JP2022518571A - 光信号の多層符号化 - Google Patents

Abstract

いくつかの例では、装置は、複数の層の符号化の適用に基づいてコードワードを生成するための多層コード生成器と、生成されたコードワードに基づいて符号化光パルスを生成するための光源と、前記符号化光パルスを光媒体へ伝搬するための光カプラとを含む。

Description

本出願は、光信号の多層符号化に関する。

（関連出願の相互参照）
この出願は、2019年3月1日に出願された「MULTI-LAYER ENCODING OF OPTICAL SIGNALS」と題された米国特許出願シリアル番号16/289,904に対する優先権の利益を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。

情報は、光ファイバや他の種類の光媒体などの光媒体を介して送信することができる。光媒体は、例えば、光通信ネットワークで使用することができる。

光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）は、試験中の光媒体に光プローブパルスを発射する測定デバイスである。試験中の光媒体によって後方散乱または反射された光を分析して、距離の関数としての光媒体の減衰損失および反射プロファイルを決定する。試験中の光媒体の特徴までの距離は、光信号が特徴に移動してＯＴＤＲに戻るのにかかる時間を測定することによって決定される。

本開示の態様によれば、ＯＴＤＲの性能を改善するために、複数層の符号化の適用に基づいてコードを生成する多層符号化が適用され、試験中の光媒体をプローブするために使用される符号化光パルスを生成する。複数層の符号化は、コードワードの第１のセットを生成する試験信号に適用される第１の層の符号化、コードワードの第２のセットを生成するためにコードワードの第１のセットに適用される第２の層の符号化などを含む。多層符号化は、光信号を変調して、試験中の光媒体に送信される符号化光パルスを生成するために使用されるコードワードの最終セットを出力する。

本開示の一態様によれば、複数の層の符号化の適用に基づいてコードワードを生成するための多層コード生成器、生成されたコードワードに基づいて符号化光パルスを生成するための光源、および符号化光パルスを光媒体に伝搬するための光カプラを備える装置が提供される。

本開示の別の態様によれば、光受信機から、光媒体に送信される符号化光パルスに応答する反射光の測定値を表すデータを受信するためのインターフェースと、光媒体に沿った距離の関数としての反射光の強度の表現の一部であるターゲット信号を回復するために、複数の層の復号を使用してデータを復号するプロセッサとを備える装置が提供される。

本開示のさらなる態様によれば、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）によって実行される方法が提供され、この方法は、複数の層の符号化の適用に基づいてコードワードを生成することと、コードワードを使用して信号を変調して符号化光パルスを生成することと、符号化光パルスを光媒体に送信することと、光媒体に送信された符号化光パルスに応答して光媒体から反射光の測定値を受信することと、複数の層の復号を使用して測定値を復号することと、復号の出力に基づいて、光媒体に沿った距離の関数としての反射光の強度の表現を生成することとを含む。

任意選択で、前述の態様のいずれかにおいて、別の実装では、複数の層の符号化は、１つの層の符号化の出力が別の層の符号化の入力に提供される異なる層の符号化のシーケンスを含む。

任意選択で、前述の態様のいずれかにおいて、別の実装では、複数の層の符号化は、入力信号に対する第１の層の符号化、および第１の層の符号化の符号化出力に対する第２の層の符号化を含む。

任意選択で、前述の態様のいずれかにおいて、別の実装では、複数の層の符号化は、第２の層の符号化の符号化出力に対する第３の層の符号化をさらに含む。

任意選択で、前述の態様のいずれかにおいて、別の実装では、第１の層の符号化が第１のタイプのコードを使用し、第２の層の符号化が第１のタイプのコーディングとは異なる第２のタイプのコーディングを使用する。

任意選択で、前述の態様のいずれかにおいて、別の実装では、第１の層の符号化の符号化出力は、コードワードの第１のセットを含み、第２の層の符号化は、コードワードの第１のセットの各コードワードをさらに符号化して、コードワードの第１のセットよりも大きいコードワードの第２のセットを生成する。

任意選択で、前述の態様のいずれかにおいて、別の実装では、変調器は、生成されたコードワードを使用して信号を変調して、符号化光パルスを生成する。

任意選択で、前述の態様のいずれかにおいて、別の実装では、光受信機は、光カプラを介して光媒体からの反射光を受け取り、デコーダは、複数の層の復号を使用して光受信機からの反射光の測定値を復号する。

任意選択で、前述の態様のいずれかにおいて、別の実装では、複数の層の復号は、測定値を復号する第１の層の復号、および第１の層の復号の復号出力を復号する第２の層の復号を含む。

任意選択で、前述の態様のいずれかにおいて、別の実装では、複数の層の復号は、第２の層の復号の復号出力を復号する第３の層の復号をさらに含む。

任意選択で、前述の態様のいずれかにおいて、別の実装では、デコーダは、光媒体に沿った距離の関数としての反射光の強度の表現を含む出力を生成する。

任意選択で、前述の態様のいずれかにおいて、別の実装では、複数の層の符号化のうちの１つの層は、相補相関コーディング、線形コーディング、相互直交コーディング、および双直交コーディングの中から選択されるコーディング技術を適用する。

任意選択で、前述の態様のいずれかにおいて、別の実装では、複数の層の復号は、１つの層の復号の出力が別の層の復号の入力に提供される異なる層の復号のシーケンスを含む。

任意選択で、前述の態様のいずれかにおいて、別の実装では、第１の層の復号の復号出力は、コードワードの第１のセットを含み、第２の層の復号は、コードワードの第１のセットより小さいコードワードの第２のセットを含む復号出力を生成することである。

任意選択で、前述の態様のいずれかにおいて、別の実装では、複数の層の復号の最後の層がターゲット信号を生成する。

さらなる態様では、追加または代替の機能が含まれる。

本開示のいくつかの実装は、以下の図に関して説明される。

図１は、本開示のいくつかの実装による光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）を含むシステムのブロック図である。 図２は、本開示のいくつかの実装による多層エンコーダのブロック図である。 図３は、いくつかの例による、符号化光パルスを生成するために光パルスに符号化を適用するエンコーダを示している。 図４は、本開示のいくつかの実装による多層デコーダのブロック図である。 図５は、試験中の光媒体に送信された符号化光パルスに応答して受信された測定値のタイミング図である。 図６は、試験中の光媒体に送信された符号化光パルスに応答して受信された測定値のタイミング図である。 図７は、本開示のいくつかの実装によるＯＴＤＲのプロセスの流れ図である。 図８は、本開示のいくつかの実装によるコンピュータシステムのブロック図である。

図面全体を通して、同一の参照番号は、類似しているが必ずしも同一ではない要素を示している。図は必ずしも縮尺どおりではなく、一部の部品のサイズは、示されている例をより明確に示すために誇張されている場合がある。さらに、図面は、説明と一致する例または実装を提供するが、説明は、図面に提供された例または実装に限定されない。

本開示において、「ａ」、「ａｎ」、または「ｔｈｅ」という用語の使用は、文脈が明らかに他のことを示さない限り、複数形も含むことを意図している。また、本開示で使用される場合の「includes」、「including」、「comprises」、「comprising」、「have」、または「having」という用語は、記載された要素の存在を指定するが、他の要素の存在または追加を除外しない。

光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）によって試験中の光媒体に送信された光信号は、光媒体に沿ったさまざまなポイントから反射される。光の反射は、たとえば、レイリー後方散乱またはフレネル反射が原因とすることができる。試験中の光媒体は、光ファイバ、光導波路、または光信号を通信することができる他の任意の媒体を含むことができる。

試験中の光媒体からの反射光を測定することにより、ＯＴＤＲを使用して光媒体の特性を決定することができる。決定された特性は、光媒体に沿った異常の位置を識別するため、またはその長さに沿った光媒体のプロファイルを特性評価するために使用することができる。

異常は、次のいずれかまたはいくつかの組み合わせを含むさまざまな要因が原因であるとすることができる：光媒体の破損またはその他の不連続性、光媒体の凹凸または傷付いた表面、光媒体の一部を接続する光コネクタ、光媒体の一部を接続するスプライス、光媒体の曲がりなど。

試験中の光媒体に沿った距離の関数としてＯＴＤＲによって取得された光学測定値のトレースまたは他の表現を導き出すことができる。光学測定値は、それぞれの時間に取得された反射光の測定された強度の形をとることができる（これは、光媒体に沿った対応する距離に言い換えることができる）。いくつかの例では、反射光の測定された強度は、反射光の光パワーを含むことができる。

光媒体に沿って異常が存在しない場合、測定された反射光パワーは、光媒体に沿った距離とともに徐々に減衰する。ただし、異常が存在する光媒体の位置は、トレース上の予想される反射光パワーと比較して、測定された反射光パワーのスパイク、ディップ、またはその他の偏差として表示される。

ＯＴＤＲは、ＯＴＤＲの有効性を示すさまざまなパフォーマンス指標に関連付けられている。パフォーマンスメトリックの例には、ダイナミックレンジ、空間分解能、および不感帯が含まれる。

ダイナミックレンジは、ＯＴＤＲの範囲の測定値、つまり、最大長で光媒体の特徴を検出する目的でＯＴＤＲパルスが到達できる試験中の光媒体の最大長を提供する。「特徴」は、光の反射（レイリー後方散乱、フレネル反射など）をＯＴＤＲに戻すことができる光媒体の任意の部分を指す。ダイナミックレンジは、光媒体から反射された初期パワーレベルとＯＴＤＲの光検出器のノイズフロアに等しい値との間のデシベル（ｄＢ）差として表される。このｄＢ差は、所与のノイズレベルでの後方散乱の形でＯＴＤＲによって検出できる最大損失を表す。

ＯＴＤＲのダイナミックレンジは、試験中の光媒体に注入されるパワーに関連しているため、光媒体に送信される光パルスのパルス幅を大きくすると（注入される光パワーが大きくなる）、ダイナミックレンジを改善できる。光パルスのパルス幅は、ＯＴＤＲの光源がオンになっている時間の長さを指す。より長い光パルスはより多くのエネルギーを運ぶ。ただし、注入された光パルスのパルス幅を大きくすると、ＯＴＤＲの空間分解能が低下でき、光媒体内のイベントの空間位置特定の不確実性を高めることができる。

ＯＴＤＲの空間分解能は、ＯＴＤＲによって検出できる試験中の光媒体内のイベント間の最小距離を指す。たとえば、２センチメートル（ｃｍ）の空間分解能は、ＯＴＤＲが光媒体に沿って２ｃｍ以上離れているイベントを識別できることを意味する。ＯＴＤＲは、光媒体内で２ｃｍ未満離れている個別のイベントを検出できない。ＯＴＤＲは、より粗い空間分解能よりも細かい空間分解能を持つことが望まれる。

ＯＴＤＲのダイナミックレンジと空間分解能の間のトレードオフを克服するために、コーディング技術が適用されており、コーディングが適用されて、試験中の光媒体に送信される光信号が生成される。より具体的には、コーディング技術によって生成されたコードワードは、光パルスを変調するために使用され（例えば、振幅変調または位相変調を使用して）、変調された光パルスは、光媒体に送信される。コーディング技術の例には、以下のいずれかが含まれる：相補相関コーディング（例えば、ゴレイコーディング）、線形コーディング（例えば、シンプレックスコーディング）、相互直交コーディング（例えば、相互に直交する配列の相補的セット）、双直交コーディングなど。

符号化技術は、信号を符号化するためにコード（またはより一般的には、コレクションが１つまたは複数のコードを含むことができる場合、コードのコレクション）を使用する。コードのコレクション内のコードは、指定された長さを持つことができる。符号化を適用することにより、１つの長い光パルスを送信する代わりに、（光パルスの符号化に基づいて生成された）さまざまな振幅のより短い光パルスのコレクションが試験中の光媒体に代わりに送信される。コレクション内の光パルスの数は、コードの長さに依存する。コード化された光パルスの使用は、ターゲット仕様を満たす比較的良好な空間分解能（例えば、閾値距離未満のターゲット空間分解能）を提供しながら、光信号のパワーを増加させる。

強い反射光（例えば、高い光パワーを有する反射光）の存在下で、コーディングの使用は不感帯を生成することができる。不感帯は、ＯＴＤＲの光検出器が一時的に次の反射イベントを効果的に検出できない時間の長さを指す。強い反射光は、試験中の光媒体の特定の物理的特性の存在をもたらすことがある。強い反射光を受け取った後、光検出器が次の反射イベントを再び意味のある形で検出できるようになるまで、光検出器が回復するのにある程度の時間がかかる場合がある。不感帯の長さは、使用されるコードの長さに対応でき、たとえば、コードの長さが長いほど、不感帯が長くなる。不感帯効果は、大量の反射光に対するＯＴＤＲのコンポーネントの非線形応答によって引き起こされる歪みによって悪化することができる。たとえば、強い反射光は、ＯＴＤＲの光検出器での飽和効果、およびＯＴＤＲのアナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）のクリッピングのうちの少なくとも１つを引き起こすことができる（クリッピングは、ＡＤＣへの入力の継続的な増加または減少にもかかわらず、ＡＤＣにＡＤＣの最大値または最小値を出力させる）。

コード長が増加すると、不感帯が増加することができるので、不感帯の影響により、ＯＴＤＲは、光信号パワーを増加させるためにコードの長さ（したがって、ＯＴＤＲのダイナミックレンジ）を単純に増加させることはできない。線形コードを使用して光反射パワーを低減し得るが、線形コードの測定時間は長くなることができ、これは望ましくない場合がある。

本開示のいくつかの実装によれば、光信号パワーを増加させるためにコードのコード長を単に増加させる代わりに、ＯＴＤＲは、試験中の光媒体に送信される符号化光パルスが複数層の符号化の適用に基づいて生成される多層符号化を実行する。多層符号化は、Ｍ≧２の場合、符号化の連続するＭ層を適用する。２層符号化は、試験信号（試験中の光媒体に注入される光パルスを生成するために使用される信号）の第１のコレクションを使用して第１の層の符号化を実行すること、および第１の層の符号化の符号化出力のコードの第２のコレクションを使用して第２の層の符号化を実行することを含む。３層符号化は、試験信号のコードの第１のコレクションを使用する第１の層の符号化、第１の層の符号化の符号化出力のコードの第２のコレクションを使用する第２の層の符号化、および第２の層の符号化の符号化出力のコードの第３のコレクションを使用する第３の層の符号化を含む。

「コードのコレクション」は、１つのコードのみまたは複数のコードを含むコレクションを指すことができる。

複数層の符号化を使用することにより、各層の符号化で使用されるコードのコード長を比較的短くして、不感帯の影響を減らすことができる。ただし、複数層の符号化は、試験信号を符号化して、試験中の光媒体に注入された符号化光試験パルスを生成するために使用される場合、空間分解能のターゲットレベルを達成しながら、光信号パワーを効果的に増加させる多数のコードワードを生成する。

ＯＴＤＲは、多層符号化に従って生成された符号化光パルスに応答して、試験中の光媒体から反射される反射光信号に対応する測定値を受信する。ＯＴＤＲは、受信した測定値をデジタル領域の反射信号データに変換する。ＯＴＤＲは、反射信号データに多層復号を適用して、光媒体の長さに沿った距離の関数として、反射光信号の強度のトレースまたは他の表現を回復する。多層復号は、複数（Ｍ）層の復号を順番に（多層符号化によって適用される符号化の層の逆の順序で、または別の順序で）適用して、試験中の光媒体からの反射光信号に対応するターゲット信号を回復する。例えば、２層復号は、反射信号（試験中の光媒体から受信された反射光信号に対応する信号）のコードの第２のコレクションを使用する第２の層の復号、および第２の層の復号の復号出力のコードの第１のコレクションを使用する第１の層の復号を実行することを含む。

図１は、光信号を試験中の光媒体１０４に送信し、試験中の光媒体１０４から反射光信号を受信するためのＯＴＤＲ１０２を含む例示的な配置のブロック図である。

ＯＴＤＲ１０２は、本開示のいくつかの実装に従って多層符号化を適用する多層エンコーダ１０７を含む多層コード生成器１０６を含む。多層エンコーダ１０７によって適用される多層符号化に基づいて、コード生成器１０６は、光パルスドライバ１０９に提供されるコードワード１０８（「コードシーケンス」とも呼ばれる）を生成する。ここで使用される「コードワード」または「コードシーケンス」は、信号の変調を実行するために使用できるビット、シンボル、またはその他の情報の任意のコレクションを指す。

光パルスドライバ１０９は、レーザーデバイス（例えば、１つまたは複数のレーザーダイオードを含む）または任意の他のタイプの光信号源などの光源１１０を含む。光パルスドライバ１０９は、コード生成器１０６によって生成されたコードワード１０８に基づいて変調を適用するための変調器１１２をさらに含む。変調器１１２は、電気領域または光領域のいずれかで変調を実行することができる。変調が電気領域で適用される場合、変調器１１２は、コードワード１０８を使用して、電気試験信号（試験中の光媒体１０４をプローブするための光信号を生成するために使用される）を変調する。変調器１１２によって実行される変調は、次の任意のまたはいくつかの組み合わせを含むことができる：振幅変調、位相変調など。電気試験信号の変調は、変調された電気パルスを生成し、これを光源１１０に提供して、光パルスドライバ１０９によって出力される対応する符号化光パルス１１４を生成することができる。

変調器１１２によって適用される変調が光領域で実行される場合、変調器１１２は、光源１１０から光試験信号を受信し、光試験信号に変調を適用して、符号化光パルス１１４を生成する。

符号化光パルス１１４は、光カプラ１１６を通過し、光リンク１０５（例えば、光ファイバ、光導波路などを含む）を介して、試験中の光媒体１０４の近位端１１８に向けられる。光カプラ１１６の例は、ビームスプリッタ、ウェーブブリッジ、光サーキュレータなどのいずれかまたはいくつかの組み合わせを含むことができる。

符号化光パルス１１４は、試験中の光媒体１０４の長さに沿って、光媒体１０４の遠位端１２０に向かって伝播される。光媒体１０４の近位端１１８は、ＯＴＤＲ１０２に最も近い端であり、一方、遠位端１２０は、ＯＴＤＲ１０２から最も遠い端である。

符号化光パルス１１４に応答して、光媒体１０４に沿った様々な点からの反射光信号１２２は、光媒体１０４に沿って、光媒体１０４の近位端１１８に向かって伝播して戻る。反射光信号１２２は、光カプラ１１６を介して、ＯＴＤＲ１０２の光受信機１２４に渡される。

反射光信号１２２は、光検出器１２６によって検出される。光検出器１２６は、１つまたは複数のフォトダイオード、または光信号を検出することができる任意の他のタイプの検出器を含むことができる。

光検出器１２６は、反射光信号１２２を、増幅器１２８に提供される電気信号に変換する。増幅器１２８は、光検出器１２６からの電気信号を、アナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１３０に提供される増幅された信号（アナログ電気信号）に増幅する。Ａ／Ｄ変換器１３０は、アナログ電気信号を反射信号データ１３２に変換する。反射信号データ１３２は、Ａ／Ｄ変換器１３０によって、多層デコーダ１３５を含むトレース生成器１３４に出力される。多層デコーダ１３５は、本開示のいくつかの実装に従って、反射信号データ１３２に多層復号を適用する。

反射信号データ１３２の多層復号に基づいて、多層デコーダ１３５は、試験中の光媒体１０４のそれぞれの点で反射光信号に対応するターゲット信号を生成する。複数のターゲット信号は、光媒体１０４のそれぞれの複数の点に対して多層デコーダ１３５によって生成することができる。トレース生成器１３４は、ターゲット信号を、光媒体１０４の長さに沿った距離の関数としての光強度のトレース（ＯＴＤＲトレース）または他の表現１３６に収集する。いくつかの例では、反射信号データ１３２に基づいて、複数のＯＴＤＲトレースが生成され得る。

トレースまたは他の表現１３６は、ユーザに表示するために表示装置１３８に提供することができる。表示装置１３８は、例えば、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）１４０において、トレース１３６を表すトレース情報１４２を表示することができる。

他の例では、トレースまたは他の表現１３６は、ユーザ、プログラム、またはマシンを含むことができる別のエンティティに通信することができ、またはトレースまたは他の表現１３６は、後で読み出すためにデータリポジトリに格納することができる。

多層コード生成器１０６およびトレース生成器１３４は、ハードウェア処理回路、またはハードウェア処理回路と機械可読命令との組み合わせを使用して実装することができる。ハードウェア処理回路は、マイクロプロセッサ、マルチコアマイクロプロセッサのコア、マイクロコントローラ、プログラム可能な集積回路、プログラム可能なゲートアレイ、デジタル信号プロセッサ、または別のハードウェア処理回路の任意またはいくつかの組み合わせを含むことができる。機械可読命令は、ハードウェア処理回路上で実行可能なソフトウェアおよびファームウェアのうちの少なくとも１つの一部とすることができる。

図２は、本開示のいくつかの例による多層エンコーダ１０７のブロック図である。一般に、多層エンコーダは、Ｍ≧２の場合に順番に接続されたＭ層のエンコーダを含むことができる。図２に示される例示的な多層エンコーダ１０７は、Ｍ≧３を想定している。多層エンコーダ１０７は、入力試験信号２０４に符号化を適用するレイヤ１エンコーダ２０２を含む。レイヤ１エンコーダ２０２は、レイヤ２エンコーダ２０６に提供される符号化出力を生成し、これは、レイヤ１エンコーダ２０２からの符号化出力に符号化を適用する。レイヤ２エンコーダ２０６からの符号化出力は、次のレイヤのエンコーダに提供される。

多層エンコーダ１０７のエンコーダの異なる層は、異なるタイプのコーディングを使用することができる。異なるタイプのコーディングは、異なるカテゴリーのコーディング、例えば、ゴレイコーディング、シンプレックスコーディング、相互直交コーディング、双直交コーディングなどの使用を指すことができる。あるいは、異なるタイプのコーディングは、異なる長さのコードの使用を指すこともできる（言い換えると、第１の長さのゴレイコードを使用する１つのエンコーダは、異なる第２の長さのゴレイコードを使用する別のエンコーダとは異なるタイプのコーディングを適用すると見なされる）。

多層エンコーダ１０７の最後の符号化段階は、前の層のエンコーダからの符号化出力を受信するレイヤＭエンコーダ２０８である。レイヤＭエンコーダ２０８は、受信された符号化出力に符号化を適用し、図１の符号化光パルス１１４を生成するための変調を実行するために使用されるコードワード１０８を生成する。

図２の例では、各エンコーダ２０２、２０６、および２０８は、エンコーダの入力とそれぞれのコードのコレクションとの畳み込みを適用することによって符号化を実行する。図２では、記号

は畳み込み演算子である。レイヤ１エンコーダ２０２は、入力試験信号をコードの第１のコレクションで符号化して、コードワードの第１のセットを含む第１の符号化出力を生成する。レイヤ２エンコーダ２０６は、第１の符号化出力のコードワードをコードの第２のコレクションで符号化して、コードワードの第１のセットよりも大きいコードワードの第２のセットを含む第２の符号化出力を生成する（すなわち、第２のセットが第１のセットより多くのコードワードを含む）。レイヤＭエンコーダ２０８は、レイヤ（Ｍ－１）エンコーダからの（Ｍ－１）番目の符号化出力のコードワードを符号化して、コードワード１０８を生成する。それぞれのエンコーダによって使用されるコードの各コレクションは、相補相関コーディング技術、線形コーディング技術、相互直交コーディング技術、双直交コーディング技術などのエンコーダによって適用される符号化技術に依存する。

図３は、図２のレイヤ１エンコーダ２０２であることができるエンコーダ３００によって適用することができる符号化の例を示す。図３は、タイミング図における例示的な入力信号パルス３０２を示し、横軸は時間を表し、縦軸は強度（例えば、信号振幅、パワーなど）を表す。

エンコーダ３００は、コード３０４を信号パルス３０２と畳み込み、符号化出力３０６を生成する。符号化出力３０６は、時間の経過に伴う一連の信号パルスを含み、信号パルスは様々な強度を有する。図３の例では、符号化出力３０６は、３つの可能な振幅（＋１、０、－１）のうちの１つを有する信号パルスを含む。符号化出力３０６の信号パルスのセットは、コード３０４の適用に基づいてエンコーダ３００によって生成されたコードワードを表す。エンコーダ３００が入力信号パルス３０２に複数のコードを使用して符号化を適用する場合、符号化信号パルスの複数の対応するセット（すなわち、複数のコードワード）が作成されるであろう。

エンコーダ３００がレイヤｉエンコーダ（ｉ＞１）である場合、エンコーダ３００への入力は、前のレイヤエンコーダからのコードワードを含む。

いくつかの例では、Ｍ－レイヤエンコーダ（Ｍ層を含む）を使用して、各ｉレイヤ（ｉ＝１からＭ）について、それぞれのコードのコレクションＣ_i（ｔ）は次のように表すことができる。

ここで、ｔは時間を表し、ａ_inは、レイヤｉのｎ番目のコードワードを表し、δ（ｔ）はディラックのデルタ関数を表す。各レイヤは、長さＮ_iのコード｛ａ_in｝のコレクションを含み、ここで、ｎ＝０からＮ_i－１
である。

Ｐ（ｔ）（例えば、矩形パルス）として表される試験信号２０４は、持続時間Ｔを有すると想定する。ディラックのデルタ関数、δ（ｔ－ｎＴ_i）の場合、レイヤ１では、Ｔ₁＝Ｔである。より一般的には、レイヤｉでは、Ｔ_i＝Ｔ×Ｎ₁×．．．×Ｎ_i-1である。ｉ＞１の場合、一般化された遅延は、Ｔ_i≧Ｔ_i-1×Ｎ_i-1とすることができる。

上記の例では、レイヤ１エンコーダ２０２は、以下のように、入力Ｐ（ｔ）に基づいて、符号化出力Ｐ₁（ｔ）を生成する。

ここで、

は畳み込みを示す。言い換えれば、式２によると、レイヤ１エンコーダ２０２によって適用される符号化は、入力Ｐ（ｔ）とＣ₁（ｔ）として表されるコードの第１のコレクションを畳み込む。

レイヤ１エンコーダ２０２によって生成された符号化出力Ｐ₁（ｔ）は、レイヤ２エンコーダ２０６への入力であり、これは、以下のように、入力Ｐ₁（ｔ）と、コードの第２のコレクションＣ₂（ｔ）を畳み込む。

Ｍ層エンコーダの残りのエンコーダは、前の層のそれぞれのエンコーダからの符号化出力を使用して、同様の符号化を適用できる。

以下に、レイヤ１エンコーダとレイヤ２エンコーダの両方がゴレイ符号化を適用する２層エンコーダの例を示す。レイヤｉのコードのコレクションは、ゴレイ相補シーケンスと呼ばれ、ゴレイコードＧＣ_i1およびＧＣ_i2を含み、以下を満たす。

ここで、Ｎ_iはコード長さであり、*は相関を示す。

レイヤ１エンコーダによって使用されるゴレイコードのペアは、レイヤ２エンコーダによって使用されるゴレイコードのペアとは異なることができる（たとえば、異なるレイヤにおけるゴレイコードの長さは異なることができる）。

レイヤ１エンコーダは、入力試験信号Ｐ（ｔ）から２つのコードワードを生成し、レイヤ２エンコーダは、レイヤ１エンコーダによって生成された２つのコードワードから４つのコードワード（またはコードシーケンス）｛Ｐ_2j（ｔ）｝, ｊ＝１から４を生成する。次いで、これらの４つのコードワードは、試験中の光媒体に送信するための符号化光パルスを生成するために使用される信号を変調するために使用される。

レイヤｉ（ＧＣ_ij）の各ゴレイコードのコード要素は

として表すことができる。レイヤ２エンコーダによって生成される４つのコードワードは、次のように表すことができる。

図４は、本開示のいくつかの実装による多層デコーダ１３５の例を示している。一般に、多層デコーダは、Ｍ≧２の場合、順番に接続されたＭ層のデコーダを含むことができる。

図４の例では、Ｍ≧３であると想定されている。反射信号データ１３２（図１の光受信機１２４によって出力される）は、レイヤＭデコーダ４０２（多層デコーダ１３５の第１のステージ）への入力として提供される。

多層デコーダ１３５によって使用される反射信号データ１３２によって表される光学測定値の数は、試験中の光媒体１０４に発射される符号化光パルス１１４を生成するために使用される多層エンコーダ１０７によって生成されるコードワードの数に依存することに留意されたい。多層エンコーダ１０７によって生成されるコードワードの数がＬである場合、多層復号で使用される光学測定値の数はＬに等しい（またはより一般的には、Ｌに基づく）。複数の光学測定値は、多層復号において同時に使用される。

レイヤＭデコーダ４０２は、コードのＭ番目のコレクションを使用して、反射信号データ１３２を復号する。レイヤＭデコーダ４０２は、レイヤ（Ｍ－１）デコーダ４０４に供給される復号出力（コードワードのセットを含む）を生成し、レイヤ（Ｍ－１）デコーダ４０４は、コードの（Ｍ－１）番目のコレクションを使用してレイヤＭデコーダ４０２からの復号出力を復号する。レイヤ（Ｍ－１）デコーダ４０４は、レイヤＭデコーダ４０２によって出力されるコードワードのセットよりも小さいコードワードの別のセットを含む復号出力を生成する。

レイヤ（Ｍ－１）デコーダ４０４からの復号出力は、次の層のデコーダに供給される。多層デコーダ１３５の最終段階は、前の層のデコーダからの復号出力を受信するレイヤ１デコーダ４０６である。レイヤ１デコーダ４０６は、コードの第１のコレクションを使用して復号出力を復号し、図１のトレース生成器１３４によって生成されたトレースまたは他の表現１３６の一部であるターゲット信号４０８を生成する。

多層エンコーダ１０７の層で使用される符号化のタイプに応じて、単一のトレースまたは複数のＯＴＤＲトレースが生成され得る。たとえば、異なるレイヤのエンコーダがゴレイ符号化とシンプレックス符号化のうちの少なくとも１つを適用する場合、単一のＯＴＤＲトレースが生成される。一方、多層エンコーダ１０７の層内のエンコーダが相互直交コーディングを適用する場合、次いで、生成されるＯＴＤＲトレースの数は、相互直交コーディングの順序に基づく。

図４は、Ｍ層のデコーダの特定のシーケンスを示しているが、他の例では、異なる層のデコーダのシーケンスを変更できることに留意されたい。

以下は、２層デコーダが使用される例を説明し、レイヤ１デコーダおよびレイヤ２デコーダのそれぞれは、ゴレイ復号を使用する（上記で論じた２層エンコーダの例によって使用されるゴレイ符号化に対応する）。

上で説明した例示的な２層エンコーダは、４つのコードワード（またはコードシーケンス）｛Ｐ_2j（ｔ）｝，゜ｊ＝１から４４を生成した。４つのコードワードに基づいて生成された符号化光パルスに対応して、４つの測定値｛Ｒ_2j（ｔ），ｊ＝１から４｝を多層復号で使用できる。

ここで、ｂ（ｔ）は、ＯＴＤＲによって再生されるターゲット信号４０８を表す。

まず、レイヤ２デコーダは、ゴレイコード（ＧＣ₂₁およびＧＣ₂₂）の第２のペアを使用して、以下のように４つの測定値を表す反射信号データ１３２を復号する。

式１１および１２において、Ｎ₂は、レイヤ２デコーダによって使用されるコード長を表す。

次に、レイヤ１デコーダは、ゴレイコードの第１のペア（ＧＣ₁₁およびＧＣ₁₂）を使用して、レイヤ２デコーダの出力を次のように復号する。

式１３において、Ｎ₁は、レイヤ１デコーダによって使用されるコード長を表す。式１３から、ターゲット信号ｂ（ｔ）を回復することができる。

図５は、レイヤ１と２のそれぞれにおいてゴレイコーディングを適用した２層エンコーダによって出力された４つのコードワードに基づいて生成された符号化光パルスに応答する試験中の光媒体からの反射信号の２つの測定値５００－１および５００－２を示すタイミング図である。縦軸は強度を表し、１番目の横軸は時間を表し、２番目の横軸は測定値を表す。レイヤ１エンコーダで使用されるゴレイコードは、コードＧＣ－１とＧＣ－２のペアを含む。

図５は、レイヤ１エンコーダの第１のゴレイコードＧＣ－１によって生成された符号化パルスに適用されたレイヤ２符号化に応答する２つの測定値５００－１および５００－２を示す。第１の測定値５００－１は、サブ測定値部分５０２および５０４を含み、第２の測定値５００－２は、サブ測定値部分５０６および５０８を含む。図５の例では、各長方形の立方体５０２、５０４、５０６、および５０８は、レイヤ１エンコーダの第１のゴレイコードＧＣ－１によって生成されたコードワードを使用して生成された符号化光パルスに基づいて生成されたサブ測定値を表す。簡単にするために、レイヤ２エンコーダは次の単純なコードを適用すると仮定する。

ここで、前述のマトリックスの第１の行の｛＋１、＋１｝は、レイヤ２エンコーダによって適用される単純な第１のゴレイコードであり、前述のマトリックスの２番目の行の｛＋１、－１｝は、レイヤ２エンコーダによって適用される単純な２番目のゴレイコードである。第１のゴレイコード｛＋１、＋１｝によって適用される符号化は、第１の測定値５００－１のサブ測定値部分５０２および５０４を生成し、２番目のゴレイコード｛＋１、－１｝によって適用される符号化は、第２の測定値５００－２のサブ測定値部分５０６および５０８を生成する。

同様のタイミング図は、レイヤ１エンコーダの２番目のゴレイコードＧＣ－１によって生成された符号化パルスに適用されたレイヤ２エンコードに応答する２つの追加の測定値を示すことができる。

４つの測定値（ＧＣ－１の場合は５００－１、５００－２、ＧＣ－２の場合は他の２つの測定値）は、レイヤ２デコーダを使用するゴレイ復号とレイヤ１デコーダを使用するゴレイ復号とを適用する２層デコーダによって処理される。

別の例として、２層エンコーダは、ゴレイ符号化を適用するレイヤ１エンコーダ（ゴレイコードＧＣ－１とＧＣ－２のペアを使用）と、シンプレックス符号化を適用するレイヤ２エンコーダとを含むことができる。このような例では、レイヤ２エンコーダによって出力されるコードワードの数は２xＮであり、ここで、Ｎはレイヤ２エンコーダによって適用されるシンプレックスコードの長さである。図６は、レイヤ１エンコーダの第１のゴレイコードＧＣ－１によって生成された光パルスにレイヤ２エンコーダによってシンプレックス符号化を適用することによって生成された符号化光パルスに基づく３つの測定値６００－１、６００－２、および６００－３を示すタイミング図である。（使用されるシンプレックスコードが長さＮ＝３を有する例において）。

同様のタイミング図は、レイヤ１エンコーダの２番目のゴレイコードＧＣ－２によって生成された光パルスにレイヤ２エンコーダによってシンプレックス符号化を適用することによって生成された符号化光パルスに基づくさらに３つの測定値を示すことができる。

簡単にするために、レイヤ２エンコーダは次の単純なコードを適用すると仮定する。

ここで、前述の行列の各行は、それぞれのシンプレックスコードを表す。

第１の測定値６００－１は、サブ測定値部分６０２および６０４を含み（レイヤ１エンコーダの第１のゴレイコードＧＣ－１によって生成されたコードワードにシンプレックスコード｛１、０、１｝を適用することによって生成された符号化光パルスに応答する）、第２の測定値６００－２は、サブ測定値部分６０６および６０８を含み（レイヤ１エンコーダの第１のゴレイコードＧＣ－１によって生成されたコードワードにシンプレックスコード｛０、１、１｝を適用することによって生成された符号化光パルスに応答する）、および第３の測定値６００－３は、サブ測定値部分６１０および６１２を含む（レイヤ１エンコーダの第１のゴレイコードＧＣ－１によって生成されたコードワードにシンプレックスコード｛１、１、０｝を適用することによって生成された符号化光パルスに応答する）。破線の空白のブロックは、符号化光パルスが試験中の光媒体に送信されなかった時間間隔を表す。その結果、破線の空白のブロックによって表される時間間隔の間、測定値は受信されない。

６つの測定値は、レイヤ２デコーダを使用するシンプレックス復号とレイヤ１デコーダを使用するゴレイ復号とを適用する２層デコーダによって処理される。

図７は、本開示のいくつかの実施形態による、ＯＴＤＲ（例えば、図１の１０２）によって実行されるプロセスの流れ図である。ＯＴＤＲは（７０２において）試験中の光媒体を特性評価するためのＯＴＤＲプロセスを開始する要求を受け取る。例えば、要求は、表示装置によって表示されるＧＵＩ（例えば、図１の１４０）において制御要素をアクティブ化するユーザに応答することができる。別の例として、要求はリモートデバイスから送信できる。

要求に応答して、ＯＴＤＲの多層エンコーダ（例えば、図１の１０７）は、コードワードを生成するために複数層のエンコーダを使用する多層符号化を（７０４において）適用する。変調器（例えば、図１の１１２）は、生成されたコードワードを使用して信号を変調し（７０６において）、符号化光パルスを生成する。光カプラ（例えば、図１の１１６）は、符号化光パルスを（７０８において）試験中の光媒体に送信する。

符号化光パルスは、光媒体の長さに沿って伝搬される。符号化光パルスに応答して、光は光媒体に沿った異なる点から反射される。

光受信機（例えば、図１の１２４）は、光媒体に送信された符号化光パルスに応答して、光媒体からの反射光の測定値を（７１０において）受信する。光受信機は、（７１２において）測定値をデジタル領域で反射信号データ（例えば、図１の１３２）に変換する。

反射信号データは、トレース生成器（例えば、図１の１３４）によって（７１４において）受信される。トレース生成器の多層デコーダ（例えば、図１の１３５）は、反射信号データに（７１６において）多層復号を適用する。多層復号は、光媒体に沿った距離の関数としての反射光の強度のトレースまたは他の表現の一部であるターゲット信号を（７１８において）生成する。

図８は、ＯＴＤＲ１０２の一部とすることができる（またはＯＴＤＲ１０２に結合することができる）コンピュータシステム８００のブロック図である。コンピュータシステム８００は、単一のコンピューティングノード、または複数の分散コンピューティングノードを使用して実装することができる。

コンピュータシステム８００は、１つまたは複数のハードウェアプロセッサ８０２を含む。ハードウェアプロセッサは、マイクロプロセッサ、マルチコアマイクロプロセッサのコア、マイクロコントローラ、プログラム可能な集積回路、プログラム可能なゲートアレイ、デジタル信号プロセッサ、または別のハードウェア処理回路を含むことができる。

コンピュータシステム８００は、非一時的な機械可読またはコンピュータ可読記憶媒体８０４をさらに含む。記憶媒体８０４は、１つまたは複数のハードウェアプロセッサ８０２上で実行可能な機械可読命令を格納する。

例えば、多層生成器１０６およびトレース生成器１３４は、記憶媒体８０４に格納された機械可読命令として実装することができる。

コンピュータシステム８００は、ネットワークまたは別の通信リンクを介して通信するための通信インターフェース８０６をさらに含む。通信インターフェース８０６は、データを送受信するためのトランシーバを含むことができる。さらに、通信インターフェース８０６は、ネットワークまたは別の通信リンクを介した通信を管理する通信プロトコルを実装するためのプロトコルレイヤを含むことができる。いくつかの例では、通信インターフェース８０６は、光受信機（例えば、図１の１２４）に接続された通信リンクに接続されて、試験中の光媒体からの反射光の測定値を表す反射信号データを受信することができる。

コンピュータシステム８００はまた、トレース生成器１３４によって生成されたトレースを表示するためのＧＵＩ８１０、およびＯＴＤＲプロセスを開始または制御するために選択可能な制御要素を含むことができる表示装置８０８を含むことができる。

記憶媒体８０４は、次のいずれかまたはいくつかの組み合わせを含むことができる：動的または静的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭまたはＳＲＡＭ）などの半導体メモリデバイス、消去可能およびプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能およびプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）およびフラッシュメモリ、固定、フロッピー、リムーバブルディスクなどの磁気ディスク、テープを含む別の磁気媒体、コンパクトディスク（ＣＤ）またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの光媒体、または別のタイプの記憶装置。上記で説明された命令は、１つのコンピュータ可読または機械可読記憶媒体で提供できるか、あるいは、複数のノードを持つ可能性のある大規模システムに分散された複数のコンピュータ可読または機械可読記憶媒体で提供できることに留意されたい。そのようなコンピュータ可読または機械可読記憶媒体または複数の媒体は、物品（または製造物品）の一部であると見なされる。物品または製造物品は、製造された単一の構成要素または複数の構成要素を指すことができる。記憶媒体または複数の媒体は、機械可読命令を実行しているマシンに配置することも、機械可読命令を実行のためにネットワーク経由でダウンロードすることができるリモートサイトに配置することもできる。

前述の説明では、本明細書に開示される主題の理解を提供するために多くの詳細が示されている。ただし、実装はこれらの詳細の一部なしで実行され得る。他の実装は、上記の詳細からの変更およびバリエーションを含み得る。添付の特許請求の範囲は、そのような変更およびバリエーションをカバーすることが意図されている。

ＯＴＤＲ１０２は、本開示のいくつかの実装に従って多層符号化を適用する多層エンコーダ１０７を含む多層コード生成器１０６を含む。多層エンコーダ１０７によって適用される多層符号化に基づいて、多層コード生成器１０６は、光パルスドライバ１０９に提供されるコードワード１０８（「コードシーケンス」とも呼ばれる）を生成する。ここで使用される「コードワード」または「コードシーケンス」は、信号の変調を実行するために使用できるビット、シンボル、またはその他の情報の任意のコレクションを指す。

光パルスドライバ１０９は、レーザーデバイス（例えば、１つまたは複数のレーザーダイオードを含む）または任意の他のタイプの光信号源などの光源１１０を含む。光パルスドライバ１０９は、多層コード生成器１０６によって生成されたコードワード１０８に基づいて変調を適用するための変調器１１２をさらに含む。変調器１１２は、電気領域または光領域のいずれかで変調を実行することができる。変調が電気領域で適用される場合、変調器１１２は、コードワード１０８を使用して、電気試験信号（試験中の光媒体１０４をプローブするための光信号を生成するために使用される）を変調する。変調器１１２によって実行される変調は、次の任意のまたはいくつかの組み合わせを含むことができる：振幅変調、位相変調など。電気試験信号の変調は、変調された電気パルスを生成し、これを光源１１０に提供して、光パルスドライバ１０９によって出力される対応する符号化光パルス１１４を生成することができる。

例えば、多層コード生成器１０６およびトレース生成器１３４は、記憶媒体８０４に格納された機械可読命令として実装することができる。

Claims (20)

1. 複数の層の符号化の適用に基づいてコードワードを生成するための多層コード生成器であって、前記複数の層の符号化は、複数のコードの第１のコレクションを使用する、入力信号の第１の層の符号化と、複数のコードの第２のコレクションを使用する、前記第１の層の符号化の符号化出力の第２の層の符号化とを含む、多層コード生成器と、
   前記生成されたコードワードに基づいて符号化光パルスを生成するための光源と、
   前記符号化光パルスを光媒体に伝搬するための光カプラと
   を備える装置。
2. 前記複数の層の符号化は、１つの層の符号化の出力が別の層の符号化の入力に提供される異なる層の符号化のシーケンスを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記複数の層の符号化は、１または複数のコードの第３のコレクションを使用する、前記第２の層の符号化の符号化出力の第３の層の符号化をさらに含む、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記第１の層の符号化が、複数のコードの前記第１のコレクションにおける第１のタイプのコードを使用し、前記第２の層の符号化が、複数のコードの前記第２のコレクションにおける第２のタイプのコードを使用し、前記第２のタイプのコードは前記第１のタイプのコードとは異なる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記第１の層の符号化の前記符号化出力は、コードワードの第１のセットを含み、前記第２の層の符号化は、コードワードの前記第１のセットの各コードワードを符号化して、コードワードの前記第１のセットよりも大きいコードワードの第２のセットを生成する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記生成されたコードワードを使用して信号を変調し、前記符号化光パルスを生成する変調器をさらに備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記光カプラを介して前記光媒体からの反射光を受け取る光受信機と、
   複数の層の復号を使用して前記光受信機からの前記反射光の測定値を復号するデコーダと
   をさらに備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記複数の層の復号は、前記測定値を復号する第１の層の復号と、前記第１の層の復号の復号出力を復号する第２の層の復号とを含む、請求項７に記載の装置。
9. 前記複数の層の復号は、前記第２の層の復号の復号出力を復号する第３の層の復号をさらに含む、請求項８に記載の装置。
10. 前記デコーダは、前記光媒体に沿った距離の関数としての前記反射光の強度の表現を含む出力を生成する、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記複数の層の符号化のうちの１つの層は、相補相関コーディング、線形コーディング、相互直交コーディング、および双直交コーディングの中から選択されたコーディング技術を適用する、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 複数のコードの前記第１のコレクションは、第１の長さのコードを含み、複数のコードの前記第２のコレクションは、前記第１の長さとは異なる第２の長さのコードを含む、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記第１の層の符号化は、前記入力信号と複数のコードの前記第１のコレクションとの畳み込みを実行し、前記第２の層の符号化は、前記第１の層の符号化の前記符号化出力と複数のコードの前記第２のコレクションとの畳み込みを実行する、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 光受信機から、光媒体に送信された符号化光パルスに応答する反射光の測定値を表すデータを受信するインターフェースと、
    前記光媒体に沿った距離の関数としての反射光の強度の表現の一部であるターゲット信号を回復するために、複数の層の復号を使用して前記データを復号するプロセッサと
    を備え、前記複数の層の復号は、
    複数のコードの第１のコレクションを使用して、前記データを復号する第１の層の復号と、
    複数のコードの第２のコレクションを使用して、前記第１の層の復号の復号出力を復号する第２の層の復号とを含む、装置。
15. 前記複数の層の復号は、１つの層の復号の出力が別の層の復号の入力に提供される異なる層の復号のシーケンスを含む、請求項１４に記載の装置。
16. 前記複数の層の復号は、１つまたは複数のコードの第３のコレクションを使用して、前記第２の層の復号の復号出力を復号する第３の層の復号をさらに含む、請求項１４または１５に記載の装置。
17. 前記第１の層の復号の前記復号出力は、コードワードの第１のセットを含み、前記第２の層の復号は、コードワードの前記第１のセットより小さいコードワードの第２のセットを含む復号出力を生成することである、請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記複数の層の復号の最後の層は、前記ターゲット信号を生成する、請求項１７に記載の装置。
19. 複数の層の符号化の適用に基づいてコードワードを生成することであって、前記複数の層の符号化は、
    複数のコードの第１のコレクションを使用する、入力信号の第１の層の符号化と、
    複数のコードの第２のコレクションを使用する、前記第１の層の符号化の符号化出力の第２の層の符号化とを含む、ことと、
    前記コードワードを使用して信号を変調して、符号化光パルスを生成することと、
    前記符号化光パルスを光媒体に送信することと、
    前記光媒体に送信された前記符号化光パルスに応答して、前記光媒体から反射光の測定値を受信することと、
    複数の層の復号を使用して前記測定値を復号することと、
    前記復号の出力に基づいて、前記光媒体に沿った距離の関数としての前記反射光の強度の表現を生成することとを含む、方法。
20. 前記複数の層の符号化は、１つの層の符号化の出力が別の層の符号化の入力に提供される異なる層の符号化のシーケンスを含む、請求項１９に記載の方法。

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