符号変換器、光符号分割多重用光送信機、及び光符号分割多重伝送システム
【課題】送受信機が送受する光パワーを保ちつつ、多値数を削減して符号化の最小刻みを拡大し、符号化の最小刻みを拡大した状態で同一の光周波数のチップを複数の符号分をまとめて多値変調する符号変換器、光符号分割多重用光送信機、及び光符号分割多重伝送システムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る符号変換器は、受信対象外の符号のチップが加算するチップの総和と減算するチップの総和が受信機で概ね均衡する符号間の直交性を利用して、
符号毎に符号化した符号化データを多重した多重符号から、受信側の復号器で、加算するチップと引き算するチップを等量差し引き、減算するチップの総和と引き算するチップの総和の間の均衡状態を保ちながら多値数を削減し、最小刻みを拡大することとした。
【解決手段】本発明に係る符号変換器は、受信対象外の符号のチップが加算するチップの総和と減算するチップの総和が受信機で概ね均衡する符号間の直交性を利用して、
符号毎に符号化した符号化データを多重した多重符号から、受信側の復号器で、加算するチップと引き算するチップを等量差し引き、減算するチップの総和と引き算するチップの総和の間の均衡状態を保ちながら多値数を削減し、最小刻みを拡大することとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光符号分割多重通信に用いられる符号変換器、光符号分割多重用光送信機、及び光符号分割多重伝送システムに関する。
【背景技術】
【0002】
伝播媒体と光周波数帯域を符号識別により複数信号で共用する光符号分割多重が将来の光通信として検討されている。また、誤接続による妨害光を遮断可能なスペクトル領域符号を用いた光符号分割多重も検討されている。
【0003】
しかし、光符号分割多重通信では、複数の符号光で同一の光周波数を使用するため、符号光間ビート雑音による感度劣化の課題がある(例えば、非特許文献1を参照。)。特に、スペクトル領域符号であり、符号光を構成する異なる光周波数の光(チップ)がコヒーレント光であり、異なる符号を構成するチップ同士の光周波数差が伝送帯域以下である場合、影響が大きく多重伝送が困難となる。
【0004】
このビート雑音による感度劣化を削減する方法として、同一の光周波数のチップを複数の符号分まとめて多値変調する方法(例えば、特許文献1を参照。)がある。この方法は、本質的に光符号間ビート雑音は発生せず、直接検波できるので受信器を簡易にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】WO2005/008923
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】“Beat Noise Mitigation of Spectral Amplitude Coding OCDMA Using Heterodyne Detection”, Yoshino, M. et al., Journal of Lightwave Technology, Volume: 26, Issue: 8, April 15, 2008, Page(s): 962−970
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
図1は、従来の方法を用いて、32符号のスペクトル領域強度符号を多重した時に伝送される信号の全入力光強度に対する復号後の信号対雑音比(SNR)を説明する図である。図1の曲線が伝送される信号のSNRである。図1の直線は符号誤り率10−12相当のSNRを意味する。従来の方法には2つの課題がある。まず、第1の課題を説明する。図1のように符号誤り率10−12での最小受光感度がIEEE802.3ahで規定されている−27dBm以下に達しない。また、図1のように符号誤り率10−12以上の受光領域が−10dBm以上である一方、受信機側の光検波器の概ね破壊閾値に相当するオーバーロードが−6dBm以下であり、PONに必要な受光ダイナミックレンジ21dBを満足することも困難である。このため、従来の方法では、符号誤り率10−12を維持する最小受光感度を得ることが困難であり、PONに必要な受光ダイナミックレンジを満足することが困難という課題がある。但し、この課題は、光検波器の破壊閾値の増大や受信機の感度向上により改善する可能性はある。
【0008】
また、従来の方法では、符号数を増加すると多値数が増大する。このため、従来の方法では、光パワーを一定に保つことを前提にすると、多値数の増大に伴い符号化の最小刻みが小さくなる第2の課題がある。符号化の最小刻みを小さくするとSNRが低下するため、まとめて変調できる符号数が制限される。また、多値数の増大は、変調器や直接変調レーザの入力に対する出力の線形領域が狭いことから、線形領域で変調しようとすると、刻みが更に小さくなる。非線形領域を線形に変調しようとすると、非線形変調しなければならないという課題も発生する。ここで、送信パワー一定の場合に、最大符号数増加よりSNRが劣化する関係について説明する。送信器が送信する光パワーをP、多重する符号数をFとおくと、単一の信号分の信号光のパワーSはS=P/Fと表すことができる。同一符号を構成するスペクトルチップ間のビート雑音が無視できるとき、雑音は受信機雑音やショット雑音が支配的であり、送信パワー一定のとき雑音は一定である。従って、最大符号数に反比例してSNRが劣化する。なお、「多値数」と「刻み」とは、多値数が増大すれば刻み幅が縮小し、多値数が減少すれば刻み幅が拡大するという関係にある。
【0009】
そこで、本発明は、送受信機が送受する光パワーを保ちつつ、多値数を削減して符号化の最小刻みを拡大し、符号化の最小刻みを拡大した状態で同一の光周波数のチップを複数の符号分をまとめて多値変調する符号変換器、光符号分割多重用光送信機、及び光符号分割多重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】
【0010】
本明細書では、符号が“0”及び“1”の符号化チップの組合せで構成され、符号を構成する“0”及び“1”の符号化チップの数を符号長と記載する。また、伝送データを符号化したものを符号化データと記載する。さらに、符号化データを多重化すると符号化データの符号も多重化されるため、多重化された符号を多重符号と記載し、多重符号を構成する各チップを多重チップと記載する。
【0011】
上記目的を達成するために、本発明に係る符号変換器は、受信対象外の符号のチップが加算するチップの総和と減算するチップの総和が受信機で概ね均衡する符号間の直交性を利用して、符号毎に符号化した符号化データを多重した多重符号から、受信側の復号器で、加算するチップと引き算するチップを等量差し引き、減算するチップの総和と引き算するチップの総和の間の均衡状態を保ちながら多値数を削減し、最小刻みを拡大することとした。
【0012】
具体的には、本発明に係る符号変換器は、複数のチャネルの伝送データをチャネル毎に異なる符号で符号化した符号化データを多重化する。本符号変換器は、基準部と、比較演算部と、を有する演算回路を備える。基準部は、同一時間における各チャネルの前記伝送データの取り得る組合せのうちで、同一時間における符号化データを多重した多重信号を構成する符号化チップを多重チップとして該符号化チップ毎に多重した値の差の最大を基準として持つ。比較演算部は、同一時間における各チャネルの前記伝送データを組合せ、同一時間における符号化データを多重した多重信号を構成する符号化チップを多重チップとして該符号化チップ毎に多重した値の最小値であるチップ最小値を検出し、多重符号内にある多重チップから前記基準と該多重符号内の前記チップ最小値の小さい方の値を減算する比較演算部と、を備える。
【0013】
また、本発明に係る符号変換器は、複数のチャネルの伝送データをチャネル毎に異なる符号で符号化した符号化データを多重化する符号変換器であって、同一時間における各チャネルの前記伝送データの取り得る組合せのうちで、同一時間における符号化データを多重した多重信号を構成する符号化チップを多重チップとし、非零の多重チップ間での差の最大を基準として持つ基準部と、前記多重化した前記符号化データの多重符号を構成する多重チップのうち非零の多重チップの値の最小値であるチップ最小値を検出し、多重符号内にある非零の多重チップから前記基準と該多重符号内の前記チップ最小値の小さい方の値を減算する比較演算部と、を備える構造でもよい。
【0014】
本発明に係る符号変換器は、符号毎に符号化した符号化データを多重した多重符号から、受信側の復号器で加算するチップと引き算するチップを等量差し引き、減算するチップの総和と引き算するチップの総和の間の均衡状態を保ちながら多値数を削減する。従って、本発明は、送受信機が送受する光パワーを保ちつつ多値数を削減して符号化の最小刻みを拡大し、符号化の最小刻みを拡大した状態で同一の光周波数のチップを複数の符号分をまとめて多値変調する符号変換器を提供することができる。
【0015】
本発明に係る光符号分割多重用光送信機は、前記符号変換器と、前記符号変換器から多重した前記多重符号を受信し、互いに光周波数又は/及び遅延時間が異なる光を前記多重符号の前記多重チップの値でそれぞれ変調したチップを出力する変調器と、前記変調器が出力する前記チップを合波して光符号分割多重信号を出力する合波器と、を備える。
【0016】
本発明に係る符号変換器からの信号で光を変調している。従って、本発明は、光パワーを保ちつつ多値数を削減して符号化の最小刻みを拡大し、SNRを向上できる光符号分割多重用光送信機を提供することができる。
【0017】
本発明に係る光符号分割多重伝送システムは、前記光符号分割多重用光送信機が出力した前記光符号分割多重信号を受信し、前記光符号分割多重信号を前記チップ毎に分波し、前記分波された光をそれぞれ光検波して受信対象とし、前記チャネルの符号に応じて検波出力を加減算する受信機と、を備える。
【0018】
本発明に係る光符号分割多重伝送システムは、受信対象外の符号のチップが加算するチップの総和と減算するチップの総和が受信機で概ね均衡する符号間の直交性を利用して、符号毎に符号化した符号化データを多重した多重符号から、受信側の復号器で、加算するチップと引き算するチップを等量差し引き、減算するチップの総和と引き算するチップの総和の間の均衡状態を保ちながら多値数を削減し、最小刻みを拡大する。従って、本発明は、光パワーを保ちつつ多値数を削減して符号化の最小刻みを拡大し、SNRを向上できる光符号分割多重伝送システムを提供することができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明は、送受信機が送受する光パワーを保ちつつ、多値数を削減して符号化の最小刻みを拡大し、符号化の最小刻みを拡大した状態で同一の光周波数のチップを複数の符号分をまとめて多値変調する符号変換器、光符号分割多重用光送信機、及び光符号分割多重伝送システムを提供することができる。本発明に係る符号変換器、光符号分割多重用光送信機、及び光符号分割多重伝送システムは、多値符号から多値数を削減して最小刻みを拡大したため、SNRが向上する。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】従来の方法による光符号分割多重通信のSNRを説明する図である。
【図2】本発明に係る光符号分割多重伝送システムを説明するブロック図である。
【図3】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図4】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図5】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図6】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図7】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図8】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図9】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図10】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図11】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図12】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図13】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図14】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図15】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図16】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図17】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図18】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図19】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図20】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図21】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図22】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図23】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図24】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図25】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図26】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図27】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図28】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図29】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図30】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図31】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図32】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図33】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図34】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図35】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図36】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図37】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図38】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図39】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図40】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図41】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図42】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図43】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図44】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図45】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図46】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図47】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【0022】
(実施形態1)
図2は、本実施形態の光符号分割多重伝送システムを説明するブロック図である。光符号分割多重伝送システムは、光符号分割多重用光送信機10、受信機20−n(nは1以上N以下の整数)、及びこれらを接続する光分配網30を備える。
【0023】
光符号分割多重用光送信機10は、多波長光源11、分波器12、変調器群13、合波器14、及び符号変換器15を有する。多波長光源11は互いに異なるJ個の光周波数の光を出力する。分波器12は、多波長光源11が出力した光を光周波数毎に分波する。分波器12は、例えば、光カプラと濾波器の組合せやAWG(Array Waveguide Gratings)である。変調器群13には、J個の変調器13−jが含まれる。変調器13−jは、符号変換器15が出力する多重符号に応じて分波された光を強度変調し、スペクトルチップとして出力する。合波器14は、変調器13−jが出力したスペクトルチップを合波し、光符号分割多重信号を出力する。合波器14は、例えば、AWGや光カプラである。合波器14は挿入損失軽減の観点から合波するチップ数が増大した場合(概ね4以上)、AWGであることが望ましい。
【0024】
符号変換器15は、複数のチャネルの伝送データをチャネル毎に異なる符号で符号化した符号化データを多重化する。符号変換器15は、チャネル毎に複数の符号化チップから構成される符号を持つ。符号変換器15は、チャネル毎に入力される伝送データのマーク/スペースの値と、チャネル毎の符号の符号化チップとに応じた符号化データをチャネル毎に生成する。さらに、符号変換器15は、これらの符号化データを多重する。符号化データを多重することで符号化データの符号化チップも多重化され多重チップとなる。すなわち、0と1の2値である伝送データが多値のデータに変換される。符号変換器15は、多重チップから成る多重符号を変調器13−jに出力する。このとき、符号変換器15は、変調器13−j毎に多重チップを出力する。なお、符号変換器15の詳細な動作については後述する。
【0025】
このように、光符号分割多重用光送信機10は光周波数毎に分離した光をそれぞれ変調することで、符号化と信号の値に応じた変調を行う。図2では符号変換器15の符号長(符号化チップ数)が4である場合の光符号分割多重伝送システムを記載している。符号変換器15は伝送データを多重チップ数が4の多重符号に変換して出力する。分波器12は、多波長光源11からの光を光周波数f1、f2、f3、f4の4つの光に分波する。変調器13−jは4台である。変調器13−1は光周波数f1の光を多重符号の一番目の多重チップで変調する。同様に、変調器(13−2、13−3、13−4)はそれぞれ光周波数(f2、f3、f4)の光を多重符号の二番目、三番目、四番目の多重チップで変調する。
【0026】
なお、多波長光源11、分波器12、および変調器13−jは、光周波数毎に直接変調できる光源で置き換えても構わない。変調されたスペクトルチップは合波器14で合波されて光符号分割多重信号として出力される。
【0027】
受信機20−nは、分波器21、合波器(22−n−1、22−n−2)、合波器(22−n−1、22−n−2)の光出力をそれぞれ光検波し、その出力を加減算する差動光検波器23を有する。分波器21、合波器(22−n−1、22−n−2)及び差動光検波器23で復号器が構成される。分波器21は、光符号分割多重信号を受信して光周波数毎に分波する。分波器21は、例えば、光カプラと濾波器の組合せやAWGである。合波器(22−n−1、22−n−2)は、分波器21で分波された光を2つのグループにまとめ、それぞれを合波する。合波器(22−n−1、22−n−2)は、例えば、AWGや光カプラである。分波器21及び合波器(22−n−1、22−n−2)は、受信対象であるスペクトルチップを復号器の符号の“1”“0”の値に応じて分岐する。
【0028】
合波器(22−n−1、22−n−2)は挿入損失軽減の観点から合波するチップ数が増大した場合(概ね4以上)、AWGであることが望ましい。AWG等の光周波数依存性のある部品を用いるとき、受信対象とする符号毎に合波器(22−n−1、22−n−2)で集約するスペクトルチップが異なるため、受信対象とする符号毎に異なるAWGとする。分波器21及び合波器(22−n−1、22−n−2)は、光符号分割多重信号を符号光のスペクトルチップの“1”、“0”の値に応じて分岐することができる。なお、合波器(22−n−1、22−n−2)に光周波数の選択機能がある場合は、分波器21は光カプラであってもよい。差動光検波器23は、分岐されたスペクトルチップを光検波し、その出力を受信対象とする符号のスペクトルチップの“1”、“0”の値に応じて加減算する。差動光検波器23は、例えば、フォトダイオードを2つ直列接続する。2つのフォトダイオードの+側と−側を接続し、その接続点から信号を取っているので、両検波出力の差が出力される。差動光検波器23は、フォトダイオード又はフォトダイオード以外の光検出器と演算増幅器とを組み合わせてもよい。
【0029】
受信機20−nは、分波器21で光符号分割多重信号を光周波数毎に分波する。さらに、受信機20−nは、分波した光を受信対象とする符号に応じて差動光検出器23の加算側と減算側に振り分ける。
【0030】
受信機20−nは、符号を構成する符号化チップの値が“1”であるスペクトルチップは差動光検波器23の加算する側のフォトダイオードか減算する側のフォトダイオードのいずれかの一方に到着し、他方のフォトダイオードには到着しないように構成する。直交符号を用いる場合、符号の直交性により、受信対象外の符号を構成するチップは、加算する側と減算する側の両方に、加減算の過程で実効的に均等になる強度で到着することになり、加減算により打ち消され、理想的には多元接続干渉がなくなる。
【0031】
例えば、受信機20−1は、符号変換器15で[1100]の符号で符号化されたチャネルの伝送データを受信するため、分波器21で分波された光周波数f1、f2、f3、f4の光をそれぞれ加算側合波器22−1−1、加算側合波器22−1−1、減算側合波器22−2−2、減算側合波器22−2−2に振り分ける。また、受信機20−2は、符号変換器15で[1010]の符号で符号化されたチャネルの伝送データを受信するため、分波器21で分波された光周波数f1、f2、f3、f4の光をそれぞれ加算側合波器22−2−1、減算側合波器22−2−2、加算側合波器22−2−1、減算側合波器22−2−2に振り分ける。
【0032】
なお、分波した光の振り分けを上記と逆にしてもよい。すなわち、受信機20−1は、分波器21で分波された光周波数f1、f2、f3、f4の光をそれぞれ減算側合波器22−1−2、減算側合波器22−1−2、加算側合波器22−1−1、加算側合波器22−1−1に振り分けてもよい。同様に、受信機20−2は、分波器21で分波された光周波数f1、f2、f3、f4の光をそれぞれ減算側合波器22−2−2、加算側合波器22−2−1、減算側合波器22−2−2、加算側合波器22−2−1に振り分けてもよい。
【0033】
(符号変換器の動作)
ここでは、符号変換器15の動作を詳細に説明する。符号変換器15は、二つの動作が可能である。第1の動作は、符号毎に符号化した符号化データを多重した多重符号から、受信側の復号器で、加算するチップと引き算するチップを等量差し引き、減算するチップの総和と引き算するチップの総和の間の均衡状態を保ちながら多値数を削減する動作である。第2の動作は、多値数を削減する際に、受信機側で加算側にも減算側にもカウントされない“0”の値の多重チップ以外の多値数を削減する動作である。ここで、等量とは加減算後の強度において等量であることを意味する。従って、加減算の一方の強度を1/K(Kは自然数)とする符号の場合、他方の強度のK倍を差し引くことになる。
【0034】
まず、第1の動作について説明する。符号変換器15は、基準部51と比較演算部52を持つ。基準部51は、同一時間における各チャネルの前記伝送データの取り得る組合せのうちで、単一時間における符号化データを多重した多重信号を構成する符号化チップを多重チップとして該符号化チップ毎に多重した値の差の最大を基準として持つ。比較演算部52は、多重化した前記符号化データの多重符号を構成する多重チップの値の最小値であるチップ最小値を検出し、多重符号内にある多重チップから前記基準と該多重符号内の前記チップ最小値の小さい方の値を減算する。
【0035】
符号変換器15が使用する符号は例えば、受信側での分波器21、合波器(22−n−1、22−n−2)、差動光検波器23により多元接続干渉が抑圧される直交符号が望ましい。“1”“0”のON/OFFの強度符号において、そのような直交符号としては例えば、アダマール符号や巡回シフトしたM系列符号で、ビットが1あるいは0のいずれかに相当するスペクトルチップを送信する光符号を例に挙げることができる。
【0036】
このような符号を用いて、値が1に相当するチップのみを送出するユニポーラ符号を用いる場合にて説明する。
【0037】
以下、式を用いて説明する。n番目の符号n(n=1〜N,n;整数,N;符号数)の時刻tにおける伝送データをDn、符号nを構成する符号化チップjの値をCnj(j=1〜J,j;整数,J;符号長)、時刻tにおける各チャネルの伝送データDnと符号とを組み合わせた符号化データのチップ毎の値をDnCnj、Σをjを1からJまでの値の総和とし、符号化データを多重した多重符号を構成する多重チップの値をΣDnCnjとする。また、min(A,B)をAとBの小さい方の値とし、時刻tの伝送データDnにおける多重符号の中で最大の多重チップの値をMax(ΣDnCnj)とし、時刻tの伝送データDnにおける多重符号の中で最小の多重チップの値をmin(ΣDnCnj)とする。
【0038】
符号化データの種類は、チャネル毎に入力される伝送データDnの値と符号化チップjの値との関係で有限の数に限定される。そして、伝送データDnと符号化チップjとの取り得る全種類の符号化データについて、符号化データ毎にチップ値DnCnjの最大値と最小値の差分を求める。ただし、第2の動作では、DnCnj=0であるチップ値は最小値とはしない。さらに全種類の符号化データの中で差分が最大の値を基準Sと定める。
【0039】
符号変換器15は、多重符号について多重チップの値ΣDnCnjの最大が基準S以下となるように調整する。具体的には、出力する多重符号の多重チップ‘ΣDnCnj’について次式を適用する。
(数式1)
‘ΣDnCnj’=ΣDnCnj−min{min(ΣDnCnj),S}
なお、ここでは数式1で説明するが、復号の際に加算するチップと減算するチップを等量差し引く式(例えば、数式2)を採用することができる。
(数式2)
‘ΣDnCnj’=
ΣDnCnj−IF{Max(ΣDnCnj)>S,min(ΣDnCnj),S}
ここで、IF(A,B,C)は、Aが真の場合にBの値をとり、Aが偽の場合にCの値をとる。
【0040】
図4は、符号長4符号数3のウオルシュアダマール系列の場合について、ΣDnCnj、min(ΣDnCnj)、基準S、及び出力する多重符号の多重チップ‘ΣDnCnj’を説明する図である。
【0041】
基準Sの値は2である。図4の左列は符号の番号n(チャネル毎の符号)を意味し、それより右の各行の値は各符号の符号化チップの値を意味する。符号化チップの欄に数値が記載されている場合と空欄になっている場合がある。これは、符号化チップの欄に数値が記載されている場合、伝送データの値Dnが1(マーク)であり、空欄の場合、伝送データの値Dnは0(スペース)であることを意味する。
【0042】
図4の列2〜5に示すように、多重符号の値は、各チャネルの符号の加算であり、データを送信し得る符号の数が多値の取り得る値の上限となる。この場合、送信し得る符号の数が符号長に等しい符号の場合は、符号長が多値の取り得る値の上限となる。一般的には、異なる符号を構成するチップ同士が重ならない回数の最大値が多値の取り得る値の上限となる。図4の列1〜5に示すように従来の技術では、伝送データが3チャネルで3符号多重する場合は3以上の多値数(刻み数)が必要となる。
【0043】
一方、本実施形態の符号変換器15は、数式1のような計算を行い、出力する多重符号の多重チップを図4の列6〜9に記載するような値に変換する。図4のように符号変換器15は、刻み数を2とすることができた。この刻み数は、符号長の半分であり、基準Sと同値である。
【0044】
数式1の計算は、具体的には、以下のような変換を行う。図4の多重チップの値は、「3,1」(パターン1の「3,1,1,1」)、「2,1,0」(パターン2〜4)、「1,0」(パターン5〜7)、または「0」(パターン8)である。つまり、パターン1〜8で強度差は2、2、1、0が存在する。従って、強度差の最大である基準Sは2である。ここで、全てのパターンの最大強度を基準Sより小さくするためには、パターン1の各多重チップから等量1ずつ強度を減じればよい。すなわち、各パターンの多重符号は次のように変換される。
パターン1は、「3,1」から1を減じて「2,0」とする。
パターン2〜4は、「2,1,0」で変換なし。
パターン5〜7は、「1,0」で変換なし。
パターン8は、「0」で変換なし。
【0045】
図5は図4の符号の0と1を反転し、全符号のスペクトルチップが0になるチップを削除した変形アダマール系列の例である。本実施例による効果は図4の場合と同様であり、刻みの数は概ね半減し、符号長の概ね1/4の基準Sと同値の1とすることができる。なお、図5の例は、送受信機で送受する光パワーを従来例と同一としたとき、アイ開口は従来例と同様である。
【0046】
図6〜図21は、符号長8符号数7のウオルシュアダマール系列の場合について、ΣDnCnj、min(ΣDnCnj)、基準S、及び出力する多重符号の多重チップ‘ΣDnCnj’を説明する図である。図22〜図37は、図6〜図21の符号の0と1を反転し、全符号のスペクトルチップが0になるチップを削除した変形アダマール系列の例である。
【0047】
図6〜図21の場合、基準Sの値は4である。図の詳細な説明は図4と同様である。なお、ΣDnCnj、min(ΣDnCnj)、基準S、及び‘ΣDnCnj’が番号が若いパターンと同じ場合、その記載を省略している。図6〜図21の列1〜8に示す従来の例では、伝送データが7チャネルで7符号多重する場合は7以上の多値数(刻み)が必要となる。
【0048】
一方、本実施形態の符号変換器15は、数式1のような計算を行い、出力する多重符号の多重チップを図6〜図21の列9〜16に記載するような値に変換する。図6〜図21のように符号変換器15は、刻み数を4とすることができた。この刻み数は、符号長の半分であり、基準Sと同値である。
【0049】
図22〜図37で説明する変形アダマール系列の場合も、同様であり、刻みの数は概ね半減し、符号長の概ね1/4の基準Sと同値の2とすることができる。
【0050】
図38〜図42は、符号長16符号数15のウオルシュアダマール系列の場合について、ΣDnCnj、min(ΣDnCnj)、基準S、及び出力する多重符号の多重チップ‘ΣDnCnj’を説明する図である。なお、符号長16符号数15のウオルシュアダマール系列の場合、組合せ数が多いため、全パターンのうち一部を表示する。図43〜図47は、図38〜図42の符号の0と1を反転し、全符号のスペクトルチップが0になるチップを削除した変形アダマール系列の例である。
【0051】
図38〜図42の列1〜16に示す従来の例では、伝送データが15チャネルで15符号多重する場合は15以上の多値数(刻み)が必要となる。一方、本実施形態の符号変換器15は、数式1のような計算を行い、出力する多重符号の多重チップを図38〜図42の列17〜32に記載するような値に変換する。図38〜図42のように符号変換器15は、刻み数を8とすることができた。この刻み数は、符号長の半分であり、基準Sと同値である。
【0052】
図43〜図47で説明する変形アダマール系列の場合も、同様であり、刻みの数は概ね半減し、符号長の概ね1/4の基準Sと同値の4とすることができる。
【0053】
以上述べたように、本実施例では多値変調の多値数を削減し、変調刻みを大きくすることができる。
【0054】
(実施形態2)
図3は、スペクトルチップの光の有無が反転した(擬似)バイポーラ信号に適用した例を2符号の場合で示した図である。
本実施形態では、符号変換器15の取り得る2つの動作の内、第2の動作について説明する。すなわち、送信機で多重化する前の符号化チップが“1”“0”から構成される符号化チップの場合に利用可能な動作であり、多値数を削減する際に、受信機側で加算側にも減算側にもカウントされない“0”の値の多重チップ以外の多値数を削減する動作である。
【0055】
図3に示したように、符号1の符号化チップは、伝送データがマークの時に(1,1,0,0)、伝送データがスペースの時に(0,0,1,1)であるとし、符号2の符号化チップは、伝送データがマークの時に(1,0,1,0)、伝送データがスペースの時に(0,1,0,1)であるとする。
【0056】
ここで括弧の中の数字は各符号化チップの値である。従来の例では、値1の符号化チップで光変調を行ったときに当該符号化チップに対応してスペクトルチップが値1に相当する単位強度だけ出力され、値0は符号化チップで光変調を行ったときに当該符号化チップに対応してはスペクトルチップが出力されない。単位強度とは、一つの符号の一つの符号化チップに対応するスペクトルチップの強度であり、符号に対応する信号光毎に異なっていても良い。またスペクトルチップの光のON/OFFで符号化する符号でなく、アナログ的或いは多値でスペクトルチップの強度を変更して符号化する符号である場合、同一符号に対応する信号光を構成する各スペクトルチップの比率が保たれれば、信号光毎に異なっていても良い。
【0057】
ここで、符号変換器15が各チャネルの符号化データを多重すると、従来の例では多重符号は図3に示したように、
符号1をマークで符号化、且つ符号2をマークで符号化した時は(2,1,1,0)、
符号1をマークで符号化、且つ符号2をスペースで符号化した時は(1,2,0,1)、
符号1をスペースで符号化、且つ符号2をマークで符号化した時は(1,0,2,1)、
符号1をスペースで符号化、且つ符号2をスペースで符号化した時は(0,1,1,2)
となる。
【0058】
本実施例の場合、零のチップ値を除外したときの最大の強度差をみると、2−1=1であるので基準Sは1となる。さらに符号変換器15が多重化チップ内で非零の多重チップのみを抽出して数式1を適用した場合、光強度が非零の各多重チップから等強度(min(min(ΣDnCnj)、S))を減算するため、多重符号はそれぞれ(1,0,0,0)、(0,1,0,0)、(0,0,1,0)、(0,0,0,1)となる。
【0059】
従来例と等しい光パワーとするために、強度を2倍すると、多重符号はそれぞれ(2,0,0,0)、(0,2,0,0)、(0,0,2,0)、(0,0,0,2)となる。符号1の受信機20−1はスペクトルチップを光周波数f1〜f4の順に加算、加算、減算、減算する。符号2の受信機20−2はスペクトルチップを光周波数f1〜f4の順に加算、減算、加算、減算する。このため、受信機(20−1、20−2)の出力は以下となる。
(1)多重符号(2,0,0,0)の時、
受信機20−1の出力+2(マーク)、受信機20−2の出力+2(マーク)、
(2)多重符号(0,2,0,0)の時、
受信機20−1の出力+2(マーク)、受信機20−2の出力−2(スペース)、
(3)多重符号(0,0,2,0)の時、
受信機20−1の出力−2(スペース)、受信機20−2の出力+2(マーク)、
(4)多重符号(0,0,0,2)の時、
受信機20−1の出力−2(スペース)、受信機20−2の出力−2(スペース)。
従って、光符号分割多重伝送システムは伝送データを正しく受信機へ伝送可能である。
【0060】
本実施形態では、多重符号の多重チップの値が零である多重チップからは等強度(min(min(ΣDnCnj)、S))を減算していない。スペクトルチップの強度の有無で符号化するスペクトル強度符号の場合、ある符号の信号を構成するスペクトルチップは、それ以外の符号を受信する受信機にとって、発光しているスペクトルチップだけで加減算の均衡が取れることになる。このため、発光していないチップはチップ強度に処理を加えず、非零のチップのみ処理(本実施形態では1減算して2倍)している。
【0061】
なお、本実施形態では、スペクトル領域強度符号を例にとって説明したが、スペクトル領域位相符号であってもよいし、時間領域符号であってもよいし、時間−スペクトル領域などの多次元符号であってもよい。例えば、位相符号の場合、加算側多値Jの刻み、減算側多値Jの刻みを加算側π/(2J)の刻み、減算側−π/(2J)の刻みと置き換えればよい。変調器13−jは強度変調器ではなく位相変調器となる。但し、送信側チップの値がプラスとマイナスである。時間領域符号の場合、スペクトルチップを時間チップに置き換えればよい。符号化は、光周波数毎に分波する分波器12、変調器13−j、合波器14の代わりに、光を分割して異なる遅延時間を加え、遅延時間毎に変調する変調器と、変調後の光を合波する装置によって置き換えてもよいし、時間チップ毎に変調する高速の変調器によって実現してもよい。復号化も同様である。時間−スペクトル領域の多次元符号の場合は、両符号の場合の組合せにより実現できる。
【符号の説明】
【0062】
10:光符号分割多重用光送信機
11:多波長光源
12、21:分波器
13:変調器群
13−1、13−2、・・・、13−j、・・・、13−J:変調器
14、22−n−1、22−n−2:合波器
15:符号変換器
20−1、20−2、・・・、20−n、・・・、20−N:受信機
23:差動光検波器
30:光分配網
51:基準部
52:比較演算部
【技術分野】
【0001】
本発明は、光符号分割多重通信に用いられる符号変換器、光符号分割多重用光送信機、及び光符号分割多重伝送システムに関する。
【背景技術】
【0002】
伝播媒体と光周波数帯域を符号識別により複数信号で共用する光符号分割多重が将来の光通信として検討されている。また、誤接続による妨害光を遮断可能なスペクトル領域符号を用いた光符号分割多重も検討されている。
【0003】
しかし、光符号分割多重通信では、複数の符号光で同一の光周波数を使用するため、符号光間ビート雑音による感度劣化の課題がある(例えば、非特許文献1を参照。)。特に、スペクトル領域符号であり、符号光を構成する異なる光周波数の光(チップ)がコヒーレント光であり、異なる符号を構成するチップ同士の光周波数差が伝送帯域以下である場合、影響が大きく多重伝送が困難となる。
【0004】
このビート雑音による感度劣化を削減する方法として、同一の光周波数のチップを複数の符号分まとめて多値変調する方法(例えば、特許文献1を参照。)がある。この方法は、本質的に光符号間ビート雑音は発生せず、直接検波できるので受信器を簡易にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】WO2005/008923
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】“Beat Noise Mitigation of Spectral Amplitude Coding OCDMA Using Heterodyne Detection”, Yoshino, M. et al., Journal of Lightwave Technology, Volume: 26, Issue: 8, April 15, 2008, Page(s): 962−970
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
図1は、従来の方法を用いて、32符号のスペクトル領域強度符号を多重した時に伝送される信号の全入力光強度に対する復号後の信号対雑音比(SNR)を説明する図である。図1の曲線が伝送される信号のSNRである。図1の直線は符号誤り率10−12相当のSNRを意味する。従来の方法には2つの課題がある。まず、第1の課題を説明する。図1のように符号誤り率10−12での最小受光感度がIEEE802.3ahで規定されている−27dBm以下に達しない。また、図1のように符号誤り率10−12以上の受光領域が−10dBm以上である一方、受信機側の光検波器の概ね破壊閾値に相当するオーバーロードが−6dBm以下であり、PONに必要な受光ダイナミックレンジ21dBを満足することも困難である。このため、従来の方法では、符号誤り率10−12を維持する最小受光感度を得ることが困難であり、PONに必要な受光ダイナミックレンジを満足することが困難という課題がある。但し、この課題は、光検波器の破壊閾値の増大や受信機の感度向上により改善する可能性はある。
【0008】
また、従来の方法では、符号数を増加すると多値数が増大する。このため、従来の方法では、光パワーを一定に保つことを前提にすると、多値数の増大に伴い符号化の最小刻みが小さくなる第2の課題がある。符号化の最小刻みを小さくするとSNRが低下するため、まとめて変調できる符号数が制限される。また、多値数の増大は、変調器や直接変調レーザの入力に対する出力の線形領域が狭いことから、線形領域で変調しようとすると、刻みが更に小さくなる。非線形領域を線形に変調しようとすると、非線形変調しなければならないという課題も発生する。ここで、送信パワー一定の場合に、最大符号数増加よりSNRが劣化する関係について説明する。送信器が送信する光パワーをP、多重する符号数をFとおくと、単一の信号分の信号光のパワーSはS=P/Fと表すことができる。同一符号を構成するスペクトルチップ間のビート雑音が無視できるとき、雑音は受信機雑音やショット雑音が支配的であり、送信パワー一定のとき雑音は一定である。従って、最大符号数に反比例してSNRが劣化する。なお、「多値数」と「刻み」とは、多値数が増大すれば刻み幅が縮小し、多値数が減少すれば刻み幅が拡大するという関係にある。
【0009】
そこで、本発明は、送受信機が送受する光パワーを保ちつつ、多値数を削減して符号化の最小刻みを拡大し、符号化の最小刻みを拡大した状態で同一の光周波数のチップを複数の符号分をまとめて多値変調する符号変換器、光符号分割多重用光送信機、及び光符号分割多重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】
【0010】
本明細書では、符号が“0”及び“1”の符号化チップの組合せで構成され、符号を構成する“0”及び“1”の符号化チップの数を符号長と記載する。また、伝送データを符号化したものを符号化データと記載する。さらに、符号化データを多重化すると符号化データの符号も多重化されるため、多重化された符号を多重符号と記載し、多重符号を構成する各チップを多重チップと記載する。
【0011】
上記目的を達成するために、本発明に係る符号変換器は、受信対象外の符号のチップが加算するチップの総和と減算するチップの総和が受信機で概ね均衡する符号間の直交性を利用して、符号毎に符号化した符号化データを多重した多重符号から、受信側の復号器で、加算するチップと引き算するチップを等量差し引き、減算するチップの総和と引き算するチップの総和の間の均衡状態を保ちながら多値数を削減し、最小刻みを拡大することとした。
【0012】
具体的には、本発明に係る符号変換器は、複数のチャネルの伝送データをチャネル毎に異なる符号で符号化した符号化データを多重化する。本符号変換器は、基準部と、比較演算部と、を有する演算回路を備える。基準部は、同一時間における各チャネルの前記伝送データの取り得る組合せのうちで、同一時間における符号化データを多重した多重信号を構成する符号化チップを多重チップとして該符号化チップ毎に多重した値の差の最大を基準として持つ。比較演算部は、同一時間における各チャネルの前記伝送データを組合せ、同一時間における符号化データを多重した多重信号を構成する符号化チップを多重チップとして該符号化チップ毎に多重した値の最小値であるチップ最小値を検出し、多重符号内にある多重チップから前記基準と該多重符号内の前記チップ最小値の小さい方の値を減算する比較演算部と、を備える。
【0013】
また、本発明に係る符号変換器は、複数のチャネルの伝送データをチャネル毎に異なる符号で符号化した符号化データを多重化する符号変換器であって、同一時間における各チャネルの前記伝送データの取り得る組合せのうちで、同一時間における符号化データを多重した多重信号を構成する符号化チップを多重チップとし、非零の多重チップ間での差の最大を基準として持つ基準部と、前記多重化した前記符号化データの多重符号を構成する多重チップのうち非零の多重チップの値の最小値であるチップ最小値を検出し、多重符号内にある非零の多重チップから前記基準と該多重符号内の前記チップ最小値の小さい方の値を減算する比較演算部と、を備える構造でもよい。
【0014】
本発明に係る符号変換器は、符号毎に符号化した符号化データを多重した多重符号から、受信側の復号器で加算するチップと引き算するチップを等量差し引き、減算するチップの総和と引き算するチップの総和の間の均衡状態を保ちながら多値数を削減する。従って、本発明は、送受信機が送受する光パワーを保ちつつ多値数を削減して符号化の最小刻みを拡大し、符号化の最小刻みを拡大した状態で同一の光周波数のチップを複数の符号分をまとめて多値変調する符号変換器を提供することができる。
【0015】
本発明に係る光符号分割多重用光送信機は、前記符号変換器と、前記符号変換器から多重した前記多重符号を受信し、互いに光周波数又は/及び遅延時間が異なる光を前記多重符号の前記多重チップの値でそれぞれ変調したチップを出力する変調器と、前記変調器が出力する前記チップを合波して光符号分割多重信号を出力する合波器と、を備える。
【0016】
本発明に係る符号変換器からの信号で光を変調している。従って、本発明は、光パワーを保ちつつ多値数を削減して符号化の最小刻みを拡大し、SNRを向上できる光符号分割多重用光送信機を提供することができる。
【0017】
本発明に係る光符号分割多重伝送システムは、前記光符号分割多重用光送信機が出力した前記光符号分割多重信号を受信し、前記光符号分割多重信号を前記チップ毎に分波し、前記分波された光をそれぞれ光検波して受信対象とし、前記チャネルの符号に応じて検波出力を加減算する受信機と、を備える。
【0018】
本発明に係る光符号分割多重伝送システムは、受信対象外の符号のチップが加算するチップの総和と減算するチップの総和が受信機で概ね均衡する符号間の直交性を利用して、符号毎に符号化した符号化データを多重した多重符号から、受信側の復号器で、加算するチップと引き算するチップを等量差し引き、減算するチップの総和と引き算するチップの総和の間の均衡状態を保ちながら多値数を削減し、最小刻みを拡大する。従って、本発明は、光パワーを保ちつつ多値数を削減して符号化の最小刻みを拡大し、SNRを向上できる光符号分割多重伝送システムを提供することができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明は、送受信機が送受する光パワーを保ちつつ、多値数を削減して符号化の最小刻みを拡大し、符号化の最小刻みを拡大した状態で同一の光周波数のチップを複数の符号分をまとめて多値変調する符号変換器、光符号分割多重用光送信機、及び光符号分割多重伝送システムを提供することができる。本発明に係る符号変換器、光符号分割多重用光送信機、及び光符号分割多重伝送システムは、多値符号から多値数を削減して最小刻みを拡大したため、SNRが向上する。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】従来の方法による光符号分割多重通信のSNRを説明する図である。
【図2】本発明に係る光符号分割多重伝送システムを説明するブロック図である。
【図3】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図4】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図5】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図6】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図7】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図8】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図9】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図10】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図11】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図12】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図13】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図14】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図15】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図16】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図17】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図18】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図19】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図20】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図21】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図22】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図23】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図24】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図25】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図26】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図27】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図28】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図29】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図30】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図31】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図32】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図33】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図34】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図35】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図36】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図37】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図38】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図39】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図40】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図41】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図42】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図43】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図44】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図45】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図46】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【図47】本発明に係る符号変換器の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【0022】
(実施形態1)
図2は、本実施形態の光符号分割多重伝送システムを説明するブロック図である。光符号分割多重伝送システムは、光符号分割多重用光送信機10、受信機20−n(nは1以上N以下の整数)、及びこれらを接続する光分配網30を備える。
【0023】
光符号分割多重用光送信機10は、多波長光源11、分波器12、変調器群13、合波器14、及び符号変換器15を有する。多波長光源11は互いに異なるJ個の光周波数の光を出力する。分波器12は、多波長光源11が出力した光を光周波数毎に分波する。分波器12は、例えば、光カプラと濾波器の組合せやAWG(Array Waveguide Gratings)である。変調器群13には、J個の変調器13−jが含まれる。変調器13−jは、符号変換器15が出力する多重符号に応じて分波された光を強度変調し、スペクトルチップとして出力する。合波器14は、変調器13−jが出力したスペクトルチップを合波し、光符号分割多重信号を出力する。合波器14は、例えば、AWGや光カプラである。合波器14は挿入損失軽減の観点から合波するチップ数が増大した場合(概ね4以上)、AWGであることが望ましい。
【0024】
符号変換器15は、複数のチャネルの伝送データをチャネル毎に異なる符号で符号化した符号化データを多重化する。符号変換器15は、チャネル毎に複数の符号化チップから構成される符号を持つ。符号変換器15は、チャネル毎に入力される伝送データのマーク/スペースの値と、チャネル毎の符号の符号化チップとに応じた符号化データをチャネル毎に生成する。さらに、符号変換器15は、これらの符号化データを多重する。符号化データを多重することで符号化データの符号化チップも多重化され多重チップとなる。すなわち、0と1の2値である伝送データが多値のデータに変換される。符号変換器15は、多重チップから成る多重符号を変調器13−jに出力する。このとき、符号変換器15は、変調器13−j毎に多重チップを出力する。なお、符号変換器15の詳細な動作については後述する。
【0025】
このように、光符号分割多重用光送信機10は光周波数毎に分離した光をそれぞれ変調することで、符号化と信号の値に応じた変調を行う。図2では符号変換器15の符号長(符号化チップ数)が4である場合の光符号分割多重伝送システムを記載している。符号変換器15は伝送データを多重チップ数が4の多重符号に変換して出力する。分波器12は、多波長光源11からの光を光周波数f1、f2、f3、f4の4つの光に分波する。変調器13−jは4台である。変調器13−1は光周波数f1の光を多重符号の一番目の多重チップで変調する。同様に、変調器(13−2、13−3、13−4)はそれぞれ光周波数(f2、f3、f4)の光を多重符号の二番目、三番目、四番目の多重チップで変調する。
【0026】
なお、多波長光源11、分波器12、および変調器13−jは、光周波数毎に直接変調できる光源で置き換えても構わない。変調されたスペクトルチップは合波器14で合波されて光符号分割多重信号として出力される。
【0027】
受信機20−nは、分波器21、合波器(22−n−1、22−n−2)、合波器(22−n−1、22−n−2)の光出力をそれぞれ光検波し、その出力を加減算する差動光検波器23を有する。分波器21、合波器(22−n−1、22−n−2)及び差動光検波器23で復号器が構成される。分波器21は、光符号分割多重信号を受信して光周波数毎に分波する。分波器21は、例えば、光カプラと濾波器の組合せやAWGである。合波器(22−n−1、22−n−2)は、分波器21で分波された光を2つのグループにまとめ、それぞれを合波する。合波器(22−n−1、22−n−2)は、例えば、AWGや光カプラである。分波器21及び合波器(22−n−1、22−n−2)は、受信対象であるスペクトルチップを復号器の符号の“1”“0”の値に応じて分岐する。
【0028】
合波器(22−n−1、22−n−2)は挿入損失軽減の観点から合波するチップ数が増大した場合(概ね4以上)、AWGであることが望ましい。AWG等の光周波数依存性のある部品を用いるとき、受信対象とする符号毎に合波器(22−n−1、22−n−2)で集約するスペクトルチップが異なるため、受信対象とする符号毎に異なるAWGとする。分波器21及び合波器(22−n−1、22−n−2)は、光符号分割多重信号を符号光のスペクトルチップの“1”、“0”の値に応じて分岐することができる。なお、合波器(22−n−1、22−n−2)に光周波数の選択機能がある場合は、分波器21は光カプラであってもよい。差動光検波器23は、分岐されたスペクトルチップを光検波し、その出力を受信対象とする符号のスペクトルチップの“1”、“0”の値に応じて加減算する。差動光検波器23は、例えば、フォトダイオードを2つ直列接続する。2つのフォトダイオードの+側と−側を接続し、その接続点から信号を取っているので、両検波出力の差が出力される。差動光検波器23は、フォトダイオード又はフォトダイオード以外の光検出器と演算増幅器とを組み合わせてもよい。
【0029】
受信機20−nは、分波器21で光符号分割多重信号を光周波数毎に分波する。さらに、受信機20−nは、分波した光を受信対象とする符号に応じて差動光検出器23の加算側と減算側に振り分ける。
【0030】
受信機20−nは、符号を構成する符号化チップの値が“1”であるスペクトルチップは差動光検波器23の加算する側のフォトダイオードか減算する側のフォトダイオードのいずれかの一方に到着し、他方のフォトダイオードには到着しないように構成する。直交符号を用いる場合、符号の直交性により、受信対象外の符号を構成するチップは、加算する側と減算する側の両方に、加減算の過程で実効的に均等になる強度で到着することになり、加減算により打ち消され、理想的には多元接続干渉がなくなる。
【0031】
例えば、受信機20−1は、符号変換器15で[1100]の符号で符号化されたチャネルの伝送データを受信するため、分波器21で分波された光周波数f1、f2、f3、f4の光をそれぞれ加算側合波器22−1−1、加算側合波器22−1−1、減算側合波器22−2−2、減算側合波器22−2−2に振り分ける。また、受信機20−2は、符号変換器15で[1010]の符号で符号化されたチャネルの伝送データを受信するため、分波器21で分波された光周波数f1、f2、f3、f4の光をそれぞれ加算側合波器22−2−1、減算側合波器22−2−2、加算側合波器22−2−1、減算側合波器22−2−2に振り分ける。
【0032】
なお、分波した光の振り分けを上記と逆にしてもよい。すなわち、受信機20−1は、分波器21で分波された光周波数f1、f2、f3、f4の光をそれぞれ減算側合波器22−1−2、減算側合波器22−1−2、加算側合波器22−1−1、加算側合波器22−1−1に振り分けてもよい。同様に、受信機20−2は、分波器21で分波された光周波数f1、f2、f3、f4の光をそれぞれ減算側合波器22−2−2、加算側合波器22−2−1、減算側合波器22−2−2、加算側合波器22−2−1に振り分けてもよい。
【0033】
(符号変換器の動作)
ここでは、符号変換器15の動作を詳細に説明する。符号変換器15は、二つの動作が可能である。第1の動作は、符号毎に符号化した符号化データを多重した多重符号から、受信側の復号器で、加算するチップと引き算するチップを等量差し引き、減算するチップの総和と引き算するチップの総和の間の均衡状態を保ちながら多値数を削減する動作である。第2の動作は、多値数を削減する際に、受信機側で加算側にも減算側にもカウントされない“0”の値の多重チップ以外の多値数を削減する動作である。ここで、等量とは加減算後の強度において等量であることを意味する。従って、加減算の一方の強度を1/K(Kは自然数)とする符号の場合、他方の強度のK倍を差し引くことになる。
【0034】
まず、第1の動作について説明する。符号変換器15は、基準部51と比較演算部52を持つ。基準部51は、同一時間における各チャネルの前記伝送データの取り得る組合せのうちで、単一時間における符号化データを多重した多重信号を構成する符号化チップを多重チップとして該符号化チップ毎に多重した値の差の最大を基準として持つ。比較演算部52は、多重化した前記符号化データの多重符号を構成する多重チップの値の最小値であるチップ最小値を検出し、多重符号内にある多重チップから前記基準と該多重符号内の前記チップ最小値の小さい方の値を減算する。
【0035】
符号変換器15が使用する符号は例えば、受信側での分波器21、合波器(22−n−1、22−n−2)、差動光検波器23により多元接続干渉が抑圧される直交符号が望ましい。“1”“0”のON/OFFの強度符号において、そのような直交符号としては例えば、アダマール符号や巡回シフトしたM系列符号で、ビットが1あるいは0のいずれかに相当するスペクトルチップを送信する光符号を例に挙げることができる。
【0036】
このような符号を用いて、値が1に相当するチップのみを送出するユニポーラ符号を用いる場合にて説明する。
【0037】
以下、式を用いて説明する。n番目の符号n(n=1〜N,n;整数,N;符号数)の時刻tにおける伝送データをDn、符号nを構成する符号化チップjの値をCnj(j=1〜J,j;整数,J;符号長)、時刻tにおける各チャネルの伝送データDnと符号とを組み合わせた符号化データのチップ毎の値をDnCnj、Σをjを1からJまでの値の総和とし、符号化データを多重した多重符号を構成する多重チップの値をΣDnCnjとする。また、min(A,B)をAとBの小さい方の値とし、時刻tの伝送データDnにおける多重符号の中で最大の多重チップの値をMax(ΣDnCnj)とし、時刻tの伝送データDnにおける多重符号の中で最小の多重チップの値をmin(ΣDnCnj)とする。
【0038】
符号化データの種類は、チャネル毎に入力される伝送データDnの値と符号化チップjの値との関係で有限の数に限定される。そして、伝送データDnと符号化チップjとの取り得る全種類の符号化データについて、符号化データ毎にチップ値DnCnjの最大値と最小値の差分を求める。ただし、第2の動作では、DnCnj=0であるチップ値は最小値とはしない。さらに全種類の符号化データの中で差分が最大の値を基準Sと定める。
【0039】
符号変換器15は、多重符号について多重チップの値ΣDnCnjの最大が基準S以下となるように調整する。具体的には、出力する多重符号の多重チップ‘ΣDnCnj’について次式を適用する。
(数式1)
‘ΣDnCnj’=ΣDnCnj−min{min(ΣDnCnj),S}
なお、ここでは数式1で説明するが、復号の際に加算するチップと減算するチップを等量差し引く式(例えば、数式2)を採用することができる。
(数式2)
‘ΣDnCnj’=
ΣDnCnj−IF{Max(ΣDnCnj)>S,min(ΣDnCnj),S}
ここで、IF(A,B,C)は、Aが真の場合にBの値をとり、Aが偽の場合にCの値をとる。
【0040】
図4は、符号長4符号数3のウオルシュアダマール系列の場合について、ΣDnCnj、min(ΣDnCnj)、基準S、及び出力する多重符号の多重チップ‘ΣDnCnj’を説明する図である。
【0041】
基準Sの値は2である。図4の左列は符号の番号n(チャネル毎の符号)を意味し、それより右の各行の値は各符号の符号化チップの値を意味する。符号化チップの欄に数値が記載されている場合と空欄になっている場合がある。これは、符号化チップの欄に数値が記載されている場合、伝送データの値Dnが1(マーク)であり、空欄の場合、伝送データの値Dnは0(スペース)であることを意味する。
【0042】
図4の列2〜5に示すように、多重符号の値は、各チャネルの符号の加算であり、データを送信し得る符号の数が多値の取り得る値の上限となる。この場合、送信し得る符号の数が符号長に等しい符号の場合は、符号長が多値の取り得る値の上限となる。一般的には、異なる符号を構成するチップ同士が重ならない回数の最大値が多値の取り得る値の上限となる。図4の列1〜5に示すように従来の技術では、伝送データが3チャネルで3符号多重する場合は3以上の多値数(刻み数)が必要となる。
【0043】
一方、本実施形態の符号変換器15は、数式1のような計算を行い、出力する多重符号の多重チップを図4の列6〜9に記載するような値に変換する。図4のように符号変換器15は、刻み数を2とすることができた。この刻み数は、符号長の半分であり、基準Sと同値である。
【0044】
数式1の計算は、具体的には、以下のような変換を行う。図4の多重チップの値は、「3,1」(パターン1の「3,1,1,1」)、「2,1,0」(パターン2〜4)、「1,0」(パターン5〜7)、または「0」(パターン8)である。つまり、パターン1〜8で強度差は2、2、1、0が存在する。従って、強度差の最大である基準Sは2である。ここで、全てのパターンの最大強度を基準Sより小さくするためには、パターン1の各多重チップから等量1ずつ強度を減じればよい。すなわち、各パターンの多重符号は次のように変換される。
パターン1は、「3,1」から1を減じて「2,0」とする。
パターン2〜4は、「2,1,0」で変換なし。
パターン5〜7は、「1,0」で変換なし。
パターン8は、「0」で変換なし。
【0045】
図5は図4の符号の0と1を反転し、全符号のスペクトルチップが0になるチップを削除した変形アダマール系列の例である。本実施例による効果は図4の場合と同様であり、刻みの数は概ね半減し、符号長の概ね1/4の基準Sと同値の1とすることができる。なお、図5の例は、送受信機で送受する光パワーを従来例と同一としたとき、アイ開口は従来例と同様である。
【0046】
図6〜図21は、符号長8符号数7のウオルシュアダマール系列の場合について、ΣDnCnj、min(ΣDnCnj)、基準S、及び出力する多重符号の多重チップ‘ΣDnCnj’を説明する図である。図22〜図37は、図6〜図21の符号の0と1を反転し、全符号のスペクトルチップが0になるチップを削除した変形アダマール系列の例である。
【0047】
図6〜図21の場合、基準Sの値は4である。図の詳細な説明は図4と同様である。なお、ΣDnCnj、min(ΣDnCnj)、基準S、及び‘ΣDnCnj’が番号が若いパターンと同じ場合、その記載を省略している。図6〜図21の列1〜8に示す従来の例では、伝送データが7チャネルで7符号多重する場合は7以上の多値数(刻み)が必要となる。
【0048】
一方、本実施形態の符号変換器15は、数式1のような計算を行い、出力する多重符号の多重チップを図6〜図21の列9〜16に記載するような値に変換する。図6〜図21のように符号変換器15は、刻み数を4とすることができた。この刻み数は、符号長の半分であり、基準Sと同値である。
【0049】
図22〜図37で説明する変形アダマール系列の場合も、同様であり、刻みの数は概ね半減し、符号長の概ね1/4の基準Sと同値の2とすることができる。
【0050】
図38〜図42は、符号長16符号数15のウオルシュアダマール系列の場合について、ΣDnCnj、min(ΣDnCnj)、基準S、及び出力する多重符号の多重チップ‘ΣDnCnj’を説明する図である。なお、符号長16符号数15のウオルシュアダマール系列の場合、組合せ数が多いため、全パターンのうち一部を表示する。図43〜図47は、図38〜図42の符号の0と1を反転し、全符号のスペクトルチップが0になるチップを削除した変形アダマール系列の例である。
【0051】
図38〜図42の列1〜16に示す従来の例では、伝送データが15チャネルで15符号多重する場合は15以上の多値数(刻み)が必要となる。一方、本実施形態の符号変換器15は、数式1のような計算を行い、出力する多重符号の多重チップを図38〜図42の列17〜32に記載するような値に変換する。図38〜図42のように符号変換器15は、刻み数を8とすることができた。この刻み数は、符号長の半分であり、基準Sと同値である。
【0052】
図43〜図47で説明する変形アダマール系列の場合も、同様であり、刻みの数は概ね半減し、符号長の概ね1/4の基準Sと同値の4とすることができる。
【0053】
以上述べたように、本実施例では多値変調の多値数を削減し、変調刻みを大きくすることができる。
【0054】
(実施形態2)
図3は、スペクトルチップの光の有無が反転した(擬似)バイポーラ信号に適用した例を2符号の場合で示した図である。
本実施形態では、符号変換器15の取り得る2つの動作の内、第2の動作について説明する。すなわち、送信機で多重化する前の符号化チップが“1”“0”から構成される符号化チップの場合に利用可能な動作であり、多値数を削減する際に、受信機側で加算側にも減算側にもカウントされない“0”の値の多重チップ以外の多値数を削減する動作である。
【0055】
図3に示したように、符号1の符号化チップは、伝送データがマークの時に(1,1,0,0)、伝送データがスペースの時に(0,0,1,1)であるとし、符号2の符号化チップは、伝送データがマークの時に(1,0,1,0)、伝送データがスペースの時に(0,1,0,1)であるとする。
【0056】
ここで括弧の中の数字は各符号化チップの値である。従来の例では、値1の符号化チップで光変調を行ったときに当該符号化チップに対応してスペクトルチップが値1に相当する単位強度だけ出力され、値0は符号化チップで光変調を行ったときに当該符号化チップに対応してはスペクトルチップが出力されない。単位強度とは、一つの符号の一つの符号化チップに対応するスペクトルチップの強度であり、符号に対応する信号光毎に異なっていても良い。またスペクトルチップの光のON/OFFで符号化する符号でなく、アナログ的或いは多値でスペクトルチップの強度を変更して符号化する符号である場合、同一符号に対応する信号光を構成する各スペクトルチップの比率が保たれれば、信号光毎に異なっていても良い。
【0057】
ここで、符号変換器15が各チャネルの符号化データを多重すると、従来の例では多重符号は図3に示したように、
符号1をマークで符号化、且つ符号2をマークで符号化した時は(2,1,1,0)、
符号1をマークで符号化、且つ符号2をスペースで符号化した時は(1,2,0,1)、
符号1をスペースで符号化、且つ符号2をマークで符号化した時は(1,0,2,1)、
符号1をスペースで符号化、且つ符号2をスペースで符号化した時は(0,1,1,2)
となる。
【0058】
本実施例の場合、零のチップ値を除外したときの最大の強度差をみると、2−1=1であるので基準Sは1となる。さらに符号変換器15が多重化チップ内で非零の多重チップのみを抽出して数式1を適用した場合、光強度が非零の各多重チップから等強度(min(min(ΣDnCnj)、S))を減算するため、多重符号はそれぞれ(1,0,0,0)、(0,1,0,0)、(0,0,1,0)、(0,0,0,1)となる。
【0059】
従来例と等しい光パワーとするために、強度を2倍すると、多重符号はそれぞれ(2,0,0,0)、(0,2,0,0)、(0,0,2,0)、(0,0,0,2)となる。符号1の受信機20−1はスペクトルチップを光周波数f1〜f4の順に加算、加算、減算、減算する。符号2の受信機20−2はスペクトルチップを光周波数f1〜f4の順に加算、減算、加算、減算する。このため、受信機(20−1、20−2)の出力は以下となる。
(1)多重符号(2,0,0,0)の時、
受信機20−1の出力+2(マーク)、受信機20−2の出力+2(マーク)、
(2)多重符号(0,2,0,0)の時、
受信機20−1の出力+2(マーク)、受信機20−2の出力−2(スペース)、
(3)多重符号(0,0,2,0)の時、
受信機20−1の出力−2(スペース)、受信機20−2の出力+2(マーク)、
(4)多重符号(0,0,0,2)の時、
受信機20−1の出力−2(スペース)、受信機20−2の出力−2(スペース)。
従って、光符号分割多重伝送システムは伝送データを正しく受信機へ伝送可能である。
【0060】
本実施形態では、多重符号の多重チップの値が零である多重チップからは等強度(min(min(ΣDnCnj)、S))を減算していない。スペクトルチップの強度の有無で符号化するスペクトル強度符号の場合、ある符号の信号を構成するスペクトルチップは、それ以外の符号を受信する受信機にとって、発光しているスペクトルチップだけで加減算の均衡が取れることになる。このため、発光していないチップはチップ強度に処理を加えず、非零のチップのみ処理(本実施形態では1減算して2倍)している。
【0061】
なお、本実施形態では、スペクトル領域強度符号を例にとって説明したが、スペクトル領域位相符号であってもよいし、時間領域符号であってもよいし、時間−スペクトル領域などの多次元符号であってもよい。例えば、位相符号の場合、加算側多値Jの刻み、減算側多値Jの刻みを加算側π/(2J)の刻み、減算側−π/(2J)の刻みと置き換えればよい。変調器13−jは強度変調器ではなく位相変調器となる。但し、送信側チップの値がプラスとマイナスである。時間領域符号の場合、スペクトルチップを時間チップに置き換えればよい。符号化は、光周波数毎に分波する分波器12、変調器13−j、合波器14の代わりに、光を分割して異なる遅延時間を加え、遅延時間毎に変調する変調器と、変調後の光を合波する装置によって置き換えてもよいし、時間チップ毎に変調する高速の変調器によって実現してもよい。復号化も同様である。時間−スペクトル領域の多次元符号の場合は、両符号の場合の組合せにより実現できる。
【符号の説明】
【0062】
10:光符号分割多重用光送信機
11:多波長光源
12、21:分波器
13:変調器群
13−1、13−2、・・・、13−j、・・・、13−J:変調器
14、22−n−1、22−n−2:合波器
15:符号変換器
20−1、20−2、・・・、20−n、・・・、20−N:受信機
23:差動光検波器
30:光分配網
51:基準部
52:比較演算部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のチャネルの伝送データをチャネル毎に異なる符号で符号化した符号化データを多重化し、前記符号化データを多重化した多重符号内にある多重チップから、受信側の復号器で加算されるチップと減算されるチップとを等量差し引く演算回路を備える符号変換器。
【請求項2】
前記演算回路は、
同一時間における各チャネルの前記伝送データの取り得る組合せのうちで、
同一時間における符号化データを多重した多重信号を構成する符号化チップを多重チップとして該符号化チップ毎に多重した値の差の最大を基準として持つ基準部と、
多重化した前記符号化データの多重符号を構成する多重チップの値の最小値であるチップ最小値を検出し、多重符号内にある多重チップから前記基準と該多重符号内の前記チップ最小値の小さい方の値を減算する比較演算部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の符号変換器。
【請求項3】
前記演算回路は、
同一時間における各チャネルの前記伝送データの取り得る組合せのうちで、
同一時間における符号化データを多重した多重信号を構成する符号化チップを多重チップとし、非零の多重チップ間での差の最大を基準として持つ基準部と、
前記多重化した前記符号化データの多重符号を構成する多重チップのうち非零の多重チップの値の最小値であるチップ最小値を検出し、多重符号内にある非零の多重チップから前記基準と該多重符号内の前記チップ最小値の小さい方の値を減算する比較演算部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の符号変換器。
【請求項4】
請求項1から3のいずれかに記載の符号変換器と、
前記符号変換器から多重した前記多重符号を受信し、互いに光周波数又は/及び遅延時間が異なる光を前記多重符号の前記多重チップの値でそれぞれ変調したチップを出力する変調器と、
前記変調器が出力する前記チップを合波して光符号分割多重信号を出力する合波器と、
を備える光符号分割多重用光送信機。
【請求項5】
請求項4に記載の光符号分割多重用光送信機と、
前記光符号分割多重用光送信機が出力した前記光符号分割多重信号を受信し、前記光符号分割多重信号を前記スペクトルチップ毎に分波し、前記分波された光をそれぞれ光検波して受信対象とし、前記チャネルの符号に応じて検波出力を加減算する受信機と、
を備える光符号分割多重伝送システム。
【請求項1】
複数のチャネルの伝送データをチャネル毎に異なる符号で符号化した符号化データを多重化し、前記符号化データを多重化した多重符号内にある多重チップから、受信側の復号器で加算されるチップと減算されるチップとを等量差し引く演算回路を備える符号変換器。
【請求項2】
前記演算回路は、
同一時間における各チャネルの前記伝送データの取り得る組合せのうちで、
同一時間における符号化データを多重した多重信号を構成する符号化チップを多重チップとして該符号化チップ毎に多重した値の差の最大を基準として持つ基準部と、
多重化した前記符号化データの多重符号を構成する多重チップの値の最小値であるチップ最小値を検出し、多重符号内にある多重チップから前記基準と該多重符号内の前記チップ最小値の小さい方の値を減算する比較演算部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の符号変換器。
【請求項3】
前記演算回路は、
同一時間における各チャネルの前記伝送データの取り得る組合せのうちで、
同一時間における符号化データを多重した多重信号を構成する符号化チップを多重チップとし、非零の多重チップ間での差の最大を基準として持つ基準部と、
前記多重化した前記符号化データの多重符号を構成する多重チップのうち非零の多重チップの値の最小値であるチップ最小値を検出し、多重符号内にある非零の多重チップから前記基準と該多重符号内の前記チップ最小値の小さい方の値を減算する比較演算部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の符号変換器。
【請求項4】
請求項1から3のいずれかに記載の符号変換器と、
前記符号変換器から多重した前記多重符号を受信し、互いに光周波数又は/及び遅延時間が異なる光を前記多重符号の前記多重チップの値でそれぞれ変調したチップを出力する変調器と、
前記変調器が出力する前記チップを合波して光符号分割多重信号を出力する合波器と、
を備える光符号分割多重用光送信機。
【請求項5】
請求項4に記載の光符号分割多重用光送信機と、
前記光符号分割多重用光送信機が出力した前記光符号分割多重信号を受信し、前記光符号分割多重信号を前記スペクトルチップ毎に分波し、前記分波された光をそれぞれ光検波して受信対象とし、前記チャネルの符号に応じて検波出力を加減算する受信機と、
を備える光符号分割多重伝送システム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
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【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
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【図15】
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【図17】
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【図19】
【図20】
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【図22】
【図23】
【図24】
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【図28】
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【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【公開番号】特開2011−29698(P2011−29698A)
【公開日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−170246(P2009−170246)
【出願日】平成21年7月21日(2009.7.21)
【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23年2月10日(2011.2.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年7月21日(2009.7.21)
【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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