(57)【要約】  本発明の実施形態は、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、複数のコアに従ってマルチコアファイバに沿って伝播する１つ又は複数の光信号によって搬送され、前記複数のコアのうちの各コアは、１つ又は複数のコアパラメータに関連付けられ、光伝送システム（１００）は、伝送コアの組を、伝送コア選択基準に従って前記複数のコアの中から選択するように構成されたコア選択装置（１７）を含み、前記伝送コア選択基準は、前記１つ又は複数のコアパラメータに関係し、光トランスミッタ（１１）は、データを前記伝送コアの組上で伝送するように構成される、光伝送システム（１００）を提供する。
2021522727.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、複数のコアに従って前記マルチコアファイバに沿って伝播する１つ又は複数の光信号によって搬送され、前記複数のコアのうちの各コアは、１つ又は複数のコアパラメータに関連付けられ、前記光伝送システム（１００）は、少なくとも１つの伝送コアを含む伝送コアの組を、伝送コア選択基準に従って前記複数のコアの中から選択するように構成されたコア選択装置（１７）を含み、前記送信コア選択基準は、前記１つ又は複数のコアパラメータに関係し、前記光トランスミッタ（１１）は、前記データを前記伝送コアの組上で伝送するように構成される、光伝送システム（１００）。
【請求項２】
各コアパラメータは、コアタイプ、コア損失値、平均受信エネルギー及び隣接コアの数を含む群において選択される、請求項１に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項３】
前記コア選択装置（１７）は、最高平均受信エネルギーを有するある数のコアを選択することを含む伝送コア選択基準を適用するように構成される、請求項１又は２に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項４】
前記マルチコアファイバは、均一であり、及び前記複数のコアの各々に関連付けられた前記コアタイプは、実質的に同一であり、前記コア選択装置（１７）は、隣接コアの最低数に関連付けられるある数のコアを選択することを含む伝送コア選択基準を適用するように構成される、請求項１又は２に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項５】
前記マルチコアファイバは、均一であり、且つ偶数のコアを含み、前記コア選択装置（１７）は、前記複数のコアをコアのペアにグループ化するように構成され、コアの各ペアは、２つの隣接コアを含み、前記コア選択装置（１７）は、コアの各ペアのうちのコアを選択することを含む伝送コア選択基準を適用するように構成される、請求項１又は２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は、不均一であり、前記コア選択装置（１７）は、事前に定義されたコアタイプに関連付けられるある数のコアを選択することを含む伝送コア選択基準を適用するように構成される、請求項１又は２に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項７】
前記マルチコアファイバは、不均一であり、前記コア選択装置（１７）は、最高コア損失値に関連付けられるある数の前記コアを選択することを含む伝送コア選択基準を適用するように構成される、請求項１又は２に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項８】
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、前記コア選択装置（１７）は、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を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特定するように構成される、請求項２に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項９】
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８に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項１０】
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８に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項１１】
前記コア選択装置（１７）は、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を、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前記ミスアラインメント損失値に依存する、請求項８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、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、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１１に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項１３】
前記選択された伝送コアの組上で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）をさらに含み、前記コア選択装置（１７）は、受信コア選択基準に応じて前記複数のコアの中から受信コアの組を選択するようにさらに構成され、前記光レシーバ（１５）は、前記受信コアの組を使用して前記光信号を受信及び復号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１４】
前記コア選択装置（１７）は、伝送コアの組及び／又は受信コアの組を、前記光伝送システム（１００）の光学コンポーネントの任意の交換を考慮して適応的又は定期的に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１５】
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伝送システム（１００）におけるコア選択の方法であって、前記データは、複数のコアに従って前記マルチコアファイバに沿って伝播する１つ又は複数の光信号によって搬送され、前記複数のコアのうちの各コアは、１つ又は複数のコアパラメータに関連付けられ、前記方法は、少なくとも１つの伝送コアを含む伝送コアの組を、伝送コア選択基準に従って前記複数のコアの中から選択するステップを含み、前記伝送コア選択基準は、前記１つ又は複数のコアパラメータに関係し、前記方法は、前記データを前記伝送コアの組上で伝送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内のコア選択のための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去数十年にわたり、ネットワークのバンド幅に対する需要が急増している。光通信ネットワーク内のトラフィックの量は、主としてユーザ及びアプリケーションの数の増加によって生じたインターネットトラフィックの増大が原因となった。
【０００３】
バンド幅に対するユーザの需要に応えるために周波数、時間、位相及び偏波が利用されてきた。さらに、波長分割多重化（ＷＤＭ）、コヒーレンス検出及び偏波分割多重化（ＰＤＭ）の実践的使用並びに高度な信号処理と共に、シングルモードファイバを使用する光通信システムの伝送容量及びリーチを向上させることができた。
【０００４】
しかしながら、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使用する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。空間は、光伝送システムにおいてリーチ及び容量を増大させるために使用できる最後の自由度として残っている。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。空間分割多重化（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、したがって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。
【０００５】
ＳＤＭは、マルチモードファイバ（ＭＭＦ）又はマルチコアファイバ（ＭＣＦ）を通じて実現できる。マルチモードファイバは、多くの空間伝播モードによる光の伝播を可能にする。マルチモードファイバのコアは、２つ以上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できることになる。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。
【０００６】
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って影響を受ける。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
クロストーク効果を減少させるための幾つかの光学的解決策が存在し、且つ光ファイバの製造中に適用できる。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。このような記事では、ランダムコアスクランブリングにより、誤りの確率の点でより良好な性能を実現できることが記されている。しかしながら、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】
【００１８】
【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】
【００１９】
既存の解決策は、マルチコアファイバのクロストーク効果を低減させることができるものの、これらは、最適とは言えず、クロストークを完全に取り除くことができない。したがって、マルチコアファイバ内のクロストーク効果を最小化できる伝送技術の開発が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
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を含む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。データは、複数のコアに従ってマルチコアファイバに沿って伝播する１つ又は複数の光信号によって搬送され、複数のコアのうちの各コアは、１つ又は複数のコアパラメータに関連付けられる。光伝送システムは、少なくとも１つの伝送コアを含む伝送コアの組を、伝送コア選択基準に従って複数のコアの中から選択するように構成されたコア選択装置を含み、送信コア選択基準は、１つ又は複数のコアパラメータに関係し、光トランスミッタは、データを伝送コアの組上で伝送するように構成される。
【００２１】
幾つかの実施形態によれば、コアパラメータは、コアタイプ、コア損失値、平均受信エネルギー及び隣接コアの数を含む群において選択され得る。
【００２２】
幾つかの実施形態によれば、コア選択装置は、最高平均受信エネルギーに関連付けられたある数のコアを選択することを含む伝送コア選択基準を適用するように構成され得る。
【００２３】
マルチコアファイバが均一である幾つかの実施形態において、複数のコアの各々に関連付けられたコアタイプは、同一であり、コア選択装置は、隣接コアの最低数に関連付けられるある数のコアを選択することを含む伝送コア選択基準を適用するように構成され得る。
【００２４】
マルチコアファイバが均一であり、且つ偶数のコアを含む幾つかの実施形態によれば、コア選択装置は、複数のコアをコアのペアにグループ化するように構成され得、コアの各ペアは、２つの隣接コアを含む。このような実施形態において、コア選択装置は、コアの各コアのうちのコアを選択することを含む伝送コア選択基準を適用するように構成され得る。
【００２５】
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、コア選択装置は、事前に定義されたコアタイプに関連付けられるある数のコアを選択することを含む伝送コア選択基準を適用するように構成され得る。
【００２６】
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、コア選択装置は、最高コア損失値に関連付けられるある数のコアを選択することを含む伝送コア選択基準を適用するように構成され得る。
【００２７】
幾つかの実施形態によれば、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得、コア選択装置は、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る。
【００２８】
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、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得、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。
【００２９】
幾つかの実施形態によれば、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し得る。
【００３０】
幾つかの実施形態によれば、コア選択装置は、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を、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。
【００３１】
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得、第一の値は、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、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。
【００３２】
幾つかの実施形態によれば、光伝送システムは、伝送コアの組上で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み、コア選択装置は、受信コア選択基準に応じて複数のコアの中から受信コアの組を選択するように構成され、光レシーバは、受信コアの組を使用して光信号を受信及び復号するように構成される。
【００３３】
幾つかの実施形態によれば、コア選択装置は、伝送コアの組及び／又は受信コアの組を、光伝送システムの光学コンポーネントの任意の交換を考慮して適応的又は定期的に選択することにより、コア選択を行うように構成され得る。
【００３４】
マルチコアファイバを含む光ファイバ伝送チャネル上でデータが伝送される光伝送システムにおけるコア選択の方法であって、データは、複数のコアに従ってマルチコアファイバに沿って伝播する１つ又は複数の光信号によって搬送され、複数のコアのうちの各コアは、１つ又は複数のコアパラメータに関連付けられる、方法も提供される。方法は、少なくとも１つの伝送コアを含む伝送コアの組を、伝送コア選択基準に従って複数のコアの中から選択するステップを含み、伝送コア選択基準は、１つ又は複数のコアパラメータに関係し、方法は、データを伝送コアの組上で伝送するステップを含む。
【００３５】
有利には、本発明の各種の実施形態によるコア選択技術により、データを伝送するためにマルチコアファイバ内で利用可能なコアの選択及び使用を最適化しながら、クロストーク効果の点で光チャネル障害を低減させることができる。
【００３６】
有利には、本発明の各種の実施形態によるコア選択技術は、光伝送チャネル上での伝送の改善のために、最大平均受信エネルギーに関連付けられたコアを利用する効率的なツールを提供する。
【００３７】
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。
【００３８】
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】
【００３９】
【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】ある実施形態による、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１９コア均一ファイバの２つのマルチコアファイバの断面図を示す。
【図４】ある実施形態による、１２コア均一トレンチ付加型マルチコアファイバの断面図を示す。
【図５】ある実施形態による、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コア不均一マルチコアファイバの断面図を示す。
【図６】別の実施形態による、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含む２つの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及び７コア不均一トレンチ付加型ファイバを有する２つのマルチコアファイバの２つの断面図を示す。
【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】本発明の幾つかの実施形態による、例示的なコア選択方法である１９コア均一ファイバの断面図を示す。
【図１１】本発明の他の実施形態による、例示的なコア選択方法が適用される１２コア均一ファイバの断面図を示す。
【図１２】本発明の幾つかの実施形態による、光伝送システムにおけるコア選択方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の実施形態は、コア間クロストーク及びコア依存損失障害の効果を低減させた、マルチコアファイバ伝送システム上での効率的な伝送を可能にする、マルチコア光ファイバ伝送システムにおけるコア選択装置及び方法を提供する。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
イメージング用途（例えば、遠隔医療）における本発明のまた別の例示的実装において、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。
【００４７】
本発明は、運輸システムで使用され得、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。マルチコアファイバは、光スペクトルの電磁波を案内する。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差によって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。光は、データを搬送し、ワイヤベース及び無線通信システムより高いバンド幅での長距離にわたる伝送を可能にする。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
図３は、２つの例示的な均一マルチコアファイバの断面図を示し、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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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断面図を示す。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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、一定のパワーで動作して、光信号のパワーをトランスミッタにおけるその初期の値まで上昇させ得る。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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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光マルチプレクサ、
−  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。
【００８２】
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集合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】
2021522727.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】
2021522727.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】
2021522727.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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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の値をと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；Ｅｎ；Ｎｎｅｉｇｈ，ｎ｝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に関連付けられたコア損失値を指し、Ｅｎは、コア−ｎに関連付けられた平均受信エネルギーを指し、Ｎｎｅｉｇｈ，ｎは、コア−ｎの隣接コアの数を指す。
−  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。
−  ＮＴＸ，ｓｅｔは、伝送側で選択されるコアの数を示す。
−  ＮＲＸ．ｓｅｔは、受信側で選択されるコアの数を指す。
【０１００】
本発明の各種の実施形態は、トランスミッタにおいて及び／又はレシーバにおいて、マルチコアファイバ内で利用可能なコアのうちのコアの選択された部分集合のみが光伝送システム１００内のデータの伝送に使用され、且つ／又は光レシーバ１５において利用可能なコアのうちの選択されたコアの部分集合を用いてデータが光伝送システム１００内で受信及び復号されるように、コア選択を実行するための効率的なコア選択装置を提供する。
【０１０１】
したがって、図１を参照すると、光伝送システム１００は、ＮＴＸ，ｓｅｔ個の伝送コアの組を、マルチコアファイバに含まれる複数のコアの中から伝送コア選択基準に従って選択するように構成されたコア選択装置１７を含み、伝送コア選択基準は、１つ又は複数のコアパラメータに関係する。光トランスミッタ１１は、特定された伝送コアの組上でのみデータを伝送するように構成される。
【０１０２】
幾つかの実施形態において、コア−ｎに関連付けられたコアパラメータは、コアタイプＴｎ、コア損失値λｎ、平均受信エネルギーＥｎ及び隣接コアの数Ｎｎｅｉｇｈ，ｎを含む群において選択され得る。
【０１０３】
幾つかの実施形態によれば、伝送コア選択基準は、複数のコア、コア−ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）の中から、最大平均受信エネルギーに関連付けられた所与の数ＮＴＸ，ｓｅｔのコアを選択することに対応する。このような実施形態において、コア選択装置１７は、最高平均受信エネルギーを有するある数のコアを選択することを含む伝送コア選択基準を適用するように構成され得、それにより、
【数４】
2021522727.tif 000006
により示される選択コアは、以下による最大化問題を満たす。
【数５】
2021522727.tif 000007
【０１０４】
コア選択装置１７は、マルチコアファイバに含まれる複数のコアの各コアに関連付けられた平均受信エネルギーを、単位エネルギーですべてのコアを励起させ、光レシーバ１５で１コアあたりの平均受信エネルギーを計算することにより、オフラインで事前に特定するように構成され得る。
【０１０５】
マルチコアファイバが均一である、すなわちマルチコアファイバに含まれる複数のコアの各々に関連付けられたコアタイプが同種である（Ｔｉ＝Ｔｊ、それぞれｉ≠ｊ、ｉ＝１，．．．，Ｎｃ、且つｊ＝１，．．．，Ｎｃ）幾つかの実施形態によれば、コア選択装置１７は、Ｎｃ個の複数のコアの中から、隣接コアの最低数に関連付けられたある数ＮＴＸ，ｓｅｔのコアを選択することを含む伝送コア選択基準を適用するように構成され得、それにより、
【数６】
2021522727.tif 000008
により示される選択コアは、以下による最小化問題を満たす。
【数７】
2021522727.tif 000009
【０１０６】
図１１は、伝送コア選択基準が、マルチコアファイバのコアに関連付けられた隣接コアの数に基づく、１９コア均一ファイバにおけるコア選択の例を示す。したがって、白い丸は、選択されていないコアに対応し、黒い丸は、伝送選択コアの組に対応し、選択された各コアは、選択されていないコアに関連付けられた隣接コアの数と比較して隣接コアの最低数に関連付けられる。
【０１０７】
マルチコアファイバが均一であり、且つ偶数Ｎｃのコアを含む幾つかの実施形態によれば、コア選択装置１７は、複数のコア、
【数８】
2021522727.tif 000010
を、
【数９】
2021522727.tif 000011
で示されるコアのペアにグループ化するように構成され得、コアの各ペア｛コアｉ，コアｉ＋１｝（ｉ＝１，３，５，．．．Ｎｃ−１）は、隣接する２つのコア、コアｉ及びコアｉ＋１を含む。このような実施形態において、コア選択装置１７は、コアの各ペア｛コアｉ，コアｉ＋１｝（ｉ＝１，３，５，．．．Ｎｃ−１）のうちの１つのコア、コアｉ又はコアｉ＋１を選択することを含む伝送コア選択基準を適用することにより、ＮＴＸ，ｓｅｔ個の伝送コアの組を選択するように構成され得る。
【０１０８】
図１１は、２つのコアのうちの１つのコアが選択される、１２コア均一ファイバにおける例示的コア選択を示す。
【０１０９】
マルチコアファイバが不均一である他の実施形態によれば、コア選択装置１７は、Ｎｃ個の複数のコアの中から、事前に定義されたコアタイプＴｐｒｅｄに関連付けられたある数ＮＴＸ，ｓｅｔのコアを選択することを含む伝送コア選択基準を適用することにより、ＮＴＸ，ｓｅｔ個の伝送コアの組を選択するように構成され得る。マルチコアファイバに含まれるコア、コアｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）は、したがって、そのコア、コアｎに関連付けられたコアタイプＴｎが、事前に定義されたコアタイプＴｐｒｅｄと同じであれば選択される。
【０１１０】
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、コア選択装置１７は、Ｎｃ個の複数のコアの中から、最高コア損失値に関連付けられたある数ＮＴＸ，ｓｅｔのコアを選択することを含む伝送コア選択基準を適用することにより、ＮＴＸ，ｓｅｔ個の伝送コアの組を選択するように構成され得る。したがって、
【数１０】
2021522727.tif 000012
により示される選択コアは、以下のように表現される最大化問題を満たす。
【数１１】
2021522727.tif 000013
【０１１１】
幾つかの実施形態によれば、コア選択装置１７は、マルチコアファイバの各コア−ｎに関連付けられた各コア損失値λｎを、マルチコアファイバに関連付けられた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事前に特定するように構成され得る。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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１２】
2021522727.tif 000014
【０１１６】
式（４）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。
【０１１７】
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）
【０１１８】
式（５）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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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され得る。
【数１３】
2021522727.tif 000015
【０１２１】
式（６）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るパワー結合理論に基づいて推定できる。
【０１２２】
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、以下によって表現される。
【数１４】
2021522727.tif 000016
【０１２３】
式（７）中、Λは、コア間距離を指し、β２は、伝播定数である。
【０１２４】
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、以下によって表現される。
【数１５】
2021522727.tif 000017
【０１２５】
幾つかの実施形態によれば、コア選択装置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。
【０１２６】
光チャネル行列の特異値分解は、以下に従って表現できる。
Ｈ＝Ｕ．Σ．Ｖ  （９）
【０１２７】
式（９）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１６】
2021522727.tif 000018
【０１２８】
式（１０）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。
【０１２９】
マルチコアファイバは、Ｋ個のファイバスパンのコンカン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と均等である。したがって、式（５）の光ＭＩＭＯシステムは、以下によって均等に表現できる。
【数１７】
2021522727.tif 000019
【０１３０】
式（１１）中、
−  Ｌは、光ファイバリンク損失を補償するために使用される正規化係数を指し、
−  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。
【０１３１】
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、以下によって与えられ得る。
【数１８】
2021522727.tif 000020
【０１３２】
式（１２）中、
【数１９】
2021522727.tif 000021
及び
【数２０】
2021522727.tif 000022
（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。
【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を中央値
【数２１】
2021522727.tif 000023
及び分散
【数２２】
2021522727.tif 000024
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、それぞれ以下により与えられる中央値
【数２３】
2021522727.tif 000025
及び分散値
【数２４】
2021522727.tif 000026
の対数正規確率変数によりモデル化できる。
【数２５】
2021522727.tif 000027
【０１３４】
光チャネル行列の特異値分解の微分により、式（５）の光ＭＩＭＯシステムは、以下に従って表現できる。
【数２６】
2021522727.tif 000028
【０１３５】
式（１５）によれば、コア選択装置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、コア損失値λｎが中央値
【数２７】
2021522727.tif 000029
及び分散
【数２８】
2021522727.tif 000030
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、ミスアラインメント損失係数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。
【０１３６】
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２９】
2021522727.tif 000031
は、第一の値と第二の値との間の積であり、第一の値
【数３０】
2021522727.tif 000032
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３１】
2021522727.tif 000033
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３２】
2021522727.tif 000034
に対応する第三の値との間の積である。
【０１３７】
幾つかの実施形態によれば、コア選択は、ＮＴＸ．ｓｅｔ個の伝送コアの組上で光トランスミッタ１１により伝送された伝送光信号を、レシーバ側で利用可能なコアの部分集合を用いて受信及び復号するためにレシーバ側で実行され得る。したがって、コア選択装置１７は、ＮＲＸ，ｓｅｔ個の受信コアの組を、受信コア選択基準に従ってＮｃ個の複数のコアの中から特定するようにさらに構成され得、光レシーバ１５は、ＮＲＸ，ｓｅｔ個の受信コアの組を用いて光信号を受信及び復号するように構成される。
【０１３８】
幾つかの実施形態によれば、コア選択装置１７は、ＮＲＸ．ｓｅｔ≧ＮＴＸ，ｓｅｔ個の受信コアの組を特定するように構成され得、受信コアの数は、伝送コアの数より多いか又はそれに等しい。したがって、光レシーバ１５は、データを受信及び復号するために、データが光トランスミッタ１１により伝送されたときの選択された伝送コアに対応する受信コアを使用するか、又は利用可能なコア全部の部分集合を使用することができる。コア選択装置１７は、ＮＲＸ，ｓｅｔ個の受信コアの組を性能と複雑さとの間のトレードオフ基準に従って特定するように構成され得る。
【０１３９】
幾つかの実施形態によれば、コア選択装置１７は、光伝送システム１００の取付け中並びに光トランスミッタ１１の構成及び／又は光レシーバ１５の構成中にコア選択を実行する（すなわち光トランスミッタ１１でのコア選択に使用されるＮＴＸ，ｓｅｔ個の伝送コアの組を選択し、且つ／又は光レシーバ１５でのコア選択に使用されるＮＲＸ，ｓｅｔ個の受信コアの組を選択する）ように構成され得る。
【０１４０】
他の実施形態において、コア選択装置１７は、光伝送システム１００の取付け後にオフラインでコア選択を実行するように構成され得る。特に、コア選択装置１７は、光伝送システム１００のコンポーネント（例えば、増幅器）の任意の交換を考慮して適応的又は定期的に送信コアの組及び／又は受信コアの組を選択することにより、コア選択を実行するように構成され得る。このような実施形態において、コア選択装置１７は、選択されたＮＴＸ，ｓｅｔ個の伝送コアの組（又は選択されたＮＲＸ，ｓｅｔ個の受信コアの組）を光トランスミッタ１１（又は光レシーバ１５）に送信するように構成され得る。
【０１４１】
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伝送システム１００におけるコア選択の方法であって、データを搬送する光信号は、Ｎｃ個の複数のコアに従ってマルチコアファイバに沿って伝播し、複数のコアのうちの各コア、コア−ｎは、１つ又は複数のコアパラメータに関連付けられる、方法も提供される。方法は、伝送コアの組を、伝送コア選択基準に従って複数のコアの中から特定するステップを含み、伝送コア選択基準は、マルチコアファイバのコアに関連付けられた１つ又は複数のコアパラメータに依存し、方法は、特定された伝送コアの組上でデータを伝送するステップを含む。
【０１４２】
図１２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光伝送システム１００における伝送時のコア選択方法を示すフローチャートである。
【０１４３】
ステップ１２０１では、マルチコアファイバの各コアに関連付けられた少なくとも１つのコアパラメータが受信され得る。
【０１４４】
幾つかの実施形態において、コア−ｎに関連付けられたコアパラメータは、コアタイプＴｎ、コア損失値λｎ、平均受信エネルギーＥｎ及び隣接コアの数Ｎｎｅｉｇｈ，ｎを含む群において選択され得る。
【０１４５】
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−ｎに関連付けられた各コア損失値λｎは、マルチコアファイバに関連付けられた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事前に特定され得る。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（１７）に従ってクロストーク係数及びミスアラインメント損失係数に応じて特定され得る。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
幾つかの実施形態において、ミスアラインメント損失は、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。
【０１４９】
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（４）に従って事前に特定され得る。
【０１５０】
ステップ１２０３では、マルチコアファイバのＮｃ個のうちのＮＴＸ，ｓｅｔ個の伝送コアの組が、マルチコアファイバのコアに関連付けられた１つ又は複数のコアパラメータに関係する伝送コア選択基準に従って特定され得る。
【０１５１】
幾つかの実施形態によれば、伝送コア選択基準は、複数のコア、コア−ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）のうちの、式（１）の最適化問題に従い、最高平均受信エネルギーに関連付けられたある数ＮＴＸ，ｓｅｔ個のコアを選択することを含み得る。
【０１５２】
マルチコアファイバが均一である幾つかの実施形態において、伝送コア選択基準は、複数のＮｃ個のコアの中から、式（２）の最適化問題に従い、隣接コアの最低数に関連付けられたある数ＮＴＸ，ｓｅｔ個のコアを選択することを含み得る。
【０１５３】
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、伝送コア選択基準は、隣接コアのペアにグループ化されたそれぞれ２つの隣接コアのうちの１つのコアを選択することを含み得る。
【０１５４】
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、伝送コア選択基準は、事前に定義されたコアタイプと同一のコアタイプに関連付けられたコアを選択することを含み得る。
【０１５５】
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、伝送コア選択基準は、複数のＮｃ個のコアの中から、式（３）の最適化問題に従い、最高コア損失値に関連付けられたある数ＮＴＸ，ｓｅｔ個のコアを選択することを含み得る。
【０１５６】
ステップ１２０５では、データは、光伝送システム１００において、特定された伝送コアの組上で伝送され得る。
【０１５７】
幾つかの実施形態によれば、方法は、光伝送システム１００内で伝播するデータの受信時でのコア選択をさらに含み得る。このような実施形態において、方法は、ＮＲＸ，ｓｅｔ個の受信コアの組を、受信コア選択基準に従って複数のＮｃ個のコアの中から選択するステップを含み得、光伝送システム内で伝播するデータ搬送光信号は、ＮＲＸ，ｓｅｔ個の受信コアの組を用いて受信及び復号される。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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】
2021522727.tif 000035
【図２】
2021522727.tif 000036
【図３】
2021522727.tif 000037
【図４】
2021522727.tif 000038
【図５】
2021522727.tif 000039
【図６】
2021522727.tif 000040
【図７】
2021522727.tif 000041
【図８】
2021522727.tif 000042
【図９】
2021522727.tif 000043
【図１０】
2021522727.tif 000044
【図１１】
2021522727.tif 000045
【図１２】
2021522727.tif 000046
【国際調査報告】
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2021522727.tif 000048
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