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特許7455760マルチコア光ファイバのためのコアスクランブリングのための光伝送システム及び方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-15
(45)【発行日】2024-03-26
(54)【発明の名称】マルチコア光ファイバのためのコアスクランブリングのための光伝送システム及び方法
(51)【国際特許分類】
H04J 14/00 20060101AFI20240318BHJP
G02B 6/02 20060101ALI20240318BHJP
【ＦＩ】
H04J14/00
G02B6/02 461
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020560137
(86)(22)【出願日】2019-04-10
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-09-09
(86)【国際出願番号】 EP2019059065
(87)【国際公開番号】W WO2019206631
(87)【国際公開日】2019-10-31
【審査請求日】2022-03-15
(31)【優先権主張番号】18305533.4
(32)【優先日】2018-04-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】510229496
【氏名又は名称】アンスティテュ・ミーヌ・テレコム
(74)【代理人】
【識別番号】110001173
【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】レカヤ，ガーヤ
(72)【発明者】
【氏名】アブーセイフ，アクラム
(72)【発明者】
【氏名】ジャウエン，イーブ
【審査官】対馬 英明
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００１９８１７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１３９９３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０８２３１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】ABOUSEIF, A. et al.，Core Mode Scramblers for ML-detection based Multi-Core Fibers Transmission，Asia Communications and Photonics Conference (ACP)，OSA，2017年，M1B.5
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｂ １０／００－１０／９０
Ｈ０４Ｊ １４／００－１４／０８
Ｇ０２Ｂ ６／０２－６／１０
Ｇ０２Ｂ ６／４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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）上でデータを搬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、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、－ 前記２つ以上のコアに関連付けられた前記コアパラメータの１つ又は複数に応じ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（１７）と、
－ 前記２つ以上のコアをスクランブルするための、前記光ファイバ伝送チャネル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）であって、前記少なくとも１つのスクランブリング装置（１３３）の各々は、前記スクランブリング関数を前記２つ以上のコアに適用することによって置換コアを特定し、且つ前記置換コアに従って前記光信号を再分配するように構成される、少なくとも１つのスクランブリング装置（１３３）と
を含み、
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、
前記スクランブリング構成装置（１７）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に依存する、各コアに関連付けられた前記コア損失値を特定するように構成され、クロストーク係数は、前記各コアと前記各コアの隣接コアとの間のクロストークを表し、ミスアラインメント損失値は、前記マルチコアファイバのミスアラインメントを表す、光伝送システム（１００）。
【請求項2】
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）上でデータを搬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、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、
－ 前記２つ以上のコアに関連付けられた前記コアパラメータの１つ又は複数に応じ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（１７）と、
－ 前記２つ以上のコアをスクランブルするための、前記光ファイバ伝送チャネル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）であって、前記少なくとも１つのスクランブリング装置（１３３）の各々は、前記スクランブリング関数を前記２つ以上のコアに適用することによって置換コアを特定し、且つ前記置換コアに従って前記光信号を再分配するように構成される、少なくとも１つのスクランブリング装置（１３３）と
を含み、
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、
前記スクランブリング構成装置（１７）は、前記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前記コア損失値の所与の順序に従って整列させるように構成され、前記スクランブリング構成装置（１７）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応じて前記スクランブリング関数を特定するように構成される、光伝送システム（１００）。
【請求項3】
前記マルチコアファイバ内の前記２つ以上のコアの数は、偶数であり、前記スクランブリング構成装置（１７）は、前記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との置換により、２つずつ置換するための前記スクランブリング関数を特定するように構成され、ここで、ｉは、１～前記マルチコアファイバ内のコアの前記数の半分に含まれる、請求項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内の前記２つ以上のコアの数は、奇数であり、前記スクランブリング構成装置（１７）は、前記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との置換により、２つずつ置換するための前記スクランブリング関数を特定するように構成され、ここで、ｉは、１～前記マルチコアファイバ内のコアの前記数の半分の半数未満部分に含まれる、請求項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、均一マルチコアファイバであり、前記２つ以上のコアは、同一のコアタイプに関連付けられる、請求項２～４の何れか一項に記載の光伝送システム。
【請求項6】
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２つ以上のコアの少なくとも２つは、異なるコアタイプに関連付けられる、請求項２～４の何れか一項に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項7】
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）上でデータを搬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、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、
－ 前記２つ以上のコアに関連付けられた前記コアパラメータの１つ又は複数に応じ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（１７）と、
－ 前記２つ以上のコアをスクランブルするための、前記光ファイバ伝送チャネル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）であって、前記少なくとも１つのスクランブリング装置（１３３）の各々は、前記スクランブリング関数を前記２つ以上のコアに適用することによって置換コアを特定し、且つ前記置換コアに従って前記光信号を再分配するように構成される、少なくとも１つのスクランブリング装置（１３３）と
を含み、
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、
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（１７）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に応じて前記スクランブリング関数を特定するように構成され、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、光伝送システム（１００）。
【請求項8】
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）上でデータを搬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、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、
－ 前記２つ以上のコアに関連付けられた前記コアパラメータの１つ又は複数に応じ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（１７）と、
－ 前記２つ以上のコアをスクランブルするための、前記光ファイバ伝送チャネル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）であって、前記少なくとも１つのスクランブリング装置（１３３）の各々は、前記スクランブリング関数を前記２つ以上のコアに適用することによって置換コアを特定し、且つ前記置換コアに従って前記光信号を再分配するように構成される、少なくとも１つのスクランブリング装置（１３３）と
を含み、
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、
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（１７）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スクランブリング関数を特定するように構成され、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、光伝送システム（１００）。
【請求項9】
前記少なくとも１つのスクランブリング装置（１３３）は、電場又は光場において前記スクランブリング関数を適用するように構成され、前記光場において前記スクランブリング関数を適用するように構成されたスクランブリング装置（１３３）は、光コンバータ、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の少なくとも１つを含む、請求項１、２、７および８の何れか一項に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項10】
前記２つ以上のコアの少なくとも１つは、２つ以上の空間伝播モードを含むマルチモードコアである、請求項１、２、７および８の何れか一項に記載の光伝送システム（１００）。
【請求項11】
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、２、７および８の何れか一項に記載の光伝送システム（１００）。
【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】
ネットワーク容量の増大に対する需要は、過去２０年間にわたり、インターネットの開発及びインターネットユーザの数の増加により生じるトラフィックの増大の結果として大幅に高まった。光ファイバ伝送は、グローバルな電気通信インフラストラクチャにおけるデータ伝送の高速化に対するこのような継続的需要に応える上での重要な技術となっている。
【0003】
光ファイバは、光スペクトル中の電磁波を誘導する光導波路を表す。光ファイバに沿った電磁波の伝播は、ファイバに関する幾つかのパラメータ、例えばその幾何学的形状、そのモード構造、屈折率の分布及びそれが作られている材料に依存する。光ファイバは、典型的には、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、テータを搬送し、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】
過去２０年間にわたり、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）は、高度な信号処理技術と共に光ファイバ伝送システムにおける重要なマイルストーンを築き、その容量及びその最大リーチの両方を増大させた。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。
【0005】
シングルモードファイバの非線形容量限界を、空間分割多重化（ＳＤＭ）を通じて克服するという将来性のある解決策は、利用できる最後の自由度としてファイバ内の空間を利用して、光ファイバ伝送上の容量を増やすものである。空間は、したがって、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独立した空間チャネルの組を作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る。ＳＤＭ技術は、光ファイバ伝送リンクのリーチ及び伝送容量の両方を増大させる一方、伝送システムのコストを下げることができる。
【0006】
空間分割多重化は、マルチモードファイバ（ＭＭＦ）又はマルチコアファイバ（ＭＣＦ）を用いて実装できる。
【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、空間モードマルチプレクサ）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ない。
【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差が導入されて、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】
【文献】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削減できるものの、クロストークを完全に抑制することができず、ＣＤＬの十分な軽減を提供しない。したがって、マルチコアファイバに基づくＳＤＭシステムにおけるＣＤＬ効果の十分な軽減を可能にする効率的な技術を設計する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【0022】
上記及び他の問題に対処するために、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を搬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し、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、
－ 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パラメータの１つ又は複数に応じ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と、
－ ２つ以上のコアをスクランブルするための、光ファイバ伝送チャネル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であって、スクランブリング関数を２つ以上のコアに適用することによって置換コアを特定し、且つ置換コアに従って光信号を再分配するように構成される、少なくとも１つのスクランブリング装置と
を含む。
－ 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パラメータの１つ又は複数に応じ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と、
－ ２つ以上のコアをスクランブルするための、光ファイバ伝送チャネル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であって、スクランブリング関数を２つ以上のコアに適用することによって置換コアを特定し、且つ置換コアに従って光信号を再分配するように構成される、少なくとも１つのスクランブリング装置と
を含む。
【0023】
幾つかの実施形態において、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。
【0024】
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、クロストーク係数及びミスアラインメント損失に依存する、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、クロストーク係数は、前記各コアと前記各コアの隣接コアとの間のクロストークを表し、ミスアラインメント損失は、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よれば、スクランブリング構成装置は、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に従って整列させるように構成され、スクランブリング構成装置は、前記２つ以上のコアに関連付けられたコア損失値の順序に応じてスクランブリング関数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、スクランブリング構成装置は、高いコア損失値に関連付けられたコアを、低いコア損失値に関連付けられたコアと置換するためのスクランブリング関数を特定するように構成され得る。
【0027】
マルチコアファイバ内の２つ以上のコアの数が偶数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との置換により、２つずつ置換するためのスクランブリング関数を特定するように構成され得、ここで、ｉは、１～前記マルチコアファイバ内のコアの数の半分に含まれる。
【0028】
マルチコアファイバ内の２つ以上のコアの数が奇数である他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との置換により、２つずつ置換するためのスクランブリング関数を特定するように構成され得、ここで、ｉは、１～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る。
【0029】
マルチコアファイバが均一マルチコアファイバである幾つかの実施形態によれば、２つ以上のコアは、同一のコアタイプに関連付けられる。
【0030】
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他の実施形態によれば、２つ以上のコアの少なくとも２つは、異なるコアタイプに関連付けられる。
【0031】
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タイプに応じてスクランブリング関数を特定するように構成され得、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。
【0032】
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よると、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スクランブリング関数を特定するように構成され得、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。
【0033】
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は、電場又は光場においてスクランブリング関数を適用するように構成され得、光場においてスクランブリング関数を適用するように構成されたスクランブリング装置は、光コンバータ、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群において選択される。
【0034】
幾つかの実施形態によれば、２つ以上のコアの少なくとも１つは、２つ以上の空間伝播モードを含むマルチモードコアである。
【0035】
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、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と
を含み得る。
－ 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と
を含み得る。
【0036】
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上で光伝送システムにおいてデータを伝送する方法であって、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マルチコアファイバに沿って伝播し、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、２つ以上のコアをスクランブルするステップを含み、前記スクランブルするステップは、
－ ２つ以上のコアに関連付けられたコアパラメータの１つ又は複数に応じてスクランブリング関数を特定するステップと、
－ スクランブリング関数を適用することによって２つ以上のコアの置換を特定するステップと、
－ ２つ以上のコアの前記置換に従って光信号を再分配するステップと
を含む。
－ ２つ以上のコアに関連付けられたコアパラメータの１つ又は複数に応じてスクランブリング関数を特定するステップと、
－ スクランブリング関数を適用することによって２つ以上のコアの置換を特定するステップと、
－ ２つ以上のコアの前記置換に従って光信号を再分配するステップと
を含む。
【0037】
各種の実施形態によるスクランブリング方式は、マルチコアファイバの異なるコアに生じる損失を平均化することにより、マルチコアファイバ内のクロストーク効果及びミスアラインメント損失を効率的に軽減させる。
【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】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及び７コア不均一トレンチ付加型を有するマルチコアファイバの断面図を示す。
【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】コアスクランブリングが行われる幾つかの実施形態による、光伝送チャネル上でデータを伝送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。
【図14】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おける、スクランブラの数に応じたコア依存損失を表す２つのグラフを示す。
【図15】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おける、スクランブラの数に応じたコア依存損失を表す２つのグラフを示す。
【図16】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おける、スクランブラの数に応じたコア依存損失を表す２つのグラフを示す。
【図17】スネイルスクランブリング方式を実装するマルチコアファイバについて得られるビット誤り率（ＢＥＲ）性能を表すグラフを示す。
【図18】回転スクランブリング方式を実装するマルチコアファイバについて得られるビット誤り率（ＢＥＲ）性能を表すグラフを示す。
【図19】スネークスクランブリング方式を実装するマルチコアファイバについて得られるビット誤り率（ＢＥＲ）性能を表す。
【発明を実施するための形態】
【0041】
本発明の実施形態は、効率的な確定論的スクランブリング装置を実装するマルチコア光ファイバ伝送システムと、マルチコアファイバに影響を与えるクロストーク及びミスアラインメント損失の削減を可能にする方法とを提供する。
【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。
－ 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】
幾つかの実施形態において、ファイバ内の各コアは、１つ又は複数のコアパラメータに関連付けられ得、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、コア値は、コアに生じる損失をコア間クロストーク（例えば、そのコアとその隣接コアとの間のクロストーク）及びミスアラインメント損失の点で定量化する。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
－ 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。
【0083】
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。
－ 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。
【0084】
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。
【0085】
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
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
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
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。
－ 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】
－ 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】
【数3】
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
－ 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。
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
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を構成するファイバセクションの数を指す。
－ 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。
－ コア－ｎに関連付けられた（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）コアパラメータは、｛Ｔｎ；λｎ｝で表され、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す。
－ ＸＴｎ，ｍは、コア－ｎとコア－ｍ（ｎ≠ｍ）との間のクロストークを定量化するクロストーク係数を指す。
－ ｋｎ，ｍは、コア－ｎとコア－ｍ（ｎ≠ｍ）との間の結合を定量化する結合係数を指す。
－ Δβｎｍは、コア－ｎとコア－ｍ（ｎ≠ｍ）との間の伝播定数差を表す。
－ 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を構成するファイバセクションの数を指す。
－ 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。
－ コア－ｎに関連付けられた（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）コアパラメータは、｛Ｔｎ；λｎ｝で表され、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す。
－ ＸＴｎ，ｍは、コア－ｎとコア－ｍ（ｎ≠ｍ）との間のクロストークを定量化するクロストーク係数を指す。
－ ｋｎ，ｍは、コア－ｎとコア－ｍ（ｎ≠ｍ）との間の結合を定量化する結合係数を指す。
－ Δβｎｍは、コア－ｎとコア－ｍ（ｎ≠ｍ）との間の伝播定数差を表す。
【0103】
本発明の各種の実施形態は、マルチコアファイバ内のコアの確定論的スクランブリングの特定を実行して、コアに生じるコア依存損失を平均化できるようにすることにより、コア関連の減損を削減し、マルチコアファイバに影響を与えるコア依存損失を軽減する効率的なスクランブリング方式を提供する。
【0104】
幾つかの実施形態において、光伝送システム１００は、
－ マルチコアファイバに含まれるＮｃ≧２個のコアに関連付けられたコアパラメータの１つ又は複数に応じ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１７と、
－ マルチコアファイバに含まれるＮｃ≧２個のコアをスクランブルするための、光ファイバ伝送チャネル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であって、少なくとも１つのスクランブリング装置１３３の各々は、スクランブリング構成装置１７によって特定されたスクランブリング関数をＮｃ≧２個のコアに適用することによって置換コアを特定し、且つ置換コアに従ってマルチコアファイバに沿って伝播する光信号を再分配するように構成される、少なくとも１つのスクランブリング装置１３３と
を含み得る。
－ マルチコアファイバに含まれるＮｃ≧２個のコアに関連付けられたコアパラメータの１つ又は複数に応じ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１７と、
－ マルチコアファイバに含まれるＮｃ≧２個のコアをスクランブルするための、光ファイバ伝送チャネル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であって、少なくとも１つのスクランブリング装置１３３の各々は、スクランブリング構成装置１７によって特定されたスクランブリング関数をＮｃ≧２個のコアに適用することによって置換コアを特定し、且つ置換コアに従ってマルチコアファイバに沿って伝播する光信号を再分配するように構成される、少なくとも１つのスクランブリング装置１３３と
を含み得る。
【0105】
幾つかの実施形態によれば、各コア、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及びコア損失値λｎを含む群において選択され得る。
【0106】
以下の説明は、例示を目的として、各コア、コア－ｎがコアタイプＴｎ及びコア損失値λｎを含むコアパラメータ｛Ｔｎ；λｎ｝の組に関連するマルチコアファイバに関して行われる。
【0107】
光伝送チャネル１３は、光マルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）システムにより表され得、これは、以下の関係で説明される。
Ｙ＝Ｈ．Ｘ＋Ｎ （１）
Ｙ＝Ｈ．Ｘ＋Ｎ （１）
【0108】
式（１）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、発生した減衰と、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とを表す次元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。
－ 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、発生した減衰と、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とを表す次元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。
【0109】
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。
【0110】
幾つかの実施形態によれば、光ファイバ伝送チャネル１３には、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生じる。
【0111】
コア間クロストーク効果は、下記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4】
【0112】
式（２）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5】
【0114】
式（３）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、以下による。
【数6】
【0116】
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且つコネクタ（例えば、ＦＡＮ－ＩＮ／ＦＡＮ－ＯＵＴ装置及び光ファイバ伝送チャネルの入力／出力端間のコネクタ）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得る。
【0117】
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、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7】
【0118】
式（５）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。
【0119】
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、各コア、コア－ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）に関連付けられたコア損失値λｎを少なくとも１つのクロストーク係数ＸＴｎ，ｍ（ｍ≠ｎ）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」ともいう）に応じて特定するように構成され得、クロストーク係数ＸＴｎ，ｍは、コア－ｎと、コア、コア－ｎの隣接コア、コア－ｍとの間のクロストークを表し、ミスアラインメント損失係数は、マルチコアファイバのミスアラインメントを表す。
【0120】
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、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、スクランブリング構成装置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 （６）
Ｈ＝ＱＲ （６）
【0121】
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】
【0122】
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。
【0123】
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）
Ｈ＝Ｕ．Σ．Ｖ （８）
【0124】
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】
【0125】
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】
【0126】
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。
－ 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。
【0127】
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】
【0128】
式（１１）中、ｃは、一定の増倍率を指し、
及び
（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。
【数12】
【数13】
【0129】
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、偏差Ｚを中央値
及び分散
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は、それぞれ以下により与えられる中央値
及び分散値
の対数正規確率変数によりモデル化できる。
【数14】
【数15】
【数16】
【数17】
【数18】
【0130】
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】
【0131】
式（１４）により、スクランブリング構成装置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を、コア損失値λｎが中央値
及び分散
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及び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に依存する。
【数20】
【数21】
【0132】
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のコア損失値に応じて行われ得、スクランブリング関数は、コア損失値に依存するスクランブリング基準に応じる。
【0133】
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１７は、前記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）に従い、マルチコアファイバ内に含まれるＮｃ≧２個のコアを整列させるように構成され得る。コア、コア－ｉ（ｉは、１～Ｎｃの値をとる）は、したがって、
で示される番号付きリストにおいて、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に関連付けられたコア損失値λｉ＋１より大きいか又は小さいコア損失値λｉに関連付けられるように整列され得る。
【数22】
【0134】
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が、コア、コアｉ＋１に関連付けられたコア損失値λｉ＋１より小さいか又はそれに等しくなるように整列され、すなわちλｉ≦λｉ＋１（ｉ＝１，．．．，Ｎｃ－１）である。
【0135】
コア損失値の降順を用いる実施形態では、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が、コア、コアｉ＋１に関連付けられたコア損失値λｉ＋１より大きいか又はそれに等しくなるように整列され、すなわちλｉ≧λｉ＋１（ｉ＝１，．．．，Ｎｃ－１）である。
【0136】
コア損失値の順序を考慮し、スクランブリング構成装置１７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応じて、πにより示されるスクランブリング関数を特定するように構成され得る。
【0137】
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１７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、
との置換、コア、コア２のコア、
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。
【数23】
【数24】
【0138】
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１７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、
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、コアＮｃ－ｉ＋１との置換により、２つずつ置換するためのスクランブリング関数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、
である。
【数25】
【数26】
【0139】
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１７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、
との置換により、２つずつ置換するためのスクランブリング関数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、
であり、演算子｜．｜は、丸め処理を示す。したがって、コア、
は、置換されなくてよい。
【数27】
【数28】
【数29】
【0140】
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、
は、中央のコアに対応し得る。
【数30】
【0141】
スクランブリング関数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。
【0142】
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よれば、スクランブリング構成装置１７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。より具体的には、スクランブリング構成装置１７は、少なくとも第一のコア、コアｎの第二のコア、コアｍ（ｎ≠ｍ）との置換による前記コアの２つずつの置換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、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。
【0143】
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１７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（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）に応じてスクランブリング関数πを特定するように構成され得、スクランブリング関数は、このような実施形態において、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Ｎｃコアの２つずつの置換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、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。
【0144】
スクランブリング構成装置１７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。
【0145】
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。
【0146】
スクランブリング関数πは、
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。
【数31】
【0147】
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32】
【0148】
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。
【0149】
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、
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。
【数33】
【0150】
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、
がコア、
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、
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。
【数34】
【数35】
【数36】
【0151】
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
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。
【数37】
【0152】
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、
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38】
【数39】
【0153】
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。
【0154】
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。
【0155】
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。
【0156】
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。
【0157】
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40】
【0158】
式（１６）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。
【0159】
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。
【0160】
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。
【0161】
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。
【0162】
他の実施形態において、スクランブリング構成装置１７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。
【0163】
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上で光伝送システム１００においてデータを伝送する方法であって、データを搬送する光信号は、Ｎｃ≧２個のコアに従ってマルチコアファイバに沿って伝播し、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。
【0164】
図１０は、単一偏波、単一波長、単一キャリア変調、時空間符号化を行わ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幾つかの実施形態による、光ファイバ伝送チャネル１３上でデータを伝送する方法を示すフローチャートである。
【0165】
ステップ１００１では、マルチコアファイバのパラメータが受信され得る。これらのパラメータは、コアの数Ｎｃ≧２、ファイバの長さＬ、曲げ半径Ｒｂ、ファイバスライスの数Ｋ、マルチコアファイバのコア間の結合係数ｋｎ，ｍ、クラッド径、マルチコアファイバの各コアの半径、マルチコアファイバの各コア、コア－ｎのタイプＴｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）を含み得る。
【0166】
ステップ１００３では、スクランブリング関数π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パラメータの１つ又は複数に応じて特定され得る。
【0167】
幾つかの実施形態において、各コア、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及びコア損失値λｎを含む群において選択され得る。
【0168】
幾つかの実施形態において、スクランブリング関数πは、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て特定され得る。
【0169】
このような実施形態において、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、クロストーク係数及び式（１４）によるミスアラインメント損失係数に応じて特定され得る。
【0170】
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を考慮し、高いコア損失値に関連付けられたコアを、小さいコア損失値に関連付けられたコアと置換するためのスクランブリング関数πが特定され得る。
【0171】
幾つかの実施形態において、コア、コア－ｉ（ｉ∈｛１，．．．，Ｎｃ｝は、番号付きのリスト
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に関連付けられたコア損失値λｉ＋１より大きいか又は小さいコア損失値λｉに関連付けられるように整列され得る。特定されたコア損失値の順序を考慮して、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応じて特定され得る。
【数41】
【0172】
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、スクランブリング関数π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を、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、
と置換するために特定され得、コアＮｃが偶数である場合、
であり、コアＮｃが奇数である場合、
である。
【数42】
【数43】
【数44】
【0173】
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スクランブリング関数の特定は、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において行われ得る。
【0174】
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、スクランブリング関数は、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、スクランブリング関数は、少なくとも第一のコア、コアｎの第二のコア、コアｍ（ｎ≠ｍ）との置換によるコアの２つずつの置換のために特定され得、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。
【0175】
幾つかの実施形態において、スクランブリング関数は、コアタイプに応じて、スネイル、回転又はスネークスクランブリング方式の１つを用いて特定され得る。
【0176】
幾つかの実施形態において、スクランブリング関数は、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（ｎ＝１，．．．，Ｎｃ）に応じて特定され得、スクランブリング関数は、このような実施形態において、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Ｎｃ個のコアの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。
【0177】
ステップ１００５では、マルチコアファイバのコアの置換は、スクランブリング関数πを適用することによって行われ得る。特に、スクランブリング関数の適用は、式（１５）で与えられたスクランブリング関数の行列表現を用いて行われ得る。
【0178】
ステップ１００７では、マルチコアファイバのコアに沿って伝播する光信号は、コアの置換によって再分配（少なくとも１回）され得る。
【0179】
提案されている確定論的スクランブリング方式の性能をコア依存損失及びビット誤り率の点で評価し、既存のランダムスクランブリング方式の性能と比較した。
【0180】
図１４、１５及び１６は、それぞれスネイル、回転及びスネークスクランブリング方式をそれぞれ７コア不均一マルチコアファイバ（図１１に示す）、１２コア不均一マルチコアファイバ（図１２に示す）及び３２コア不均一マルチコアファイバ（図１３に示す）に適用することによって得られる、必要なスクランブラの数に応じたコア依存損失の評価を表すグラフを示す。図のシミュレーション結果は、提案されている本発明による確定論的スクランブリング方式を使用することにより、光ファイバ伝送システム内のスクランブラ／スクランブリング装置の数を減らしながら、コア依存損失を軽減できることを示している。特に、２．４ｄＢのＣＤＬ削減は、７コア不均一マルチコアファイバに対して、２５のランダムスクランブラを取り付ける代わりに、わずか５つのスネイルスクランブラを取り付けることによって得られる。ＣＤＬは、１２コアマルチコアファイバにおいて、回転スクランブリング方式を実装する確定論的回転スクランブラを５つのみ取り付けることによって１．３ｄＢに等しい最小値まで削減できる一方、ランダムスクランブラを適用した場合、３５のランダムスクランブラを取り付ければ、１．５ｄＢのＣＤＬ値に到達することができる。また、３２コア不均一マルチコアファイバにおいて、スクランブリングの数は、３５のランダムスクランブラから５つの確定論的スネークスクランブラに減らすことができ、何れの場合も１．８ｄＢのＣＤＬ値に到達する。
【0181】
図１７、１８及び１９は、それぞれスネイルスクランブリング方式を７コア不均一マルチコアファイバ（図１１に示す）に適用し、回転スクランブリング方式を１２コア不均一マルチコアファイバ（図１２に示す）に適用し、スネークスクランブリング方式を３２コア不均一マルチコアファイバ（図１３に示す）に適用することによって得られる信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に応じたビット誤り率性能の評価を表すグラフを示す。１６－ＱＡＭ変調が光トランスミッタでの変調スキームとして使用され、最尤復号が光レシーバで使用される。このようなシミュレーション結果は、提案されている本発明の各種の実施形態による確定論的スクランブリング方式が、既存のランダムスクランブリング方式及びスクランブリングを用いない構成より良好なＢＥＲ性能を実現し、ＣＤＬフリー伝送チャネル（「ガウスチャネル」と呼ばれる）の性能に近づくことを示している。より具体的には、確定論的スネイルスクランブリング方式を実装する５つのスネイルスクランブラを７コアファイバに取り付けた場合、ＣＤＬフリーチャネルと比較して、ランダムスクランブラを適用することによるＢＥＲ＝１０－３で１ｄＢの代わりに、ＳＮＲペナルティを０．５ｄＢまで減らすことができる。１２コアファイバの例では、回転スクランブリング方式を実装する５つの確定論的回転スクランブラを取り付けることによってコア依存損失を十分に軽減できるが、ランダムスクランブラは、ＣＤＬフリーチャネルと比較して１．５ｄＢのＳＮＲペナルティを有する。性能ゲインは、３２コアマルチコアファイバについても、図１９に示すようにスネークスクランブリング方式を用いて得られる。スクランブリングを用いない伝送システムのＳＮＲペナルティは、ＢＥＲ＝１０－４で２．５ｄＢに等しい。ランダムスクランブラを取り付けると、このペナルティは、０．４ｄＢまで低下するが、５つの確定論的スネークスクランブラを取り付けることによってスネークスクランブリング方式を適用すれば、ＳＮＲペナルティを０．１ｄＢまで低減できる。
【0182】
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に関して説明されているが、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。
【0183】
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。
【0184】
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】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】