JP4753135B2

JP4753135B2 - 光符号分割多重アクセスシステム

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Publication number: JP4753135B2
Application number: JP2005280145A
Authority: JP
Inventors: 尚也和田; 旭王
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2025-09-27
Also published as: JP2007096476A

Description

本発明は，光符号分割多重システム及びそれに用いる符号装置などに関する。

光符号分割多重アクセス（ＯＣＤＭＡ）方式は，同じ時間に，同じ周波数帯域を占有し，信号波形の系列である符号により区別する方式である。ビット間隔を符号長で割った単位をチップとよび，たとえば，データが”1”の場合は，そのチャネルに割り当てられた符号を送り，データが”0”の場合はそのビット間隔には信号を置かない。そして，従来のＯＣＤＭＡシステムでは，各符号があるかないか（ＯＯＫ：オンオフキーイング）により多重化を行っていた。ＯＣＤＭＡ方式では，このようにして符合化した光信号を，受信器が受信し，光相関器により復号化する。すなわち，送った符号と一致する場合には，信号が出るので“１”という情報が得られる。これは，符号と一致する場合は，光相関操作により積算されるのに対し，異なった符号の場合はランダムな値となるためである。この原理を用いて，符号が互に独立となるように設計することで，同じ波長帯域であっても多くのチャネルの信号が多重化されることとなる。

従来，光符号分割多重アクセス（ＯＣＤＭＡ）システムにおけるペイロードは，ＯＯＫデータ形式が用いられていた。これは，光符号にＰＳＫ変調形式が用いられることが多く，それらとペイロードデータとの分離を容易にするためである。たとえば，特許第３０３８３７８号（下記特許文献１）には，ペイロード情報を異なる光符号を用いて符号化し，更に符号化した複数の情報信号を多重化し，同時に１つの伝送路を用いて伝送し，且つ受信側でチャネルに付与された光符号を復号することによってチャネルを分離する光符号分割多重通信方式が開示されている。しかし，複数のユーザが同じ光路を利用することにより生ずるマルチプルアクセスインターフェアレンス（ＭＡＩ）や，検出器において合波する２つの信号により生ずるビート雑音（ノイズ）などが生ずるため，利用できるユーザは限られていた。また，ユーザ数や光路長などの要因により，しきい値が変化するため，その変化するしきい値を最適化することは容易ではなかった。さらに，ＯＯＫは，光信号があるかないかを情報とするデータ形式であるため，信号を傍受した第三者が容易にＯＯＫ情報を解読できるためセキュリティの面で問題があった。
特許第３０３８３７８号

本発明は，マルチプルアクセスインターフェアレンス（ＭＡＩ）やビートノイズを軽減できるＯＣＤＭＡシステムを提供することを目的とする。

本発明は，第三者が情報を容易に傍受して解析できないＯＣＤＭＡシステムを提供することを目的とする。

本発明の光符号分割多重システムは，基本的には，従来のＯＣＤＭＡシステムの符号部に，位相変調器などの位相シフトキーイング（ＰＳＫ）データ生成部を設けたものである。本発明のＯＣＤＭＡシステムは，後述の理論計算と実施例により確証されたとおり，パルス信号の位相を変調した後に，符号器により符合化するので，ＭＡＩやビートノイズを軽減できるＯＣＤＭＡシステムを提供できるという知見に基づくものである。

すなわち，本発明の光符号分割多重システムは，パルス光源(2)からのパルス信号が入力する位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調器(3)と，前記ＰＳＫ変調器(3)からの出力信号が入力する光符号分割多重アクセス（ＯＣＤＭＡ）用符号器(4)と，前記ＰＳＫ変調器及び前記ＯＣＤＭＡシステム用符号器に電気信号を供給するための信号源(5)と，前記信号源が前記ＰＳＫ変調器及び前記ＯＣＤＭＡシステム用符号器に供給する電気信号を制御するための制御部(6)とを具備するＯＣＤＭＡシステム用符号装置を具備する本発明の光符号分割多重システムである。このように，ＰＳＫ変調器(3)によりパルス信号に位相変調を施し，その位相変調された光信号を符合化器により多重化するので，ＭＡＩやビートノイズを軽減できるＯＣＤＭＡシステムを提供できる。なお図中7は，位相変調器への変調信号などを調整するための任意の整合部を示す。この整合部は，たとえば，制御部からの制御指令に従って，情報を後述するＤＰＳＫなどのデータ形式に変換するものであってもよい。

本発明によれば，符号器の前に位相変調器などを設けることで，後述の理論計算と実施例により確証されたとおり，ＭＡＩやビートノイズを軽減できるＯＣＤＭＡシステムを提供できる。

本発明は，従来のようにＯＯＫデータではなく，ＰＳＫデータにより符号化を行うので，第三者が情報を容易に傍受して解析できないＯＣＤＭＡシステムを提供することを目的とする。

１．符号装置
1.1.符号装置の基本構成
以下図面を用いて本発明の符号装置について説明する。図１は，本発明の符号装置の概略構成図である。図１に示されるように，本発明のＯＣＤＭＡシステム用符号装置(1)は，基本的には，パルス光源(2)からのパルス信号が入力する位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調器(3)と，前記ＰＳＫ変調器(3)からの出力信号が入力する光符号分割多重（ＯＣＤＭＡ）用符号器(4)と，前記ＰＳＫ変調器及び前記ＯＣＤＭＡシステム用符号器に電気信号を供給するための信号源と，前記信号源が前記ＰＳＫ変調器及び前記ＯＣＤＭＡシステム用符号器に供給する電気信号を制御するための制御部とを具備する符号装置である。

光源，ＰＳＫ変調器（位相変調器），ＯＣＤＭＡ用符号器，信号源，制御部などは，光情報通信に用いられる公知のものを適宜用いればよい。位相変調器は，リチウムニオブ基板上に設けられた位相変調器があげられる。その場合，光の位相は位相変調器に印加するバイアス電圧により変調を行えばよい。ＯＣＤＭＡ用符号器は，サーキュレータとサーキュレータからの光信号が入力される５１１チップのファイバグレーティングがあげられる。

ＤＰＳＫ変調に応じたＤＰＳＫ変換部を有するものが好ましい。すなわち，制御部が，情報をＤＰＳＫ変調信号に変換するように機能すればよい。このようなＤＰＳＫ変調変換部では，通常のＰＳＫ変調と異なり，前の信号との差を情報とするので，通常のデータをＤＰＳＫ変調に変換する必要が生ずる。しかし，第三者がこのＤＰＳＫ変調された信号を傍受しても，その傍受した光信号を解読することがより困難となるので，情報のセキュリティが高まると共に，比較的簡便な復号装置により復号化できることとなる。

このような制御部は，たとえば，コンピュータにより実現できる。すなわち，そのようなコンピュータは，入力装置と，出力装置と，演算部と，制御部と，記憶部とを具備し，入力装置からデータが入力されれば，その入力されたデータを記憶部に含まれるバッファなどのメモリがそのデータを一時的に記憶すると共に，ＣＰＵなどの制御部が，記憶部に含まれるメインメモリに格納される制御プログラムを読み出して，その制御プログラムの指令を受け，記憶されたデータを読み出し，所定の演算処理を加えることにより，ＤＰＳＫデータへと変換する。

たとえば，前のデータとの差がない場合に“０”，差がある場合に“１”とするＤＰＳＫ変調であれば，入力データが，０００１０１１１００であり，初期データがπであるとすれば，π以降のデータをπππ００π０πππとなるように変換すればよい。そして，そのような変換信号を信号源へ伝え，信号源は位相変調器かまたはＯＣＤＭＡ用符号器（好ましくは位相変調器）に印加するバイアス電圧や変調信号などを，光信号の位相がππππ００π０πππとなるように調整して，位相変調器などに印加する。これにより，ＤＰＳＫ変調が載せられることとなる。

本発明のＯＣＤＭＡ用符号器は，位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調器(3)による変調信号が，ＤＱＰＳＫ変調信号であり，制御部は，データをＤＱＰＳＫ変調信号に変換するものであってもよい。この場合も上記のＤＰＳＫ変調の場合と同様にして，情報を変換できる。なお，ＤＱＰＳＫ変調は，90°づつの位相差（たとえば，前の信号との位相差が０，π／２，π，３π／２）を４値の情報とするものである。なお，ＤＰＳＫ変調方式やＤＱＰＳＫ変調方式も，ＰＳＫ変調方式の一態様である。

1.2.符号装置の動作
次に符号装置による符号化の動作について説明する。パルス光源(2)からのパルス信号が，位相変調器などの位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調器(3)に入力する。位相変調器には，変調信号が印加され，それによりパスル信号にＰＳＫデータが乗せられる。位相変調器に印かされる変調信号は，好ましくはパルス光源と同期が取られているので，所定のパルス信号の位相を変調できるように制御されている。位相変調器による光信号の位相変調量は，位相変調器に印加する電圧量などにより適宜調整すればよい。

ＰＳＫ変調信号が乗せられたパルス信号は，光符号分割多重アクセス（ＯＣＤＭＡ）用符号器(4)に入力される。ＯＣＤＭＡ用符号器(4)は，このパルス信号を符号化する。各符号には，ＰＳＫ変調信号が乗せられているが，符号器による符号化は，ＯＣＤＭＡ用の符号器が行う通常の符号化でよい。すなわち，チャネルごとに，ビット間隔を符号長で割った単位であるチップを割り当て，信号が”1”の場合にはチャネルに応じて割り当てられたチップに信号を乗せる。このようにすれば，各ＯＣＤＭＡ符号化信号には，さらにＰＳＫ変調信号も乗せられることとなる。また，符号がある又はないという情報を，位相変調により表してもよい。この場合，たとえば，０，πのようにたとえば光直交符号により符号化することとなる。このようにすれば，ペイロード部がＰＳＫデータ形式であるＯＣＤＭＡ信号を得ることができることとなる。

なお，このようにしてＯＣＤＭＡシステム用符号装置により符号化された光信号は，伝播路(11)を伝播することとなる。なお，図1には，ＯＣＤＭＡシステム用符号装置がひとつだけ記載されているが，実際は複数のＯＣＤＭＡシステム用符号装置がひとつのネットワークに接続されており，それぞれのチャネルに応じたチップが割り当てられており，それぞれのＯＣＤＭＡシステム用符号装置により符号化されたＯＣＤＭＡ符号化信号がネットワークに入力することとなる。

2.復号装置
2.1. 復号装置の基本構成
図２は，本発明の復号装置の基本構成を示す概略図である。図２に示されるように，本発明の復号装置は，基本的には，前記伝播路を伝播した光信号が入力するＯＣＤＭＡ復号器(22)と，前記ＯＣＤＭＡ復号器から出力される光信号が入力される分岐路(23)と，前記分岐路で分波された片方の導波路に設けられた遅延部(24)と，前記分岐路で分岐された両方の導波路が合わさる合波部(25)と，前記合波部から分岐した2つの導波路のそれぞれに設けられた光検出器(26a,26b)と，前記光検出器の出力信号が入力される差分器(27)とを具備するＯＣＤＭＡシステム用復号装置(21)である。

なお，分岐路，合波部及び遅延部は，片方のアームに1ビット遅延器などの遅延手段を具備したマッハツェンダー型導波路によって構成されても良い。この場合，合波部は，Ｘ分岐とされており，それぞれの分岐部から伸びる導波路に設けられる光検出器は，いわゆるデュアルピンフォトダイオードとして構成されていても良い。

2.2. 復号装置の基本動作
以下，復号装置の基本動作について説明する。まず，伝播路を伝播した光信号がＯＣＤＭＡ復号器に入力する。すると，ＯＣＤＭＡ復号器は，符号器で符号化された形式に応じた復号化を行う。そして，デュアルピンフォトダイオードは，入力信号と，その入力信号に時間遅延を与えたもの測定し，差分器により差分をとる。このようにして，ＤＰＳＫ復号化を達成する。ＤＰＳＫ変調とすることにより復号器の構造を容易にすることができる

具体的には，マッハツェンダー干渉計の片方のアームを伝播した光信号と，１ビット遅延器を有するアームを伝播した光信号を検出して，その差分をとることで，１つ前の情報（たとえば１チップ前）との差分を容易に分析できるのでＤＰＳＫ復号化を容易に行うことができる。たとえば，ＯＣＤＭＡ復調器に入力された信号の位相が，ππππ００π０πππであれば，１ビット遅延器を有するマッハツェンダー干渉計と，デュアルピンフォトダイオード及び差分器により分析される情報は，０００１０１１１００となる。この復号化処理は，ハードウェアにより実装されるので，きわめて迅速に行うことができる。さらに，ＯＣＤＭＡ信号自体は，ＤＰＳＫ変調などにより符号化されているので，信号を傍受されても解析しにくい。

3.ＯＣＤＭＡシステム
3.1. ＯＣＤＭＡシステムの基本構成
図３は，本発明のＯＣＤＭＡシステムの基本構成を示す概略図である。図３に示されるように，本発明のＯＣＤＭＡシステムは，パルス光源(2)からのパルス信号が入力する位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調器(3)と，前記ＰＳＫ変調器(3)からの出力信号が入力する光符号分割多重アクセス（ＯＣＤＭＡ）用符号器(4)と，前記ＰＳＫ変調器及び前記ＯＣＤＭＡシステム用符号器に電気信号を供給するための信号源と，前記信号源が前記ＰＳＫ変調器及び前記ＯＣＤＭＡシステム用符号器に供給する電気信号を制御するための制御部であって，データをＤＰＳＫ変調信号に変換する制御部と，を具備する，ＯＣＤＭＡシステム用符号装置(1)と；前記ＯＣＤＭＡシステム用符号装置により符号化された光信号を伝播する伝播路(11)と；前記伝播路を伝播した光信号が入力するＯＣＤＭＡ復号器(22)と，前記ＯＣＤＭＡ復号器から出力される光信号が入力される分岐路(23)と，前記分岐路で分波された片方の導波路に設けられた遅延部(24)と，前記分岐路で分岐された両方の導波路が合わさる合波部(25)と，前記合波部から分岐した2つの導波路のそれぞれに設けられた光検出器(26a,26b)と，前記光検出器の出力信号が入力される差分器(27)とを具備するＯＣＤＭＡシステム用復号装置（21）と；を具備するＯＣＤＭＡシステム(31)である。

このＯＣＤＭＡシステムは，上記した符号装置と上記した復号装置とを具備するので上記したように，ペイロードデータをＤＰＳＫデータ形式のＯＣＤＭＡ信号として符号化し，上記したように復号化する。

以下，実施例を用いて本発明のＯＣＤＭＡシステムを説明する。本実施例では，本発明のＯＣＤＭＡシステムに関する理論計算を行った。図４は，理論計算を行うにあたり採用したＯＣＤＭＡシステムのモデルを示す図である。

図４に示されるとおり，このモデルでは，光パスルジェネレータと，データが載せられる位相変調器と，ＯＣＤＭＡ符号器と，符号化された信号が入力するスター型カプラと，スター型カプラからの出力信号が入力するＯＣＤＭＡ符号器と，片方のアームに1ビット遅延器を有するマッハツェンダー干渉計と，デュアルピンフォトダイオードと，差分器と，シグナルディテクターとを具備する。そして，ＤＰＳＫ符号器により，データがＤＰＳＫデータ形式のデータへと変換され，位相変調器の変調信号として印加される。これにより，ＤＰＳＫ変調方式のデータが生成する。

スターカプラーには，いくつかのユーザのクライアントなどが接続されている。複数のユーザからの符号化された光信号がひとつのスターカプラーに入力するのでＭＡＩが発生する。以下では，出力に含まれるノイズについて理論的に計算を行う。まず，マッハツェンダー干渉計における光の場は，1ビット遅延器のない方のアームにおける場をＥ_１（ｔ）とし，１ビット遅延器のある方のアームにおける場をＥ_２（ｔ）とすると以下のようになる。

上記式中，添え字のｄは，対象ユーザ（Target User）を示し，添え字のｉは，その他のユーザを示す。それぞれの式における第１項は対象信号を示し，第２項は他のユーザ由来の干渉を示す。式中Ｐは，光信号の強度（Power）を示し，ωは，光信号の角周波数を示し，φ（ｔ）は，光信号の位相を示し，Ｄ（ｔ）は，データ位相を示し，τ_０は，１ビットの遅延時間を示し，τ_ｉは，ユーザｉの遅延時間を示し，ｍは他のユーザ数を示す。

フォトダイオードにおいてＯＥ変換を行う際などに，ビートノイズが発生する。また，電気信号系では，熱雑音などが発生する。これらを考慮すると，出力電流は以下のようになる。

上記式において，Ｔｃは周期を示し，Ｒは定数を示し，ｎ_０（ｔ）は雑音成分（様々な雑音の成分をまとめた項）を示し，Δω_ｉ，ｄは，ω_ｉとω_ｄの差を示し，Δ（ωτ）_ｉ，ｄは，ωτ_ｉとωτ_ｄの差を示し，Δφ（ｔ，τ，τ_０）_ｉ，ｄは，φ（ｔ，τ，τ_０）_ｉとφ（ｔ，τ，τ_０）_ｄの差を示す。なお，上記のうち最終項であるｎ_０（ｔ）の積分値は受信器のノイズを示す。すなわち，出力電流は以下の値に比例することとなる

上記式中，第１項は信号を示し，第２項はＭＡＩによる項を示し，第３項は１次のビートノイズを示し，第４項は２次のビートノイズを示し，最終項は受信器のノイズを示す。

次に，本発明のＯＣＤＭＡシステムに関する実験を行なった。図５は，実施例におけるＯＣＤＭＡ実験のセットアップを示すブロック図である。本実施例における位相変調器は，リチウムニオブ基板上に設けられた位相変調器を用いた。位相は位相変調器に印加するバイアス電圧により変調を行った。ＯＣＤＭＡ符号器として，サーキュレータとサーキュレータからの光信号が入力される５１１チップのファイバグレーティングを用いた。なお図中ＥＤＦＡは，エルビウム添加光ファイバ増幅器である。なお，本来であれば，他のユーザ数に応じたＯＣＤＭＡ符号器を用意し，それらをまとめて伝播させ干渉を分析すべきであるが，本実施例では簡単のため，対象ユーザ以外の変調を強度変調器を用いたＯＯＫ信号とし，ケサイとＫを調整するため，ＭＡＩ生成器を用いてＭＡＩを生成し，ＯＣＤＭＡ信号と合波した。なお，対照実験としては，ＯＣＤＭＡ符号器の位相変調器を強度変調器に換え，ＯＯＫ変調を施した。なお図中ＶＯＡは遅延器を示す。

図６は，図５におけるＭＡＩ生成部を説明するためのブロック図である。すなわち，この例では他のユーザとして8ユーザを想定しており，サーキュレータとファイバグレーティングによりＯＣＤＭＡ符号化を行い，可変遅延装置によりたとえば，０，15ミリ秒，・・・105ミリ秒の遅延を与える。

高周波信号源では，１０ＧＨｚの高周波電気信号を発生し，その信号を分割してモード同期レーザダイオード，対象ユーザの位相変調器に印加するためのパルスパターンジェネレータ，その他のユーザの強度変調器に印加するためのパルスパターンジェネレータに印加した。モード同期レーザダイオードは，1.8psパルスであり，ＥＤＦＡや帯域フィルタを介した後，分波し，所定の調整可能な遅延を与え，偏光調整器で偏光を調整した後，位相変調器により位相変調信号を乗せた。この位相変調は，パルスパターンジェネレータからの電圧信号によるバイアス信号によって，導波路に電界が生じ，それにより位相変調を行った。変調信号を乗せた信号をＥＤＦＡにより増強した。その後，サーキュレータを介して，５１１チップのファイバグレーティングに導き，符号化した光信号が再びサーキュレータに導入され，合波部へと伝播した。

一方，分波された光信号は，強度変調器により強度変調が施された。本来であれば，上記と同様にサーキュレータとファイバグレーティングにより多重化することが望ましいが，本実施例は，他のユーザ由来の干渉などによるＭＡＩなどの影響を分析するためのものであるから，ここでは位相変調を行わず通常のＯＯＫによるＯＣＤＭＡ変調を施した。

合波された光信号は，ＥＤＦＡにより増幅され，サーキュレータ及び５１１−チップのファイバグレーティングにより構成される復号器により復号化され，ＥＤＦＡフィルタなどを介して，マッハツェンダー干渉計，ヂュアルピンフォトダイオードに導入した。マッハツェンダー導波路の一方のアームに設けた遅延装置では，100ps分の遅延を与えた。なお，ＯＯＫ形式のＯＣＤＭＡ信号を分析する際には，マッハツェンダー干渉計を取り除き，1つのフォトダイオード（実験では，デュアルピンフォトダイオードの一方のダイオード）を用いて信号を検出した。本実施例では，７．５ＧＨｚのローパスフィルター（ＬＰＦ）を介して，ＢＥＲテスターに信号を伝え，ＢＥＲ（ビット誤り率）を測定した。

図７は，他のユーザがいる場合の符号化後のＯＳＤＭＡ信号を示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図７（ａ）は，対象ユーザの他に１人の他のユーザがいる場合の干渉の様子を示し，図７（ｂ）は対象ユーザの他に８人のほかのユーザがいる場合の干渉の様子を示す。一方，図８は，他のユーザがいない場合の符号化後のＯＳＤＭＡ信号を示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図７（ａ），図７（ｂ）及び図８から，他のユーザが多くなるほど，干渉が多くなることがわかる。

図９は，ＤＰＳＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合のパルス信号（変調信号）を示す図面に替わるグラフである。図９（ａ）は，サンプリング光のオシロスコープによる観測波形を示し，図９（ｂ）は光信号のスペクトルを示す。図９（ｂ）の縦軸は強度である。

図１０は，ＤＰＳＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合の符号化後の信号を示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図１０（ａ）は，対象ユーザのみのものを示し，図１０（ｂ）は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。

図１１は，ＤＰＳＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合の復号化後の信号を示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図１１（ａ）は，対象ユーザのみのものを示し，図１１（ｂ）は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。図１１（ｂ）において，干渉を示すξ（クサイ）_１は，−１０．５ｄＢであった。

図１２は，ＤＰＳＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合のアイパターンを示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図１２（ａ）は，対象ユーザのみのものを示し，図１２（ｂ）は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。何れの図においても，シグナルはＭＡＩやビート雑音などのため，太くなっている。図１２（ｂ）において，図１２（ａ）に比べて，アイ開口が小さくなっているのは，他のユーザによりもたらされるＭＡＩなどのためと考えられる。

ただし，図１２（ｂ）のグラフでも，アイ開口が大きく，信号1と0とが逆位相となり，対称的な形状となっている。アイが広く開いているので，ノイズが載って，アイが狭まっても十分測定できる。また，信号1と0とが逆位相となり，対称的な形状となっているので，しきい値（Ｔｈ）を0に固定することができる。

図１３は，ＯＯＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合のパルス信号（変調信号）を示す図面に替わるグラフである。図１３（ａ）は，サンプリング光のオシロスコープによる観測波形を示し，図１３（ｂ）は光信号のスペクトルを示す。図１３（ｂ）の縦軸は強度である。

図１４は，ＯＯＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合の符号化後の信号を示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図１４（ａ）は，対象ユーザのみのものを示し，図１４（ｂ）は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。

図１５は，ＯＯＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合の復号化後の信号を示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図１５（ａ）は，対象ユーザのみのものを示し，図１５（ｂ）は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。図１５（ｂ）において，干渉を示すξ（クサイ）_１は，−１３．５ｄＢであった。

図１１（ｂ）と図１５（ｂ）とを比較すると，本発明のＤＰＳＫ変調により符号化を行ったものの方が干渉による影響が小さいことがわかる。

図１６は，ＯＯＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合のアイパターンを示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図１６（ａ）は，対象ユーザのみのものを示し，図１６（ｂ）は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。いずれの図においても，シグナルはＭＡＩやビート雑音などのため，太くなっている。図１６（ｂ）において，図１６（ａ）に比べてアイ開口が小さくなっているのは，他のユーザによりもたらされるＭＡＩなどのためと考えられる。

図１６（ｂ）のグラフでは，“0”に対応するシグナルがOFF（強度なし）となるので，全体として非対称なシグナルとなっている。図１２（ｂ）の実施例に比べ，アイ開口が小さいので，ノイズが載ってアイが狭まると，測定が困難となる。この場合，スペクトルの形状は，ユーザ数などに応じて変化するので，予めユーザ数を把握した上で，しきい値を決めることが望ましい。すなわち，他のユーザ数などによって，しきい値が変化し，しかも適切なしきい値を決定することが困難となる。

図１７は，ＰＳＫ変調（ＤＰＳＫ）変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合（実施例）におけるしきい値を説明するための図である。図１７（ａ）は実測データ，図１７（ｂ）は信号の分布を示す。図１８は，ＯＯＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合（比較例）におけるしきい値を説明するための図である。図１８（ａ）は実測データ，図１８（ｂ）は信号の分布を示す。

図１７から，先に説明したとおり，実施例におけるシグナルには，信号と，ＭＡＩによるノイズと，ビートノイズが乗っていることがわかる。また，アイが対象なので，しきい値（Ｔｈ）を０に固定できることがわかる。“０”に対応するシグナルと“１”に対応するシグナルの重複部分に対応するＢＥＲは比較的小さいといえる。一方，図１８から，比較例における“０”に対応するシグナルには，ＭＡＩのほかにビートノイズの２乗成分が乗ることがわかり，またしきい値は，シグナルの形状が変化すればそれにつれて変化することがわかる。また，ＢＥＲは，実施例の場合に比べ大きい。

図１９は，ＢＥＲを１０^−９とした場合の干渉レベルを示す図面に替わるグラフである。横軸は干渉レベルで単位はｄＢである。一方，縦軸は他のユーザの数である。図１９に示されるように，たとえば，511チップFBGを用いて符号化し，BERを１×10^-9とした場合，従来のOOKでは，7ユーザまでしか利用できないが，DPSKでは13ユーザまで利用できることとなる。いずれにせよ，本発明のＯＳＤＭＡシステムにより利用できるユーザが増えることとなる。

図２０は，ＢＥＲを６×１０^−５とした場合の干渉レベルを示す図面に替わるグラフである。横軸は干渉レベルで単位はｄＢである。一方，縦軸は他のユーザの数である。図２０に示されるように，たとえば，511チップFBGを用いて符号化し，BERを１×10^-9とした場合，従来のOOKでは，しきい値を固定化した場合7ユーザまでしか利用できず，しきい値を最適化（optTh）した場合でも8ユーザしか利用できない。一方，DPSKでは17ユーザまで利用できることとなる。本発明のＯＳＤＭＡシステムにより利用できるユーザが増えることとなる。

図２１は，実施例（ＤＰＳＫ）と比較例（ＯＯＫ）とにおける他のユーザ数を変えた場合のクサイ（ξ）とＱペナルティ（ｄＢ）の関係を示す図面に替わるグラフである。図中Ｋは，他のユーザの数を示す。

図２２は，実施例（ＤＰＳＫ）と比較例（ＯＯＫ）とにおける他のユーザ数Ｋを変えた場合のクサイ（ξ）の関係を示す図面に替わるグラフである。図中Ｋは，他のユーザの数を示す。図２２から，実施例により３．５ｄＢ〜４ｄＢ程度改良されることがわかる。

図２３は，実施例（ＤＰＳＫ）と比較例（ＯＯＫ）とにおけるＢＥＲと出力の関係を示す図面に替わるグラフである。

実施例1及び実施例2を通して確認されたとおり，本発明のＯＣＤＭＡシステムは，従来のシステムに比べ３〜６ｄＢ程度耐ビートノイズ特性が改善されることがわかる。これによりＯＣＤＭＡネットワークにおけるアクティブユーザを増やすことができる。さらに，本発明のＯＣＤＭＡシステムでは，しきい値を０に固定すればよいのでしきい値の最適化をする必要がなくな。特に，従来のＯＣＤＭＡシステムでは，ユーザ数に応じてしきい値を最適化する必要があったが，本発明のＯＣＤＭＡシステムではその必要がなくなる。さらには，ＤＰＳＫ変調などＰＳＫ変調により符号化すれば，ＯＯＫ変調信号に比べて，信号が傍受された場合に容易に復号化されないという情報セキュリティの向上を図ることができる。

本発明のＯＣＤＭＡ用符号化装置やＯＣＤＭＡシステムは，光情報通信の分野などで好適に利用されうる。

図１は，本発明の符号装置の概略構成図である。図２は，本発明の復号装置の基本構成を示す概略図である。図３は，本発明のＯＣＤＭＡシステムの基本構成を示す概略図である。図４は，理論計算を行うにあたり採用したＯＣＤＭＡシステムのモデルを示す図である。図５は，実施例におけるＯＣＤＭＡ実験のセットアップを示すブロック図である。図６は，図５におけるＭＡＩ生成部を説明するためのブロック図である。図７は，他のユーザがいる場合の符号化後のＯＳＤＭＡ信号を示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図７（ａ）は，対象ユーザの他に１人の他のユーザがいる場合の干渉の様子を示し，図７（ｂ）は対象ユーザの他に８人のほかのユーザがいる場合の干渉の様子を示す。図８は，他のユーザがいない場合の符号化後のＯＳＤＭＡ信号を示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図９は，ＤＰＳＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合のパルス信号（変調信号）を示す図面に替わるグラフである。図９（ａ）は，サンプリング光のオシロスコープによる観測波形を示し，図９（ｂ）は光信号のスペクトルを示す。図９（ｂ）の縦軸は強度である。図１０は，ＤＰＳＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合の符号化後の信号を示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図１０（ａ）は，対象ユーザのみのものを示し，図１０（ｂ）は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。図１１は，ＤＰＳＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合の復号化後の信号を示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図１１（ａ）は，対象ユーザのみのものを示し，図１１（ｂ）は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。図１２は，ＤＰＳＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合のアイパターンを示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図１２（ａ）は，対象ユーザのみのものを示し，図１２（ｂ）は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。図１３は，ＯＯＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合のパルス信号（変調信号）を示す図面に替わるグラフである。図１３（ａ）は，サンプリング光のオシロスコープによる観測波形を示し，図１３（ｂ）は光信号のスペクトルを示す。図１３（ｂ）の縦軸は強度である図１４は，ＯＯＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合の符号化後の信号を示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図１４（ａ）は，対象ユーザのみのものを示し，図１４（ｂ）は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。図１５は，ＯＯＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合の復号化後の信号を示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図１５（ａ）は，対象ユーザのみのものを示し，図１５（ｂ）は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。図１６は，ＯＯＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合のアイパターンを示す図面に替わるグラフ（オシロスコープ図）である。図１６（ａ）は，対象ユーザのみのものを示し，図１６（ｂ）は対象ユーザ以外に8人の他のユーザがいる場合のものを示す。図１７は，ＰＳＫ変調（ＤＰＳＫ）変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合（実施例）におけるしきい値を説明するための図である。図１７（ａ）は実測データ，図１７（ｂ）は信号の分布を示す。図１８は，ＯＯＫ変調によりＯＣＤＭＡ符号化を行った場合（比較例）におけるしきい値を説明するための図である。図１８（ａ）は実測データ，図１８（ｂ）は信号の分布を示す。図１９は，ＢＥＲを１０^−９とした場合の干渉レベルを示す図面に替わるグラフである。横軸は干渉レベルで単位はｄＢである。一方，縦軸は他のユーザの数である。図２０は，ＢＥＲを６×１０^−５とした場合の干渉レベルを示す図面に替わるグラフである。横軸は干渉レベルで単位はｄＢである。一方，縦軸は他のユーザの数である。図２１は，実施例（ＤＰＳＫ）と比較例（ＯＯＫ）とにおける他のユーザ数を変えた場合のクサイ（ξ）とＱペナルティ（ｄＢ）の関係を示す図面に替わるグラフである。図中Ｋは，他のユーザの数を示す。図２２は，実施例（ＤＰＳＫ）と比較例（ＯＯＫ）とにおける他のユーザ数Ｋを変えた場合のクサイ（ξ）の関係を示す図面に替わるグラフである。図２３は，実施例（ＤＰＳＫ）と比較例（ＯＯＫ）とにおけるＢＥＲと出力の関係を示す図面に替わるグラフである。

符号の説明

1 ＯＣＤＭＡシステム用符号装置
2 パルス光源
3 位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調器
4 光符号分割多重アクセス（ＯＣＤＭＡ）用符号器
5 信号源と，
6 制御部
11 伝播路
21 ＯＣＤＭＡシステム用復号装置
22 ＯＣＤＭＡ復号器
23 分岐路
24 遅延部
25 合波部
26 光検出器(26a,26b)
27 差分器
31 ＯＣＤＭＡシステム

Claims

パルス光源(2)からのパルス信号が入力し，前記パスル信号の位相を変調した変調信号を出力する位相シフトキーイング変調器(3)と，
前記位相シフトキーイング変調器からの変調信号が入力し，前記変調信号を符号化する光符号分割多重アクセス用符号器(4)と，
前記位相シフトキーイング変調器に前記パルス信号の位相を変調するための第１の電気信号を供給し，前記光符号分割多重アクセス用符号器に前記変調信号を符号化するための第２の電気信号を供給するための信号源(5)と，
前記信号源が供給する前記第１の電気信号及び前第２の電気信号を制御するための制御部(6)と，を具備し，
前記位相シフトキーイング変調器(3)による変調信号が，差動四相位相偏移変調信号であり，
前記光符号分割多重アクセス用符号器(4)は，前記位相シフトキーイング変調器(3)からの変調信号を位相変調することにより符号化する
ＯＣＤＭＡシステム用符号装置。
前記光符号分割多重アクセス用符号器(4)は，
前記位相シフトキーイング変調器(3)からの出力信号が入力するサーキュレータと，
前記サーキュレータの光信号が入力される５１１チップのファイバグレーティングを具備する
請求項１に記載のＯＣＤＭＡシステム用符号装置。
前記位相シフトキーイング変調器(3)は，
リチウムニオブ基板上に設けられている
請求項１に記載のＯＣＤＭＡシステム用符号装置。
パルス光源(2)からのパルス信号が入力し，前記パスル信号の位相を変調した変調信号を出力する位相シフトキーイング変調器(3)と，
前記位相シフトキーイング変調器からの変調信号が入力し，前記変調信号を符号化する光符号分割多重アクセス用符号器(4)と，
前記位相シフトキーイング変調器に前記パルス信号の位相を変調するための第１の電気信号を供給し，前記光符号分割多重アクセス用符号器に前記変調信号を符号化するための第２の電気信号を供給するための信号源(5)と，
前記信号源が供給する前記第１の電気信号及び前第２の電気信号を制御するための制御部(6)と，を具備し，
前記位相シフトキーイング変調器(3)による変調信号が，ＤＱＰＳＫ変調信号であり，
前記光符号分割多重アクセス用符号器(4)は，前記位相シフトキーイング変調器(3)からの変調信号を位相変調することにより符号化する
ＯＣＤＭＡシステム用符号装置と；
前記ＯＣＤＭＡシステム用符号装置により符号化された光信号を伝播する伝播路(11)と；
前記伝播路を伝播した光信号が入力するＯＣＤＭＡ復号器(22)と，
前記ＯＣＤＭＡ復号器から出力される光信号が入力される分岐路(23)と，
前記分岐路で分波された片方の導波路に設けられた遅延部(24)と，
前記分岐路で分岐された両方の導波路が合わさる合波部(25)と，
前記合波部から分岐した2つの導波路のそれぞれに設けられた光検出器(26a,26b)と，
前記光検出器の出力信号が入力される差分器(27)とを具備する
ＯＣＤＭＡシステム用復号装置（21）と；
を具備するＯＣＤＭＡシステム(31)。