(57)【要約】  本発明の各種の実施形態は、マルチコアファイバを含む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、前記データは、光信号によって搬送され、前記光信号は、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、少なくとも１つのスクランブリング装置（１３３）は、スクランブリング関数に従って前記２つ以上のコアをスクランブルするために前記光ファイバ伝送チャネル（１３）内に配置され、光ファイバ伝送チャネル（１３）は、ファイバパラメータ、少なくとも１つのミスアラインメント損失、前記少なくとも１つのスクランブリング装置（１３３）の数及びスクランブリング関数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構成装置（１７）を含む、光伝送システム（１００）を提供する。
2021522725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチコアファイバを含む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、前記データは、光信号によって搬送され、前記光信号は、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、少なくとも１つのスクランブリング装置（１３３）は、スクランブリング関数に従って前記２つ以上のコアをスクランブルするために前記光ファイバ伝送チャネル（１３）内に配置され、前記光ファイバ伝送チャネル（１３）は、前記ファイバパラメータ、少なくとも１つのミスアラインメント損失値、前記少なくとも１つのスクランブリング装置（１３３）の数及び前記スクランブリング関数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構成装置（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】
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】
前記システム構成装置（１７）は、前記ファイバパラメータ、前記少なくとも１つのミスアラインメント損失値、前記少なくとも１つのスクランブリング装置（１３３）の数及び前記スクランブリング関数に応じて、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】
前記システム構成装置（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値と、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】
前記システム構成装置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さらに構成される、請求項１に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項８】
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９】
確定論的スクランブリング基準に従ってスクランブリング関数を特定するように構成されたスクランブリング構成装置（１６）を含む、請求項１に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項１０】
前記確定論的スクランブリング基準は、前記マルチコアファイバの前記コアに関連付けられたコアパラメータの１つ又は複数に依存し、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パラメータは、コアタイプ及びコア損失値を含む群において選択される、請求項９に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項１１】
スクランブリング構成装置（１６）は、前記２つ以上のコアに関連付けられた前記コア損失値の所与の順序に従って前記マルチコアファイバの前記２つ以上のコアを整列するように構成され、前記確定論的スクランブリング基準は、前記２つ以上のコアに関連付けられた前記コア損失値の前記順序に依存する、請求項１０に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項１２】
前記マルチコアファイバは、不均一マルチコアファイバであり、前記スクランブリング構成装置（１６）は、前記２つ以上のコアに関連付けられたコアタイプに応じて前記確定論的スクランブリング基準を特定するように構成され、前記確定論的スクランブリング基準による前記スクランブリング関数は、前記２つ以上のコアの、少なくとも第一のコアの第二のコアとの置換による２つずつの置換に対応し、前記第一のコア及び前記第二のコアは、異なるコアタイプに関連付けられる、請求項９に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項１３】
前記マルチコアファイバは、不均一マルチコアファイバであり、前記スクランブリング構成装置（１６）は、前記２つ以上のコアに関連付けられた前記コアタイプ及び前記コア損失値に応じて前記確定論的スクランブリング基準を特定するように構成され、前記確定論的スクランブリング基準による前記スクランブリング関数は、前記２つ以上のコアの、少なくとも第一のコアの第二のコアとの置換による２つずつの置換に対応し、前記第一のコア及び前記第二のコアは、異なるコアタイプ及び異なるコア損失値に関連付けられる、請求項１０に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項１４】
マルチコアファイバを含む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、前記データは、光信号によって搬送され、前記光信号は、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２つ以上のコアをスクランブリング関数に従ってスクランブルするステップを含み、前記方法は、前記ファイバパラメータ、少なくとも１つのミスアラインメント損失値及び前記スクランブリング関数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、特にコアスクランブリングを実装する、マルチコアファイバにおけるコア依存損失の特定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、過去数十年にわたり、１メートル未満〜数千キロメートルに及ぶ距離のデータ（例えば、音声、マルチメディア、ビデオ）伝送のための光送信システムにおいて広く使用されている。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
マルチモードファイバにより、異なる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。
【０００８】
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、空間マルチプレクサ）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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、トレンチ付加のないファイバで生じるコア間クロストークより低い。
【００１８】
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プロファイルが導入されて、クロストーク効果を軽減できる。
【００１９】
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】
【００２０】
【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】
【００２１】
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、コアスクランブリングが使用され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】
【００２２】
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。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。少なくとも１つのスクランブリング装置は、スクランブリング関数に従って２つ以上のコアをスクランブルするために光ファイバ伝送チャネル内に配置される。光ファイバ伝送チャネルは、ファイバパラメータ、ミスアラインメント損失、少なくとも１つのスクランブリング装置及びスクランブリング関数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構成装置を含む。
【００２３】
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。
【００２４】
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マルチコアファイバのミスアラインメントを表す。
【００２５】
幾つかの実施形態において、システム構成装置は、ファイバパラメータ、ミスアラインメント損失値、少なくとも１つのスクランブリング装置及びスクランブリング関数に応じて、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得る。
【００２６】
幾つかの実施形態によれば、システム構成装置は、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得、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。
【００２７】
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、前記所与のコアと、マルチコアファイバの、前記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値と、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。
【００２８】
幾つかの実施形態によれば、システム構成装置は、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さらに構成され得る。
【００２９】
幾つかの実施形態によれば、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、光伝送システムは、確定論的スクランブリング基準に従ってスクランブリング関数を特定するように構成されたスクランブリング構成装置を含み得る。
【００３１】
幾つかの実施形態によれば、確定論的スクランブリング基準は、マルチコアファイバのコアに関連付けられたコアパラメータの１つ又は複数に依存し得、マルチコアファイバの各コアに関連付けられたコアパラメータは、コアタイプ及びコア損失値を含む群において選択される。
【００３２】
幾つかの実施形態によれば、スクランブリング構成装置は、２つ以上のコアに関連付けられたコア損失値の所与の順序に従ってマルチコアファイバの２つ以上のコアを整列するように構成され得、確定論的スクランブリング基準は、２つ以上のコアに関連付けられたコア損失値の順序に依存する。
【００３３】
マルチコアファイバが不均一マルチコアファイバである幾つかの実施形態において、スクランブリング構成装置は、２つ以上のコアに関連付けられたコアタイプに応じて確定論的スクランブリング基準を特定するように構成され得、確定論的スクランブリング基準によるスクランブリング関数は、２つ以上のコアの、少なくとも第一のコアの第二のコアとの置換による２つずつの置換に対応し、第一のコア及び第二のコアは、異なるコアタイプに関連付けられる。
【００３４】
マルチコアファイバが不均一マルチコアファイバである幾つかの実施形態において、スクランブリング構成装置は、２つ以上のコアに関連付けられたコアタイプ及びコア損失値に応じて確定論的スクランブリング基準を特定するように構成され得、確定論的スクランブリング基準によるスクランブリング関数は、２つ以上のコアの、少なくとも第一のコアの第二のコアとの置換による２つずつの置換に対応し、第一のコア及び第二のコアは、異なるコアタイプ及び異なるコア損失値に関連付けられる。
【００３５】
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も提供される。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。方法は、２つ以上のコアをスクランブリング関数に従ってスクランブルするステップと、ファイバパラメータ、ミスアラインメント損失値及びスクランブリング関数に応じてコア依存損失値を特定するステップとを含む。
【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、ファイバ伝送チャネルの所与の構成（所与の数のファイバスパン及びファイバミスアラインメント値を含む）、所与のファイバパラメータ、所与の数のコアスクランブラ／スクランブリング装置及び所与のコアスクランブリング方式（ランダム又は確定論的、同じ又は異なる）についてのコア依存損失の評価により、マルチコアファイバ伝送チャネルの性能挙動の推定及び予測が可能となる。
【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、コアスクランブリングに使用されるスクランブリング装置（例えば、光マルチプレクサ等）の数がより少ない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】幾つかの実施形態による、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】幾つかの実施形態による、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、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を有するマルチコアファイバの断面図を示し、マルチコアファイバは、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】コアスクランブリング、単一偏波、単一波長、時空間符号化が適用されない単一キャリア非符号化変調が用いら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】スネイルスクランブリング方式が考慮され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１２】回転スクランブリング方式が考慮され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１３】スネークスクランブリング方式が考慮され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。
【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及び所与のコアスクランブリング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、コアスクランブリング装置の数がより少ない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】
コアスクランブリングが光学装置を用いて光ドメインで行われる幾つかの実施形態では、光マルチプレクサがコアスクランブラとして使用され得る。
【００８４】
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】
2021522725.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】
2021522725.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】
2021522725.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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
本発明の幾つかの実施形態を理解しやすくするために、以下で使用する幾つかの注釈及び／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，ｐ｝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，ｐは、コア−ｎに関連付けられ、コアスクランブリングの結果であ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。
−  πは、コアスクランブリングに使用され、Ｎｃ×Ｎｃ置換行列形態で表されるスランプリング関数を示す。
【０１０２】
本発明の各種の実施形態は、光伝送システム１００内の所与の光ファイバ伝送チャネル１３に関する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。光ファイバ伝送チャネル１３は、事前に定義されたファイバ構成及びファイバパラメータ、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る。少なくとも１つのスクランブリング装置１３３は、マルチコアファイバの２つ以上のコアをスクランブリング関数πに従ってスクランブルするために光伝送チャネル１３内に配置される。本発明によるチャネルモデリング及びＣＤＬ特定技術は、有利には、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／又は変調スキーム、誤り訂正符号化スキーム、時空間符号化スキーム、スクランブリング装置１３３の数及び／又は種類等の伝送パラメータの構成を特定するために使用され得る。
【０１０３】
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、少なくとも１つのミスアラインメント損失値、少なくとも１つのスクランブリング装置１３３（少なくとも１つのスクランブリング装置１３３の種類、すなわち少なくとも１つのスクランブリング装置１３３がランダム又は確定論的であるか及びその数）並びにスクランブリング関数π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構成装置１７を含む。
【０１０４】
２つ以上のスクランブリング装置１３３が光ファイバ伝送チャネル１３中に配置される実施形態において、前記２つ以上のスクランブリング装置１３３は、同じであり得る（すなわち同じスクランブリング関数を実装する）か、又は異なり得る（すなわち異なるスクランブリング関数を実装する）。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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、コア−ｎのタイプＴｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）をさらに含み得る。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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】
2021522725.tif 000006
【０１０９】
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。
【０１１０】
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）
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
幾つかの実施形態において、スクランブリング関数πは、Ｐで示される置換行列による行列の形態で表され得、置換行列の成分は、以下により与えられる。
【数５】
2021522725.tif 000007
【０１１４】
マルチコアファイバは、Ｋ個のファイバスパン／スライスのコンカンチネーションで製作される。光伝送チャネル１３は、したがって、Ｋｓｃｒで示されるスクランブリング周期に従って光伝送チャネル１３内に周期的に配置される少なくとも１つのスクランブリング装置１３３を含み得、すなわち、スクランブリング装置１３３は、ｋがスクランブリング周期の倍数であるとき、ｋ番目のファイバスライス内に配置され得る。
【０１１５】
このような実施形態では、各ファイバスパンは、クロストークチャネル行列、ミスアラインメントチャネル行列及びｋ番目のスクランブリング装置１３３によるｋ番目のファイバスパンにおけるスクランブリング関数πの適用を表すＮｃ×Ｎｃの行列であり、ｋは、スクランブリング周期の倍数である置換行列Ｐ（ｋ）＝Ｐの多重化に等しい。
【０１１６】
したがって、式（２）の光ＭＩＭＯシステムは、以下により均等に表現できる。
【数６】
2021522725.tif 000008
【０１１７】
式（４）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示し、
−  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示す。
【０１１８】
コア間クロストーク効果は、以下により表現される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され得る。
【数７】
2021522725.tif 000009
【０１１９】
式（５）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。
【０１２０】
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８】
2021522725.tif 000010
【０１２１】
式（６）中、Λは、コア間距離を指し、β２は、伝播定数を示す。
【０１２２】
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、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９】
2021522725.tif 000011
【０１２３】
幾つかの実施形態によれば、システム構成装置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，ｐをファイバパラメータ、少なくとも１つのミスアラインメント損失値、少なくとも１つのスクランブリング装置１３３（すなわち少なくとも１つのスクランブリング装置１３３の種類、ランダムであるか又は確定論的であるか及び数）並びにスクランブリング関数πに応じて特定するように構成され得る。
【０１２４】
幾つかの実施形態によれば、システム構成装置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，ｐを、光ファイバ伝送チャネル１３を表すチャネル行列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、チャネル行列は、置換行列Ｐに依存する。特に、システム構成装置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  （８）
【０１２５】
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１０】
2021522725.tif 000012
【０１２６】
式（９）中、αｉ，ｐは、コア、コア−ｉに関連付けられ、置換行列Ｐ（ｋ）の結果である全ミスアラインメント損失を示し、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示し、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内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。
【０１２７】
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  （１０）
【０１２８】
式（１０）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１１】
2021522725.tif 000013
【０１２９】
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，ｐは、以下により与えられ得る。
【数１２】
2021522725.tif 000014
【０１３０】
式（１２）中、ｃは、一定の増倍率を示し、
【数１３】
2021522725.tif 000015
及び
【数１４】
2021522725.tif 000016
（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示す。
【０１３１】
マルチコアファイバのコアのタイプＴｎを考慮し、マルチコアファイバでのＫ個のスライスのコンカンチネーションを用いると、変数Ｚｉ，ｐは、以下のように表現できる。
【数１５】
2021522725.tif 000017
【０１３２】
式（１３）中、
−  Ｔは、マルチコアファイバのコアに関連付けられた異なるタイプのコアの総数を示し、
−  Ｋｊ（ｊ＝１，．．．，Ｔ）は、マルチコアファイバのコアに関連付けられた異なるタイプのコアの総数のうちのｊ番目のコアタイプのコアの数を示し、
−  Ｘｊ（ｊ＝１，．．．，Ｔ）は、それぞれ以下により表現される中央値
【数１６】
2021522725.tif 000018
及び分散
【数１７】
2021522725.tif 000019
の正規分布変数を示す。
【数１８】
2021522725.tif 000020
【０１３３】
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，ｐを中央値
【数１９】
2021522725.tif 000021
及び分散
【数２０】
2021522725.tif 000022
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、全損失係数αｉ，ｐは、以下により与えられる中央値
【数２１】
2021522725.tif 000023
及び分散値
【数２２】
2021522725.tif 000024
の対数正規確率変数によりモデル化できる。
【数２３】
2021522725.tif 000025
【０１３４】
光チャネル行列の特異値分解の微分により、式（１０）の光ＭＩＭＯシステムは、以下に従って表現できる。
【数２４】
2021522725.tif 000026
式（１８）によれば、システム構成装置１７は、各コア、コア−ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）に関連付けられ、スクランブリング関数πの適用の結果であるコア損失値λｎ，ｐを、コア損失値λｎ，ｐが中央値
【数２５】
2021522725.tif 000027
及び分散
【数２６】
2021522725.tif 000028
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、全損失係数αｉ，ｐ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及びスクランブリング関数π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，ｐの中央値
【数２７】
2021522725.tif 000029
は、第一の値と第二の値との間の積であり、第一の値
【数２８】
2021522725.tif 000030
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ＸＴｎ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，ｐの分散値
【数２９】
2021522725.tif 000031
は、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値ＸＴｎ
【数３０】
2021522725.tif 000032
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３１】
2021522725.tif 000033
に対応する第三の値との間の積である。
【０１３５】
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、システム構成装置１７は、ＣＤＬｈｅｔｅｒで示されるコア依存損失値を、λｍａｘ，ｐにより示される第一のコア損失値と、λｍｉｎ，ｐ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３２】
2021522725.tif 000034
【０１３６】
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，ｐを考慮して、システム構成装置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３３】
2021522725.tif 000035
【０１３７】
式（２０）及び（２１）中、ｉｍａｘ及びｉｍｉｎは、それぞれ第一のコア損失値λｍａｘ，ｐ及び第二のコア損失値λｍｉｎ，ｐ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。
【０１３８】
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、システム構成装置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，ｐは、中央値
【数３４】
2021522725.tif 000036
及び分散
【数３５】
2021522725.tif 000037
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３６】
2021522725.tif 000038
及び分散
【数３７】
2021522725.tif 000039
の対数正規分布を有する。
【数３８】
2021522725.tif 000040
【０１３９】
式（１８）及び（１９）中、Ｚは、中央値μＺ＝−２Ｋｂ（σ（ｘ，ｙ））２及び分散
【数３９】
2021522725.tif 000041
の正規分布を有する変数である。
【０１４０】
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４０】
2021522725.tif 000042
【０１４１】
式（２０）中、θは、
【数４１】
2021522725.tif 000043
に等しい。
【０１４２】
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。システム構成装置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、システム構成装置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。
【０１４３】
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，ｐ及びＩｍｉｎ，ｐ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４２】
2021522725.tif 000044
【０１４４】
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４３】
2021522725.tif 000045
【０１４５】
幾つかの実施形態において、システム構成装置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構成され得る。
【０１４６】
幾つかの実施形態において、システム構成装置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を特定するようにさらに構成され得る。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。
【０１４７】
幾つかの実施形態によれば、システム構成装置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。
【０１４８】
幾つかの実施形態によれば、システム構成装置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。
【０１４９】
幾つかの実施形態において、システム構成装置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（例えば、シミュレーションを用いて）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。
【０１５０】
他の実施形態において、システム構成装置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。
【０１５１】
幾つかの実施形態によれば、スクランブリング関数πは、ランダム関数であり、それに従って第一のコア、コア−ｎが第二のコア、コア−ｍとランダムに置換され、第二のコアは、マルチコアファイバのコア内からランダムに選択され、ｎ≠ｍである。このような実施形態において、スクランブリング関数πを表す置換行列Ｐの成分は、例えば、乱数発生器を用いてランダムに選択される。
【０１５２】
他の実施形態において、確定論的スランプリング基準に従ってスクランブリング関数を特定するように構成されたスクランブリング構成装置１６を含む。
【０１５３】
幾つかの実施形態において、確定論的スクランブリング基準は、マルチコアファイバのコアに関連付けられたコアパラメータの１つ又は複数に依存し、マルチコアファイバの各コアに関連付けられたコアパラメータは、コアタイプ及びコア損失値を含む群において選択される。
【０１５４】
以下の説明は、例示を目的として、各コア、コア−ｎが、スクランブリング関数πに対応するコアタイプＴｎ及びコア損失値λｎ，ｐを含むコアパラメータ｛Ｔｎ；λｎ，ｐ｝の組に関連付けられる、マルチコアファイバに関して行われる。
【０１５５】
幾つかの実施形態によれば、コアスクランブリングは、異なるコアに生じる損失を平均化するためにコア損失値に依存して行われ得、それによりコア依存損失値を有利に低減できる。
【０１５６】
このような実施形態において、スクランブリング構成装置１６は、マルチコアファイバの２つ以上のコアを、前記２つ以上のコアに関連付けられたコア損失値の所与の順序（昇順又は降順）に従って整列するように構成され得る。コア、コア−ｉ（ｉは、１〜Ｎｃの値を取る）は、したがって、
【数４４】
2021522725.tif 000046
で示される番号付きリスト内において、番号付きリストＣ内の各コア、コアｉが、コアを整列させるように考慮される所与の順序に応じてコア、コアｉ＋１，ｐに関連付けられたコア損失値λｉ＋１，ｐより大きいか又は小さいコア損失値λｉ，ｐに関連付けられるように整列され得る。
【０１５７】
例えば、コア損失値の昇順の場合、コア、コアｉは、リスト内において、コア、コアｉに関連付けられたコア損失値λｉ，ｐが、コア、コアｉ＋１に関連付けられたコア損失値λｉ＋１，ｐより小さいか又はそれに等しいように整列され、すなわちλｉ，ｐ≦λｉ＋１，ｐ（ｉ＝１，．．．，Ｎｃ−１）である。
【０１５８】
コア損失値の降順を使用する実施形態において、コア、コアｉは、リスト内において、コア、コアｉに関連付けられたコア損失値λｉ，ｐが、コア、コアｉ＋１に関連付けられたコア損失値λｉ＋１，ｐより大きいか又はそれに等しいように整列され、すなわちλｉ，ｐ≧λｉ＋１，ｐ（ｉ＝１，．．．，Ｎｃ−１）である。
【０１５９】
確定論的スクランブリング基準は、したがって、コア、コア−ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）に関連付けられたコア損失値λｎ，ｐの順序に依存し得る。
【０１６０】
番号付きリストの記法を使用し、スクランブリング構成装置１６は、コア、コアｉを番号付きリスト内のコア、コアｊ（ｉは、１〜Ｎｃの値を取り、ｊ＝Ｎｃ−ｉ＋１である）と置換するための確定論的スクランブリング基準及びそれに対応するスクランブリング関数πを特定するように構成され得る。したがって、スクランブリング関数πは、コア、コア１のコア、
【数４５】
2021522725.tif 000047
との置換、コア、コア２のコア、
【数４６】
2021522725.tif 000048
との置換等を可能にし得、それによって一番高いコア損失値に関連付けられたコアが一番低いコア損失値に関連付けられたコアと置換され、２番目に高いコア損失値に関連付けられたコアは、２番目に低いコア損失値に関連付けられたコアと置換される等である。
【０１６１】
マルチコアファイバ内のコアの数Ｎｃ≧２が偶数である幾つかの実施形態において、スクランブリング構成装置１６は、２つ以上のコアを、最も高いものからｉ番目のコア損失値に関連付けられたコア、コアｉと、最も低いものからｉ番目のコア損失値に関連付けられたコア、
【数４７】
2021522725.tif 000049
との置換により、２つずつ置換するための確定論的スクランブリング基準及びそれに対応するスクランブリング関数πを特定するように構成され得、ｉは、１〜マルチコアファイバ内のコアの数の半分に含まれ、すなわち、
【数４８】
2021522725.tif 000050
である。
【０１６２】
マルチコアファイバ内のコアの数Ｎｃ≧２が奇数である他の実施形態において、スクランブリング構成装置１６は、２つ以上のコアを、最も高いものからｉ番目のコア損失値に関連付けられたコア、コアｉと、最も低いものからｉ番目のコア損失値に関連付けられたコア、
【数４９】
2021522725.tif 000051
との置換により、２つずつ置換するための確定論的スクランブリング基準及びそれに対応するスクランブリング関数πを特定するように構成され得、ｉは、１〜前記マルチコアファイバ内のコアの数の半分の半数未満部分に含まれ、すなわち、
【数５０】
2021522725.tif 000052
であり、演算子｜．｜は、丸め処理を示す。したがって、コア、
【数５１】
2021522725.tif 000053
は、置換されなくてよい。
【０１６３】
特にコアが２Ｄグリッドに従ってファイバ内に配置される幾つかの実施形態において、コア、
【数５２】
2021522725.tif 000054
は、中央のコアに対応し得る。
【０１６４】
確定論的スクランブリング基準及びそれに対応するスクランブリング関数πのコア損失値に応じた特定は、均一又は不均一マルチコアファイバを使用する光伝送システムについて行われ得る。
【０１６５】
マルチコアファイバが不均一な幾つかの実施形態によれば、スクランブリング構成装置１６は、２つ以上のコアに関連付けられたコアタイプＴｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）に応じて確定論的スクランブリング基準及びそれに対応するスクランブリング関数πを特定するように構成され得、前記確定論的スクランブリング基準によるスクランブリング関数πは、前記２つ以上のコアの、少なくとも第一のコア、コアｎの第二のコア、コアｍ（ｎ≠ｍ）との置換による２つずつの置換に対応し、第一のコア、コアｎ及び第二のコア、コアｍは、異なるコアタイプＴｎ≠Ｔｍに関連付けられる。
【０１６６】
マルチコアファイバが不均一マルチコアファイバである幾つかの実施形態において、スクランブリング構成装置１６は、確定論的スクランブリング基準及びそれに対応するスクランブリング関数πを、Ｎｃ個のコアに関連付けられたコアタイプＴｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）及びコア損失値λｎ，ｐ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）に応じて特定するように構成され得、前記確定論的スクランブリング基準によるスクランブリング関数πは、前記２つ以上のコアの、少なくとも第一のコア、コアｎの第二のコア、コアｍ（ｎ≠ｍ）との置換による２つずつの置換に対応し、第一のコア、コアｎ及び第二のコア、コアｍは、異なるコアタイプＴｎ≠Ｔｍ及び異なるコア損失値に関連付けられる。
【０１６７】
スクランブリング構成装置１６は、特定されたスクランブリング関数πを、スクランブリング関数πを適用することによってマルチコアファイバ内のコアをスクランブルするために光伝送チャネル１３内に配置された少なくとも１つのスクランブリング装置１３３に通信するように構成され得る。
【０１６８】
光ファイバがＫ個のファイバスライスのコンカンチネーションである幾つかの実施形態において、光伝送チャネル１３は、Ｋｓｃｒにより示されるスクランブリング周期に従って光伝送チャネル１３内で周期的に配置される少なくとも１つのスクランブリング装置１３３を含み得る。したがって、スクランブリング装置１３３は、ｋがスクランブリング周期の倍数である場合、ｋ番目のファイバスライス内に配置され得る。
【０１６９】
スクランブリング関数πは、
【数５３】
2021522725.tif 000055
による２次元形態で表され得、コア、コアｉは、異なるタイプのコア、コアｊ＝π（コアｉ）と置換される。
【０１７０】
スクランブリング関数πは、Ｐで示される置換行列による行列の形態で表され得、置換行列の成分は、以下により与えられる。
【数５４】
2021522725.tif 000056
【０１７１】
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、スクランブリング構成装置１７は、スクランブリング関数πを、例えば、これに限定されないが、スネイルスクランブリング方式、回転スクランブリング方式及びスネークスクランブリング方式からなる群において選択されるスクランブリング方式を適用することにより、マルチコアファイバ内のコアに関連付けられたコアタイプＴｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）に応じて特定するように構成され得る。
【０１７２】
スネイル、回転及びスネークスクランブリング方式の１つを適用するために、スクランブリング構成装置１７は、まず、番号付きリストＣ内の各コア、コアｉ（ｉ＝１，．．．，Ｎｃ）が異なるコアタイプに関連付けられるように、コア、コア−ｉ（ｉは、１〜Ｎｃの値を取る）を、
【数５５】
2021522725.tif 000057
により示される番号付き集合内で分類するように構成され得る。
【０１７３】
集合Ｃにおけるコアの番号付けを使用し、またスネイル、回転又はスネークスクランブリング方式の何れかに従い、スクランブリング構成装置１７は、集合Ｃ内の各コア、コアｉ（ｉ＝１，．．．，Ｎｃ−１）について、コア、コアｉがコアπ（コアｉ）＝コアｉ＋１と置換され、コア、
【数５６】
2021522725.tif 000058
がコア、
【数５７】
2021522725.tif 000059
と置換されるようなスクランブリング関数πを特定し得る。スクランブリング関数πは、したがって、
【数５８】
2021522725.tif 000060
として２次元形態で表現される。このスクランブリング関数に基づいて、異なるコアを通って伝播するシンボルは、コア、コアｉを通じて伝播するｉ番目のシンボルが、スクランブリング関数を適用した後にコアπ（コアｉ）を通って伝播するように置換される。
【０１７４】
第一の例では、スネイルスクランブリング方式は、奇数のコアを含み、そのうちの１つのコアが中央のコアであり、残りのコアが六角形の辺内に配置される不均一マルチコアファイバにおけるスクランブリングルールπ（コアｉ）＝コアｉ＋１（ｉ＝１，．．．，Ｎｃ−１）及び
【数５９】
2021522725.tif 000061
の適用に対応する。特に集合Ｃ内のコアの順序に応じて、コア、コアｉは、中央のコアに対応し得る。
【０１７５】
図１１は、７つのコアが時計回り方向によるスネイルスクランブリング方式を用いてスクランブルされ、中央のコアが、右側に配置されるその隣接コアと置換され、残りのコアの各々が、異なるタイプのその左側の隣接コアと置換され、中央コアの左側にあるコアが中央のコアと置換される、７コア不均一マルチコアファイバの断面図である。スクランブリング関数は、この例において、コアｉが中央のコアに対応するように、
【数６０】
2021522725.tif 000062
としての２次元形態及び以下による行列表現で記述され得る。
【数６１】
2021522725.tif 000063
【０１７６】
シンボルｓ１，ｓ２，．．．，ｓ７は、したがって、スクランブリング関数の適用後、シンボルｓ１がコア、コア２を通って伝播し、各シンボルｓｉ（ｉ＝２，．．．，６）がコア、コアｉ＋１を通って伝播し、シンボルｓ７が中央のコアを通って伝播するように置換される。
【０１７７】
図１２は、１２のコアが時計回り方向による回転スクランブリング方式を用いて置換される、１２コア不均一マルチコアファイバの断面図を示す。コアは、リング形態に配置される。回転スクランブリング方式を使用すると、各コアは、異なるタイプのその右側の隣接コアと置換され、π（コアｉ）＝コアｉ＋１（ｉ＝１，．．．，１１）となり、コア、コア１２は、コア、コア１と置換される。
【０１７８】
図１３は、コアが時計回り方向によるスネークスクランブリング方式を用いて置換される、３２コア不均一マルチコアファイバの断面図を示す。コアは、６層を含む２次元グリッドに配置される。第一の上層は、コア１、コア２、コア３、コア４として番号が付けられた４つのコアを含む。第一の層の下側にある第二の層は、コア５〜コア１０と番号が付けられた６つのコアを含む。第二の層の下側にある第三の層は、コア１１〜コア１６と番号が付けられた６つのコアを含む。第三の層の下にある第四の層は、コア１７〜コア２２と番号が付けられた６つのコアを含む。第四の層の下にある第五の層は、コア２３〜コア２８と番号が付けられた６つのコアを含む。最後に、下層は、コア２９〜コア３２と番号が付けられた４つのコアを含む。スネークスクランブリング方式によれば、各層内の各コアは、異なるタイプの右側の隣接コアと置換され、各層の最後のコアは、前記各層の下にある層の第一のコアと置換され、コア、コア３２（すなわち下層の最後のコア）は、コア、コア１（すなわち上層の第一のコア）と置換される。
【０１７９】
図１１、１２及び１３は、時計回り方向のコアの置換によるスネイル、回転及びスネークスクランブリング方式の適用の例を示す。しかしながら、留意すべき点として、スネイル、回転及びスネークスクランブリング方式は、反時計回り方向のコアの置換によっても適用され得る。
【０１８０】
スクランブリング関数の行列記法を使用して、スクランブリング装置１３３を含む光ファイバ伝送チャネルは、以下のように表現できる。
【数６２】
2021522725.tif 000064
【０１８１】
式（２９）中、行列Ｐ（ｋ）は、ｋ番目のスクランブリング装置によるｋ番目のファイバスパンへのスクランブリング関数πの適用を表すＮｃ×Ｎｃ行列であり、ｋは、スクランブリング周期の倍数である。
【０１８２】
幾つかの実施形態によれば、少なくとも１つのスクランブリング装置１３３は、スクランブリング関数πを電場で適用するように構成され得る。
【０１８３】
他の実施形態において、少なくとも１つのスクランブリング装置１３３は、スクランブリング関数πを光場で適用するように構成された光学装置であり得る。例示的な光スクランブリング装置は、コンバータ、光マルチプレクサ、光多重化装置及びフォトニックランタンを含む。
【０１８４】
幾つかの実施形態によれば、スクランブリング構成装置１６は、スクランブリング装置１３３の取付け前に、光ファイバ伝送チャネルの設計段階中にスクランブリング関数を特定するように構成され得る。
【０１８５】
他の実施形態において、スクランブリング構成装置１６は、動作中の光伝送チャネル１３内の１つ又は複数のスクランブリング装置１３３の構成のためにスクランブリング関数を特定するように構成され得る。このような実施形態において、スクランブリング構成装置１５は、特定されたスクランブリング関数をシステム構成装置１７に通信するように構成され得る。
【０１８６】
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（２つ以上の）コアに従ってマルチコアに沿って伝播し、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、方法は、２つ以上のコアをスクランブリング関数πに従ってスクランブルするステップを含む、方法も提供される。方法は、ファイバパラメータ、ミスアラインメント損失値及びスクランブリング関数πに応じてコア依存損失値を特定するステップを含む。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
幾つかの実施形態において、ミスアラインメントは、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得る。
【０１９２】
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、式（１）に従って事前に特定され得る。
【０１９３】
ステップ１００３では、置換行列Ｐにより表されるスクランブリング関数πが受信され得る。
【０１９４】
幾つかの実施形態において、スクランブリング関数πは、ランダム関数であり、それに従って、第一のコア、コア−ｎは、第二のコア、コア−ｍとランダムに置換され、第二のコアは、マルチコアファイバのコア内でランダムに選択され、ｎ≠ｍである。このような実施形態では、スクランブリング関数πを表す置換行列Ｐの成分は、例えば、乱数発生器によりランダムに選択される。
【０１９５】
他の実施形態において、スクランブリング関数πは、確定論的スクランブリング基準に従って事前に特定された確定論的関数である。
【０１９６】
幾つかの実施形態において、確定論的スクランブリング基準は、マルチコアファイバのコアに関連付けられたコアパラメータの１つ又は複数に依存し、マルチコアファイバの各コアに関連付けられたコアパラメータは、コアタイプＴｎ及びコア損失値λｎ，ｐ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）を含む群において選択される。
【０１９７】
ある実施形態によれば、確定論的スクランブリング基準は、マルチコアファイバの２つ以上のコアに関連付けられたコア損失値に依存する。
【０１９８】
幾つかの実施形態において、コアは、番号付きリスト
【数６３】
2021522725.tif 000065
内において、番号付きリストＣ内で各コア、コアｉが、コアを整列するように考慮される所与の順序に応じて、コア、コアｉ＋１に関連付けられたコア損失値λｉ＋１，ｐより大きいか又は小さいコア損失値λｉ，ｐに関連付けられるように整列され得る。コア損失値の順序を考慮し、確定論的スクランブリング基準及びそれに対応するスクランブリング関数πは、２つ以上のコアに関連付けられたコア損失値の順序に依存し得る。
【０１９９】
整列されたコアの番号付きリストを考慮する実施形態において、確定論的スクランブリング基準は、最も高いものからｉ番目のコア損失値に関連付けられたコア、コアｉの、最も低いものからｉ番目のコア損失値に関連付けられたコア、
【数６４】
2021522725.tif 000066
との置換に対応し得、コアＮｃが偶数である場合、
【数６５】
2021522725.tif 000067
であり、コアＮｃが奇数である場合、
【数６６】
2021522725.tif 000068
である。
【０２００】
確定論的スクランブリング基準及びそれに対応するスクランブリング関数πの、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に応じた特定は、均一又は不均一マルチコアファイバを考慮する実施形態で行われ得る。
【０２０１】
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、確定論的スクランブリング基準及びそれに対応するスクランブリング関数πは、マルチコアファイバ内のコアに関連付けられたコアタイプＴｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）に応じて特定され得る。このような実施形態において、確定論的スクランブリング基準は、コアの、少なくとも第一のコア、コアｎの第二のコア、コアｍとの置換（ｎ≠ｍ）による２つずつの置換に対応し、第一のコア、コアｎ及び第二のコア、コアｍは、異なるコアタイプＴｎ≠Ｔｍに関連付けられる。
【０２０２】
幾つかの実施形態において、スクランブリング関数は、スネイル、回転又はスネークスクランブリング方式の１つを使用して、コアタイプに応じて特定され得る。
【０２０３】
マルチコアファイバが不均一である他の実施形態おいて、確定論的スクランブリング基準及びそれに対応するスクランブリング関数πは、Ｎｃ個のコアに関連付けられたコアタイプＴｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）及びコア損失値λｎ，ｐ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）に応じて特定され得、確定論的スクランブリング基準は、このような実施形態において、Ｎｃ個のコアの、少なくとも第一のコア、コアｎの第二のコア、コアｍ（ｎ≠ｍ）との置換による２つずつの置換に対応し、第一のコア、コアｎ及び第二のコア、コアｍは、異なるコアタイプＴｎ≠Ｔｍ及び異なるコア損失値に関連付けられる。
【０２０４】
ステップ１００５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，ｐ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、式（１８）による所与のスクランブリング関数πに関する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に応じて特定され得る。
【０２０５】
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ＣＤＬｈｅｔｅｒは、ステップ１００５において、λｍａｘ，ｐにより示される第一のコア損失値と、λｍｉｎ，ｐ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ＣＤＬｈｅｔｅｒは、式（１９）による対数目盛で表現できる。
【０２０６】
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、コア依存損失値ＣＤＬｈｏｍは、ステップ１００５において、式（２７）による事前に規定される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の比として特定され得る。
【０２０７】
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、目標コア依存損失値に関するコア依存損失値に応じてコアスクランブリングを行うために使用されるファイバパラメータの少なくとも１つ、及び／又はスクランブリング関数π、及び／又はスクランブリング装置の数の選択及び／又は適応のために考慮され得る。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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、スクランブリング装置１３３の数）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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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】
2021522725.tif 000069
【図２】
2021522725.tif 000070
【図３】
2021522725.tif 000071
【図４】
2021522725.tif 000072
【図５】
2021522725.tif 000073
【図６】
2021522725.tif 000074
【図７】
2021522725.tif 000075
【図８】
2021522725.tif 000076
【図９】
2021522725.tif 000077
【図１０】
2021522725.tif 000078
【図１１】
2021522725.tif 000079
【図１２】
2021522725.tif 000080
【図１３】
2021522725.tif 000081
【国際調査報告】
2021522725.tif 000082
2021522725.tif 000083
2021522725.tif 000084