JPH10164010A

JPH10164010A - 光符号分割多重伝送アクセス方式及び装置

Info

Publication number: JPH10164010A
Application number: JP33034396A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kitayama; 研一北山; Toshiaki Kuri; 利明久利; Takashi Ko; 巍黄; Hisaya Wada; 尚也和田
Original assignee: Communications Research Laboratory
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 1998-06-19
Anticipated expiration: 2016-11-26
Also published as: JP2813774B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高速で大容量の光符号分割多重伝送アクセス方
式及び装置を提供する。【解決手段】送信側において、パルス光源２０２から出
力された光パルスをデータ発生器２０４からのペイロー
ドデータ信号に基づいて光変調器２０３で変調した後に
光デュオバイナリ符号器２０５で符号化し、光合波器２
０６及び光ファイバ伝送路２０７を介して、受信側の光
分波器２０８に伝送する。そして分波された光は光デュ
オバイナリ復号器２１０を介して復号化されて、受光素
子２１１で電気信号に変換され、閾値素子２１２でペイ
ロードデータの判定・検出を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信における多
重伝送方式及び装置、特に非同期の多重アクセスが求め
られる通信や、受信者が特定された有料放送通信方式及
び装置に関連するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光ＣＤＭＡとしては、文献D.B.Mo
rtimore,Electron.Lett., vol.21,p.42(1985)に提案さ
れたのが最初である。図７は光ＣＤＭＡの一般的なシス
テムのブロック図であり、７０１は光源、７０２は光変
調器、７０３はデータ信号発生器、７０４は光符号器、
７０５は光合波器、７０６は光ファイバリンク、７０７
は光分波器、７０８は光復号器、７０９は受光素子、７
１０は閾値素子である。この方式は光パルス強度のＯＮ
／ＯＦＦによってユニポーラ符号の（１，０）を表現す
る、いわゆるインコヒーレント光ＣＤＭＡと呼ばれる。

【０００３】図８はこのインコヒーレント光ＣＤＭＡシ
ステムの構成を示しており、８０１は光パルス、８０２
は光符号器、８０３はＭｘ１の光合波器、８０４は光伝
送路、８０５は１ｘＭの光分波器、８０６は光復号器、
８０７は受光素子、８０８は閾値素子である。

【０００４】送信側では、送信機（図示せず）の送信信
号は電気／光変換部８０１で光信号に変換され、光符号
化器８０２を通して各チャンネルに割り当てられたパル
ス符号によって符号化され、スターカップラ８０３で合
波され、光伝送路８０４へ送り出される。受信側では、
送信されてきた信号がスターカップラ８０５によって各
光復号器８０６に分配され、光復号器８０６で所定の相
関をとり、その結果得られる自己相関のピーク値を受光
素子８０７で電気信号に変換した後、閾値素子８０８で
閾値処理して一定のレベル以上のときには、出力とし
て”１”を再生する。

【０００５】もう１つの光ＣＤＭＡとしては、文献M.E.
Marhic,IEEE J.Lightwave Technol.11,854(1993)に提案
されている、いわゆるコヒーレント光ＣＤＭＡがある。
この方式は光パルスの位相を変化させることによってバ
イポーラ符号を表現するものであり、例えば位相（０，
π）をバイポーラ符号の値（−１，１）に対応させる。

【０００６】従来用いられている光符号化器は、光ファ
イバ遅延線とスターカップラで構成されており、インコ
ヒーレント光ＣＤＭＡの場合には、光ファイバの本数は
チップのユニポーラ符号の“１”の数だけ必要となる。
各光ファイバ長の差はチップレートＴｃの整数倍に設定
する。入力光パルスはスターカップラで各光ファイバに
分配され、各光ファイバを伝播するすることで遅延を受
けるので、再度スターカップラで合波すると所定のパル
ス符号に変換される。なお、光復号器は光符号器と同一
の構成である。

【０００７】一方、図９はコヒーレント光ＣＤＭＡに用
いられる光ファイバ・ラダー型の光符号器、光復号器で
あり、９０１は光ファイバ、９０２は３ｄＢカップラで
ある。これは３ｄＢファイバカップラを多段に接続した
もので、各段の光ファイバ長の差はチップレートＴｃに
等しく設定されている。

【０００８】インコヒーレント光ＣＤＭＡとコヒーレン
ト光ＣＤＭＡの最大の相違は自己相関関数にある。図１
には８チップの例を示している。自己相関のピークの強
度値は、インコヒーレント光ＣＤＭＡの場合には（重
み）４、コヒーレント光ＣＤＭＡでは（チップ数）８と
なる。ただし、重みは１つの符号中の強度が零でないチ
ップの数として定義する。この結果から、コヒーレント
光ＣＤＭＡの方が一般にピーク値とサイドローブ値の差
を大きくとることができ、閾値処理において閾値のマー
ジンが大きく取れるという利点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、“０”
および“１”のユニポーラ符号を用いるインコヒーレン
ト光ＣＤＭＡと“１”および“−１”のバイポーラ符号
を用いるコヒーレント光ＣＤＭＡでは、いずれも閾値処
理をチップレートで行う必要があったため、閾値処理を
行うエレクトロニクス・デバイスの応答速度の限界によ
ってビットレートの高速化が困難であった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の欠点に
鑑みてなされたものであり、”０”、”−１”または”
１”の３値のいわゆるデュオバイナリー符号に基づく光
デュオバイナリー符号を用いることによって、従来の光
ＣＤＭＡと同一のチップレートの符号を用いた場合に、
符号系列の周波数帯域を従来よりも圧縮することができ
る。その結果、閾値素子の所要帯域幅を下げることがで
き、エレクトロニクス・デバイスの応答速度に対する要
求を緩和できる。

【００１１】言い換えると、従来のバイナリー符号を用
いた光ＣＤＭＡに対応できる応答速度を有するエレクト
ロニクスを用いれば、デュオバイナリー符号を導入する
ことによってチップレートを上げることができ、ユーザ
数の増加、情報ビットレートの高速化が期待できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図２は本実施形態のシステム構成
であり、送信機２０１、パルス光源２０２、光変調器２
０３、データ発生器２０４、光デュオバイナリー符号器
２０５、光合波器２０６、光ファイバ伝送路２０７、光
分波器２０８、受信機２０９、光デュオバイナリー復号
器２１０、受光素子２１１、及び閾値素子２１２から構
成される。

【００１３】光源２０２から出力される光パルス列は、
光変調器２０３によってデータ発生器２０４からのペイ
ロードデータで強度変調され、ＯＮ／ＯＦＦによってデ
ータ値”０”、”１”を表わす光信号が生成され、さら
に、これを光デュオバイナリー符号器２０５に通すこと
によって光信号はデュオバイナリー符号化され、送信信
号となる。

【００１４】そして、複数のユーザからの送信信号を多
重化し、光ファイバ伝送路２０７で伝送した後、受信側
で送信された信号は全ユーザに分配される。各ユーザは
これを光デュオバイナリー復号器２１０に通し、その出
力を受光素子２１１で電気信号に変換した後、閾値素子
２１２によって閾値処理を行い所望のデータを再生す
る。

【００１５】先ずデュオバイナリー信号について説明す
る。図３は上記のデュオバイナリー符号の生成アルゴリ
ズムを示している。デュオバイナリー符号の生成アルゴ
リズムは次式で表される。元のバイナリー符号をｄ
（ｋ）とし、ｂ（ｋ）を次式で定義する。

【００１６】

【数１】

【００１７】ここで、∵はＸＯＲ（排他論理和）を表
す。デュオバイナリー符号ｃ（ｋ）は次式より得られ
る。

【００１８】

【数２】

【００１９】図４は上記のアルゴリズムにしたがって生
成されたデュオバイナリー符号と元のデータｄ（ｋ）、
ｂ（ｋ）の信号波形の一例を示している。

【００２０】図５は符号長が８、重みが４の光デュオバ
イナリーパルス符号とその自己相関波形の例を示してい
る。

【００２１】また、デュオバイナリー符号の”０”は光
パルスをＯＦＦとしている。自己相関の広がりは１５
（＝２Ｎ−１）チップとなり、ピークの振幅値はデュオ
バイナリー信号に対して８となる。復号化における閾値
処理はこの自己相関関数のピーク値の有無を検出するの
で、チップレート（１チップのパルス幅）Ｔｃに対応す
るだけの十分な帯域の閾値素子が必要となる。

【００２２】図６は光デュオバイナリー符号器の構成の
一例であり、光タップ６０１、光導波路６０２、光移相
器６０３、光合波器６０４から構成される。光タップ６
０１間の導波路長はチップ時間Ｔｃに設定する。光タッ
プ６０１の比率は０（通過）から１（全パワー引き落と
し）まで可変できる。

【００２３】また、”１”、”−１”の符号化は、入力
光パルスをタップし、”−１”の場合にのみ光移相器６
０３でπの位相シフトを与える。一方、”０”の符号化
の場合には、タップ比率を０とし、タップ出力を０とす
る。なお、光デュオバイナリー復号器も光デュオバイナ
リー符号器と同一の構成である。

【００２４】本光符号器・復号器は石英導波路を用いた
ＰＬＣ(Planar Lightwave Circuit)によって実際に実現
されており、この場合の移相器には導波路に局所的にヒ
ータを装荷し、温度制御によって屈折率を変化させる方
法が採用されている。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１は従来の光ＣＤＭＡ方式との比較をま
とめている。インコヒーレント光ＣＤＭＡは従来の技術
で説明したユニポーラ符号を用いるものであり、コヒー
レント光ＣＤＭＡは比較的新しい方式であり、バイポー
ラ符号の値（１，−１）を光パルスの位相の（０，π）
で表現するものである。なお、いずれの場合にも、復号
化における閾値処理はチップレートで行うものとし、閾
値素子の帯域は高々１／Ｔｃという条件で比較してい
る。

【００２７】その結果、本方式の信号対干渉雑音電力比
は他の２つとほぼ等しいが、バイナリー信号の帯域が１
／Ｔｃ（Ｔｃ：チップレート）であるのに対して、デ
ュオバイナリー信号の帯域は約２／３に減少することで
ある。そのため、閾値素子の帯域を一定とした場合には
符号長を１．５倍長くできる。その結果、符号数を増や
すことができ、他の２つに比べて収容できるユーザ数も
多くなる。なお、閾値素子の帯域は高々１／Ｔｃという
条件で比較している。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は光デュオバ
イナリー符号を用いることによって、符号系列の周波数
帯域を圧縮し、従来よりもチップレートを上げることが
できるので、ユーザ数の増加や情報ビットレートの高速
化が可能であり、マルチメディア通信に適した高速、大
容量、非同期光多重アクセスネットワークの基盤技術と
なることが期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるインコヒーレント光ＣＤＭＡと
コヒーレント光ＣＤＭＡの自己相関関数の例を示す概念
図である。

【図２】本発明の一実施形態におけるの光ＣＤＭＡシス
テム構成を示すブロック図である。

【図３】デュオバイナリー符号の生成アルゴリズムを示
すブロック図である。

【図４】図３のアルゴリズムにしたがって生成されたデ
ュオバイナリー符号と元のデータｄ（ｋ）、ｂ（ｋ）の
信号波形の一例を示す概念図である。

【図５】光デュオバイナリーパルス符号とその自己相関
波形との関係を示す概念図である。

【図６】光デュオバイナリー符号器の構成を示すブロッ
ク図である。

【図７】光ＣＤＭＡの一般的なシステムのブロック図で
ある。

【図８】インコヒーレント光ＣＤＭＡシステムの構成を
示すブロック図である。

【図９】コヒーレント光ＣＤＭＡに用いられる光ファイ
バ・ラダー型の光符号器、光復号器の構成を示す概念図
である。

【符号の説明】

２０１送信機２０２パルス光源２０３光変調器２０４データ発生器２０５光デュオバイナリー符号器２０６，６０４光合波器２０７光ファイバ伝送路２０８光分波器２０９受信機２１０光デュオバイナリー復号器２１１受光素子２１２閾値素子６０１光タップ６０２光導波路６０３光移相器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者和田尚也東京都小金井市貫井北町４−２−１郵政省通信総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送信側において、ペイロードデータを表
す２値のディジタル信号の各ビットを、多値の有限個の
チップからなる符号系列を用いて符号化し、それぞれ異
なる符号によって符号化された複数のペイロード信号を
多重化して、同時に同一の受信側に送信し、受信側において、符号化に用いたものと同一の符号と受
信信号との相関をとることによって、特定のペイロード
データのみを復号化し、選択的に受信することを特徴と
する光ＣＤＭＡ(Code-Division-Multiple-Access：符号
分割多重アクセス)方式。
【請求項２】送信側において、符号の多値レベルをコ
ヒーレントな光パルスの属性である位相、振幅、偏波方
向等を用いて表現した光符号列を用いて符号化し、符号化された複数の光信号を合波することによって多重
して光伝送線路で伝送し、受信側において、受信光信号のビット毎に光符号と光学
的な手段で相関演算を行い自乗光検波によって得られる
電気信号を閾値処理することによって、ピーク値が一定
の値を越えたときのみ、ペイロードデータのビット値が
“１”であると判定してこれを再生し、一方ピーク値が
一定の値を越えないときにはペイロードデータのビット
値が“０”であると判定して再生しないことによって元
のペイロードデータを復調することを特徴とする光ＣＤ
ＭＡ方式。
【請求項３】請求項２に記載の多値の符号系列とし
て、”０”、”−１”または”１”の３値の有限個のチ
ップからなるデュオバイナリー符号を用いて符号化し、
送信側では、上記それぞれ異なる符号によって符号化さ
れた複数のペイロード信号を多重化して、同時に同一の
受信側に送信し、受信側では、符号化に用いたものと同一の符号と受信信
号との相関をとることによって、特定のペイロードデー
タのみを復号化し、選択的に受信することを特徴とする
光ＣＤＭＡ方式。
【請求項４】請求項３に記載のデュオバイナリー符号
として、送信側において符号の３値の”０”を光パルス
が存在しない状態、”−１”と”１”を位相が互いにπ
だけ異なる光パルスを用いて表現した光デュオバイナリ
ー符号を用いて符号化し、符号化された複数の光信号を合波することによって多重
して、光伝送線路で伝送し、受信側において、受信光信号のビット毎に光符号と光学
的な手段で相関演算を行い自乗光検波によって得られる
電気信号を閾値処理することによって、ピーク値が一定
の値を越えたときのみペイロードデータのビット値が
“１”であると判定しこれを再生し、一方ピーク値が一
定の値を越えないときにはペイロードデータのビット値
が“０”であると判定し再生しないことよって元のペイ
ロードデータを復調することを特徴とする光ＣＤＭＡ方
式。
【請求項５】請求項４に記載のデュオバイナリー符号
として、送信側において符号の３値の”０”を光パルス
の位相が０、”−１”を光パルスの位相が−π／２、”
１”を光パルスの位相がπ／２の光パルスを用いて表現
した光デュオバイナリー符号を用いて符号化し、符号化された複数の光信号を合波することによって多重
して光伝送線路で伝送し、受信側において、受信光信号のビット毎に光符号と光学
的な手段で相関演算を行い自乗光検波によって得られる
電気信号を閾値処理することによって、ピーク値が一定
の値を越えたときのみペイロードデータのビット値が
“１”であると判定しこれを再生し、一方ピーク値が一
定の値を越えないときにはペイロードデータのビット値
が“０”であると判定し再生しないよって元のペイロー
ドデータを復調することを特徴とする光ＣＤＭＡ方式。
【請求項６】請求項２、請求項４若しくは請求項５の
何れかに記載した光ＣＤＭＡ方式において、上記光伝送
線路は１本の光ファイバであることを特徴とする光ＣＤ
ＭＡ方式。
【請求項７】請求項４または請求項５に記載の光デュ
オバイナリー符号の生成法として、時間的にコヒーレン
トな光パルスを分波してチップ数Ｎ（≧２）の光チップ
パルスに分割し、光チップパルス間にそれぞれ一定の遅
延時間差を与え、”０”に対して光チップパルスを遮断
し、”−１”または”１”に対してπの位相差を与えた
後、全ての光チップパルスを再度合波することによって
光符号に相当する光チップパルス列を生成することを特
徴とする光ＣＤＭＡ方式。
【請求項８】光学的な手段で相関演算を行い復号化す
る方法として、光符号に相当する光チップパルス列を分
波してチップ数Ｎ（≧２）の光チップパルス列に分割
し、各光チップパルス列に対して光符号化と逆の操作を
施すことによって、光チップパルスの遅延および位相を
回復した後、全ての光チップパルスを再度合波すること
を特徴とする光ＣＤＭＡ方式。
【請求項９】時間的にコヒーレントな光パルスを分波
する光分波器と、チップ数Ｎ（≧２）の光チップパルス
に分割する光タップと、光チップパルス間にそれぞれ一
定の遅延時間差を与える光遅延線と、”０”に対して光
チップパルスを遮断し、”−１”または”１”に対して
πの位相差を与える光移相器と、全ての光チップパルス
を再度合波する光合波器とから構成し、光符号に相当す
る光チップパルス列を生成する光デュオバイナリー符号
器を設けたことを特徴とする光ＣＤＭＡ装置。
【請求項１０】光符号に相当する光チップパルス列を
分波する光分波器と、チップ数Ｎ（≧２）の光チップパ
ルス列に分割する光タップと、各光チップパルス列に対
して、”０”に対して光チップパルスを遮断し、”−
１”または”１”に対してπの位相差を与える光遅延線
と、光チップパルスの遅延および位相を回復した後、全
ての光チップパルスを再度合波する光合波器とから構成
される光デュオバイナリー復号器を設けたことを特徴と
する光ＣＤＭＡ装置。