(57)【要約】【課題】信号ゲインを増加させる光送信器技術を提供すること。【解決手段】共同送信のための補完的な信号を生成する方法であって、該方法は、第１の信号を生成することであって、該第１の信号は、第１の変調により変調されて、データを符号化する、ことと、第２の信号を生成することであって、該第２の信号は、第２の変調により変調されて、該データを符号化し、該第２の変調は、該第１の信号と該第２の信号とが補完的であるように、該第１の変調の反転バージョンである、ことと、該第１と第２の信号を組み合わせて、組み合わされた信号を生成することであって、該組み合わされた信号において、該第１の信号に起因する電力は、該第２の信号に起因する電力と交互配置され、時間的に重複しない、ことと、該組み合わされた信号を増幅することと、該組み合わされた信号を送信媒体に供給することとを包含する、方法。【選択図】図１
2013042197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共同送信のための補完的な信号を生成する方法であって、該方法は、
第１の波長を有する第１の信号を生成することであって、該第１の信号は、第１の変調によって変調されることにより、データを符号化する、ことと、
第２の波長を有する第２の信号を生成することであって、該第２の信号は、第２の変調によって変調されることにより、該データを符号化し、該第２の変調は、該第１の信号と該第２の信号とが補完的であるように、該第１の変調の反転バージョンである、ことと、
該第１の信号および該第２の信号を組み合わせることにより、組み合わされた信号を生成することであって、該組み合わされた信号において、該第１の信号に起因し得る電力は、該第２の信号に起因し得る電力と交互配置され、かつ、時間的に実質的に重複しない、ことと、
該組み合わされた信号を増幅することと、
該組み合わされた信号を送信媒体に供給することと
を包含する、方法。
【請求項２】
前記第１の変調および前記第２の変調は、オン／オフキーイング（ＯＯＫ）変調である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記組み合わされた信号は、実質的に一定の電力を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の信号および前記第２の信号は、光信号であり、前記組み合わされた信号は、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）によって増幅される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
共通のデータ信号を第１の経路および第２の経路に供給することをさらに包含し、前記第１の信号は、該第１の経路の該共通のデータ信号から生成され、前記第２の信号は、該第２の経路の該共通のデータ信号を反転することによって生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の信号を生成することは、前記第１の信号経路の前記共通のデータ信号を第１の波長の光信号に変換することを包含する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の信号を生成することは、前記第２の信号経路の前記共通のデータ信号を第２の波長の光信号に変換することをさらに包含し、該共通のデータ信号の光信号への変換は、前記共通のデータ信号を反転することの下流で実行される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の信号を生成することは、前記第２の信号経路の前記共通のデータ信号を第２の波長の光信号に変換することをさらに包含し、該共通のデータ信号の光信号への変換は、前記共通のデータ信号を反転することの上流で実行される、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
第１の光信号および第２の光信号を生成する方法であって、
共通の信号を第１の信号経路および第２の信号経路に供給することであって、該共通の信号は、オン−オフキーイング（ＯＯＫ）変調されることにより、情報を符号化する、ことと、
該第１の信号経路の該共通の信号から、第１の光波長を有する第１の光信号を生成することと、
該第２の信号経路の該共通の信号から、第２の光波長を有する第２の光信号を生成することであって、該第２の光信号は、該共通の信号の反転バージョンを含む、ことと、
該第１の光信号と該第２の光信号とを光学的に組み合わせることにより、組み合わされた信号を生成することであって、該組み合わされた信号において、該第１の光信号に起因し得る電力は、該第２の光信号に起因し得る電力と交互配置され、かつ、時間的に実質的に重複しない、ことと、
該組み合わされた信号を増幅することと、
該組み合わされた信号を送信媒体に供給することと
を包含する、方法。
【請求項１０】
共同送信のための補完的な信号を生成する装置であって、
第１の波長を有する第１の信号を生成するように構成された第１の信号発生器であって、該第１の信号は、第１の変調によって変調されることにより、データを符号化する、第１の信号発生器と、
第２の波長を有する第２の信号を生成するように構成された第２の信号発生器であって、該第２の信号は、第２の変調によって変調されることにより、該データを符号化し、該第２の変調は、該第１の信号と該第２の信号とが補完的であるように、該第１の変調の反転バージョンである、第２の信号発生器と、
該第１の信号と該第２の信号とを組み合わせることにより、組み合わされた信号を生成するように構成されたコンバイナであって、該組み合わされた信号において、該第１の信号に起因し得る電力は、該第２の信号に起因し得る電力と交互配置され、かつ、時間的に実質的に重複しない、コンバイナと、
該組み合わされた信号を送信の前に増幅するように構成された増幅器と
を備えている、装置。
【請求項１１】
前記第１の変調および前記第２の変調は、オン／オフキーイング（ＯＯＫ）変調である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記コンバイナは、前記組み合わされた信号を生成し、前記組み合わされた信号は、実質的に一定の電力を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の信号および前記第２の信号は、光信号であって、前記増幅器は、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を備えている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の信号発生器は、共通のデータ信号を受信するように構成された第１の経路に沿って配置された第１のレーザモジュールを備え、該第１のレーザモジュールは、該共通のデータ信号を第１の光波長の前記第１の信号に変換するように構成され、
前記第２の信号発生器は、該共通のデータ信号を受信するように構成された第２の経路に配置された第２のレーザモジュールを備え、該第２のレーザモジュールは、該共通のデータ信号を第２の光波長の光信号に変換するように構成され、
該装置はインバータをさらに備え、該インバータは、該第２の経路に沿って該第２のレーザモジュールの上流または下流のいずれかに配置され、かつ、受信された信号を反転するように構成され、それによって、該インバータおよび該第２のレーザモジュールは、該共通のデータ信号を前記第２の波長の前記第２の信号に変換する、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のレーザモジュールおよび前記第２のレーザモジュールは、チューナブルレーザシードモジュールである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
共同送信される補完的な信号を検出する方法であって、該方法は、
第１および第２の補完的信号を含む組み合わされた信号を受信することであって、該組み合わされた信号において、該第１の信号に起因し得る電力は、該第２の信号に起因し得る電力と交互配置され、かつ、時間的に実質的に重複せず、該第１の信号は第１の波長を有し、該第２の信号は第２の波長を有する、ことと、
該第２の信号は、該第１の信号の反転バージョンであるように、該組み合わされた信号を第１の経路における該第１の信号と第２の経路における該第２の信号とに分割することと、
該第１の信号を該第２の信号と比較することにより、該第１の信号および該第２の信号の中に符号化されたデータを回収することと
を包含する、方法。
【請求項１７】
前記第１および第２の補完的信号は、光信号である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
光受信器システムであって、
第１および第２の補完的信号を含む組み合わされた信号を受信するように構成された受信器オプティクスであって、該組み合わされた信号において、該第１の信号に起因し得る電力は、該第２の信号に起因し得る電力と交互配置され、かつ、時間的に実質的に重複せず、該第１の信号は第１の光波長を有し、該第２の信号は第２の光波長を有する、受信器オプティクスと、
該第２の信号が、該第１の信号の反転バージョンであるように、該組み合わされた信号を第１の経路における該第１の信号と第２の経路における該第２の信号とに分割するように構成されたビームスプリッタと、
該第１の経路に沿って配置され、かつ、該第１の信号を第１の電気信号に変換するように構成された第１の光検出器と、
該第２の経路に沿って配置され、かつ、該第２の信号を第２の電気信号に変換するように構成された第２の光検出器と、
該第１の電気信号および該第２の電気信号をそれぞれ受信するように構成された第１の入力差動入力部および第２の入力差動入力部を有するコンパレータであって、該第１の電気信号と該第２の電気信号との比較に基づいてデータ信号を生成する、コンパレータと
を備えている、システム。
【請求項１９】
前記コンパレータは、差動増幅器を備えている、請求項１８に記載の光受信器システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（背景）
光通信システムは、非常に高いデータ率で長い距離までデータを送信することができる。オン−オフキーイング（ＯＯＫ）は、データを光信号の中に符号化するために使用されることのできる変調の１つのタイプである。ＯＯＫ変調によって、論理的１およびゼロは、信号電力の連続する存在または非存在により、信号で表現され、信号は、実質的に全電力と無電力との間で交互する。データの符号化によりおよそ同じ数の論理的１およびゼロを生じる平衡した変調スキームに対して、信号は、ほぼ半分の時間「オン」である。他の半分の時間、信号は「オフ」であり、送信される信号には電力は実質的に存在しない。約半分の時間電力が存在しないことにより、常に全電力を有する信号と比較して３ｄＢの電力損失を生じる。この損失は、光通信システムにおける通信ターミナルの最大動作範囲を低減する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
ＯＯＫ変調に対して３ｄＢゲインを達成するシステムは一般的に、極めてより複雑であり、より複雑なハードウエアを必要とする。このように、ＯＯＫ変調によって引き起こされる３ｄＢ欠損を避ける技術は、相当な大きさ、重量、電力消費、およびコストを送信器システムに追加する。したがって、電力ゲインを実現するために通常必要であるさらなる大きさ、重量、電力消費およびコストを導入することなく、システム内で利用可能な信号増幅および電力を十分利用する光送信器システムに対する必要性が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
共同送信のための補完的な信号を生成するための技術は、第１の波長を有する第１の信号および第２の波長を有する第２の信号を生成することを含む。第１の信号は、第１の変調によって変調されることにより、データを符号化し、第２の信号は、第２の変調によって変調されることにより、同じデータを反転の態様で符号化する。特に、第２の変調は第１の変調の反転バージョンであり、それによって、第１の信号および第２の信号は補完的となる。第１の信号および第２の信号は組み合わされて、組み合わされた信号を生成し、この組み合わされた信号において、第１の信号に起因し得る電力は、第２の信号に起因し得る電力と交互配置され、かつ、時間的に実質的に重複しない。組み合わされた信号は増幅され、その後、送信される。
【０００４】
第１の信号および第２の信号は、それぞれ、第１の光波長および第２の光波長の光信号であることができ、第１の信号および第２の信号は、オン−オフキーイング（ＯＯＫ）変調される。このコンテキストにおいて、本発明の交互配置する技術は、第１の信号と第２の信号の両方が、単一の増幅器、例えばエルビウム添加ファイバ増幅器を使用して増幅されることを可能にする一方、両信号がなおも、この増幅器から利用可能な電力増幅の全範囲にわたって増幅されることを可能にする。
【０００５】
受信ターミナルにおいて、組み合わされた信号は、第１の信号および第２の信号に分離されることができ、これら第１の信号および第２の信号は、データの回収のためにコンパレータの入力部に供給される。送信器システムの全電力を継続的に使用し、かつ、この態様で送信された信号を検出することによって、単一の信号についてＯＯＫ変調を使用する同等のシステムと比較して、３ｄＢ電力ゲインが実現されることができる。それにもかかわらず、第２の信号が生成され、そして、これらの電力ゲインが、光送信器システムの大きさ、重量、複雑さ、電力消費、およびコストを実質的に増加させることなく実現される。
【０００６】
本発明の上記の特徴および利点ならびにさらなる特徴および利点が、以下の定義、説明および特定の実施形態の説明図を考慮すると明らかとなり、様々な図における同様な参照番号は、同様なコンポーネントを指定するために利用される。これらの説明は、本発明の特定の詳細に及ぶが、本明細書の説明に基づき、変更が存在し得、確実に存在し、それらの変更は、当業者に明らかであることが理解されるべきである。
【０００７】
本発明は、さらに以下の手段を提供する。
【０００８】
（項目１）  
共同送信のための補完的な信号を生成する方法であって、該方法は、
第１の波長を有する第１の信号を生成することであって、該第１の信号は、第１の変調によって変調されることにより、データを符号化する、ことと、
第２の波長を有する第２の信号を生成することであって、該第２の信号は、第２の変調によって変調されることにより、該データを符号化し、該第２の変調は、該第１の信号と該第２の信号とが補完的であるように、該第１の変調の反転バージョンである、ことと、
該第１の信号および該第２の信号を組み合わせることにより、組み合わされた信号を生成することであって、該組み合わされた信号において、該第１の信号に起因し得る電力は、該第２の信号に起因し得る電力と交互配置され、かつ、時間的に実質的に重複しない、ことと、
該組み合わされた信号を増幅することと、
該組み合わされた信号を送信媒体に供給することと
を包含する、方法。
【０００９】
（項目２）  
上記第１の変調および上記第２の変調は、オン／オフキーイング（ＯＯＫ）変調である、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
【００１０】
（項目３）  
上記組み合わされた信号は、実質的に一定の電力を有する、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
【００１１】
（項目４）  
上記第１の信号および上記第２の信号は、光信号であり、上記組み合わされた信号は、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）によって増幅される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
【００１２】
（項目５）  
共通のデータ信号を第１の経路および第２の経路に供給することをさらに包含し、上記第１の信号は、該第１の経路の該共通のデータ信号から生成され、上記第２の信号は、該第２の経路の該共通のデータ信号を反転することによって生成される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
【００１３】
（項目６）  
上記第１の信号を生成することは、上記第１の信号経路の上記共通のデータ信号を第１の波長の光信号に変換することを包含する、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
【００１４】
（項目７）  
上記第２の信号を生成することは、上記第２の信号経路の上記共通のデータ信号を第２の波長の光信号に変換することをさらに包含し、該共通のデータ信号の光信号への変換は、上記共通のデータ信号を反転することの下流で実行される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
【００１５】
（項目８）  
上記第２の信号を生成することは、上記第２の信号経路の上記共通のデータ信号を第２の波長の光信号に変換することをさらに包含し、該共通のデータ信号の光信号への変換は、上記共通のデータ信号を反転することの上流で実行される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
【００１６】
（項目９）  
第１の光信号および第２の光信号を生成する方法であって、
共通の信号を第１の信号経路および第２の信号経路に供給することであって、該共通の信号は、オン−オフキーイング（ＯＯＫ）変調されることにより、情報を符号化する、ことと、
該第１の信号経路の該共通の信号から、第１の光波長を有する第１の光信号を生成することと、
該第２の信号経路の該共通の信号から、第２の光波長を有する第２の光信号を生成することであって、該第２の光信号は、該共通の信号の反転バージョンを含む、ことと、
該第１の光信号と該第２の光信号とを光学的に組み合わせることにより、組み合わされた信号を生成することであって、該組み合わされた信号において、該第１の光信号に起因し得る電力は、該第２の光信号に起因し得る電力と交互配置され、かつ、時間的に実質的に重複しない、ことと、
該組み合わされた信号を増幅することと、
該組み合わされた信号を送信媒体に供給することと
を包含する、方法。
【００１７】
（項目１０）  
共同送信のための補完的な信号を生成する装置であって、
第１の波長を有する第１の信号を生成するように構成された第１の信号発生器であって、該第１の信号は、第１の変調によって変調されることにより、データを符号化する、第１の信号発生器と、
第２の波長を有する第２の信号を生成するように構成された第２の信号発生器であって、該第２の信号は、第２の変調によって変調されることにより、該データを符号化し、該第２の変調は、該第１の信号と該第２の信号とが補完的であるように、該第１の変調の反転バージョンである、第２の信号発生器と、
該第１の信号と該第２の信号とを組み合わせることにより、組み合わされた信号を生成するように構成されたコンバイナであって、該組み合わされた信号において、該第１の信号に起因し得る電力は、該第２の信号に起因し得る電力と交互配置され、かつ、時間的に実質的に重複しない、コンバイナと、
該組み合わされた信号を送信の前に増幅するように構成された増幅器と
を備えている、装置。
【００１８】
（項目１１）  
上記第１の変調および上記第２の変調は、オン／オフキーイング（ＯＯＫ）変調である、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
【００１９】
（項目１２）  
上記コンバイナは、上記組み合わされた信号を生成し、上記組み合わされた信号は、実質的に一定の電力を有する、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
【００２０】
（項目１３）  
上記第１の信号および上記第２の信号は、光信号であって、上記増幅器は、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を備えている、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
【００２１】
（項目１４）  
上記項目のいずれか一項に記載の装置であって、
上記第１の信号発生器は、共通のデータ信号を受信するように構成された第１の経路に沿って配置された第１のレーザモジュールを備え、該第１のレーザモジュールは、該共通のデータ信号を第１の光波長の上記第１の信号に変換するように構成され、
上記第２の信号発生器は、該共通のデータ信号を受信するように構成された第２の経路に配置された第２のレーザモジュールを備え、該第２のレーザモジュールは、該共通のデータ信号を第２の光波長の光信号に変換するように構成され、
上記項目のいずれか一項に記載の装置はインバータをさらに備え、該インバータは、該第２の経路に沿って該第２のレーザモジュールの上流または下流のいずれかに配置され、かつ、受信された信号を反転するように構成され、それによって、該インバータおよび該第２のレーザモジュールは、該共通のデータ信号を上記第２の波長の上記第２の信号に変換する、
上記項目のいずれか一項に記載の装置。
【００２２】
（項目１５）  
上記第１のレーザモジュールおよび上記第２のレーザモジュールは、チューナブルレーザシードモジュールである、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
【００２３】
（項目１６）  
共同送信される補完的な信号を検出する方法であって、該方法は、
第１および第２の補完的信号を含む組み合わされた信号を受信することであって、該組み合わされた信号において、該第１の信号に起因し得る電力は、該第２の信号に起因し得る電力と交互配置され、かつ、時間的に実質的に重複せず、該第１の信号は第１の波長を有し、該第２の信号は第２の波長を有する、ことと、
該第２の信号は、該第１の信号の反転バージョンであるように、該組み合わされた信号を第１の経路における該第１の信号と第２の経路における該第２の信号とに分割することと、
該第１の信号を該第２の信号と比較することにより、該第１の信号および該第２の信号の中に符号化されたデータを回収することと
を包含する、方法。
【００２４】
（項目１７）  
上記第１および第２の補完的信号は、光信号である、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
【００２５】
（項目１８）  
光受信器システムであって、
第１および第２の補完的信号を含む組み合わされた信号を受信するように構成された受信器オプティクスであって、該組み合わされた信号において、該第１の信号に起因し得る電力は、該第２の信号に起因し得る電力と交互配置され、かつ、時間的に実質的に重複せず、該第１の信号は第１の光波長を有し、該第２の信号は第２の光波長を有する、受信器オプティクスと、
該第２の信号が、該第１の信号の反転バージョンであるように、該組み合わされた信号を第１の経路における該第１の信号と第２の経路における該第２の信号とに分割するように構成されたビームスプリッタと、
該第１の経路に沿って配置され、かつ、該第１の信号を第１の電気信号に変換するように構成された第１の光検出器と、
該第２の経路に沿って配置され、かつ、該第２の信号を第２の電気信号に変換するように構成された第２の光検出器と、
該第１の電気信号および該第２の電気信号をそれぞれ受信するように構成された第１の入力差動入力部および第２の入力差動入力部を有するコンパレータであって、該第１の電気信号と該第２の電気信号との比較に基づいてデータ信号を生成する、コンパレータと
を備えている、システム。
【００２６】
（項目１９）  
上記コンパレータは、差動増幅器を備えている、上記項目のいずれか一項に記載の光受信器システム。
【００２７】
（摘要）
共同送信のための補完的な信号を生成するための技術は、第１の波長を有する第１の信号および第２の波長を有する第２の信号を生成することを含む。第１の信号は、第１の変調によって変調されることにより、データを符号化し、第２の信号は、第１の変調の反転バージョンである第２の変調によって変調されることにより、同じデータを符号化し、それによって、第１の信号および第２の信号は補完的となる。第１の信号および第２の信号は組み合わされて、組み合わされた信号を生成し、この組み合わされた信号において、第１の信号に起因し得る電力は、第２の信号に起因し得る電力と交互配置され、かつ、時間的に実質的に重複しない。組み合わされた信号は増幅され、その後、送信される。第１の信号および第２の信号は、それぞれ、第１の光波長および第２の光波長の光信号であることができ、第１の信号および第２の信号は、オン−オフキーイング（ＯＯＫ）変調される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、例示的な送信器システムの上位概念図であり、本発明の概念を示す。
【図２】図２は、図１に示される送信器システムの光学的実装を示す概念図である。
【図３】図３は、信号のタイミング図であり、本発明の実装による送信器システムによって生成された第１および第２の補完的データ信号の区間を示す。
【図４】図４は、交互配置の重複しない態様で補完的なデータ信号を組み合わせることを概念的に示す図である。
【図５】図５は、補完的なデータ信号を生成する際に実行される動作を示す機能に関する流れ図である。
【図６】図６は、組み合わされた補完的なデータ信号からデータを回収するための受信器システムの実装を示す概念図である。
【図７】図７は、補完的なデータ信号を受信、検出して、データを回収する際に実行される動作を示す機能に関する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本明細書で説明されるのは、通信システムにおいて送信される信号の信号ゲインを増加させるための技術である。第１のデータストリームが、オン−オフキーイング（ＯＯＫ）を使用して第１の信号を変調することによって生成される。補完的な第２のデータストリームが、第１の変調の反転されたバージョンによって第２の信号をＯＯＫ変調することによって生成され、それによって、第２の信号は、第１の信号が「オン」のとき「オフ」であり、その逆も同じである。第１の信号および第２の信号はそれぞれ、第１および第２の異なる光波長を有する。補完的な第１および第２の信号は、第１の信号の電力が、第２の信号の電力と交互配置され、かつ、時間的に実質的に重複しないように組み合わせられることができる。組み合わされた信号は、実質的に定電力信号であり、この定電力信号においては、第１の波長信号は、第２の波長信号が「オフ」のとき「オン」である。事実上、結果として生じる信号は、２つの補完的ＯＯＫ変調信号を組み合わせることによって生成される周波数偏移キーイング（ＦＳＫ）変調信号である。
【００３０】
光波長において、組み合わされた第１および第２の信号は、同じ光増幅器、例えばエルビウム添加ファイバ増幅器によって増幅されることができる。光増幅器においては、持続波（ＣＷ）定電力信号と思われるものが現れる。増幅器の全電力は、送信の間、継続的に使用されるので、ＦＳＫ信号は、個々の成分のＯＯＫ変調信号と比較して３ｄＢゲインを享受する。元の（第１の）ＯＯＫ信号の「オフ」期間中に増幅するべき信号を有さない代わりに、光増幅器は、第１の波長信号の「オフ」期間中に第２の波長信号を増幅するために使用される。このようにして、ｘ／２平均電力で信号を生成するｘワット光増幅器である代わりに、このｘワット光増幅器は、ｘの平均電力で信号を生成し、増幅器の全ピーク電力が、送信されるデータ信号において獲得される。それにもかかわらず、この電力ゲインは、ＯＯＫ変調を使用するシステムに対して送信器システムの大きさ、重量、およびハードウエアの複雑さを有意に増加させることなく、そして、システムの電源コストを増加させることなく達成される。
【００３１】
図１は、本発明の概念を示す例示的な送信器システムの上位概念図である。データ信号はデータ供給源１１０、例えばモデムによって供給される。データ信号は、遠端のターミナルに送信されるデータを用いて符号化される電気信号であることができる。例えば、データ供給源１１０は、光送信に対して適切な選択変調速度で、オン−オフキーイング（ＯＯＫ）を介してデータをデータ信号に符号化することができる。ＯＯＫ変調によって、データ信号は、第１の電力レベルと、好ましくは非常に低い電力レベルまたはゼロ電力レベルである第２の電力レベルとの間で連続して交互し、全電力の区間および実質的に電力のない区間が生じる。論理的「０」は、区間にわたって電力のないことによって表すことができ、論理的「１」は、区間にわたって電力の存在することによって表すことができ、その逆も同じである。随意に、約５０％のオン／オフデューティサイクル（すなわち、信号は、時間の約半分が全電力であり、時間の約半分がゼロ電力である）を保証する符号化スキームを使用することができる。迅速に情報を伝えるために、変調速度は、少なくとも１メガヘルツ（ＭＨｚ）であることができ、さらに、これよりも大きさが何桁も高くあり得、可能性として、１ギガヘルツまたは多ギガヘルツ（ＧＨｚ）を超えることがあり得る。
【００３２】
データ信号は、センサデータ、ナビゲーション信号、音声／オーディオ信号、画像信号、ビデオ信号、プロセッサで実行されるアプリケーションに関するデータ、制御信号、およびオーバヘッドまたは通信プロトコル信号（例えば、通信プロトコル、ハンドシェーキング、ルーティング、機器構成、その他に関するもの）を含むがこれらに限定されない実質的に任意のタイプの情報またはデータを送信するために使用されることができる。特に、インテリジェンス、監視、および偵察のために情報を収集するセンサは、相当の量のデータを生成し、妥当な量の時間で情報を送信するために光通信において使用される高いデータ率から利益を得ることができる。
【００３３】
データ信号は、第１の信号経路、および第１の信号経路に平行な第２の信号経路に供給される。第１の信号発生器１２０は第１の信号経路に配置され、データ信号を第１の波長λ１の第１の信号に変換し、この第１の信号は出力として供給される。出力第１の信号は、元のデータ信号に含まれるデータ変調を維持する。
【００３４】
インバータ１２５および第２の信号発生器１３０は、第２の信号経路に配置される。インバータ１２５は、データ信号の反転バージョンを生成する。特に、インバータ１２５の出力は、ＯＯＫ変調信号であり、このＯＯＫ変調信号においては、信号は、元のデータ信号が「オフ」である区間では、「オン」であり、その逆も同じである。信号発生器１３０は、反転データ信号を第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２の第２の信号に変換する。第２の信号は、元のデータ信号のデータ変調を保存するが、しかし、第２の信号は、第１の信号が実質的に電力を有しない時間的区間では電力を有し、第１の信号が電力を有する時間的区間では実質的に電力を有しない。インバータ１２５は、図１においては、信号発生器１３０の上流に示されているが、信号発生器１３０の下流に位置することができる。
【００３５】
コンバイナ１４０は、第１の信号および第２の信号を第１の信号発生器１２０および第２の信号発生器１３０から受信し、第１の信号および第２の信号を組み合わせて、共通の出力経路上の組み合わせ信号にする。第１の信号に対する第２の信号の反転により、組み合わされた信号内において、第１の信号に起因し得る電力は、第２の信号に起因し得る電力と交互配置され、かつ、時間的に実質的に重複しない。組み合わされた信号は、増幅器１５０に供給され、増幅器１５０は、組み合わされた信号を増幅する。このようにして、同じ増幅器が、いずれの信号の全増幅をも犠牲にすることなく、第１の信号と第２の信号の両方を増幅する。増幅され、組み合わされた信号は次に、送信器フロントエンド１６０に供給され、送信器フロントエンド１６０は、通信システムにおいて使用される送信媒体を介して組み合わされた信号を送信する。自由空間通信の場合、フロントエンド１６０は、アンテナ（例えば、ＲＦ信号のための）またはオプティクス（例えば、光信号のための）であることができる。例えばワイヤ、ケーブル、または光ファイバのような送信媒体の場合、組み合わされ、増幅された信号は、自由空間インターフェースなしに送信媒体に直接的に供給されることができる。
【００３６】
図２は、図１に示される送信器システムの光学的実装を示す概念図である。この例において、第１の信号発生器１２０は、光信号発生器、例えばレーザモジュール２１０を備えている。非限定的例として、レーザモジュール２１０は、チューナブルレーザシード（ｓｅｅｄ）モジュール、例えば商業的に入手可能なスモールフォームファクタ（ｓｍａｌｌ  ｆｏｒｍ−ｆａｃｔｏｒ）プラグ可能（ＳＦＰ）レーザモジュールであることができ、この商業的に入手可能なスモールフォームファクタプラグ可能（ＳＦＰ）レーザモジュールは、データを供給するデバイス（例えば、イーサネット（登録商標）トラフィック）と光ファイバとの間にインターフェースを提供する。この例において、レーザモジュール２１０は、電気的形式でデータ供給源１１０から供給されるデータ信号を第１の波長λ１の光信号に変換し、そして、光ファイバで第１の信号を伝達する。
【００３７】
第２の信号経路のインバータ１２５は、電気インバータ２２０を備え、第２の信号経路の第２の信号発生器１３０は、光信号発生器、たとえばレーザモジュール２３０を備え、レーザモジュール２３０は、レーザモジュール２１０と同様であることができる。インバータ２２０は電気的形式でデータ信号を受信し、電気出力信号を生成し、この電気出力信号は、データ信号と論理的に反対である（すなわち、データ信号が論理的「ゼロ」であるとき、出力信号は論理的「１」であり、データ信号が論理的「１」のとき、出力信号は論理的「０」である）。反転データ信号は次に、第２の信号経路に沿ってレーザモジュール２３０に供給され、レーザモジュール２３０は、入力電気信号を第２の光波長λ２の光信号に変換して、第２の信号を生成し、第２の信号は光ファイバで伝達される。
【００３８】
例として、第１の信号および第２の信号の光波長は、スペクトルのアイセーフ（ｅｙｅ−ｓａｆｅ）領域（すなわち、約１．４ミクロンよりも長い波長）、例えば遠隔通信Ｃ帯域およびＬ帯域または約１５３０ｎｍと１６００ｎｍとの間の波長であることができる。これらの波長は、商業的に入手可能である光学コンポーネントが、レーザ送受信器において使用されることを可能にする。しかしながら、本発明は、任意の特定の範囲の光波長に限定されない。このように、本明細書および特許請求の範囲において使用されるように、用語「光学」は概して、可視スペクトル、赤外波長、および紫外波長を含む、「光学」機器（例えば、光通信機器、送信器、受信器、その他）が通常動作する、電磁信号の波長の範囲を指す。
【００３９】
図３は、比較のために一方が他方の上にある第１の信号および第２の信号の代表的な部分を示すタイミング図である。第１の信号は、論理的１およびゼロのシーケンスを備え、送信されるデータ値に従って電力が存在する第１の状態と実質的に電力が存在しない第２の状態との間で交互する信号が生じている。第２の信号は、第１の信号と同じデータ変調を含むが、ただし、第２の信号は反転データを備え、この反転データの論理的状態は、第１の信号の論理的状態と反対であり、それによって、第２の信号は、第１の信号が電力を含まない区間では電力を含み、第１の信号が電力を含む区間では電力を含まない（すなわち、第１の信号および第２の信号は補完的である）。
【００４０】
再び図２を参照すると、光コンバイナ、例えばファイバコンバイナ２４０は、第１の信号および第２の信号をファイバの中で組み合わせる。図４は、第１の信号および第２の信号を組み合わせる効果を示す。組み合わされた信号においては、第１の信号を含む信号電力の部分（図４において、左から右への上向き斜めクロスハッチングで示される）は、第２の信号を含む信号電力の部分（図４において、左から右への下向き斜めのクロスハッチングで示される）と交互配置され、２つの信号の電力は実質的に時間的に重複しない。２つの信号はなおも、それらの異なる波長によって区別し得る。組み合わされた信号内の両信号は本質的に同じデータを含み、事実上、冗長であることに留意されたい。換言すると、原則として、同じ符号化されたデータが、補完的な信号なしでいずれの信号からも回収され得る（ただし、第２の信号の場合は、データ変調の反転を補正することが必要であり得る）。結果として生じる組み合わされた信号は、本質的に、２つの補完的ＯＯＫ変調信号から構成される周波数偏移キーイング（ＦＳＫ）変調信号であり、論理的１は１つの周波数によって表され、論理的ゼロは異なる周波数によって表される。
【００４１】
自由空間送信の場合、標準的ＯＯＫ変調信号と比較したときのこのスキームの別の利益は、変調信号の秘匿性である。第三者が検出器によって信号を観察した場合、ＣＷ（持続波）、定電力信号のみが見られる。ＯＯＫ信号とは異なり、根底にある変調は、検出器が信号をスペクトル的にフィルタリングするほど精巧ではない場合、見ることはできない。このように、組み合わされた信号はまた、標準的ＯＯＫ信号と比較して、低被探知確率（ＬＰＩ）を提供する。
【００４２】
図２に示されるように、増幅器は単一モードのエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）２５０によって実装されることができ、このエルビウム添加ファイバ増幅器２５０は、コリメータ２６０に供給されることができ、コリメータ２６０は、組み合わされた信号をファイバ端において受信し、そして、自由空間コリメートビームを送信器オプティクスに供給する。別のオプションによると、ＥＤＦＡの出力は、光ファイバ送信媒体に供給されることができる。第１の信号および第２の信号の波長（λ１、λ２）は、ＥＤＦＡ２５０の増幅帯域内にあるように選択されることができる。例えば、ＥＤＦＡ２５０が５ワットのピーク電力を有する場合、等しい数の論理的ゼロおよび１を有する通常のデータストリームは、２．５ワットの平均データ電力を有する。第２の信号の送信のために第１の信号の論理的ゼロスロットを使用することによって、組み合わされた信号は、５ワットの平均電力を有する（すなわち、ピーク電力に実質的に等しい）。
【００４３】
図２に示されるシステムは、光ファイバおよびファイバ増幅器を介して伝達され、組み合わされ、そして増幅される光信号と関係するが、本発明の原理は、任意の広く様々な信号伝達、組み合わせ、および増幅メカニズムというコンテキストにおいて使用されることができる。例えば、補完的な信号は、ファイバの中でではなく、自由空間の中で組み合わされ、増幅されることができる。より一般的には、本発明の原理は、非光波長を使用するシステム、例えばＲＦシステムにおいて使用されることができる。
【００４４】
図５は、機能に関する流れ図であり、図１〜図４に関連して上述されたとおりの、補完的な第１の光信号および第２の光信号を生成するために実行される動作を概括する。動作５１０では、データを用いて変調された第１の信号が、第１の光波長で生成される。動作５２０では、第１の信号の反転バージョンである補完的な第２の信号が、第２の光波長で生成される。第１の信号および第２の信号は、動作５３０において、光学的に組み合わされて、組み合わされた信号を生成し、この組み合わされた信号においては、第１の信号に起因する電力は、第２の信号に起因する電力と交互配置され、実質的に時間的に重複しない。組み合わされた信号は次に、増幅され（動作５４０）、そして送信される（動作５５０）。
【００４５】
受信端において、組み合わされた信号は、成分の第１の信号および第２の信号に分離されることができ、差動検波スキームがデータ信号を回収するために使用されることができる。交互配置された第１の信号および第２の信号を検出するための受信器システムの例を示す概念図が、図６に示される。組み合わされた信号は、受信器フロントエンドを介して受信され、この受信器フロントエンドは、光学的システムの場合、受信器オプティクス６１０（例えば、レンズ、ミラー、その他）であることができ、受信器オプティクス６１０は、信号を処理のために信号経路に沿って導く。他の実装によると、信号は、光ファイバ、ワイヤ、同軸ケーブル、その他を介して受信器に到達し得る。図６に示される例においては、組み合わされた信号は、自由空間から光ファイバの中に導かれることができるか、または自由空間ビームのままであることができる。ビームスプリッタ６２０は、組み合わされた信号を第１の波長λ１の第１の信号および第２の波長λ２の第２の信号に分離する。例えば、ビームスプリッタ６２０は、実質的に全ての第１の波長λ１の光を反射し、実質的に全ての第２の波長λ２の光を透過するか、またはその逆をなすように構成されることができる。第１の信号および第２の信号は次に、平行な経路に沿って別々に伝達される。
【００４６】
分離の後、第２の信号は、光学的第２の信号を電気信号に変換するように構成された光検出器６３０に供給される。光検出器６３０は、光信号を電気信号に変換することのできる任意の光電検出器（光検出器）、例えば光ダイオード（例えば、ＰＩＮダイオードまたはアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ））であることができる。出力電気信号は、入力光信号に含まれる変調を保存する。図６に示される例において、ビームスプリッタ６２０によって反射された第１の光信号は、別の経路に沿って別の光検出器６５０の方へミラー６４０によって導かれ、光検出器６５０は、光検出器６３０が第２の信号を変換する態様と実質的に同じ態様で光学的第１の信号を電気的信号に変換する。
【００４７】
第１の電気的信号および第２の電気的信号はそれぞれ、コンパレータとして構成された差動増幅器６６０（例えば、演算増幅器）の非反転（＋）入力部および反転（−）入力部に供給され、このコンパレータの出力は、第１の信号の振幅と第２の信号の振幅との間の差に依存する。例えば、一方の入力の方に他方よりも多くの電力がある場合、出力信号は、一方の論理的状態にあり、他方の入力の方により多くの電力がある場合、出力信号は、他方の論理的状態にある。事実上、差動検出は、個々のＯＯＫ信号の検出と比較して、差動増幅器６６０の出力において３ｄＢ信号電力ゲインを生じる。この３ｄＢゲインは、ＯＯＫ信号が、全電力信号および無電力信号によって２つの論理的状態を表し、検出閾値が、これら２つの状態の間に存在するという事実による。二重のＯＯＫ信号から生成される差動信号は、出力信号において、２つの論理的状態の表現間のより識別可能な差を生成する。
【００４８】
増幅器６６０の出力は、元のデータを表す論理的１およびゼロのシーケンスであり、増幅器６６０の出力は、データハンドリング回路６７０に供給され、組み合わされた信号を介して送信される元のデータを回収する。差動検出はまた、背景光を除去することを助ける。なぜならば、任意の干渉が両方の検出器に等しく加えられ、そして、両方の増幅器入力に存在するが、しかし、２つの信号の間のオフセットには影響を及ぼさないからである。送信器システムの全電力を継続的に使用し、かつ、この態様で送信された信号を検出することによって、単一の信号でＯＯＫ変調を使用する比較可能なシステムと比較して、３ｄＢ電力ゲインが実現されることができる。それにもかかわらず、第２の信号が生成され、そして、これらの電力ゲインが、光送信器システムの大きさ、重量、複雑さ、電力消費、およびコストを実質的に増加させることなく実現される。
【００４９】
図７は、機能に関する流れ図であり、図６に関連して上述されたとおりの、第１の補完的な信号および第２の補完的な信号の組み合わせである受信された光信号からデータを回収するために実行される動作を概括する。動作７１０において、第１の補完的な信号および第２の補完的な信号を含む組み合わされた光信号が受信される。動作７２０において、組み合わされた信号は、第１の経路の第１の信号および第２の経路の第２の信号に分割される。第１の光信号および第２の光信号は、動作７３０において電気信号に変換され、それぞれ、コンパレータの２つの入力部に供給され、動作７４０ではコンパレータの出力においてデータ信号を生成する。
【００５０】
補完的な第１の信号および第２の信号は、任意の広く様々なデバイスによって生成されることができ、本発明は、これらの例に限定されない。使用される特定のメカニズムにかかわりなく、信号の作成には、信号が、２つの信号に起因する電力が実質的に時間的に重複することのない交互配置の態様で組み合わされることができ、その結果、信号が、共通の増幅器によって十分に増幅されることができることが必要である。これは、第２の信号に、第１の信号と同じであるが反転された形でのデータ変調パターンを含ませることによって、この例において達成される。
【００５１】
本明細書に説明された補完的な第１および第２の交互配置された信号を生成するための送信器システムは、光（例えば、レーザ）通信ターミナルにおいて使用されることができ、この光通信ターミナルは、ターミナルの相対的位置が時間とともに変化するような移動プラットフォームを備えたレーザ通信システムにおいて動作するように設計される。システムは、例えば、空中のプラットフォーム、衛星、船、船艇、または地上の乗り物に取り付けられたターミナル、および移動するプラットフォームに取り付けられたターミナルと通信する固定ターミナル（例えば、空対空および空対地の組み合わせ）を含むことができる。
【００５２】
本発明は、自由空間光通信のコンテキストにおいて説明されたが、より一般的に、本発明の概念は、光ファイバ送信媒体を使用するものを含む任意の光通信システムにおいて使用されることができる。さらに、本明細書で説明された信号生成の技術は、光学的システムに対して特によく適しているが、本発明の概念は、ＲＦ波長を含む他の波長で等しく適用可能である。
【００５３】
信号ゲインを増加させるための新規かつ改良された技術の好ましい実施形態を説明したが、他の改変例、変形例、および変更例が、本明細書に述べられた教示に照らして当業者に示唆されると考えられる。したがって、かかるすべての改変例、変形例、および変更例は、添付の請求項によって定義されたとおりの本発明の範囲内であると考えられると理解されるべきである。本明細書においては特定の用語が使用されているが、それらは、一般的、かつ説明的意味でのみ使用されており、限定する目的では使用されていない。
【符号の説明】
【００５４】
１１０  データ供給源
１２０、１３０  信号発生器
１２５  インバータ
１４０  コンバイナ
１５０  増幅器
１６０  送信器フロントエンド
２１０、２３０  レーザモジュール
２２０  電気インバータ
２４０  ファイバコンバイナ
２５０  エルビウム添加ファイバ増幅器
２６０  コリメータ
【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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