(57)【要約】レーザ光などの送信される光信号が、データ信号（１２）とトラッキング信号（１８）によって変調される。トラッキング信号（１８）は、光信号のピークピーク振幅よりかなり小さい変調深さを有する。受信時に、トラッキング信号が、変調された光信号から回復され、送信された光信号に関する受信器（２４）の向きの判定に使用される。
2004505541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ信号を用いて光信号を変調することと、
光信号のピーク・ツゥ・ピーク振幅より実質的に小さい変調深さを有するトラッキング信号を用いて光信号を変調することと、
データ信号とトラッキング信号によって変調された光信号を送信し、受信することと、
受信した変調された光信号からトラッキング信号を回復し、受信した変調された光信号に関する受信器の向きを判定するためにトラッキング信号を使用することと
を含む方法。
【請求項２】
トラッキング信号が、データ信号の周波数よりかなり低い周波数を有する実質的に正弦波の信号を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
トラッキング信号を用いて光信号を変調することが、光信号のピーク・ツゥ・ピーク振幅の５％と１０％との間の変調深さを伴うトラッキング信号を提供することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
受信した光信号からトラッキング信号を回復することが、トラッキング信号の周波数を含む通過帯域を有するフィルタを使用することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
トラッキング信号の振幅を表す直流値を得るためにロックイン検出回路を使用することをさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
トラッキング信号の強度を表す値を得るために、整流器回路、絶対値回路、または二乗回路の１つを使用することをさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項７】
受信した光信号を第１部分と第２部分に分割することと、
第１トラッキング調整にトリガをかけるために第１部分からトラッキング信号を回復することと、
第２トラッキング調整にトリガをかけるために第２部分からトラッキング信号を回復することと
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
トラッキング信号を光信号から電気信号に変換することと、
電気信号を増幅器回路に向けることと、
電気信号の振幅を表す値を得るために増幅器回路の利得を調整可能に制御し、その値を使用して、受信した変調された光信号に関する受信器の向きを調整することと
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
受信した変調された光信号からデータ信号を回復することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
データ信号とトラッキング信号によって同時に変調される搬送波信号であって、トラッキング信号が、搬送波信号の周波数よりかなり低い周波数を有し、トラッキング信号が、搬送波信号のピーク・ツゥ・ピーク振幅より実質的に小さい変調深さを有し、トラッキング信号が、受信された変調された搬送波信号に関して、変調された搬送波信号を受け取ることができる受信器の向きを判定するのに使用可能である搬送波信号
を含む光信号。
【請求項１１】
トラッキング信号が、実質的に正弦波の信号を含む請求項１０に記載の光信号。
【請求項１２】
搬送波信号が、トラッキング信号によって振幅変調される請求項１０に記載の光信号。
【請求項１３】
搬送波信号が、データ信号によって振幅変調される請求項１０に記載の光信号。
【請求項１４】
トラッキング信号の変調深さが、搬送波信号のピーク・ツゥ・ピーク振幅の５％と１０％との間である請求項１０に記載の光信号。
【請求項１５】
データ信号とトラッキング信号を受け取り、データ信号とトラッキング信号を用いて光信号を変調するドライバ・ユニットと、
データ信号とトラッキング信号によって変調された光信号を送信する送信器と
を含む装置。
【請求項１６】
データ信号とトラッキング信号によって変調される光信号を生成するために、ドライバ・ユニットに結合され、ドライバ・ユニットに応答するレーザをさらに含む請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
トラッキング信号を生成するために、ドライバ・ユニットに結合された信号ジェネレータをさらに含む請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
送信器が、エルビウムをドープされたファイバ増幅器を含む請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
データ信号とトラッキング信号によって変調された光信号を受信する受信器と、
受信した光信号を表す電気信号を提供する光検出器と、
電気信号からトラッキング信号を回復し、回復されたトラッキング信号に基づいて、受信された光信号に関する受信器の向きを判定するために、光検出器に結合された処理回路と
を含む装置。
【請求項２０】
処理回路が、トラッキング信号の振幅を表す直流値を得るために、ロックイン検出回路を含む請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
処理回路が、トラッキング信号の強度を表す値を得るために、整流器回路、絶対値回路、または二乗回路の１つを含む請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
受信した光信号を第１部分および第２部分に分割し、第１部分を光検出器に向けるために、受信器に光学的に結合されたビームスプリッタをさらに含む請求項１９に記載の装置。
【請求項２３】
ビームスプリッタが、第２部分を通信検出器に向けるように結合される請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
トラッキング信号を回復し、光検出器に結合された処理回路によってトリガされるもう１つのトラッキング調整に加えて、その回復されたトラッキング信号に基づいてトラッキング調整のトリガをかける、通信検出器に結合されるもう１つの処理回路をさらに含む請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
処理回路が、さらに、回復されたトラッキング信号に基づいて受信された光信号に関する受信器の向きを調整するための制御回路を含む請求項１９に記載の装置。
【請求項２６】
送信器ユニットと受信器ユニットとを含むシステムであって、
送信機ユニットが
データ信号とトラッキング信号を用いて光信号を変調するドライバ・ユニットと、
データ信号とトラッキング信号によって変調された光信号を送信する送信器とを含み、
受信器ユニットが、
データ信号とトラッキング信号によって変調された送信された光信号を受信する受信器と、
受信された光信号を表す電気信号を供給する光検出器と、
電気信号からトラッキング信号を回復し、回復されたトラッキング信号に基づいて、受信された光信号に関する受信器の向きを判定する、光検出器に結合された処理回路と
を含むシステム。
【請求項２７】
処理回路が、トラッキング信号の振幅を表す直流値を得るために、ロックイン検出回路を含む請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
受信した光信号を第１部分および第２部分に分割し、第１部分を光検出器に向けるために、受信器に光学的に結合されたビームスプリッタをさらに含む請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
第１部分からトラッキング信号を回復し、光検出器に結合された処理回路によってトリガされるもう１つのトラッキング調整に加えて、その回復されたトラッキング信号に基づいてトラッキング調整のトリガをかける、通信検出器に結合されるもう１つの処理回路をさらに含む請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
第１データ信号および第１トラッキング信号によって変調された第１光信号を生成し、送信する送信器ユニットと、
第２データ信号および第２トラッキング信号によって変調された第２光信号を受信し、受信された第２光信号から第２トラッキング信号を回復し、受信された第２光信号に関する受信器ユニットの向きを判定する処理回路を有する受信器ユニットと
を含む装置。
【請求項３１】
処理回路が、第２トラッキング信号の振幅を表す直流値を得るためのロックイン検出回路を含む請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
受信器ユニットが、受信された第２光信号を第１部分および第２部分に分割し、第１部分を光検出器に向けるビームスプリッタを含む請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
受信器ユニットが、第２部分から第２トラッキング信号を回復し、光検出器に結合された処理回路によってトリガされるもう１つのトラッキング調整に加えて、その回復された第２トラッキング信号に基づいてトラッキング調整にトリガをかける、通信検出器に結合されたもう１つの処理回路をさらに含む請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
受信器ユニットが、受信された第２光信号を電気信号に変換する光検出器を含み、処理回路が、
電気信号を増幅する調整可能利得増幅器と、
増幅器に結合され、増幅された電気信号を受け取り、増幅された電気信号に局部発振器信号を乗ずる乗算フィルタと、
乗算フィルタに結合され、乗算フィルタからの乗算された信号の振幅を表す値を得る回路ユニットと、
増幅器に結合され、回路ユニットによって得られた値に基づいて増幅器の利得を調整可能に制御する制御ユニットと
を含む請求項３０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は、通信システムに関し、具体的には、無線光通信システムのトーン・トラッキングに関する。
【０００２】
２．背景情報
インターネットおよび／またはワールド・ワイド・ウェブなどの広域ネットワークの人気の高まりに伴って、ネットワーク成長およびネットワーク・トラフィックが、近年爆発的に増加した。ネットワーク・ユーザは、より高速のネットワークを求め続け、ネットワーク需要が増加するにつれて、既存のネットワークのインフラストラクチャおよび技術がその限界に達しつつある。
【０００３】
既存のハードワイヤまたはファイバのネットワーク解決策に対する代替案が無線光遠隔通信技術の使用である。無線光遠隔通信では、光通信信号としてレーザなどの光のビームを使用し、したがって、ロケーション間のケーブルまたはファイバのルーティングを必要としない。データまたは情報は、光のビームにエンコードされ、送信器から受信器へ、自由空間を介して送信される。
【０００４】
ポイントツーポイント自由空間レーザ通信は、狭い光ビームの使用によって、データ・セキュリティ、高い顧客密度、および高い指向性を含む複数の長所がもたらされる。高い指向性によって、受信器でのより高い信号レベルに起因して、高いデータ・レートおよび高いリンク適用性の達成が容易になる。この指向性をフルに利用するために、しばしば、送信器と受信器のアンテナを正しくお互いを指すように保つのに何らかの形のトラッキングが必要である。たとえば、１ミリラジアンの発散を有する送信された光ビームは、１ｋｍ範囲の受信器で約１ｍのスポット径を有する。したがって、能動トラッキングが使用されない限り、発散（または視野）のわずかな部分であっても、送信器または受信器の移動が、リンクを危険にさらす可能性がある。高速通信チャネルでは、極端に敏感な検出器が使用されるので、そのようなシステムは、同等に敏感なトラッキング・システムを必要とする。
【０００５】
電界結合素子（ＣＣＤ）アレイまたはクォドラント・セル光検出器（「クワッド・セル」とも称する）を、トラッキング・システムのトラッキング検出器として使用することができる。どちらの場合でも、電気的に制御可能なステアリング・ミラー、ジンバル、または他のステアリング・デバイスを使用して、トラッキング検出器によって供給される情報に基づいて、高速通信検出器に向けられる光信号（たとえば光）を最大にすることができる。これが可能であるのは、トラッキングおよび通信の光経路が事前に整列され、完全に整列されたシステムのトラッキング信号の性質が既知であるからである。ＣＣＤトラッキングは、非常に敏感であり、ＣＣＤアレイ上のグリント「フィーチャ」を無視する能力のゆえに太陽グリントに対する潜在的により高いイミュニティを提供し、一般に、実績のあるトラッキング方法である。しかし、ある波長で、ＣＣＤ検出システムの制限に起因して、別のより低い波長のトラッキング信号が必要になることがしばしばである。
【０００６】
光システムが整列されていれば、クワッド・セルの４つのクォドラントのすべてにおける等しい信号が、ステアリング・ミラーが光通信信号を高速通信検出器に最適に向けていることを示し、ここからの逸脱がある場合には、ステアリング・ミラーが光信号をこの最適平衡に導く。
【０００７】
クワッド・セルの信号は直流（ＤＣ）信号とすることができる。ＤＣトラッキングでは、各クワッド・セルからのトラッキング信号の平均信号を使用することができる。ＤＣに関する問題は、クワッド・セルのエレクトロニクスが、実際の光信号と、太陽の背景放射または不完全な送信／受信分離から来る可能性がある信号を区別できないことである。したがって、トラッキング・システムは、背景光が存在する時に送信器と受信器を誤って整列する可能性がある。全体として、既存のトラッキング・システムは、複雑で、かさばり、高価であり、時々信頼性がないという短所を有する。
【０００８】
したがって、無線光通信システムでのトラッキングの改良が必要である。
【０００９】
（発明の概要）
本発明の１態様によれば、方法に、データ信号と、光信号のピーク・ツゥ・ピーク振幅より実質的に小さい変調深さを有するトラッキング信号とを用いて光信号を変調することが含まれる。データ信号とトラッキング信号によって変調された光信号が送信され、受信される。この方法には、さらに、受信された変調された光信号からトラッキング信号を回復させ、トラッキング信号を使用して、受信された変調された光信号に関する受信器の向きを判定することが含まれる。
【００１０】
本発明の制限的でなく網羅的でない実施形態を図面に示すが、図面では、別途指定されない限り、類似する符号が、さまざまな図を通じて同様の部分を指す。
【００１１】
（図示の実施形態の詳細な説明）
無線光通信システムでのトーン・トラッキングのシステムおよび方法の実施形態を本明細書で詳細に説明する。以下の説明では、本発明の実施形態の完全な理解を与えるために、多数の具体的な詳細を示す。しかし、１つまたは複数の特定の詳細なしで、または他の方法、構成要素、材料などを用いて、本発明を実現できることを、当業者は諒解するであろう。他の場合には、本発明のさまざまな実施形態の諸態様を不明瞭にしないために、周知の構造、材料、または動作を、図示しないか詳細に説明しない。
【００１２】
本明細書全体を通じて、「一実施形態」または「実施形態」への言及は、実施形態に関して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書のさまざまな場所での句「一実施形態で」または「実施形態で」の出現は、必ずしもすべてが同一の実施形態を指すのではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性を、１つまたは複数の実施形態で適当な形で組み合わせることができる。
【００１３】
本明細書で使用される用語「トラッキング」は、当業者によって理解されるものと同様の意味を有する。すなわち、用語「トラッキング」には、多かれ少なかれ、受信された光信号に関する光受信器の向き（および／またはその構成部分の向き）のモニタリング処理および調整が含まれる。この形で、トラッキングによって、光受信器を、受信される光信号に実質的に整列されたままにすることができ、これによって、光受信器の最大受信性能がもたらされる。
【００１４】
本発明の実施形態では、交流（ＡＣ）トラッキング信号を得るためにトーン・トラッキングを使用し、その結果、ＡＣトラッキング信号を、その後で使用して、受信した光データ通信信号に関する光受信器の向きを調整できるようにする。データ通信信号に、たとえば１５４８．５１ｎｍの、レーザ光および類似物を含めることができる。データ通信信号は、単色であるか、特定の波長または色であることに制限されず、データ通信信号に、可視光ならびにスペクトルの紫外線または赤外線（ＩＲ）部分を含めることができる。データ通信信号は、たとえば１００ｋＨｚなどのトーンで送信器で部分的に変調される。この１００ｋＨｚ信号の変調深さは、データ通信信号の総ピーク・ツゥ・ピーク電力の５％または他の最小限の値とすることができる。この変調深さは、一般に、あまり増やされない。そうでなければ、通信チャネルの感度が悪影響を受けるか、データが失われ、かつ／またはひずむ可能性がある。
【００１５】
まず図１を参照すると、全般的に、符号１０で、本発明の実施形態を説明する、時間領域信号図を示している。光データ通信信号１２が、時間期間に対応する「オン」セグメント１４および「オフ」セグメント１６を有するものとして示されている。データ通信信号１２は、たとえば、１および０の２進パルス列を表すことができ、ここで、１はオン・セグメント１４に対応し、０はオフ・セグメント１６に対応する。データ通信信号１２は、たとえば、２進パルス列を用いて高周波搬送波を振幅変調することによって作ることができる。振幅シフト・キーイング、オン／オフ・キーイング（ＯＯＫ）、あるいは、周波数変調または位相変調などの他の変調方法を使用することも可能である。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、低周波数トラッキング信号またはトーン信号１８が、データ通信信号１２に直接に注入される。すなわち、トーン信号１８は、データ通信信号１２をさらに変調し、これによって、図１に示された「エンベロープ」をもたらす。
【００１７】
トーン信号１８による変調の深さは、変更することができる。一実施形態では、トーン信号１８によって、データ通信信号１２が、５％から１０％の深さで変調される。これを行うことによって、データ通信信号１２が、そのピーク信号の５％から１０％以内を失う。５％から１０％の変調深さが、この実施形態によって提供されるが、特定の応用例、ピーク振幅の変動に対する光通信システムの感度、および／またはデータ消失またはデータひずみの許容可能な量に応じて、より高いまたはより低い変調深さを使用できることを理解されたい。さらに、信号図１０が、例示的表現にすぎず、振幅、周波数、位相などに関して必ずしも実寸通りに描かれていないことを理解されたい。
【００１８】
トーン信号１８は、データ通信信号１２の周波数から十分に区別できる適切な低周波数である。トーン信号１８は、一実施形態では、たとえば１ｋＨｚから１００ｋＨｚとすることができるが、データ通信信号１２は、たとえばメガヘルツまたはギガヘルツ範囲の周波数であってもよい。さらに、トーン信号１８は、本明細書では説明を簡単にするために正弦波として説明されるが、方形波、三角形波などの他のタイプの信号を使用できることを諒解されたい。
【００１９】
図２の符号２０で全般的に示されているのが、図１の信号図１０によって表される信号を送信／受信できる無線光システムの実施形態である。システム２０には、一実施形態では独立した送信器２２と受信器２４を含めることができるが、もう１つの実施形態では、送信器２２と受信器２４に、他のトランシーバ・ユニット、送信器、受信器、または他のシステム構成要素と通信できるトランシーバ・ユニットを含めることができる。
【００２０】
最初、システム２０の送信器端で、送信されるデータを表す２進パルス列２６がレーザ・ドライバ・ユニット２８に供給される。レーザ・ドライバ・ユニット２８には、レーザ３０の入力および出力を制御するために、ハードウェア、ソフトウェア、変調器、制御ユニット、プロセッサなどを含めることができる。レーザ・ドライバ・ユニット２８は、２進パルス列２６を使用して、レーザ３０が、図１のデータ通信信号１２を出力できるように、高周波数搬送波を変調する。
【００２１】
データ通信信号１２をトラッキング用のトーン信号１８と共に提供するため、トーン・ジェネレータ３２が、レーザ・ドライバ・ユニット２８に結合される。トーン・ジェネレータ３２は、レーザ・ドライバ・ユニット２８がデータ通信信号１２をさらに変調できるように、たとえば１ｋＨｚのトーン信号１８を供給する。最終的な結果は、レーザ３０が、図１の信号図１０によって表される信号を出力でき、２進パルス列２６とトーン・ジェネレータ３２からのトーン信号１８の両方によって、高周波数搬送波が変調される。
【００２２】
レーザ３０は、図１の信号図１０によって表される変調されたレーザ光を、ファイバ・リンク３４を介して送信器２２に出力する。ファイバ・リンク３４には、偏光を保つファイバまたはレーザ応用用の他の適切な市販ファイバを含めることができる。送信器２２には、エルビウムをドープされた光ファイバ増幅器または他の適切な増幅器と、変調されたレーザ光を自由空間を介して受信器２４に送信できる関連する構成要素を含めることができる。
【００２３】
システム２０の受信器端で、受信器２４は、送信器２２から送信された変調されたレーザ光を受信し、レーザ光をビームスプリッタ３６に向ける。ビームスプリッタ３６は、レーザ光を分割し、第１部分を一実施形態のクワッド・セル検出器などの光検出器３８に送り、第２部分を通信検出器４０に送る。一実施形態では、ビームスプリッタ３６が、レーザ光のほとんどを通信検出器４０に送り、より少ない量が光検出器３８に送られる。下で説明するように、トラッキングは光検出器３８に関連する、経路Ａに沿った回路によって実行することができ、通信検出器４０に関連する回路は変調されたレーザ光から元の２進パルス列２６を取り出すためのさまざまな信号処理動作を実行する。一実施形態では、通信検出器４０の後の経路Ｂに沿った回路によって、処理経路Ａに沿った回路によって実行されるトラッキングに加えて、より微細なレベルのトラッキングを実行することができる。
【００２４】
図３は、処理経路Ａに沿ったトラッキング関連処理を実行するために光検出器３８に結合することができる信号処理回路４２の実施形態のブロック図である。一実施形態では、別の処理回路４２を、光検出器３８の各セルに結合して、別の処理チャネルを提供することができ、もう１つの実施形態では、処理回路４２のいくつかの構成要素を、光検出器３８の１つまたは複数のセルによって共用することもできる。
【００２５】
動作中に、光検出器３８のセルは、受け取った光信号（たとえば変調されたレーザ光）を、図１の信号図１０によって表されるものなどの電気信号に変換する。この結果の電気信号を、回路（図示せず）によって復調して、変調された信号の高周波数成分を元の低周波数成分に変換することができる（たとえば、元のトーン信号１８を１ｋＨｚに変換し、高周波数搬送波からの２進パルス列２６をそのベースバンド低周波数に変換する）。その後、復調された信号が、低域フィルタ／増幅器４４に供給される。
【００２６】
低域フィルタ／増幅器４４は、復調された信号を増幅し、一実施形態では、トーン信号１８の周波数を超える高周波数信号および高周波数雑音をフィルタ・アウトする。もう１つの実施形態では、処理回路４２が、低域フィルタリングおよび／または増幅器４４を使用しない／含まない。
【００２７】
次に、トーン信号１８の周波数を中心とする通過帯域を有する狭帯域フィルタ４６を使用して、他の周波数をキャンセルしながらトーン信号１８を取り出す。もう１つの実施形態では、低域フィルタ／増幅器４４を使用する必要なしに、狭帯域フィルタ４６だけを使用してトーン信号１８を回復することができる。
【００２８】
取り出されたトーン信号１８が、回路ユニット４８に向けられる。回路ユニット４８は、トーン信号１８の強度（たとえば、電力、振幅など）を判定することができる。したがって、光検出器３８の個々のセルに入射する変調されたレーザ光の相対強度（具体的には、トーン信号１８の相対強度）を知ることによって、送信されたレーザ光に関するおよび／または送信器２２に関する受信器２４の向きを、判定でき、必要な場合に調整することができる。
【００２９】
光検出器３８の各セルでのトーン信号１８の強度を判定するために、回路ユニット４８に、絶対値回路、二乗回路、または他の回路を含めて、トーン信号１８の振幅または電力を判定することができる。
【００３０】
もう１つの実施形態では、回路ユニット４８に、ロックイン検出回路を含めることができる。動作中に、ロックイン検出回路は、正弦波トーン信号１８（Ａｃｏｓ ωｔの形を有することができ、ωは、角周波数である）を、同一の周波数を有するもう１つの正弦波信号Ｂｃｏｓ ωｔだけ増幅する。数学的には、２つの正弦波が同位相である場合に、次式を導出することができる。
（Ａｃｏｓ ωｔ）（Ｂｃｏｓ ωｔ）＝ＡＢ−ＡＢｓｉｎ２ ωｔ　（１）
【００３１】
２つの正弦波が、位相差Φを有する場合に、次式を導出することができる。
［Ａｃｏｓ ωｔ］［Ｂｃｏｓ（ωｔ＋Φ）］＝ＡＢｃｏｓΦ−ＡＢｃｏｓΦ
ｓｉｎ２ ωｔ−ＡＢｓｉｎΦｃｏｓ ωｔ　ｓｉｎ ωｔ　　　　　　（２）
式（１）および（２）から、正弦波のこの乗算によって、それぞれ直流項ＡＢおよびＡＢｃｏｓ　Φが作られることに留意されたい。したがって、ＤＣ項を分離するためのフィルタリングと結合された乗算を用いると、ロックイン検出回路が、トーン信号１８の振幅を表すＤＣ項を得られるようになる。光検出器３８のセルごとにトーン信号１８の強度を得て、比較して、トラッキングと受信に対する受信器２４の整列を判定し、調整することができる。
【００３２】
回路４２に、アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器５０を含めて、トーン信号１８の振幅を表すアナログ信号をディジタル信号に変換することができる。その後、ディジタル信号を、制御エレクトロニクス５２によって処理して、必要な場合に、最適の整列について受信器２４の位置を変更することができる。
【００３３】
図４に、上で説明した処理経路Ａに沿ったトラッキング関連処理を補足する、処理経路Ｂに沿ったより微細なレベルのトラッキング関連処理を実行するために通信検出器４０に結合することができる信号処理回路５４の実施形態を示す。もう１つの実施形態では、トラッキング関連処理が、処理経路Ｂに沿ったトラッキング関連処理を実行する必要なしに、処理経路Ａだけに沿って実行される。
【００３４】
処理回路５４には、変調されたレーザ光からデータ（たとえば２進パルス列２６）を取り出し、かつ／または処理するためにデータ通信エレクトロニクス５６または他の回路が含まれる。図３の処理回路４２内の対応する構成要素に類似して、図４の処理回路５４には、低域通過フィルタ／増幅器５８、狭帯域フィルタ６０、回路ユニット６２、Ａ／Ｄ変換器６４、および制御エレクトロニクス６６が含まれる。回路ユニット４８と同様に、回路ユニット６２では、ロックイン検出回路または整流器、絶対値回路などを使用して、トーン信号１８の振幅または電力を判定することができる。Ａ／Ｄ変換器６４は、この振幅／電力を表すアナログ信号をディジタル信号に変換し、ディジタル信号を制御エレクトロニクス６６に供給する。制御エレクトロニクス６６は、一実施形態では図３の制御エレクトロニクス５２と同一とすることができ、別の実施形態では、異なる回路とすることもできる。
【００３５】
動作中に、回路４２の制御エレクトロニクス５２が、まず、光検出器３８の各セルで検出されたトーン信号１８の相対振幅／電力に基づいて、受信器２４の基本整列調整にトリガをかけることができる。次に、回路５４の制御エレクトロニクス６６が、通信検出器４０によって受信され、処理回路５４によって処理される単一のトーン信号１８の強度に基づくより微細な整列調整にトリガをかけることができる。たとえば、制御エレクトロニクス６６は、トーン信号１８の電力／振幅の判定された値を、最適整列に関する受信器２４の増分距離／変位を表すルックアップ・テーブルに保管された値と関連づけるハードウェアやソフトウェアと共に動作する。
【００３６】
上で説明したように、光検出器３８は、トーン信号１８を重畳された変調されたレーザ光を受け取る。変調の深さは、実施形態によって異なるものとすることができ、さらに、着信信号電力は、自由空間光学環境内の大気の減衰および他の妨害物に応じて広い範囲にわたって変化する可能性がある。図５は、この問題に対処する調整可能制御利得（ＡＧＣ）回路９２を示すブロック図９０である。ＡＧＣ回路９２の使用によって、トーン信号１８および／またはレーザ光が劇的に減衰される時の状況のために広いダイナミック・レンジを有する光受信器システムを提供することができる。
【００３７】
別のＡＧＣ回路９２を光検出器３８の各セルの下流に結合することができる。動作中に、光検出器３８の各セルがトーン信号９１を検出／受信する、このトーン信号は、雑音およびＤＣ成分を有することがある。光検出器３８は、光信号から電気トーン信号９３にトーン信号９１を変換する。電気トーン信号９３には雑音が含まれることがあり、電気トーン信号９３は、トーン信号９１と比較して増幅することができ、ＤＣ成分が除去されている。この電気トーン信号９３が、ＡＧＣ増幅器９４に供給される。
【００３８】
ＡＧＣ増幅器９４は、電気トーン信号９３を増幅して、雑音を含む可能性がある、増幅された電気トーン信号９５を得る。ＡＧＣ増幅器９４は、増幅されたトーン信号９５をピーク検出器９６に出力する。ピーク検出器９６は、増幅されたトーン信号９５の振幅を検出し、この検出された振幅に基づいてＡＧＣ増幅器９４の利得の調整にトリガをかけることができる。一実施形態では、ＡＧＣ増幅器９４を、その最大出力値がそれが出力できる値未満になるように利得を調整することによって制御することができる。これによって、雑音レベルが非常に高い場合であっても、受信器システムが信号情報を失わなくなる。
【００３９】
ＡＧＣ増幅器９４は、増幅されたトーン信号９５を位相／周波数ロックされた乗算フィルタ９８にも出力する。乗算フィルタ９８は、増幅されたトーン信号９５をとり、同一の周波数を有する、局部発振器１００によって生成された実質的に雑音がない位相ロックされた正弦波信号９９を乗じる。乗算の結果として、雑音が除去され、「雑音がない」信号１０１が乗算フィルタ９８から出力される。一実施形態では、信号１０１を絶対値正弦波信号とすることができる。
【００４０】
信号１０１は、整流器１０２または他の類似する回路などの回路ユニットに供給されて、光検出器３８で受け取られたトーン信号９１の強度を表す信号レベルを有する実質的にＤＣの信号１０３が得られる。制御エレクトロニクス５２がこのＤＣ信号１０３のレベルを使用して、光検出器３８の各セルに対応する各ＤＣ信号１０３のレベルを比較することによって、トラッキング制御が実行される。
【００４１】
ＡＧＣ回路９２のもう１つの実施形態では、ＡＧＣ増幅器９４が、増幅されたトーン信号９５を（乗算フィルタ９８に出力するのではなく）狭帯域フィルタに出力する。帯域フィルタは、増幅されたトーン信号９５の周波数を中心とする通過帯域を有する。この実施形態では、局部発振器１００および位相ロックされた正弦波信号９９が使用されない。帯域フィルタは、増幅されたトーン信号９５から雑音をフィルタリングし、信号１０１を出力する。この信号１０１は、この場合には、標準的な正弦波信号である（絶対値正弦波信号ではなく）。正弦波信号１０１が、上で説明した形によるさらなる処理のために、整流器１０２に供給される。
【００４２】
一実施形態では、局部発振器１００を、光検出器３８の各セルに対応させて結合されたＡＧＣ回路９２のそれぞれと共通にすることができる。さらに、一実施形態では、利得制御回路（たとえば、ピーク検出器９６または他の回路）は、各ＡＧＣ増幅器９４の利得をセットするために光検出器３８の各セルから導出される情報（各ＤＣ信号１０３のレベルなど）を使用する。その利得は、受け取られた最も強いトーン信号９１を有するセルの最大信号レベルを生じるレベルにセットされる。一実施形態で、ＡＧＣ増幅器９４のすべてが同一の利得を有し、その結果、各ＡＧＣ増幅器９４の出力から導出されるＤＣ信号１０３の異なるレベルを、互いに関して比較できるようになることに留意されたい。
【００４３】
一実施形態で、ＡＧＣ増幅器９４は、０ｄＢ（×１）と＋９６ｄＢ（×６３０００）の間で電気トーン信号９３を増幅することができる。したがって、ＡＧＣ増幅器９４は、その利得について広いダイナミック・レンジを有する。ＡＧＣ回路９２がないと、受信器システムが、約４６ｄＢ（×２００）のより狭いダイナミック・レンジを有することになる可能性がある。
【００４４】
結論として、本発明の実施形態は、データ信号とトラッキング信号の両方を用いて搬送波を変調する。トラッキング信号の変調深さは、変調された／変調されない搬送波のピーク・ツゥ・ピーク振幅または電力と比較して小さいので、データ信号に関連するデータは、失われず、ひずまない。さらに、トラッキング信号（たとえばトーン信号１８）が、データ信号と同一の搬送波で搬送されるので、別の搬送波上の別のトラッキング信号は不要である。ＡＣは太陽グリントによって大きく影響されないので、トラッキング信号のＡＣの性質によって、ＤＣベースの他のシステムに対する利益が提供される。上で説明した処理回路４２および５４の実施形態は、雑音の影響を最小にすると同時に、優れた感度性能を提供する。
【００４５】
要約に記載されたものを含む、本発明の図示の実施形態の上の説明は、網羅的であることも、開示された正確な形態に本発明を制限することも意図されていない。本発明の具体的な実施形態および例を、例示のために本明細書で説明したが、当業者が諒解するであろうように、本発明の範囲内で、さまざまな同等の修正形態が可能である。
【００４６】
これらの修正を、上の詳細な説明に鑑みて本発明に対して行うことができる。請求項で使用される用語は、本明細書および請求項に開示された特定の実施形態に本発明を制限するものと解釈してはならない。そうではなく、本発明の範囲は、完全に請求項によって決定され請求項は請求項解釈の確立された原則に従って解釈されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による、トラッキングのためのトーン信号の使用を示す信号図である。
【図２】トラッキング用の図１のトーン信号を使用することができる無線光通信システムの実施形態の機能ブロック図である。
【図３】トーン信号を処理することができる、図２のシステムの光検出器の信号処理回路の実施形態のブロック図である。
【図４】トーン信号を処理することができる、図２のシステムの通信検出器の信号処理回路の実施形態のブロック図である。
【図５】トーン信号の処理での改善に使用することができる調整可能利得制御回路の実施形態のブロック図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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