(57)【要約】  本発明の各種の実施形態は、マルチコアファイバで製作された光ファイバ伝送チャネル（１３）上でデータを伝送するように構成された光トランスミッタ（１１）を含む光伝送システム（１００）であって、前記データを搬送する光信号は、２つ以上のコアに従ってマルチコアファイバに沿って伝播し、前記マルチコアファイバは、ファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に関連付けられ、光伝送システムは、前記ファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に応じてコア依存損失値を特定するように構成されたシステム管理装置（１７）を含む、光伝送システム（１００）を提供する。
2021522724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチコアファイバで製作された光ファイバ伝送チャネル（１３）上でデータを伝送するように構成された光トランスミッタ（１１）を含む光伝送システム（１００）であって、前記データを搬送する光信号は、２つ以上のコアに従って前記マルチコアファイバに沿って伝播し、前記マルチコアファイバは、ファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に関連付けられ、前記光伝送システム（１００）は、前記ファイバパラメータ及び少なくとも１つのミスアラインメント損失値に応じてコア依存損失値を特定するように構成されたシステム管理装置（１７）を含む、光伝送システム（１００）。
【請求項２】
前記ファイバパラメータは、ファイバの長さ、少なくとも２に等しいコアの数、クロストーク係数及び結合係数を含み、各クロストーク係数は、前記マルチコアファイバ内の２つのコア間のクロストークを表し、各結合係数は、前記マルチコアファイバ内の２つのコア間の結合を表す、請求項１に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項３】
前記ミスアラインメント損失値は、長さ方向のミスアラインメント、横方向のアラインメント及び角度アラインメントを含む群において選択される前記マルチコアファイバのミスアラインメントを表す、請求項１に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項４】
前記システム管理装置（１７）は、前記ファイバパラメータ及び少なくとも１つのミスアラインメント損失値に応じて、前記マルチコアファイバの各コアに関連付けられたコア損失値を特定するように構成される、請求項１に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項５】
前記システム管理装置（１７）は、中央値及び分散値によって定義される対数正規分布の確率変数として各コア損失値を特定するように構成され、前記中央値及び分散値は、前記ファイバパラメータ及び少なくとも１つのミスアラインメント損失値に依存する、請求項４に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項６】
前記マルチコアファイバの各コアに関連付けられた各コア損失値の前記中央値は、第一の値と第二の値との間の積であり、前記第一の値は、前記各コアに関連付けられた全ミスアラインメント損失を表す対数正規確率変数の中央値に対応し、前記第二の値は、前記各コアに関連付けられた全クロストーク係数に対応し、所与のコアに関連付けられた前記全クロストーク係数は、前記所与のコアと、前記マルチコアファイバの、前記所与のコアと異なる前記コアとの間のクロストークを表す前記クロストーク係数から特定され、前記マルチコアファイバの各コアに関連付けられた各コア損失値の前記分散値は、前記各コアに関連付けられた前記全クロストーク係数の二乗と、前記各コアに関連付けられた前記全ミスアラインメント損失を表す前記対数正規確率変数の分散に対応する第三の値との間の積である、請求項５に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項７】
前記システム管理装置１７は、目標コア依存損失値を特定し、且つ前記目標コア依存損失値に関する前記コア依存損失値に応じて前記マルチコアファイバの前記ファイバパラメータの少なくとも１つを選択するように構成される、請求項１に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項８】
前記システム管理装置１７は、指定された１つ又は複数の目標性能メトリクスに応じて前記目標コア依存損失値を特定するように構成される、請求項７に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項９】
目標性能メトリクスは、目標信号対ノイズ比及び目標ビット又はシンボル誤り率を含む群において選択される、請求項８に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項１０】
前記光トランスミッタ（１１）は、
−  少なくとも１つの誤り訂正符号を適用することにより、前記データをコードワードベクトルに符号化するように構成された誤り訂正符号エンコーダ（８１）と、
−  変調スキームを前記コードワードベクトルに適用することにより、変調シンボルの組を特定するように構成された変調器（８５）と、
−  時空間符号を前記変調シンボルの組に適用することにより、コードワード行列を特定するように構成された時空間エンコーダ（８７）と
を含む、請求項１に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項１１】
システム管理装置１７は、目標コア依存損失値に関する前記コア依存損失値に応じて、前記誤り訂正符号、前記変調スキーム及び前記時空間符号の１つ又は複数を選択するように構成される、請求項１０に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項１２】
前記光ファイバ伝送チャネル（１３）上で前記光トランスミッタ（１１）によって伝送されるデータを搬送する前記光信号を受信及び復号するように構成された光レシーバ（１５）をさらに含む、請求項１に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項１３】
前記光レシーバ（１５）は、
−  時空間復号アルゴリズムを適用することにより、変調シンボルを特定するように構成された時空間デコーダ（９３）と、
−  前記時空間デコーダ（９３）によって特定された前記変調シンボルの復調を行うことにより、シンボルのシーケンスを特定するように構成された復調器（９４）と、
−  誤り訂正符号復号アルゴリズムを適用することにより、前記伝送データの推定を特定するように構成された誤り訂正符号デコーダ（９６）と
を含む、請求項１２に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項１４】
システム管理装置１７は、目標コア依存損失値に関する前記コア依存損失値に応じて、前記時空間復号アルゴリズム及び前記誤り訂正符号復号アルゴリズムの１つ又は複数を選択するように構成される、請求項１３に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項１５】
マルチコアファイバから製作された光ファイバ伝送チャネル（１３）上でデータが伝送される光ファイバ通信システム（１００）についてコア依存損失値を特定する方法であって、前記データを搬送する光信号は、２つ以上のコアに従って前記マルチコアファイバに沿って伝播し、前記マルチコアファイバは、ファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に関連付けられ、前記方法は、前記ファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に応じてコア依存損失値を特定するステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、光通信に関し、特にマルチコアファイバにおけるコアスクランブリングのための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、光スペクトルの電磁波を案内する光学導波路である。光ファイバは、より低い屈折率を有する透明のクラッド材料により取り巻かれた透明コアを含む。光は、ファイバ内で内部全反射の連続に追従して伝播する。光は、データを搬送し、ワイヤベース又は無線通信システムより高いバンド幅で長距離の伝送を可能にする。
【０００３】
光通信ネットワーク内のデータトラフィックの量は、インターネットトラフィックの増大に合わせて急増してきた。シングルモードファイバを用いる光通信システムの伝送容量及びリーチは、高度な信号処理技術と共に波長分割多重化（ＷＤＭ）、コヒーレント検出及び偏波分割多重化（ＰＤＭ）の実践的な使用以降、増大している。
【０００４】
しかしながら、電磁波が１つの伝播モードに沿って伝播する小さいコア半径の従来のシングルモードファイバを用いるＷＤＭ−ＰＤＭシステムは、光伝送システムの非線形容量限界にほぼ達し、より高いネットワークバンド幅に対する需要の急増に対処できない。
【０００５】
マルチモードファイバ（ＭＭＦ）又はマルチコアファイバ（ＭＣＦ）を用いて実現される空間分割多重化（ＳＤＭ）は、現在の光伝送システムの容量限界を克服するものと期待されている。空間分割多重化は、ファイバ内の空間を光ファイバ伝送上の容量増大に利用できる最後の自由度として利用する。空間は、独立したデータストリームを多重化し、同じファイバ内で搬送できる、複数の独立した空間チャネルを創出するための多重化次元として使用される。ＳＤＭを用いれば、容量は、独立した空間チャネルの数だけ増加され得、光ファイバ伝送リンクのリーチ及び伝送容量の両方が増大する。
【０００６】
マルチモードファイバにより、多くの空間伝播モードによる光の伝播が可能となる。マルチモードファイバのコアは、複数の空間モードの伝播を可能にするように拡大される。光がコア内を通過する際になされる反射の回数が増え、所与の時間スロットでより多くのデータを伝播させる能力が増大する。
【０００７】
マルチモードファイバは、シングルモードファイバより速い伝送速度を提供できる。しかしながら、マルチモードファイバは、主として光学コンポーネント（例えば、ファイバ、増幅器、マルチプレクサ）の不完全さ、空間モード間のクロストーク効果及びモード依存損失（ＭＤＬ）として知られるノンユニタリクロストーク効果による幾つかの障害により影響を受ける。
【０００８】
マルチコアファイバは、１つのファイバ内に複数の同じ又は異なるコアを内蔵しており、各コアは、シングルモード又はマルチモードである。マルチコアファイバは、非結合型及び結合型ＭＣＦに分類できる。
【０００９】
非結合型ＭＣＦでは、各コアは、コア間クロストークを長距離伝送応のためのために十分に小さく保ち、各コアからの信号を別々に検出できるように配置されなければならない（すなわち、レシーバにおいて、多入力多出力等化は、不要である）。コア配置の違いによって何種類かの非結合マルチコアファイバが設計されている。これらの設計は、「均一ＭＣＦ」及び複数の同じコアを内蔵する「トレンチ付加型均一ＭＣＦ」並びに何種類かの複数のコアを内蔵する不均一ＭＣＦ」を含む。
【００１０】
結合型ＭＣＦでは、幾つかのコアは、それらが相互に強く且つ／又は弱く結合するように設置される。１つの空間モード及び複数の空間モードに対応する結合型ＭＣＦは、高出力ファイバレーザ応用で使用できる。
【００１１】
マルチコアファイバは、ミスアラインメント損失及びクロストーク効果による幾つかの障害によって影響を受ける。クロストーク及びミスアラインメント損失は、コア依存損失（ＣＤＬ）を誘発する。ＣＤＬは、マルチモードファイバに影響を与えるＭＤＬと同様の障害効果である。
【００１２】
ミスアラインメント損失は、スライス及びコネクタ部における光ファイバの不完全さによって生じる。３種類のミスアラインメント損失が存在し、これには、長さ方向変位損失、横方向変位損失及び角度変位損失が含まれる。
【００１３】
クロストーク効果は、１つのクラッド内に複数のコアが存在することによるものであり、これは、隣接コア間のクロストークを発生させる。クロストークは、コア間距離が短くなると増大し、光信号の品質及びマルチコアファイバの内部に組み込まれるコアの数の点で容量に対する主な限定を表す。さらに、クロストーク効果が低ければ、小さいクロストーク値には多入力多出力等化が不要であるため、光レシーバにおける復号の複雑さを軽減できる。
【００１４】
クロストーク効果を減少させるための光学的解決策は、光ファイバの製造中に適用できる。
【００１５】
第一の手法は、コア間距離を増大させることを含む。この手法では、クロストーク効果を削減できるが、これは、クラッドの直径によってファイバの内部のコアの数を限定し、その結果、コア密度及び容量が低下する。
【００１６】
第二の手法は、トレンチ付加型均一マルチコアファイバの使用によるトレンチ付加に基づく。トレンチ付加は、各コアを低屈折率のトレンチ層で取り巻くことによって結合係数を低くする。トレンチ付加型ファイバ設計のクロストークは、コア間距離に依存しない。
【００１７】
第三の手法は、不均一ＭＣＦを用いるものであり、隣接コア間に固有屈折率差が導入されて、クロストーク効果を軽減できる。
【００１８】
さらに、“Ａ．Ａｂｏｕｓｅｉｆ，Ｇ．Ｒ．Ｂｅｎ−Ｏｔｈｍａｎ，ａｎｄ  Ｙ．Ｊａｏｕｅｎ，Ｃｏｒｅ  Ｍｏｄｅ  Ｓｃｒａｍｂｌｅｒｓ  ｆｏｒ  ＭＬ−ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｂａｓｅｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｃｏｒｅ  Ｆｉｂｅｒｓ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｉｎ  Ａｓｉａ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＯＳＡ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，２０１７”で開示されているランダムコアスクランブリング方式は、不均一トレンチ付加型ＭＣＦにおけるＣＤＬを緩和し、システム性能を高めるために最近提案されている。ランダムコアスクランブリングは、誤りの確率の点で性能を改善できることが実証されているが、ランダムスクランブリングには、多数のランダムスクランブラを取り付ける必要があり、それによって伝送システムの実装の複雑さ及びコストが増大する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】Ａ．Ａｂｏｕｓｅｉｆ，Ｇ．Ｒ．Ｂｅｎ−Ｏｔｈｍａｎ，ａｎｄ  Ｙ．Ｊａｏｕｅｎ，Ｃｏｒｅ  Ｍｏｄｅ  Ｓｃｒａｍｂｌｅｒｓ  ｆｏｒ  ＭＬ−ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｂａｓｅｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｃｏｒｅ  Ｆｉｂｅｒｓ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｉｎ  Ａｓｉａ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＯＳＡ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，２０１７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
既存の解決策は、マルチコアファイバ内のクロストークを低減できるが、これらは、コア依存損失の推定及びコア依存損失の値に依存する光伝送システムの性能挙動の予測ができない。したがって、マルチコアファイバ型光伝送システムの所与の構成のコア依存損失値の特定を可能にするチャネルモデリング及び計算技術を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
これら及び他の問題に対処するために、マルチコアファイバで製作された光ファイバ伝送チャネル上でデータを伝送するように構成された光トランスミッタを含む光伝送システムが提供される。伝送データを搬送する光信号は、２つ以上のコアに従ってマルチコアファイバに沿って伝播する。マルチコアファイバは、ファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に関連付けられる。光伝送システムは、ファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に応じてコア依存損失値を特定するように構成されたシステム管理装置を含む。
【００２２】
幾つかの実施形態において、ファイバパラメータは、ファイバの長さ、少なくとも２に等しいコアの数、クロストーク係数及び結合係数を含み、各クロストーク係数は、マルチコアファイバ内の２つのコア間のクロストークを表し、各結合係数は、マルチコアファイバ内の２つのコア間の結合を表す。
【００２３】
幾つかの実施形態において、ミスアラインメント損失値は、長さ方向のミスアラインメント、横方向のアラインメント及び角度アラインメントを含む群において選択されるマルチコアファイバのミスアラインメントを表す。
【００２４】
幾つかの実施形態において、システム管理装置は、ファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に応じて、マルチコアファイバの各コアに関連付けられたコア損失値を特定するように構成される。
【００２５】
幾つかの実施形態では、システム管理装置は、中央値及び分散値によって定義される対数正規分布の確率変数として各コア損失値を特定するように構成され、中央値及び分散値は、ファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に依存する。
【００２６】
幾つかの実施形態によれば、マルチコアファイバの各コアに関連付けられた各コア損失値の中央値は、第一の値と第二の値との間の積であり、第一の値は、前記各コアに関連付けられた全ミスアラインメント損失を表す対数正規確率変数の中央値に対応し、第二の値は、前記各コアに関連付けられた全クロストーク係数に対応し、所与のコアに関連付けられた全クロストーク係数は、所与のコアと、マルチコアファイバの、所与のコアと異なるコアとの間のクロストークを表すクロストーク係数から特定される。マルチコアファイバの各コアに関連付けられた各コア損失値の分散値は、前記各コアに関連付けられた全クロストーク係数の二乗と、前記各コアに関連付けられた全ミスアラインメント損失を表す前記対数正規確率変数の分散に対応する第三の値との間の積である。
【００２７】
幾つかの実施形態によれば、システム管理装置１７は、目標コア依存損失値を特定し、且つ目標コア依存損失値に関するコア依存損失値に応じてマルチコアファイバのファイバパラメータの少なくとも１つを選択するように構成され得る。
【００２８】
幾つかの実施形態によれば、システム管理装置１７は、指定された１つ又は複数の目標性能メトリクスに応じて目標コア依存損失値を特定するように構成され得る。
【００２９】
幾つかの実施形態において、目標性能メトリクスは、目標信号対ノイズ比及び目標ビット又はシンボル誤り率を含む群において選択され得る。
【００３０】
幾つかの実施形態において、光トランスミッタは、
−  少なくとも１つの誤り訂正符号を適用することにより、データをコードワードベクトルに符号化するように構成された誤り訂正符号エンコーダと、
−  変調スキームを前記コードワードベクトルに適用することにより、変調シンボルの組を特定するように構成された変調器と、
−  時空間符号を変調シンボルの組に適用することにより、コードワード行列を特定するように構成された時空間エンコーダと
を含み得る。
【００３１】
幾つかの実施形態において、システム管理装置は、目標コア依存損失値に関するコア依存損失値に応じて、誤り訂正符号、変調スキーム及び時空間符号の１つ又は複数を選択するように構成され得る。
【００３２】
幾つかの実施形態において、光伝送システムは、光ファイバ伝送チャネル上で光トランスミッタによって伝送されるデータを搬送する光信号を受信及び復号するように構成された光レシーバをさらに含む。
【００３３】
幾つかの実施形態において、光レシーバは、
−  時空間復号アルゴリズムを適用することにより、変調シンボルを特定するように構成された時空間デコーダと、
−  時空間デコーダによって特定された変調シンボルの復調を行うことにより、シンボルのシーケンスを特定するように構成された復調器と、
−  誤り訂正符号復号アルゴリズムを適用することにより、伝送データの推定を特定するように構成された誤り訂正符号デコーダと
を含み得る。
【００３４】
幾つかの実施形態によれば、システム管理装置１７は、目標コア依存損失値に関するコア依存損失値に応じて、時空間復号アルゴリズム及び誤り訂正符号復号アルゴリズムの１つ又は複数を選択するように構成され得る。
【００３５】
また、マルチコアファイバから製作された光ファイバ伝送チャネル上でデータが伝送される光ファイバ通信システムについてコア依存損失値を特定する方法であって、データを搬送する光信号は、２つ以上のコアに従ってマルチコアファイバに沿って伝播し、マルチコアファイバは、ファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に関連付けられる、方法も提供される。方法は、ファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に応じてコア依存損失値を特定するステップを含む。
【００３６】
有利には、各種の実施形態によるコア依存損失値計算装置及び方法により、コア依存損失の評価によってマルチコアファイバ伝送チャネルの性能挙動を推定及び予測することが可能である。
【００３７】
有利には、本発明の各種の実施形態による光チャネルモデリング技術は、コア依存損失効果が低減されたマルチコアファイバ伝送システムの設計及び製造のための効率的なツールを提供する。
【００３８】
本発明の他の利点は、図面及び詳細な説明をよく参照することで当業者に明らかとなるであろう。
【００３９】
添付の図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を構成し、本発明の各種の実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】光通信システムにおける本発明の例示的な応用の概略図を示す。
【図２】例示的なマルチコアファイバの断面図を示す。
【図３】ファイバ軸の周囲にリング状に配置された１２のコアを含む１２コア均一マルチコアファイバ及び中心コアを含む２次元グリッド状に配置された１９のコアを含む１９コア均一ファイバを有するマルチコアファイバの断面図を示す。
【図４】マルチコアファイバが１２コア均一トレンチ付加型マルチコアファイバである幾つかの実施形態によるマルチコアファイバの断面図を示す。
【図５】マルチコアファイバが、ファイバ軸の周囲にリング状に配置された１２のコアを含む１２コア不均一マルチコアファイバである幾つかの実施形態によるマルチコアファイバの断面図を示す。
【図６】７つのコアを含む７コア不均一ファイバと、３つの集合のコアを含み、異なる集合の各々のコアが異なるタイプである１９コア不均一ファイバとを有するマルチコアファイバの断面図を示す。
【図７】幾つかの実施形態によるマルチコアファイバの断面図を示し、第一のマルチコアファイバは、ファイバ軸の周囲にリング状に配置された１２のコアを含む１２コア不均一トレンチ付加型マルチコアファイバ及び７コア不均一トレンチ付加型である。
【図８】本発明の幾つかの実施形態による光トランスミッタの構造を示すブロック図である。
【図９】本発明の幾つかの実施形態による光レシーバの構造を示すブロック図である。
【図１０】時空間符号化を適用しない単一偏波、単一波長、単一キャリア非符号化変調が使用される本発明の幾つかの実施形態による、マルチコアファイバ光伝送システムにおけるコア依存損失値を特定する方法を示すフローチャートである。
【図１１】７コア及び１９コア均一マルチコアファイバについての、規範チャネルモデル及び理論上のチャネルモデルを適用することによって得られる、均一マルチモードファイバのコア依存損失の関数としての確率密度関数分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の実施形態は、マルチコア光ファイバ伝送システムのチャネルモデリング並びにマルチコアファイバ伝送システムの所与の構成についてのコア依存損失の推定のための装置及び方法を提供し、コア依存損失の特定により、コア依存損失の効果が有利に低減されたマルチコアファイバ伝送システムの効率的な設計が可能となる。
【００４２】
本発明の各種の実施形態による装置及び方法は、様々な用途に適用される光ファイバ伝送システムにおいて実装され得る。例示的な用途は、以下に限定されることなく、光ファイバ通信、航空宇宙及び航空電子工学、データストレージ、自動車産業、イメージング、運輸、検出及び光工学を含む。
【００４３】
例示的通信の用途は、デスクトップコンピュータ、端末及び全国規模のネットワークを含む。光ファイバは、光及びしたがって情報／データを短距離（１メートル未満）又は長距離（例えば、メトロポリタンネットワーク、ワイドエリアネットワーク、大洋横断リンク上の通信では数百又は数千キロメートル）にわたり伝送するために使用され得る。このような用途には、音声（例えば、電話通信）、データ（例えば、ファイバトゥザホームとして知られる家庭及びオフィスへのデータ供給）、画像若しくはビデオ（例えば、インターネットトラフィックの転送）又はネットワークの接続（例えば、スイッチ若しくはルータの接続及び高速ローカルエリアネットワークにおけるデータセンタ接続性）の転送が関わり得る。
【００４４】
航空宇宙及び航空電子工学業界の分野における本発明の例示的な実装形態では、光ファイバ系製品は、軍事及び／又は民生用途で使用され得る。光ファイバ技術及び製品は、このような用途では、過酷な環境及び条件下での厳しい試験及び認証に関する要求事項を満たすように設計される。
【００４５】
データストレージ応用における本発明の例示的な実装形態では、光ファイバは、ネットワーク内及び／又はストレージシステムの一部としての複数の装置間のリンクとしてデータストレージ機器内で使用され得る。光ファイバ接続性は、長距離であっても非常に高いバンド幅を提供する。
【００４６】
自動車業界用途への本発明の他の例示的な応用では、光ファイバ技術は、例えば、ライト／照明、通信並びに安全及び制御装置及びシステムのための検出において使用され得る。
【００４７】
イメージング用途（例えば、遠隔医療）への本発明のまた別の例示的応用において、光ファイバの光伝送特性は、標的又は対象エリアの画像を分析及び／又は解釈するためにイメージビューエンドに転送するために使用され得る。
【００４８】
本発明は、運輸システムでも使用され得、その場合、インテリジェントトラフィックライト、自動料金所及び可変情報板を備えるスマートハイウェイは、光ファイバに基づくテレメトリシステムを使用し得る。
【００４９】
本発明は、検出用途にさらに使用され得、この場合、光ファイバセンサは、温度、変位、振動、圧力、加速度、回転及び化学種の濃度等の何れかの数量を検出するために使用され得る。光ファイバセンサの例示的な用途は、高電圧及び高出力マシンにおける又は遠隔モニタ（例えば、飛行機の翼、風力タービン、橋、パイプラインのモニタ）のための建物のマイクロ波、温度及び歪の分布における検出、石油探査応用におけるダウンホール検出等を含む。
【００５０】
光工学への本発明の他の応用では、光ファイバは、光ファイバ装置内のコンポーネント、例えば干渉計及びファイバレーザを接続するために使用され得る。このような用途では、光ファイバは、電気ワイヤが電子機器で果たすものと同様の役割を果たす。
【００５１】
特定の実施形態の以下の説明は、単に例示を目的として、通信応用に関して行われる。しかしながら、当業者であれば、本発明の各種の実施形態が、異なる用途のための他の種類のシステムにも応用され得ることが容易にわかるであろう。
【００５２】
図１は、光ファイバ伝送に基づく光伝送システム１００（「光通信システム」とも呼ばれる）における本発明の例示的実装形態を示す。光伝送システム１００は、少なくとも１つの光トランスミッタ装置１１（以下では「光トランスミッタ」とも呼ばれる）を含み、これは、入力されたデータシーケンスを光信号に符号化し、光信号を光学的に少なくとも１つの光レシーバ装置１５（以下では「光レシーバ」とも呼ばれる）へと、光をある距離にわたり伝送するように構成された光ファイバ伝送チャネル１３（以下では「光ファイバリンク」とも呼ばれる）を通じて伝送するように構成される。
【００５３】
光通信システム１００は、システムを動作的に制御するためのコンピュータ及び／又はソフトウェアを含み得る。
【００５４】
光ファイバ伝送チャネル１３は、複数のファイバセクション１３１（「ファイバスパン」又は「ファイバスライス」とも呼ばれる）のコンカンチネーションを含むマルチコアファイバを含む。ファイバセクション１３１は、アラインメントの状態又はミスアラインメントの状態であり得る。
【００５５】
マルチコアファイバは、円筒形の非線形導波路であり、２つ以上のコア、２つ以上のコアを取り巻くクラッド及びコーティングを含む。各コアは、屈折率を有する。光トランスミッタ１１により送信される光信号は、多重化され、コアの屈折率とクラッドの屈折率との間の差により、内部全反射を通じてマルチコアファイバの各コア内を案内される。
【００５６】
マルチコアファイバが非結合ファイバである幾つかの実施形態において、マルチコアファイバの各コアは、別々の導波路として機能し得、それにより、光信号は、コアを通じて個別に伝播すると考えることができる。
【００５７】
マルチコアファイバが結合型ファイバである幾つかの実施形態において、結合は、２つのコア間の距離が非常に小さく、異なるコアに沿って伝播する光信号が重複しない場合、コア間に存在し得る。
【００５８】
光ファイバは、典型的には長距離伝送のためにガラス（例えば、シリカ、クオーツガラス、フッ化ガラス）で製造され得る。短距離伝送の場合、光ファイバは、プラスチック光ファイバであり得る。
【００５９】
マルチコアファイバは、幾何学パラメータ及び光学パラメータにより特徴付けられ得る。幾何学パラメータは、クラッド径、コア間距離、コア外面−クラッド外面間距離を含み得る。光学パラメータは、波長、マルチコアファイバの異なるコア間のクロストークを表すクロストーク係数及び各コアとクラッドとの間の屈折率差を含み得る。
【００６０】
幾つかの実施形態において、光ファイバ通信システム１００は、
−  短距離伝送に適した８００〜９００ｎｍの範囲の波長窓、
−  例えば、長距離伝送に使用される約１．３μｍの波長窓、
−  シリカファイバの損失がこの波長領域で最も低いためにより広く使用される約１．５μｍの波長窓
を含む群において選択される領域に対応する波長領域で動作し得る。
【００６１】
図２は、６コアファイバの断面図を示し、Ｄｃｌａｄは、クラッド径を表し、ｄｃ−ｃは、コア間距離を表し、ｄｃ−Ｃｌａｄは、コア外面−クラッド外面間距離を表す。
【００６２】
幾つかの実施形態において、マルチコアファイバ内のコアは、ファイバ軸の周囲にリング状に、例えば六角形の辺上に配置され得る。他の実施形態において、コアは、ある２次元グリッド上に配置され得る。
【００６３】
ある実施形態において、マルチコアファイバは、同一のタイプの２つ以上のコアを含む均一マルチコアファイバであり得る。
【００６４】
図３は、２つの例示的な均一マルチコアファイバの２つの断面図を示し、第一の１２コアファイバは、ファイバ軸の周囲にリング状に配置された同一のタイプの１２のコアを含み、第二の１９コアファイバは、六角形の辺上に配置された１８のコア及び中央のコアを含む。
【００６５】
ある実施形態において、マルチコアファイバは、均一トレンチ付加型マルチコアファイバであり得、各コアは、低屈折率トレンチ層により囲まれている。
【００６６】
図４は、同一のタイプの１２のコアを含む例示的なトレンチ付加型均一マルチコアファイバの断面図を示す。
【００６７】
他の実施形態において、マルチコアファイバは、複数のコアを含み、そのうちの少なくとも２つのコアは、異なるタイプの不均一マルチコアファイバであり得る。
【００６８】
図５は、１２のコアを含み、そのうちの２ｉ＋１番（ｉ＝０，．．．，５）のコアが同一であり、２ｉ＋２番（ｉ＝０，．．．，５）のコアが同一であり、２ｉ＋１番のコアが２ｉ＋２番（ｉ＝０，．．．，５）のコアタイプと異なるコアタイプである例示的な不均一マルチコアファイバの断面図である。このような不均一マルチコアファイバの各コアは、２つの隣接コアを有し、各コアは、その隣接コアのコアタイプと異なるコアタイプを有する。
【００６９】
図６は、２つの例示的な７コアファイバ及び１９コア不均一ファイバの２つの断面図を示す。７コアファイバは、六角形の辺上の１〜６番の６つのコアと、７番の中央のコアとを含む。この７コアファイバは、３種類の異なるコアタイプを含み、中央のコアは、六角形の辺上のコアのタイプと異なるコアタイプを有し、六角形の辺上に配置された各コアは、隣接コアのコアタイプと異なるコアタイプを有する。１９コアファイバは、３種類の異なるコアタイプを含み、中央のコアは、六角形の辺上のコアのタイプと異なるコアタイプを有する。
【００７０】
ある実施形態において、マルチコアファイバは、トレンチ付加型不均一マルチコアファイバであり得る。
【００７１】
図７は、２つの例示的な１２コア及び７コアトレンチ付加型不均一マルチコアファイバの２つの断面図を示す。
【００７２】
幾つかの実施形態において、マルチコアファイバの各コアは、１つの空間伝播モードを含むシングルモードであり得る。
【００７３】
幾つかの実施形態において、マルチコアファイバは、２つ以上の空間伝播モードを含む少なくとも１つのマルチモードコアを含み得る。
【００７４】
光ファイバ伝送チャネル１３は、光学パワーを再増幅し、ファイバ減衰を補償するためにファイバに挿入された１つ又は複数の増幅器１３２をさらに含み得、光信号を周期的に増幅する必要のある長距離にわたって十分な信号パワーを保持できるように光信号を再生成する必要がない。
【００７５】
増幅器１３２は、ファイバスライス１３１の各ペア間に挿入され得る。特に、光ファイバ伝送チャネルの端に挿入された増幅器１３２は、レシーバ１５での信号検出前に信号増幅を行う。
【００７６】
各増幅器１３２は、マルチコアファイバ内の複数のコアに対応する光信号を同時に増幅するように構成され得る。
【００７７】
幾つかの実施形態において、増幅器１３２は、１つのコアファイバ増幅器の複製を含み得る。
【００７８】
他の実施形態において、増幅器１３２は、光マルチコア増幅器であり得る。例示的な光増幅器は、マルチコアエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）、例えばコア励起型マルチコアＥＤＦＡ及びクラッド励起型ＥＤＦＡ増幅器を含む。コア励起型及びクラッド励起型増幅器は、１つ又は複数の励起ダイオードを使用し得る。特にＥＤＦＡ増幅器では、コアごとの励起ダイオードが使用され得る。
【００７９】
幾つかの実施形態において、光信号増幅は、非線形誘導ラマン散乱効果を利用して分散式に行われ得る。このような実施形態において、ファイバは、伝送リンク及び増幅媒質の両方として使用される。
【００８０】
他の実施形態において、信号増幅は、規則的に配置された光増幅器及び誘導ラマン散乱効果の共同使用によって実現され得る。
【００８１】
さらに別の実施形態において、信号増幅は、光／電気変換（図１では図示せず）を通じて電気ドメインで行われ得る。このような実施形態では、光ファイバ伝送チャネル１３は、各増幅ステージにおいて、
−  光信号を電気ドメインに再び変換するフォトダイオード、
−  変換された電気信号を増幅する電気増幅器、及び
−  増幅された電気信号に対応する光信号を発生するレーザダイオード
を含み得る。
【００８２】
幾つかの実施形態（図１では図示せず）によれば、光伝送チャネル１３は、
−  波長分散の効果に対抗する分散補償装置であって、例えばレシーバ１５における光信号の検出前に波長分散を取り消すか又は分散を補償するように構成された分散補償装置、
−  波長分割多重化システムで実装される光分岐挿入装置等の光スイッチ及びマルチプレクサ、
−  電子及び光再生器等、光信号を再生するための１つ又は複数の装置
の１つ又は複数をさらに含み得る。
【００８３】
図８は、幾つかの実施形態による光トランスミッタ１１のコンポーネントを示す。光トランスミッタ１１は、入力データシーケンスを、光伝送チャネル１３を通じて送信されることになる光信号に変換するように構成され得る。したがって、光トランスミッタ１１は、以下を含み得る：
−  長さｋの（すなわちｋ個のシンボルを含む）入力データシーケンスを、少なくとも１つの順方向誤り訂正符号（ＦＥＣ）（「誤り補正符号」とも呼ばれる）を適用することにより、長さｎ＞ｋのコードワードベクトルの形態の符号化シーケンスに符号化するように構成された順方向誤り訂正符号（ＦＥＣ）エンコーダ８１（「誤り補正符号エンコーダ８１」とも呼ばれる）、
−  符号化シーケンスを混合して、変調前にバースト誤りに対する保護層を符号化シンボルに追加するように構成されたインタリーバ８３、
−  変調スキームをインタリーブされた符号化シーケンスに（又はトランスミッタ１１がインタリーバを含まない実施形態ではコードワードベクトルに）適用することにより、変調シンボルベクトルｓｃの形態の変調シンボルの組を特定するように構成された変調器８５。２ｑ個のシンボル又は状態を有する２ｑ−ＱＡＭ又は２ｑ−ＰＳＫ等、異なる変調スキームが実装され得る。変調ベクトルｓｃは、各シンボルがｑビットのＫ個の複素数シンボルｓ１，ｓ２，．．．，ｓＫを含む複素数ベクトルであり得る。２ｑ−ＱＡＭ等の変調フォーマットが使用される場合、２ｑ個のシンボル又は状態は、整数フィールド
【数１】
2021522724.tif 000003
の部分集合を表す。対応するコンステレーションは、異なる状態又はシンボルを表す２ｑ個の点で構成される。加えて、二乗変調の場合、情報シンボルの実数部及び虚数部は、同じ有限アルファベットＡ＝［−（ｑ−１），（ｑ−１）］に属する。
−  時空間符号を適用することにより、時間伝送間隔（ＴＴＩ）中に光伝送チャネル１３を通じて送信されることになるデータシンボルを搬送するコードワード行列を特定するように構成された時空間エンコーダ８７。時空間エンコーダ２５は、Ｑ個の変調シンボルｓ１，ｓ２，．．．，ｓＱの受信シーケンス（又はブロック）の各々を次元Ｎｔ×Ｔのコードワード行列Ｘに変換するように構成され得る。コードワード行列は、Ｎｔ行、Ｔ列に配置された複素数を含み、Ｎｔは、光信号の伝播に使用される伝播コアの数を示し、Ｔは、時空間符号の時間的長さを示し、時間チャネルの使用回数に対応する。コードワード行列の値の各々は、したがって、使用時間及び信号伝播に使用される伝播コアに対応する。時空間エンコーダ８７は、線形時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ）を用いてコードワード行列を生成し得る。このような符号の符号化速度は、チャネル使用１回あたり
【数２】
2021522724.tif 000004
の複素シンボルに等しく、Ｋは、この場合、次元Ｋのベクトルｓｃ＝［ｓ１，ｓ２，．．．，ｓＫ］ｔを構成する符号化複素数シンボルの数である。フルレート符号が使用される場合、時空間エンコーダ８７は、Ｋ＝ＮｔＴの複素数シンボルを符号化する。ＳＴＢＣの例は、完全符号である。完全符号は、複素情報シンボルの数
【数３】
2021522724.tif 000005
を符号化することによってフル符号化速度を提供し、非消失行列特性を満足させる。
【００８４】
幾つかの李実施形態において、時空間エンコーダ８７は、異なる伝播コアで受信した複素数情報シンボルを多重化することによる、Ｖ−ＢＬＡＳＴスキームと呼ばれる空間多重化スキームを使用し得、時間次元での符号化を行わない。
【００８５】
幾つかの実施形態によれば、入力データシーケンスは、ｋビットを含むバイナリシーケンスであり得る。ＦＥＣエンコーダ８１は、このような実施形態において、少なくとも１つのバイナリＦＥＣコードを適用することにより、入力バイナリシーケンスを、ｎビットを含むバイナリコードワードベクトルに符号化するように構成され得る。
【００８６】
他の実施形態では、入力データシーケンスは、ガロア体の順序を表すガロア体ＧＦ（ｑ）（ｑ＞２）の値を取るシンボルを含み得る。このような実施形態において、ＦＥＣエンコーダ２２は、入力データシーケンスを、ｎ個のシンボルを含むコードワードベクトルに符号化するように構成され得、コードワードベクトルに含まれる各シンボルは、ガロア体ＧＦ（ｑ）内の数値を取る。この場合の符号化プロセスは、ＧＦ（ｑ）（ｑ＞２）で構成された非バイナリＦＥＣ符号を用いて実行され得る。
【００８７】
符号化動作を行うことにより、ＦＥＣエンコーダ８１は、入力バイナリシーケンスに冗長ビット（一般に冗長シンボル）を追加し、レシーバは、一般的な伝送誤りを検出及び／又は訂正できる。ＦＥＣ符号の使用は、伝送誤りに対する追加の保護及びイミュニティを提供し、符号化されない伝送（すなわちＦＥＣ符号化を行わない変調データの伝送）に関する性能の大幅な改善が可能となる。
【００８８】
誤り確率についての追加の改善及び削減は、２つ以上のＦＥＣ符号のコンカンチネーションを通じて実現され得る。符号のコンカンチネーションは、直列、並列又はマルチレベルアーキテクチャに従い得る。ＦＥＣエンコーダ８１は、したがって、２つ以上のＦＥＣ符号を実装するように構成され得る。
【００８９】
光トランスミッタ１１は、多数の直交サブキャリアを含む各光キャリア内でマルチキャリア変調技術を実装することにより、マルチキャリアシンボルを生成するように構成された複数のマルチキャリア変調器８８をさらに含み得る。さらに、マルチキャリア変調器は、ファイバの分散及びマルチコアファイバ内の各種のコア間のクロストークから生じるシンボル間干渉に対するよりよい抵抗を提供するために実装され得る。例示的なマルチキャリア変調フォーマットは、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）及びフィルタバンクマルチキャリア（ＦＢＭＣ）を含む。
【００９０】
マルチキャリア変調器８８により伝達される周波数ドメイン信号は、その後、受信した周波数ドメイン信号を光ドメインに変換するように構成されたデジタル光学フロントエンド８９により処理され得る。デジタル光学フロントエンド８８は、所与の波長の多数のレーザ並びにマルチコアファイバのコア中の使用される偏波状態及び空間伝播モードに関連付けられた複数の光変調器（図８では図示せず）を用いて変換を実行し得る。レーザは、波長分割多重化（ＷＤＭ）技術を用いて同じ又は異なる波長のレーザビームを発生するように構成され得る。異なるレーザビームは、その後、光変調器によってＯＦＤＭシンボルの異なる出力（又はシングルキャリア変調を使用する実施形態ではコードワード行列の異なる値）を用いて変調され、ファイバの異なる偏波状態に従って偏波され得る。例示的な変調器は、マッハツェンダ変調器を含む。位相及び／又は振幅変調が使用され得る。加えて、異なる光信号を変調するために各種の光変調器によって使用される変調スキームは、同様であるか又は異なり得る。
【００９１】
光変調器及びレーザの数は、使用される偏波状態の数、マルチコアファイバの各コアで使用される伝播モードの数及びファイバ内のコアの数に依存する。
【００９２】
デジタル光学フロントエンド８８は、生成された光信号をマルチコアファイバの各コアに注入し、各コア中で利用可能な伝播モードに従って伝播させるように構成されたＦＡＮ−ＩＮ装置（図８では図示せず）をさらに含み得る。ＦＡＮ−ＩＮ装置の出力端とマルチコア光伝送チャネル１３の入力端とを接続するために、光コネクタが使用され得る。
【００９３】
上述の実施形態の何れかにより生成される光信号は、ファイバに沿って伝搬し、その後、光伝送チャネル１３の反対の端に到達し得、そこで光レシーバ１５によって処理される。
【００９４】
図９は、幾つかの実施形態による光レシーバ１５のブロック図である。光レシーバ１５は、光トランスミッタ１１により伝送チャネル１３を通じて伝送された光信号を受信し、当初の入力データシーケンスの推定を生成するように構成される。したがって、光レシーバ１５は、以下を含み得る：
−  例えば、１つ又は複数のフォトダイオードを用いて光信号を検出し、これらをデジタル信号に変換するように構成された光学デジタルフロントエンド９１。光学デジタルフロントエンド９１は、ＦＡＮ−ＯＵＴ装置（図９では図示せず）を含み得る。
−  サイクリックプレフィックスを除去し、時空間デコーダ９３に送達されることになる決定変数の組を生成するように構成された複数のマルチキャリア復調器９２。
−  時空間復号アルゴリズムを適用することにより、決定変数の組から変調データシーケンスの推定を生成するように構成された時空間デコーダ９３。
−  時空間デコーダ９３により推定された変調データシーケンスの変調を実行することにより、バイナリシーケンスを生成するように構成された復調器９４。
−  復調器９４により送達されたバイナリシーケンス内のビット（一般にはシンボル）の順序を再配置して、ビットの当初の順序を回復するように構成されたデインタリーバ９５。
−  デインタリーバ９５により送達される再整列されたバイナリシーケンスに軟又は硬判定ＦＥＣデコーダを適用することにより、光トランスミッタ１１により処理される入力データシーケンスの推定を送達するように構成されたＦＥＣデコーダ９６（「誤り訂正符号デコーダ９６」とも呼ばれる）。例示的な軟判定ＦＥＣデコーダは、ビタビアルゴリズムを含む。
【００９５】
時空間デコーダ９３は、最尤デコーダ、ゼロフォーシングデコーダ、ゼロフォーシング判定帰還型等化器及び最小平均二乗誤差デコーダからなる群において選択される時空間復号アルゴリズムを実装し得る。
【００９６】
例示的な最尤デコーダは、スフィアデコーダ、シュノール・オイヒナ型デコーダ、スタックデコーダ、スフェリカルバウンドスタックデコーダを含む。
【００９７】
シングルキャリア変調を使用する実施形態において、複数のマルチキャリア変調器９２は、１つの変調器に置き換えられ得る。同様に、マルチキャリア復調器９２は、１つの復調器に置き換えられ得る。
【００９８】
ＦＥＣエンコーダ８１が２つ以上の順方向誤り訂正符号のコンカンチネーションを実装する幾つかの実施形態において、対応する構造は、ＦＥＣデコーダ９６により実装され得る。例えば、内符号及び外符号の直列コンカンチネーションに基づく実施形態では、ＦＥＣデコーダ９６は、内符号デコーダ、デインタリーバ及び外符号デコーダ（図９では図示せず）を含み得る。並列アーキテクチャの２つの符号を含む実施形態では、ＦＥＣデコーダ９６は、デマルチプレクサ、デインタリーバ及びジョイントデコーダ（図９では図示せず）を含み得る。
【００９９】
本発明の特定の実施形態の以下の説明は、単に例示を目的として、単一偏波、単一波長、単一キャリア変調、時空間符号化を用いない単一誤り訂正符号及びシングルモードマルチコアファイバを使用する光通信システム１００に関して行われる。しかしながら、当業者であれば、本発明の各種の実施形態が、２つの偏波を用いる偏波多重化と組み合わせて、且つ／又は複数の波長を使用する波長多重化と組み合わせて、且つ／又はマルチモードファイバコアを用いるモード多重化と組み合わせて、且つ／又はマルチキャリア変調フォーマットと組み合わせて、且つ／又は時空間符号化と組み合わせてマルチコアファイバも応用できることが容易にわかるであろう。
【０１００】
本発明の幾つかの実施形態を理解しやすくするために、以下で使用する注釈及び／又は定義を以下に記す：
−  Ｌは、光ファイバ伝送チャネル１３におけるマルチコアファイバの全長を指す。
−  Ｋは、マルチコアファイバ内にコンカンチネートされるファイバセクション（「ファイバスライス」又は「ファイバスパン」とも呼ばれる）の数を指す。
−  ｄは、相関長さを指す。
−  Ｒｂは、曲げ半径を指す。
−  Ｎｃ≧２は、マルチコアファイバ内のコア総数を指し、コアは、コアがコア−ｎとして指定され、ｎが１〜Ｎｃの値を取るように番号が付けられる（すなわち、各コアは、１〜Ｎｃで変化する１つのコア番号に関連付けられる）。
−  Ｒｎは、コア−ｎの半径を指す。
−  各コア、コア−ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）は、｛Ｔｎ；λｎ｝で表されるコアパラメータに関連付けられ、Ｔｎは、コア−ｎのコアタイプを指し、λｎは、コア−ｎに関連付けられるコア損失値を指す。
−  ＸＴｎ，ｍは、コア−ｎとコア−ｍ（ｎ≠ｍ）との間のクロストーク（「コア間クロストーク」とも呼ばれる）を定量化するクロストーク係数（「コア間クロストーク係数」とも呼ばれる）を指す。
−  ｋｎ，ｍは、コア−ｎとコア−ｍ（ｎ≠ｍ）との間の結合（「コア間結合」とも呼ばれる）を定量化する結合係数（「コア間結合」とも呼ばれる）を指す。
−  Δβｎｍは、コア−ｎとコア−ｍ（ｎ≠ｍ）との間の伝播定数差を表す。
【０１０１】
本発明の各種の実施形態は、事前に定義されたファイバ構成並びにファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に関連付けられたマルチコアファイバで製作された所与のマルチコアファイバ伝送チャネルの、チャネルモデリング及びコア依存損失の特定のための効率的なチャネルモデリング及び計算装置を提供する。本発明によるチャネルモデリング及びＣＤＬ特定技術は、ファイバの設計又は製造中、マルチコアファイバを選択するため、及び／又はファイバスパン／スライスの数を特定するため、及び／又は伝送パラメータ、例えば変調スキーム、誤り訂正符号化スキーム又は時空間符号化スキーム等の構成を特定するために有利に使用され得る。
【０１０２】
幾つかの実施形態において、光伝送システム１００は、事前に定義されたファイバ構成及びミスアラインメント損失値に従い、ファイバパラメータに応じてコア依存損失値を特定するように構成されたシステム管理装置１７を含み得る。
【０１０３】
幾つかの実施形態によれば、ファイバパラメータは、ファイバの長さＬ、少なくとも２に等しいコアの数Ｎｃ≧２、クロストーク係数ＸＴｎ，ｍ（ｎ，ｍ∈｛１，．．．，Ｎｃ｝）及び結合係数ｋｎ，ｍ（ｎ，ｍ∈｛１，．．．，Ｎｃ｝）を含み、各クロストーク係数ＸＴｎ，ｍは、マルチコアファイバ内のコア−ｎとコア−ｍ（ｎ≠ｍ）との間のクロストークを表し、各結合係数ｋｎ，ｍは、マルチコアファイバ内のコア−ｎとコア−ｍ（ｎ≠ｍ）との間の結合を表す。
【０１０４】
ファイバパラメータは、曲げ半径、ファイバスライスの数Ｋ、クラッド径、マルチコアファイバの各コアの半径及びマルチコアファイバの各コアのタイプをさらに含み得る。
【０１０５】
幾つかの実施形態において、ミスアラインメント損失は、光ファイバのファイバスパンにおける及びコネクタ（例えば、ＦＡＮ−ＩＮ／ＦＡＮ−ＯＵＴ装置と光ファイバ伝送チャネルの入力／出力端との間のコネクタ）の不完全性によって生じ得る。ミスアラインメント損失は、長さ方向ミスアラインメント、横方向ミスアラインメント及び角度ミスアラインメントを含む群において選択されるミスアラインメントを含み得る。
【０１０６】
幾つかの実施形態によれば、ミスアラインメント損失は、ガウス確率変数としてモデル化され得る。より具体的には、コア−ｎに関連付けられたミスアラインメント損失は、中央値ゼロ及びσ（ｘ，ｙ），ｎで示される標準偏差のガウス確率変数としてモデル化され得、以下のように表現される。
【数４】
2021522724.tif 000006
【０１０７】
式（１）中、ｒｄは、「ｘ」及び「ｙ」方向へのマルチコアファイバの横方向の変位を示す。
【０１０８】
光ファイバ伝送チャネル１３にコア間クロストーク効果及びミスアラインメント効果が発生する実施形態において、光伝送チャネル１３は、以下の関係により説明される光マルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）システムにより表され得る。
Ｙ＝Ｈ．Ｘ＋Ｎ  （２）
【０１０９】
式（２）中、
−  Ｘは、光伝送チャネル１３上において、ｎ番目のシンボルがコア−ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）上で伝送されるように伝送されるＮｃ個のシンボルを含む長さＮｃの複素数ベクトルを指す。
−  Ｙは、光レシーバ１５での受信信号を指定する長さＮｃの複素数ベクトルである。
−  Ｈは、光チャネル行列を指定し、発生した減衰及びミスアラインメント損失に加えてマルチコアファイバ内の異なるコア上の光信号伝播中にコアに生じる損失を表す次元Ｎｃ×Ｎｃの複素数行列である。
−  Ｎは、光チャネルノイズを指定する長さＮｃの実数ベクトルである。
【０１１０】
幾つかの実施形態によれば、光チャネルノイズは、中央値ゼロ、分散Ｎ０の白色ガウスノイズであり得る。
【０１１１】
コア間クロストーク効果は、以下のように表現されるＨＸＴにより示されるクロストークチャネル行列によって表わされ得る。
【数５】
2021522724.tif 000007
【０１１２】
式（３）中、クロストークチャネル行列の対角成分は、ＸＴｎ＝１−Σｎ≠ｍＸＴｎ，ｍで与えられる。クロストークは、コア間の交換エネルギーを表し、当業者の間で知られているパワー結合理論に基づいて推定できる。
【０１１３】
マルチコアファイバが均一である幾つかの実施形態によれば、各コア−ｎ及びコア−ｍ（ｎ≠ｍ）間のクロストークを定量化するクロストーク係数ＸＴｎ，ｍは、以下により表現される。
【数６】
2021522724.tif 000008
【０１１４】
式（４）中、Λは、コア間距離を指し、β２は、伝播定数を示す。
【０１１５】
マルチコアファイバが非均一である幾つかの実施形態によれば、各コア−ｎ及びコア−ｍ（ｎ≠ｍ）間のクロストークを定量化するクロストーク係数ＸＴｎ，ｍは、以下により表現される。
【数７】
2021522724.tif 000009
【０１１６】
幾つかの実施形態によれば、システム管理装置１７は、各コア、コア−ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）に関連付けられたコア損失値λｎをファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に応じて特定するように構成され得る。
【０１１７】
幾つかの実施形態によれば、システム管理装置１７は、各コア、コア−ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）に関連付けられたコア損失値λｎを、光ファイバ伝送チャネル１３を表す光チャネル行列Ｈに特異値分解を適用することによって特定するように構成され得る。特に、システム管理装置１７は、まず、以下に従って光チャネル行列のＱＲ分解を行うように構成され得る。
Ｈ＝ＱＲ  （６）
【０１１８】
式（６）中、Ｑは、Ｎｃ×Ｎｃ直交行列であり、Ｒは、Ｎｃ×Ｎｃ上三角行列である。上三角行列Ｒの対角成分の値は、以下により与えられる。
【数８】
2021522724.tif 000010
【０１１９】
式（７）中、αｉは、コア、コアｉに関連付けられた全ミスアラインメント損失を指し、ＸＴｉ＝１−Σｉ≠ｍＸＴｉ，ｍは、光伝送チャネル１３の端におけるコア、コア−ｉに関連付けられた全クロストークを定量化する全クロストーク係数を指し、コア、コア−ｉに関連付けられた全クロストーク係数は、前記コア、コア−ｉとマルチコアファイバ中の残りのコアとの間のクロストークを定量化するクロストーク係数に依存する。
【０１２０】
光チャネル行列のＱＲ分解を用いると、光チャネル行列の特異値分解を以下に従って表現できる。
Ｈ＝Ｕ．Σ．Ｖ  （８）
【０１２１】
式（８）中、行列Σは、Ｎｃ×Ｎｃ対角行列であり、以下により与えられる。
【数９】
2021522724.tif 000011
【０１２２】
マルチコアファイバは、Κファイバスパンのコンカチネーションで製作され、各スパンは、クロストークチャネル行列とミスアラインメントチャネル行列との乗算に等しい。したがって、式（１）の光ＭＩＭＯシステムは、均等に以下に従って表現できる。
【数１０】
2021522724.tif 000012
【０１２３】
式（１０）中、
−  Ｌは、光ファイバのリンク損失を補償するために使用される正規化係数を示し、
−  ＨＸＴ．ｋは、ｋ番目のファイバスパンに関連付けられたクロストークチャネル行列を指し、
−  Ｍｋは、ｋ番目のファイバスパンに関連付けられたミスアラインメントチャネル行列を指す。
【０１２４】
ファイバスパンへのファイバ分解を用いると、ミスアラインメント損失係数αｉは、以下により与えられ得る。
【数１１】
2021522724.tif 000013
【０１２５】
式（１１）中、ｃは、一定の増倍率を指し、
【数１２】
2021522724.tif 000014
及び
【数１３】
2021522724.tif 000015
（ｉ＝１，．．．，Ｎｃ）は、１自由度、（σ（ｘ，ｙ），ｉ）２に等しい中央値及び２（σ（ｘ，ｙ），ｉ）４に等しい分散のカイ二乗分散確率変数を指す。
【０１２６】
ファイバスパンの数Ｋが高い実施形態を考慮し、本発明者らは、各変数Ｚｉを中央値
【数１４】
2021522724.tif 000016
及び分散
【数１５】
2021522724.tif 000017
の正規分布変数としてモデル化できることを示した。したがって、ミスアラインメント損失係数αｉは、以下により与えられる中央値
【数１６】
2021522724.tif 000018
及び分散値
【数１７】
2021522724.tif 000019
の対数正規確率変数によりモデル化できる。
【数１８】
2021522724.tif 000020
【０１２７】
光チャネル行列の特異値分解の微分により、式（１）の光ＭＩＭＯシステムは、以下に従って表現できる。
【数１９】
2021522724.tif 000021
【０１２８】
式（１４）によれば、システム管理装置１７は、各コア、コア−ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）に関連付けられるコア損失値λｎを、コア損失値λｎが中央値
【数２０】
2021522724.tif 000022
及び分散
【数２１】
2021522724.tif 000023
の対数正規分布変数であるように特定するように構成され得、各コア損失値の中央値及び分散は、前記各コアに関連付けられた全クロストーク係数ＸＴｎを含むファイバパラメータと、ミスアライメント損失係数αｉの対数正規分布の中央値及び分散において生じるミスアラインメント損失とに依存する。より具体的には、マルチコアファイバの各コア、コア−ｎに関連付けられた各コア損失値λｎの中央値
【数２２】
2021522724.tif 000024
は、第一の値と第二の値との間の積であり、第一の値
【数２３】
2021522724.tif 000025
は、コア、コア−ｎに関連付けられた全ミスアラインメント損失を表す対数正規確率変数αｎの中央値に対応し、第二の値ＸＴｎ２は、前記コア、コア−ｎに関連付けられた全クロストーク係数の二乗に対応する。マルチコアファイバの各コア、コア−ｎに関連付けられた各コア損失値λｎの分散値
【数２４】
2021522724.tif 000026
は、コア、コア−ｎに関連付けられた全クロストーク係数ＸＴｎと、コア、コア−ｎに関連付けられた全ミスアラインメント損失を表す対数正規確率変数αｎの分散
【数２５】
2021522724.tif 000027
に対応する第三の値との間の積である。
【０１２９】
マルチコアファイバが不均一である幾つかの実施形態において、システム管理装置１７は、ＣＤＬｈｅｔｅｒで示されるコア依存損失値を、λｍａｘにより示される第一のコア損失値と、λｍｉｎで示される第二のコア損失値との比として特定するように構成され得、第一の値は、マルチコアファイバのコアの各々に関連付けられたコア損失値のうちの最も高いコア損失値により与えられ、第二の値は、マルチコアファイバのコアの各々に関連付けられたコア損失値のうちの最も小さいコア損失値により与えられる。コア依存損失ＣＤＬｈｅｔｅｒは、以下による対数目盛で表現できる。
【数２６】
2021522724.tif 000028
【０１３０】
マルチコアファイバのコアの各々に関連付けられた特定されたコア損失値λｎを考慮して、システム管理装置１７は、それぞれ以下により与えられるμＣＤＬにより示される中央値及び分散σ２ＣＤＬのガウス分散による対数目盛でコア依存損失値を特定するように構成され得る。
【数２７】
2021522724.tif 000029
【０１３１】
式（１６）及び（１７）中、ｉｍａｘ及びｉｍｉｎは、それぞれ第一のコア損失値λｍａｘ及び第二のコア損失値λｍｉｎに関連付けられたコアのナンバリングインデックス、コア−ｉｍａｘ及びコア−ｉｍｉｎをそれぞれ指す。
【０１３２】
マルチコアファイバが均一である他の実施形態によれば、システム管理装置１７は、式（１５）により与えられる理論上の推定を使用するのではなく、信頼区間の設定に基づいて、ＣＤＬｈｏｍにより示されるコア依存損失値の推定を行うように構成され得る。実際に、均一マルチコアファイバのコア損失値λｎは、中央値
【数２８】
2021522724.tif 000030
及び分散
【数２９】
2021522724.tif 000031
の同じ対数正規分布を有し、αｎ，ｔｏｔａｌは、光ファイバリンクの端における全ミスアラインメント損失を示し、これは、それぞれ以下により与えられる中央値
【数３０】
2021522724.tif 000032
及び分散
【数３１】
2021522724.tif 000033
の対数正規分布を有する。
【数３２】
2021522724.tif 000034
【０１３３】
式（１８）及び（１９）中、Ｚは、中央値μＺ＝−２Ｋｂ（σ（ｘ，ｙ））２及び分散
【数３３】
2021522724.tif 000035
の正規分布を有する変数である。
【０１３４】
信頼区間は、ランダムパラメータの最良推定値として機能する値の範囲である。所望／目標信頼レベルは、事前に定義される。最も一般的に使用される信頼レベルは、６８％、９０％、９５％及び９９％である。ガウス分布の信頼区間Ｃの境界値γは、以下による累積分布関数Φの逆数を用いて得ることができる。
【数３４】
2021522724.tif 000036
【０１３５】
式（２０）中、θは、
【数３５】
2021522724.tif 000037
に等しい。
【０１３６】
均一マルチコアファイバの場合、コア依存損失値は、事前に定義された信頼レベルに対応する対数正規分布の信頼区間の上限及び下限との比として特定され得る。システム管理装置１７は、第一のステップにおいて、ガウス分布Ｚの上限及び下限を特定するように構成され得る。第二のステップでは、システム管理装置１７は、特定された上限及び下限を、指数関数を用いて変換するように構成され得る。
【０１３７】
信頼レベルが９０％に設定される幾つかの実施形態において、それぞれＩｍａｘ及びＩｍｉｎにより示される信頼区間の上限及び下限は、本発明者らにより、以下によって特定される。
【数３６】
2021522724.tif 000038
【０１３８】
対数ドメインにおけるコア依存損失値は、以下のように特定される。
【数３７】
2021522724.tif 000039
【０１３９】
システム管理装置１７は、ＣＤＬｔａｒｇｅｔで示される目標コア依存損失値を特定し、前記目標コア依存損失値に関するコア依存損失値に応じてマルチコアファイバのファイバパラメータの少なくとも１つを選択するようにさらに構成され得る。
【０１４０】
幾つかの実施形態において、システム管理装置１７は、指定された１つ又は複数の目標性能メトリクスに応じて目標コア依存損失値ＣＤＬｔａｒｇｅｔを特定するように構成される。目標性能メトリクスは、目標信号対ノイズ比及び目標ビット／シンボル誤り率を含む群において選択され得る。
【０１４１】
幾つかの実施形態によれば、システム管理装置１７は、トランスミッタ装置１１で実装される誤り訂正符号、変調スキーム及び時空間符号の１つ又は複数を、目標コア依存損失値に関するコア依存損失値に応じて選択するように構成される。
【０１４２】
幾つかの実施形態によれば、システム管理装置１７は、光レシーバ１５で実装される時空間復号アルゴリズム及び誤り訂正符号復号アルゴリズムの１つ又は複数を、目標コア依存損失値に関するコア依存損失値に応じて選択するように構成される。
【０１４３】
幾つかの実施形態において、システム管理装置１７は、光伝送チャネル１３の設計段階中、コア依存損失値をオフラインで特定するように構成され、それによって光伝送チャネル１３のファイバパラメータ及び設計をシステム／アプリケーション／伝送に関する要求事項及び目標仕様に適応させることが可能となる。
【０１４４】
他の実施形態において、システム管理装置１７は、光伝送チャネル１３の設計後、例えば１つ又は複数の目標性能メトリクスに従い、光トランスミッタ１１のファイバパラメータ、及び／又は構成（例えば、変調スキーム、及び／又は誤り訂正符号、及び／又は時空間符号の適応的選択）、及び／又は光レシーバ１３の構成（例えば、時空間復号アルゴリズム及び／又は誤り訂正符号デコーダの適応的選択）を適応的に調整するための、システム管理装置１７によって送達されるコア依存損失計算要求に応答してコア依存損失値を特定するように構成される。
【０１４５】
また、マルチコアファイバで製作された光ファイバ伝送チャネル１３上でデータが伝送される光ファイバ通信システム１００についてコア依存損失値を特定する方法であって、前記データを搬送する光信号は、Ｎｃ≧２個（２つ以上）のコアに従ってマルチコアファイバに沿って伝播し、マルチコアファイバは、ファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に関連付けられる、方法も提供される。方法は、ファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値に応じてコア依存損失値を特定するステップを含む。
【０１４６】
図１０は、単一偏波、単一波長、時空間符号化を適用しない単一キャリア非符号化変調が使用され、マルチコアファイバの各コアがシングルモードコアである、本発明の幾つかの実施形態によるマルチコアファイバ光伝送システム１００におけるコア依存損失値を特定する方法を示すフローチャートである。
【０１４７】
ステップ１００１では、マルチコアファイバのファイバパラメータ及びミスアラインメント損失値が受信され得る。
【０１４８】
幾つかの実施形態において、ファイバパラメータは、コアの数Ｎｃ≧２、ファイバの長さＬ、クロストーク係数ＸＴｎ，ｍ（ｎ，ｍ∈｛１，．．．，Ｎｃ｝）及び結合係数ｋｎ，ｍ（ｎ，ｍ∈｛１，．．．，Ｎｃ｝）を含み、各クロストーク係数ＸＴｎ，ｍは、マルチコアファイバ内のコア−ｎとコア−ｍ（ｎ≠ｍ）との間のクロストークを表し、各結合係数ｋｎ，ｍは、マルチコアファイバ内のコア−ｎとコア−ｍ（ｎ≠ｍ）との間の結合を表す。
【０１４９】
幾つかの実施形態において、ファイバパラメータは、曲げ半径Ｒｂ、クラッド径、ファイバスライスの数Ｋ、マルチコアファイバの各コアの半径及びマルチコアファイバの各コア、コア−ｎのタイプＴｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）をさらに含み得る。
【０１５０】
幾つかの実施形態において、ミスアラインメント損失には、長さ方向のミスアラインメント、横方向のミスアラインメント及び角度ミスアラインメントが含まれる。
【０１５１】
幾つかの実施形態において、ミスアラインメント損失値は、事前に式（１）により特定され得る。
【０１５２】
ステップ１００３では、各コア、コア−ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）に関連付けられたコア損失値λｎが特定され得る。特に、マルチコアファイバのコアに関連付けられたコア損失値は、少なくとも１つのクロストーク係数及び少なくとも１つのミスアラインメント損失値（「ミスアラインメント損失係数」とも呼ばれる）に応じて、式（１４）により特定され得る。
【０１５３】
マルチコアファイバが不均一である幾つかの実施形態によれば、コア依存損失値ＣＤＬは、ステップ１００５において、λｍａｘにより示される第一のコア損失値と、λｍｉｎで示される第二のコア損失値との比として特定され得、第一の値は、マルチコアファイバのコアの各々に関連付けられたコア損失値のうちの最も高いコア損失値により与えられ、第二の値は、マルチコアファイバのコアの各々に関連付けられたコア損失値のうちの最も小さいコア損失値により与えられる。コア依存損失ＣＤＬは、式（１５）による対数目盛で表現できる。
【０１５４】
マルチコアファイバが均一である他の実施形態によれば、コア依存損失値は、ステップ１００５において、信頼区間の上限及び下限を用いて式（２３）によって特定され得る。
【０１５５】
幾つかの実施形態によれば、特定されたコア依存損失値は、例えば、目標コア依存損失値に関するコア依存損失値に応じてファイバパラメータの少なくとも１つを選択し且つ／又は適応させるために考慮され得る。
【０１５６】
幾つかの実施形態において、目標コア依存損失は、例えば、目標信号対ノイズ比及び目標ビット／シンボル誤り率を含む群において選択される１つ又は複数の目標性能メトリクスに応じて事前に特定され得る。
【０１５７】
幾つかの実施形態において、光ファイバ伝送チャネル１３の所与の構成（すなわち所与のファイバパラメータ）についてのコア依存損失値を特定する方法は、光ファイバ伝送チャネル１３の設計の前にオフラインで行われ、それによりファイバパラメータ及び光伝送チャネル１３の設計をシステム／アプリケーション／伝送に関する要求事項及び目標仕様に適応させることが可能となる。
【０１５８】
他の実施形態において、光ファイバ伝送チャネル１３の所与の構成についてのコア依存損失値の特定方法は、光ファイバ伝送チャネル１４の設計後、ファイバパラメータの１つ又は複数の適応的選択、及び／又はマルチコアファイバの適応的製造、及び／又は以下を含む伝送構成パラメータの１つ又は複数の適応的選択を行うために実行される：
−  光伝送チャネル１３上で伝送されるデータを符号化するために使用される誤り訂正符号、
−  前記符号化データを変調シンボルの組に変調するために使用される変調スキーム、
−  前記変調シンボルから時空間コードワードを特定するために使用される時空間符号、
−  前記時空間コードワードの推定を特定するために使用される時空間復号アルゴリズム、及び
−  光伝送チャネル１３上で伝送されるデータの推定を特定するために使用される誤り訂正符号デコーダ。
【０１５９】
図１１は、７コア及び１９コア均一マルチコアファイバについての、規範モデル及び提案される式（２３）による理論上のモデルを適用することによって得られる、コア依存損失（デシベル）に応じた確率密度関数を評価するグラフを示す。図の結果は、提案されている理論上のモデルが７コア及び１９コア均一マルチコアファイバについてそれぞれＣＤＬｈｏｍ＝２．８ｄＢ及びＣＤＬｈｏｍ＝３．９ｄＢで規範モデルにフィットすることを示している。
【０１６０】
各種の実施形態は、単一偏波、単一波長及び単一キャリア変調が使用されるシングルコアマルチモードファイバの場合について詳細に説明されているが、本発明は、２つの偏波を用いる偏波多重化と組み合わせて、且つ／又は幾つかの波長を使用する波長多重化の使用と組み合わせて、且つ／又はマルチキャリア変調フォーマットを用いて、マルチコアマルチモードファイバでも応用できることに留意すべきである。
【０１６１】
さらに、本発明は、通信の用途に限定されず、データストレージ及び医療用イメージング等の他の応用に組み込まれ得る。本発明は、複数の光伝送システム内において、例えば自動産業用、石油又はガス市場、航空宇宙及び航空電子工学、検出用途等でも使用され得る。
【０１６２】
本発明の実施形態を様々な例の説明によって解説し、これらの実施形態をかなり詳細に説明したが、本出願人は、付属の特許請求の範囲をそのような詳細に制限することを意図しておらず、又は決して限定することを意図していない。他の利点及び改良も当業者に容易に明らかとなるであろう。したがって、本発明は、その最も広い態様において、図示及び説明された特定の詳細、代表的方法及び例示的な例に限定されない。
【図１】
2021522724.tif 000040
【図２】
2021522724.tif 000041
【図３】
2021522724.tif 000042
【図４】
2021522724.tif 000043
【図５】
2021522724.tif 000044
【図６】
2021522724.tif 000045
【図７】
2021522724.tif 000046
【図８】
2021522724.tif 000047
【図９】
2021522724.tif 000048
【図１０】
2021522724.tif 000049
【図１１】
2021522724.tif 000050
【国際調査報告】
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2021522724.tif 000052
2021522724.tif 000053