JP4661018B2 - 低遅延時間の再構成可能なマルチユーザ光通信ネットワーク - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低遅延時間の再構成可能なマルチユーザ光通信ネットワークに関するものであり、少数のユーザを含む短距離データ通信へのデータコム（データ通信）の応用に特に適用する。
【０００２】
本タイプのネットワーク応用範囲は広く、多数の相互接続を有する医療分野から再構成の必要性が最も重要である航空宇宙分野まで拡がる。これらのネットワークは、レーダアンテナでのデータ分配の他再構成時間が制限要素となるコンピュータ分野でも多数応用される。他の応用例は以下に述べる。
【０００３】
【従来の技術】
情報を伝達する手段として光の使用がより拡大するようになったのは、光を使用して大量の情報を伝達することが可能であるからである。再構成可能なネットワークを構築するにはスイッチング要素として何を選択するかが肝心なところである。従来の技術分野では、再構成は多種多様な手段によって実行される。例えば、その手段の一つに光スイッチがある。それは光ファイバネットワーク上に置かれ、水晶によって又は光ファイバの機械的動きによってファイバ内に案内される光ビームをスイッチングすることに基づくものである。しかしながら、高い再構成時間（数百マイクロ秒から数ミリ秒までの）のためそのシステムはデータコムの応用に対し不適当である。さらに、各送信機に対して１つの光ファイバが必要とされる。送信機の上流側での電気的スイッチの使用は、再構成を迅速にするが、各再構成コンビネーションに対して１つの送信機が必要とされ、その結果再び、ネットワークはマルチファイバである。
【０００４】
図１Ａ及び図１Ｂは、光ビームが１つの光ファイバにより伝搬されることが可能である従来技術の２つのネットワークを記載する。第１の例（図１Ａ）は光時分割多元接続（ＯＴＤＭ）多重化装置（マルチプレクサ）を記載する。ネットワークは、送信機ＥＭ_ｉ及び受信機ＲＥ_ｊの組を備える。記号の最後のインデックス「ｉ」は送信について言及し及びインデックス「ｊ」は受信について言及する。本例で、インデックスｉ及びｊは１から４の数字をとる。各送信機は電気／光変換手段ＥＯ及び光スイッチＯＳを備える。スイッチが閉じられると輝度変調された光信号がデジタルデータ信号ＤＡＴＡ_ｉから出力され及び光伝搬手段、本例では光ファイバＦＯを通って受信機ＲＥ_ｊに伝搬され、受信機ＲＥ_ｊは自身で光スイッチＯＳ及び光／電気変換手段ＯＥを構成する。各受信機はユーザＵＳＥＲ_ｊと関連している。再構成はスイッチの時間管理によって実行される。しかしながら、この平易な低コストシステムの欠点は、時間分割のためユーザの有効帯域として狭い通過帯域が割り当てられることである。その上、完全な同期が、送信側及び受信側との間に要求される。
【０００５】
図１Ｂは、再構成を波長毎に実行するＷＤＭ（波長分割多重）タイプネットワークを図示する。波長多重化技術は同一光ファイバＦＯ内に複数の光信号（又はチャンネル）を同一変調周波数かつ異なる波長（λ_ｉ）で出射することから成る。その後再構成は要求される経路に対応する色を選択することにより実行される。その為、この技術は多数の信号を同時に伝搬するために使用されることが可能である。しかしながら、この技術は、図１Ｂ上で各ＥＭ_ｉ及びＲＥ_ｊで記される特別な送信機及び受信機の使用を必要とし、それらは例えば多重化のための特別なコンポーネント及び送信機に対しては波長同調可能なレーザ源、及び受信機に対しては波長同調可能なフィルタを使用することにより全ての色を有する。結果的に、データコムの応用に対してシステムはかなり高価なものになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
提案される本発明は、発光源、例えばマルチモードレーザの光パワ変調の利用に基づいた低遅延時間（latency time)で再構成可能なマルチユーザ光通信ネットワークから成り、及び複数の信号は同一波長を有する同一伝送サポート上で同時に伝送されることが可能であり、それにより製造コストを下げることが可能となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
より詳細には、本発明はデジタルデータ信号から輝度変調された光信号を発生させる複数の送信機と、光信号をユーザと関連する少なくとも１つの受信機へ伝搬するための光手段と、伝送された光信号から該ユーザが意図するデータ信号に再生するものとを備える低遅延時間で再構成可能なマルチユーザ光通信ネットワークに関するもので、
各送信機は、所定のソフトウェアキーから作成される符号を送信する擬似ランダム符号発生器と、データ信号を該符号で符号化し符号化デジタル信号を形成する手段と、光パワーがその符号化デジタル信号によって直接変調され対応する符号化光信号を発生させるマルチモード光源を有する発光手段とを備え、及び、
前記少なくとも１つの受信機は、伝送された符号化光信号の総和を特徴とする光信号をアナログ電気信号に変換する直接光検波手段と、送信機のそれと同一な擬似ランダム符号発生器と、ユーザが意図するデータ信号を再生するためにユーザが通信したい送信機と関連するキーと同一なキーを有する該符号発生器によって送信される符号を使用して該アナログ信号を復号する手段とを備える。
【０００８】
光信号の輝度変調を伴う符号による（且つそれの位相によらない）電気的再構成は、高速度で非常に処理し易いという利点を兼ね備える。
【０００９】
本発明の他の利点及び特徴は、代表的な添付図面により図示された以下の説明を読むことによりはっきりと明白になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明による光通信ネットワークのブロック図を記載する。
【００１１】
それは、デジタルデータ信号ＤＡＴＡ_ｉから輝度変調された光信号を発生させる少なくとも１つの送信機ＥＭ_ｉと、該光信号をユーザＵＳＥＲ_ｊと関連する少なくとも１つの受信機ＲＥ_ｊへ伝搬するための光手段と、伝送された光信号から該ユーザにとって意図されるデータ信号を再生するための受信機とを備える。図２の例で、ネットワークは４つの送信機及び４つの受信機を備え、送信について言及するインデックス「ｉ」は１から４の数をとることができ、及び受信について言及するインデックス「ｊ」も１から４の数をとることができる。解り易くするため、送信機及び受信機はＥＭ_１及びＲＥ_１のみ表されている。本発明によれば、各送信機は所定のソフトウェアキーＣＬＥ_ｉから生成される符号ＰＲＢＳ_ｉを送信する擬似ランダム符号発生器ＧＤＣと、符号化信号ＮＵＭ_ｉ（ｔ）を形成するためにデータ信号ＤＡＴＡ_ｉをその符号で符号化するための手段ＥＮＣと、その符号化信号ＮＵＭ_ｉ（ｔ）から対応する符号化光信号Ｉｅ_ｉ（ｔ）を発生させる発光手段ＳＲＣ_ｉとを備え、更に送信される符号化された光信号が干渉しないために且つ送信される信号の全輝度が送信される各符号化信号の輝度の総和になるように離れた２つの送信機は位相上インコヒーレントである送信手段とを備える。各受信機ＲＥ_ｊは、伝送された符号化光信号Ｉｔ（ｔ）を直接検波するための手段ＤＥＴを備え、ＤＥＴは該光信号Ｉｅ_ｉ（ｔ）の総和であることを特徴とする光信号をアナログ電気信号ＡＮＡ（ｔ）に変換する。それはまた、送信機のものと同一の擬似ランダム符号発生器ＧＤＣ及び、該符号発生器によって送信される符号ＰＲＢＳ_ｉを使用して該アナログ信号を復号化する手段ＤＥＣとを備え、前記符号発生器はユーザにとって意図されるデータ信号ＤＡＴＡ_ｉを再生するためにユーザＵＳＥＲ_ｊが通信したい送信機ＥＭ_ｉと関連するキーと一致するキーＣＬＥ_ｉを有する。
【００１２】
応用によっては、キーは送信機に特有であってもよく、ネットワークの再構成は、ユーザが通信したい各送信機に対して特有なキーと一致する復号化キーを選択することによって受信機の復号化手段ＤＥＣと共に実行される、又はキーは受信機に特有であってもよく、ネットワークの再構成は送信機の復号化手段ＥＮＣと共に実行される。
【００１３】
このように、異なるキーＣＬＥ_ｉが例えば各送信機ＥＭ_ｉに対して割り当てられ、そのキーは、送信機のデジタルデータＤＡＴＡ_ｉと組み合わす擬似ランダム符号を生成させ、その信号を伝送されるＩｅ_ｉ（ｔ）に形成するために使用される。この信号は商業上入手可能な部品を使用して製作可能な発光手段ＳＲＣ_ｉに送信される。全ての送信機の発光手段は、同じ波長を使用するので、同一であってもよい。それらは、例えば光パワが符号化デジタル信号ＮＵＭ_ｉ（ｔ）に従って変調されるマルチモードの光源、例えばレーザダイオードを備える。符号化光信号は、例えば１つのマルチモードファイバＦＯ内の光カプラを使用して結合される（図２上には表されていない）。それらはまた自由伝播で空間内を伝搬する場合もある。
【００１４】
擬似ランダム系列を生成させ及び送信データによりそれを変調する装置ＧＤＣはプログラム可能なデジタルコンポーネント（ＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ等）で実行させることができる。光相互接続モジュール内でこの特徴を持たせ及び性能を向上させるために、これらの種々の機能（アナログ及びデジタル）を有するＡＳＩＣ（アプリケーション特有の集積回路）を設計することも可能であろう。
【００１５】
受信側では送信側と逆のプロセスが実行される、例えば、光ファイバに結合された光カプラは、伝送された光データフローＩｔ（ｔ）を全ての受信機ＲＥ_ｊの検波手段ＤＥＴへ送るために使用される。その符号化されたデータは、位相変調によらずに光信号の輝度変調により伝送されるので、検波は、例えば全ての受信機に対して同一であるフォトダイオードを使用して直接検波である。通信がセットアップされる送信機のキーと一致するキーを受信機に対して送信することにより、送信機と同じ擬似ランダム符号ＰＲＢＳ_ｊが受信機内で局所的に再生成される。この局所的符号と直接検波ＤＥＴを構成する光／電気変換器から出力される信号との組み合わせを使用して送信機からのデータを正しく復調することが可能である。局所的符号及び受信データを組み合わす装置は、復号化されたデータの復調に不可欠な乗算器及びフィルタ機能を発揮できるアナログコンポーネントでなければならない。
【００１６】
我々は使用される符号の特性、それらを生成させる方法及びそれらがシステムに課す制約をこれからより詳細に記載する。我々はさらに本発明によるネットワークに対して特有の送信機及び送信機の特徴を強調しながらそれらのモジュールを詳述する。
【００１７】
本発明による再構成可能なネットワーク上で使用される符号は、擬似ランダムバイナリ系列又は擬似ランダムバイナリ符号（ＰＲＢＳ）であり、ｎビットを有し初期状態がキーを形成する次数ｎの多項式から生成されるビット系列から成る。拡散系列とも呼ばれるある系列は、特に種々のユーザ間を識別するために使用されることが可能な特別な相互相関及び自己相関特性を有する。実際、それらは公知の方法、例えばシフトレジスタを用いて生成させることができる。
【００１８】
我々が使用される多項式の特性に興味があること、別の意味では、正しい特性を有するいかなる系列も適用可能であり及びこれらの系列は同じ原理で全て生成されることができることに注目することは重要なことである。例えば、Ｍ系列、Ｇｏｌｄ系列及びカサミ系列は使用可能である。これらの系列は、例えば「誤り符号の訂正」（Ｊ．Ｗｉｌｅｙ編集）又はＪ．Ｐｒｏａｋｉｓ著の「デジタルコミュニケーションズ」（ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ編集）の中で記載されている。
【００１９】
本発明によるネットワークで使用される符号化の原理は、２つの主要な特性を有する系列を基礎とする。第一の特性はその系列のお互いに対する直交性であり、その結果全てのユーザのデータ中から各ユーザに特有のデータを取り出すことが可能となる。２つの直行する系列の相互相関関数は、その使用される符号の働きによるノイズを有するが実質上ゼロに近い。第二の特性は、系列の自己相関のピークである。そのピークは、伝搬時間が固定されない場合又は受信機のクロックが送信機のクロックと同期していない場合、送信機及び受信機を同期させるために使用されることが可能である。
【００２０】
図３は、擬似ランダム符号の例、それの自己相関関数及び送信されるデータの符号化の例を与える。グラフ３１は、次数ｎが４に等しいＭ系列型の擬似ランダムバイナリ系列ＰＲＢＳを示す、すなわち、その長さＬ（又は状態数）は２^ｎ−１であり、本例では１５（＝２^４−１）である。Ｄはその系列ＰＲＢＳのスピードについて参照する。その擬似の周期はＬ／Ｄの比で定義される。図３に示す通り、グラフ３２上で示されるＭ系列の自己相関は１に等しい相関ピークを有する。同様に、最大Ｍ系列と全ての他のＭ系列（自分自身の系列を含む）の合計との相互相関関数は、他のＭ系列に起因するノイズにかかわらず検出可能な相関ピークを有する。それゆえに、他のユーザに起因するノイズにかかわらずそれ自身のキーを使用する各受信機と受信機とを同期させるためにそのピークを使用することは可能である。図３上で、グラフ３３は、送信される速度Ｒのデジタルデータ信号の例を示す。グラフ３４は、Ｍ系列３１でデータ信号３３を符号化したものを図示する。
【００２１】
本発明によるネットワークの最も興味深い特性の１つは、それのモジュール性にある。実際、以下に図示されるように、同じ構造を維持しながらユーザ数に又は各ユーザに割り当てられるスピードに差異をもたらすことは可能である。これをするために、その符号群及びより正確には、使用される生成多項式の次数は要求されるユーザの数に従って選択される。
【００２２】
例えば、Ｍ系列に対して、次数ｎは長さＬ＝２^ｎ−１の符号を発生させるために使用されることが可能であり、及びユーザとして可能な数Ｎ_ｐ（ｎ）は以下の関係式で与えられる、
【００２３】
【数１】

【００２４】
Ｐ_ｉ（ｉ＝１，２，３．．．．ｋ）は２^ｎ−１の素因数分解である。このように、ｎ＝６に対して系列の長さはＬ＝２^ｎ−１＝６３であり及びユーザ可能数は（１）式によるとＮ_ｐ(６)＝６である。従って次数６のＭ系列を使用すると、６つのユーザは長さ６３の符号で連結されることは可能である。
【００２５】
Ｇｏｌｄ符号に対し、次数ｎは２^ｎ＋１のユーザ及び長さ２^ｎ−１の符号を与える。これは、長さｎの２つの多項式が合計される場合又は長さ２ｎの生成される多項式が使用される場合は妥当である。比較すると、同じ長さの符号に対しＧｏｌｄ符号がより多くのユーザを与えることがわかる。
【００２６】
次数ｎ＝６のＧｏｌｄ符号発生器の例を以下に与える。次数ｎ＝６以下の（多項式の）プリファードペアを、長さ６３の６５符号群を生成させるために使用可能である。
【００２７】
ｆ（ｘ）＝１＋Ｘ＋Ｘ^６
ｇ（ｘ）＝１＋Ｘ＋Ｘ^２＋Ｘ^５＋Ｘ^６
生成される多項式はｆ（ｘ）ｇ（ｘ）によって与えられる。対応するシフトレジスタは周期６３の６５の異なる系列を生成させることが可能である。Ｇｏｌｄ系列の任意の組の符号間の相互相関は優れた特性であり、それはＧｏｌｄ符号がかなり興味深い系列を生成することを意味する。
【００２８】
図４Ａ及び４Ｂは、各々シングルシフトレジスタ（及び次数ｎ＝１２）並びにハイレジスタＲＨ及びローレジスタＲＢを有するダブルシフトレジスタ（ｎ＝６）を使用してのＧｏｌｄ系列の上記例による生成を図示する。これらの図は擬似ランダム符号を生成させることが容易であることを示す。本例で我々は実際に、６５符号群を次数６の２つの多項式を又は次数１２の１つのみの多項式を使用して生成させる。各符号は、種々のレジスタの初期状態を変えることによって得られる。例えば、図４Ｂに対し、各ユーザ特有の系列を生成させるためにハイレジスタの初期状態のみ修正される。図２を再度参照すると、符号発生器ＧＤＣはそのレジスタに対応し及びキーＣＬＥ_ｉはそのレジスタの初期状態に対応することになる。
【００２９】
本発明によるネットワークの品質及び伝送容量において考慮すべき重要なパラメータは拡散比（spreading factor）Ｆ＝Ｄ／Ｒ（符号スピードＤ及びデータ信号スピードＲとの比）である。Ｆの最小値（ＰＲＢＳの長さに等しい）に対し、系列の１周期は全てデータ１ビット内に包含され、上述した相互及び自己相関特性を保証する。しかしながら、Ｆがこの値以下である場合、既述の特性は影響を受ける。実際、その自己相関のピークは下がり及び相互相関の平均値は増加するであろう。必然的に、通信品質を保証するＦ_ｍｉｎが理論的に存在することになる。従って、最大スピードがユーザに対して設定されると、その系列のスピードに依存するようになる。
【００３０】
使用される擬似ランダム符号の特性によれば、多くの送信機から大量のデータが送信可能となる。例えば、大きな拡散比（spreading ratio）（＞１０００）及びＭ系列の次数が１０に等しい場合の最大ユーザ数は６０である（式（１）参照）。次数６のＧｏｌｄ符号が使用される場合、６５人のユーザが約６０の拡散比Ｆで連結されることが可能となる。Ｍ系列と同等のユーザ数に対してＧｏｌｄ符号の場合データ信号ＤＡＴＡ_ｉの有効スピードは増大することは重要である。
【００３１】
システムを制限する拡散系列は、最大スピードで生成させることが可能であり、より正確には、ユーザの有効スピード及び最小拡散比に従って生成させることが可能である。通常のレーザパワ変調周波数は約２から２．５ＧＨｚであり、それゆえに拡散比を１０００とすると２から２．５ＭＨｚのユーザスピードを与え、一方拡散比を６０とすると３０から４０ＭＨｚの有効スピードを導くであろう。
【００３２】
以下の表は、使用される種々の系列に対する本発明によるネットワークの容量を示す。それは、ある一定の次数ｎに対するユーザの数Ｎ_ｐ（ｎ）及びユーザ当りの平均有効スピードから構成される。他のパラメータによりその結果は修正されるかもしれないが、この表は本発明によるネットワークの可能性の概要を示している。平均有効スピードは拡散系列のスピードＤ＝２ＧＨｚを考慮して計算されて
いる。
【００３３】
【表１】

【００３４】
この表によれば、系列のタイプはシステムの容量に多大な影響を与え及び多くの可能性を提供し、系列のタイプに依存するネットワーク再構成は実行され易いことになる。従って、ネットワーク上のいくつかのユーザは一時的に減らされ又は削除されることができる為、ユーザ数を変動させること及びユーザのスピードを一時的に高くすることが可能である。
【００３５】
本発明によるネットワークの別の重要なパラメータは遅延時間又は再構成時間である。
【００３６】
送信機（各受信機）は通信したい受信機（各送信機）のキーを知っている為、ネットワークは再構成することができる。従ってネットワーク再構成時間は固定される場合もあり又は変わりうる場合もある。
【００３７】
伝搬遅れが固定される場合、それらは事前に決定され及び受信機で補償されることが可能である。従って、再構成のための遅延時間は発生器でキーをロードするために必要とされる時間にのみ依存し、この時間は固定され、その結果システム構造に依存することになる。
【００３８】
伝搬遅れが変動する（連結点間の距離が変動する）場合、送信機及び受信機のＰＲＢＳ列は同期させる必要がある。同期は、（適当に符号化された）クロック信号を復調すること並びに復号器によって受信された符号化信号及び局所的に生成される信号との間の相関ピークを検出することによって行うことができる。従って、再構成時間Ｔは拡散比のみに依存することになる。
【００３９】
同期は、擬似ランダム符号の長さＬを自身のスピードによって割った長さ（Ｔ＝Ｌ／Ｄ）に等しい最大間隔Ｔ、すなわちその符号の擬似周期（図３）を有する。従って最適な拡散比（そのＰＲＢＳの長さに等しい）に対し、最大１つのデータビットは失われるであろう。次数２及び長さ３のＧｏｌｄ符号に対し、ＰＲＢＳのクロック周期Ｔ_ＣＬＫと及びデータのそれとの間の比は３に等しく及びそれの最大遅延時間は３×Ｔ_ＣＬＫに等しい。
【００４０】
データスピードが一定の場合拡散比が大きければ大きいほど、同期時間はデータビットのスピードに関して低くなる。拡散比Ｆが拡散系列の長さより大きいままである場合、同期時間は１データビットの間隔以下のままであり及びデータは何も失われない。再構成時間Ｔと及び拡散比Ｆとの間の関係は、
Ｔ＝（（２^ｎ−１）^２／Ｆ）×Ｔ_ＣＬＫ （２）。
【００４１】
従って距離が変動する場合、同期時間は長くかかるが、ユーザスピードを犠牲にし拡散比を増大させて同期時間を減らすことは可能である。距離が固定される場合、それは実質的に瞬時に起こる。
【００４２】
これから我々は、本発明によるネットワーク特有の送信機及び受信機の特徴を強調しながらそれらについて記載する。
【００４３】
送信機の発光手段が位相においてインコヒーレントである限り送信機は同じ波長で全て動作することが可能である為、全ての送信機及び全ての受信機は実質的に同一にすることが可能であることを本段階で注目することは重要である。２つの送信機間又は２つの受信機間の唯一の違いは符号を生成させるために使用されるキーである。従って、この差異は純粋にソフトウェアレベルでのものである。
【００４４】
図５は本発明による送信機ＥＭ_ｉの単純化した図を表す。送信に関し、発光手段ＳＲＣ_iは例えば、光信号を発生させるために修飾なしに使用可能な商業上入手可能な光電子モジュールから成る。例えば、それはレーザダイオード、発光ダイオード、又はより一般的なドライブ段５１及びバッファ段５２を有するマルチモード発光源でも可能であろう。種々の送信機によって送信される符号化光信号間の干渉がないように及びそれらの輝度が加算されて光信号Ｉｔ（ｔ）（図２）を形成することができるために種々の送信機の発光源は互いにインコヒーレントでなければならない。送信機の特徴は電気信号ＮＵＭ_ｉ（ｔ）が光電子モジュールの入力となることである。前に説明した通り、この信号は拡散データ（spread data）すなわち、符号発生器（図５には表されていない）によって生成される拡散系列ＰＲＢＳ_ｉを符号化装置又は符号化器ＥＮＣを使用してデジタルデータ信号ＤＡＴＡ_ｉによって変調された信号から成る。変調は、ＸＯＲゲートによりデジタル的に実行可能な単純な乗算器から成る。符号化（拡散）段階は、図３の例で示されるように容易にデジタル的に達成される。
【００４５】
図５は、例えば、拡散比に従い系列のクロック及びデータを適合させるための部品を表さない単純化した図を表していることに注意する。
【００４６】
図６は本発明による受信機ＲＥ_jの単純化した図を表している。受信はより難しい及び特別なステップを有する。受光される光信号Ｉｔ（ｔ）は種々の送信機によって送信され及び光伝送手段によって運ばれた符号化された光信号の総和を表している為、複数のパワレベルを有するが、その光信号を処理することは可能であるにちがいない。受信され及び復調される信号の質は複数のパラメータに依存するが、特に、受信機の検波手段ＤＥＴの感度及び受信つながり（chain）に起因するノイズに依存する。検波手段ＤＥＴは別として、本発明による受信機は、検波手段ＤＥＴによって生成されるアナログ信号を復号又は「逆拡散」(unspread)にするための手段ＤＥＣを備え、その復号は、ユーザに対して意図されるデータ信号を再生するためにユーザが通信したいその送信機に関連するキーと一致するキーを使用して行われる。図６の例で判定ユニット６７は、例えばしきい値ステージから成り、データ信号をデジタル形式で再生するために使用される。
【００４７】
検波手段ＤＥＴは、例えばトランスインピーダンス増幅段６１及び増幅段６２と接続するフォトダイオードを備える。カプラ（図６上では表されていない）から出力される受信信号は、とても低いパワ（それは結合されるチャンネル数に依存する）を有し、及びそれゆえにフォトダイオードは十分に感度が良好でなければならない。フォトダイオードの最大受光レベルＤ_ＭＡＸと及びパワ供給ノイズＢ_ａｌｉｍとの間の比は、検波可能レベルの数、従ってユーザの最大数を決定する、
Ｄ_ＭＡＸ／Ｂ_ａｌｉｍ＝Ｎ_ｐｍａｘ＋１ （３）
ここで、Ｎ_ｐｍａｘはユーザの最大数である。
【００４８】
レベルがパワ供給のノイズ以下である場合、レベルは確認されずレベルの決定は複数のレベルを含む範囲でなされるであろう。これにより誤り率は増加することになる。
【００４９】
図７は、例によるフォトダイオードによって受信された信号の図を表している。この図では、最大ダイナミックは３ユーザに達する。判定がなされる間、検波が点線のラインで起きる場合、誤りの確率は各ユーザに対し、１／３であり、それらの内の１つは送信しないが送信したとして検波されるであろう、及びそれがどのデータであるかを決定することは不可能である。入り口でのこの不確定さはジッタの原因になり、その最小値はそのＰＲＢＳのクロックの１周期、すなわちＴ_ＣＬＫに等しい。図７上、そのジッタはＴ_ＣＬＫに等しい。
【００５０】
システムの性能と及びフォトダイオードのＳＮ比との間の関係を以下の式で表すことも可能である、
Ｓ_ａｖ／Ｊ_ａｖ＝１／（Ｎ_ｐ−１）すなわちＮ_ｐ＝Ｓ_ａｖ／Ｊ_ａｖ＋１ （４）
ここで、Ｊ_ａｖ／Ｓ_ａｖは、復号後の他のユーザ信号電力の合計と有効信号電力による比である。Ｎ_ｐはユーザ数である。この比は、以下のように書くこともでき、
１０ｌｏｇ（Ｊ_ａｖ／Ｓ_ａｖ）＝１０ｌｏｇ（Ｄ／Ｒ）−（Ｅ_ｈ／Ｎ_０）_ＴＥＢ （５）
ここで、Ｄ／Ｒは拡散比であり、及びビットエネルギ（Ｅ_ｈ／Ｎ_０）_ＴＥＢはある一定のＢＥＲ（ビット誤り率）に対し要求され、並びにフォトダイオード及びトランスインピーダンス段６１の特性に依存する。我々はこれら２つのパラメータを使用して適切な受信機を決定することができる。
【００５１】
その結果本発明による受信機ＲＥ_ｊは、伝統的な受信モジュールと一致しない、なぜならば本適用特有のアナログ処理段階が必要とされるためである。この処理段階が復号又は逆拡散段階ＤＥＣである。実際、複数のレベル上で動作するために、判定ユニット６７の前段で復号化を実行することが必須条件である。本出願人は実際に信号が複数のレベル上で処理されることが可能であることを実証したが、信号が２値レベル上に戻される場合すなわち、極端なレベルのみが考慮される（全ての送信機が１又は全ての送信機が０である）場合その系列の特性は失うことも実証した。
【００５２】
図６の例で、復号手段ＤＥＣはゲイン段６３、復号器６５、及びフィルタ手段６６を有する。そのゲインは難しい部品である、なぜならば信号の輝度はとても低く及び信号はノイズから抽出される必要があるためである。このステップは、信号の輝度を逆拡散用に使用される系列の波形に整合させるためにフォトダイオードから出力される信号をフォーマットするために使用される。これはその系列の数学的特性を最適化するために実行される。このケースで、復号器は、再フォーマットされた送信信号及び拡散系列を入力することに適用されるアナログ乗算器（複数のレベル上の信号）から成る。乗算器からの出力は逆拡散信号すなわちユーザデータＵＳＥＲ_ｊを供給するが再フォーマットの必要がある。ローパスフィルタ６６は、ユーザスピードに従って構成される必要があり、その後に判定ユニット６７が使用される。
【００５３】
本発明による光通信ネットワークの原理は数多くのシミュレーション並びに試験及び実行可能なモデルを使用して妥当性が確認された。２つのユーザに対する送信チェーンは模擬された。その結果は、アイパターン（図８Ａ及び８Ｂ）として示され、１クロック周期の間に信号によりもたらされる全ての状態を重ね合わせたものを表している。その計算はＤ_ＰＲＢＳ＝１０Ｍｂｉｔｓ及びＤ_ｄａｔａ＝０．１Ｍｂｉｔｓ（図８Ａ）、さらにＤ_ｄａｔａ＝０．３Ｍｂｉｔｓ（図８Ｂ）で実行されたもので、我々が使用する系列は次数６のＧｏｌｄ符号である。従って、クリティカルな拡散比は６３に等しく及び２つのアイパターンは、Ｆ_ｍｉｎより小さい拡散比Ｆに対する（図８Ｂ）及びＦ_ｍｉｎより大きい拡散比Ｆに対する（図８Ａ）各々の結果を示す。
【００５４】
以下の図８Ａ及び８Ｂは、関係するデータ受信から得られた結果を図示しており、アイパターンは受信時に開いているが我々はジッタを観察する。それはフロントでの不安定さのモデルとされるものであり高い周波数領域で顕著に現れるものである。
【００５５】
従ってジッタを校正するために、追加のユニット例えばクロック回復システムが受信側に与えられ、定められた速度で信号を再生することが可能となる。
【００５６】
それでも結果は満足いくものであり及び、そのデータは低誤り率で再生されることが可能であることを説明する。ジッタは、ユーザがＦ_ｍｉｎを考慮していない時（図８Ａ）により高くなる。しかし、上述された制限にもかかわらず、性能のロスを伴うがデータは復元可能である。
【００５７】
電気的搬送波間の位相うなり現象（phase beating phenomena）に起因して電気システムを生成することは不可能であり、その事に比較すると、これらのシミュレーションは、本発明によるネットワーク原理の信頼性と及び光形式での利点を説明したことになる。
【００５８】
今まで述べた光通信ネットワークは、再構成可能な光ネットワークに対する応用分野をさらに広範囲に拡げる。そのネットワークの再構成時間はとても低く並びに、全ての送信機及び全ての受信機は同一であるという事実は本タイプのネットワークの製造コストを低減する。更に、非同期（送信機を同期させる必要がない）であり及び再構成可能である光ネットワークを生成でき、ユーザ数はソフトウェアによって特定される。
【００５９】
システムのモジュール性はとても興味深く、正確に同じ構造を維持したまま、好みによりユーザの数及びユーザのスピードを与えることができる。この装置は依然として同一波長で超高速度リンクに対する伝送サポート（光ファイバ）の使用に適応可能である。
【００６０】
従って、本発明によるネットワークは、第一の例によれば、複数の送信機及び複数の受信機を有するデータ分配システムに対して応用可能である。更に特別なことに、興味深い応用はレーダアンテナ内で見いだすことができる（送信機は信号処理モジュールから成り及び受信機はアンテナコントロールモジュールから成る）、及び医学の分野で例えばＮＭＲ（核磁気共鳴）システムにおいて送信機はセンサから成り、受信機は信号処理モジュールから成る。これらのタイプのネットワークで、各送信機の発光手段は同一であることが好ましく及びその発光手段は光パワが符号化されたデジタル信号に従って変調されるマルチモード光源を備えることが好ましい。それは例えばマルチモードレーザダイオード又は発光ダイオードでも可能である。特有なソフトウェアキーＣＬＥ_ｉは各送信機と関連され、ネットワークの再構成はユーザＵＳＥＲ_ｊが通信したい各送信機ＥＭ_ｉに特有なキーと同一なキーＣＬＥ_ｉを選択することによって受信機ＲＥ_ｊの復号手段によって実行される。
【００６１】
別の応用例によれば、本発明による光通信ネットワークは１つの送信機ＥＭ_１と及び複数の受信機ＲＥ_ｊとの間のデータ分配用システムに応用する。これは例えば飛行機の乗客室でのプログラム分配端末（送信機）と及び飛行機の座席に位置する受信機との間の自由空間での光伝送システムのケースである。これは固定された通信端末（送信機）と及び列車上に位置する受信機との間の自由空間でのデータ伝送システムにもなり得る。これらの例で、特有なソフトウェアキーＣＬＥ_ｊは各受信機ＲＥ_ｊと関連され、ネットワークの再構成は送信機ＥＭ_１と通信したいユーザと関連する各受信機ＲＥ_ｊに特有なキーと同一なキーＣＬＥ_ｊを選択することによって送信機の符号化手段によって実行される。これらの例で、送信機によって送信される符号化された光信号の伝搬は受信機に対する自由伝搬により起こり、それによって「ワイヤレス」光通信ネットワークを創る。送信手段の選択は適用される内容による。例えば短距離送信に対して、レーザダイオードが近赤外領域で使用されることができるであろう。長距離送信の適用に対して、光パワが符号化されたデジタル信号に従って変調されるフラッシュランプが使用可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来技術による光通信ネットワークのブロック図である。
【図１Ｂ】従来技術による光通信ネットワークのブロック図である。
【図２】本発明によるネットワークブロック図である。
【図３】擬似ランダム符号、自己相関関数及び送信されるデータの符号化を図示するグラフである。
【図４Ａ】シングルシフトレジスタ又はダブルシフトレジスタ各々によるＧｏｌｄ系列の実行である。
【図４Ｂ】シングルシフトレジスタ又はダブルシフトレジスタ各々によるＧｏｌｄ系列の実行である。
【図５】本発明によるネットワークでの送信機のブロック図である。
【図６】本発明によるネットワークでの受信機のブロック図である。
【図７】例による検波手段によって受信された信号の図である。
【図８Ａ】２つのユーザに対して本発明によるネットワーク例のシミュレーションのアイ（ＥＹＥ）パターンとしての結果である。
【図８Ｂ】２つのユーザに対して本発明によるネットワーク例のシミュレーションのアイ（ＥＹＥ）パターンとしての結果である。
【符号の説明】
ＥＭ_ｉ（ｉ＝１，２，３，４） 送信機
ＲＥ_ｊ（ｊ＝１，２，３，４） 受信機
ＥＯ 電気／光変換手段
ＯＳ 光スイッチ
ＤＡＴＡ_ｉ（ｉ＝１，２，３，４） デジタルデータ信号
ＦＯ 光ファイバ
ＯＥ 光／電気変換手段
ＵＳＥＲ_ｊ（ｊ＝１，２，３，４） 各受信機と関連するユーザ
λ_ｉ（ｉ＝１，２，３，４） 光の波長
ＰＲＢＳ_ｉ（ｉ＝１，２，３，４） 擬似ランダムバイナリ符号
ＣＬＥ_ｉ（ｉ＝１，２，３，４） ＰＲＢＳ_ｉを生成するためのソフトウェアキー
ＧＤＣ 擬似ランダムバイナリ符号発生器
ＮＵＭ_ｉ（ｔ）（ｉ＝１，２，３，４） 符号化された信号
ＥＮＣ 符号化手段
Ｉｅ_ｉ（ｔ）（ｉ＝１，２，３，４） 符号化信号ＮＵＭ_ｉ（ｔ）から輝度変調された光信号
ＳＲＣ_ｉ（ｉ＝１，２，３，４） 発光手段
Ｉｔ（ｔ） 各光信号Ｉｅ_ｉ（ｔ）の総和である光信号
ＡＮＡ（ｔ） 光信号Ｉｔ（ｔ）に対応するアナログ電気信号
ＤＥＴ 直接光検波手段
ＤＥＣ 復号手段
Ｌ 擬似ランダムバイナリ系列ＰＲＢＳの長さ
Ｄ 擬似ランダムバイナリ系列ＰＲＢＳのスピード
Ｒ 送信されるデジタルデータ信号のスピード
ＲＨ ハイレジスタ
ＲＢ ローレジスタ
５１ ドライブ段
５２ バッファ段
６１ トランスインピーダンス増幅段
６２ 増幅段
６３ ゲイン段
６５ 復号器
６６ フィルタ手段
６７ 判定ユニット
Ｄ_ＭＡＸ フォトダイオードの最大受光レベル

Claims (13)

1. 低遅延時間で再構成可能なマルチユーザ光通信ネットワークであって、
   第１のデジタルデータ信号から第１の輝度変調された光信号を発生させる第１の送信機と、第２のデジタルデータ信号から第２の輝度変調された光信号を発生させる第２の送信機と、前記第１及び第２の輝度変調された光信号を組み合わせると共にユーザと関連する少なくとも１つの受信機へ伝送する光伝送手段とを備えており、
   前記第１及び第２の送信機の各々は、所定のソフトウェアキーから作成される符号を送信する擬似ランダム符号発生器と、前記第１又は第２のデジタルデータ信号を該符号で符号化し符号化デジタル信号を形成する符号化手段と、光パワーが前記符号化デジタル信号によって直接的に変調されることにより前記第１又は第２の輝度変調された光信号である符号化光信号をそれぞれ発生させるマルチモード光源を有する発光手段とを備え、
   前記少なくとも１つの受信機は、前記組み合わされた第１又は第２の輝度変調された光信号の総和を表すアナログ電気信号を発生する直接光検波手段と、前記第１及び第２の送信機の各々と同一の擬似ランダム符号発生器と、ユーザが意図する前記データ信号を再生するために前記第１及び第２の送信機の少なくとも１つに関連する所定のソフトウェアキーと同一のキーを有する該擬似ランダム符号発生器によって送信される符号を使用して該アナログ信号を復号する復号手段とを備えることを特徴とする光通信ネットワーク。
2. 前記マルチモード光源はレーザダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の光通信ネットワーク。
3. 前記直接光検波手段はトランスインピーダンス増幅段に接続されたフォトダイオードと増幅段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の光通信ネットワーク。
4. 前記光伝送手段はマルチモード光ファイバ、前記第１及び第２の送信機の各々によって発生された前記符号化光信号を該ファイバ内で結合するために使用される第一の光カプラ、及び伝送される全ての光信号を前記少なくとも１つの受信機へ送るために使用される第二のカプラを備えることを特徴とする請求項１から３の１つに記載の光通信ネットワーク。
5. 前記符号化光信号の光伝送は自由伝搬で実行されることを特徴とする請求項１から３の１つに記載の光通信ネットワーク。
6. 前記第１及び第２の送信機の各々の前記符号化手段は前記データ信号と、該キーを使用して生成される前記符号とを乗算するデジタル乗算手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光通信ネットワーク。
7. 前記少なくとも１つの受信機の前記復号手段は第一のアナログ信号フォーマット手段、復号された信号を得るために該フォーマットされたアナログ信号と該符号とを乗算するアナログ乗算手段、及びデータ信号を再生するために復号された信号に適用されるローパスフィルタ手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光通信ネットワーク。
8. 前記復号手段は、また、前記フィルタ手段の後段にデジタル形式でデータ信号を再生するために使用されるしきい値手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の光通信ネットワーク。
9. 前記擬似ランダム符号発生器によって生成される符号はＧｏｌｄタイプ符号であることを特徴とする請求項１に記載の光通信ネットワーク。
10. 前記擬似ランダム符号発生器によって生成される符号はＭ系列タイプ符号であることを特徴とする請求項１に記載の光通信ネットワーク。
11. 複数の送信機及び複数の受信機を有するデータ分配用システムに応用され、各送信機の発光手段は実質上同一であり及び光パワーが符号化デジタル信号に従って変調されるマルチモード光源を備え、並びに各送信機は特有なソフトウェアキーと関連し、ネットワークの再構成はユーザが通信したい各送信機に特有なキーと同一なキーを選択することによって受信機の前記復号手段によって実行されることを特徴とする請求項１に記載の光通信ネットワーク。
12. １つの送信機及び複数の受信機間のデータ分配用システムに応用され、各受信機は特有なソフトウェアキーと関連し、ネットワークの再構成は送信機と通信したいユーザに関連する受信機に特有なキーと同一のキーを選択することによって前記送信機の符号化手段によって実行されることを特徴とする請求項１に記載の光通信ネットワーク。
13. 前記送信機によって送信される符号化光信号の伝搬は前記受信機に対して自由伝搬で実行されることを特徴とする請求項１２に記載の光通信ネットワーク。

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