JP2017511032A - 振幅変調と周波数変調とを組み合わせた信号のデコード - Google Patents

Abstract

本開示は、ＡＭ／ＦＭを組み合わせたエンコードされた信号をデコードするための方法に関し、前述のエンコードされた光信号を、局部発振器周波数で構成された局部発振器からの光と結合させるステップと、局部発振器の光とエンコードされた光信号とを結合した信号を、所定の周波数帯域幅を有する少なくとも１つの光電変換器によって１つ以上の電気信号に変換することによって、１つ以上のエンコードされた信号電流（複数可）を有する増幅およびエンコードされた電気信号を提供するステップと、ここで、あるタイプの状態が他のタイプの状態よりも高い振動周波数を有し、エンコードされた信号電流（複数可）を整流することによって、エンコードされたパワースペクトルを取得するステップと、を含み、ここで、前述のパワースペクトルが、差別化できるような異なる電力レベルを備える「０」状態および「１」状態などの異なる状態を有し、前述の局部発振器周波数が、前述のエンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数からの正の局部発振器周波数オフセットにより規定され、前述の局部発振器周波数オフセットが、前述の周波数帯域幅に応じて選択される。【選択図】図２

Description

本開示は、振幅変調（ＡＭ）と周波数変調（ＦＭ）とを組み合わせた信号のエンコードおよびデコードに関する。

通信システムは、一連の「０」状態および「１」状態として表すことができる情報の生成、伝送、受信およびデコードを行い、社会にとって極めて重要である。直接変調レーザを使用する光通信では、周波数チャーピングが発生することがある。この結果として、光強度に依存する光波長（または、周波数）が生じる。言い換えれば、「０」状態の波長（または、周波数）は、「１」状態の波長とは異なる。通信システムにおける周波数チャープは、望ましくないものと考えられ、最適とは程遠い。なぜならば、チャープ誘導の周波数広がりを、隣接するシンボルを重なり合わせ、それ故に、間違ってデコードさせる時間広がりに変換する、伝送ファイバにおける波長分散が原因で伝送距離が制限されるからである。結果として、周波数チャープ変調は、光通信システムには好ましくない。それどころか、光通信システムに使用するのに周波数チャーピングが十分に抑制されるような変調器またはレーザが製造される。

チャープのない動作にはチャープ管理のレーザまたは外部変調器のいずれかが必要となり、これらは共に、高額であり、かつ電力消費および熱を増大する。他方では、周波数チャーピングを伴う変調器またはレーザは、低費用である。それ故に、例えば、光通信システムなどにおいて周波数チャープされた変調器をより許容できる場合には、経済的利点がもたらされる。

周波数チャープされた変調器を光通信システムに使用できる解決策はあるが、これらは、周波数チャーピングを補正するための手段を有する。これは、動的な線幅の広がりを排除し、ゆえに、活用されないような方法で、例えば、フィルタまたはより複雑なハードウェアの解決策を実施する必要があることを意味する。

周波数チャープ変調を許容するだけでなく、周波数チャープ変調に内在する動的な線幅の広がりをさらに利用する通信システムが不足している。

光通信システムには２つの周知の検出技術がある。
・ 直接検出
・ コヒーレント検出
直接検出は、振幅のみの検出であり、一方で、コヒーレント検出は、振幅および位相の両方を検出する。コヒーレント検出は、直接検出よりも高い感度を含む、直接検出を上回る多くの利点を有し、それ故に、トランシーバの費用に非常に影響を受けやすいメトロネットワークおよびアクセスネットワークに反対している数多くのユーザによってトランシーバの費用が分担される長距離（コアネットワーク）通信システムにおいてますます好ましい。しかしながら、コヒーレント検出は、絶対位相基準としての機能を果たす位相ロックループによって制御される局部発振器（ＬＯ）によって信号が復調されるときに、キャリア位相の情報が必要になる。位相ロックループを伴う動作は、システム側に厳格な要件を課す。位相ロックループにおける２つの周知の要求は以下である。
・ ＬＯとエンコーダとの間の同期化
・ ＬＯとエンコーダとの狭い光の線幅
これらの要求が満たされないと、コヒーレント検出は、適切に動作しない。位相ロックループは、光学（アナログ）ドメインまたはデジタル信号処理（ＤＳＰ）を用いたデジタルドメインのいずれかにおいて作ることができる。位相ロックループをどのように実施するかに関わらず、コヒーレント検出には、常に、狭い光の線幅を備える高費用のレーザと動作させる必要がある。メトロネットワークおよびアクセスネットワークにおける将来の光通信システムにおいて、低費用の解決策を提供する検出技術に対する要求がある。

前述の問題および要求に対処し、それらを解決するために、本開示は、周波数チャーピングを使用および活用する通信システムに関する。具体的には、本開示は、位相ロックループを排除できる可能性があり、故に、光通信システムに低費用の解決策を提供する、通信システムにおけるエンコードおよびデコードを提供する通信システムに関する。

本開示は、例えば、周波数チャープレーザにより得られる、振幅変調（ＡＭ）と周波数変調（ＦＭ）との組み合わせを用いた信号の伝送、およびこのＡＭとＦＭとを組み合わせたエンコードされた信号のデコードを記述し、これは、前述のエンコードされた光信号を、局部発振器周波数で構成された局部発振器からの光と結合させるステップと、局部発振器の光とエンコードされた光信号とを結合した信号を、所定の周波数帯域幅を有する少なくとも１つの光電変換器によって１つ以上の電気信号に変換することによって、１つ以上のエンコードされた信号電流（複数可）を有する増幅およびエンコードされた電気信号を提供するステップと、ここで、あるタイプの状態が他のタイプの状態よりも高い振動周波数を有し、エンコードされた信号電流（複数可）を整流することによって、エンコードされたパワースペクトルを取得するステップと、を含み、ここで、前述のパワースペクトルが、差別化できるような異なる電力レベルを備える「０」状態および「１」状態などの異なる状態を有し、前述の局部発振器周波数が、前述のエンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数からの正の局部発振器周波数オフセットにより規定され、前述の局部発振器周波数オフセットが、前述の周波数帯域幅に応じて選択される。

本開示は、振幅変調および周波数変調によって光信号をエンコードするステップと、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号をデコードするステップと、を含み、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号のエンコードまたはデコードが２つ以上のレベルを使用している信号の伝送を記述する。２つのレベルは、例えば、「０」状態および「１」状態であり、通常、異なる状態が周波数および振幅で分離されるように使用されるが、通信システムは、３つ以上の状態を備えるアルファベットをさらに用いることができる。これは、通常、「高度変調フォーマット」、「高次変調フォーマット」または「マルチレベル変調フォーマット」と呼ばれる。３つ以上の状態を使用することによって、２ビット以上の情報を単一シンボルにエンコードすることができるという利点がある。実施例として、４つの振幅レベルを用いるシステムでは、シンボルごとに２ビットをエンコードすることができ、４つの周波数レベルを用いるシステムでは、シンボルごとに２ビットをエンコードすることができ、そして４つの振幅および４つの周波数レベルを独立して用いるシステムでは、シンボルごとに４ビットをエンコードすることができる。振幅および周波数とは別に、情報はさらに、パルス幅の変化またはパルス位置の変化として、キャリアの位相、キャリアの偏波においてエンコードすることができる。

本開示は、「０」状態および「１」状態などの少なくとも２つの異なるタイプの状態を備える、ＡＭとＦＭとの組み合わせのエンコードされた光信号をデコードするための検出器システムも提供し、これは、局部発振器周波数で構成された局部発振器の光とエンコードされた光信号を局部発振器からの光と連結するように構成された連結デバイスと、１つ以上のエンコードされた信号電流（複数可）を有する増幅およびエンコードされた電気信号を提供するように構成された、所定の周波数帯域幅を有する１つ以上の光電変換器（複数可）と、ここで、あるタイプの状態が別のタイプの状態よりも高い振動周波数を有し、および前述の信号電流（複数可）を整流してパワースペクトルを提供するように構成された整流器と、を備えており、前述のパワースペクトルが、差別化できるような異なる電力レベルを備える「０」状態および「１」状態などの異なる状態を有し、前述の局部発振器周波数が、前述のエンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数からの正の局部発振器周波数オフセットにより規定され、前述の局部発振器周波数オフセットが、前述の周波数帯域幅に応じて選択される。

さらに、検出器は、より容易に差別化できる異なる電力レベルを備える「０」状態および「１」状態などの、あるタイプの状態の余剰電力を別のタイプの状態に相対的に減少させるように構成されたローパスフィルタを備えてもよい。

従って、本開示は、さらに、本明細書に開示した検出器システムを備え、少なくとも１つの送信機および少なくとも１つの受信機を備えた光通信システムに関する。

局部発振器からの光を信号と結合させる前の、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号のスペクトルの一実施形態を示す。 ビーティングとも呼ばれる局部発振器からの光を信号と結合させる前後の、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号のスペクトルの一実施形態を示す。 整流前の信号レベルの一実施形態を示す。 整流およびローパスフィルタリング後の信号レベルの一実施形態を示す。 ＲＦ信号の半波および全波整流の実施形態を示す。 本開示の一実施形態を示す。 （ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）システムのビットレートと同じ帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した、本発明による局部発振器のデチューニングの実施例を示す。 （ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）システムのビットレートの１．５倍の帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した、本発明による局部発振器のデチューニングの実施例を示す。 （１００ｋｍＳＳＭＦ）システムのビットレートと同じ帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した、本発明による局部発振器のデチューニングの実施例を示す。 （１００ｋｍＳＳＭＦ）システムのビットレートの１．５倍の帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した、本発明による局部発振器のデチューニングの実施例を示す。 １０ｅ−９のＢＥＲにおいて受信機感度がＬＯデチューニングにどのように依存するかの実施例を示す。 ＦＭシフトが、ＶＣＳＥＬの駆動に使用されるデータ信号のピーク・ツー・ピーク電圧にどのように依存するかの実施例を示す。 ＡＭ消光比が、ＶＣＳＥＬの駆動に使用されるデータ信号のピーク・ツー・ピーク電圧にどのように依存するかの実施例を示す。 ５Ｇｂｐｓのｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋおよびＰＤ帯域幅に対する１００ｋｍＳＳＭＦ伝送後の最適駆動振幅および結果得られたＦＭシフトの実施例を示す。 ゼロレベル（Ｆ０）および１レベル（Ｆ１）の周波数が駆動振幅にどのように依存するかの実施例を示す。 信号中心周波数およびＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、５Ｇｂｐｓ（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）における駆動振幅および７．５Ｇｈｚフォトダイオードによってどのように変化するかの実施例を示す。 信号中心周波数およびＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、５Ｇｂｐｓ（１００ｋｍＳＳＭＦ）における駆動振幅および７．５ＧＨｚフォトダイオードによってどのように変化するかの実施例を示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムの５Ｇｂｐｓにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムの５Ｇｂｐｓにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムの５Ｇｂｐｓにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムの５Ｇｂｐｓにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、８０ｋｍＳＳＭＦシステムの５Ｇｂｐｓにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、８０ｋｍＳＳＭＦシステムの５Ｇｂｐｓにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムの１０Ｇｂｐｓにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムの１０Ｇｂｐｓにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムの１０Ｇｂｐｓにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムの１０Ｇｂｐｓにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 最適ＦＭシフトが、５Ｇｂｐｓシステムにおける光検出器帯域幅および伝送距離にどのように依存するかの実施例を示す。 最適ＦＭシフトが、１０Ｇｂｐｓシステムにおける光検出器帯域幅および伝送距離にどのように依存するかの実施例を示す。

位相ロックループの排除
コヒーレント検出は本質的に局部発振器の位相ロックループを必要とするので、本開示は、コヒーレント（同期）検出とは異なるものとみなすことができる。むしろ、本開示は、非同期検出として定義することができ、これは、局部発振器が、位相ロックループなしで動作できる、または信号に同期されずに動作できることを意味する。コヒーレント検出システムは、アナログまたはデジタルのいずれかの何らかの種類の位相ロックループを含むが、本開示は、アナログ位相ロックループもデジタル位相ロックループも必要としない。故に、本開示の１つの利点に、アナログ／デジタル位相ロックループの必要性を排除する能力がある。本開示において、周波数チャーピングを利用することによって位相ロックループを排除することができる。本開示は、例えば、周波数チャープされた変調器を用いて得られた、振幅および周波数の両方が変調された信号を使用し、これを、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号のデコードと結合させて、位相ロックループの必要性を排除することができる。ＦＭは、レベルを異なる周波数に分けることに関与し、一方で、ＡＭは、レベルを異なる電力に分けることに関与する。ゆえに、ＡＭ信号とＦＭ信号との結合は、エンコードされた信号に、ＦＭ信号によってエンコードされた異なる状態についての追加の情報が与えられることが示唆される。これは、整流と、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号との結合であり、位相ロックループの必要性を排除することができる。以前は、周波数チャープされた通信システムが準最適な解決策を提供すると考えられていたが、本開示は、周波数チャーピングを活用し、周波数チャープされた通信システムに、増大した受信機感度、波長（チャンネル）選択性、および改善された伝送性能を与える最適な解決策を提供する。このように、本開示は、コヒーレント検出の利点、すなわち、増大した受信機感度、波長（チャンネル）選択性、および改善された伝送性能を提供する通信システムに関する。さらに、本開示は、コヒーレント検出の欠点がない通信システムに関し、本開示は、周波数チャープ変調とともに動作し、アナログ、デジタルどちらにおいても位相ロックループを必要としない。結果として、それ故に、局部発振器として広い線幅を備える低費用レーザではあるが、ＡＭおよびＦＭ送信機／エンコーダとしても使用することができ、特に、将来の光通信システムにおける費用全体を低減できる。実施例として、本開示は、（デコードのための）局部発振器として垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、および（エンコードのための）送信機または変調器として直接変調ＶＣＳＥＬを使用する非同期検出のための方法およびシステムを提供することができる。位相ロックループなしで動作する局部発振器の使用によって、位相ロックループを実施するための複雑なアルゴリズムまたはハードウェアを必要としない方法およびシステムを可能にすることができる。

一実施形態において、位相ロックループとともに動作する局部発振器を使用することができる。そのような使用では、受信機がコヒーレント検出器になる。位相ロックループとともに動作する局部発振器、およびＡＭとＦＭとを組み合わせた伝送の使用によって、さらに、改善された波長分散許容値および改善された消光比をもたらすシステムおよび方法を提供することができる。それ故に、位相ロックループなしで局部発振器が動作することは要求されず、むしろ、利点となる。

光電気変換
本発明の一実施形態において、光信号を１つ以上の電気信号に変換するステップが、所定の周波数帯域幅を有する少なくとも１つの光電変換器によって提供される。

制限された振幅消光比の許容値
直接変調されたデバイスの使用によって、送信機において制限された振幅消光比で動作する能力を提供することができる。１つの状態における余剰電力のいくらかをローパスフィルタリングによってさらに減少または除去することができるので、本開示は、制限された振幅消光比に対してより許容することができる。

排除された分散補償
本開示の１つの利点は、直接変調レーザの高動的周波数チャーピングとともに動作する能力であり得る。チャープ誘導のスペクトル広がりを、ＬＯ、整流およびローパスフィルタリングと連結するプロセスによって除去することができるので、チャープレーザを使用して達成可能な伝送距離を改善することができる。本開示の別の利点は、波長分散で生じたスペクトルを減少する能力であり得る。故に、波長分散許容値は、直接検出方法よりも改善することができる。本開示の別の利点は、アナログ／デジタル分散補償の必要性を排除する能力であり得る。

ローパスフィルタリング
ローパスフィルタの典型的な効果は、信号によって生じるリップルを除去し、ゆえに、ローパスフィルタの役割は、従来構成などにおいて信号をクリーンにもすることであり得る。いくつかの実施形態において、ローパスフィルタはＡＭ信号とＦＭ信号とを組み合わされ、制限された振幅消光比において動作する能力、そしてさらに、直接変調レーザの高動的周波数チャーピングとともに動作する能力を可能にする。ローパスフィルタリングは、デジタル的にまたはアナログ的に適用することができる。

閾値検出
一実施形態において、「０」状態および「１」状態などの異なる状態が自動的に検出されるように、閾値をパワースペクトルに適用することが要求され得る。このように、エンコードされた状態についての情報を得られる可能性がある。閾値検出は、決定回路とも呼ばれる閾値検出モジュールを使用して実施することができる。閾値検出は、デジタル的にまたはアナログ的に適用することができる。

連結
連結デバイスは、３ｄＢカプラ、６ｄＢカプラもしくは９０度ハイブリッド、または類似のデバイスであってもよい。さまざまなカプラまたはハイブリッドを使用できる可能性があるが、３ｄＢカプラは、一般に、９０度ハイブリッドよりも単純であり、ゆえに、３ｄＢカプラが好ましい場合がある。１つ以上の光電変換器は、フォトダイオードであってもよい。

整流
整流器は、整流を実行するように構成されたデバイスである。整流器および整流は、デコードの一部である。整流は、デジタル的にまたはアナログ的に適用することができる。整流器の使用によって、計算の複雑性および／またはハードウェアを削減することができ、従って、費用全体を削減することができる。例えば、整流器は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器がなくても使用することができる。故に、本開示の１つの利点は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器の必要性を排除する能力である。整流は、信号の正の部分または負の部分のいずれかが除去されるような半波整流として実行することができる。半波整流は、非線形伝達関数を備えるゲートとともに実行できる。ゲートは、例えば、信号の負の部分がゲートの閾値よりも低くなるようにバイアスをかけることができる。整流は、すべての負の値が正の値に変換される、スクエアリング成分などの全波整流としても実行することができる。記述するように、整流は、スクエアリングであってもよい。これは、ハードウェアまたはソフトウェアにおいて実施することができる。ソフトウェアにおいて実施する場合は、アナログ／デジタル変換器は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）において処理される前に実装することができる。スクエアリングの代替としては、信号をヒルベルト変換することによって得ることができる。しかしながら、さまざまな他の解決策も実行できる。アナログ整流器の実施例は、ＸＯＲゲートおよびダイオードブリッジを含む。ＸＯＲゲートおよびダイオードブリッジの両方は、ＤＳＰを用いないリアルタイム信号処理を可能にし、故に、ＤＳＰよりも好ましい場合がある。

感度
本開示の１つの利点は、直接検出を用いるよりも低い１０〜１５ｄＢの入力で動作することができるコヒーレント検出のそれと同様の性能改善を提供することであり得る。局部発振器からの増幅の結果として、この性能を達成することができる。

エンコーディング
本開示の一実施形態において、信号は、周波数チャープレーザおよび／または直接変調レーザ、特に、ＤＭＬまたはＶＣＳＥＬなどの、１つ以上の同時ＡＭおよびＦＭデバイスによってエンコードされる。ゆえに、送信機は、周波数チャープレーザ、特に、ＤＭＬまたはＶＣＳＥＬなどの、１つ以上のＡＭデバイスとＦＭデバイスとを組み合わせたデバイス（複数可）によって、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号を生成するように構成される。ＤＭＬおよびＶＣＳＥＬは共に、広い線幅を有し、一般に、低費用である。

本開示の別の実施形態では、信号は、より多くの振幅および周波数レベルを備えるより多くの高度変調フォーマットを使用できるように、１つ以上の個別のＡＭデバイス（複数可）および１つ以上の個別のＦＭデバイス（複数可）によってエンコードされる。ゆえに、送信機は、１つ以上の個別のＡＭデバイスおよび１つ以上の個別のＦＭデバイスによってＡＭとＦＭとを組み合わせた信号を生成するように構成される。

ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号をどのように生成するかに関わらず、周波数変調が異なる状態を異なる周波数に変換することに関与し、一方で、振幅変調が異なる状態を振幅に分離することに関与することによって、従来のシステムが含まないような、異なる状態のさらなる情報を好都合に供給できる。

異なる周波数、すなわち、異なる状態は、ＦＭシフトとも呼ばれる周波数分離によって分離される。故に、ＦＭシフトは、周波数変調（ＦＭ）信号の２つの状態間の周波数分離として定義される。実施例として、ＦＭシフトは、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号、すなわち、光信号の「０」状態と「１」状態との間の差異である。

本発明の一実施形態において、周波数変調は、光信号における状態間の周波数分離、すなわち、ＦＭシフトが１５ＧＨｚ未満、１４ＧＨｚ未満、１３ＧＨｚ未満、１２ＧＨｚ未満、１１ＧＨｚ未満または１０ＧＨｚ未満となるように構成される。

本発明の別の実施形態では、周波数変調は、光信号における状態間の周波数分離が光電変換器の周波数帯域幅に依存するように構成される。

本発明のさらに別の実施形態では、周波数変調は、光信号における状態間の周波数分離が光電変換器の周波数帯域幅についての比例定数に比例するように構成される。

本発明の好ましい実施形態において、比例定数は、０．２〜１．４、例えば、０．４〜１．２、０．８〜１．２、０．９〜１．１、１などである。

本発明のいくつかの実施形態において、比例定数は、伝送距離に依存する。

本発明の他の実施形態では、比例定数は、Ｇｂｐｓにおいて測定される、データ転送速度によって定義された伝送速度に依存する。

信号
一実施形態において、信号は光信号である。いくつかの実施形態において、信号は、ＲＦ信号であってもよい。さらに、信号は、自由空間または光ファイバにおける信号であってもよい。また、信号は、１つ以上の波長チャンネルを備えることができる。

本発明の最も好ましい実施形態では、信号、例えば、光信号は、３ｄＢ〜６ｄＢ、好ましくは４ｄＢ〜５ｄＢ、より好ましくは、おおよそ４．５ｄＢのＡＭ消光比で構成される。そのような構成の使用によって、例えば、伝送システムの単純な設定を可能にしてもよい。

局部発振器
一実施形態において、局部発振器は、ＤＭＬおよび／またはＶＣＳＥＬなどの非冷却レーザである。非冷却レーザは低費用であるが、高費用の温度制御レーザも局部発振器として使用することができる。局部発振器は、信号の周波数または波長に調整することができる。これは、帯域内構成であってもよいし、帯域外構成であってもよい。帯域内構成では、ＬＯは、信号のスペクトル内の周波数または波長に調整される。帯域外構成では、ＬＯは、信号のスペクトル外の周波数または波長に調整される。このように、局部発振器を使用して波長選択性を達成することができる。波長選択器としての局部発振器の使用によって、フィルタなしで本開示を使用できることが示唆される。しかしながら、波長チャンネルは、１つ以上の光学フィルタによってフィルタリングすることができる。局部発振器を、あるタイプの状態が位置するところの周波数に調整することによって、状態を、別の高い周波数に変換された状態よりも低くてもよい高い周波数に変換することができる。信号は、一般に、信号の周波数とＬＯの周波数との間の瞬間的な周波数差に等しい高い周波数に変換することができる。いくつかの実施形態において、調整は、システムに依存し得、特に、調整は、温度に依存し得る。故に、所与の状態についての調整は、スペクトル内または外への周波数または波長へのＬＯの調整を含むことができる。

局部発振器は、コヒーレント検出と同様に、波長選択手段として使用することができ、これによって、検出器前の光学フィルタの必要性を排除できる。

本発明の一実施形態において、局部発振器は、ある状態が最高振幅を備える状態である場合に、ある状態よりも高い周波数を有する。

本発明の別の実施形態では、局部発振器周波数オフセットは、光電変換器の帯域幅よりも大きい。

本発明のさらに別の実施形態では、局部発振器周波数オフセットは、光電変換器の帯域幅の１〜１．５倍、最も好ましくは、光電変換器の帯域幅のおおよそ１．２倍に選択される。おおよその意味では、このことは最大２０％の偏差と理解すべきである。

エラー検出
別の実施形態では、有利にも、エラー検出をシステム検査に実施することができる。エラー検出は、ビット誤り率テスタなどのエラー検出モジュールを使用して実施することができる。

偏波無依存
本開示の一実施形態において、例えば、市販のシステムにおいて実施する場合に、偏波無依存を得ることが好ましい場合がある。偏波無依存を得るためのいくつかの方法がある。１つの方法に、偏波ダイバーシティ受信機の使用があり得、これは、局部発振器からの信号および光を２つの直交偏波に分けることによって４つのチャンネルを取得し、その後、これらの４つのチャンネルを結合させることを含むことができる。偏波無依存を得る別の方途に、偏波スクランブルの使用があり得る。さまざまな他の方法も使用することができる。偏波無依存を得る第３の方法に、信号の偏波と光の偏波とを位置合わせすることを伴う適応偏波制御があり得る。あるいは、偏波無依存は、光の偏波と信号の偏波とを位置合わせすることによって得ることができる。好ましい実施形態において、これは自動的に行うことができる。これは、例えば、ＬＯの偏波をスキャンおよび制御することによって達成することができる。あるいは、これは、スキャンおよび制御が結合信号の最大化を含むことができる場合に、信号の偏波をスキャンおよび自動的に制御することによって達成できる。手動構成では、信号または光の偏波は、手動の偏波制御器を使用して光または信号のそれを偏波して行うことができる。

実施例
実施例１−ＬＯと結合させる前のスペクトル
図１は、局部発振器からの光を信号と結合させる前の、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号のスペクトルの一実施形態を示す。スペクトルは、「０」状態の０および「１」状態の１に対応する２つのピークを有する。「０」状態の０は、周波数および振幅の両方において「１」の１状態と異なる。消光比は、「０」状態と「１」状態との間の出力比である。

実施例２−ＬＯと結合させた後のスペクトル
図２は、ビーティングとも呼ばれる局部発振器からの光を信号と結合させる前後の、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号のスペクトルの一実施形態を示す。局部発振器が「１」状態１が位置するところの周波数に調整されたことがわかる。ＬＯは、厳密ではないが「１」状態の１に近い値に調整される。「１」状態は、高い周波数に変換された「０」状態の０よりは低い、高い周波数に変換される。消光比は、「０」状態の０と「１」状態の１との間の出力比である。局部発振器からの光との信号のビーティング後、それに続いて信号を整流して「０」状態を低くすることによって、改善された消光比が与えられることに興味深くも留意されたい。信号が「１」状態の１にあるときには、振幅は高く、振動周波数は低い。信号が「０」状態の０にあるときには、振幅は低く、振動周波数は高い。

実施例３−整流前の信号
図３は、整流前の信号レベルの一実施形態を示す。この信号は、信号が同相および直角位相成分を備えるように９０度ハイブリッドを使用して得られる。この信号から、信号の同相および直角位相成分は、それ自身によっては、信号についての情報を与えない。

実施例４−整流後の信号
図４は、整流およびローパスフィルタリング後の信号レベルの一実施形態を示す。この信号は、信号が同相および直角位相成分を備えるように９０度ハイブリッドを使用して得られる。同相と直角位相とを単一信号に組み合わせ、その後、これを整流する。この信号から、整流された信号は、信号についての情報を与える。「０」状態および「１」状態に関する情報は重要であり、閾値検出を使用して決定することができる。

実施例５−整流
図５は、ＲＦ信号の半波および全波整流の一実施形態を示す。半波整流の使用は、信号の半分が削除されていることが示唆される。

実施例６−システム
図６は、本開示の一実施形態を示す。ＡＭ／ＦＭを組み合わせたエンコードされた信号２が、局部発振器３からの光とともに、カプラ４内において結合され、２つの電気光変換器５に入り、ここで、信号が２つの電気信号に変換され、さらに整流器６に送られ、ここで電気信号がデコードされる。

実施例７−（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）システムのビットレートと同じ帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した局部発振器のデチューニング
図７は、さまざまな局部発振器周波数についての、ビット誤り率（ＢＥＲ）が受信機入力電力にどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。この実施例において、関係性は、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋについて示される。この実施例では、フォトダイオードの帯域幅は、システムのビットレート（５Ｇｂｐｓ）と等しく、５ＧＨｚである。ＬＯ周波数および駆動振幅の最適値が見つけ出される。駆動振幅は、この最適値に固定され、ＬＯ周波数は、その最適値前後において変化する。従って、例えば、所与のデチューニングについての、１０ｅ−９のＢＥＲにおける受信機感度を見つけ出すことができる。この実施例は、光電変換器、この場合は、フォトダイオードが所定の周波数帯域幅を有することを示す。故に、フォトダイオードの所定の周波数帯域幅が、システムのビットレートに比例し、この実施例において、比例定数は１である。

実施例８−（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）システムのビットレートの１．５倍の帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した局部発振器のデチューニング
図８は、さまざまな局部発振器周波数についての、ビット誤り率（ＢＥＲ）が受信機入力電力にどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。この実施例において、関係性は、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋについて示される。この実施例では、フォトダイオードの帯域幅は、システムのビットレート（５Ｇｂｐｓ）の１．５倍であり、７．５ＧＨｚである。ＬＯ周波数および駆動振幅の最適値が見つけ出される。駆動振幅は、この最適値に固定され、ＬＯ周波数は、その最適値前後において変化する。従って、例えば、所与のデチューニングについての、１０ｅ−９のＢＥＲにおける受信機感度を見つけ出すことができる。この実施例は、光電変換器、この場合は、フォトダイオードが所定の周波数帯域幅を有することを示す。故に、フォトダイオードの所定の周波数帯域幅が、システムのビットレートに比例し、この実施例において、比例定数は１．５である。

実施例９−（１００ｋｍＳＳＭＦ）システムのビットレートと同じ帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した局部発振器のデチューニング
図９は、さまざまな局部発振器周波数についての、ビット誤り率（ＢＥＲ）が受信機入力電力にどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。この実施例において、関係性は、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋについて示される。この実施例では、フォトダイオードの帯域幅は、システムのビットレート（５Ｇｂｐｓ）と等しく、５ＧＨｚである。ＬＯ周波数および駆動振幅の最適値が見つけ出される。駆動振幅は、この最適値に固定され、ＬＯ周波数は、その最適値前後において変化する。従って、例えば、所与のデチューニングについての、１０ｅ−９のＢＥＲにおける受信機感度を見つけ出すことができる。この実施例は、光電変換器、この場合は、フォトダイオードが所定の周波数帯域幅を有することを示す。故に、フォトダイオードの所定の周波数帯域幅が、システムのビットレートに比例し、この実施例において、比例定数は１である。

実施例１０−（１００ｋｍＳＳＭＦ）システムのビットレートの１．５倍の帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した局部発振器のデチューニング
図１０は、さまざまな局部発振器周波数についての、ビット誤り率（ＢＥＲ）が受信機入力電力にどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。この実施例において、関係性は、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋについて示される。この実施例では、フォトダイオードの帯域幅は、システムのビットレート（５Ｇｂｐｓ）の１．５倍であり、７．５ＧＨｚである。ＬＯ周波数および駆動振幅の最適値が見つけ出される。駆動振幅は、この最適値に固定され、ＬＯ周波数は、その最適値前後において変化する。従って、例えば、所与のデチューニングについての、１０ｅ−９のＢＥＲにおける受信機感度を見つけ出すことができる。この実施例は、光電変換器、この場合は、フォトダイオードが所定の周波数帯域幅を有することを示す。故に、フォトダイオードの所定の周波数帯域幅が、システムのビットレートに比例し、この実施例において、比例定数は１．５である。

実施例１１−ＬＯデチューニングペナルティ
図１１は、１０ｅ−９のＢＥＲにおいて受信機感度がＬＯデチューニングにどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。この実施例では、依存度は、図７〜図１０からのデータに基づく。この実施例は、システムのビットレートの１．５倍の帯域幅を備えるフォトダイオードの使用によって、受信機感度が改善したことを示す。この改善は、低分散（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）の場合により顕著である。故に、この実施例は、フォトダイオード帯域幅の増大によってＬＯデチューニングが増大したことを示した。さらに、分散は、ＬＯデチューニングを、最適ＬＯ周波数前後の対称性のあるものから、負のデチューニング値に対してよりも正の値に対してより許容される方にシフトする。１ｄＢでの許容値が、グラフ下方の表にリストされる。

実施例１２−周波数変調（ＦＭシフト）対ＶＣＳＥＬ駆動振幅
図１２は、ＦＭシフトが、ＶＣＳＥＬの駆動に使用されるデータ信号のピーク・ツー・ピーク電圧にどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。図１２のグラフから見てわかるように、ＦＭシフトとＶＣＳＥＬの駆動振幅との間には直線関係がある。この関係性がビットレートに依存しないことが見出された。

実施例１３−ＡＭ消光比対ＶＣＳＥＬ駆動振幅
図１３は、ＡＭ消光比が、ＶＣＳＥＬの駆動に使用されるデータ信号のピーク・ツー・ピーク電圧にどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。図１３のグラフから見てわかるように、ＡＭ消光比とＶＣＳＥＬの駆動振幅との間には直線関係がある。この関係性がビットレートに依存しないことが見出された。

実施例１４−最適ＦＭシフト対ＰＤ帯域幅
図１４は、５Ｇｂｐｓのｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋおよびＰＤ帯域幅に対する１００ｋｍＳＳＭＦ伝送後の最適駆動振幅および結果得られたＦＭシフトの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。低分散（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）では、最適ＦＭシフトが帯域幅とほぼ等しいことがわかる。高分散（１００ｋｍＳＳＭＦ）では、最適ＦＭシフトは、ＰＤ帯域幅が増大してもほぼ一定である。高ＦＭシフトの利点は、高ＦＭシフトにおける光信号帯域幅の増大に起因する分散ペナルティの増大が相殺されることである。

実施例１５−１レベル周波数からの最適ＬＯ周波数オフセット
図１５は、ゼロレベル（Ｆ０）および１レベル（Ｆ１）の周波数が駆動振幅にどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。周波数は、非変調ＶＣＳＥＬの周波数に正規化される、すなわち、Ｆ０＝Ｆ１＝０である。Ｆ０およびＦ１の両方とも、駆動振幅に直線的に依存する。Ｆ１は、より高い周波数の方に移動し、一方で、Ｆ０は、より低い周波数に移動する。それらの間の中心周波数は、わずかにより低い周波数の方に移動する。これは、ＶＣＳＥＬ駆動信号のＲＭＳ電力に起因するＶＣＳＥＬの加熱によって引き起こされる断熱チャープの故に起こる。本発明の一実施形態において、中心周波数のシフトは、ＶＣＳＥＬを温度制御することによって排除される。

実施例１６−信号中心周波数およびＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）
図１６は、信号中心周波数およびＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、５Ｇｂｐｓ（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）における駆動振幅および７．５Ｇｈｚフォトダイオードによってどのように変化するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。駆動振幅に関係なく、その結果、ＦＭシフトにも依存せずに、Ｆ１からの一定のオフセットを有するようにＬＯを調整する必要があることがわかる。

実施例１７−信号中心周波数およびＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット（１００ｋｍＳＳＭＦ）
図１７は、信号中心周波数およびＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、５Ｇｂｐｓ（１００ｋｍＳＳＭＦ）における駆動振幅および７．５ＧＨｚフォトダイオードによってどのように変化するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。ＬＯ周波数が、すべての駆動振幅においてほぼ同じであり、それ故に、ＦＭシフトのすべての値においてほぼ同じであることがわかる。言い換えれば、この実施例は、実施例１６に与えられた実施例と反対であることを示す。この実施例から、最適ＬＯ周波数が分散に依存することがわかる。

実施例１８−（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ、５Ｇｂｐｓ）ビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図１８は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、７．５ＧＨｚであり、オフセットは７〜９ＧＨｚである。故に、この実施例では、オフセットは、光電変換器の帯域幅の０．９〜１．２倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、光電変換器の帯域幅のおおよそ１〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。この実施例において、低分散では、最適ＬＯ周波数オフセットがＡＭ消光比に依存しないことが示された。

実施例１９−（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ、５Ｇｂｐｓ）ビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図１９は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、１０ＧＨｚであり、オフセットは、９．５〜１２．５ＧＨｚである。故に、この実施例では、オフセットは、光電変換器の帯域幅の０．９５〜１．２５倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、光電変換器の帯域幅のおおよそ１〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。この実施例において、低分散では、最適ＬＯ周波数オフセットがＡＭ消光比に依存しないことが示された。

実施例２０−（４０ｋｍＳＳＭＦ、５Ｇｂｐｓ）ビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２０は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、７．５ＧＨｚであり、オフセットは、約７〜１０ＧＨｚである。故に、この実施例では、オフセットは、光電変換器の帯域幅の０．９〜１．３５倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、光電変換器の帯域幅のおおよそ１〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。この実施例において、比較的低分散では、最適ＬＯ周波数オフセットがＡＭ消光比に依存しないことが示された。

実施例２１−（４０ｋｍＳＳＭＦ、５Ｇｂｐｓ）ビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２１は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、１０ＧＨｚであり、オフセットは、約９〜１３ＧＨｚである。故に、この実施例において、オフセットは、光電変換器の帯域幅の０．９〜１．３倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、光電変換器の帯域幅のおおよそ１〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。この実施例において、比較的低分散では、最適ＬＯ周波数オフセットがＡＭ消光比に依存しないことが示された。

実施例２２−（８０ｋｍＳＳＭＦ、５Ｇｂｐｓ）ビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２２は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、８０ｋｍＳＳＭＦシステムにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、７．５ＧＨｚであり、オフセットは、約５〜９ＧＨｚである。故に、この実施例において、オフセットは、光電変換器の帯域幅の０．６〜１．２倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、この実施例では、光電変換器の帯域幅のおおよそ０．５〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。

実施例２３−（８０ｋｍＳＳＭＦ、５Ｇｂｐｓ）ビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２３は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、８０ｋｍＳＳＭＦシステムにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、１０ＧＨｚであり、オフセットは、約７〜１２ＧＨｚである。故に、この実施例において、オフセットは、光電変換器の帯域幅の０．７〜１．２倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、この実施例では、光電変換器の帯域幅のおおよそ０．５〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。

実施例２４−（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ、１０Ｇｂｐｓ）ビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２４は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、１５ＧＨｚであり、オフセットは、約１５〜２１ＧＨｚである。故に、この実施例では、オフセットは、光電変換器の帯域幅の１〜１．４倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、この実施例では、光電変換器の帯域幅の１〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。

実施例２５−（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ、１０Ｇｂｐｓ）ビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２５は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、２０ＧＨｚであり、オフセットは、約１８〜２９ＧＨｚである。故に、この実施例では、オフセットは、光電変換器の帯域幅の０．９〜１．５倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、この実施例では、光電変換器の帯域幅のおおよそ１〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。

実施例２６−（４０ｋｍＳＳＭＦ、１０Ｇｂｐｓ）ビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２６は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、１５ＧＨｚであり、オフセットは、約１３〜２１ＧＨｚである。故に、この実施例では、オフセットは、光電変換器の帯域幅のおよそ０．９〜１．４倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、この実施例では、光電変換器の帯域幅のおおよそ１〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。

実施例２７−（４０ｋｍＳＳＭＦ、１０Ｇｂｐｓ）ビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２７は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、２０ＧＨｚであり、オフセットは、約２２〜３２ＧＨｚである。故に、この実施例では、オフセットは、光電変換器の帯域幅のおよそ１．１〜１．６倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、この実施例では、光電変換器の帯域幅のおおよそ１〜１．６倍の範囲内で少ししか変化していない。

実施例２８−（５Ｇｂｐｓ）光検出器帯域幅および伝送距離に対する最適ＦＭシフト
図２８は、最適ＦＭシフトが、５Ｇｂｐｓシステムにおける光検出器帯域幅および伝送距離にどのように依存するかの実施例を示す。この実施例から、周波数変調が、光信号における状態間の周波数分離が光電変換器の周波数帯域幅に依存するように構成され、特に、周波数変調が、光信号における状態間の周波数分離が光電変換器の周波数帯域幅についての比例定数に比例するように構成されることがわかる。ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムでは、比例定数はおおよそ１．２であり、一方で、４０ｋｍＳＳＭＦシステムでは、比例定数はおおよそ１であり、８０ｋｍＳＳＭＦシステムでは、比例定数はおおよそ０．８である。故に、分散が最適ＦＭシフトを減少することがわかる。

実施例２９−（１０Ｇｂｐｓ）光検出器帯域幅および伝送距離に対する最適ＦＭシフト
図２９は、最適ＦＭシフトが、１０Ｇｂｐｓシステムにおける光検出器帯域幅および伝送距離にどのように依存するかの実施例を示す。この実施例から、周波数変調が、光信号における状態間の周波数分離が光電変換器の周波数帯域幅に依存するように構成され、特に、周波数変調が、光信号における状態間の周波数分離が光電変換器の周波数帯域幅についての比例定数に比例するように構成されることがわかる。ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムでは、比例定数はおおよそ０．８であり、一方で、４０ｋｍＳＳＭＦシステムでは、比例定数はおおよそ０．４である。故に、分散が最適ＦＭシフトを減少することがわかる。さらに、より高い光検出器帯域幅によって、最適ＦＭシフトが増大する。

本開示は、振幅変調（ＡＭ）と周波数変調（ＦＭ）とを組み合わせた信号のエンコードおよびデコードに関する。

通信システムは、一連の「０」状態および「１」状態として表すことができる情報の生成、伝送、受信およびデコードを行い、社会にとって極めて重要である。直接変調レーザを使用する光通信では、周波数チャーピングが発生することがある。この結果として、光強度に依存する光波長（または、周波数）が生じる。言い換えれば、「０」状態の波長（または、周波数）は、「１」状態の波長とは異なる。通信システムにおける周波数チャープは、望ましくないものと考えられ、最適とは程遠い。なぜならば、チャープ誘導の周波数広がりを、隣接するシンボルを重なり合わせ、それ故に、間違ってデコードさせる時間広がりに変換する、伝送ファイバにおける波長分散が原因で伝送距離が制限されるからである。結果として、周波数チャープ変調は、光通信システムには好ましくない。それどころか、光通信システムに使用するのに周波数チャーピングが十分に抑制されるような変調器またはレーザが製造される。

チャープのない動作にはチャープ管理のレーザまたは外部変調器のいずれかが必要となり、これらは共に、高額であり、かつ電力消費および熱を増大する。他方では、周波数チャーピングを伴う変調器またはレーザは、低費用である。それ故に、例えば、光通信システムなどにおいて周波数チャープされた変調器をより許容できる場合には、経済的利点がもたらされる。

周波数チャープされた変調器を光通信システムに使用できる解決策はあるが、これらは、周波数チャーピングを補正するための手段を有する。これは、動的な線幅の広がりを排除し、ゆえに、活用されないような方法で、例えば、フィルタまたはより複雑なハードウェアの解決策を実施する必要があることを意味する。

周波数チャープ変調を許容するだけでなく、周波数チャープ変調に内在する動的な線幅の広がりをさらに利用する通信システムが不足している。

光通信システムには２つの周知の検出技術がある。
・ 直接検出
・ コヒーレント検出
直接検出は、振幅のみの検出であり、一方で、コヒーレント検出は、振幅および位相の両方を検出する。コヒーレント検出は、直接検出よりも高い感度を含む、直接検出を上回る多くの利点を有し、それ故に、トランシーバの費用に非常に影響を受けやすいメトロネットワークおよびアクセスネットワークに反対している数多くのユーザによってトランシーバの費用が分担される長距離（コアネットワーク）通信システムにおいてますます好ましい。しかしながら、コヒーレント検出は、絶対位相基準としての機能を果たす位相ロックループによって制御される局部発振器（ＬＯ）によって信号が復調されるときに、キャリア位相の情報が必要になる。位相ロックループを伴う動作は、システム側に厳格な要件を課す。位相ロックループにおける２つの周知の要求は以下である。
・ ＬＯとエンコーダとの間の同期化
・ ＬＯとエンコーダとの狭い光の線幅
これらの要求が満たされないと、コヒーレント検出は、適切に動作しない。位相ロックループは、光学（アナログ）ドメインまたはデジタル信号処理（ＤＳＰ）を用いたデジタルドメインのいずれかにおいて作ることができる。位相ロックループをどのように実施するかに関わらず、コヒーレント検出には、常に、狭い光の線幅を備える高費用のレーザと動作させる必要がある。

光通信システムでは、Ｅｍｕｒａ Ｋらによる１９８８， Ｆｏｕｒｔｅｅｎｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ （Ｃｏｎｆ． Ｐｕｂｌ． Ｎｏ．２９２）， ｐ． ５７−６０， ｖｏｌ． ２， “４ ｔｏ ５ Ｇｂ／ｓ ｐｈａｓｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｈｏｍｏｄｙｎｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ”は、ＡＳＫおよびＦＳＫの光信号の検出のためのコヒーレントな光学受信機であって、検出された信号の整流がエンベロープ復調により実行されている受信機を開示している。

類似の構成が、Ｅｍｕｒａ ＫらによるＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， １９８４， “Ｎｏｖｅｌ Ｏｐｔｉｃａｌ ＦＳＫ Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ｓｉｎｇｌｅ ｆｉｌｔｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ａ ｄｉｒｅｃｔ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ＤＦＢ−ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ”， ｐ． １０２２−１０２３， ｖｏｌ． ２０， ｎｏ． ２４、Ｃｈｕｎｇ Ｙ ＣらによるＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， １９８９， “Ｎｏｖｅｌ ＦＳＫ ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ｓｉｎｇｌｅ−ｆｉｌｔｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｎｏ ＩＦ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｌｏｃｋ”， ｐ． １４０−１４１， ｖｏｌ． １， ｎｏ． ６、および欧州特許第０ １４５ ９７２ Ａ１号に開示されている。

メトロネットワークおよびアクセスネットワークにおける将来の光通信システムにおいて、低費用の解決策を提供する検出技術に対する要求がある。

前述の問題および要求に対処し、それらを解決するために、本開示は、周波数チャーピングを使用および活用する通信システムに関する。具体的には、本開示は、位相ロックループを排除できる可能性があり、故に、光通信システムに低費用の解決策を提供する、通信システムにおけるエンコードおよびデコードを提供する通信システムに関する。

本開示は、例えば、周波数チャープレーザにより得られる、振幅変調（ＡＭ）と周波数変調（ＦＭ）との組み合わせを用いた信号の伝送、およびこのＡＭとＦＭとを組み合わせたエンコードされた信号のデコードを記述し、これは、前述のエンコードされた光信号を、局部発振器周波数で構成された局部発振器からの光と結合させるステップと、局部発振器の光とエンコードされた光信号とを結合した信号を、所定の周波数帯域幅を有する少なくとも１つの光電変換器によって１つ以上の電気信号に変換することによって、１つ以上のエンコードされた信号電流（複数可）を有する増幅およびエンコードされた電気信号を提供するステップと、ここで、あるタイプの状態が他のタイプの状態よりも高い振動周波数を有し、エンコードされた信号電流（複数可）を整流することによって、エンコードされたパワースペクトルを取得するステップと、を含み、ここで、前述のパワースペクトルが、差別化できるような異なる電力レベルを備える「０」状態および「１」状態などの異なる状態を有し、前述の局部発振器周波数が、前述のエンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数からの正の局部発振器周波数オフセットにより規定され、前述の局部発振器周波数オフセットが、前述の周波数帯域幅に応じて選択される。

本開示は、振幅変調および周波数変調によって光信号をエンコードするステップと、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号をデコードするステップと、を含み、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号のエンコードまたはデコードが２つ以上のレベルを使用している信号の伝送を記述する。２つのレベルは、例えば、「０」状態および「１」状態であり、通常、異なる状態が周波数および振幅で分離されるように使用されるが、通信システムは、３つ以上の状態を備えるアルファベットをさらに用いることができる。これは、通常、「高度変調フォーマット」、「高次変調フォーマット」または「マルチレベル変調フォーマット」と呼ばれる。３つ以上の状態を使用することによって、２ビット以上の情報を単一シンボルにエンコードすることができるという利点がある。実施例として、４つの振幅レベルを用いるシステムでは、シンボルごとに２ビットをエンコードすることができ、４つの周波数レベルを用いるシステムでは、シンボルごとに２ビットをエンコードすることができ、そして４つの振幅および４つの周波数レベルを独立して用いるシステムでは、シンボルごとに４ビットをエンコードすることができる。振幅および周波数とは別に、情報はさらに、パルス幅の変化またはパルス位置の変化として、キャリアの位相、キャリアの偏波においてエンコードすることができる。

本開示は、「０」状態および「１」状態などの少なくとも２つの異なるタイプの状態を備える、ＡＭとＦＭとの組み合わせのエンコードされた光信号をデコードするための検出器システムも提供し、これは、局部発振器周波数で構成された局部発振器の光とエンコードされた光信号を局部発振器からの光と連結するように構成された連結デバイスと、１つ以上のエンコードされた信号電流（複数可）を有する増幅およびエンコードされた電気信号を提供するように構成された、所定の周波数帯域幅を有する１つ以上の光電変換器（複数可）と、ここで、あるタイプの状態が別のタイプの状態よりも高い振動周波数を有し、および前述の信号電流（複数可）を整流してパワースペクトルを提供するように構成された整流器と、を備えており、前述のパワースペクトルが、差別化できるような異なる電力レベルを備える「０」状態および「１」状態などの異なる状態を有し、前述の局部発振器周波数が、前述のエンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数からの正の局部発振器周波数オフセットにより規定され、前述の局部発振器周波数オフセットが、前述の周波数帯域幅に応じて選択される。

さらに、検出器は、より容易に差別化できる異なる電力レベルを備える「０」状態および「１」状態などの、あるタイプの状態の余剰電力を別のタイプの状態に相対的に減少させるように構成されたローパスフィルタを備えてもよい。

従って、本開示は、さらに、本明細書に開示した検出器システムを備え、少なくとも１つの送信機および少なくとも１つの受信機を備えた光通信システムに関する。

局部発振器からの光を信号と結合させる前の、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号のスペクトルの一実施形態を示す。 ビーティングとも呼ばれる局部発振器からの光を信号と結合させる前後の、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号のスペクトルの一実施形態を示す。 整流前の信号レベルの一実施形態を示す。 整流およびローパスフィルタリング後の信号レベルの一実施形態を示す。 ＲＦ信号の半波および全波整流の実施形態を示す。 本開示の一実施形態を示す。 （ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）システムのビットレートと同じ帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した、本発明による局部発振器のデチューニングの実施例を示す。 （ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）システムのビットレートの１．５倍の帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した、本発明による局部発振器のデチューニングの実施例を示す。 （１００ｋｍＳＳＭＦ）システムのビットレートと同じ帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した、本発明による局部発振器のデチューニングの実施例を示す。 （１００ｋｍＳＳＭＦ）システムのビットレートの１．５倍の帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した、本発明による局部発振器のデチューニングの実施例を示す。 １０ｅ−９のＢＥＲにおいて受信機感度がＬＯデチューニングにどのように依存するかの実施例を示す。 ＦＭシフトが、ＶＣＳＥＬの駆動に使用されるデータ信号のピーク・ツー・ピーク電圧にどのように依存するかの実施例を示す。 ＡＭ消光比が、ＶＣＳＥＬの駆動に使用されるデータ信号のピーク・ツー・ピーク電圧にどのように依存するかの実施例を示す。 ５Ｇｂｐｓのｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋおよびＰＤ帯域幅に対する１００ｋｍＳＳＭＦ伝送後の最適駆動振幅および結果得られたＦＭシフトの実施例を示す。 ゼロレベル（Ｆ０）および１レベル（Ｆ１）の周波数が駆動振幅にどのように依存するかの実施例を示す。 信号中心周波数およびＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、５Ｇｂｐｓ（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）における駆動振幅および７．５Ｇｈｚフォトダイオードによってどのように変化するかの実施例を示す。 信号中心周波数およびＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、５Ｇｂｐｓ（１００ｋｍＳＳＭＦ）における駆動振幅および７．５ＧＨｚフォトダイオードによってどのように変化するかの実施例を示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムの５Ｇｂｐｓにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムの５Ｇｂｐｓにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムの５Ｇｂｐｓにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムの５Ｇｂｐｓにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、８０ｋｍＳＳＭＦシステムの５Ｇｂｐｓにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、８０ｋｍＳＳＭＦシステムの５Ｇｂｐｓにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムの１０Ｇｂｐｓにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムの１０Ｇｂｐｓにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムの１０Ｇｂｐｓにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムの１０Ｇｂｐｓにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。 最適ＦＭシフトが、５Ｇｂｐｓシステムにおける光検出器帯域幅および伝送距離にどのように依存するかの実施例を示す。 最適ＦＭシフトが、１０Ｇｂｐｓシステムにおける光検出器帯域幅および伝送距離にどのように依存するかの実施例を示す。

位相ロックループの排除
コヒーレント検出は本質的に局部発振器の位相ロックループを必要とするので、本開示は、コヒーレント（同期）検出とは異なるものとみなすことができる。むしろ、本開示は、非同期検出として定義することができ、これは、局部発振器が、位相ロックループなしで動作できる、または信号に同期されずに動作できることを意味する。コヒーレント検出システムは、アナログまたはデジタルのいずれかの何らかの種類の位相ロックループを含むが、本開示は、アナログ位相ロックループもデジタル位相ロックループも必要としない。故に、本開示の１つの利点に、アナログ／デジタル位相ロックループの必要性を排除する能力がある。本開示において、周波数チャーピングを利用することによって位相ロックループを排除することができる。本開示は、例えば、周波数チャープされた変調器を用いて得られた、振幅および周波数の両方が変調された信号を使用し、これを、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号のデコードと結合させて、位相ロックループの必要性を排除することができる。ＦＭは、レベルを異なる周波数に分けることに関与し、一方で、ＡＭは、レベルを異なる電力に分けることに関与する。ゆえに、ＡＭ信号とＦＭ信号との結合は、エンコードされた信号に、ＦＭ信号によってエンコードされた異なる状態についての追加の情報が与えられることが示唆される。これは、整流と、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号との結合であり、位相ロックループの必要性を排除することができる。以前は、周波数チャープされた通信システムが準最適な解決策を提供すると考えられていたが、本開示は、周波数チャーピングを活用し、周波数チャープされた通信システムに、増大した受信機感度、波長（チャンネル）選択性、および改善された伝送性能を与える最適な解決策を提供する。このように、本開示は、コヒーレント検出の利点、すなわち、増大した受信機感度、波長（チャンネル）選択性、および改善された伝送性能を提供する通信システムに関する。さらに、本開示は、コヒーレント検出の欠点がない通信システムに関し、本開示は、周波数チャープ変調とともに動作し、アナログ、デジタルどちらにおいても位相ロックループを必要としない。結果として、それ故に、局部発振器として広い線幅を備える低費用レーザではあるが、ＡＭおよびＦＭ送信機／エンコーダとしても使用することができ、特に、将来の光通信システムにおける費用全体を低減できる。実施例として、本開示は、（デコードのための）局部発振器として垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、および（エンコードのための）送信機または変調器として直接変調ＶＣＳＥＬを使用する非同期検出のための方法およびシステムを提供することができる。位相ロックループなしで動作する局部発振器の使用によって、位相ロックループを実施するための複雑なアルゴリズムまたはハードウェアを必要としない方法およびシステムを可能にすることができる。

一実施形態において、位相ロックループとともに動作する局部発振器を使用することができる。そのような使用では、受信機がコヒーレント検出器になる。位相ロックループとともに動作する局部発振器、およびＡＭとＦＭとを組み合わせた伝送の使用によって、さらに、改善された波長分散許容値および改善された消光比をもたらすシステムおよび方法を提供することができる。それ故に、位相ロックループなしで局部発振器が動作することは要求されず、むしろ、利点となる。

光電気変換
本発明の一実施形態において、光信号を１つ以上の電気信号に変換するステップが、所定の周波数帯域幅を有する少なくとも１つの光電変換器によって提供される。

制限された振幅消光比の許容値
直接変調されたデバイスの使用によって、送信機において制限された振幅消光比で動作する能力を提供することができる。１つの状態における余剰電力のいくらかをローパスフィルタリングによってさらに減少または除去することができるので、本開示は、制限された振幅消光比に対してより許容することができる。

排除された分散補償
本開示の１つの利点は、直接変調レーザの高動的周波数チャーピングとともに動作する能力であり得る。チャープ誘導のスペクトル広がりを、ＬＯ、整流およびローパスフィルタリングと連結するプロセスによって除去することができるので、チャープレーザを使用して達成可能な伝送距離を改善することができる。本開示の別の利点は、波長分散で生じたスペクトルを減少する能力であり得る。故に、波長分散許容値は、直接検出方法よりも改善することができる。本開示の別の利点は、アナログ／デジタル分散補償の必要性を排除する能力であり得る。

ローパスフィルタリング
ローパスフィルタの典型的な効果は、信号によって生じるリップルを除去し、ゆえに、ローパスフィルタの役割は、従来構成などにおいて信号をクリーンにもすることであり得る。いくつかの実施形態において、ローパスフィルタはＡＭ信号とＦＭ信号とを組み合わされ、制限された振幅消光比において動作する能力、そしてさらに、直接変調レーザの高動的周波数チャーピングとともに動作する能力を可能にする。ローパスフィルタリングは、デジタル的にまたはアナログ的に適用することができる。

閾値検出
一実施形態において、「０」状態および「１」状態などの異なる状態が自動的に検出されるように、閾値をパワースペクトルに適用することが要求され得る。このように、エンコードされた状態についての情報を得られる可能性がある。閾値検出は、決定回路とも呼ばれる閾値検出モジュールを使用して実施することができる。閾値検出は、デジタル的にまたはアナログ的に適用することができる。

連結
連結デバイスは、３ｄＢカプラ、６ｄＢカプラもしくは９０度ハイブリッド、または類似のデバイスであってもよい。さまざまなカプラまたはハイブリッドを使用できる可能性があるが、３ｄＢカプラは、一般に、９０度ハイブリッドよりも単純であり、ゆえに、３ｄＢカプラが好ましい場合がある。１つ以上の光電変換器は、フォトダイオードであってもよい。

整流
整流器は、整流を実行するように構成されたデバイスである。整流器および整流は、デコードの一部である。整流は、デジタル的にまたはアナログ的に適用することができる。整流器の使用によって、計算の複雑性および／またはハードウェアを削減することができ、従って、費用全体を削減することができる。例えば、整流器は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器がなくても使用することができる。故に、本開示の１つの利点は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器の必要性を排除する能力である。整流は、信号の正の部分または負の部分のいずれかが除去されるような半波整流として実行することができる。半波整流は、非線形伝達関数を備えるゲートとともに実行できる。ゲートは、例えば、信号の負の部分がゲートの閾値よりも低くなるようにバイアスをかけることができる。整流は、すべての負の値が正の値に変換される、スクエアリング成分などの全波整流としても実行することができる。記述するように、整流は、スクエアリングであってもよい。これは、ハードウェアまたはソフトウェアにおいて実施することができる。ソフトウェアにおいて実施する場合は、アナログ／デジタル変換器は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）において処理される前に実装することができる。スクエアリングの代替としては、信号をヒルベルト変換することによって得ることができる。しかしながら、さまざまな他の解決策も実行できる。アナログ整流器の実施例は、ＸＯＲゲートおよびダイオードブリッジを含む。ＸＯＲゲートおよびダイオードブリッジの両方は、ＤＳＰを用いないリアルタイム信号処理を可能にし、故に、ＤＳＰよりも好ましい場合がある。

感度
本開示の１つの利点は、直接検出を用いるよりも低い１０〜１５ｄＢの入力で動作することができるコヒーレント検出のそれと同様の性能改善を提供することであり得る。局部発振器からの増幅の結果として、この性能を達成することができる。

エンコーディング
本開示の一実施形態において、信号は、周波数チャープレーザおよび／または直接変調レーザ、特に、ＤＭＬまたはＶＣＳＥＬなどの、１つ以上の同時ＡＭおよびＦＭデバイスによってエンコードされる。ゆえに、送信機は、周波数チャープレーザ、特に、ＤＭＬまたはＶＣＳＥＬなどの、１つ以上のＡＭデバイスとＦＭデバイスとを組み合わせたデバイス（複数可）によって、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号を生成するように構成される。ＤＭＬおよびＶＣＳＥＬは共に、広い線幅を有し、一般に、低費用である。

本開示の別の実施形態では、信号は、より多くの振幅および周波数レベルを備えるより多くの高度変調フォーマットを使用できるように、１つ以上の個別のＡＭデバイス（複数可）および１つ以上の個別のＦＭデバイス（複数可）によってエンコードされる。ゆえに、送信機は、１つ以上の個別のＡＭデバイスおよび１つ以上の個別のＦＭデバイスによってＡＭとＦＭとを組み合わせた信号を生成するように構成される。

ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号をどのように生成するかに関わらず、周波数変調が異なる状態を異なる周波数に変換することに関与し、一方で、振幅変調が異なる状態を振幅に分離することに関与することによって、従来のシステムが含まないような、異なる状態のさらなる情報を好都合に供給できる。

異なる周波数、すなわち、異なる状態は、ＦＭシフトとも呼ばれる周波数分離によって分離される。故に、ＦＭシフトは、周波数変調（ＦＭ）信号の２つの状態間の周波数分離として定義される。実施例として、ＦＭシフトは、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号、すなわち、光信号の「０」状態と「１」状態との間の差異である。

本発明の一実施形態において、周波数変調は、光信号における状態間の周波数分離、すなわち、ＦＭシフトが１５ＧＨｚ未満、１４ＧＨｚ未満、１３ＧＨｚ未満、１２ＧＨｚ未満、１１ＧＨｚ未満または１０ＧＨｚ未満となるように構成される。

本発明の別の実施形態では、周波数変調は、光信号における状態間の周波数分離が光電変換器の周波数帯域幅に依存するように構成される。

本発明のさらに別の実施形態では、周波数変調は、光信号における状態間の周波数分離が光電変換器の周波数帯域幅についての比例定数に比例するように構成される。

本発明の好ましい実施形態において、比例定数は、０．２〜１．４、例えば、０．４〜１．２、０．８〜１．２、０．９〜１．１、１などである。

本発明のいくつかの実施形態において、比例定数は、伝送距離に依存する。

本発明の他の実施形態では、比例定数は、Ｇｂｐｓにおいて測定される、データ転送速度によって定義された伝送速度に依存する。

信号
一実施形態において、信号は光信号である。いくつかの実施形態において、信号は、ＲＦ信号であってもよい。さらに、信号は、自由空間または光ファイバにおける信号であってもよい。また、信号は、１つ以上の波長チャンネルを備えることができる。

本発明の最も好ましい実施形態では、信号、例えば、光信号は、３ｄＢ〜６ｄＢ、好ましくは４ｄＢ〜５ｄＢ、より好ましくは、おおよそ４．５ｄＢのＡＭ消光比で構成される。そのような構成の使用によって、例えば、伝送システムの単純な設定を可能にしてもよい。

局部発振器
一実施形態において、局部発振器は、ＤＭＬおよび／またはＶＣＳＥＬなどの非冷却レーザである。非冷却レーザは低費用であるが、高費用の温度制御レーザも局部発振器として使用することができる。局部発振器は、信号の周波数または波長に調整することができる。これは、帯域内構成であってもよいし、帯域外構成であってもよい。帯域内構成では、ＬＯは、信号のスペクトル内の周波数または波長に調整される。帯域外構成では、ＬＯは、信号のスペクトル外の周波数または波長に調整される。このように、局部発振器を使用して波長選択性を達成することができる。波長選択器としての局部発振器の使用によって、フィルタなしで本開示を使用できることが示唆される。しかしながら、波長チャンネルは、１つ以上の光学フィルタによってフィルタリングすることができる。局部発振器を、あるタイプの状態が位置するところの周波数に調整することによって、状態を、別の高い周波数に変換された状態よりも低くてもよい高い周波数に変換することができる。信号は、一般に、信号の周波数とＬＯの周波数との間の瞬間的な周波数差に等しい高い周波数に変換することができる。いくつかの実施形態において、調整は、システムに依存し得、特に、調整は、温度に依存し得る。故に、所与の状態についての調整は、スペクトル内または外への周波数または波長へのＬＯの調整を含むことができる。

局部発振器は、コヒーレント検出と同様に、波長選択手段として使用することができ、これによって、検出器前の光学フィルタの必要性を排除できる。

本発明の一実施形態において、局部発振器は、ある状態が最高振幅を備える状態である場合に、ある状態よりも高い周波数を有する。

本発明の別の実施形態では、局部発振器周波数オフセットは、光電変換器の帯域幅よりも大きい。

本発明のさらに別の実施形態では、局部発振器周波数オフセットは、光電変換器の帯域幅の１〜１．５倍、最も好ましくは、光電変換器の帯域幅のおおよそ１．２倍に選択される。おおよその意味では、このことは最大２０％の偏差と理解すべきである。

エラー検出
別の実施形態では、有利にも、エラー検出をシステム検査に実施することができる。エラー検出は、ビット誤り率テスタなどのエラー検出モジュールを使用して実施することができる。

偏波無依存
本開示の一実施形態において、例えば、市販のシステムにおいて実施する場合に、偏波無依存を得ることが好ましい場合がある。偏波無依存を得るためのいくつかの方法がある。１つの方法に、偏波ダイバーシティ受信機の使用があり得、これは、局部発振器からの信号および光を２つの直交偏波に分けることによって４つのチャンネルを取得し、その後、これらの４つのチャンネルを結合させることを含むことができる。偏波無依存を得る別の方途に、偏波スクランブルの使用があり得る。さまざまな他の方法も使用することができる。偏波無依存を得る第３の方法に、信号の偏波と光の偏波とを位置合わせすることを伴う適応偏波制御があり得る。あるいは、偏波無依存は、光の偏波と信号の偏波とを位置合わせすることによって得ることができる。好ましい実施形態において、これは自動的に行うことができる。これは、例えば、ＬＯの偏波をスキャンおよび制御することによって達成することができる。あるいは、これは、スキャンおよび制御が結合信号の最大化を含むことができる場合に、信号の偏波をスキャンおよび自動的に制御することによって達成できる。手動構成では、信号または光の偏波は、手動の偏波制御器を使用して光または信号のそれを偏波して行うことができる。

実施例
実施例１−ＬＯと結合させる前のスペクトル
図１は、局部発振器からの光を信号と結合させる前の、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号のスペクトルの一実施形態を示す。スペクトルは、「０」状態の０および「１」状態の１に対応する２つのピークを有する。「０」状態の０は、周波数および振幅の両方において「１」の１状態と異なる。消光比は、「０」状態と「１」状態との間の出力比である。

実施例２−ＬＯと結合させた後のスペクトル
図２は、ビーティングとも呼ばれる局部発振器からの光を信号と結合させる前後の、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号のスペクトルの一実施形態を示す。局部発振器が「１」状態１が位置するところの周波数に調整されたことがわかる。ＬＯは、厳密ではないが「１」状態の１に近い値に調整される。「１」状態は、高い周波数に変換された「０」状態の０よりは低い、高い周波数に変換される。消光比は、「０」状態の０と「１」状態の１との間の出力比である。局部発振器からの光との信号のビーティング後、それに続いて信号を整流して「０」状態を低くすることによって、改善された消光比が与えられることに興味深くも留意されたい。信号が「１」状態の１にあるときには、振幅は高く、振動周波数は低い。信号が「０」状態の０にあるときには、振幅は低く、振動周波数は高い。

実施例３−整流前の信号
図３は、整流前の信号レベルの一実施形態を示す。この信号は、信号が同相および直角位相成分を備えるように９０度ハイブリッドを使用して得られる。この信号から、信号の同相および直角位相成分は、それ自身によっては、信号についての情報を与えない。

実施例４−整流後の信号
図４は、整流およびローパスフィルタリング後の信号レベルの一実施形態を示す。この信号は、信号が同相および直角位相成分を備えるように９０度ハイブリッドを使用して得られる。同相と直角位相とを単一信号に組み合わせ、その後、これを整流する。この信号から、整流された信号は、信号についての情報を与える。「０」状態および「１」状態に関する情報は重要であり、閾値検出を使用して決定することができる。

実施例５−整流
図５は、ＲＦ信号の半波および全波整流の一実施形態を示す。半波整流の使用は、信号の半分が削除されていることが示唆される。

実施例６−システム
図６は、本開示の一実施形態を示す。ＡＭ／ＦＭを組み合わせたエンコードされた信号２が、局部発振器３からの光とともに、カプラ４内において結合され、２つの電気光変換器５に入り、ここで、信号が２つの電気信号に変換され、さらに整流器６に送られ、ここで電気信号がデコードされる。

実施例７−（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）システムのビットレートと同じ帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した局部発振器のデチューニング
図７は、さまざまな局部発振器周波数についての、ビット誤り率（ＢＥＲ）が受信機入力電力にどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。この実施例において、関係性は、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋについて示される。この実施例では、フォトダイオードの帯域幅は、システムのビットレート（５Ｇｂｐｓ）と等しく、５ＧＨｚである。ＬＯ周波数および駆動振幅の最適値が見つけ出される。駆動振幅は、この最適値に固定され、ＬＯ周波数は、その最適値前後において変化する。従って、例えば、所与のデチューニングについての、１０ｅ−９のＢＥＲにおける受信機感度を見つけ出すことができる。この実施例は、光電変換器、この場合は、フォトダイオードが所定の周波数帯域幅を有することを示す。故に、フォトダイオードの所定の周波数帯域幅が、システムのビットレートに比例し、この実施例において、比例定数は１である。

実施例８−（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）システムのビットレートの１．５倍の帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した局部発振器のデチューニング
図８は、さまざまな局部発振器周波数についての、ビット誤り率（ＢＥＲ）が受信機入力電力にどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。この実施例において、関係性は、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋについて示される。この実施例では、フォトダイオードの帯域幅は、システムのビットレート（５Ｇｂｐｓ）の１．５倍であり、７．５ＧＨｚである。ＬＯ周波数および駆動振幅の最適値が見つけ出される。駆動振幅は、この最適値に固定され、ＬＯ周波数は、その最適値前後において変化する。従って、例えば、所与のデチューニングについての、１０ｅ−９のＢＥＲにおける受信機感度を見つけ出すことができる。この実施例は、光電変換器、この場合は、フォトダイオードが所定の周波数帯域幅を有することを示す。故に、フォトダイオードの所定の周波数帯域幅が、システムのビットレートに比例し、この実施例において、比例定数は１．５である。

実施例９−（１００ｋｍＳＳＭＦ）システムのビットレートと同じ帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した局部発振器のデチューニング
図９は、さまざまな局部発振器周波数についての、ビット誤り率（ＢＥＲ）が受信機入力電力にどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。この実施例において、関係性は、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋについて示される。この実施例では、フォトダイオードの帯域幅は、システムのビットレート（５Ｇｂｐｓ）と等しく、５ＧＨｚである。ＬＯ周波数および駆動振幅の最適値が見つけ出される。駆動振幅は、この最適値に固定され、ＬＯ周波数は、その最適値前後において変化する。従って、例えば、所与のデチューニングについての、１０ｅ−９のＢＥＲにおける受信機感度を見つけ出すことができる。この実施例は、光電変換器、この場合は、フォトダイオードが所定の周波数帯域幅を有することを示す。故に、フォトダイオードの所定の周波数帯域幅が、システムのビットレートに比例し、この実施例において、比例定数は１である。

実施例１０−（１００ｋｍＳＳＭＦ）システムのビットレートの１．５倍の帯域幅を備えるフォトダイオードを使用した局部発振器のデチューニング
図１０は、さまざまな局部発振器周波数についての、ビット誤り率（ＢＥＲ）が受信機入力電力にどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。この実施例において、関係性は、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋについて示される。この実施例では、フォトダイオードの帯域幅は、システムのビットレート（５Ｇｂｐｓ）の１．５倍であり、７．５ＧＨｚである。ＬＯ周波数および駆動振幅の最適値が見つけ出される。駆動振幅は、この最適値に固定され、ＬＯ周波数は、その最適値前後において変化する。従って、例えば、所与のデチューニングについての、１０ｅ−９のＢＥＲにおける受信機感度を見つけ出すことができる。この実施例は、光電変換器、この場合は、フォトダイオードが所定の周波数帯域幅を有することを示す。故に、フォトダイオードの所定の周波数帯域幅が、システムのビットレートに比例し、この実施例において、比例定数は１．５である。

実施例１１−ＬＯデチューニングペナルティ
図１１は、１０ｅ−９のＢＥＲにおいて受信機感度がＬＯデチューニングにどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。この実施例では、依存度は、図７〜図１０からのデータに基づく。この実施例は、システムのビットレートの１．５倍の帯域幅を備えるフォトダイオードの使用によって、受信機感度が改善したことを示す。この改善は、低分散（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）の場合により顕著である。故に、この実施例は、フォトダイオード帯域幅の増大によってＬＯデチューニングが増大したことを示した。さらに、分散は、ＬＯデチューニングを、最適ＬＯ周波数前後の対称性のあるものから、負のデチューニング値に対してよりも正の値に対してより許容される方にシフトする。１ｄＢでの許容値が、グラフ下方の表にリストされる。

実施例１２−周波数変調（ＦＭシフト）対ＶＣＳＥＬ駆動振幅
図１２は、ＦＭシフトが、ＶＣＳＥＬの駆動に使用されるデータ信号のピーク・ツー・ピーク電圧にどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。図１２のグラフから見てわかるように、ＦＭシフトとＶＣＳＥＬの駆動振幅との間には直線関係がある。この関係性がビットレートに依存しないことが見出された。

実施例１３−ＡＭ消光比対ＶＣＳＥＬ駆動振幅
図１３は、ＡＭ消光比が、ＶＣＳＥＬの駆動に使用されるデータ信号のピーク・ツー・ピーク電圧にどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。図１３のグラフから見てわかるように、ＡＭ消光比とＶＣＳＥＬの駆動振幅との間には直線関係がある。この関係性がビットレートに依存しないことが見出された。

実施例１４−最適ＦＭシフト対ＰＤ帯域幅
図１４は、５Ｇｂｐｓのｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋおよびＰＤ帯域幅に対する１００ｋｍＳＳＭＦ伝送後の最適駆動振幅および結果得られたＦＭシフトの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。低分散（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）では、最適ＦＭシフトが帯域幅とほぼ等しいことがわかる。高分散（１００ｋｍＳＳＭＦ）では、最適ＦＭシフトは、ＰＤ帯域幅が増大してもほぼ一定である。高ＦＭシフトの利点は、高ＦＭシフトにおける光信号帯域幅の増大に起因する分散ペナルティの増大が相殺されることである。

実施例１５−１レベル周波数からの最適ＬＯ周波数オフセット
図１５は、ゼロレベル（Ｆ０）および１レベル（Ｆ１）の周波数が駆動振幅にどのように依存するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。周波数は、非変調ＶＣＳＥＬの周波数に正規化される、すなわち、Ｆ０＝Ｆ１＝０である。Ｆ０およびＦ１の両方とも、駆動振幅に直線的に依存する。Ｆ１は、より高い周波数の方に移動し、一方で、Ｆ０は、より低い周波数に移動する。それらの間の中心周波数は、わずかにより低い周波数の方に移動する。これは、ＶＣＳＥＬ駆動信号のＲＭＳ電力に起因するＶＣＳＥＬの加熱によって引き起こされる断熱チャープの故に起こる。本発明の一実施形態において、中心周波数のシフトは、ＶＣＳＥＬを温度制御することによって排除される。

実施例１６−信号中心周波数およびＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）
図１６は、信号中心周波数およびＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、５Ｇｂｐｓ（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）における駆動振幅および７．５Ｇｈｚフォトダイオードによってどのように変化するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。駆動振幅に関係なく、その結果、ＦＭシフトにも依存せずに、Ｆ１からの一定のオフセットを有するようにＬＯを調整する必要があることがわかる。

実施例１７−信号中心周波数およびＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット（１００ｋｍＳＳＭＦ）
図１７は、信号中心周波数およびＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、５Ｇｂｐｓ（１００ｋｍＳＳＭＦ）における駆動振幅および７．５ＧＨｚフォトダイオードによってどのように変化するかの実施例を示す。示す実施例は、モデリングされている。ＬＯ周波数が、すべての駆動振幅においてほぼ同じであり、それ故に、ＦＭシフトのすべての値においてほぼ同じであることがわかる。言い換えれば、この実施例は、実施例１６に与えられた実施例と反対であることを示す。この実施例から、最適ＬＯ周波数が分散に依存することがわかる。

実施例１８−（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ、５Ｇｂｐｓ）ビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図１８は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、７．５ＧＨｚであり、オフセットは７〜９ＧＨｚである。故に、この実施例では、オフセットは、光電変換器の帯域幅の０．９〜１．２倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、光電変換器の帯域幅のおおよそ１〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。この実施例において、低分散では、最適ＬＯ周波数オフセットがＡＭ消光比に依存しないことが示された。

実施例１９−（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ、５Ｇｂｐｓ）ビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図１９は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、１０ＧＨｚであり、オフセットは、９．５〜１２．５ＧＨｚである。故に、この実施例では、オフセットは、光電変換器の帯域幅の０．９５〜１．２５倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、光電変換器の帯域幅のおおよそ１〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。この実施例において、低分散では、最適ＬＯ周波数オフセットがＡＭ消光比に依存しないことが示された。

実施例２０−（４０ｋｍＳＳＭＦ、５Ｇｂｐｓ）ビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２０は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、７．５ＧＨｚであり、オフセットは、約７〜１０ＧＨｚである。故に、この実施例では、オフセットは、光電変換器の帯域幅の０．９〜１．３５倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、光電変換器の帯域幅のおおよそ１〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。この実施例において、比較的低分散では、最適ＬＯ周波数オフセットがＡＭ消光比に依存しないことが示された。

実施例２１−（４０ｋｍＳＳＭＦ、５Ｇｂｐｓ）ビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２１は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、１０ＧＨｚであり、オフセットは、約９〜１３ＧＨｚである。故に、この実施例において、オフセットは、光電変換器の帯域幅の０．９〜１．３倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、光電変換器の帯域幅のおおよそ１〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。この実施例において、比較的低分散では、最適ＬＯ周波数オフセットがＡＭ消光比に依存しないことが示された。

実施例２２−（８０ｋｍＳＳＭＦ、５Ｇｂｐｓ）ビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２２は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、８０ｋｍＳＳＭＦシステムにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、７．５ＧＨｚであり、オフセットは、約５〜９ＧＨｚである。故に、この実施例において、オフセットは、光電変換器の帯域幅の０．６〜１．２倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、この実施例では、光電変換器の帯域幅のおおよそ０．５〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。

実施例２３−（８０ｋｍＳＳＭＦ、５Ｇｂｐｓ）ビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２３は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、８０ｋｍＳＳＭＦシステムにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、１０ＧＨｚであり、オフセットは、約７〜１２ＧＨｚである。故に、この実施例において、オフセットは、光電変換器の帯域幅の０．７〜１．２倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、この実施例では、光電変換器の帯域幅のおおよそ０．５〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。

実施例２４−（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ、１０Ｇｂｐｓ）ビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２４は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、１５ＧＨｚであり、オフセットは、約１５〜２１ＧＨｚである。故に、この実施例では、オフセットは、光電変換器の帯域幅の１〜１．４倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、この実施例では、光電変換器の帯域幅の１〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。

実施例２５−（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ、１０Ｇｂｐｓ）ビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２５は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、２０ＧＨｚであり、オフセットは、約１８〜２９ＧＨｚである。故に、この実施例では、オフセットは、光電変換器の帯域幅の０．９〜１．５倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、この実施例では、光電変換器の帯域幅のおおよそ１〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。

実施例２６−（４０ｋｍＳＳＭＦ、１０Ｇｂｐｓ）ビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２６は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムにおけるビットレートの１．５倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、１５ＧＨｚであり、オフセットは、約１３〜２１ＧＨｚである。故に、この実施例では、オフセットは、光電変換器の帯域幅のおよそ０．９〜１．４倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、この実施例では、光電変換器の帯域幅のおおよそ１〜１．５倍の範囲内で少ししか変化していない。

実施例２７−（４０ｋｍＳＳＭＦ、１０Ｇｂｐｓ）ビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときのＦＭシフトに対するＦ１からの最適ＬＯ周波数オフセット
図２７は、Ｆ１からの最適ＬＯ周波数オフセットが、４０ｋｍＳＳＭＦシステムにおけるビットレートの２倍のフォトダイオード帯域幅を使用したときにＦＭシフトにどのように依存するかを示す。示す実施例は、モデリングされている。異なる固定されたＡＭ消光比についての結果も、モデリングされた結果に含まれる。故に、この実施例において、局部発振器の周波数が、好ましくは最高振幅を備える状態である、エンコードされた光信号における状態のうちの１つの周波数よりも好ましくは高い、所定のオフセットを有するように選択されることが示される。オフセットが光電変換器の帯域幅に依存することがさらに示される。この実施例では、光電変換器の帯域幅は、２０ＧＨｚであり、オフセットは、約２２〜３２ＧＨｚである。故に、この実施例では、オフセットは、光電変換器の帯域幅のおよそ１．１〜１．６倍に選択される。この実施例から、最適ＬＯ周波数オフセットがＦＭシフトに対して少ししか変化しないことがわかる。言い換えれば、オフセットは、この実施例では、光電変換器の帯域幅のおおよそ１〜１．６倍の範囲内で少ししか変化していない。

実施例２８−（５Ｇｂｐｓ）光検出器帯域幅および伝送距離に対する最適ＦＭシフト
図２８は、最適ＦＭシフトが、５Ｇｂｐｓシステムにおける光検出器帯域幅および伝送距離にどのように依存するかの実施例を示す。この実施例から、周波数変調が、光信号における状態間の周波数分離が光電変換器の周波数帯域幅に依存するように構成され、特に、周波数変調が、光信号における状態間の周波数分離が光電変換器の周波数帯域幅についての比例定数に比例するように構成されることがわかる。ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムでは、比例定数はおおよそ１．２であり、一方で、４０ｋｍＳＳＭＦシステムでは、比例定数はおおよそ１であり、８０ｋｍＳＳＭＦシステムでは、比例定数はおおよそ０．８である。故に、分散が最適ＦＭシフトを減少することがわかる。

実施例２９−（１０Ｇｂｐｓ）光検出器帯域幅および伝送距離に対する最適ＦＭシフト
図２９は、最適ＦＭシフトが、１０Ｇｂｐｓシステムにおける光検出器帯域幅および伝送距離にどのように依存するかの実施例を示す。この実施例から、周波数変調が、光信号における状態間の周波数分離が光電変換器の周波数帯域幅に依存するように構成され、特に、周波数変調が、光信号における状態間の周波数分離が光電変換器の周波数帯域幅についての比例定数に比例するように構成されることがわかる。ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋシステムでは、比例定数はおおよそ０．８であり、一方で、４０ｋｍＳＳＭＦシステムでは、比例定数はおおよそ０．４である。故に、分散が最適ＦＭシフトを減少することがわかる。さらに、より高い光検出器帯域幅によって、最適ＦＭシフトが増大する。

Claims (27)

1. 「０」状態および「１」状態などの少なくとも２つの異なる状態を備える、エンコードされた光信号をデコードするための方法であって、前記光信号が、前記異なる状態が周波数および振幅で分離されるように周波数変調および振幅変調され、
   ・ 前記エンコードされた光信号を、局部発振器周波数で構成された局部発振器からの
   光と結合させるステップと、
   ・ 前記局部発振器の光とエンコードされた光信号とを結合した信号を、所定の周波数
   帯域幅を有する少なくとも１つの光電変換器によって１つ以上の電気信号に変換す
   ることによって、１つ以上のエンコードされた信号電流（複数可）を有する増幅お
   よびエンコードされた電気信号を提供し、ここで、あるタイプの状態が他のタイプ
   の状態よりも高い振動周波数を有するステップと
   ・ 前記エンコードされた信号電流（複数可）を整流することによって、エンコードさ
   れたパワースペクトルを取得するステップと
   を含み、ここで、前記パワースペクトルが、差別化できるような異なる電力レベル
   を備える「０」状態および「１」状態などの異なる状態を有し、
   前記局部発振器周波数が、前記エンコードされた光信号における前記状態のうちの１つの前記周波数からの正の局部発振器周波数オフセットにより規定され、
   前記局部発振器周波数オフセットが、前記周波数帯域幅に応じて選択される、
   方法。
2. 前記パワースペクトルをローパスフィルタによってフィルタリングすることによって、前記あるタイプの状態の余剰電力を別のタイプの状態に相対的に減少させる、請求項１に記載の方法。
3. 「０」状態および「１」状態などの異なる状態が自動的に検出されるように、前記パワースペクトルに閾値検出を適用する、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記状態のうちの前記１つが最高振幅を備える状態である、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記局部発振器が位相ロックループなしで動作する、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記局部発振器周波数オフセットが、前記光電変換器の前記帯域幅よりも大きい、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記局部発振器周波数オフセットが、前記光電変換器の前記帯域幅の１〜１．５倍、最も好ましくは、前記光電変換器の前記帯域幅のおおよそ１．２倍に選択される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
8. 光信号を伝送するための方法であって、
   ・ 振幅変調および周波数変調によって前記光信号をエンコードするステップと、
   ・ 請求項１〜７のいずれかに従い、前記ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号をデコード
   するステップと
   を含み、
   前記ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号のエンコードまたはデコードが２つ以上のレベルを使用する、
   方法。
9. 前記信号が、周波数チャープレーザ、特に、ＤＭＬまたはＶＣＳＥＬなどの、１つ以上の同時ＡＭおよびＦＭデバイスによってエンコードされた、請求項８に記載の方法。
10. 前記信号が、１つ以上の個別のＡＭデバイス（複数可）および１つ以上の個別のＦＭデバイス（複数可）によってエンコードされた、請求項８に記載の方法。
11. 前記光信号が、３ｄＢ〜６ｄＢ、好ましくは４ｄＢ〜５ｄＢ、より好ましくは、おおよそ４．５ｄＢのＡＭ消光比で構成された、先行する請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記周波数変調が、前記光信号における状態間の前記周波数分離が、１５ＧＨｚ未満、１４ＧＨｚ未満、１３ＧＨｚ未満、１２ＧＨｚ未満、１１ＧＨｚ未満または１０ＧＨｚ未満となるように構成された、先行する請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記周波数変調が、前記光信号における状態間の前記周波数分離が前記光電変換器の前記周波数帯域幅に依存するように構成された、先行する請求項８〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記周波数変調が、前記光信号における状態間の前記周波数分離が前記光電変換器の前記周波数帯域幅についての比例定数に比例するように構成された、先行する請求項８〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記比例定数が、０．２〜１．４、例えば、０．４〜１．２、０．８〜１．２、０．９〜１．１、１などである、先行する請求項８〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 「０」状態および「１」状態などの少なくとも２つの異なるタイプの状態を備える、ＡＭとＦＭとの組み合わせのエンコードされた光信号をデコードするための検出器システムであって、
    ・ 局部発振器周波数で構成された局部発振器と、
    ・ 前記エンコードされた光信号を前記局部発振器からの光と連結するように構成され
    た連結デバイスと、
    ・ １つ以上のエンコードされた信号電流（複数可）を有する増幅およびエンコードさ
    れた電気信号を提供するように構成された、所定の周波数帯域幅を有する１つ以上
    の光電変換器（複数可）であって、ここで、あるタイプの状態が別のタイプの状態
    よりも高い振動周波数を有する光電変換器と、
    ・ 前記信号電流（複数可）を整流してパワースペクトルを提供するように構成された
    整流器であって、前記パワースペクトルが、差別化できるような異なる電力レベル
    を備える「０」状態および「１」状態などの異なる状態を有する整流器と
    を備え、
    前記局部発振器周波数が、前記エンコードされた光信号における前記状態のうちの１つの前記周波数からの正の局部発振器周波数オフセットにより規定されており、
    前記局部発振器周波数オフセットが、前記周波数帯域幅に応じて選択される、
    検出器システム。
17. 異なる電力レベルを備える「０」状態および「１」状態をより容易に差別化できるように、前記あるタイプの状態の余剰電力を別のタイプの状態に相対的に減少するように構成されたローパスフィルタをさらに備えた、請求項１６に記載の検出器システム。
18. 「０」状態および「１」状態などの異なる状態が自動的に検出されるように、前記パワースペクトルを閾値検出するように構成された閾値検出モジュールをさらに備えた、請求項１６または１７に記載の検出器システム。
19. 前記局部発振器がＤＭＬおよび／またはＶＣＳＥＬなどの非冷却レーザである、請求項１７または１８に記載の検出器システム。
20. 前記局部発振器がＤＭＬおよび／またはＶＣＳＥＬなどの温度制御レーザである、請求項１７または１８に記載の検出器システム。
21. 前記状態のうちの１つが最高振幅を備える状態である、請求項１６〜２０に記載の検出器システム。
22. 前記局部発振器周波数オフセットが前記光電変換器（複数可）の前記帯域幅よりも大きい、請求項１６〜２１に記載の検出器システム。
23. 前記局部発振器周波数オフセットが、前記光電変換器（複数可）の前記帯域幅の１〜１．５倍、最も好ましくは、前記光電変換器（複数可）の前記帯域幅のおおよそ１．２倍に選択される、請求項１６〜２１に記載の検出器システム。
24. 請求項１６〜２３のいずれかに従う、前記検出器システムを備え、少なくとも１つの送信機および少なくとも１つの受信機を備えた、光通信システム。
25. 前記送信機が、周波数チャープレーザ、特に、ＤＭＬまたはＶＣＳＥＬなどの、１つ以上のＡＭデバイスとＦＭデバイスとを組み合わせたデバイス（複数可）によって、ＡＭとＦＭとを組み合わせた信号を生成するように構成された、請求項２４に記載の光通信システム。
26. 前記送信機が、１つ以上の個別のＡＭデバイスおよび１つ以上の個別のＦＭデバイスによってＡＭとＦＭとを組み合わせた信号を生成するように構成された、請求項２４または２５に記載の光通信システム。
27. 前記送信機が、前記請求項８〜１５のいずれかに従う、前記方法を実行するように構成され、および／または前記受信機が、前記請求項１〜７のいずれかに従う前記方法を実行するように構成された、請求項２４〜２６に記載の光通信システム。