本発明は、信号処理装置、特に、例えば、移動体などのエンティティ上に、及び/または、中に全体が搭載される信号処理装置に関する。
無人航空機を含む多くの航空機は、それらが効果的に動作することを可能にするために、いくつかの通信及びデータリンクシステムを利用する。
典型的に、これらのシステムは、1つまたは複数のアンテナに接続された1つまたは複数の信号トランシーバを含む。
トランシーバは、航空機の胴体内、例えば、中央装置室に内に設けられる傾向がある。
また、航空機のアンテナが、航空機の端部にまたは端部近傍に、例えば、航空機翼の先端にまたは先端近くに配置されるのに傾向がある。これは、航空機の胴体による信号遮断を低減またはなくす傾向がある。
トランシーバは、通常、同軸ケーブルなどの導電性ケーブルを介してアンテナに接続される。このような同軸ケーブルは、重くなる傾向にある。また、このような同軸ケーブルによって搬送される信号は、損失を被る傾向がある(即ち、同軸ケーブルは、「損失を引き起こす(lossy)」傾向にある)。例えば、同軸ケーブルの5メートルから10メートルあたりの信号強度における10デシベルの損失が経験され得る。
この信号損失を軽減するために、高電力増幅器が使用され得る。このような増幅器は、装置室内に設けられ得る。これらの増幅器は、重くなる傾向がある。
航空機通信の分野とは全く別になるが、電気信号で光搬送信号を強度変調することが知られている。例えば、無線周波数(RF)通信信号で入力光搬送波を変調するために、光変調器(例えば、マッハ−ツェンダ変調器(Mach-Zehnder modulators))を使用することが知られている。
本発明者らは、航空機上の通信システムの低レベル送信信号生成と受信信号処理機能が、航空機上の送信高電力増幅器と受信低雑音増幅器から分離され得ることが分かった。
本発明者らは、さらに、低レベル送信信号生成と受信信号処理機能を、送信高出力増幅器と受信低雑音増幅器から分離することによって、送信高電力増幅器及び/または受信低雑音増幅器が、航空機の翼または胴体上のアンテナの近くに設けられ得ることが分かった。
本発明者らは、さらに、送信高電力増幅器及び/または受信低雑音増幅器をアンテナの近くに設けることによって、より低い電力の、より軽い増幅器が実装され得ることが分かった。従って、驚くべきことに、省スペースと重量が、低レベル送信信号生成と受信信号処理機能を、送信高出力増幅器と受信低雑音増幅器とから分離することによって達成され得る。
従来、スペースと重量の低減は、より少ないモジュールを有するように、装置を共に統合することからなされる傾向がある。しかし、本発明者らは、スペースと重量の低減が、驚くべきことに、これとは逆のことをする、即ち、低レベル送信信号生成と受信信号処理機能を、送信高電力増幅器と受信低雑音増幅器から分離することによって達成され得ることが分かった。
本発明者らは、さらに、広帯域光ファイバリンクの使用が、低レベル送信信号生成と受信信号処理機能の送信高出力増幅器と受信低雑音増幅器からの分離を容易にするのに役立つことが分かった。
本発明者らは、さらに、(装置室内など、航空機上に集中的に設けられ得る)低レベル送信信号生成と受信信号処理機能と、(低レベル送信信号生成と受信信号処理機能から遠くに、アンテナに近接して設けられ得る)送信と受信増幅器との間の信号損失は、それらのユニットの間で信号を中継するために光通信リンクを使用することによって低減され得ることが分かった。
本発明者らは、さらに、高電力増幅器とアンテナとの間の相互接続損失が、当該2つが比較的近接している場合に、大幅に低減されることを考慮して、より低い電力の高電力増幅器が使用され得ることが分かった。
従来から用いられているような導電性ケーブルとは対照的に、本発明者らは、さらに、実質的な軽量化が、信号を中継するために光ファイバ通信リンクを使用して、低レベル送信信号生成と受信信号処理機能を送信と受信との増幅器に接続することによって達成され得ることが分かった。
第1の態様において、本発明は、エンティティ内に設けられた、及び/または、エンティティ上に搭載された信号処理装置を提供し、信号処理装置は、第1のモジュールと; 信号が第1のモジュールと第2のモジュールとの間で送られ得るように、第1のモジュールに動作可能に接続された第2のモジュールと; 第1のモジュールと第2のモジュールとの間で送られる信号が1つ以上の増幅器によって増幅されるように、第1と第2のモジュールに動作可能に接続される1つ以上の増幅器と; 1つ以上の光ファイバ通信リンクと; を備える。第1のモジュールは、エンティティ内の、または、上の第1の位置に設けられる。第2のモジュール、及び、1つ以上の増幅器は、エンティティ内の、または、上の第2の位置に設けられる。第1の位置と第2の位置は、第1のモジュールが第2のモジュールと1つ以上の増幅器から遠くにあるように、空間的に分離される。1つ以上の光ファイバ通信リンクは、第1の位置と第2の位置との間で送られる信号が、1つ以上の光ファイバ通信リンクを介して送られるように、第1の位置と第2の位置を共に結合する。
信号は、無線周波数(RF)信号であってよい。
第1のモジュールは、第2のモジュールによる使用のための信号を出力するように構成された信号プロセッサを備え得る。装置は、さらに、第1の位置に設けられ、信号プロセッサに動作可能に結合され、信号プロセッサによって出力される信号に対応する変調された光信号を生成するように構成された第1の光変調器を備え得る。第1の光変調器は、さらに、第1の光変調器によって生成された変調された光信号が、1つの以上の光通信リンクを介して第2の位置に送られるように、1つ以上の光通信リンクに動作可能に結合され得る。
装置は、さらに、第2の位置に設けられ、第1の位置から受信された光信号を電気信号に変換するよう構成された第1の光−電変換器を備え得る。第2のモジュールは、前記エンティティから遠くのさらなるエンティティによる使用のために、第1の光−電変換器により生成された電気信号を送信するように構成されたアンテナを備え得る。
1つ以上の増幅器は、第1の光−電気変換器により出力された電気信号を増幅し、アンテナに増幅された信号を提供するように構成された電力増幅器を含み得る。
第2のモジュールは、前記エンティティから遠くのさらなるエンティティから、信号を受信するように構成されたアンテナを含み得る。装置は、さらに、第2の位置に設けられ、信号プロセッサに動作可能に結合され、アンテナによって受信された信号に対応する変調された光信号を生成するように構成された第2の光変調器を備え得る。第2の光変調器は、さらに、第2の光変調器によって生成された変調された光信号が、1つの以上の光通信リンクを介して第1の位置に送られるように、1つ以上の光通信リンクに動作可能に結合され得る。
装置は、さらに、第1の位置に設けられ、第2の位置から受信された光信号を電気信号に変換するように構成された第2の光−電変換器を備え得る。第1のモジュールは、第2の光−電変換器によって出力された電気信号を処理するよう構成された信号プロセッサを備え得る。
1つ以上の増幅器は、アンテナによって受信された信号を増幅し、第2の光変調器に増幅された信号を提供するように構成された低雑音増幅器を含み得る。
装置は、さらに、レーザを備え得る。レーザは、偏波保持光ファイバ通信リンクを介して、第2の光変調器に動作可能に結合され得る。レーザは、第2の光変調器による変調のための第2の光変調器への光入力を生成するように構成され得る。レーザは、第1の位置に設けられ得る。
装置は、さらに、さらなる第1のモジュールと; 信号がさらなる第1のモジュールとさらなる第2のモジュールとの間で送られ得るように、さらなる第1のモジュールに動作可能に接続されたさらなる第2のモジュールと; さらなる第1のモジュールとさらなる第2のモジュールとの間で送られる信号が1つ以上の増幅器によって増幅されるように、さらなる第1とさらなる第2のモジュールに動作可能に接続された1つの以上のさらなる増幅器と; 第1のモジュールと第2のモジュールとの間で送られる信号と、さらなる第1のモジュールとさらなる第2のモジュールとの間で送られる信号とを、共通の光ファイバ通信リンク上に重化するように構成されるマルチプレクサと; を備え得る。
装置は、さらに、マルチプレクサによって生成された多重化された信号を、第1のモジュールと第2のモジュールとの間で送られる信号と、さらなる第1のモジュールとさらなる第2のモジュールとの間で送られる信号に逆多重化するように構成されたデマルチプレクサを備え得る。マルチプレクサとデマルチプレクサは、第1の位置と第2の位置とからなる位置のグループから選択された異なるそれぞれの位置に設けられ得る。
装置は、さらに、信号が第1のモジュールとさらなる第2のモジュールの各々との間で送られ得るように、第1のモジュールに動作可能に接続された少なくとも1つのさらなる第2のモジュールと; 第1の位置に設けられ、信号プロセッサに動作可能に結合され、第1のモジュールによって出力された信号に対応する変調された光信号を生成するよう、光入力を変調するように構成される光変調器と; 光変調器への光入力のための複数の異なる波長の組から波長を選択するように構成されたコントローラと; 選択された波長を有する光変調器への光入力を生成するように構成された1つ以上のレーザと; 異なる波長を有する光信号を、異なるそれぞれの第2のモジュールに導くための手段と; を備える。
装置は、さらに、信号が第1のモジュールとさらなる第2のモジュールの各々との間で送られ得るように、第1のモジュールに動作可能に接続された少なくとも1つのさらなる第2のモジュールと; 第2のモジュールの各々のための、当該第2のモジュールに動作可能に結合され、変調された光信号を生成するように構成されたそれぞれの光変調器であって、異なるそれぞれの波長を有する変調された光信号を各々が生成するよう構成された光変調器と; 光変調器によって生成された信号の波長の少なくとも1つのための、当該波長を有する信号が第1のモジュールによって受信されることを防ぐためのフィルタと; を備える。
エンティティは、例えば、無人航空機などの航空機であってよい。
第2の位置は、航空機の翼内または上にあってよい。第1の位置は、航空機の翼から遠くの、例えば、航空機の中央部に設けられた装置室の中であってよい。
さらなる態様において、本発明は、第1の態様に従った信号処理装置を備える航空機を提供する。
図1は、信号送信/受信システムの第1の実施形態の概略図(正確な縮尺ではない)である。
図2は、第1の光−電変換モジュールの概略図(正確な縮尺ではない)である。
図3は、第2の光−電変換モジュールの概略図(正確な縮尺ではない)である。
図4は、システムが実装される無人航空機の概略図(正確な縮尺ではない)である。
図5は、信号送信/受信システムの第2の実施形態の概略図(正確な縮尺ではない)である。
図6は、第3の実施形態に従った信号送信/受信システムの一部の概略図(正確な縮尺ではない)である。
図7は、第3の実施形態に従った信号送信/受信システムのさらなる部分の概略図(正確な縮尺ではない)である。
図8は、光波長が選択可能な光−電変換モジュールの概略図(正確な縮尺ではない)である。
図9は、遠くに設けられたレーザを有する光−電変換モジュールを示す概略図(正確な縮尺ではない)である。
詳細な説明
図1は、信号送信/受信システム101の第1の実施形態の概略図(正確な縮尺ではない)である。この実施形態では、以下に後でより詳細に記載されるように、システム101は、航空機にオンボード(即ち、航空機の中に設けられ、及び/または、上に搭載される)に実装される。
システム101は、送信信号処理モジュール102、第1の光−電変換モジュール104(以下、「第1の光モジュール」と記す)と、第2の光−電変換モジュール106(以下、「第2の光モジュール」と記す)、電力増幅器108、電気サーキュレータ110、アンテナ112、低雑音増幅器114、及び、受信信号処理モジュール161を備える。
ここで記載されることは、システム101による信号の送受信の動作例である。システム101のモジュールと要素間の結合や接続も記載される。以下の記載では、第1の光モジュール104のさらなる詳細を示す図2、及び、第2の光モジュール106のさらなる詳細を示す図3のへの参照がなされる。
例示の信号送信動作において、送信されるべきデジタルまたはアナログベース帯域信号は、第1の電気的リンク118を介して送信信号処理モジュール102に入力される。送信信号処理モジュール102は、受け取られたベース帯域信号を処理し、送信のための無線−周波数(RF)送信を出力する。
送信信号処理モジュール102は、動作において、送信信号処理モジュール102によって出力されたRF信号が送信信号処理モジュール102から第1の光モジュール104に送られるように、第2の電気的リンク120を介して第1の光モジュール104に動作可能に結合される。
第1の光モジュール104は、図2に概略的(正確な縮尺ではない)に示される。この第1の実施形態では、第1の光モジュール104は、第1のRF増幅器200、第1の光変調器202、第1のレーザ204、第1のフォトダイオード検出器206、及び、第1のモジュール低雑音増幅器208を備える。
例えば、例示の送信動作では、第1のRF増幅器200は、送信信号処理モジュール102によって出力されたRF信号を受け、増幅する。そして、増幅されたRF信号は、第1のRF増幅器200から第1の光変調器202に送られる。
この実施形態では、第1の光変調器202は、統合された光学マッハ・ツェンダー変調器である。しかし、他の実施形態では、光変調器の異なるタイプを使用することができる。第1の光変調器202は、偏波保持(polarisation maintaining:PM)ファイバを用いて、第1のレーザ204に結合される。第1のレーザ204は、一定の出力レベルでバイアスされたレーザダイオード光源である。この実施形態では、第1のレーザ204からの出力は、第1の光変調器202の入力に、偏波保持光ファイバを用いて結合される。動作において、第1の光モジュレータ202によって第1のRF増幅器200から受け取られた増幅されたRF信号は、第1の光変調器202のRF電極に印加され、それによって、第1の光変調器202の2つの光導波路にわたって印加される電界を発生させる。印加された電界の作用のもとで、第1の光変調器202の光導波路の屈折率は、お互いに対して変更され(即ち、増加される/減少される)、従って、第1の光変調器202の出力結合器にける干渉(例えば、強め合う、または、弱め合う干渉)を引き起こす。従って、強度変調された光信号が生成される。換言すれば、第1のレーザ204の一定の光出力は、強度変調された光信号を生成するように、増幅されたRF信号を用いて第1の光変調器202によって変調される。第1の光変調器202によって生成された変調された光信号は、第1の光ファイバを介して、第2の光モジュール106に送信される。
この実施形態では、第1の光ファイバ122は、シングルモード光ファイバである。しかし、これが実例である必要はなく、他の実施形態では、光ファイバの他の他オプが用いられてもよい。
例示の送信動作において、変調された光信号は、第1の光ファイバ122を介して、第2の光モジュール106によって受信される。第2の光モジュール106は、図3に概略的(正確な縮尺ではない)に示される。この第1の実施形態において、第2の光モジュール106は、第2のRF増幅器300、第2の光変調器302、第2のレーザ304、第2のフォトダイオード検出器306、及び、第2のモジュール低雑音増幅器308を備える。
本実施形態では、第2のフォトダイオード検出器306は、第1の光ファイバ122を介して受信された変調された光信号を受信し、復調し、それによって、送信されるRF信号と実質的に同じであり得る、対応するRF電気信号を生成する。そして、第2のフォトダイオード検出器306によって出力されるRF信号出力は、RF信号を増幅する、第2のモジュール低雑音増幅器308に送られる。第2のモジュール低雑音増幅器308によって出力された増幅されたRF信号は、第3の電気的なリンク124を介して、第2のモジュール低雑音増幅器308から電力増幅器108に送られる。
例示の送信動作では、電力増幅器108は、第2の光モジュール106から受信されたRF電気信号を増幅し、増幅されたRF信号を出力する。電力増幅器108は、第4の電気的なリンク126を介して、電気サーキュレータ110に、出力され増幅されたRF信号を送る。電気サーキュレータ110は、電力増幅器108から受け取られたRF信号をアンテナ112に向ける。そして、アンテナ112は、電気サーキュレータから受け取られたRF信号を送信する。従って、システム101により、デジタルまたはアナログベース帯域RF信号を送信する例示のプロセスが提供される。
自由空間リンクは、各々が信号送信及び受信システム101が装備された2機の空間的に離された航空機の間で確立され得る。
例示の信号受信動作において、RF受信信号は、アンテナ112によって受信される。アンテナ112によって受信されるRF信号に対応する電気信号が、アンテナ112から電気サーキュレータ110に送られる。電気サーキュレータ110は、アンテナから受け取られたRF信号を、第5の電気的なリンク128を介して低雑音増幅器114に向ける。
例示の信号受信動作では、低雑音増幅器114は電気サーキュレータ110から受け取られたRF電気信号を増幅し、増幅されたRF信号を出力する。低雑音増幅器114は、第6の電気的なリンク130を介して、第2の光学モジュール106に、出力された増幅されたRF信号を送信する。
例示の信号受信動作において、第2の光モジュール106の第2のRFアンプ300は、低雑音増幅器114によって出力されたRF信号を受け取り、増幅する。そして、増幅されたRF信号は、第2のRF増幅器300から第2の光変調器302に送られる。
この実施形態において、第2の光変調器302は、統合された光マッハ・ツェンダー変調器である。しかし、他の実施形態では、光変調器の異なるタイプが使用されてもよい。第2の光変調器302は、第1の光変調器202と実質的に同じタイプの変調器であってよい。第2の光変調器302は、偏波保持ファイバを用いて第2のレーザ304に結合される。第2のレーザ304は、一定の出力レベルでバイアスされたレーザダイオード光源である。第2のレーザ304は、第1のレーザ204と実質的に同じタイプのレーザであってよく、例えば、いくつかの実施形態では、第1のレーザ204によって生成される光の波長は、第2のレーザ304によって生成される光の波長と同じであってよい。この実施形態では、第2のレーザ304からの出力は、第2の光変調器302の入力に、偏波保持光ファイバを用いて結合される。動作において、第2の光変調器302によって第2のRFアンプ300から受け取られた増幅されたRF信号は、第2の光変調器302のRF電極に印加され、それによって、第2の光変調器302の2つの光導波路にわたって印加される電界を生成する。印加された電界の作用のもとで、第2の光変調器302の光導波路の屈折率は、お互いに対して変化され(即ち、増加される/減少される)、従って、第2の光増幅器302の出力結合器において、干渉(例えば、例えば、強め合う、または、弱め合う干渉)を引き起こす。従って、強度変調された光信号が生成される。換言すれば、第2のレーザ304の出力は、変調された光信号を生成するように、受け取られた増幅されたRF信号を用いて第2の光変調器302によって変調される。第2の光変調器302によって生成された変調された光信号は、第2の光ファイバ132を介して、第1の光学モジュール104に送信される。
この実施形態では、第2の光ファイバ132は、シングルモード光ファイバである。しかし、これが実例である必要はなく、他の実施形態では、他のタイプの光ファイバが使用され得る。
例示の信号受信動作では、第2の光ファイバ132を介して第2の光変調器によって送られた変調された光信号は、第1光モジュール104の第1のフォトダイオード検出器206によって受信される。第1のフォトダイオード検出器206は、受信された強度変調された光信号を復調し、それによって、アンテナで受信されたRF信号と実質的に同じであり得る、対応するRF電気信号を生成する。そして、第1のフォトダイオード検出器206によって出力されるRF信号は、当該RF信号を増幅する、第1のモジュール低雑音増幅器208に送られる。そして、第1のモジュール低雑音増幅器208により出力される増幅されたRF信号は、第1のモジュール低雑音増幅器208から、第7の電気的なリンク134を介して受信信号処理モジュール116に送られる。
次いで、受信信号処理モジュール116は、第1の光モジュール104から受け取られたRF電気信号を処理し、第8の電気的なリンク136を介して、電気信号を出力する。従って、システム101によるRF信号を受信する例示的なプロセスが提供される。
この実施形態では、システム101は、航空機にオンボードに実装される。
図4は、この実施形態において、システム101が実装される航空機400の平面図の概略図(正確な縮尺ではない)である。
航空機400のロール軸、または、長手方向の軸が、点線と参照符号402により図4に示される。ロール軸402は、航空機の胴体を、航空機400の先端部404から航空機400の尾部406まで、航空機の胴体を通り抜ける。
航空機400のピッチ軸、または、横軸が、点線と参照符号408によって図4に示される。ピッチ軸408は、航空機400の左手翼の先端から航空機400の右手翼412の先端まで、航空機400の胴体を通り抜ける。「左手」と「右手」という用語は参照を容易にするためにのみ本明細書中で使用され、そのような用語は、単に、特定の目的のために使用される。
航空機400のヨー軸が、参照符号414によって図4に示される。ヨー軸414は、航空機400の頂部から航空機400の底部まで(即ち、図4が示されている頁の平面に垂直に)、航空機400の胴体を通り抜ける。
この実施形態では、ロール軸402、ピッチ軸408、及び、ヨー軸414は、互いに直交する。
航空機400は、装置室416、及び、複数の翼室418を複数備える。
装置室416は、信号処理装置等の装置が収容され得る、航空機400内の施設である。この実施形態では、装置室416は、航空機400の中央部分内に設けられる。ロール軸402は装置室416を通り抜ける。装置室416はロール軸に沿って位置付けられる。装置ベイ416は、実質的に、航空機の翼端410、412から等距離にあってよい。
翼室418の各々は、装置が収容され得る、航空機400内の施設である。この実施形態では、各翼室418は、それぞれの航空機翼端410、412に近接して設けられる。翼室418はピッチ軸408に沿って整列される。翼室418は、航空機のロール軸から空間的に離される、即ち、遠くにある。翼室418は、少なくとも、航空機400のピッチ軸408に沿って指す方向において、装置室416から空間的に離される、即ち、遠くにある。
翼室418は、装置室416から実質的に等距離にあってよい。翼室418は、ロール軸402から実質的に等距離であってよい。
この実施形態において、装置室416は、信号が装置室416から翼室418の各々に、及び、その反対に送られるように、通信リンク420を介して翼室418に結合される。
この実施形態では、「オールラウンド(全周)」または球状の送信/受信能力を提供するために、図1ないし3に示され、より詳細に上述されたタイプの4つのシステム101を備える。従って、4つのアンテナ112が、以下のように、航空機上に配置されて提供される: 左手翼端410に近接した航空機400の上側面において、または、近接して位置付けられた左手翼上方アンテナ; 左手翼端410に近接した航空機400の下側面において、または、近接して位置付けられた左手翼下方アンテナ; 右手翼端412に近接した航空機400の上側面において、または、近接して位置付けられた右手翼上方アンテナ; 右手翼端412に近接した航空機400の下側面において、または、近接して位置付けられた右手翼下方アンテナ。
この本実施形態では、4つのシステム101の各々のモジュールは、以下のように航空機400内に分散される。
各システム101について、当該システム101の送信信号処理モジュール102、第1の光モジュール104、及び、受信信号処理モジュール116は、全体として、装置室416内に設けられる。システム101の送信信号処理モジュール102、第1の光モジュール104、及び、受信信号処理モジュール116は、それらのモジュールを接続する電気的なリンク120、134(例えば、導電性同軸ケーブルであってよい)の物理的長さが、例えば、光モジュール104、106を共にリンクする光接続122、132に比較して、比較的短いように、互いに近接して設けられる。従って、それらの電気的接続に起因する重量及び信号損失が減少するのに役立つ。
また、各システム101について、当該システム101の第2の光モジュール106、電力増幅器108、電気サーキュレータ110、アンテナ112、及び、低雑音増幅器114は、全体として、共通の翼室418に設けられる。システム101の第2の光モジュール106、電力増幅器108、電気サーキュレータ110、アンテナ112、及び、低雑音増幅器114が設けられる翼室418は、航空機400上の当該アンテナ112の位置において、または、近接している翼室418である。例えば、左手翼上方アンテナに対応するシステム101について、当該システム101の第2の光モジュール106、電力増幅器108、電気サーキュレータ110、(左手翼上方)アンテナ112、及び、低雑音増幅器101は、全体的に、航空機の左手翼端410と航空機400の上側面に近接する航空機400の左手翼内の翼室418の中に設けられる。同様に、右手翼下方アンテナに対応するシステム101について、当該システム101の第2の光モジュール106、電力増幅器108、電気サーキュレータ110、(右手翼下方)アンテナ112、及び、低雑音増幅器114は、全体として、右手翼端412と航空機400の下側面に近接する航空機400の右手翼の中の翼室418に設けられる。
システム101の第2の光モジュール106、電力増幅器108、電気サーキュレータ110、アンテナ112、及び、低雑音増幅器114は、それらのモジュールを接続する電気的なリンク124、126、128、130(例えば、導電性同軸ケーブルであってよい)の物理的な長さが、例えば、光モジュール104、106を共にリンクする光接続122、132と比較して、比較的短いように、お互いに近接して設けられる。従って、それらの電気的接続に起因する重量及び信号損失が減少するのに役立つ。
この実施形態では、各システム101について、送信信号処理モジュール102は、第1の光モジュール104、及び、受信信号処理モジュール116は、第2の光モジュール106、電力増幅器108から、電気サーキュレータ110、アンテナ112、低雑音増幅器114から空間的に離されている、即ち、遠くにある。
この実施形態では、各システム101について、装置室416内に設けられるシステム101のモジュールは、通信リンク420を介して共通の翼室418内に設けられる当該システム101のモジュールに結合される。従って、この実施形態では、各通信リンク420は、第1と第2の光ファイバ122、132に対応する。
従って、この実施形態では、比較的大きな距離だけ物理的に離されているモジュールは、光ファイバ通信リンクによって互いに結合される。これは、電気信号が、航空機の装置室に設けられたモジュールと、導電性ワイヤまたは同軸ケーブルを介して航空機の翼内に設けられたモジュールとの間で送られる従来のシステムとは対照的になる傾向がある。そのような電気的接続は、この実施形態で使用される光接続に比べて、重く及び損失的である傾向がある。従って、上述のシステムは、有利なことに、低減された重さと電力の必要性を提供するのに役立つ。
また、この実施形態では、アンテナ112に関連する高電力増幅器108と低雑音増幅器114は、関連する翼室418において当該アンテナ112の近くに設けられる。これは、増幅器が、低レベルの送信及び受信信号処理機能と共に、例えば、航空機の装置室の中に設けられる従来のシステムとは対照的である傾向がある。アンテナの近くに増幅器を設けることによって、それらの増幅器の電力の必要性、従って、重量も、大幅に低減させることに役立つ。
この第1の実施の形態では、第1と第2の光モジュール104,106は、2つの個別の光ファイバ122、132(一方のファイバは送信チャネルを提供し、他方のファイバは受信チャネルを提供する)を介して共に結合されるが、それにもかかわらず、他の実施形態では、光モジュール104、106は、例えば、送信と受信との両方のチャネルを提供する単一の光ファイバ等、異なる数の光リンクを介して共に結合され得る。
ここで記載されることは、複数のアンテナのための送信と受信チャネルの両方を単一の光ファイバが提供する、以降、「さらなるシステム」と呼ばれる、信号送信/受信システムの第2の実施形態である。
図5は、さらなるシステム501の概略図(正確な縮尺ではない)である。この実施形態では、後で以下により詳細に記載されるように、システム501は、航空機400にオンボードに実装される。図において、同様な参照符号は同様な部品を指す。
さらなるシステム501は、図1に示され、上述されたシステムの4つのモジュールと接続を備える。4つのシステム101は、4つの送信/受信チャネルを提供するために、後で以下により詳細に記載されるように、共に結合される。
この実施形態では、4つの個別のシステム101のモジュールとの接続に加えて、さらなるシステムは、第1の波長分割多重化器/逆多重化器502(以下、「第1のWDM」)、第2の波長分割多重化器/逆多重化器(以下、「第2のWDM」)、及び、双方向 l 光ファイバリンク506と、を備える。この実施形態において、単一の光ファイバ(即ち、双方向光ファイバリンク506)が、第1のWDM502と第2のWDM504を接続する。
図5において、第1の送信/チャネル(チャネル1)に関連付けられたモジュールと接続の参照符号は、参照符号「a」が付されている。例えば、第1のチャネルの送信信号処理モジュールは102aによって示され、第1のチャネルの第1の光モジュールは104aで示され、以下同様である。同様に、図5では、第2の送信/受信チャネル(チャネル2)に関連付けられたモジュールと接続の参照符号は、参照符号「b」を付されている。同様に、図5において、第3の送信/受信チャネル(チャネル3)に関連付けられているモジュールと接続の参照符号は、参照符号「c」を付されている。同様に、図5では、第4の送信/受信チャネル(チャネル4)に関連付けられたモジュールと接続の参照符号は、参照符号「d」を付されている。
この実施形態では、第1のチャネルについて、送信信号処理モジュール102a、第1の光モジュール104a、及び、受信信号処理モジュール116aは、共に結合され、図1ないし3を参照して先に上でより詳述したように動作するように構成される。第1のチャネルの第1の光モジュール104aは、図2を参照して先に上でより詳述したようなものである。第1のチャネルを介して送信される信号について、第1のチャネルの第1の光モジュール104aが、第1の波長λ1を有する強度変調された光信号を生成するよう構成される。換言すれば、第1のチャネルの第1の光モジュール104aにおけるレーザは、送信信号処理モジュール102aによって出力されるRF信号に従って変調される、第1の波長λ1を有するレーザ光信号を生成する。動作において、第1のチャネルの第1の光モジュール104aは、好適な光ファイバを介して、第1の波長λ1を有する変調された光信号を、第1のWDM502に送る。
この実施形態では、第2のチャネルについて、送信信号処理モジュール102bと、第1の光モジュール104b、及び、受信信号処理モジュールの116bは、共に結合され、図1ないし3を参照して先に上により詳述されたように動作するよう構成される。第2チャンネルの第1の光モジュール104bは、図2を参照して先に上により詳述されたようなものである。第2チャンネルを介して送信される信号について、第2のチャネルの第1の光モジュール104bは、第2の波長λ2を有する強度変調された光信号を生成するよう構成される。換言すれば、第2のチャネルの第1の光モジュール104bにおけるレーザは、送信信号処理モジュール102bによって出力されるRF信号に従って変調される、第2の波長λ2を有するレーザ光信号を生成する。動作において、第2のチャネルの第1の光モジュール104bは、好適な光ファイバを介して、第2の波長λ2を有する変調された光信号を、WDM502に送る。
この実施形態では、第3のチャネルについて、送信信号処理モジュール102c、第1の光モジュール104c、及び、受信信号処理モジュール116cは、共に結合され、図1ないし3を参照してより先に上により詳述されたように動作するように構成される。第3のチャネルの第1の光モジュール104cは、図2を参照して先に上により詳述されたようなものである。第3のチャネルを介して送信される信号について、第3のチャネルの第1の光モジュール104cは、第3の波長λ3を有する強度変調された光信号を生成するように構成される。換言すれば、第3のチャネルの第1の光モジュール104cにおけるレーザは、送信信号処理モジュール102cによって出力されるRF信号に従って変調される、第3の波長λ3を有するレーザ光信号を生成する。動作において、第3のチャネルの第1の光モジュール104cは、好適な光ファイバを介して、第3の波長λ3を有する変調された光信号を、第1のWDM502に送る。
この実施形態では、第4のチャネルについて、送信信号処理モジュール102d、第1の光モジュール104d、及び、受信信号処理モジュールの116dは、共に結合され、図1ないし3を参照して先に上により詳述されたように動作するように構成される。第4のチャネルの第1の光学モジュール104dは、図2を参照して先に上により詳述されるようなものである。第4のチャネルを介して送信される信号について、第4のチャネルの第1の光モジュール104dは、第4の波長λ4を有する強度変調された光信号を生成するよう構成される。換言すれば、第4のチャネルの第1の光モジュール104dにおけるレーザは、送信信号処理モジュール102dによって出力されるRF信号に従って変調される、第4の波長λ4を有するレーザ光信号を生成する。動作において、第4のチャネルの第1の光モジュール104dは、好適な光ファイバを介して、第4の波長λ4を有する変調された光信号を、第1のWDM502に送る。
従って、この第2の実施形態では、動作において、第1のWDM502は、波長λ1、λ2、λ3、及び、λ4を有する変調された光信号を受け取る。波長λ1、λ2、λ3、及び、λ4を有する4つの変調された光信号は、第1のチャネル、第2のチャネル、第3のチャネル、及び、第4のチャネルにそれぞれ対応する。
この実施形態では、4つの波長λ1、λ2、λ3、及び、λ4は全て異なっている。これは、4つの変調された光信号が互いに区別され得ることを提供するのに役立つ。
この実施形態では、第1のWDM502は、第1の光モジュール104a、104b、104c、104dから受け取られた4つの光信号を多重化するように構成される。波長λ1、λ2、λ3、及び、λ4を有する4つの信号は、第1のWDM502によって、双方向デジタル光リンク506上に多重化され、双方向光ファイバリンク506を介して、第1のWDM502から第2のWDM504に送られる。
この実施形態では、第2のWDM504は、WDM502から受け取った光信号を、波長λ1、λ2、λ3、及び、λ4をそれぞれ有する4つの個別の信号に逆多重化するように構成される。
動作において、第2のWDM504は、第1の波長λ1を有する変調された光信号を、第1のチャネルの第2の光モジュール106aに向ける。第1のチャネルの第2の光モジュール106aは、図3を参照して先に上により詳述されたようなものである。第1のチャネルの第2の光モジュール106aは、受け取られた光信号を、図1ないし3を参照して先に上により詳述されたように、続いて、第1のチャネルのアンテナ112aによって送信される電気信号に変換するように構成される。
また、第2のWDM504は、第2の波長λ2を有する変調された光信号を、第2のチャネルの第2の光モジュール106bに向けるように構成される。第2のチャネルの第2の光モジュール106bは、図3を参照して先に上により詳述されたようなものである。第2のチャネルの第2の光モジュール106bは、受け取られた光信号を、図1ないし3を参照して先に上により詳述されたように、続いて、第2のチャネルのアンテナ112bによって送信される電気信号に変換するように構成される。
また、第2のWDM504は、第3の波長λ3を有する変調された光信号を、第3のチャネルの第2の光モジュール106cに向けるよう構成される。第3のチャネルの第2の光モジュール106cは、図3を参照して先に上により詳述されたようなものである。第3のチャネルの第2の光モジュール106cは、受け取られた光信号を、図1ないし3を参照して先に上により詳述されたように、続いて、第3のチャネルのアンテナ112cによって送信される電気信号に変換するように構成される。
また、第2のWDM504は、第4の波長λ4を有する変調された光信号を、第4のチャネルの第2の光モジュール106dに向けるように構成される。第4チャンネルの第2の光モジュール106dは、図3を参照して先に上により詳述されるようなものである。第4のチャネルの第2の光モジュール106dは、受け取られた光信号を、図1ないし3を参照して先に上により詳述されたように、続いて、第4のチャネルのアンテナ112dによって送信される電気信号に変換するように構成される。
この実施形態では、第1のチャネルについて、第2の光モジュール106a、電力増幅器108a、電気サーキュレータ110aと、アンテナ112a、及び、低雑音増幅器114aは、共に結合され、図1ないし3を参照して先に上により詳述されたように動作するよう構成される。第1のチャネルを介して受信された信号について、第1のチャネルの第2の光モジュール106aは、第5の波長λ5を有する強度変調された光信号を生成するように構成される。換言すれば、第1のチャネルの第2の光モジュール106aにおけるレーザは、アンテナ112aによって受信され、低雑音増幅器114aによって第2の光モジュール106に提供されるRF信号に従って変調される第5の波長λ5を有するレーザ光信号を生成する。動作において、第1のチャネルの第2の光モジュール106aは、好適な光ファイバを介して、第5の波長λ5を有する変調された光信号を、第2のWDM504に送る。
この実施形態では、第2のチャネルについて、第2の光モジュール106b、電力増幅器108b、電気サーキュレータ110b、アンテナ112b、及び、低雑音増幅器114bは、共に結合され、図1ないし3を参照して先に上により詳述にされたように動作するよう構成される。第2のチャネルを介して受信される信号について、第2のチャネルの第2の光モジュール106bは、第6の波長λ6を有する強度変調された光信号を生成するように構成され。換言すれば、第2のチャネルの第2の光モジュール106bにおけるレーザは、アンテナ112bによって受信され、低雑音増幅器114bによって第2の光モジュール106bに提供されるRF信号に従って変調される、第6の波長λ6を有するレーザ光信号を生成する。動作において、第2のチャネルの第2の光モジュール106bは、好適な光ファイバを介して、第6の波長λ6を有する変調された光信号を、第2のWDM504に送る。
この実施形態では、第3のチャネルについて、第2の光モジュール106c、電力増幅器108c、電気サーキュレータ110c、アンテナ112c、及び、低雑音増幅器114cは、共に結合され、図1ないし3を参照して先に上により詳述されたように動作するよう構成される。第3のチャネルを介して受信される信号について、第3のチャネルの第2の光モジュール106cは、第7の波長λ7を有する強度変調された光信号を生成するように構成される。換言すれば、第3のチャネルの第2の光モジュール106cにおけるレーザは、アンテナ112cによって受信され、低雑音増幅器114cによって第2の光モジュール106cに提供されるRF信号に従って変調される、第7の波長λ7を有するレーザ光信号を生成する。動作において、第3のチャネルの第2の光モジュール106cは、好適な光ファイバを介して、第7の波長λ7を有する変調された光信号を、第2のWDM504に送る。
この実施形態において、第4のチャネルについて、第2の光モジュール106d、電力増幅器108d、電気サーキュレータ110dは、アンテナ112d、及び、低雑音増幅器114dは、共に結合され、図1ないし3を参照して先に上により詳述されたように動作するよう構成される。第4のチャネルを介して受信される信号について、第4のチャネルの第2の光モジュール106dは、第8の波長λ8を有する強度変調された光信号を生成するように構成される。換言すれば、第4のチャネルの第2の光モジュール106dにおけるレーザは、アンテナ112dによって受信され、低雑音増幅器114dによって第2の光モジュール106dに提供されるRF信号に従って変調される第8の波長λ8を有するレーザ光信号を生成する。動作において、第4のチャネルの第2の光モジュール106dは、好適な光ファイバを介して、第8の波長λ8を有する変調された光信号を、第2のWDM504に送る。
従って、この第2の実施形態では、動作時に、第2のWDM504は、波長λ5、λ6、λ7、及び、λ8を有する変調された光信号を受け取る。波長λ5、λ6、λ7、及び、λ8を有する4つの変調された光信号は、第1のチャネル、第2のチャネル、第3のチャネル、及び、第4のチャネルのそれぞれに対応する。
この実施形態では、4つの波長λ5、λ6、λ7、及び、λ8は全て異なる。これは、それら4つの変調された光信号が互いに区別され得ることを提供するように役立つ。いくつかの実施形態では、波長λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6、λ7、及び、λ8は全て異なる。
この実施形態では、第2のWDM504は、第2の光モジュール106a、106b、106c、106dから受け取られた4つの光信号を多重化するように構成される。波長λ5、λ6、λ7、及び、λ8を有する4つの信号は、第2のWDM504によって、双方向光ファイバリンク506上に多重化され、双方向デジタル光リンク506を介して、第2のWDM504から第1のWDM502に送られる。
この実施形態では、第1のWDM502は、第2のWDM504から受け取られた光信号を、波長λ5、λ6、λ7、及び、λ8をそれぞれ有する4つの個別の信号に逆多重化するように構成される。
動作において、第1のWDM502は、第5の波長λ5を有する変調された光信号を、第1のチャネルの第1の光モジュール104aに向ける。第1のチャネルの第1の光モジュール104aは、受け取られた光信号を、図1ないし3を参照して先に上により詳述されたように、続いて、受信信号処理モジュール116Aに転送され、それによって処理される電気信号に変換するように構成される。
また、第1のWDM502は、第6の波長λ6を有する変調された光信号を、第2のチャネルの第1の光モジュール104bに向けるよう構成される。第2のチャネルの第1の光モジュール104bは、受け取られた光信号を、図1ないし3を参照して先に上により詳述されたように、続いて、受信信号処理モジュール116bに転送され、それによって処理される電気信号に変換するように構成される。
また、第1のWDM502は、第7の波長λ7を有する変調された光信号を、第3のチャネルの第1の光モジュール104cに向けるよう構成される。第3のチャネルの第1の光モジュール104cは、受け取られた光信号を、図1ないし3を参照して先に上により詳述されたように、続いて、受信信号処理モジュール116cに転送され、それによって処理される電気信号に変換するように構成される。
また、第1のWDM502は、第8の波長λ8を有する変調された光信号を、第4のチャネルの第1の光モジュール104dに向けるよう構成される。第4のチャネルの第1の光モジュール104dは、受け取られた光信号を、図1ないし3を参照して先に上により詳述されたように、続いて、受信信号処理モジュール116dに転送され、それによって処理される電気信号に変換するように構成される。
従って、さらなるシステム501において、複数のアンテナのための送信と受信の両方のチャネルを提供する単一の光ファイバが提供される。
この第2の実施形態では、さらなるシステム501は、航空機400にオンボードに実装される。
この第2の実施形態では、アンテナ112a−dは、例えば、以下のように、航空機400のための「オールラウンド(全周)」または球状の送信/受信能力を提供する: 第1のチャネルアンテナ112aが左手翼上方アンテナであってよい; 第2のチャネルアンテナ112bが左手翼下方アンテナであってよい; 第3のチャンネルアンテナ112cは右手翼上方アンテナであってよい; 第4のチャネルアンテナ112dは右手翼下方アンテナであってよい。
また、送信信号処理モジュール102a−d、第1の光モジュール104a−d、及び、受信信号処理モジュール116a−dは、全体として、装置室416の中に設けられる。各チャネルについて、送信信号処理モジュール、第1の光モジュール、及び、受信信号処理モジュールは、それらのモジュールの間の電気的なリンクの物理的な長さを減らすように、お互いに近接して設けられる。
また、各チャネルについて、当該チャネルの第2の光モジュール、電力増幅器、電気サーキュレータ、アンテナ、及び、低雑音増幅器は、全体として、共通の翼室418に設けられる。チャネルの第2の光モジュール、電力増幅器、電気サーキュレータ、アンテナ、及び、低雑音増幅器が設けられる翼室418は、航空機400上の当該アンテナの位置における、または、近接する翼室418である。例えば、第1のチャネルについて、アンテナ112aは、左手翼上部アンテナである。従って、第1のチャネルの第2の光モジュール106a、電力増幅器108a、電気サーキュレータ110a、アンテナ112a、及び、低雑音増幅器114aは、全体として、航空機400の左手翼端410と上面に近接する、航空機400の左手翼の中の翼室418内に設けられる。
チャネルについて、第2の光モジュール、電力増幅器、電気サーキュレータ、アンテナ、及び、低雑音増幅器は、それらのモジュールを接続する電気的なリンクの物理的な長さが減らされるように、互いに近接して設けられる。
この第2の実施形態では、各チャネルについて、送信信号処理モジュール、第1の光モジュール、及び、受信信号処理モジュールは、第2の光モジュール、電力増幅器、電気サーキュレータ、アンテナ、及び、低雑音増幅器から空間的に離されている、即ち、遠くにある。各チャネルについて、装置室416の中に設けられる当該チャンネルのモジュールは、双方向光ファイバリンク506(この第2の実施形態では、通信リンク420に対応する)に少なくとも部分的によって、共通の翼室418の中に設けられる当該チャンネルのモジュールに結合される。
第1の実施形態と同様に、この第2の実施形態では、比較的大きな距離だけ物理的に離されるモジュールは、光ファイバ通信リンクによって共に結合される。また、各チャネルについて、アンテナ112a−dに関連付けられた高電力増幅器108a−d、及び、低雑音増幅器114a−dは、関連する翼室418の中で、アンテナ112a−dの近くに設けられる。これは、増幅器が低レベルの送信と送信の信号処理機能を有して設けられる従来のシステムとは対照的である傾向にある。
第2の実施形態では、送信信号処理モジュール102a−dの各々からの信号は、それぞれのアンテナ112a−dによって送信される。同様に、アンテナ112a−dの各々から受信された信号は、それぞれの受信信号処理モジュール116a−dによって処理される。個々で記載されることは、信号を送信及び/または受信するためのアンテナが選択され得る、または、切り替えられ得る、信号送信/受信システムの第3の実施形態である。
この第3の実施形態では、信号送信/受信システムは、航空機400上に実装される。
図6は、第3の実施形態における装置室416に設けられたモジュール及び装置を示す概略図(正確な縮尺ではない)である。図6に示されたモジュール及び装置は、以下、総称して、「装置室モジュール」と呼ばれ、参照符号601を用いて示される。
図7は、第3の実施形態における翼室418に設けられたモジュール及び装置を示す概略図(正確な縮尺ではない)である。図7に示されたモジュール及び装置は、以下、総称して、「翼室モジュール」と呼ばれ、参照符号701を用いて示される。
この第3の実施形態では、アンテナ112a−dを含む翼室モジュール701は、4つの通信帯域(帯域1−4)の全ての中のRF信号で動作するように構成される。従って、第3の実施形態における翼室モジュール701は、例えば、第2の実施形態で用いられ、図5を参照して先に上により詳述されたものよりも広い帯域幅とすることができる。翼室モジュール701のより広い帯域幅にもかかわらず、この第3の実施形態における翼室モジュール701の動作は、第2の実施形態で、図5を参照して先に上により詳述されたものと同じである。
図6に示された第1のWDM504は、双方向デジタル光リンク506を介して、図7に示された第2のWDM504に接続される。
この実施形態では、4つの通信帯域が存在し、各々は、異なるRF周波数範囲、即ち、第1の帯域(帯域1)、第2の帯域(帯域2)、第3の帯域(帯域3)、及び、第4の帯域(帯域4)、を有する。通信帯域の各々は、異なるそれぞれのタイプのデータを送信するために使用され、例えば、第1の帯域は映像データを送信するために使用され得、第2の帯域はテレメトリデータを送信するために使用され得、第3の帯域は音響データ(例えば、音声通信)を送信するために使用され得、及び、第4の帯域は、ミッションデータを送信するために使用され得る。通信帯域の各々は、異なるそれぞれの周波数を有する信号を送信するために使用されることができ、例えば、第1の帯域は0.5GHzから1GHzの周波数範囲を有する信号を送信するために使用され得、第2の帯域は2GHzから3GHzの周波数範囲を有する信号を送信するために使用され得、第3の帯域は3.5GHzから4GHzの周波数範囲を有する信号を送信するために使用され得、及び、第4の帯域は5GHzから6GHzの周波数を有する信号を送信するために使用され得る。この実施形態では、4つの通信帯域の周波数範囲は、何ら重複しない。
本実施形態では、装置室モジュール601は、各通信帯域について、送信信号処理モジュール102、受信信号処理モジュール116、光波長選択可能光モジュール602、送信WDM604、及び、受信WDM606を含む、モジュールのそれぞれの組を備える。図6では、第1の通信帯域(帯域1)に関連付けられたモジュールの参照符号は、参照符号「e」が付される。従って、第1の通信帯域のための送信信号処理モジュールは102eによって示され、第1の通信帯域のための受信信号処理モジュールは116eによって示され、第1の通信帯域のための光波長選択可能光モジュールは602eによって示され、第1の通信帯域のための送信WDMは604eで示され、第1の通信帯域の受信WDMは606eで示される。同様に、図6において、第2の通信帯域(帯域2)に関連付けられたモジュールの参照符号は、参照符号「f」を付される。同様に、図6において、第3の通信帯域(帯域3)に関連付けられたモジュールの参照番号は符号「g」を付されている。同様に、図6において、第4の通信帯域(帯域4)に関連付けられたモジュールの参照符号は参照符号「h」を付される。
この実施形態では、後で以下により詳述されるように、通信帯域の各々は、4つのアンテナ112a−dのいずれかを介して信号を送信し、受信するために使用され得る。図5における、先に上により詳述されたように、図6と7において、第1のチャネルアンテナ112aを介して信号を送信/受信することに関連付けられたモジュールは符号「a」を付され、第2のチャネルのアンテナ112bを介して送信/受信することに関連付けられたモジュールは参照符号「b」を付され、第3のチャネルアンテナ112cを介して信号を送信/受信することに関連付けられたモジュールは参照符号「c」を付され、第4のチャネルアンテナ112dを介して信号を送信/受信することに関連付けられたモジュールは参照符号「d」を付される。
送信信号処理モジュール102e−h、受信信号処理モジュール116e−h、光波長選択可能光モジュール602e−h、送信WDM604e−h、及び、受信WDM606e−hを含むことに加え、装置室モジュール601は、アンテナ112a−dの各々について、それぞれの信号結合器608とそれぞれの信号分離器610を含む。換言すれば、装置室モジュール601は、第1のチャネルアンテナ112aに関連付けられた信号結合器608aと信号分離器610a、第2のチャネルアンテナ112bに関連付けられた信号結合器608bと信号分離器610b、第3のチャネルアンテナ112cに関連付けられた信号結合器608cと信号分離器610c、第4のチャンネルアンテナ112dに関連付けられた信号結合器608dと信号分離器610dを含む。
ここで記載されることは、装置室モジュール601と翼室モジュール701により信号を送受信することの例示の動作例である。第1の通信帯域信号の送信と受信のみが記載されるが、その他の通信帯域の中の信号が、細かな差異を考慮して、同等なモジュールによって同様の方法で送信され/受信され得るこのが、この技術に技量を有する者に認識されるであろう。
以下の記載では、参照が、第1の通信帯域に関連付けられた光波長選択可能光モジュール602eのさらなる詳細を示す図8に対してなされる。その他の光波長選択可能光モジュール602f−hは、図8に示され、以下に記載されるモジュールに対応するモジュールとの接続を含む。
例示の信号送信動作において、送信されるべきデジタルまたはアナログベースバンド信号は、第1の通信帯域に関連付けられた送信信号処理モジュール102eに入力される。送信信号処理モジュール102eは、信号を処理し、RF信号を光波長選択可能光モジュール602eに送る。
この実施例において、図8に示されるように、光波長選択可能光モジュール602eは、第1のRF増幅器200e、第1の光変調器202e、第1のフォトダイオード検出器206e、第1のモジュールの低雑音増幅器208e、モジュールのWDM802e、及び、複数のレーザを備える。複数のレーザは、第1の波長λ1を有するレーザ光を生成するように構成されたレーザ(以下、「λ1−レーザ」と呼ばれ、参照符号804eによって示される)、第2の波長λ2を有するレーザ光を生成するように構成されたレーザ(以下、「λ2−レーザ」と呼ばれ、参照符号806eによって示される)、第3の波長λ3を有するレーザ光を生成するように構成されたレーザ(以下、「λ3−レーザ」と呼ばれ、参照符号808eによって示される)、及び、第4の波長λ4を有するレーザ光を生成するように構成されたレーザ(以下、「λ4−レーザ」と呼ばれ、参照符号810eによって示される)を含む。
この実施形態では、レーザ804e、806e、808e、810eはコントローラに結合される。コントローラは、光波長選択可能光モジュール602eの外部にあってよく、例えば、共通のコントローラが、光波長選択可能光モジュール602e−hの全ての中のレーザ804e−h、806e−h、808e−h、810e−hを制御してよい。コントローラは装置室416内に設けられ得る。
例示の送信動作では、第1のRF増幅器200eが、送信信号処理モジュール102eによって出力されたRF信号を受け取り、増幅する。そして、増幅されたRF信号は、第1のRF増幅器200eから第1の光変調器202eに送られる。図2を参照して上述されたように、第1の光変調器202eは、統合されたマッハ・ツェンダー変調器である。
この実施形態では、コントローラは、4つのアンテナ112a−dのどれから信号が送信されるかを決定する。信号が第1のチャンネルアンテナ112aから送信される場合、コントローラは、モジュールのWDM802eにレーザ信号(第1の波長λ1を有する)レーザ信号を送るために、λ1−レーザ804eを制御する。同様に、信号が第2のチャネルアンテナ112bから送信される場合、コントローラは、レーザ信号(第2の波長λ2を有する)をモジュールのWDM802eに送るために、λ2−レーザ806eを制御する。同様に、信号が第3のチャネルアンテナ112cから送信される場合、コントローラは、レーザ信号(第3の波長λ3を有する)をモジュールのWDM802eに送るために、λ3−レーザ808eを制御する。同様に、信号が第4のチャンネルアンテナ112dから送信される場合、コントローラは、レーザ信号(第4の波長λ4を有する)をモジュールのWDM802eに送るために、λ4−レーザ810eを制御する。従って、モジュールのWDM802eは、信号がどのアンテナ(複数可)112a−dから送られるべきかに応じて、レーザ804e、806e、808e、810eの1つ以上から1つ以上のレーザ信号を受ける。モジュールのWDM802eは、受け取ったレーザ信号を多重化し、多重化された信号を、偏波保持光ファイバを介して、第1の通信帯域の第1の光変調器202eに送る。
この例示の信号送信動作では、第1の光変調器202eは、第1のRF増幅器200eから受け取られた増幅されたRF信号を使用して、モジュールのWDM802eから受け取られた多重化された光出力を強度変調する。従って、強度変調された光信号が生成される。
第1の光変調器202eは、第1の通信帯域のための送信WDM604eに、出力された変調された光信号を送る。
この実施形態では、送信WDM604eは、第1の光変調器202eから受け取られた光信号を、それぞれ波長λ1、λ2、λ3、及び、λ4を有する4つの別個の光信号に逆多重化するように構成される。この実施形態では、第1の波長λ1を有する光信号は、アンテナ112aを介する送信のためにあり、第2の波長λ2を有する光信号は、第2のチャネルアンテナ112bを介する送信のためにあり、以下同様である。
動作において、受け取られた光信号を逆多重化した後、送信WDM604eは、第1の波長λ1を有する変調された光信号を、第1のチャネルアンテナ112aに関連付けられた信号結合器608aに向ける。また、送信WDM604eは、第2の波長λ2を有する変調された光信号を、第2のチャネルアンテナ112bに関連付けられた信号結合器608bに向ける。また、送信WDM604eは、第3の波長λ3を有する変調された光信号を、第3のチャネルアンテナ112cに関連付けられた信号結合器608cに向ける。また、送信WDM604eは、第4の波長λ4を有する変調された光信号を、第4のチャンネルアンテナ112dに関連付けられた信号結合器608dに向ける。
この実施形態では、信号結合器608aは、送信WDM604eから、第1の波長λ1を有する光信号を受け取る。また、信号結合器608aは、その他の送信WDS604f−hに関連付けられた通信帯域内の信号がアンテナ112aによって送信される場合、当該他の送信WDS604f−hの1つ以上から、第1の波長λ1を有する光信号を受け取り得る。この実施形態では、信号結合器608aは、送信WDM604e−hの全てから受け取られた波長λ1の信号を、単一の光信号に結合する。そして、信号結合器608aは、結合された信号(λ1に等しい波長を有する)を第1のWDM502に送る。
この実施形態では、通信システムの動作を制御するコンピュータは、4つの帯域信号の同時送信が回避されるように、アンテナへの周波数と時間のアクセスを管理する。これは、翼モジュールコンポーネントにおける4つの信号間の干渉を防止するのに役立つ。従って、例えば、フォトダイオード検出器306sにおいて起こる4つのλ1の光信号間のコヒーレント光ミックスをなくすことができる。アンテナに対する周波数と時間のアクセスのような管理は、例えば、各アンテナについて、4つの通信のRF信号が、互いに異なる時間にのみ、当該アンテナへのアクセスを可能にすることを含む。また、この実施形態において、4つの通信帯域のRF信号の周波数は、1つより多くの帯域信号が同時に扱われる場合に複数の信号間の干渉を防止するように、互いに十分に離されている。
他の信号結合器608b−dは、細かい差異を考慮して、第1のチャネルに関連づけられた信号結合器608aについて上述したのと同じ方法で、それらが受信する信号を結合し、それらの結合された信号を第1のWDM502に送る。例えば、第2のアンテナ112bに対応する信号結合器608bは、送信WDM604e−hの1つ以上から、第2の波長λ2を有する光信号を受け取る。これらのλ2−信号は、結合され、信号結合器608bによって第1のWDM502に送られる。
従って、この例示の信号送信動作において、第1のWDM502は、第1の波長λ1を有する結合された光信号を信号結合器608aから、第2の波長λ2を有する結合された光信号を信号結合器608bから、第3の波長λ3を有する結合された光信号を信号結合器608cから、第4の波長λ4を有する結合された光信号を信号結合器608dから、受け取る。波長λ1、λ2、λ3、及び、λ4を有する信号は、第1のWDM502によって、双方向光ファイバリンク506上に多重化され、双方向光ファイバリンク506を介して、第1のWDM502から第2のWDM504に送られる。
この例示の信号送信動作において、第2のWDM504によって受け取られた信号は、翼室モジュール701によって処理され、図5を参照して第2の実施形態において先に上により詳述されたように、アンテナ112a−dによって送信される。例えば、第2のWDM504は、第1のWDM502から受け取られた光信号を、それぞれ波長λ1、λ2、λ3、及び、λ4を有する4つの別個の信号に逆多重化する。そして、第1の波長λ1を有する変調された光信号は、受け取られた光信号を、続いて、アンテナ112aによって送信される電気信号に変換する、第1のチャネルの第2の光モジュール106aに向けられる。信号は、細かい差異を考慮して、アンテナ112aのためと同じ方法で、その他のアンテナ112b−dによって送信され得る。従って、装置室モジュール601と翼室モジュール701とによって信号を送信する例示の動作が提供される。
装置室モジュール601と翼室モジュール701とによって実行される例示の信号受信動作では、翼室モジュール701は、図5を参照して先に上により詳述された第2の実施形態におけるのと同じ方法で動作する。特に、アンテナ112a−dにおいて受信された信号は、波長λ5、λ6、λ7、及び、λ8をそれぞれ有する変調された光信号を生成するために使用される。波長λ5、λ6、λ7、及び、λ8を有する4つの信号が、第2のWDM504によって、双方向光ファイバリンク506上に多重化され、双方向光ファイバリンク506を介して、第2のWDM504から第1のWDM502に送られる。
この実施形態では、第1のWDM502は、第2のWDM504から受け取られた光信号を、波長λ5、λ6、λ7、及び、λ8をそれぞれ有する4つの別個の信号に逆多重化するように構成される。
動作において、受け取られた光信号を逆多重化した後、第1のWDM502は、第5の波長λ5を有する変調された光信号を、第1のアンテナ112aに関連付けられた信号分離器610aに向ける。また、第1のWDM502は、第6の波長λ6を有する変調された光信号を、第2のアンテナ112bに関連付けられた信号分離器610bに向ける。また、第1のWDM502は、第7の波長λ7を有する変調された光信号を、第3のアンテナ112cに関連付けられた信号分離器610cに向ける。また、第1のWDM502は、第8の波長λ8を有する変調された光信号を、第4のアンテナ112dに関連付けられた信号分離器610dに向ける。
この実施形態では、信号分離器610aは、通信帯域の各々について個別の光信号を生成するために、第5の波長λ5を有する光信号を分離する。従って、この実施形態では、信号分離器610aは、光信号を、各々の信号が第5の波長λ5を有する、4つの個別の信号に分離する。信号分離器610aによって出力された信号の各々は、受信WDM606e−hのそれぞれ1つに送られる。
その他の信号分離器610b−dは、それらが受け取る信号を分離し、細かい差異を考慮して、第1のアンテナ112aに関連付けられた信号分離器610aについて上述したことと同じ方法で、受信WDM606e−hのそれぞれに出力信号を送る。例えば、第2のアンテナ112bに対応する信号分離器610bは、第6の波長λ6を有する光信号を、4つの別個別の信号へと分離し、それらの信号の各々を、受信WDM606e−hのそれぞれ1つに送る。
この実施形態において、受信WDM606e−hの各々は、以下を受け取る: 信号分離器610aから、第1のアンテナ112aにおいて受信された信号に対応した、第5の波長λ5を有する光信号; 信号分離器610bから、第2のアンテナ112bにおいて受信された信号に対応した、第6の波長λ6を有する光信号; 信号分離器610cから、第3のアンテナ112cにおいて受信された信号に対応した、第7の波長λ7を有する光信号; 及び、信号分離器610dから、第4のアンテナ112dにおいて受信された信号に対応した、第8の波長λ8を有する光信号。
受信WDM606e−hの各々は、それが受け取る4つの信号を多重化し、結果として多重化された光信号を、受信WDM606e−hが接続された光波長選択可能光モジュール602e−hに送る。例えば、第1の通信帯域の受信WDM606eは、第1の通信帯域の光波長選択可能光モジュール602eに、その出力された多重化された信号を送る。
光波長選択可能光モジュール602e−hは、各々、受け取られた光信号を、(それぞれのフォトダイオード検出器206と低雑音増幅器208を介して) 続いて、先に上により詳述されたように、それぞれの受信信号処理モジュール116e−hに伝送され、それによって処理される電気信号に変換するように構成される。
いくつかの実施形態では、光波長選択可能光モジュール602e−hの1つまたは複数は、当該光波長選択可能光モジュール602e−hを通過しようとする特定の波長を有する信号をフィルタで除去するためのフィルタを含む。例えば、いくつかの実施形態において、第1の通信帯域に対応した受信信号処理モジュール116aは、第1のチャネルアンテナ112aで受信された信号の処理のみをするように構成される。このような実施形態では、第1の帯域の光波長選択可能光モジュール602eは、第5の波長λ5を有する光信号(従って、第1のアンテナ112aで受信された信号に対応する)のみが処理のために電気信号に変換され、受信信号処理モジュール116aに渡されるように、第6、第7、及び、第8の波長λ6、λ7、λ8を有する信号を除去するための1つ以上のフィルタを含む。
従って、装置室モジュール601と翼室モジュール701とによって信号を受信することの例示の動作が提供される。
上述したように、この第3の実施形態では、システムは、航空機400にオンボードに実装される。また、アンテナ112a−dは、航空機400のために、「オールラウンド(全周)」または球状の送信/受信能力を提供する。
この第3の実施形態において、装置室モジュール601は、それらモジュール間の電気的なリンクの物理的な長さを減らすように、互いに近接して設けられる。
また、各チャネルについて、当該チャネルの翼室モジュール701は、それらモジュールを接続する電気的なリンクの物理的な長さが減らされるように、お互いに近接して設けられる。
この第3の実施形態では、装置室モジュール601は、翼室モジュール701から空間的に離される、即ち、遠くにある。第1と第2の実施形態と同様に、この第3の実施形態では、比較的大きな距離だけ物理的に離されるモジュールは、光ファイバ通信リンクによって共に結合される。また、各アンテナ112a−dについて、アンテナ112a−dに関連付けられた高電力増幅器108a−dと低雑音増幅器114a−dは、対応する翼室418において、当該アンテナ112a−dの効果的に近くに設けられる。
上述の信号処理または制御手段を含み、上の構成の任意なものを実装し、上述の処理の任意なものを実行するための装置は、例えば、1つ以上のコンピュータまたは他の処理装置またはプロセッサ等の好適な任意の装置を構成するかまたは適応させること、及び/または、追加のモジュールを与えることによって提供され得る。装置は、コンピュータメモリ、コンピュータディスク、ROM、PROM等、または、これらのまたは他の記憶媒体の任意の組み合わせ等の機械が読み出し可能な記憶媒体の中にまたは上に記憶されたコンピュータプログラムまたは複数のコンピュータプログラムの形態での命令及びデータを含む、命令を実装し、データを使用するためのコンピュータ、コンピュータのネットワーク、または、1つ以上のプロセッサを備え得る。
なお、上述の処理のあるものは省略されてもよく、または、そのような処理工程は、上記に提示された順序とは異なる順序で実行されてもよいことに留意すべきである。更に、全ての処理工程が、理解の便宜及び容易化のために、個別の時間的に連続した工程であるとして記載されたが、それにもかかわらず、処理工程のいくつかは、実際には、同時に、または、時間的にある程度、少なくとも重複して行われ得る。
また、上述された実施形態からの態様のいずれかは、異なる実施形態に実装されてもよいことに留意すべきである。例えば、上述されたシステムのいずれかから選択される1つ以上のモジュールは、例えば、異なる上述のシステムからの1つ以上のモジュールを置き換えることによって、または、当該異なるシステムのモジュールに加えて、異なる上述のシステムに実装されてもよい。
上記実施形態では、システムのモジュールは、上述のように、共に結合される。しかし、他の実施形態では、システムの1つ以上のモジュールは、異なる適切な方法で共に結合され得る。
上記実施形態では、装置室と翼室との間で伝送される信号は、アンテナによって送信されるRF信号、または、アンテナによって受信されるRF信号である。しかし、他の実施形態では、装置室と翼室との間で伝送される信号は、RF帯域1、2、3、及び、4以外の周波数を有する。また、他の実施形態では、装置室と翼室との間で伝送される信号は、例えば、装置を制御するための制御信号等の、アンテナによって送信されない、または、アンテナによって受信されていない信号である。
上記実施形態では、システムは、UAV(無人航空機)にオンボードに実装される。しかし、他の実施形態では、システムは、異なるエンティティに実装される。例えば、システムは、有人航空機、陸上ベースまたは水ベースの移動体等の異なるタイプの移動体、または、建物または他の構造体にオンボードに実装されてもよい。いくつかの実施形態では、システムは、大きさや形状が、例えば、飛行の能力を提供するように、ある他の基準を満たすように決定される、所与の大きさのエンティティの中にまたは上に実装される。
上述の第2及び第3の実施形態において、各々がそれぞれのアンテナを有する、4つの通信チャネルが存在する。また、アンテナは、球状の通信能力を提供するように、航空機にオンボードに配置される。しかし、他の実施形態では、異なる数の通信チャネルが存在する。他の実施形態では、異なる数のアンテナが存在する。他の実施形態では、アンテナは、例えば、必ずしも球状の通信能力を提供する必要はなく、異なる適切な方法で、航空機上に配置される。
上述された第3の実施形態では、それらの各々が異なるデータタイプに対応し得る、4つの通信帯域が存在する。しかし、他の実施形態では、異なる数の通信帯域が存在してもよい。
上記実施形態では、システムのモジュールは、航空機の装置室内、または、航空機の翼室内のいずれかに設けられる。しかし、他の実施形態では、システムのモジュールは、航空機にオンボードである空間的に離れた場所の異なる対にわたって分散されてもよい。また、他の実施形態では、システムのモジュールは、例えば、装置室、翼室、及び、コックピットといった、航空機にオンボードな2つより多い空間的に離れた場所にわたって分散されてもよい。
また、装置室内に設けられるものとして上述されている装置のモジュールまたは部品の1つ以上は、他の実施形態では、代わりに、翼室に、及び、その逆に、設けられ得る。例えば、上記実施形態では、第2の光モジュール106の第2のレーザ304は、翼室418の中に設けられる。しかし、他の実施形態では、第2の光モジュール106の第2のレーザ304は、装置室416の中に設けられる。
図9は、翼室418とは対照的に、装置室416に設けられた第2の光モジュールのレーザ304を有する第2の光モジュール106を示す概略図(正確な縮尺ではない)である。
この実施形態では、第2の光モジュール106の第2のRF増幅器300、第2の光変調器302、第2のフォトダイオード検出器306、及び、第2のモジュール低雑音増幅器308が翼室418に設けられ、共に結合され、図3を参照して上述されたように動作する。この実施形態では、第2の光モジュール106の第2のレーザ304は、装置室416に設けられる。これは、第2のレーザは、より安定した熱的及び機械的環境で動作することを提供するのに効果的に役立つ。第2のレーザ304は、レーザ信号を、偏波保持光ファイバ902を介して、第2の光変調器302による変調のために第2の光変調器302に送るように構成される。
この実施形態では、偏波保持光ファイバ902は、他の光ファイバ(例えば、第1の光ファイバ122、第2の光ファイバ132、双方向光ファイバリンク506、等)のいずれかとは異なる別個で専用の光ファイバである。しかし、他の実施形態では、装置室416に設けられた第2のレーザ304から送られたレーザ信号は、1つ以上の他の光信号と多重化され、装置室416から、共通の偏波保持光ファイバを介して、翼室418内に設けられた第2の光変調器302に送られる。
例えば、いくつかの実施形態では、装置室416に設けられた第2のレーザ304から送られるレーザ信号(例えば、λ5、λ6、λ7、または、λ8の波長を有し得る)は、共通の偏波保持光ファイバを介して、1つ以上の送信信号(その各々は、例えば、λ1、λ2、λ3、または、λ4の波長を有し得る)で多重化される。
また、いくつかの実施形態では、第2の光モジュール106a−dの各々の第2のレーザ304a−dは、全て、装置室416に設けられる。これらの第2のレーザ304a−dによって生成されたレーザ信号は、適切な偏波保持WDMによって共に多重化され、多重化された信号がさらなる偏波保持WDMによって第2の光変調器302a−dの各々のためのそれぞれのレーザ信号に逆多重化される翼室418に対して、共通の偏波保持光ファイバを介して送られ得る。