(57)【要約】【課題】多値強度変調において符号誤り率が全ての信号レベルで同じになるように制御し、正規受信者の符号誤り率が大幅に劣化するのを防止する。【解決手段】レーザを駆動するための信号を出力するドライブ回路と、駆動信号により強度変調した多値信号を発するレーザを有する通信装置において、ドライブ回路からの駆動信号を所定の規則に従って多値信号の間隔が不均一に変化するように変更するイコライザを有する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザを駆動するための信号を出力するドライブ回路と、該駆動信号により強度変調した多値信号を発するレーザを有する通信装置において、
該ドライブ回路からの駆動信号を所定の規則に従って、該多値信号の間隔が不均一に変化するように変更するイコライザを有することを特徴とする通信装置。
【請求項２】
該イコライザは、該多値信号間で符号誤り率が均一になるように、該ドライブ回路からの出力信号を変更することを特徴とする請求項１の通信装置。
【請求項３】
前記イコライザは、該変調器ドライブ回路から出力されるアナログ信号を２進のデジタルに変換する２進変換器と、該デジタル信号の上位の複数ビットと下位の複数ビットにより入力信号を出力信号に変換する補正テーブルを有することを特徴とする請求項１又は２の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置に係り、特にＹｕｅｎ量子暗号に代表される光強度多値変調を用いた信号の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｙｕｅｎ量子暗号は光通信量子暗号通信とも呼ばれ、光の量子ゆらぎ（量子ショット雑音）を変調によって拡散させ、盗聴者によって光信号を正確に受信できなくする通信技術であり、共通鍵量子暗号へ適用することが提唱されている。この共通鍵量子暗号は、２値の送信データを搬送する２値の光信号を１つのセット（基底という）とし、この基底を複数Ｍ個用意し、何れの基底を使ってデータを送るかは暗号鍵に従う擬似乱数によって不規則に決める。現実的には光Ｍ値信号は量子ゆらぎによって識別ができないほど信号間距離が小さく設計されているため、結局、盗聴者は全く受信信号からデータ情報を読みとることができない。
【０００３】
正規の送受信者の光変復調装置は、２値のＭ個の基底を共通の擬似乱数にしたがって切り換えて通信するため、正規の受信者は信号間距離の大きな２値の信号判定によってデータを読みとることができる。量子ゆらぎによるエラーは無視でき、正規の送受信者間では正確な通信が可能となる。この光変調方式による暗号は、Ｙｕｅｎ−２０００暗号通信プロトコル（Ｙ−００プロトコルと略称される）によるＹｕｅｎ量子暗号と呼ばれ、その通信の原理や送受信装置の構成については、例えば、本出願人による特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０３９２７公報
【特許文献２】特開２０１０−１１４６６２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、多値強度変調Ｙ−００において、全ての多値間隔を同じにしても、信号レベルの違いによって量子雑音(ショット雑音)量に差が出てくる。このため、盗聴者は、光伝送データの符号誤り率（Bit Error Rate(以下ＢＥＲという)）が良い箇所を集中的に攻撃して、短時間で解読するショートカットを見つけようとするであろう。つまり、多値強度変調による伝送データの暗号解読の原因を作る可能性がある。そこで、どの信号レベルでも符号誤り率が同じになるように光パワーを補正する機構が望まれる。
【０００６】
本発明の目的は、多値強度変調において符号誤り率が全ての信号レベルで同じになるように制御し、正規受信者の符号誤り率が大幅に劣化するのを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、好ましくは、レーザを駆動するための信号を出力するドライブ回路と、該駆動信号により強度変調した多値信号を発するレーザを有する通信装置において、該多値信号の間隔が不均一に変化するように、該ドライブ回路からの駆動信号を所定の規則に従って変更するイコライザを有することを特徴とする通信装置として構成される。
【０００８】
好ましい例では、該イコライザは、該多値信号間で符号誤り率が均一になるように、該ドライブ回路からの出力信号を変更する。
また、好ましくは、前記イコライザは、該変調器ドライブ回路から出力されるアナログ信号を２進のデジタルに変換する２進変換器と、該デジタル信号の上位の複数ビットと下位の複数ビットにより入力信号を出力信号に変換する補正テーブルを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、多値強度変調において量子雑音量によって多値間隔を変えることで、符号誤り率ＢＥＲ（Bit Error Rate）を改善することができる。各信号間でのＢＥＲを等しくすることができるので、暗号解読のきっかけを防止することができ、安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】通常の多値強度変調Ｙ−００の多値信号の受信の様子を示す図。
【図２】本発明による多値信号の間隔を不均一に変動させた信号の様子を示す図。
【図３】本発明の一実施例による多値信号の間隔を変動させる原理を示す図。
【図４】レーザ駆動電流に対する光パワーの関係における非線形補償の有無を示す図。
【図５】閾値電流と光パワーとの関係を示す図。
【図６】Signal number電流と電流振幅Iiの関係を示す図。
【図７】Signal number電流とＢＥＲの関係を示す図。
【図８】Signal number電流と電流振幅Iiの関係を示す図。
【図９】Signal number電流とＢＥＲの関係を示す図。
【図１０】一実施例による通信装置の構成ブロックを示す図。
【図１１】実施例１におけるイコライザの構成例を示す図。
【図１２】一実施例による補正テーブルの構成例を示す図。
【図１３】他の実施例によるハードウェア回路で構成したイコライザの例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明する。
図１は、通常の多値強度変調Ｙ−００の多値信号、雑音、盗聴者の受信の様子を示す。Ｙ−００の盗聴者モデルは、多値間隔（即ち信号Ｓ０〜Ｓ４の間隔）および全ての信号レベルでの量子雑音(ショット雑音)σ2iは等しいと仮定している（式１参照）。しかし、ショット雑音は光パワーに比例するため、実際は多値間隔を同じにすると、各信号レベルでの量子雑音量は異なり、符号誤り率ＢＥＲが変化する。また、閾値Ithi（図１の例では、iは１〜４）は信号レベル間に(多値数-１)個用意して識別することになる。
【００１２】
ここで、式１は、量子雑音の式を示す。量子雑音σ2iは光パワーＰに比例する。
【００１３】
【数１】
2012074982.tif 000003
【００１４】
式２は、各々の信号レベル間のＢＥＲの式を示す。
【００１５】
【数２】
2012074982.tif 000004
【００１６】
式３は、全ての信号レベルを考慮したＢＥＲを示す。各々の信号レベル間ＢＥＲの平均値となる。
【００１７】
【数３】
2012074982.tif 000005
【００１８】
図２は、本発明による多値信号の間隔を不均一に変動させた信号の様子を示す。
式２より、光パワーＰの低い側(S0側)はσ2iが小さくなる。そして、多値間隔、閾値Ithiの位置を各々の信号レベルで同じとすると（即ち、(Si+1-Ithi)=(Ithi- Si)）、光パワーが低い側ほど、erfcの括弧内は大きくなり、式２のerfc(  )は大きくなる。即ち、光パワーが低い側ほどＢＥＲは悪くなる。そこで、本発明者らは、全てのＢＥＲiが等しくなるようにするには、光パワーが低い側ほど、多値間隔を狭くするのがよいと考えた。即ち、誤り率が変化しないように、光パワーが低い側ほど多値間隔を狭くし、光パワーが高い側ほど多値間隔を広くするように、多値間隔を調整することが有意義である。
【００１９】
図３は、本発明の一実施例による多値信号の間隔を不均一に変動させる原理を示す。
一例として、レーザの補償前の入出力特性（実線Ａで示す）は、入力信号の多値間隔が均一の場合は、出力信号の間隔も均一となる。一方、本発明によれば、二点鎖線Ｂで示すように、線形の入力特性を非線形に変換することで、出力信号の多値間隔を不均一にすることが可能となる。なお、ここで非線形に変換することを非線形補償ということにする。
【００２０】
図４は、非線形補償の有無の一例を示す。
式４は、図４の非線形補償なしの特性を表す。
【００２１】
【数４】
2012074982.tif 000006
【００２２】
式５は、図４の非線形補償ありの特性を表す。
【００２３】
【数５】
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【００２４】
図４において、非線型補償無しの場合はIth=20mA、C=0.15mW/mAとしている。非線形補償有りの場合は、a0=-11.9、a1=1.90、a2=-0.133、a3=5.07e‐3、a4=‐1.05e‐4, a5=1.16e‐6、a6=‐5.22e‐9となる。
【００２５】
図５は、閾値電流と光パワーとの関係を示す。
Ithは閾値電流、Signal numberが低い側から多値電流振幅をIiとし、Signal numberはｎまでとしている。
【００２６】
図６は、Signal numberと電流振幅Iiの関係を示す。
横軸にSignal numberをとり、縦軸に電流振幅Iiをとったものである。Signal numberは32までとしている。また、全ての電流振幅は一定に設定している。
【００２７】
図７は、図６の条件における、Signal number電流とＢＥＲの関係を示す。Signal numberが低いほどＢＥＲが良くなっており、Signal numberに対するＢＥＲは一定ではないことがわかる。
【００２８】
図８は、Signal numberと電流振幅Iiの関係を示す。
横軸にSignal numberをとり、縦軸に電流振幅Iiをとったものであり、signal numberは32までとしている。また、Signal numberに対して電流振幅Iiが変化するようにしたものである。
【００２９】
図９は、図８の条件におけるＢＥＲを示す。Signal numberが変化してもＢＥＲを一定に出来ることがわかる。
【００３０】
図１０は、一実施例による通信装置の構成を示す。
通信装置は、レーザを駆動する電気信号を出力するレーザドライブ回路１０１と、多値間隔を不均一に変換する、換言すればレーザの入力特性と非線形に変換するための機能を有するイコライザ１０２と、レーザの出力（光信号の強度）を制御するレーザ１０３を備えて構成される。従来の通信装置が、レーザドライブ回路と強度変調用のレーザで構成されるのに対して、本実施例の通信装置は、レーザドライブ回路１０１とレーザ１０３の間にイコライザ１０２を挿入して、線形の入力特性Ifを、非線形のI'fに変換して、レーザの出力特性を変動させる。
従来の通信装置では、イコライザを有していないので、レーザの入力特性は線形のままであるが、本実施例によれば、イコライザ１０２による非線形変換機能により、レーザの出力特性を変動させることができる。
【００３１】
図１１はイコライザ１０２の構成例を示す。
この例では、イコライザ１０２は、アナログ入力Ifをデジタル２進（８ビット）に変換する２進変換器２０２と、上位４ビットと下位４ビットにより入力Ifを出力I'fに変換する補正テーブル２０３により構成される。
この補正テーブルの例を図１２に示す。補正テーブルでは、アナログ入力を２進変換した下位４ビットと上位４ビットで一致した場所に格納されている値を出力I'fする。
【００３２】
図１３は、他の実施例によるイコライザ１０２の構成例を示す。
この例は、ハードウェア回路を用いて、レーザの入出力特性を非線形にする多項式近似式をイコライザで実現するものである。
イコライザ１０２は、式５を実現するものであり、レーザ駆動電流を変換する。即ち、入力Ifは、複数（ｎ−１）の乗算器１３２で計数d1〜dn（１３３）と乗算され、その乗算結果を複数ｎ個の加算器１３４で加算することで、出力I'fが得られる。
例えば、上位４ビットが”８”、下位４ビットが”７”の場合、I'f=48.1mAの電流を直接変調用レーザに印加することとなる。
【００３３】
以上のように、本実施例によれば、多値強度変調において量子雑音量によって多値間隔を不均一に変えることができ、これによりＢＥＲを改善することができる。各信号間でのＢＥＲを等しくすることで、暗号解読のきっかけを防止することが出来、安全性が向上する。
【符号の説明】
【００３４】
１０１:レーザドライブ回路  １０２: イコライザ  １０３：レーザ  
１０４：２進変換器  １０５：補正テーブル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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