(57)【要約】１つの符号器（２０６）と、１つの整合された復号器（３０３）とを用いて１つの光信号を暗号化及び解読できる。このように、符号器（２０６）に整合する１つの復号器（３０３）を用いて、１つの符号化された信号を回復することができる。符号器（２０６）は信号の位相または振幅を変更できる。
2006505214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの方法であって、
１つの符号器を用いて１つの光信号を暗号化する段階と、
前記符号器に整合された１つの復号器を用いて信号を光学的に解読する段階と
を備える、方法。
【請求項２】
前記信号に対して１つのデータ符号及びその相補データ符号を発生する段階を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
伝送すべき情報を含む信号と、その他の信号との間に時間重複を生じさせる段階を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
光符号分割多重化に対して設計された複数の符号を用いる段階を備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
時間に関して重複するように前記信号の一連のビットを生じさせる段階を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
１つの符号及び１つの相補符号を暗号化する段階を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
１つの符号及び１つの相補符号を暗号化し、１つの符号のみを解読する段階を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
暗号化された信号の平均エネルギーを、時間に関してほぼ一定にするように生じさせる段階を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
複数のブラッググレーティングを用いて前記信号を暗号化または解読する段階を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記信号を解読する段階が、１つのしきい値検出装置を用いて前記信号を復号化する段階を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
分散を補償する段階を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記信号を、その時間またはスペクトル振幅を変更することにより符号化する段階を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記信号を、その時間またはスペクトル位相を変更することにより符号化する段階を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
１つの光伝送システムであって、
１つの光リンクと、
１つの符号器を用いて１つの光信号を暗号化するために前記リンクに結合された１つの光送信器と、
前記符号器に整合された１つの復号器を用いて、１つの受信された信号を解読するために前記リンクに結合された１つの光受信器と
を備える、光伝送システム。
【請求項１５】
前記符号器が１つの相補符号及び１つのデータ符号を発生する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記符号器が前記光信号とその他の信号との間に時間重複を生じさせる、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記符号器が符号分割多重化を用いる、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記符号器が、連続した複数のビットを時間に関して重複するように生じさせる、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記符号器が１つの符号及び１つの符号相補体を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記復号器が、１つの符号あるいは１つの符号相補体のみを解読する、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記符号器が１つのブラッググレーティングを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２２】
前記復号器が１つのしきい値検出装置を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２３】
前記受信器が、分散を補償する１つの装置を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２４】
前記符号器が、１つの光信号の時間またはスペクトル振幅を変更する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２５】
前記符号器が、１つの光信号の時間またはスペクトル位相を変更する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２６】
１つの光暗号化装置であって、
１つのチップ発生器と、
前記チップ発生器に結合された１つの光スイッチと、
一対の符号器と
を備え、
前記一対の符号器の１つが前記光スイッチからの１つのデータ信号の１つの第１符号を符号化し、前記一対の符号器のもう１つが、前記データ信号の相補体である１つの信号を符号化する、
装置。
【請求項２７】
前記符号器の各々が、１つの異なる符号をデータ及びその相補体に適用する、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
分散補償または分散発生を含む、請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記符号化された複数の信号の平均エネルギーが、時間に関してほぼ一定である、請求項２６に記載の装置。
【請求項３０】
前記符号器が、１つの光ビットの振幅または位相を変更する１つの構成要素を含む、請求項２６に記載の装置。
【請求項３１】
前記構成要素が１つのブラッググレーティングである、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記構成要素が１つのアレイ導波路格子である、請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
前記構成要素が１つの薄膜フィルタである、請求項３０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義には複数の光信号の伝送に関し、より詳細には複数の光信号伝送システムにおいて複数の光信号を暗号化及び解読する複数の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの電気信号を、その電送より前に暗号化することは周知である。受信端では、複数の電気信号を解読できる。その結果、ある権限のない人が１つの通信を傍受できる容易さを充分に軽減させて傍受の可能性を減少させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
複数の光学システムでは、複数の信号を暗号化または解読することは不必要であると一般に見なされている。普通、複数の光信号は複数の電気信号から生じ、これら電気信号は既に暗号化されている場合がある。
【０００４】
特に、複数の光信号が複数の長距離にわたって伝送される場合、これら信号を暗号化し、その後、解読して安全性を改善するのが望ましい。従って、複数の光信号を暗号化及び解読する複数のより良い方法が必要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
複数の光通信を安全にする１つのシステムにおいて、図１Ａに示す１つのデータストリームは、図１Ｃに示す相補データストリームと一緒に１つの媒体に沿って伝送される。このデータストリーム内のすべての「１」が１つの第１符号の存在により表され、データストリーム内のすべての「０」が１つの第２符号の存在により表されようにデータストリームは、図１Ｂに示す１つの所定の光符号（「Ａ」）で識別され、相補データストリームは、１つの異なる光符号（「Ｂ」）で識別される。データシーケンス及び相補データシーケンスが同時に送信されると、幾つかの実施形態では、平均エネルギーがほぼ一定になりうる。本発明の一実施形態による共通の時間の複数のデータ及び相補データシーケンスを図１Ｄに示す。
【０００６】
本発明の一実施形態による１つの安全なデータシーケンスを発生できる１つの送信器を図２に示す。光チップ発生器２０１は、一連の短パルスまたは複数の光チップをクロック速度で発生する。これら複数の光チップは光移送部２０２に供給される。その後、複数の光チップは１つの光スイッチ２０３により受信され、この光スイッチ２０３は、１つのデータ発生器２０４からの入力電気データシーケンスにより決定される状態を有する。
【０００７】
一実施形態では、光移送部２０２の長さを、光スイッチ２０３が２つの状態の一方であって１つの切り換えの過渡期でない時に１つのチップが光スイッチ２０３に入るようにすることができる。「１」の１つのデータ値に対して光スイッチ２０３は光チップを光移送部２０５ａへ指向し、「０」の１つのデータ値に対して光スイッチ２０３は光チップを光移送部２０５ｂへ指向する。
【０００８】
光移送部２０５ａに沿って進行する１つの光チップは、１つの符号器２０６ａにより光学的に符号化される。光移送部２０５ｂに沿って進行する１つの光チップは、符号器２０６ｂにより光学的に符号化される。複数の光符号器２０６ａ，２０６ｂを複数のブラッググレーティング（ファイバまたは複数の平面導波路）あるいは、１つの表面格子、１つの薄膜フィルタ、１つの集積干渉装置（アレイ導波路格子）などのようなその他のいかなる光符号化装置とすることができる。一般に、光チップの位相及び／または振幅を、１つの制御された再現可能な形に変えるいかなる装置も、本発明の複数の実施形態による１つの光符号器とみなすことができる。このような１つの符号器を、静的またはプログラマブルとすることができる。複数の光符号器２０６ａ，２０６ｂが複数のブラッググレーティングである場合には、後方反射され、符号化された光を抽出するのに複数の光サーキュレータを挿入できる。あるいはまた、符号化された光を、複数のマッハツェンダ干渉計のような複数の干渉装置を用いて抽出できる。複数の光ストリームは１つのパッシブスプリッタ２０７で再結合され、このパッシブスプリッタは、共通の時間の複数の符号化されたデータ及び符号化された相補データストリームを発生する。
【０００９】
本発明の一実施形態による１つの安全なデータストリームを検出する１つの受信器を図３に示す。共通の時間の複数の符号化されたデータ及び相補データストリームは、光移送部３０１に沿って受信器に入る。１つのパッシブスプリッタ３０２を用いて（一実施形態では、複数の等しい割り当てにすることができる）２つの部分に分割された複数のデータストリームを複数の復号器３０３ａ，３０３ｂへ指向できる。複数の復号化された出力は複数の光検出器３０４ａ，３０４ｂへ指向され、複数のしきい値装置３０５ａ，３０５ｂと、出力電気データシーケンス及びその相補体を発生するクロックアンドデータリカバリ（ＣＤＲ）部３０６ａ，３０６ｂとを用いて電子的に処理される。これら整合された複数の符号器及び複数の復号器は、光信号を暗号化及び解読するのに用いられる。１つの別の実施形態では、実際のデータシーケンスだけが回復され、相補データシーケンスは回復されない。
【００１０】
１つの安全な伝送システムを図４に示す。図６ａに示すデータシーケンスと、選択された一連の符号とに対して、図６ｂ及び６ｃに示す復号化されたデータと複数の相補信号とが回復される。一実施形態では、簡素なしきい値処理電子機器は、複数の１と複数の０とを容易に区別できるようにする。
【００１１】
あるいはまた、受信された複数の「１」と複数の「０」との対比を増大させるしきい値処理を、複数の非線形光検出方法を用いて達成できる。このような複数の方法は、低強度及び高強度の複数の光パルス間の対比を高める効果を有する入力信号に非線形に応答する１つの光材料を用いる。図６ａ及び図６ｂにおける複数の整合された符号からの受信データと、複数の非整合された符号からの背景信号との間の比を、非線形光検出を用いて著しく増大できる。非線形光しきい値処理の場合では、複数の光検出器（図３における３０４ａ，３０４ｂ）の前にしきい値処理機能を発生できる。非線形光しきい値処理の主な利点は速度である。複数の非線形光処理は複数の電子処理よりもずっと速いので、複数の検出電子速度要件が緩和される。欠点は、複数の非線形光処理の効率が全般的に悪くて、直接電子検出及びしきい値処理を用いる場合よりも多くの光パワーが検出に必要とされるということである。
【００１２】
図４の点Ａで回線を盗聴しているある人物は、データ速度に相当する１つの帯域幅を有する１つの光受信器を用いて、図６ｄに示す「クロック」のみを観測する。データと相互に関連する幾つかの変動が存在するが、これら複数の変動の大きさは典型的に、複数のビットを実質的に区別できないようにする雑音レベルに相当するか、あるいは、これよりも小さい。
【００１３】
図７で示す本発明の更なる一実施形態では、光学分散を用いて安全性を改善する。分散は、本発明の一実施形態による１つの符号化技術として単独で用いることができる１つの制御された再現可能な周波数依存位相シフトを行う。しかし、幾つかの実施形態では、データチャネル及び相補データチャネルの双方に同じ分散を適用する。伝送の前に、安全な伝送信号は、信号に更にスクランブルをかけるため、既知の文字の１つの分散発生器２０９に挿入される。この発生器２０９の文字を、安全性を高めるために導入ごとに変更できる１つの変数とみなすことができる。
【００１４】
図８に示す受信器では、１つの分散補償器３００は、送信器内の分散発生器により生じた分散を無効にするのに用いられる。分散の使用は、伝送中、複数の続いて起こるビット間で符号間干渉及びコーヒレントなビーティングを生じさせ、安全性を更に高める。更なる一実施形態では、受信器における分散補償器３００は、送信器内の分散補償器２０９により生じた分散と、伝送媒体の分散とを補償できる。
【００１５】
幾つかの実施形態では、複数の異なる光符号が、データストリーム及び相補データストリームを識別する。データストリーム及び相補データストリームに対する複数の符号は、正確な復号器を用いずに実質的に区別できない。複数の光データ符号は、それらの時間及び／またはスペクトル構造により区別できる。２つの制限的な場合は、（１）時間的に区別でき、スペクトル的には区別できない複数の符号と、（２）時間的には区別できなく、スペクトル的に区別できる複数の符号とである。スペクトル的に区別できない複数の符号は、１つの重要なクラスである。その理由は、回線を盗聴しているある人物は、複数の符号（すなわち、複数の「１」及び「０」ビット）を首尾良く区別する１つの狭帯域スペクトルフィルタを用いることができないためである。更に、符号の帯域幅を、時間領域で複数の符号を区別するのに必要とされる信号処理電子機器に対して極めて高くすることができる。
【００１６】
符号化帯域幅が大きければ大きい程、データを区別するのが困難になる。（１）の簡単な一例として、相互に時間反転された複数のデータ及び相補データ符号はスペクトル的に同一であるが、時間的には異なる（それらは、時間に関して完全に対称でないと仮定する）。複数の符号化された信号の時間構造が、直接光検出を用いて解決できないくらいに高速であった場合、盗聴されたデータストリームは、極めて解読し難い。しかし、一般には、複数の最適な符号セットは、ある程度の識別能力を複数の時間及び周波数領域の双方で有する場合がある。
【００１７】
この実施形態の一態様は、２つの符号化されたデータストリームが時間に関して重なり合わないということである。暗号化された信号が時間に関してほぼ一様に見えるように、すなわち、複数の「１」及び「０」ビットの違いが微小であるように複数の符号化が設計されている。幾つかの実施形態では、複数の符号を、複数の周期的な、または無作為な間隔で変更できる。
【００１８】
図５に示す１つの第２実施形態では、複数のデータビットのみを符号化し、伝送する。この場合、複数の「１」及び「０」ビットに１つの明らかな違いがあるので、安全な伝送を達成するため、複数のデータビットと重複する１つ以上の追加の符号が送信される。データは５０１で符号化され、複数の重複符号が、例えば１つの１ｘＮカップラ５０３を用いて信号に追加される。複数の追加された符号は、複数の符号化されたデータビットとかなりの重複が存在するようにいかなるビットパターン（例えば、無作為またはすべて「１」）をも含むことができる。
【００１９】
この手段の１つの利点は、複数の符号が時間及びスペクトルに関して重なり合うので、暗号化された信号に１つの動的疑似雑音性を発生する著しい光学干渉が、伝送される信号に存在するということである。信号は無作為に時間で変化するので、場合によっては第１実施形態よりも解読し難い。この実施形態は同期光符号分割多重化（ＣＤＭ）に概念的に類似し、従って、複数の適切な符号セットは、同期ＣＤＭに用いられる符号セットに類似または同一である。
【００２０】
この実施形態のもう１つの利点は、複数の追加されたチャネルを用いて、追加情報、例えば、チャネルまたはその他の複数のデータチャネル（すなわち、ＣＤＭ）に関する情報をリンク上に送信するという可能性である。複数の暗号化チャネルを追加することにより、１つの高水準の安全性が達成される。しかし、暗号化に用いられるより多くの符号は、より多くの帯域幅を必要とする。しかも、複数の重複符号なので、複数の利用できる符号の数が前の実施形態の場合よりも少ない。受信器では、データ符号に整合された１つの復号器が処理電子機器と併用されて、伝送されたデータを回復する。
【００２１】
１つの第３実施形態は、データ暗号化のために１つの符号器／復号器の使用を含む。この実施形態は、複数の個々のビットの時間的な引き伸ばしと、複数の続いて起こるビット間の干渉（符号間干渉）とに依存して安全性を達成する。複数のビットが１つのビット期間より長く引き伸ばされている場合、連続した複数の「１」は相互に干渉し、区別し難くなる。より大きい引き伸ばしは、より大きい干渉と、より安全な伝送とをもたらす。
【００２２】
複数の前の実施形態に用いられる装置に類似する複数の装置を用いて符号化を達成できる。例外は、複数のビットの著しい重複を確実にするために複数の符号器をビット期間よりも長くするということである。しかし、過度の重複は、データを回復できないようにしておくデータの著しいスペクトル歪みにつながる可能性がある。
【００２３】
前の複数の実施形態の場合のように、１つの整合された符号器及び復号器はデータを適切に解読する。（例えば、ファイバまたはブラッググレーティングデバイスからの）従来の光学分散は、この種類の暗号化の簡単な一例である。この種類の暗号化に対して最適化された複数のもっと複雑な位相及び振幅符号が好ましい場合がある。最後に、この実施形態を単独で用いて、または、前の複数の実施形態と併用して安全性を高めることができる。
【００２４】
１つの限定された数の実施形態に関して本発明を説明したが、これら実施形態から当業者が多数の修正形態及び変形形態を理解するであろう。添付する複数の請求項は、本発明の真の精神及び範囲に含まれるこのような複数の修正形態及び変形形態のすべてに当てはまるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による元データの１つの概略図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による符号化されたデータの１つの概略図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態による相補的な符号化されたデータの１つの概略図である。
【図１Ｄ】本発明の一実施形態による伝送され、符号化されたデータの１つの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による１つの符号器の１つの概略図である。
【図３】本発明の一実施形態による１つの復号器の１つの概略図である。
【図４】本発明の一実施形態による１つの安全な送信器と１つの安全な受信器との間の１つの通信リンクを盗聴しようとするＡで示す１つの介入装置の１つの概略図である。
【図５】本発明の他の実施形態による１つの符号器の１つの概略図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による入力データの一例の１つの図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による復号化されたデータの一例の１つの図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態による復号化された相補データの一例である。
【図６Ｄ】図６Ａ〜６Ｃに示す一実施形態において、図４Ａで得られる可能性がある情報の種類を表す１つの概略図である。
【図７】本発明の一実施形態による１つの変形符号器の１つの概略図である。
【図８】本発明の一実施形態による１つの変形復号器の１つの概略図である。
【図１Ａ】
2006505214.tif 000003
【図１Ｂ】
2006505214.tif 000004
【図１Ｃ】
2006505214.tif 000005
【図１Ｄ】
2006505214.tif 000006
【図２】
2006505214.tif 000007
【図３】
2006505214.tif 000008
【図４】
2006505214.tif 000009
【図５】
2006505214.tif 000010
【図６Ａ】
2006505214.tif 000011
【図６Ｂ】
2006505214.tif 000012
【図６Ｃ】
2006505214.tif 000013
【図６Ｄ】
2006505214.tif 000014
【図７】
2006505214.tif 000015
【図８】
2006505214.tif 000016
【国際調査報告】
2006505214.tif 000017
2006505214.tif 000018
2006505214.tif 000019