅。）。変調手段１２で変調された送信光の出力をＳ１（ｔ）ｅｘｐ（β１０ｚ−２πν１ｔ）とすると、送信ノード１０ａの光信号の出力は、数３で示される。
【００３１】
【数３】
【００３２】
ここで、β１０は伝搬定数、ｄは符号化手段１５の長さ、βｃ１（ν）は符号化手段１５の分散特性である。また、数３を簡易とするため、送信光の分岐比率を１／２とした。さらに、数３では、光伝送路３０等における距離ｚの伝搬に伴う位相項及び損失は共通項なので省略した。
【００３３】
図３に示すように、複数の送信ノード１０からの光信号は、例えば、光方向性結合器２０で合波され、光伝送路３０を介して受信ノード４０に送信される。
【００３４】
図５の受信ノード４０において、光信号は、ｎ台の送信ノードに対応した復号及び復調処理のため、光方向性結合器
５１でｎ波に分岐される。図３の光方向性結合器２０及び図５の光方向性結合器５１の合分岐比率を等配分と仮定して省略すると、図５の受信回路５０ａに入射する光信号の出力は、ｎ台の送信ノードからの光信号の出力の和、すなわち、数４で示される（第１実施形態では、ｎ＝３。）。
【００３５】
【数４】
【００３６】
光信号は、受信側光分岐手段４１ａで受信光として２波に分岐される。２波に分岐された受信光の一方は、復号化手段４３ａで図３の送信ノード１０ａに割り当てられた拡散符号（Ｃ１）に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて復号化され、光電気変換手段４４に至る。また、２波に分岐された受信光の他方は、受信側分岐路４２をそのまま伝搬して光電気変換手段４４に至る。光電気変換手段４４では、２波に分岐された受信光同士が結合される。２本の受信側分岐路４２は、光路長が略等しく、例えば、光路長差が光源のコヒーレンス長ΔＬｃよりも十分小さい。フォトダイオード４６ａに入射する受信光の出力は数５で示される。また、フォトダイオード４６ｂに入射する受信光の出力は数６で示される。
【００３７】
【数５】
【００３８】
【数６】
【００３９】
ここで、ｄは復号化手段４３ａの長さ、β-ｃ１（ν）は図３の送信ノード１０ａに割り当てられた拡散符号の分散特性βｃ１（ν）の逆分散特性、Ψは光電気変換手段４４で加えられる位相差で、例えば、πである。また、フォトダイオード４６ａ，４６ｂに入射する受信光の強度は２乗平均＜｜Ｓ｜２＞で示されるが、符号化による｜γ｜の劣化度合いを十分大きくすることで、復号化手段４３ａにおいて分散が補正される項目以外は干渉に寄与しないので直流成分として除外して扱うことができる。具体的には、２本の受信側分岐路４２を伝搬する２波の受信光の干渉は、拡散符号が相殺される数５及び数６の第１項のβｃｋ（ν）＋β-ｃ１（ν）がｋ＝１の場合のみ、分散が補償される。分散性媒質を通過しない数５及び数６の第４項中のβｋ０（ν）＋β１０（ν）の位相をもつ受信光成分の｜γ｜は略１となり、干渉が観測される。また、その他の光成分による干渉は、｜γ｜が略０となることによって観測されない。もし、復号化手段４３において、図３の送信ノード１０ａの拡散符号と逆分散特性を有する拡散符号でなく、同一の拡散特性を有する拡散符号（βｃ１）とした場合には、数５及び数６の第２項中のβｋ０（ν）＋βｃ１（ν）が第３項中のβｃｋ（ν）＋β１０（ν）と等しくなり、２波に分岐された受信光成分間で｜γ｜が略１となり、干渉が観測される。当然、２本のうち異なる受信側分岐路でなく、同一の受信側分岐路を伝搬した受信光は、ベースバンド信号として残る。その結果、フォトダイオード４６ａの電気信号の出力は数７で示される。また、フォトダイオード４６ｂの電気信号の出力は数８で示される。
【００４０】
【数７】
【００４１】
【数８】
【００４２】
数７及び数８が簡素に記載されていることで、差動増幅器４７は、数７及び数８の第２項を除外でき、｜Ｓ１｜に比例した出力となる。この電気信号は、ベースバンド周波数成分を有しているため、フィルタ４８を通過させ、復調手段４９で復調させることで、元の情報信号となる。
【００４３】
第１実施形態における符号化及び復号化について説明する。図６に、多段光ファイバブラッグフィルタの概念図を示した。第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムでは、符号化手段が、送信光の光強度が一定以上となる送信光の波長成分を波長軸上で複数に分割し、波長軸上で複数に分割された送信光の波長成分毎に異なる遅延を付与することによって送信光を符号化する多段光ファイバブラッグフィルタ６０を含むことが好ましい。さらに、図６には、光フィルタ６０ａ、光サーキュレーター６１、入力６２、出力６３、周波数成分Ｖα１〜Ｖαｎ及び時間遅延Ｔ１〜Ｔｎを図示した。また、周波数成分及び時間遅延のｎは、送信ノードの台数に対応する（第１実施形態では、ｎ＝３。）。符号化手段に入射する送信光は、光サーキュレーター６１を透過し、多段光ファイバブラッグフィルタ６０の一端に入射する（入力６２を参照。）。多段光ファイバブラッグフィルタ６０は、特定の波長及び周波数を有する送信光のみを略１００％反射する分布型の光フィルタ６０ａが多段に、例えば、１６個配置されている。また、光フィルタ６０ａのそれぞれは、反射する送信光の波長及び周波数が異なる。多段光ファイバブラッグフィルタ６０に入射した送信光が光フィルタ６０ａで反射されることにより、時間遅延が加わった複数の波長及び周波数成分が出力される（出力６３を参照。）。例えば、周波数成分Ｖα２は、周波数成分Ｖα１に比べ、２（Ｔ２−Ｔ１）だけ遅延することになる。このため、それぞれの光フィルタ６０ａが反射する波長及び周波数、並びに、それぞれの光フィルタ６０ａの位置を変更することで、波長分散を変更できる。これによって、第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムは、送信ノードの拡散符号を変更でき、ネットワーク設計が柔軟になる。
【００４４】
図７は、第１実施形態における符号化を説明するための概念図であり、図７（ａ）は光源のスペクトルであり、図７（ｂ）は符号化のイメージである。また、説明を簡単にするため、図７（ａ）は、ガウス分布で近似している。図７（ａ）に示すように、送信光の光強度が一定以上（図７（ａ）の一点鎖線を参照。）となる送信光の波長成分を波長軸上で複数に分割し、波長軸上で複数に分割された送信光の波長成分毎に異なる遅延を付与することによって送信光を符号化する。これを実現するのが、例えば、上記の多段光ファイバブラッグフィルタである。光源のスペクトルにおいて、Δλ／λ０の値が１０−３単位（ファブリペロー型半導体レーザのスペクトルの範囲内。）とすると、波長分散歪の数値として、平均で３０〜７０ピコ秒／ｍｍ程度で｜γ｜が略０となる。図７（ｂ）は、遅延量として、ｎ段階の拡散符号長がｎチップ、かつ、拡散符号が｛１０１０・・・１｝のパターンを示す。
【００４５】
第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムでは、復号化手段が、受信光の光強度が一定以上となる受信光の波長成分を波長軸上で複数に分割し、波長軸上で複数に分割された受信光の波長成分毎に異なる遅延を付与することによって受信光を復号化する多段光ファイバブラッグフィルタを含むことが好ましい。多段光ファイバブラッグフィルタは、受信光が入力及び出力される以外、符号化手段と同様に、復号化手段に適用することができる。多段光ファイバブラッグフィルタ内部のそれぞれの光フィルタが反射する波長及び周波数、並びに、それぞれの光フィルタの位置を変更することで、第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムでは、受信ノードの拡散符号を変更でき、ネットワーク設計が柔軟になる。
【００４６】
以上のように、第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムは、廉価な光源を利用でき、簡易な構成で優れた雑音特性を有する。
【００４７】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムについて、第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムと異なる点を中心に説明する。図８に、第２実施形態における受信ノードの概念図を示した。第２実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムは、光信号を送信する送信ノードと光信号を受信する受信ノード４０とが光伝送路を介して接続されている光ＣＤＭ伝送システムにおいて、送信ノードは、出射光を出射する光源、光源からの出射光を情報信号で変調して送信光を出力する変調手段、変調手段からの送信光を２波に分岐する送信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、送信側光分岐手段で２波に分岐された送信光のそれぞれを伝搬させる２本の送信側分岐路、２本の送信側分岐路の一方に挿入され、かつ、２波に分岐された送信光の一方を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段、及び、２本の送信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された送信光同士を結合させて光信号として受信ノードに送信する送信側光結合手段、を備え、受信ノード４０は、受信した光信号を受信光として２波に分岐する受信側光分岐手段４１、光路長が略等しく、かつ、受信側光分岐手段４１で分岐された受信光のそれぞれを伝搬させる２本の受信側分岐路４２、２本の受信側分岐路４２の一方に挿入され、かつ、割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて２波に分岐された受信光の一方を復号化する復号化手段４３、２本の受信側分岐路４２の他方に挿入され、かつ、２波に分岐された受信光の他方の周波数を一定量偏移させる周波数偏移手段５２、２本の受信側分岐路４２の端に接続され、かつ、２波に分岐された受信光からビート信号を出力する光電気変換手段４４、ビート信号の周波数成分を通過させるフィルタ４８及びフィルタ４８を通過したビート信号を復調して情報信号を出力する復調手段４９を含む受信回路５０ａ，ｂ，ｃを備える。なお、図５では、受信回路５０ｂ，ｃの符号は省略した。
【００４８】
光電気変換手段４４は、例えば、光方向性結合器４５及びフォトダイオード４６を有する。フィルタ４８としては、例えば、ＩＦフィルタがある。また、周波数偏移手段５２としては、例えば、周波数シフターがある。
【００４９】
受信回路５０ａに入射した光信号は、受信側光分岐手段
４１で受信光として２波に分岐される。２波に分岐された受信光の一方は、復号化手段４３ａで図３の送信ノード１０ａ割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて復号化され、光電気変換手段４４に至る。また、２波に分岐された受信光の他方は、周波数偏移手段５２を透過させることで、中心周波数が一定量偏移（Δν）され、光電気変換手段４４に至る。光電気変換手段４４では、２波に分岐された受信光同士が結合され、その後、光電気変換される。この周波数偏移により、フォトダイオード４６の出力は、数９で示される。
【００５０】
【数９】
【００５１】
数９より、フォトダイオード４６から、周波数がΔνのビート信号が出力されることがわかる。その後、ビート信号の周波数成分を透過させるフィルタ４８を透過させることで、数９の第２項が除去され、復調手段４９で復調させることで、元の情報信号となる。
【００５２】
以上のように、第２実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムは、第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムと同様に、廉価な光源を利用でき、簡易な構成で優れた雑音特性を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る光通信システムは、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）をはじめとする光ネットワークで利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】基本原理を説明するための光干渉計の概略図である。
【図２】参考文献２に記載のコヒーレンス度の理論値及び実験値を示すグラフである。
【図３】第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムの全体図である。
【図４】第１実施形態における送信ノードの概略図である。
【図５】第１実施形態における受信ノードの概略図である。
【図６】多段光ファイバブラッグフィルタの概念図である。
【図７】第１実施形態における符号化を説明するための概念図であり、図７（ａ）は光源のスペクトルであり、図７（ｂ）は符号化のイメージである。
【図８】第２実施形態における受信ノードの概念図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００ 光ＣＤＭ伝送システム
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 送信ノード
１１、９１ 光源
１２ 変調手段
１３ 送信側光分岐手段
１４ 送信側分岐路
１５ 符号化手段
１６ 送信側光結合手段
２０、４５、５１ 光方向性結合器
３０ 光伝送路
４０ 受信ノード
４１、４１ａ 受信側光分岐手段
４２ 受信側分岐路
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ 復号化手段
４４ 光電気変換手段
４６、４６ａ、４６ｂ フォトダイオード
４７ 差動増幅器
４８ フィルタ
４９ 復調手段
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 受信回路
５２ 周波数偏移手段
６０ 多段光ファイバブラッグフィルタ
６０ａ 光フィルタ
６１ 光サーキュレーター
６２ 入力
６３ 出力
９０ 光干渉計
９２ 光分散性媒質
９３ａ，９３ｂ 半透鏡
９４ａ、９４ｂ 鏡
９５ 光検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ＣＤＭ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ）方式を用いた光多重アクセス伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光ＣＤＭ方式では、時間軸上或いは波長及び周波数軸上における拡散符号化を行っている。時間軸上の拡散符号化では、拡散による広帯域化に比例し高速な信号処理が必要であった。また、波長及び周波数軸上の拡散符号化では、多くの波長及び周波数のフィルタリング処理が拡散及び逆拡散過程で必要であった。
【０００３】
光ＣＤＭ方式では、信号処理の高速化又はノード数の増大に伴い、長い符号長が求められる。その結果、時間軸上の拡散符号化では、超高速なデバイスを要し、デバイスの実現が困難であり又はデバイスが高価になる問題があった。また、波長及び周波数軸上の拡散符号化では、多くの波長及び周波数成分を有する光源がノード毎にフルセット必要となり、或いは、周波数精度を高めるための制御が必要になるため、デバイスの実現が困難であり又はデバイスが高価になる問題があった。さらに、符号長の増大に伴い不要な信号成分間の干渉雑音（ＭＡＩ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が増大してしまう問題があった（例えば、非特許文献１又は２を参照。）。
【０００４】
【非特許文献１】Ｘｕ Ｗａｎｇ ａｎｄ Ｋ．Ｋｉｔａｙａｍａ，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．２２，ｐｐ．２２２６−２２３５，２００４．
【非特許文献２】Ａ．Ｓｔｏｋ ａｎｄ Ｅ．Ｈ．Ｓａｒｇｅｎｔ，ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｇａｚｉｎｅ，ｐｐ．８３−８７，Ｓｅｐ．，２００２.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するため、廉価な光源を利用でき、簡易な構成で優れた雑音特性を有する光ＣＤＭ伝送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、波長分散歪を拡散符号として用いることによって、非信号成分である光で生じる干渉雑音を抑制できることを見出し、新たに本発明を創作した。すなわち、本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムは、送信ノードが送信光を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段を備え、受信ノードが割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて受信光を復号化する復号化手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
具体的には、本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムは、光信号を送信する送信ノードと前記光信号を受信する受信ノードとが光伝送路を介して接続されている光ＣＤＭ伝送システムにおいて、前記送信ノードは、出射光を出射する光源、前記光源からの前記出射光を情報信号で変調して送信光を出力する変調手段、前記変調手段からの前記送信光を２波に分岐する送信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記送信側光分岐手段で２波に分岐された前記送信光のそれぞれを伝搬させる２本の送信側分岐路、前記２本の送信側分岐路の一方に挿入され、かつ、２波に分岐された前記送信光の一方を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段、及び、前記２本の送信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記送信光同士を結合させて前記光信号として前記受信ノードに送信する送信側光結合手段、を備え、前記受信ノードは、受信した前記光信号を受信光として２波に分岐する受信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記受信側光分岐手段で分岐された前記受信光のそれぞれを伝搬させる２本の受信側分岐路、前記２本の受信側分岐路の一方に挿入され、かつ、前記割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて２波に分岐された前記受信光の一方を復号化する復号化手段、前記２本の受信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記受信光の一方に所定の位相差を加え、かつ、２波に分岐された前記受信光同士を結合させ、かつ、結合された前記受信光を電気信号に変換する光電気変換手段、前記電気信号のベースバンド周波数成分を通過させるフィルタ及び前記フィルタを通過した前記電気信号を復調して前記情報信号を出力する復調手段を含む受信回路を１以上備える、ことを特徴とする。
【０００８】
上記の光ＣＤＭ伝送システムは、波長分散歪を拡散符号として用いることによって、廉価な光源を利用でき、簡易な構成で優れた雑音特性を有する。
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムは、送信ノードが送信光を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段を備え、受信ノードが割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて受信光を復号化する復号化手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
具体的には、本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムは、光信号を送信する送信ノードと前記光信号を受信する受信ノードとが光伝送路を介して接続されている光ＣＤＭ伝送システムにおいて、前記送信ノードは、出射光を出射する光源、前記光源からの前記出射光を情報信号で変調して送信光を出力する変調手段、前記変調手段からの前記送信光を２波に分岐する送信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記送信側光分岐手段で２波に分岐された前記送信光のそれぞれを伝搬させる２本の送信側分岐路、前記２本の送信側分岐路の一方に挿入され、かつ、２波に分岐された前記送信光の一方を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段、及び、前記２本の送信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記送信光同士を結合させて前記光信号として前記受信ノードに送信する送信側光結合手段、を備え、前記受信ノードは、受信した前記光信号を受信光として２波に分岐する受信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記受信側光分岐手段で分岐された前記受信光のそれぞれを伝搬させる２本の受信側分岐路、前記２本の受信側分岐路の一方に挿入され、かつ、前記割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて２波に分岐された前記受信光の一方を復号化する復号化手段、前記２本の受信側分岐路の他方に挿入され、かつ、２波に分岐された前記受信光の他方の周波数を一定量偏移させる周波数偏移手段、前記２本の受信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記受信光からビート信号を出力する光電気変換手段、前記ビート信号の周波数成分を通過させるフィルタ及び前記フィルタを通過した前記ビート信号を復調して前記情報信号を出力する復調手段を含む受信回路を１以上備える、ことを特徴とする。
【００１１】
上記の光ＣＤＭ伝送システムは、波長分散歪を拡散符号として用いることによって、廉価な光源を利用でき、簡易な構成で優れた雑音特性を有する。
【００１２】
本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムでは、前記光源が、ファブリペロー型半導体レーザであることが好ましい。
【００１３】
上記の光ＣＤＭ伝送システムは、スペクトルが比較的広いファブリペロー型半導体レーザを前記光源として利用するため、経済性に優れる。
【００１４】
本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムでは、前記符号化手段が、前記送信光の光強度が一定以上となる前記送信光の波長成分を波長軸上で複数に分割し、波長軸上で複数に分割された前記送信光の波長成分毎に異なる遅延を付与することによって前記送信光を符号化する多段光ファイバブラッグフィルタを含むことが好ましい。
【００１５】
前記多段光ファイバブラッグフィルタ内部のそれぞれの光フィルタが反射する波長及び周波数、並びに、それぞれの光フィルタの位置を変更することで、上記の光ＣＤＭ伝送システムは、前記送信ノードの前記拡散符号を変更でき、ネットワーク設計が柔軟になる。
【００１６】
本発明に係る光ＣＤＭ伝送システムでは、前記復号化手段が、前記受信光の光強度が一定以上となる前記受信光の波長成分を波長軸上で複数に分割し、波長軸上で複数に分割された前記受信光の波長成分毎に異なる遅延を付与することによって前記受信光を復号化する多段光ファイバブラッグフィルタを含むことが好ましい。
【００１７】
前記多段光ファイバブラッグフィルタ内部のそれぞれの光フィルタが反射する波長及び周波数、並びに、それぞれの光フィルタの位置を変更することで、上記の光ＣＤＭ伝送システムは、前記受信ノードの前記拡散符号を変更でき、ネットワーク設計が柔軟になる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、廉価な光源を利用でき、簡易な構成で優れた雑音特性を有する光ＣＤＭ伝送システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。また、同一部材及び同一部位には同一符号を付した。
【００２０】
（第１実施形態）
まず、本発明の基本原理について説明する。図１に、基本原理を説明するための光干渉計の概略図を示した。図１の光干渉計９０は、光源９１、光分散性媒質９２、半透鏡９３ａ，９３ｂ、鏡９４ａ、９４ｂ及び光検出器９５を備える。光源９１が出射した出射光は、半透鏡９３ａで２波に分岐される。２波に分岐された出射光の一方は、光分散性媒質９２を透過し、鏡９４ａで反射され、半透鏡９３ｂに到る。２波に分岐された出射光の他方は、鏡９４ｂで反射され、そのまま半透鏡９３ｂに至る。半透鏡９３ｂでは２波に分岐された出射光同士が結合され、結合された出射光が光検出器９５に至る。光検出器９５での出射光の強度Ｉは、光分散性媒質９２での光吸収を無視すると、数１で示される。
【００２１】
【数１】
【００２２】
ここで、Ｉ０は光源９１が出射した出射光の強度、τは２波に分岐された出射光の伝搬時間差、｜γ（τ）｜はコヒーレンス度、Φは２波に分岐された出射光の位相差である。τが光源のコヒーレンス時間τｃ（但し、τｃ＝ΔＬｃ／ｃ。ΔＬｃはコヒーレンス長、ｃは光速。）より十分小さい場合、｜γ｜が略１となり干渉信号（数１の第２項。）が観測できる。しかし、光分散性媒質９２の分散値が大きくなると、光路長差が例え０であっても｜γ｜が大幅に劣化する。ここで、非特許文献３によれば、その時のコヒーレンス度は、数２で示される。
【００２３】
【非特許文献３】ブロードバンド時代の光通信技術、島田他、（株）新技術コミュニケーションズ、ｐ２１８−２３５
【００２４】
【数２】
【００２５】
ここで、λ０は光源９１のスペクトルの中心波長、Δλは出射光のスペクトルの半値半幅、Ｄは波長分散値、Ｌは光分散性媒質９２の長さである。数２より、Δλ／λ０の値が１０−３単位となる光源９１、例えば、レーザーダイオードであれば、波長分散で遅延時間がピコ秒単位であっても｜γ｜は十分小さくなる。参考として、図２に、参考文献２に記載のコヒーレンス度の理論値及び実験値を示す。図２には、波長分散が無い場合の理論値（計算値）を実線、波長分散が有る場合の理論値を破線、波長分散が無い場合の実験値を黒丸、及び、波長分散が有る場合の実験値を白丸で示した。図２は、光路長差が無い場合でも、２波に分岐された出射光の一方が光分散性媒質を透過すると｜γ｜が大きく劣化していることを示す。
【００２６】
次に、第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムについて説明する。図３に、第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムの全体図を示した。光ＣＤＭ伝送システム１００は、例えば、３個の送信ノード１０ａ，ｂ，ｃが光方向性結合器２０を介して光伝送路３０に接続され、光伝送路３０が１個の受信ノード４０に接続されるＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ネットワークである。また、送信ノード１０ａ，ｂ，ｃのそれぞれは、異なる拡散符号が割り当てられている。なお、送信ノード１０及び受信ノード４０の個数は、特に制限されない。
【００２７】
図４に、第１実施形態における送信ノードの概略図を示した。さらに、図５に、第１実施形態における受信ノードの概略図を示した。第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムは、光信号を送信する送信ノード１０と光信号を受信する受信ノード４０とが光伝送路３０を介して接続されている光ＣＤＭ伝送システムにおいて、送信ノード１０は、出射光を出射する光源１１、光源１１からの出射光を情報信号で変調して送信光を出力する変調手段１２、変調手段１２からの送信光を２波に分岐する送信側光分岐手段１３、光路長が略等しく、かつ、送信側光分岐手段で２波に分岐された送信光のそれぞれを伝搬させる２本の送信側分岐路１４、２本の送信側分岐路１４の一方に挿入され、かつ、２波に分岐された送信光の一方を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段１５、及び、２本の送信側分岐路１４の端に接続され、かつ、２波に分岐された送信光同士を結合させて光信号として受信ノードに送信する送信側光結合手段１６（図４を参照。）、を備え、受信ノード４０は、受信した光信号を受信光として２波に分岐する受信側光分岐手段４１、光路長が略等しく、かつ、受信側光分岐手段４１で分岐された受信光のそれぞれを伝搬させる２本の受信側分岐路４２、２本の受信側分岐路４２の一方に挿入され、かつ、割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて２波に分岐された受信光の一方を復号化する復号化手段４３、２本の受信側分岐路４２の端に接続され、かつ、２波に分岐された受信光の一方に所定の位相差を加え、かつ、２波に分岐された受信光同士を結合させ、かつ、結合された受信光を電気信号に変換する光電気変換手段４４、電気信号のベースバンド周波数成分を通過させるフィルタ４８、及び、フィルタ４８を通過した電気信号を復調して情報信号を出力する復調手段４９を含む受信回路５０ａ，ｂ，ｃを備える（図５を参照。）。なお、図５では、受信回路５０ｂ，ｃの一部の符号は省略した。
【００２８】
図４の送信ノード１０について説明する。第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムでは、光源１１が、ファブリペロー型半導体レーザであることが好ましい。第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムは、スペクトルが比較的広いファブリペロー型半導体レーザを光源１１として利用するため、経済性に優れる。また、送信側光分岐手段１３及び送信側光結合手段１６としては、例えば、光導波路型方向性結合器及びΔβ型方向性結合器等の光方向性結合器がある。送信側分岐路１４としては、例えば、光ファイバ又は光導波路がある。さらに、符号化手段１５としては、例えば、多段光ファイバブラッグフィルタがある。なお、多段光ファイバブラッグフィルタの詳細については、後述する。
【００２９】
図５の受信ノード４０について説明する。受信側光分岐手段４１としては、例えば、光方向性結合器がある。受信側分岐路４２としては、例えば、光ファイバ又は光導波路がある。復号化手段４３ａは、例えば、図３の送信ノード１０ａに割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて復号化する。復号化手段４３ｂは、例えば、図３の送信ノード１０ｂに割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて復号化する。復号化手段４３ｃは、例えば、図３の送信ノード１０ｃに割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて復号化する。また、光電気変換手段４４は、例えば、光方向性結合器４５、２個のフォトダイオード４６ａ，４６ｂ及び差動増幅器４７を有する。また、フィルタ４８としては、例えば、ベースバンドフィルタがある。さらに、光方向性結合器５１は、例えば、一方の側が光伝送路３０に接続され、他方が受信回路５０ａ，ｂ，ｃに接続される。
【００３０】
図３の送信ノード１０ａから受信ノード４０に光信号を送信する場合を例に説明する。図４の光源１１が出射する光信号（中心波長はλ０）は、変調手段１２により情報信号で変調されて送信光となる。続いて、送信光は、送信側光分岐手段１３で出力が等配分されるように２波に分岐される。２波に分岐された送信光の一方は、符号化手段１５で送信ノード１０ａに割り当てられた拡散符号（Ｃ１）に対応する波長分散歪を用いて符号化され、送信側光結合手段１６に至る。また、２波に分岐された送信光の他方は、送信側分岐路１４をそのまま伝搬して送信側光結合手段１６に至る。送信側光結合手段１６で、２波に分岐された送信光同士が結合され、光信号として受信ノードに送信される。２本の送信側分岐路１４は、光路長が略等しく、例えば、光路長差が光源１１のコヒーレンス長ΔＬｃよりも十分小さい。なお、コヒーレンス長ΔＬｃは、Δλ０２／Δλに略等しくなる（Δλは光源１１のスペクトル幅。）。変調手段１２で変調された送信光の出力をＳ１（ｔ）ｅｘｐ（β１０ｚ−２πν１ｔ）とすると、送信ノード１０ａの光信号の出力は、数３で示される。
【００３１】
【数３】
【００３２】
ここで、β１０は伝搬定数、ｄは符号化手段１５の長さ、βｃ１（ν）は符号化手段１５の分散特性である。また、数３を簡易とするため、送信光の分岐比率を１／２とした。さらに、数３では、光伝送路３０等における距離ｚの伝搬に伴う位相項及び損失は共通項なので省略した。
【００３３】
図３に示すように、複数の送信ノード１０からの光信号は、例えば、光方向性結合器２０で合波され、光伝送路３０を介して受信ノード４０に送信される。
【００３４】
図５の受信ノード４０において、光信号は、ｎ台の送信ノードに対応した復号及び復調処理のため、光方向性結合器
５１でｎ波に分岐される。図３の光方向性結合器２０及び図５の光方向性結合器５１の合分岐比率を等配分と仮定して省略すると、図５の受信回路５０ａに入射する光信号の出力は、ｎ台の送信ノードからの光信号の出力の和、すなわち、数４で示される（第１実施形態では、ｎ＝３。）。
【００３５】
【数４】
【００３６】
光信号は、受信側光分岐手段４１ａで受信光として２波に分岐される。２波に分岐された受信光の一方は、復号化手段４３ａで図３の送信ノード１０ａに割り当てられた拡散符号（Ｃ１）に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて復号化され、光電気変換手段４４に至る。また、２波に分岐された受信光の他方は、受信側分岐路４２をそのまま伝搬して光電気変換手段４４に至る。光電気変換手段４４では、２波に分岐された受信光同士が結合される。２本の受信側分岐路４２は、光路長が略等しく、例えば、光路長差が光源のコヒーレンス長ΔＬｃよりも十分小さい。フォトダイオード４６ａに入射する受信光の出力は数５で示される。また、フォトダイオード４６ｂに入射する受信光の出力は数６で示される。
【００３７】
【数５】
【００３８】
【数６】
【００３９】
ここで、ｄは復号化手段４３ａの長さ、β-ｃ１（ν）は図３の送信ノード１０ａに割り当てられた拡散符号の分散特性βｃ１（ν）の逆分散特性、Ψは光電気変換手段４４で加えられる位相差で、例えば、πである。また、フォトダイオード４６ａ，４６ｂに入射する受信光の強度は２乗平均＜｜Ｓ｜２＞で示されるが、符号化による｜γ｜の劣化度合いを十分大きくすることで、復号化手段４３ａにおいて分散が補正される項目以外は干渉に寄与しないので直流成分として除外して扱うことができる。具体的には、２本の受信側分岐路４２を伝搬する２波の受信光の干渉は、拡散符号が相殺される数５及び数６の第１項のβｃｋ（ν）＋β-ｃ１（ν）がｋ＝１の場合のみ、分散が補償される。分散性媒質を通過しない数５及び数６の第４項中のβｋ０（ν）＋β１０（ν）の位相をもつ受信光成分の｜γ｜は略１となり、干渉が観測される。また、その他の光成分による干渉は、｜γ｜が略０となることによって観測されない。もし、復号化手段４３において、図３の送信ノード１０ａの拡散符号と逆分散特性を有する拡散符号でなく、同一の拡散特性を有する拡散符号（βｃ１）とした場合には、数５及び数６の第２項中のβｋ０（ν）＋βｃ１（ν）が第３項中のβｃｋ（ν）＋β１０（ν）と等しくなり、２波に分岐された受信光成分間で｜γ｜が略１となり、干渉が観測される。当然、２本のうち異なる受信側分岐路でなく、同一の受信側分岐路を伝搬した受信光は、ベースバンド信号として残る。その結果、フォトダイオード４６ａの電気信号の出力は数７で示される。また、フォトダイオード４６ｂの電気信号の出力は数８で示される。
【００４０】
【数７】
【００４１】
【数８】
【００４２】
数７及び数８が簡素に記載されていることで、差動増幅器４７は、数７及び数８の第２項を除外でき、｜Ｓ１｜に比例した出力となる。この電気信号は、ベースバンド周波数成分を有しているため、フィルタ４８を通過させ、復調手段４９で復調させることで、元の情報信号となる。
【００４３】
第１実施形態における符号化及び復号化について説明する。図６に、多段光ファイバブラッグフィルタの概念図を示した。第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムでは、符号化手段が、送信光の光強度が一定以上となる送信光の波長成分を波長軸上で複数に分割し、波長軸上で複数に分割された送信光の波長成分毎に異なる遅延を付与することによって送信光を符号化する多段光ファイバブラッグフィルタ６０を含むことが好ましい。さらに、図６には、光フィルタ６０ａ、光サーキュレーター６１、入力６２、出力６３、周波数成分Ｖα１〜Ｖαｎ及び時間遅延Ｔ１〜Ｔｎを図示した。また、周波数成分及び時間遅延のｎは、送信ノードの台数に対応する（第１実施形態では、ｎ＝３。）。符号化手段に入射する送信光は、光サーキュレーター６１を透過し、多段光ファイバブラッグフィルタ６０の一端に入射する（入力６２を参照。）。多段光ファイバブラッグフィルタ６０は、特定の波長及び周波数を有する送信光のみを略１００％反射する分布型の光フィルタ６０ａが多段に、例えば、１６個配置されている。また、光フィルタ６０ａのそれぞれは、反射する送信光の波長及び周波数が異なる。多段光ファイバブラッグフィルタ６０に入射した送信光が光フィルタ６０ａで反射されることにより、時間遅延が加わった複数の波長及び周波数成分が出力される（出力６３を参照。）。例えば、周波数成分Ｖα２は、周波数成分Ｖα１に比べ、２（Ｔ２−Ｔ１）だけ遅延することになる。このため、それぞれの光フィルタ６０ａが反射する波長及び周波数、並びに、それぞれの光フィルタ６０ａの位置を変更することで、波長分散を変更できる。これによって、第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムは、送信ノードの拡散符号を変更でき、ネットワーク設計が柔軟になる。
【００４４】
図７は、第１実施形態における符号化を説明するための概念図であり、図７（ａ）は光源のスペクトルであり、図７（ｂ）は符号化のイメージである。また、説明を簡単にするため、図７（ａ）は、ガウス分布で近似している。図７（ａ）に示すように、送信光の光強度が一定以上（図７（ａ）の一点鎖線を参照。）となる送信光の波長成分を波長軸上で複数に分割し、波長軸上で複数に分割された送信光の波長成分毎に異なる遅延を付与することによって送信光を符号化する。これを実現するのが、例えば、上記の多段光ファイバブラッグフィルタである。光源のスペクトルにおいて、Δλ／λ０の値が１０−３単位（ファブリペロー型半導体レーザのスペクトルの範囲内。）とすると、波長分散歪の数値として、平均で３０〜７０ピコ秒／ｍｍ程度で｜γ｜が略０となる。図７（ｂ）は、遅延量として、ｎ段階の拡散符号長がｎチップ、かつ、拡散符号が｛１０１０・・・１｝のパターンを示す。
【００４５】
第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムでは、復号化手段が、受信光の光強度が一定以上となる受信光の波長成分を波長軸上で複数に分割し、波長軸上で複数に分割された受信光の波長成分毎に異なる遅延を付与することによって受信光を復号化する多段光ファイバブラッグフィルタを含むことが好ましい。多段光ファイバブラッグフィルタは、受信光が入力及び出力される以外、符号化手段と同様に、復号化手段に適用することができる。多段光ファイバブラッグフィルタ内部のそれぞれの光フィルタが反射する波長及び周波数、並びに、それぞれの光フィルタの位置を変更することで、第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムでは、受信ノードの拡散符号を変更でき、ネットワーク設計が柔軟になる。
【００４６】
以上のように、第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムは、廉価な光源を利用でき、簡易な構成で優れた雑音特性を有する。
【００４７】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムについて、第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムと異なる点を中心に説明する。図８に、第２実施形態における受信ノードの概念図を示した。第２実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムは、光信号を送信する送信ノードと光信号を受信する受信ノード４０とが光伝送路を介して接続されている光ＣＤＭ伝送システムにおいて、送信ノードは、出射光を出射する光源、光源からの出射光を情報信号で変調して送信光を出力する変調手段、変調手段からの送信光を２波に分岐する送信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、送信側光分岐手段で２波に分岐された送信光のそれぞれを伝搬させる２本の送信側分岐路、２本の送信側分岐路の一方に挿入され、かつ、２波に分岐された送信光の一方を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段、及び、２本の送信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された送信光同士を結合させて光信号として受信ノードに送信する送信側光結合手段、を備え、受信ノード４０は、受信した光信号を受信光として２波に分岐する受信側光分岐手段４１、光路長が略等しく、かつ、受信側光分岐手段４１で分岐された受信光のそれぞれを伝搬させる２本の受信側分岐路４２、２本の受信側分岐路４２の一方に挿入され、かつ、割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて２波に分岐された受信光の一方を復号化する復号化手段４３、２本の受信側分岐路４２の他方に挿入され、かつ、２波に分岐された受信光の他方の周波数を一定量偏移させる周波数偏移手段５２、２本の受信側分岐路４２の端に接続され、かつ、２波に分岐された受信光からビート信号を出力する光電気変換手段４４、ビート信号の周波数成分を通過させるフィルタ４８及びフィルタ４８を通過したビート信号を復調して情報信号を出力する復調手段４９を含む受信回路５０ａ，ｂ，ｃを備える。なお、図５では、受信回路５０ｂ，ｃの符号は省略した。
【００４８】
光電気変換手段４４は、例えば、光方向性結合器４５及びフォトダイオード４６を有する。フィルタ４８としては、例えば、ＩＦフィルタがある。また、周波数偏移手段５２としては、例えば、周波数シフターがある。
【００４９】
受信回路５０ａに入射した光信号は、受信側光分岐手段
４１で受信光として２波に分岐される。２波に分岐された受信光の一方は、復号化手段４３ａで図３の送信ノード１０ａ割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて復号化され、光電気変換手段４４に至る。また、２波に分岐された受信光の他方は、周波数偏移手段５２を透過させることで、中心周波数が一定量偏移（Δν）され、光電気変換手段４４に至る。光電気変換手段４４では、２波に分岐された受信光同士が結合され、その後、光電気変換される。この周波数偏移により、フォトダイオード４６の出力は、数９で示される。
【００５０】
【数９】
【００５１】
数９より、フォトダイオード４６から、周波数がΔνのビート信号が出力されることがわかる。その後、ビート信号の周波数成分を透過させるフィルタ４８を透過させることで、数９の第２項が除去され、復調手段４９で復調させることで、元の情報信号となる。
【００５２】
以上のように、第２実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムは、第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムと同様に、廉価な光源を利用でき、簡易な構成で優れた雑音特性を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る光通信システムは、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）をはじめとする光ネットワークで利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】基本原理を説明するための光干渉計の概略図である。
【図２】参考文献２に記載のコヒーレンス度の理論値及び実験値を示すグラフである。
【図３】第１実施形態に係る光ＣＤＭ伝送システムの全体図である。
【図４】第１実施形態における送信ノードの概略図である。
【図５】第１実施形態における受信ノードの概略図である。
【図６】多段光ファイバブラッグフィルタの概念図である。
【図７】第１実施形態における符号化を説明するための概念図であり、図７（ａ）は光源のスペクトルであり、図７（ｂ）は符号化のイメージである。
【図８】第２実施形態における受信ノードの概念図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００ 光ＣＤＭ伝送システム
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 送信ノード
１１、９１ 光源
１２ 変調手段
１３ 送信側光分岐手段
１４ 送信側分岐路
１５ 符号化手段
１６ 送信側光結合手段
２０、４５、５１ 光方向性結合器
３０ 光伝送路
４０ 受信ノード
４１、４１ａ 受信側光分岐手段
４２ 受信側分岐路
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ 復号化手段
４４ 光電気変換手段
４６、４６ａ、４６ｂ フォトダイオード
４７ 差動増幅器
４８ フィルタ
４９ 復調手段
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 受信回路
５２ 周波数偏移手段
６０ 多段光ファイバブラッグフィルタ
６０ａ 光フィルタ
６１ 光サーキュレーター
６２ 入力
６３ 出力
９０ 光干渉計
９２ 光分散性媒質
９３ａ，９３ｂ 半透鏡
９４ａ、９４ｂ 鏡
９５ 光検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を送信する送信ノードと前記光信号を受信する受信ノードとが光伝送路を介して接続されている光ＣＤＭ伝送システムにおいて、
前記送信ノードは、出射光を出射する光源、前記光源からの前記出射光を情報信号で変調して送信光を出力する変調手段、前記変調手段からの前記送信光を２波に分岐する送信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記送信側光分岐手段で２波に分岐された前記送信光のそれぞれを伝搬させる２本の送信側分岐路、前記２本の送信側分岐路の一方に挿入され、かつ、２波に分岐された前記送信光の一方を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段、及び、前記２本の送信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記送信光同士を結合させて前記光信号として前記受信ノードに送信する送信側光結合手段、を備え、
前記受信ノードは、受信した前記光信号を受信光として２波に分岐する受信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記受信側光分岐手段で分岐された前記受信光のそれぞれを伝搬させる２本の受信側分岐路、前記２本の受信側分岐路の一方に挿入され、かつ、前記割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて２波に分岐された前記受信光の一方を復号化する復号化手段、前記２本の受信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記受信光の一方に所定の位相差を加え、かつ、２波に分岐された前記受信光同士を結合させ、かつ、結合された前記受信光を電気信号に変換する光電気変換手段、前記電気信号のベースバンド周波数成分を通過させるフィルタ及び前記フィルタを通過した前記電気信号を復調して前記情報信号を出力する復調手段を含む受信回路を１以上備える、ことを特徴とする光ＣＤＭ伝送システム。
【請求項２】
光信号を送信する送信ノードと前記光信号を受信する受信ノードとが光伝送路を介して接続されている光ＣＤＭ伝送システムにおいて、
前記送信ノードは、出射光を出射する光源、前記光源からの前記出射光を情報信号で変調して送信光を出力する変調手段、前記変調手段からの前記送信光を２波に分岐する送信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記送信側光分岐手段で２波に分岐された前記送信光のそれぞれを伝搬させる２本の送信側分岐路、前記２本の送信側分岐路の一方に挿入され、かつ、２波に分岐された前記送信光の一方を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段、及び、前記２本の送信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記送信光同士を結合させて前記光信号として前記受信ノードに送信する送信側光結合手段、を備え、
前記受信ノードは、受信した前記光信号を受信光として２波に分岐する受信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記受信側光分岐手段で分岐された前記受信光のそれぞれを伝搬させる２本の受信側分岐路、前記２本の受信側分岐路の一方に挿入され、かつ、前記割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて２波に分岐された前記受信光の一方を復号化する復号化手段、前記２本の受信側分岐路の他方に挿入され、かつ、２波に分岐された前記受信光の他方の周波数を一定量偏移させる周波数偏移手段、前記２本の受信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記受信光からビート信号を出力する光電気変換手段、前記ビート信号の周波数成分を通過させるフィルタ及び前記フィルタを通過した前記ビート信号を復調して前記情報信号を出力する復調手段を含む受信回路を１以上備える、ことを特徴とする光ＣＤＭ伝送システム。
【請求項３】
前記光源が、ファブリペロー型半導体レーザであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ＣＤＭ伝送システム。
【請求項４】
前記符号化手段が、前記送信光の光強度が一定以上となる前記送信光の波長成分を波長軸上で複数に分割し、波長軸上で複数に分割された前記送信光の波長成分毎に異なる遅延を付与することによって前記送信光を符号化する多段光ファイバブラッグフィルタを含むことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の光ＣＤＭ伝送システム。
【請求項５】
前記復号化手段が、前記受信光の光強度が一定以上となる前記受信光の波長成分を波長軸上で複数に分割し、波長軸上で複数に分割された前記受信光の波長成分毎に異なる遅延を付与することによって前記受信光を復号化する多段光ファイバブラッグフィルタを含むことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の光ＣＤＭ伝送システム。
【請求項１】
光信号を送信する送信ノードと前記光信号を受信する受信ノードとが光伝送路を介して接続されている光ＣＤＭ伝送システムにおいて、
前記送信ノードは、出射光を出射する光源、前記光源からの前記出射光を情報信号で変調して送信光を出力する変調手段、前記変調手段からの前記送信光を２波に分岐する送信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記送信側光分岐手段で２波に分岐された前記送信光のそれぞれを伝搬させる２本の送信側分岐路、前記２本の送信側分岐路の一方に挿入され、かつ、２波に分岐された前記送信光の一方を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段、及び、前記２本の送信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記送信光同士を結合させて前記光信号として前記受信ノードに送信する送信側光結合手段、を備え、
前記受信ノードは、受信した前記光信号を受信光として２波に分岐する受信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記受信側光分岐手段で分岐された前記受信光のそれぞれを伝搬させる２本の受信側分岐路、前記２本の受信側分岐路の一方に挿入され、かつ、前記割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて２波に分岐された前記受信光の一方を復号化する復号化手段、前記２本の受信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記受信光の一方に所定の位相差を加え、かつ、２波に分岐された前記受信光同士を結合させ、かつ、結合された前記受信光を電気信号に変換する光電気変換手段、前記電気信号のベースバンド周波数成分を通過させるフィルタ及び前記フィルタを通過した前記電気信号を復調して前記情報信号を出力する復調手段を含む受信回路を１以上備える、ことを特徴とする光ＣＤＭ伝送システム。
【請求項２】
光信号を送信する送信ノードと前記光信号を受信する受信ノードとが光伝送路を介して接続されている光ＣＤＭ伝送システムにおいて、
前記送信ノードは、出射光を出射する光源、前記光源からの前記出射光を情報信号で変調して送信光を出力する変調手段、前記変調手段からの前記送信光を２波に分岐する送信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記送信側光分岐手段で２波に分岐された前記送信光のそれぞれを伝搬させる２本の送信側分岐路、前記２本の送信側分岐路の一方に挿入され、かつ、２波に分岐された前記送信光の一方を割り当てられた拡散符号に対応する波長分散歪を用いて符号化する符号化手段、及び、前記２本の送信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記送信光同士を結合させて前記光信号として前記受信ノードに送信する送信側光結合手段、を備え、
前記受信ノードは、受信した前記光信号を受信光として２波に分岐する受信側光分岐手段、光路長が略等しく、かつ、前記受信側光分岐手段で分岐された前記受信光のそれぞれを伝搬させる２本の受信側分岐路、前記２本の受信側分岐路の一方に挿入され、かつ、前記割り当てられた拡散符号に同一又は逆の分散特性を有する拡散符号を用いて２波に分岐された前記受信光の一方を復号化する復号化手段、前記２本の受信側分岐路の他方に挿入され、かつ、２波に分岐された前記受信光の他方の周波数を一定量偏移させる周波数偏移手段、前記２本の受信側分岐路の端に接続され、かつ、２波に分岐された前記受信光からビート信号を出力する光電気変換手段、前記ビート信号の周波数成分を通過させるフィルタ及び前記フィルタを通過した前記ビート信号を復調して前記情報信号を出力する復調手段を含む受信回路を１以上備える、ことを特徴とする光ＣＤＭ伝送システム。
【請求項３】
前記光源が、ファブリペロー型半導体レーザであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ＣＤＭ伝送システム。
【請求項４】
前記符号化手段が、前記送信光の光強度が一定以上となる前記送信光の波長成分を波長軸上で複数に分割し、波長軸上で複数に分割された前記送信光の波長成分毎に異なる遅延を付与することによって前記送信光を符号化する多段光ファイバブラッグフィルタを含むことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の光ＣＤＭ伝送システム。
【請求項５】
前記復号化手段が、前記受信光の光強度が一定以上となる前記受信光の波長成分を波長軸上で複数に分割し、波長軸上で複数に分割された前記受信光の波長成分毎に異なる遅延を付与することによって前記受信光を復号化する多段光ファイバブラッグフィルタを含むことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の光ＣＤＭ伝送システム。
【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２００８−１０９１７１（Ｐ２００８−１０９１７１Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８７１３０（Ｐ２００６−２８７１３０）
【出願日】平成１８年１０月２３日（２００６．１０．２３）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２３日（２００６．１０．２３）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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