(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバでデジタル・データを送信するためのシステムであって、
複数のＮ個のデジタル・データ・チャンネルを複数のＫ個のＱＡＭ変調された信号に変換する変調ステージと、
該変調ステージに結合しており、前記ＱＡＭ変調信号をＲＦ信号に周波数分割多重化する周波数分割マルチプレクサと、
該周波数分割マルチプレクサに結合しており、前記ＲＦ信号により変調された光信号を発生する光変調器であって、該光信号は、光ファイバでの伝送に適した、前記の光変調器と、
を備え、前記変調ステージは、前記複数のデジタル・データ・チャンネルのうちの１つをエンコードしてエンコードしたデジタル・データ・チャンネルを形成するエンコーダ・ユニットを含み、該エンコーダ・ユニットは、
デジタル・データ・チャンネルをスクランブルするスクランブラと、
該スクランブラに結合しており、前記スクランブルしたデジタル・データ・チャンネルをエンコードするフォワード・エラー訂正エンコーダと、
該フォワード・エラー訂正エンコーダに結合しており、前記エンコードしたデジタル・データ・チャンネルをインターリーブするインターリーバと、
該インターリーバに結合しており、前記インターリーブしたデジタル・データ・チャンネルをＱＡＭ符号点配置に変換するトレリス・エンコーダと、
を備えたシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記デジタル・データ・チャンネルの少なくとも１つは、１００ミリオン・ビット／秒よりも高い所定の固定のレートでデジタル・データを伝送する能力がある、
システム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムにおいて、
少なくとも１つのデジタル・データ・チャンネルは、ＯＣプロトコルに基づいたものである、
システム。
【請求項４】
請求項２記載のシステムにおいて、
少なくとも１つのデジタル・データ・チャンネルは、ＳＴＭプロトコルに基づいたものである、
システム。
【請求項５】
請求項２記載のシステムにおいて、
少なくとも１つのデジタル・データ・チャンネルは、ＳＴＳプロトコルに基づいたものである、
システム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記複数のデジタル・データ・チャンネルは、２．５ビリオン・ビット／秒よりも高い総合レートでデジタル・データを伝送する能力がある、
システム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムにおいて、前記変調ステージは、
複数のＫ個の変調サブステージであって、各変調サブステージが、前記複数のデジタル・データ・チャンネルのうちのＭ個を前記複数のＱＡＭ変調信号のうちの１つに変換する、前記の複数の変調サブステージ、
を含み、ここで、Ｍ＝Ｎ／Ｋである、
システム。
【請求項８】
請求項７記載のシステムにおいて、各変調サブステージは、さらに、
Ｍ個のエンコーダであって、各エンコーダが、前記Ｍ個のデジタル・データ・チャンネルのうちの１つをエンコードして１つのエンコードしたデジタル・データ・チャンネルを形成する、前記のＭ個のエンコーダと、
前記Ｍ個のエンコーダに結合しており、前記Ｍ個のエンコードしたデジタル・データ・チャンネルを前記ＱＡＭ変調信号に変換するＱＡＭ変調器と、
を含む、システム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムにおいて、各エンコーダは、さらに、
前記Ｍ個のデジタル・データ・チャンネルのうちの１つを、フォワード・エラー訂正コードにしたがってエンコードするフォワード・エラー訂正エンコーダ、
を含む、システム。
【請求項１０】
請求項８記載のシステムにおいて、
Ｋ＝Ｎ、Ｍ＝１であり、
各エンコーダは、
前記複数のデジタル・データ・チャンネルのうちの１つをスクランブルするスクランブラと、
該スクランブラに結合しており、前記スクランブルしたデジタル・データ・チャンネルを、リード・ソロモン・コードにしたがってエンコードするリード−ソロモン・エンコーダと、
該リード−ソロモン・エンコーダに結合しており、前記エンコードしたデジタル・データ・チャンネルをインターリーブするインターリーバと、
該インターリーバに結合しており、前記インターリーブしたデジタル・データ・チャンネルをＱＡＭ符号点配置に変換するトレリス・エンコーダと、
を含む、システム。
【請求項１１】
請求項１記載のシステムにおいて、
各ＱＡＭ変調信号は、第１のキャリア周波数で特徴付けられ、該第１キャリア周波数の各々は、その他の該第１キャリア周波数とは異なっており、
前記周波数分割マルチプレクサは、
前記複数のＱＡＭ変調信号を組み合わせて前記ＲＦ信号にする結合器、
を含む、システム。
【請求項１２】
請求項１記載のシステムにおいて、
各ＱＡＭ変調信号は、第１のキャリア周波数で特徴付けられ、該第１キャリア周波数は全て同一であり、
前記周波数分割マルチプレクサは、
前記ＱＡＭ変調信号を前記第１キャリア周波数から第２のキャリア周波数へ周波数シフトするための複数の周波数シフタであって、前記第２キャリア周波数の各々が、他の前記第２キャリア周波数とは異なっている、前記の複数の周波数シフタと、
前記第２キャリア周波数で特徴付けられた前記複数のＱＡＭ変調信号を組み合わせて前記ＲＦ信号にする結合器と、
を含む、
システム。
【請求項１３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記周波数分割マルチプレクサは、
マルチ・ステージの周波数分割マルチプレクサ、
を含む、システム。
【請求項１４】
請求項１記載のシステムにおいて、前記光変調器は、
前記ＲＦ信号により変調した出力光ビームを発生するための内部変調式のレーザ、
を含む、システム。
【請求項１５】
請求項１記載のシステムにおいて、前記光変調器は、
光キャリアを発生するための光ソースと、
該光ソースと前記周波数分割マルチプレクサとに結合しており、前記光キャリアを前記ＲＦ信号で変調するための外部光変調器と、
を含む、システム。
【請求項１６】
請求項１記載のシステムにおいて
前記光信号は、１．３ミクロン領域内の波長により特徴付けられている、
システム。
【請求項１７】
請求項１記載のシステムにおいて
前記光信号は、１．５５ミクロン領域内の波長により特徴付けられている、
システム。
【請求項１８】
請求項１記載のシステムであって、さらに、
前記変調ステージに結合しており、前記デジタル・データ・チャンネルを光形態から電気形態に変換するためのＯ／Ｅ変換器ステージ、
を含む、システム。
【請求項１９】
光ファイバでデジタル・データを受信するシステムであって、
前記光ファイバで伝送された光信号を検出してＲＦ信号を発生する検出器と、
該検出器に結合しており、前記ＲＦ信号を周波数分割多重化解除して複数のＫ個のＱＡＭ変調信号にするための周波数分割デマルチプレクサと、
前記複数のＫ個のＱＡＭ変調信号を複数のＮ個のデジタル・データ・チャンネルに変換する復調ステージと、
を備え、前記復調ステージは、複数の復調信号のうちの１つをデコードしてデジタル・データ・チャンネルを形成するデコーダ・ユニットを含み、該デコーダ・ユニットは、
復調信号をＱＡＭ符号点配置にしたがってデコードするトレリス・デコーダと、
該トレリス・デコーダに結合しており、前記トレリス・デコードした信号をデインターリーブするデインターリーバと、
該デインターリーバに結合しており、前記デインターリーブした信号をデコードするフォワード・エラー訂正デコーダと、
該フォワード・エラー訂正デコーダに結合しており、前記フォワード・エラー訂正デコードした信号をデスクランブルするデスクランブラと、
を備えたシステム。
【請求項２０】
請求項１９記載のシステムにおいて、
前記デジタル・データ・チャンネルのうちの少なくとも１つは、１００ミリオン・ビット／秒よりも高い所定の固定のレートでデジタル・データを伝送する能力がある、
システム。
【請求項２１】
請求項２０記載のシステムにおいて、
少なくとも１つのデジタル・データ・チャンネルは、ＯＣプロトコルに基づいたものである、
システム。
【請求項２２】
請求項２０記載のシステムにおいて、
少なくとも１つのデジタル・データ・チャンネルは、ＳＴＭプロトコルに基づいたものである、
システム。
【請求項２３】
請求項２０記載のシステムにおいて、
少なくとも１つのデジタル・データ・チャンネルは、ＳＴＳプロトコルに基づいたものである、
システム。
【請求項２４】
請求項１９記載のシステムにおいて、
前記複数のデジタル・データ・チャンネルは、２．５ビリオン・ビット／秒よりも高い総合レートでデジタル・データを伝送する能力がある、
システム。
【請求項２５】
請求項１９記載のシステムにおいて
前記ＲＦ信号は、前記複数のＱＡＭ変調信号を含み、各々のＱＡＭ変調信号が、第１のキャリア周波数で特徴付けられており、該第１キャリア周波数の各々が、他の前記第１キャリア周波数とは異なっており、
前記周波数分割デマルチプレクサは、
前記ＲＦ信号をスプリットして複数のＲＦ信号にするスプリッタと、
該スプリッタに結合した複数の周波数シフタであって、各周波数シフタが、前記スプリットしたＲＦ信号のうちの１つを前記第１キャリア周波数のうちの１つから第２のキャリア周波数に周波数シフトし、該第２キャリア周波数の全てが同一である、前記の複数の周波数シフタと、
該複数の周波数シフタに結合しており、前記第２キャリア周波数に周波数シフトされた前記スプリットしたＲＦ信号をフィルタするための複数のバンドパス・フィルタと、
を含む、システム。
【請求項２６】
請求項１９記載のシステムにおいて、前記周波数分割デマルチプレクサは、
マルチ・ステージの周波数分割デマルチプレクサ、
を含む、システム。
【請求項２７】
請求項１９記載のシステムにおいて、前記復調ステージは、
複数のＫ個の復調サブステージであって、各復調サブステージが、前記複数のＱＡＭ変調信号のうちの１つを前記複数のデジタル・データ・チャンネルのうちのＭ個に変換する、前記の復調サブステージ、
を含み、ここでＭ＝Ｎ／Ｋである、
システム。
【請求項２８】
請求項２７記載のシステムにおいて、各復調サブステージは、さらに、
前記ＱＡＭ変調信号をＭ個の復調した信号に変換するＱＡＭ復調器と、
該ＱＡＭ復調器に結合したＭ個のデコーダであって、各デコーダが前記Ｍ個の復調信号のうちの１つをデコードして１つのデジタル・データ・チャンネルを形成する、前記のＭ個のデコーダと、
を含む、システム。
【請求項２９】
請求項２８記載のシステムにおいて、
前記ＲＦ信号は、前記複数のＱＡＭ変調信号を含み、各ＱＡＭ変調信号が第１のキャリア周波数で特徴付けられ、前記第１キャリア周波数の各々が他の前記第１キャリア周波数とは異なっており、
各ＱＡＭ復調器は、さらに、前記第１キャリア周波数で特徴付けられた前記ＱＡＭ変調信号を前記Ｍ個の復調信号に変換する、
システム。
【請求項３０】
請求項２８記載のシステムにおいて、各デコーダは、さらに、
前記Ｍ個の復調信号のうちの１つを、フォワード・エラー訂正コードにしたがってデコードするフォワード・エラー訂正デコーダ、
を含む、システム。
【請求項３１】
請求項２８記載のシステムにおいて、
Ｋ＝Ｎ、Ｍ＝１であり、
各デコーダは、
前記ＱＡＭ復調器に結合しており、前記復調信号をＱＡＭ符号点配置にしたがってデコードするためのトレリス・デコーダと、
該トレリス・デコーダに結合しており、前記デコードした信号をデインターリーブするデインターリーバと、
該デインターリーバに結合しており、前記デインターリーブした信号をリード・ソロモン・コードにしたがってデコードするためのリード−ソロモン・デコーダと、
該リード−ソロモン・デコーダに結合しており、前記デコードした信号をデスクランブルするデスクランブラと、
を含む、システム。
【請求項３２】
請求項１９記載のシステムにおいて、さらに、
前記復調ステージに結合しており、前記デジタル・データ・チャンネルを電気形態から光形態に変換するためのＥ／Ｏ変換ステージ、
を含む、システム。
【請求項３３】
光ファイバでデジタル・データを送信する方法であって、
複数のＮ個のデジタル・データ・チャンネルを受けるステップと、
前記複数のデジタル・データ・チャンネルを複数のＫ個のＱＡＭ変調した信号に変換するステップと、
前記ＱＡＭ変調信号をＲＦ信号に周波数分割多重化するステップと、
前記ＲＦ信号により変調した光信号を発生するステップであって、該光信号は、光ファイバでの伝送に適した、前記のステップと、
を含み、前記複数のデジタル・データ・チャンネルを変換して複数のＫ個のＱＡＭ変調した信号に変換するステップは、前記複数のデジタル・データ・チャンネルのうちの１つをエンコードしてエンコードしたデジタル・データ・チャンネルを形成するステップを含み、該複数のデジタル・データ・チャンネルのうちの１つをエンコードしてエンコードしたデジタル・データ・チャンネルを形成するステップは、
デジタル・データ・チャンネルをスクランブルするステップと、
前記スクランブルしたデジタル・データ・チャンネルをフォワード・エラー訂正エンコードするステップと、
該フォワード・エラー訂正エンコードしたデジタル・データ・チャンネルをインターリーブするステップと、
該インターリーブしたデジタル・データ・チャンネルをトレリス・エンコードして、前記インターリーブしたデジタル・データ・チャンネルをＱＡＭ符号点配置に変換するステップと、
を含む方法。
【請求項３４】
請求項３３記載の方法において、
前記の複数のデジタル・データ・チャンネルを受けるステップは、所定の固定のレートで前記デジタル・データ・チャンネルを受けることを含む、
方法。
【請求項３５】
請求項３４記載の方法において、
少なくとも１つのデジタル・データ・チャンネルは、ＯＣプロトコルに基づいたものである、
方法。
【請求項３６】
請求項３４記載の方法において、
少なくとも１つのデジタル・データ・チャンネルは、ＳＴＭプロトコルに基づいたものである、
方法。
【請求項３７】
請求項３４記載の方法において、
少なくとも１つのデジタル・データ・チャンネルは、ＳＴＳプロトコルに基づいたものである、
方法。
【請求項３８】
請求項３３記載の方法において、
前記の複数のデジタル・データ・チャンネルを受けるステップは、２．５ビリオン・ビット／秒よりも高い総合レートで前記複数のデジタル・データ・チャンネルを受けることを含む、
方法。
【請求項３９】
請求項３３記載の方法において、前記複数のＮ個のデジタル・データ・チャンネルを前記複数のＫ個のＱＡＭ変調信号に変換するステップは、
並列でＫ回、前記複数のデジタル・データ・チャンネルのうちのＭ個を、前記複数のＱＡＭ変調信号のうちの１つに変換するステップ、
を含み、ここでＭ＝Ｎ／Ｋである、
方法。
【請求項４０】
請求項３９記載の方法において、前記複数のデジタル・データ・チャンネルのうちのＭ個を前記複数のＱＡＭ変調信号のうちの１つに変換するステップは、
並列で、前記Ｍ個のデジタル・データ・チャンネルの各々をエンコードして、エンコードしたデジタル・データ・チャンネルを形成するステップと、
前記Ｍ個のエンコードしたデジタル・データ・チャンネルを前記ＱＡＭ変調信号に変換するステップと、
を含む、方法。
【請求項４１】
請求項４０記載の方法において、前記Ｍ個のデジタル・データ・チャンネルの各々をエンコードするステップは、
前記Ｍ個のデジタル・データ・チャンネルの各々をフォワード・エラー訂正コードにしたがってエンコードするステップ、
を含む、方法。
【請求項４２】
請求項４０記載の方法において、
Ｋ＝Ｎ、Ｍ＝１であり、
前記Ｍ個のデジタル・データ・チャンネルの各々をエンコードしてエンコードしたデジタル・データ・チャンネルを形成するステップは、
前記デジタル・データ・チャンネルをスクランブルするステップと、
該スクランブルしたデジタル・データ・チャンネルをリード・ソロモン・コードにしたがってエンコードするステップと、
該エンコードしたデジタル・データ・チャンネルをインターリーブするステップと、
該インターリーブしたデジタル・データ・チャンネルにＱＡＭ変調を適用するステップと、
を含む、方法。
【請求項４３】
請求項３３記載の方法において、
各ＱＡＭ変調信号は、第１のキャリア周波数で特徴付けられ、該第１キャリア周波数の各々は、その他の該第１キャリア周波数とは異なっており、
前記ＱＡＭ変調信号を周波数分割多重化して前記ＲＦ信号にするステップは、
前記複数のＱＡＭ変調信号を組み合わせて前記ＲＦ信号にするステップ、
を含む、方法。
【請求項４４】
請求項３３記載の方法において、
各ＱＡＭ変調信号は、第１のキャリア周波数で特徴付けられ、該第１キャリア周波数は全て同一であり、
前記ＱＡＭ変調信号を周波数分割多重化して前記ＲＦ信号にするステップは、
前記ＱＡＭ変調信号を前記第１キャリア周波数から第２のキャリア周波数へ周波数シフトするステップであって、前記第２キャリア周波数の各々が、他の前記第２キャリア周波数とは異なっている、前記のステップと、
前記第２キャリア周波数で特徴付けられた前記複数のＱＡＭ変調信号を組み合わせて前記ＲＦ信号にするステップと、
を含む、
方法。
【請求項４５】
請求項３３記載の方法において、前記ＱＡＭ変調信号を周波数分割多重化してＲＦ信号にするステップは、
前記ＱＡＭ変調信号を少なくとも２つのステージで周波数分割多重化するステップ、
を含む、方法。
【請求項４６】
請求項３３記載の方法において、前記ＲＦ信号で変調された前記光信号を発生するステップは、
光キャリアを発生するステップと、
前記光キャリアを前記ＲＦ信号で変調するステップと、
を含む、方法。
【請求項４７】
請求項３３記載の方法において
前記光信号は、１．３ミクロン領域内の波長により特徴付けられている、
方法。
【請求項４８】
請求項３３記載の方法において
前記光信号は、１．５５ミクロン領域内の波長により特徴付けられている、
方法。
【請求項４９】
請求項３３記載の方法であって、さらに、
前記デジタル・データ・チャンネルを光形態から電気形態に変換するステップ、
を含む、方法。
【請求項５０】
光ファイバでデジタル・データを受信する方法であって、
前記光ファイバで伝送された光信号を検出してＲＦ信号を発生するステップと、
前記ＲＦ信号を周波数分割多重化解除して複数のＫ個のＱＡＭ変調信号にするステップと、
前記複数のＫ個のＱＡＭ変調信号を複数のＮ個のデジタル・データ・チャンネルに変換するステップと、
を含み、前記複数のＫ個のＱＡＭ変調信号を複数のＮ個のデジタル・データ・チャンネルに変換するステップは、複数の復調信号のうちの１つをデコードしてデジタル・データ・チャンネルを形成するステップを含み、該複数の復調信号のうちの１つをデコードしてデジタル・データ・チャンネルを形成するステップは、
復調信号をＱＡＭ符号点配置にしたがってトレリス・デコードするステップと、
該トレリス・デコードした信号をデインターリーブするステップと、
該デインターリーブした信号をフォワード・エラー訂正デコードするステップと、
該フォワード・エラー訂正デコードした信号をデスクランブルするステップと、
を含む方法。
【請求項５１】
請求項５０記載の方法において、
前記デジタル・データ・チャンネルは、所定の固定のレートでデジタル・データを伝送する、
方法。
【請求項５２】
請求項５１記載の方法において、
少なくとも１つのデジタル・データ・チャンネルは、ＯＣプロトコルに基づいたものである、
方法。
【請求項５３】
請求項５１記載の方法において、
少なくとも１つのデジタル・データ・チャンネルは、ＳＴＭプロトコルに基づいたものである、
方法。
【請求項５４】
請求項５１記載の方法において、
少なくとも１つのデジタル・データ・チャンネルは、ＳＴＳプロトコルに基づいたものである、
方法。
【請求項５５】
請求項５０記載の方法において、
前記複数のデジタル・データ・チャンネルは、２．５ビリオン・ビット／秒よりも高い総合レートでデジタル・データを伝送する、
方法。
【請求項５６】
請求項５０記載の方法において
前記ＲＦ信号は、前記複数のＱＡＭ変調信号を含み、各々のＱＡＭ変調信号が、第１のキャリア周波数で特徴付けられており、該第１キャリア周波数の各々が、他の前記第１キャリア周波数とは異なっており、
前記ＲＦ信号を周波数分割多重化解除するステップは、
前記ＲＦ信号をスプリットして複数のＲＦ信号にするステップと、
前記スプリットしたＲＦ信号を前記第１キャリア周波数から第２のキャリア周波数に周波数シフトするステップであって、該第２キャリア周波数の全てが同一である、前記のステップと、
前記第２キャリア周波数に周波数シフトされた前記スプリットしたＲＦ信号をバンドパス・フィルタするステップと、
を含む、方法。
【請求項５７】
請求項５０記載の方法において、前記ＲＦ信号を周波数分割多重化解除するステップは、
前記ＲＦ信号をマルチ・ステージで周波数分割多重化解除するステップ、
を含む、方法。
【請求項５８】
請求項５０記載の方法において、前記複数のＫ個のＱＡＭ変調信号を複数のＮ個のデジタル・データ・チャンネルに変換するステップは、
並列でＫ回、前記複数のＱＡＭ変調信号のうちの１つを前記複数のデジタル・データ・チャンネルのうちのＭ個に変換するステップ、
を含み、ここでＭ＝Ｎ／Ｋである、
方法。
【請求項５９】
請求項５８記載の方法において、前記複数のＱＡＭ変調信号のうちの１つを前記複数のデジタル・データ・チャンネルのうちのＭ個に変換するステップは、
前記ＱＡＭ変調信号をＭ個の復調した信号に変換するステップと、
前記Ｍ個の復調信号のうちの各々をデコードして前記デジタル・データ・チャンネルを形成するステップと、
を含む、方法。
【請求項６０】
請求項５９記載の方法において、
前記ＲＦ信号は、前記複数のＱＡＭ変調信号を含み、各ＱＡＭ変調信号が第１のキャリア周波数で特徴付けられ、前記第１キャリア周波数の各々が他の前記第１キャリア周波数とは異なっており、
前記ＱＡＭ変調信号をＭ個の復調信号に変換するステップは、前記第１キャリア周波数で特徴付けられた前記ＱＡＭ変調信号を前記Ｍ個の復調信号に変換するステップ、を含む、
方法。
【請求項６１】
請求項５９記載の方法において、前記Ｍ個の復調信号の各々をデコードするステップは、
前記復調信号をフォワード・エラー訂正コードにしたがってデコードするステップ、
を含む、方法。
【請求項６２】
請求項５９記載の方法において、
Ｋ＝Ｎ、Ｍ＝１であり、
前記Ｍ個の復調信号の各々をデコードするステップは、
前記復調信号をＱＡＭ符号点配置にしたがってデコードするステップと、
該デコードした信号をデインターリーブするステップと、
該デインターリーブした信号をリード・ソロモン・コードにしたがってデコードするステップと、
該デコードした信号をデスクランブルするステップと、
を含む、方法。
【請求項６３】
請求項５０記載の方法において、さらに、
前記デジタル・データ・チャンネルを電気形態から光形態に変換するステップ、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、一般的には、光ファイバでのデジタル・データの伝送に関し、詳細には、直交振幅変調（ＱＡＭ：quadrature amplitude modulation）および周波数分割多重化に基づく伝送に関するものである。
２．関連技術の説明
技術、特にインターネット、電気通信を含むネットワーキング領域、並びにネットワーキングまたは電気通信に依存するアプリケーション領域における技術の継続的な進歩の結果として、デジタル・データの伝送のための容量に対する要求が増加しつつある。例えば、（電話会社のまたはインターネットのトランク・ラインのような）ネットワークのトランク・ラインでのデジタル・データの伝送、インターネットでのイメージまたはビデオの伝送、ソフトウェアの配信、トランザクション処理において必要となるような大量のデータの転送、あるいは公衆電話回線を介して実施するビデオ会議は、通常、大量のデジタル・データの高速伝送を必要としている。このような伝送をサポートするのに向けた代表的なプロトコルには、ＯＣ，ＳＴＭおよびＳＴＳプロトコルが含まれている。上記したもののようなアプリケーションがより普及するにつれ、これらのプロトコル並びにこれらと同様なプロトコルの使用、並びに伝送容量に対するそれに対応する要求のみが増すことになる。
【０００２】
光ファイバは、デジタル・データの高速伝送に対しうまく適した伝送媒体である。光ファイバは、ある固有の帯域幅を有していて、これは、撚り線対あるいは同軸ケーブルのような金属ベースの導体よりもはるかに大きく、そしてＯＣプロトコルのようなプロトコルが光ファイバでのデジタル・データの伝送のために開発されている。しかし、光ファイバのデータ・スループットの増大を、単に、それらプロトコルのクロック速度を、例えば１５５ミリオン・ビット／秒（Ｍｂｐｓ）ＯＣ−３から６２５Ｍｂｐｓ ＯＣ−１２のように増大させることによって行うことは、確実なことではない。
【０００３】
例えば、既存の光ファイバ通信システムは、代表的には、単純な変調技法を使用しており、これは、およそ１ビット／秒／Ｈｚ（ｂｐｓ／Ｈｚ）の低い帯域幅効率という結果となる。１例として、ＯＣプロトコルは、オン−オフ・キーイング（ＯＯＫ）に基づき、これは、帯域幅非効率の変調技法であり、そして光ファイバを通してのＯＣ信号の伝送は、およそ１ｂｐｓ／Ｈｚの帯域幅効率の結果となる。現在の光ファイバの使用可能な帯域幅は、部分的には分散と、そして帯域幅と伴に増大する非線形性とにより制限されている。この低い帯域幅効率の意味するところは、ある所与のデジタル・データ・レートに対し、伝送する信号がより大きな帯域幅を占有するということである。この結果として、分散と非線形効果とがより大きくなり、これが、システムの有益な伝送レンジを制限することになる。
【０００４】
加えて、光ファイバがより高いデータ・レートをサポートしている場合でも、その対応する電子回路部分および電子−光回路部分は、おそらくその能力を備えていない。例えば、ＯＣ３からＯＣ１２に移行することは、そのビット・レートを４倍にするだけでなく、関連する電子回路がおよそ４倍高速で動作することも要求する。これら速度での電子回路は、単に、おそらく利用可能でなく、また利用可能としても、電力消費が大きかったり、扱いにくいサイズになるとか、コストが高くなるとか、もしくは受け入れられない程壊れやすい、というような他の大きな欠点をおそらく有することになる。
【０００５】
理論的には、この帯域幅効率問題は、部分的には、直交振幅変調（ＱＡＭ）のような、より帯域幅効率の良い変調技法を使用することにより対処することができる。これら変調技法は、以前、無線システムおよび同軸システムにおいて使用されてきたものである。しかし、光ファイバ・システムは、これとは全く異なった技術ベースに基づくものであり、より発展した変調技法を無線システムおよび同軸システムにおいて実施するために開発された技法、技術、設計のトレードオフの多くは、光ファイバ・システムにはほんのわずかしか応用されていない。加えて、光ファイバ・システムは、望ましくない干渉を生じるファイバの分散および非線形性のようなそれ自体の困難さを呈するものである。帯域幅効率の良い変調技法が容易に光ファイバ・システムに適用できたとしても、その使用は、上記の高速電子回路問題に十分に対処することにならない。例えば、ＯＣデータ・ストリームがＯＯＫ変調ではなくＱＡＭ変調されたものであったとしても、依然として、ＯＣ−３からＯＣ−１２への移行は、対応する電子回路部の速度の４倍の上昇を必要とすることになる。
【０００６】
結果として、洗練された変調技法を光ファイバ・システムに応用することは、制限されてきた。例えば、ＱＡＭは、最近、ケーブルＴＶ産業に対して圧縮ビデオの伝送のため光ファイバ・システムに応用されてきている。しかし、これら通信システムは、１ビリオン・ビット／秒（Ｇｂｐｓ）未満の総合データ・レートの低い速度でランするものである。このため、高速の光ファイバ・ネットワーク動作には適していない。
【０００７】
波長分割多重化（ＷＤＭ）は、光ファイバ・システムのデータ・スループットを増大させる代替のアプローチである。しかし、このアプローチは、利用する帯域幅全体を単に増加させることにより、総合ビット・レートを大きくするものである。これは、依然として、帯域幅非効率に悩まされている。例えば、ＷＤＭの代表的な実施は、４つのＯＣ−３データ・ストリーム（各々異なった波長）光学的に結合することにより、単一のＯＣ−１２データ・ストリームと同じ容量を有する光信号を形成することである。これの受信器は、これに対して、その４つのＯＣ−３データ・ストリームを、それらの波長に基づいて光学的に分離することになる。しかし、このアプローチにおいては、各ＯＣ−３は、依然として、およそ１ｂｐｓ／Ｈｚの帯域幅効率を有し、このため、波長分割多重化した信号もまた、１ｂｐｓ／Ｈｚを超える帯域幅効率を有しないことになる。
【０００８】
したがって、光ファイバで、高い総合データ・レートで、かつ高い帯域幅効率でデジタル・データを伝送でき、しかも、対応する電子回路部に対する速度要求を不必要な程増大させないようなシステムおよび方法に対するニーズがある。
【０００９】
発明の摘要
本発明に従い、光ファイバでデジタル・データを送信するシステムは、変調ステージと、周波数分割マルチプレクサと、光変調器とを備える。前記変調ステージは、複数のデジタル・データ・チャンネルを受け、そしてＱＡＭ変調を適用して複数のＱＡＭ変調信号を発生する。前記周波数分割マルチプレクサは、これらＱＡＭ変調した信号を、これらを周波数分割多重化することによって組み合わせてＲＦ信号にする。このＲＦ信号は光変調器に入力し、そして光変調器は、光ファイバでの伝送のため、このＲＦ信号により変調した光信号を生成する。
【００１０】
好ましい実施形態においては、前記変調ステージは、個々に、６４の入来するＯＣ−３デジタル・データ・チャンネルの各々を、スクランブルし、フォワード・エラー・エンコードし、次に６４ＱＡＭ変調を使用してＱＡＭ変調して、６４ＱＡＭ変調信号を発生する。前記周波数分割マルチプレクサは、この６４のその結果生じたＱＡＭ変調信号を２つのステップで組み合わせる、すなわちＱＡＭ変調信号を８個の信号を一時に周波数分割多重化して全部で８個の信号を中間周波数で発生し、次にこれら８個の中間信号を周波数分割多重化して前記ＲＦ信号を発生する。前記光変調器は、光ソースと外部変調器とを備える。前記ＲＦ信号は、前記外部変調器に印加することにより、前記光ソースが発生した光キャリアを変調する。この結果生じた光信号は、光ファイバでの伝送に適したものとなる。
【００１１】
本発明の別の形態によれば、光ファイバでデジタル・データを受信するシステムは、検出器と、周波数分割デマルチプレクサと、復調ステージとを備える。前記検出器は、上記の前記送信器システムが発生した前記光信号を検出して、ＲＦ信号を発生する。前記周波数分割デマルチプレクサは、周波数分割多重化解除により、前記ＲＦ信号を分離して、それを構成したＱＡＭ変調信号にする。前記復調ステージは、前記ＱＡＭ変調信号をその元のデジタル・データ・チャンネルに変換する。
【００１２】
本発明は、ＱＡＭ変調と周波数分割多重化の組み合わせが、低い速度の電子回路部を使用しながら、光ファイバでのデジタル・データの高い総合データ・レートでかつ高い帯域幅効率で可能にするため、特に有利である。例えば、上記の好ましい実施形態は、ほぼ１０Ｇｂｐｓの総合データ・レートと、ほぼ４ｂｐｓ／Ｈｚの帯域幅効率を有するが、これに関連の電子回路部は、１０Ｇｂｐｓの総合レートではなく１５５ＭｂｐｓのＯＣ−３データ・レートをサポートするだけでよい。
【００１３】
本発明は、他の利点および特徴を有し、これらについては、本発明の以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲の記載から、添付の図面と伴に読めば、容易に明かとなる。
【００１４】
好ましい実施形態の詳細な説明
図１は、本発明によるシステム１００の図である。システム１００は、送信器１０２と、光ファイバ１０４と、受信器１０６とを備えている。送信器１０２は、受信器１０６に対し光ファイバ１０４で結合している。
【００１５】
システム１００は、以下の通り動作する。すなわち、送信器１０２は、Ｎ個のデジタル・データ・チャンネル１１０Ａ−Ｎ（集合的にデジタル・データ・チャンネル１１０）を受け、そしてファイバ１０４での伝送のため、これらを組み合わせて単一の光信号にする。送信器１０２は、これを、直交振幅変調（ＱＡＭ）と周波数分割多重化（ＦＤＭ）との組み合わせを使って行う。送信器１０２が作成したこの光信号は、ファイバ１０４で受信器１０６に伝送する。受信器１０６は、次に、送信器１０２の機能を逆転させ、この光信号をＮ個のデジタル・データ・チャンネル１２０Ａ−Ｎに変換する。
【００１６】
“Ｎ＝６４”または“Ｋ＝６４”の実施形態と呼ぶ好ましい実施形態においては、デジタル・データ・チャンネル１１０は、６４のＳＴＳ３チャンネルを含み、その各々が、およそ１０ビリオン・ビット／秒（Ｇｂｐｓ）の総合レートに対し、各々が１５５ミリオン・ビット／秒（Ｍｂｐｓ）のレートでデジタル・データを提供する。加えて、ＱＡＭ変調の使用は、通常、２−５ｂｐｓ／Ｈｚのレンジの帯域幅効率をもたらし、これは、在来の光ファイバ・システムに対する代表的な１ｂｐｓ／Ｈｚに対しかなりの増大であるが、ＦＤＭの使用は、対応する電子回路部が１５５Ｍｂｐｓ速度で動作できるようにし、これは、１０Ｇｂｐｓの総合データ・レートよりもかなり低い。代替の実施形態においては、デジタル・データ・チャンネル１１０は、高速のチャンネルとすることができ、これは、１００ミリオン・ビット／秒（Ｍｂｐｓ）よりも高い所定の固定のレートでデジタル・データを提供する。例えば、デジタル・データ・チャンネル１１０は、ＯＣ３または  ＳＴＭ１のチャンネルとすることができる。他のプロトコルもまた、サポートすることができ、それには、例えば、ＯＣ１２，ＯＣ４８等のより高いデータ・レート・チャンネルが含まれる。デジタル・データ・チャンネル１１０の数Ｎもまた、変化させることができる。例えば、Ｎ＝６４の実施形態の変更例では、およそ２０Ｇｂｐｓの総合ビット・レートに対しＮ＝１２８のデジタル・データ・チャンネル１１０がある。ＯＣ３のような光形態にあるデジタル・データ・チャンネル１１０は、変調ステージ２００に結合したＯ／Ｅコンバータ・ステージにより、電気形態に変換することができる。
【００１７】
図２は、図１の送信器１０２の１実施形態のブロック図である。送信器１０２は、変調ステージ２００、周波数分割マルチプレクサ２０２，そして光変調器２０４を備えている。これらコンポーネントは、デジタル・データ・チャンネル１１０から光ファイバ１０４までのデータ・パイプラインを形成する。詳細には、変調ステージ２００は、デジタル・データ・チャンネル１１０を受ける。変調ステージ２００は、周波数分割マルチプレクサ２０２に結合し、そしてこれは、光変調器２０４に結合している。光変調器２０４は、光信号を光ファイバ１０４に送信する。
【００１８】
送信器１０２は、以下の通り動作する。変調ステージ２００は、Ｎ個のデジタル・データ・チャンネル１１０を受け、そしてこれらをＫ個のＱＡＭ変調した信号２１０Ａ−Ｋに変換する。周波数分割マルチプレクサ２０２は、このＱＡＭ変調信号２１０を受け、そしてこれら信号を周波数分割多重化して１つのＲＦ信号２１２にし、そしてこれは、次に光変調器２０４に送る。光変調器２０４は、このＲＦ信号により変調した光信号を発生し、そしてこの結果生じた光信号を光ファイバ１０４に送信する。
【００１９】
送信器１０２の特定の実施形態の設計においては、特定のアプリケーションにおける使用のため、種々の設計トレードオフが本来ある。例えば、ＱＡＭにおいては、信号格子は、複素信号空間において等しく離間させるが、ＱＡＭ符号点配置（QAM constellation）における状態の総数は、変更することできる設計パラメータである。ＱＡＭ変調信号２１０に対するキャリア周波数もまた、変更することができる設計パラメータである。状態数、キャリア周波数および変調ステージ２００のその他の設計パラメータの最適な選択は、その特定のアプリケーションに依存することになる。変調ステージ２００のいくつかの例については、以下にさらに詳細に説明する。また、周波数分割マルチプレクサ２０２も、中間周波数の選択、コンポーネントをデジタル・ドメインあるいはアナログ・ドメインで実現するかどうか、また多重化を行うため多数のステージを使用するかどうか、のような多くの設計トレードオフが関係する。別の例として、より良好な線形性をもつ光変調器２０６は、望ましくない高調波および干渉を低減させ、これにより送信器１０２の伝送レンジを増大させる。しかし、より良好な線形性をもつ光変調器はまた、設計並びに生産が困難である。このため、最適な線形性は、特定のアプリケーションに依存することになる。システム・レベルのトレードオフの１つの例は、種々のコンポーネント間の信号電力およびゲインの割り当てである。したがって、本発明の多くの面について、先に述べたＮ＝６４実施形態のコンテキストで説明することにする。しかし、理解されるべきであるが、本発明は、この特定の実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
図３は、図２の変調ステージ２００の好ましい実施形態のブロック図である。変調ステージ２００は、Ｋ個の変調サブステージ３００Ａ−Ｋを備えている。各変調サブステージ３００は、デジタル・データ・チャンネル１１０の内のＭ個を受け（ここで、Ｍ＝Ｎ／Ｋ）、そしてこれらを単一のＱＡＭ変調信号２１０に変換する。この実施形態においては、各変調サブステージ３００は、同一のものである。簡単のため、図３は、１つの変調サブステージ３００Ａの詳細を示している。
【００２１】
変調サブステージ３００Ａは、Ｍ個のエンコーダ３０２Ａ−Ｍと、１つの結合器３０３と、そして１つの変調器３０４とを備えている。エンコーダ３０２の各々は、デジタル・データ・チャンネル１１０の内の１つを受けるように結合している。ＱＡＭ変調器３０４は、エンコーダ３０２の出力に対し結合器３０３を介して結合している。
【００２２】
変調サブステージ３００Ａは、以下の通り動作する。エンコーダ３０２の各々は、デジタル・データ・チャンネル１１０の内の１つを受け、そしてこのデジタル・データをエンコードする。エンコーダ３０２からのこのエンコードしたデジタル・データ・チャンネルは、結合器３０３が受け、そしてこれは、Ｍ個のデータ・ストリームを、ＱＡＭ変調器３０４に対する単一の入力に組み合わせる。ＱＡＭ変調器３０４は、この受けたデータ・ストリームをＱＡＭ変調信号２１０に変換する。エンコーディングおよびＱＡＭ変調技法には、種々のタイプのものが可能であり、その１つを図４で説明する。
【００２３】
好ましい実施形態においては、エンコーダ３０２は、フォワード・エラー訂正（ＦＥＣ）エンコーダを含む。これは、後続の処理ステージおよび伝送の間に起きるエラーが、受信器により訂正できるようにする。このことは、光ファイバ・システムに対しては特に関連があり、その理由は、これらが一般に、低ビット・エラー・レート（ＢＥＲ）を必要とするからであり、したがって干渉またはノイズのレベルのわずかの上昇でも、このＢＥＲにそのしきい値を超えさせてしまうからである。ＦＥＣコーディングは、これら望ましくない影響を補償することができる。ＦＥＣ技術として、多様な任意のものを、システム・マージン要求に依存して使用することができる。短い伝送距離に対しては、ＦＥＣコーディングは、格別の効果をもたらさないであろう。
【００２４】
図４は、Ｎ＝６４実施形態において使用する変調サブステージ３００Ａのブロック図である。この実施形態では、Ｋ＝Ｎ＝６４であり、かつＭ＝１である。言い換えれば、入来する各デジタル・データ・チャンネル１１０に対し１つの変調サブステージ３００があり、そして各個々のデジタル・データ・チャンネル１１０が別々のＱＡＭ変調信号２１０を生じることである。
【００２５】
変調サブステージ３００Ａは、スクランブラ４００と、リード−ソロモン・エンコーダ４０２と、インターリーバ４０４と、トレリス・エンコーダ４０６と、そしてＱＡＭ変調器３０４とを備えている。スクランブラ４００、リード−ソロモン・エンコーダ４０２、インターリーバ４０４およびトレリス・エンコーダ４０６は、エンコーダ３０２の一部分である。図３の結合器３０３は、Ｍ＝１であるため必要でない。これらコンポーネントは、結合することによって１つのパイプラインを形成し、これにおいて、デジタル・データがスクランブラ４００からリード−ソロモン・エンコーダ４０２へ、インターリーバ４０４へ、トレリス・エンコーダ４０６へそしてＱＡＭ変調器３０４へと流れ、これによりデジタル・データ・チャンネル１１０からＱＡＭ変調信号２１０へ変換される。
【００２６】
変調サブステージ３００Ａは、以下の通り動作する。デジタル・データ・チャンネル１１０は、スクランブラ４００が受け、そしてこれは、この入来したデジタル・データをスクランブルし、これによってデータ・ストリングをランダム化する。
【００２７】
リード−ソロモン・エンコーダ４０２は、このスクランブルしたデジタル・データ・チャンネルをリード・ソロモン・コードにしたがってエンコードする。プログラマブルなリード・ソロモン・コードは、非常に低いＢＥＲ（通常、１０-12）を低いオーバーヘッド（通常、２０％未満）で維持するためには好ましい。例えば、（２０４，１８８）のリード・ソロモン・コードは、各１８８データ・ビット当たりの８エラー・ビットのエラー訂正能力のため適用することができる。
【００２８】
インターリーバ４０４は、リード−ソロモン・エンコーダ４０２が出力したデジタル・データ・ストリングをインターリーブする。このインターリーブの結果、トレリス・エンコーダ４０６の性質に因り、より一層ロバストなエラー回復をもたらす。詳細には、ＦＥＣコードは、ある所与のデータ・ブロックにおけるある限られた数の間違いしか訂正できないが、トレリス・エンコーダ４０６のようなコンボリューション式エンコーダは、エラーを互いにクラスタさせる傾向がある。このため、インターリーブなしでは、大きなクラスタのエラーを含んだ１つのデータ・ブロックは、回復が困難となる。しかし、インターリーブを行えば、エラーのクラスタは、いくつかのデータ・ブロックに分散し、その各ブロックをＦＥＣコードによって復元することができることになる。好ましいのは、深さ（depth）１０のコンボリューション・インターリーブである。
【００２９】
トレリス・エンコーダ４０６は、ＱＡＭ変調、好ましくは６４状態ＱＡＭ変調を、インターリーバ４０４が出力したデジタル・データ・ストリームに対し適用する。この結果は通常、複素ベースバンド信号であり、これは、結果として生じるＱＡＭ変調信号２１０の同相（Ｉ）コンポーネントおよび直交（Ｑ）コンポーネントを表す。６４ＱＡＭの使用は、６ｂｐｓ／Ｈｚの変調帯域幅効率を生じ、これにより、伝送容量全体を、従来のＯＯＫシステムと比べ有意なファクタだけ増大させることになる。異なった状態数をもつＱＡＭも使用でき、そして状態数を１６から１０２４に変更すると、概して、変調帯域幅効率が４から１０のファクタだけ向上する。
【００３０】
ＱＡＭ変調器３０４は、代表的には、ＩコンポーネントとＱコンポーネントとを使用してキャリアを変調し、これにより、キャリア周波数で特徴付けたＱＡＭ変調信号２１０を生じる。好ましい実施形態においては、ＱＡＭ変調器３０４は、このＱＡＭ変調をデジタルで実現し、したがってサンプルしたＱＡＭ変調信号２１０は次に、後続の処理のため、Ａ／Ｄコンバータによってアナログ・ドメインに変換する。代替の実施形態においては、このＱＡＭ変調は、アナログ技術を使って実現することもできる。
【００３１】
図５は、図２の周波数分割マルチプレクサ２０２の１実施形態のブロック図である。周波数分割２０２は、Ｋ個の周波数シフタ５００Ａ−Ｋと、１つの結合器５０２とを備えている。周波数シフタ５００として種々のデバイスが使用でき、これには、アナログ設計のものとデジタル設計のものが含まれる。ある一般的な設計は、入来信号をローカル発振器と混合し、そして次に周波数フィルタによって所望の周波数のコンポーネントを選択することに基づいたものである。周波数シフタ５００の各々は、ＱＡＭ変調信号２１０の内の１つを受けるように結合している。結合器５０２は、周波数シフタ５００からの出力を受けるように結合している。
【００３２】
周波数分割マルチプレクサ２０２は、以下の通り動作する。各周波数シフタ５００は、その入来ＱＡＭ変調信号２１０を、その他の全ての周波数シフタ５００が使用するキャリア周波数とは異なったあるキャリア周波数に周波数シフトする。このため、周波数シフタ５００の出力は、ＱＡＭ変調信号２１０であるが、その各々は、互いに異なったキャリア周波数にある。次に、結合器５０２は、これら信号を組み合わせてＲＦ信号２１２にする。言い換えれば、各ＱＡＭ変調信号２１０は、ＲＦ信号２１２内の互いに異なったトーンである。
【００３３】
図５の周波数分割マルチプレクサ２０２の変更例では、変調ステージ２００は、ＲＦ信号２１２への直接の組み合わせに適したキャリア周波数で、ＱＡＭ変調信号２１０を発生することもできる。この場合、周波数分割マルチプレクサ２０２は、周波数シフタ５００を必要とせず、結合器５０２がそれらＱＡＭ変調信号２１０を直接組み合わせてＲＦ信号２１２にする。
【００３４】
図６Ａと図６Ｂとは、図２の周波数分割マルチプレクサ２０２の第２の実施形態のブロック図である。このアプローチでは、周波数分割多重化は、２つのステージ、すなわち、図６Ａに示した第１のステージ６２２と、図６Ｂに示した第２のステージ６２４とで生起する。説明の都合上、この周波数分割マルチプレクサ２０２は、Ｋ＝６４実施形態を参照して説明する。
【００３５】
図６Ａのステージ６２２において、ステージ６２２は、Ｊ個のサブステージ６２０Ａ−Ｊに細分している（この実施形態では、Ｊ＝８である）。６４ＱＡＭ変調信号２１０もまた、各々Ｈ個の信号から成るＪ個のグループに細分する（この実施形態では、Ｊ＝Ｈ＝８である）。各サブステージ６２０は、８個の信号から成る１つのグループを周波数分割多重化して、単一の信号６０７Ａ−Ｊを形成し、そしてこれは、次にステージ６２４に供給する。８個の信号の単一のグループのこの処理は、図６Ａに示している。ＪとＨの他の組み合わせも、代替の実施形態において使用することができる。
【００３６】
サブステージ６２０Ａは、８個の周波数シフタ６０４Ａ−Ｈと、１つの結合器６０６とを備えている。これらコンポーネントは互いに結合することにより、各入来ＱＡＭ変調信号２１０が周波数シフタ６０４から結合器６０６へ流れるようにしている。
【００３７】
サブステージ６２０Ａは、以下の通りに動作する。この実施形態においては、ＱＡＭ変調信号２１０は、周波数シフタ６０４が第１のキャリア周波数に周波数シフトする。ここで、サブステージ６２０内の８個の信号の各々に対するこの第１のキャリア周波数は、互いに異なっているが、ただし、各サブステージ６２０は、同じ８個のキャリア周波数の組を使用する。例えば、好ましい実施形態においては、ＱＡＭ変調信号２１０は、１．０−１．６ＧＨｚレンジ内の８個の互いに異なったキャリア周波数に周波数シフトする。結合器６０６は、これら８個の信号（全て異なった第１キャリア周波数にある）を互いに組み合わせて単一の中間信号６０７Ａにし、そしてこれを、図６Ｂのステージ６２４に入力する。このため、このデバイス全体に対するステージ６２２の出力においては、全部で８個の中間信号６０７があり、各１つが各サブステージ６２０に関するものである。さらに、各中間信号６０７は、８個のトーンを含み、各１つがサブステージ６２０内の入来ＱＡＭ変調信号２１０の各々に対するものである。
【００３８】
次に、図６Ｂのステージ６２４は、ステージ６２２の機能を繰り返すことによって、ＲＦ信号２１２を形成する。詳細には、ステージ６２４は、８個の周波数シフタ６０８Ａ−Ｊと、１個の結合器６１０とを備えており、これらは、ステージ６２２の周波数シフタ６０４および結合器６０６と同じように結合している。各周波数シフタ６０８は、前のステージ６２２からの中間信号６０７の内の１つを受け、そしてこれを第２のキャリア周波数に周波数シフトする。各周波数シフタ６０８は、互いに異なった第２のキャリア周波数を使用することにより、種々の信号間にオーバーラップが生じないようにしている。例えば、前の例で続けると、中間信号６０７は、１．０−１．６ＧＨｚレンジであった。周波数シフタ６０８Ａは、中間信号６０７Ａを０．４−１．０ＧＨｚレンジに周波数シフトし、そして、周波数シフタ６０８Ｂは１．０−１．６ＧＨｚレンジに、周波数シフタ６０８Ｃは１．６−２．２ＧＨｚレンジに等に周波数シフトするようにすることができる。ここで、本例では、シフタ６０８Ａは、ダウン・シフトし、シフタ６０８Ｂは、シフトが必要でないため不要であり、そしてその他のシフタ６０８Ｃ−Ｊはアップ・シフトを行う。次に、結合器６１０は、これら出力を組み合わせてＲＦ信号２１２にし、そしてこれは、本例では、０．４−５．２ＧＨｚのスペクトル・バンドを占有する。
【００３９】
再度図２を参照すると、光変調器２０４は、このＲＦ信号２１２を受け、そしてこのＲＦ信号２１２により変調された光ビームを発生する。この機能を実現するため、種々の技術を使用することができる。好ましい実施形態においては、変調器２０４は、光ソースと、外部光変調器とを備える。光ソースの例には、固体レーザ、半導体レーザが含まれる。外部光変調器の例には、マッハ・ゼンダー変調器（Mach Zehnder modulator）、電気光学変調器（electrooptic modulator）、電界吸収変調器（electroabsorptive modulator）が含まれる。光ソースは、光キャリアを発生し、そしてこれを、このキャリアが外部光変調器を通過するときにＲＦ信号２１２が変調する。このＲＦ信号は、予め歪ませて本システム全体の線形性を向上させるようにすることができる。
【００４０】
代替的には、変調器２０４は、内部変調式レーザ（internally modulated laser）とすることもできる。この場合、ＲＦ信号２１２は、このレーザを駆動し、そしてこれの出力が、ＲＦ信号により変調された光ビームとなる。
【００４１】
現在の光ファイバは、通信に普通使用される２つのスペクトル領域、すなわち、１．３ミクロンおよび１．５５ミクロンの領域を有している。１．３ミクロンの波長では、光信号の伝送は、主として、ファイバ１０４における減衰により制限され、分散のファクタは小さい。逆に、１．５５ミクロンの波長では、光信号はより一層の分散を受けるが、減衰は少ない。このため、光信号は、１．３ミクロン領域または１．５５ミクロン領域内の波長を有するのが好ましく、そして長距離通信システムに対しては、１．５５ミクロン領域が一般に好ましい。
【００４２】
図７は、図１の受信器１０６の１実施形態のブロック図であり、この大部分は、送信器１０２を逆転したものである。受信器１０６は、アバランシェ・ホトダイオードまたはＰＩＮダイオードのような検出器７００と、周波数分割デマルチプレクサ７０２と、そして復調ステージ７０４とを備えている。これらエレメントは、データ・パイプラインを形成するように結合し、そしてこのパイプラインは、光ファイバ１０４からの光信号をデジタル・データ・チャンネル１２０に変換する。より詳細には、検出器７００は、光ファイバ１０４に結合し、周波数分割デマルチプレクサ７０２は、検出器７００に結合し、復調ステージ７０４は、周波数分割デマルチプレクサ７０２に結合している。復調ステージ７０４は、デジタル・データ・チャンネル１２０を出力する。
【００４３】
受信器１０６は、以下の通り動作する。検出器７００は、光ファイバ１０４を通して伝送された光信号を検出することによって、ＲＦ信号７１０を発生し、この信号は、Ｋ個のＱＡＭ変調信号７１２Ａ−Ｋを含み、この各々は、互いに異なったキャリア周波数で特徴付けている。周波数分割デマルチプレクサ７０２は、ＲＦ信号７１０を多重化解除して、Ｋ個のＱＡＭ変調信号７１２にする。次に、復調ステージ７０４は、これらＱＡＭ変調信号７１２をＮ個のデジタル・データ・チャンネル１２０に変換する。これは、本質的には、図２に示した送信器１０２の逆転させたものである。ＲＦ信号７１０と、ＱＡＭ変調信号７１２と、デジタル・データ・チャンネル１２０とは、ＲＦ信号２１２と、ＱＡＭ変調信号２１０と、デジタル・データ・チャンネル１１０とに対応したものである。
【００４４】
図８は、図７の周波数分割デマルチプレクサ７０２の１実施形態のブロック図である。この実施形態は、スプリッタ８００と、Ｋ個の周波数シフタ８０２Ａ−Ｋと、そしてＫ個のバンドパス・フィルタ８０４Ａ−Ｋとを備えている。スプリッタ８００は、ＲＦ信号７１０を受けるように結合し、そして各周波数シフタ８０２は、スプリッタ８００の出力を受けるように結合している。各周波数シフタ８０２の出力は、バンドパス・フィルタ８０４の入力に結合している。
【００４５】
周波数シフタ８０２は、以下の通り動作する。スプリッタ８００は、ＲＦ信号７１０をＫ個の信号にスプリットし、そしてその各々を、周波数シフタ８０２とバンドパス・フィルタ８０４の組に入力する。例えば、スプリットされたＲＦ信号の内の１つは、周波数シフタ８０２Ａに入力する。上述のように、ＲＦ信号は、各々互いに異なったキャリア周波数にある、Ｋ個の異なったＱＡＭ変調信号を含んでいる。周波数シフタ８０２Ａは、この入来ＲＦ信号をある量だけシフトさせることによって、これらＱＡＭ変調信号の内の１つがフィルタ８０４Ａのパスバンドへとシフトさせるようにする。この信号は、バンドパス・フィルタ８０４Ａによってその他の信号からフィルタされ、これによりＱＡＭ変調信号７１２Ａを発生する。周波数シフタ８０２の各々は、互いに異なった量だけシフトすることにより、各バンドパス・フィルタ８０４がＲＦ信号７１０に含まれたＫ個のＱＡＭ変調信号の内の互いに異なった１つを選択するようにする。好ましい実施形態においては、フィルタ８０４Ａ−Ｋのパスバンドは、互いに同じとして、ＱＡＭ変調信号７１２が同じキャリア周波数によって特徴付けられるようにしている。
【００４６】
図９Ａと図９Ｂとは、図７の周波数分割デマルチプレクサ７０２の第２の実施形態のブロック図である。この実施形態は、多数のステージで周波数分割多重化解除を行う。図９Ａは、第１のステージ９２０を示し、一方、図９Ｂは、第２のステージ９２２を示している。このマルチ・ステージの周波数分割デマルチプレクサ７０２は、Ｋ＝６４実施形態のコンテキストで説明する。
【００４７】
この実施形態では、図９Ａの第１ステージ９２０は、スプリッタ９００と、８個のバンドパス・フィルタ９０２Ａ−Ｊと、そして８個の周波数シフタ９０４Ａ−Ｊとを備えている。スプリッタ９００は、入来するＲＦ信号７１０をスプリットして８個の信号にし、そしてこの各々をバンドパス・フィルタ９０２と周波数シフタ９０４の組に供給する。図６Ａと図６Ｂで説明したように、この特定の実施形態におけるＲＦ信号は、各々８個の信号から成る８個のグループを含んでいる。ステージ９２０の目的は、ＲＦ信号７１０を周波数分割多重化解除して８個のグループにすることである。
【００４８】
ステージ９２０は、以下の通り動作する。バンドパス・フィルタ９０２の各々は、互いに異なったパスバンドを有し、したがってＲＦ信号７１０に含まれた８個のグループの内の互いに異なった１つのグループを選択する。図６Ａおよび図６Ｂの例で続けると、これら種々のパスバンドは、０．４−１．０ＧＨｚ、１．０−１．６ＧＨｚ、等となる。周波数シフタ９０４は、これらグループの各々を、同じキャリア周波数（本例では、１．０−１．６ＧＨｚバンド）に周波数シフトする。各グループは元々、互いに異なったキャリア周波数で特徴付けられていたものであるため、周波数シフタ９０４の各々は、異なった量だけ周波数シフトを行わなければならない。ステージ９２０の出力は、８個の信号９０５Ａ−Ｊであり、その各々は、同じキャリア周波数にあり、そして各々、８個のＱＡＭ変調信号から成る１つのグループを含んでいる。これら信号の各々は、次に、図９Ｂのステージ９２２に入力する。
【００４９】
簡単にするため、図９Ｂは、ステージ９２０からの８個の信号９０５の内の信号９０５Ａの処理のみ示している。図９Ｂのステージ９２２は、スプリッタ９１０と、８個の周波数シフタ９１２Ａ−Ｈと、８個のバンドパス・フィルタ９１４Ａ−Ｈと、８個の周波数シフタ９１６Ａ−Ｈと、そして８個のＡ／Ｄコンバータ９１８Ａ−Ｈとを備えている。入来信号９０５Ａは、８個のＱＡＭ変調信号を含み、その各々は、互いに異なった周波数にある。スプリッタ９１０は、この入来信号をスプリットして８個の異なった信号にし、そしてこの各々は、デジタルのＱＡＭ変調信号７１２Ａ−Ｈに変換されることになる。
【００５０】
これは、以下の通りに行う。すなわち、周波数シフタ９１２の各々は、入来信号内のＱＡＭ変調信号の内の１つを、共通のキャリア周波数に周波数シフトする。バンドパス・フィルタ９１４は、共通キャリア周波数にあるこの信号をフィルタする。図９Ａの場合と同じように、入来信号の各々は、互いに異なったキャリア周波数で特徴付けられているため、周波数シフタ９１２の各々は、所望のＱＡＭ変調信号を適切なバンドパス領域にシフトするには、互いに異なった量だけ周波数シフトをしなければならない。周波数シフタ９１６は次に、これら信号を、より低い共通キャリア周波数に周波数シフトする。これには利点があるが、それは、バンドパス・フィルタ９１４が、より高い周波数で動作することができるためであり、これによりより良好な特性のフィルタの使用が可能となる。Ａ／Ｄコンバータ９１８は、周波数シフタ９１６の出力をサンプルし、そしてデジタルＱＡＭ復調の準備のため、このＱＡＭ変調信号をアナログからデジタル形態に変換する。
【００５１】
図１０は、図７の復調ステージ７０４の好ましい実施形態のブロック図である。復調ステージ７０４は、Ｋ個の復調サブステージ１０００Ａ−Ｋを備えている。図１０は、これら復調サブステージの内の１つのもの１０００Ａの詳細を示している。各復調サブステージ１０００は、ＱＡＭ変調信号７１２の内の１つをＭ個のデジタル・データ・チャンネル１２０Ａ−Ｍに変換する（ここで、Ｍ＝Ｎ／Ｋである）。復調サブステージ１０００Ａは、ＱＡＭ復調器１００２を備え、これは、スプリッタ１００３を介してＭ個のデコーダ１００４Ａ−Ｍに結合している。復調サブステージ１０００Ａは、概して、変調サブステージ３００Ａの逆の機能を実行する。詳細には、ＱＡＭ復調器１００２は、入来するＱＡＭ変調信号７１２からＱＡＭ変調を取り除く。スプリッタ１００３は、この復調した信号を分離してそれを構成したＭ個のデータ・ストリームにし、そしてこれらは次に、デコーダ１００４でデコードしてデジタル・データ・チャンネル１２０を形成する。
【００５２】
図１１は、Ｎ＝６４実施形態において使用する図１０の復調サブステージ１０００Ａのブロック図である。この場合、Ｍ＝１であるため、スプリッタ１００３は必要でない。デコーダ１００４は、トレリス・デコーダ１１００と、デインターリーバ（deinterleaver）１１０２と、リード−ソロモン・デコーダ１１０４と、そしてデスクランブラ１１０６とを備えている。これらコンポーネントは、図４に示したこれらに対応するものの逆の順序で結合している。詳細には、データ・フローに従い、ＱＡＭ復調器１００２は、トレリス・デコーダ１１００へ、デインターリーバ１１０２へ、リード−ソロモン・デコーダ１１０４へそしてデスクランブラ１１０６へと結合している。
【００５３】
復調サブステージ１０００Ａは、図１１が示唆しているように動作する。すなわち、ＱＡＭ復調器１００２は、入来するＱＡＭ変調信号７１２Ａを復調し、代表的には、その変調されたキャリアからベースバンドのＩ信号とＱ信号を抽出する。トレリス・デコーダ１１００は、このＩとＱの信号をデータ・ストリームに変換する。デインターリーバ１１０２は、インターリーブ・プロセスを逆転させる。リード−ソロモン・デコーダ１１０４は、リード−ソロモン・エンコーディングを逆転させて、発生したどのようなエラーも訂正する。デスクランブラ１１０６は、この結果生じたデコード済みの信号をデスクランブルして、デジタル・データ・チャンネル１２０を発生する。この結果生じたデジタル・データ・チャンネルは、後続のＥ／Ｏ変換ステージによって、電気から光の形態へ変換することもできる。
【００５４】
以上、本発明について、一定の好ましい実施形態を参照してかなり詳細に説明したが、他の実施形態も可能である。したがって、添付の請求の範囲の記載の範囲は、本文に含むこの好ましい実施形態の記述に限定されるべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明によるシステム１００の図。
【図２】  図２は、図１の送信器１０２の１実施形態のブロック図。
【図３】  図３は、図２の変調ステージ２００の好ましい実施形態のブロック図。
【図４】  図４は、図３の変調サブステージ３００Ａの好ましい実施形態のブロック図。
【図５】  図５は、図２の周波数分割マルチプレクサ２０２の１実施形態のブロック図。
【図６】  図６Ａは、図２の周波数分割マルチプレクサ２０２の第２の実施形態のブロック図の一部分である。
図６Ｂは、図２の周波数分割マルチプレクサ２０２の第２の実施形態のブロック図の残りの部分である。
【図７】  図７は、図１の受信器１０６の１実施形態のブロック図。
【図８】  図８は、図７の周波数分割デマルチプレクサ７０２の１実施形態のブロック図。
【図９】  図９Ａは、図７の周波数分割デマルチプレクサ７０２の第２の実施形態のブロック図の一部分である。
図９Ｂは、図７の周波数分割デマルチプレクサ７０２の第２の実施形態のブロック図の残りの部分である。
【図１０】  図１０は、図７の復調ステージ７０４の好ましい実施形態のブロック図。
【図１１】  図１１は、図１０の復調サブステージ１０００Ａの好ましい実施形態のブロック図。
【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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