JP5602302B2 - 自由空間光通信についての多重入力の方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、自由空間光通信に関する。

高帯域幅や高信号指向性など、自由空間光通信（ｆｒｅｅ−ｓｐａｃｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：ＦＳＯ）についての利点が、長い間、知られてきている。ＦＳＯについての知られている欠点の１つは、シンチレーションに対して、それが影響を受けやすいことである。すなわち、乱流現象と、熱現象とは、大気の屈折率における局所的なゆらぎを作り出す。そのようなゆらぎを通過する、信号を搬送するＦＳＯビームは、光の屈折に起因して、全体的に、または部分的に偏向させられる可能性がある。１つの結論は、ビームがイメージ・スポットの上へと焦点を合わせられる受信端において、そのイメージ・スポットは、イメージ・プレーンの中でさまよう可能性があることである。

さらに、ＦＳＯビームは、一般的に、コヒーレント・レーザー・ビームとして生成される。コヒーレント・ビームは、最初に、一様な波面、すなわちビームの先導する面の上で放射状の位置によってゆっくり変化する位相を有する。一様な波面を有するビームが望ましい理由は、このビームは、検出器において、相殺的自己干渉（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｓｅｌｆ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を受けることが比較的少ないためである。しかしながら、大気の中での指数のゆらぎの第２の効果は、ＦＳＯビームの波面を変形させることである。その変形は、検出器において時間に依存するビームの相殺的自己干渉を引き起こし、これは、次には受信信号のフェーディングをもたらす。

大気シンチレーション（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎ）に関連した問題に対する知られている解決法のいくつかは、機械式ミラーと、補償光学（ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ）とを使用して、さまようビームを追跡し、また変形された波面を補正する。しかしながら、そのような解決法は、大きなハードウェア・コンポーネントを必要とする。それらのうちのいくつかはまた、それらの性能を制限するセンシングと機械的作動との閉鎖された、繰り返しの制御ループを使用する。これらの欠点は、ＦＳＯビームについてのＱＡＭ変調方法と他の高度な変調方法との場合には、特に深刻なものであり、このＦＳＯビームについては、受信は、受信信号の振幅および位相についての忠実度の影響を比較的受けやすい。

Ａ．Ｉｓｈｉｍａｒｕ、「Ｗａｖｅ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｒａｎｄｏｍ Ｍｅｄｉａ」、Ｖｏｌｕｍｅ ２（１９７８）４２４〜４２６頁 Ｌ．Ａｎｄｒｅｗｓ ａｎｄ Ｒ．Ｌ．Ｐｈｉｌｌｉｐｓ、「Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｒａｎｄｏｍ Ｍｅｄｉａ」（１９９８）１５０〜１５２頁

本発明者等は、異なる波長が、概して、大気シンチレーションによって特徴づけられる伝搬環境において異なるフェーディング特性を示すことを使用した新しい解決法を見出した。本発明者等の解決法は、高速エレクトロニクスにおいて純粋に行われ得るオープン・ループ適応処理の可能性を提供する。これは、波面を通してのコヒーレント処理を可能にし、また大気によって生成される多重伝搬を利用することにより、光学的ＭＩＭＯを可能にしている。

一実施形態においては、本発明者等の解決法は、少なくとも１つのＦＳＯビームを収集するステップと、波長により、ビームを少なくとも２つのサブビームへと逆多重化するステップと、それから電気出力を生成するために各サブビームを検出するステップと、少なくとも２つの電気出力から相補的情報を使用して信号を回復するステップとを含む。

一実施形態における、本発明によるトランスミッタについての簡略化された、部分的な概略図である。 一実施形態における、本発明によるレシーバについての簡略化された、部分的な概略図である。 一実施形態における、レシーバの光学的部分についての詳細を示す簡略化された、部分的な概略図である。図を簡略化するために、光ハイブリッドは、図３の表示からは省略されている。ハイブリッドは、一般的に、位相ダイバーシティを達成するために使用される。 大気乱流によって特徴づけられる伝搬環境を通して送信するＦＳＯ伝送システムについての簡略化された、部分的な概略図である。 複数の受信アパーチャ（ｒｅｃｅｉｖｅ ａｐｅｒｔｕｒｅｓ）を有する例示のＦＳＯレシーバについての簡略化された、部分的な概略図である。

図１を参照すると、例示のＦＳＯトランスミッタは、２つ以上のダイオード・レーザー３０についての光出力を変調するために、増幅ステージ２０の後に印加される符号化された電気信号を生成するためのデータ・エンコーダ１０を含んでいる。図に示されるように、波長のマルチプレクサとテレスコープとについての機能を組み合わせる光学系（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）４０は、空間を通して、典型的には大気を通して、レシーバに向かって投影されるビーム５０にレーザーからの光出力を結合する。

図を簡略化するために、単一の投影された、波長により多重化された出力ビーム５０だけが示されているものの、空間的ダイバーシティ（ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）についてのいくつかの利点は、複数の波長により多重化された出力ビームが生成される構成を通して達成され得ることが、理解されるであろう。これは、例えば、複数の送信アパーチャ（ｔｒａｎｓｍｉｔ ａｐｅｒｔｕｒｅ）を使用することにより行うことが可能である。

図１において概念的に示されるシステムについての非常に多数の代替的な実装形態では、データを符号化するための知られている技法と、光信号の生成、変調および増幅についての知られている技法と、波長多重化についての知られている構成と、１つまたは複数のＦＳＯビームを空間へと投影するためのテレスコープの構成とを使用することが、当業者には明らかになるであろう。例えば、アレイ導波路（ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）（ＡＷＧ）デバイスやマルチモード干渉（ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）（ＭＭＩ）デバイスなど平面導波路技術を利用した光マルチプレクサは、少なくともいくつかの場合において有用になる可能性がある。同じように、エルビウムをドープしたファイバ増幅器（ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）（ＥＤＦＡ）などの光ファイバ増幅器は、少なくともいくつかの場合において有用とすることができる。

１０Ｇｂｐｓ以上の光伝送レートについてのデータ符号化の好ましい方法は、ＰＳＫ、ＱＡＭ、およびＯＦＤＭを含んでいる。さらに、空間時間ブロック符号などを使用することは、少なくともいくつかの場合において有利とすることができ、この空間時間ブロック符号においては、符号化されたコンステレーション・シンボルは、空間時間行列または波長時間行列の形で、あるいは空間、時間、および波長に拡張する行列により配列される。（空間時間行列は、複数の出力サブアパーチャと複数のシンボル間隔とにより信号を分散させる。波長時間行列は、複数の波長サブチャネルと複数のシンボル間隔とにより信号を分散させる。）

図２を参照すると、トランスミッタからの着信ビーム６０についての例示のＦＳＯレシーバは、テレスコープ収集システム７０と、波長デマルチプレクサ８０と、ダイオード光検出器９０と、アナログ・デジタル変換器（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）（ＡＤＣ）１００と、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）（ＤＳＰ）１１０とを含む。図に示されるように、デマルチプレクサ８０は、異なる波長帯域を占有する２つ以上のサブビームに着信ビームを分離する。各サブビームは、光検出器９０のうちの１つによって電気信号に変換される。ＡＤＣ１００において、符号化されたコンステレーション・シンボルは、回復され、また２進数列へと逆マッピングされ、この２進数列は、ＤＳＰ１１０において処理されて、出力データ・ストリーム１２０を生成する。

図２において概念的に示されるシステムについての非常に多くの代替的な実装形態では、データを復号するための知られている技法と、光信号の検出および復調についての知られている技法と、波長逆多重化についての知られている構成と、１つまたは複数のＦＳＯビームを収集するためのテレスコープの構成とを使用することが、当業者には明らかになるであろう。例えば、上記で論じられる光マルチプレクサに対応する、平面導波路技術を利用した光デマルチプレクサは、少なくともいくつかの場合において有用とすることができる。

図に示されるように、ＤＳＰは、各々が、それぞれのサブビームへと逆多重化される波長チャネルのうちの１つに対応する、複数の入力ストリームを有する。ＤＳＰは、これらの波長チャネルのうちの少なくとも２つからの、好ましくはすべてからの相補的情報を使用して、出力データ・ストリーム１２０を計算する。

例えば、冗長な情報が、２つ以上の波長チャネルの各々において送信可能である。そのような場合には、ＤＳＰは、最も強いその波長チャネル（または波長チャネルのそのサブセット）をある期間にわたって選択することができる。「最も強い」によって、この最も強いことが、正確な受信についての最大の確率を提供することが、意味される。強度は、信号対雑音比により、関連のある波長チャネルの上で送信されるパイロット信号から決定されるようなエラー確率により、または他のよく知られている手段により測定可能である。特定のチャネル選択が持続する期間は、例えば、伝搬環境についてのコヒーレントな時間の測定によって決定可能であり、これは、いくつかの場合においては、数ミリ秒である可能性がある。そのようなアプローチによれば、異なる複数の波長チャネルにおける情報は、１つのチャネルにおいて弱々しく受信される同じ情報が、別のチャネルにおいてはより強く受信可能であるという意味において、「相補的」である。

異なる複数の波長チャネルにおける情報は、異なる複数のチャネルが、はっきりと異なるデータ・ストリームを搬送するので、「相補的」とすることもできる。すなわち、図１のデータ・エンコーダ１０は、異なる複数の波長チャネルに対してデータ・ストリームについての異なる部分を割り付けるように動作することができる。そのような割り付けられた部分は、全く異なったものとすることができ、あるいは、冗長符号化によって、それらは、部分的にオーバーラップしたデータを含むことができる。

少なくともいくつかの場合においては、ＤＳＰ１１０が、ダイバーシティ・レシーバ（ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｒｅｃｅｉｖｅｒ）を実装することが有利になるであろう。ダイバーシティ・レシーバにおいては、ＤＳＰに入力されるそれぞれのデータ・ストリーム１３０．１、．．．、１３０．ｎには、異なる重みが、割り当てられる。重みの組は、トランスミッタから受信されるパイロット信号に基づいてエラー確率を最小にするように計算される。そのような場合には、異なる周波数チャネルにおける情報は、その割り当てられた重みに応じてＤＳＰの中で結合されるときに、各チャネルが、最適化された受信信号に寄与するので、「相補的」である。

少なくともいくつかの場合においては、ＤＳＰ１１０が、空間時間行列、および周波数時間行列などから信号を回復するＭＩＭＯ技法を実装することが有利であろう。下記で論じられるように、そのような処理は、例えば、トランスミッタから受信されるパイロット信号を使用して行われる測定値から得られる伝搬係数の使用を含むことができる。別個のパイロット信号は、異なるトランスミッタ・サブアパーチャからと同様に、異なる波長チャネルにおいて送信可能である。同様に、パイロット信号は、異なるレシーバ・サブアパーチャにおいて受信可能である。それに応じて、伝搬係数の行列が、波長チャネルごとに決定可能である。各々のそのような行列の内部において、与えられた係数は、与えられたトランスミッタ・サブアパーチャと、与えられたレシーバ・サブアパーチャとの間の減衰と位相遅延とを表す。そのような行列情報の使用については、下記でさらに説明されるであろう。

図３を参照すると、図２のレシーバ構成についての詳細は、局部発振器１４０を含んでおり、この局部発振器は、コヒーレントな検出を可能にするために位相情報を光検出器９０に対して提供する。コヒーレントな検出は、受信された光信号の位相が、レシーバにおいて考慮されるべきである場合に、必要である。これは、下記で論じられるように、伝搬係数を考慮に入れたＭＩＭＯ処理の場合と同様に、ＰＳＫ変調フォーマット、ＱＡＭ変調フォーマット、および他の高度な変調フォーマットの場合に重要である。（当業者なら、コヒーレントな検出では、光ハイブリッドが、一般的に光検出器９０の直前のレシーバ構成の中に含まれていることを理解するであろう。図を簡略化するために、本図では光ハイブリッドを省略している。）

図３はまた、徐々に細くなっているファイバ・バンドル（ｆｉｂｅｒ ｂｕｎｄｌｅ）１５０（縮尺して示されてはいない）を示しており、このファイバ・バンドルは、デマルチプレクサ８０から複数の個別のファイバ端面に光を収集し、また光検出器９０に対して入力するためにその光を単一の出力ファイバに集中させる。この手段によって、比較的大きな光アパーチャが、光信号を収集するために提供される。したがって、例えば、断熱テーパーを使用して、効率的な検出のために収集された光を単一モードの出力ファイバに効率的に結合する徐々に細くなっているファイバ・バンドルが、知られている。この技法によって利用可能にされた大きなアパーチャについての１つの利点は、ビーム・ワンダー（ｂｅａｍ ｗａｎｄｅｒ）に対するより大きな耐性である。

他の実施形態においては、徐々に細くなっているファイバ・バンドルは、大きなコア（光テレスコープの焦点にある）から小さなコアへと徐々に細くなっている単一のファイバによって置換されてもよく、このようにして光を単一モード（小さなコア）の出力ファイバへと断熱的に誘導している。

図３に示されるような要素の構成は、概念的に、また様々な可能性のある代替的実装形態を表していると理解されるべきである。

広い意味では、図３が例示すると意図される原理のうちの１つは、徐々に細くなっているファイバが、ビーム・ワンダーの有害な影響を緩和するために有用であるということである。すなわち、ビーム・ワンダー（およびある程度まではまた波面の変形）は、光学系の焦点を塗りつぶす傾向がある。光学系の焦点面のうちの１つにおいて、収集された光が、徐々に細くなっているファイバの広いアパーチャ、または徐々に細くなっているファイバ・バンドルへと注入される場合、光は、集中されたスポットへと断熱的に戻すことが可能である。下記で論じられることになる図４に示されるように、そのようなテーパーは、それぞれの波長チャネルの各々について繰り返されて、波長デマルチプレクサから収集され得る。

したがって、徐々に細くなっているファイバまたはファイバ・バンドルの入力端が、大きな効果的なコアを有することが有利であること、ファイバ・バンドルが、構成ファイバのコアの効果的な和である全体コアを用いてこれを達成すること、および代替案が、（最初に）比較的大きなコアを有する徐々に細くなっている単一のファイバを使用することであることが、理解されるであろう。少なくともいくつかの場合においては、単一の徐々に細くなっているファイバを使用したアプローチは、単一のファイバが、アパーチャのクラッディング・カバリング部に起因してあまり光学的損失の影響を受けないので、最も有利である可能性がある。単一のファイバのテーパーは、バンドルを構成するファイバ間の干渉を緩和するために徐々に細くなっているファイバ・バンドルに課されることが必要な場合がある厳格な経路長の公差がないので、製造がより簡単になり得る。

上記で指摘されるように、ビーム・ワンダーと波面の変形は、通信システムの性能を悪化させる傾向がある望ましくない現象である。波面の変形は、伝搬する波面において結果として生じる拡散が、変調された光ビームにおける逐次的なパルス間の間隔に匹敵したものになる可能性があるので、データ・レートが増大するにつれてもっと損害を与えるものになる。

波面の変形の影響を効果的に緩和することができるようにするために、１つのコヒーレンス長（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｌｅｎｇｔｈ）よりも短い検出器についての効果的な光アパーチャを使用すること、または全体アパーチャを各々がそれ自体の１つまたは複数の検出器を有するサブアパーチャにさらに細かく分割することが有利である。各サブアパーチャはまた、それ自体の波長デマルチプレクサがそれぞれの１つまたは複数の検出器より前に位置付けられて、有利に設けられる。

図３は、テーパーに対する（すなわち、徐々に細くなっているファイバ、または徐々に細くなっているファイバ・バンドルに対する）入力が、波長デマルチプレクサ８０の下流に位置する光学系の焦点に位置付けられる構成を示すことが分かるであろう。（この点で、自由空間の光通信デバイスについての典型的なものである複合的光学系が、概して複数の焦点を有しており、その結果、テレスコープの焦点は、再マッピングされた多重時間を獲得するようになることに注意すべきである。）

代替的な一構成においては、波長デマルチプレクサは、テーパーの下流に位置付けられる。とりわけ、単一のファイバのテーパーに対する入力をテレスコープの焦点面に位置付けること、および収集された光を徐々に細くなっているファイバを通して単一モードの波長デマルチプレクサへと方向づけることは有利になり得る。そのようなデバイスは、それらが、コンパクトであり、またそれらが知られている技法を使用して容易に製造されるので、望ましい。単一モードのファイバを使用して、波長デマルチプレクサからそれぞれの光検出器へと出力信号をルーティングすることができる。

しかしながら、そのような一構成は、波面の変形についての懸念がそれほど重要でないときに、最も適したものとすることができ、その結果、単一の大きなアパーチャが、テーパーの中に注入される光を収集するために容認され得ることに注意すべきである。

より大きな波面の変形の場合は、テレスコープの焦点面において（例えば、ファイバ・テーパー・バンドルを使用することにより）複数のファイバ・テーパーの使用によって取り扱うことが可能である。そのような場合には、複数のファイバ・テーパーは、それらの各々が、単一のファイバ・テーパーの場合と同じようにして処理され得るコヒーレントなサブパッチ（ｓｕｂ−ｐａｔｃｈｅｓ）の組へと焦点を効果的に分割する。次いで、各ファイバ・テーパーには、単一モードの波長デマルチプレクサが、また個々の波長についての検出器が続いている。

ひとたび光信号が電気信号に変換された後に、波面の変形は、サブパッチを通して、および波長を通して測定可能であり、さらにそれは、補正可能である。これは、エレクトロニクス領域における補償光学の実装形態を可能にする。さらに、そのようなエレクトロニクス・ベースの補償光学は、それにより振幅と位相とが各波長ごとに独立して制御されることが可能になるので、従来の補償光学よりも柔軟である。これは、次には、波面の変形についてのより特有の補償を可能にする。

図４は、ＦＳＯビームをレシーバ１７０に対して投影するトランスミッタ１６０を示すものである。（先行する図において対応するものを有する図４のいくつかの要素は、同様の参照番号によって示される。）ビームの２つの波面１８０および１９０が、図４に示される。波面は、一定の位相の面である。図に示されるように、波面は、それらが、大気乱流（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）のセル２００を通過するときに変形されるようになる。位相ひずみの量は、波長に依存しているので、異なる波長チャネルにおける信号は、異なる位相ひずみを経験する。十分な距離を伝搬した後、それぞれの波長チャネルにおける位相ひずみは、相互に関連がなくなる。そのような非相関は、上記で論じられるように、２つ以上のはっきり異なる波長チャネルにおいて別個の光検出を実行するレシーバである種の利得を達成することを可能にする。

図５は、収集レンズ２１０が、マルチモードの融合したファイバ・バンドル２２０の大きなアパーチャ面の上に収集された光を向けるレシーバの詳細を示すものである。（先行した図の中に対応するものを有する図５のいくつかの要素は、同様の参照番号によって示される。）ファイバ・バンドルは、その各々が、例えば、ＥＤＦＡである前置増幅器２３０と、コヒーレントな光検出器２４０とを含むそれぞれの検出チェーンにおいて終端する複数の単一モード・ファイバに収集された光を分散させる。類似した構成が、逆に、動作し得ることを、すなわち複数の光検出器の上に向けられる光のレシーバとしての代わりに、複数のレーザー光源によって放射される光のトランスミッタとして動作し得ることを当業者なら、理解するであろう。

トランスミッタとして動作するときに、そのような一構成は、複数の、空間的に多様性のあるサブビームにおいて搬送される信号についての（様々な他のもののうちでも）可能性のある１つの光源である。空間ダイバーシティは、（送信または受信のいずれかにおける）それぞれのサブビームについての効果的なアパーチャ間の分離が、関連のあるコヒーレンス長に匹敵する、またはコヒーレンス長よりも大きいときに最も効果的である。例えば、関連のあるコヒーレンス長は、それぞれ送信テレスコープ、または受信テレスコープについてのオブジェクトまたは画像面における変形された波面についてのコヒーレンス長とすることができる。

コヒーレンス長は、乱流媒体における２つの周波数の相互のコヒーレンス関数についての理論から簡単に計算され、この乱流媒体は、下記で論じられる。

空間ダイバーシティは、両方が、例えば、図５の構成による複数のアパーチャを有するトランスミッタとレシーバとを対にすることにより送信と受信との両方において達成され得ることを当業者なら、さらに理解するであろう。そのような場合には、送信アパーチャｉと、受信アパーチャｊとから構成される各対についての複合伝搬係数ｈ_ｉｊが存在することになることが理解されるであろう。指摘されるように、各伝搬係数は、それぞれの減衰値と位相遅延とを表す。十分な伝搬距離では、様々な伝搬係数ｈ_ｉｊが相互に関連がないことになる。本発明者等は、Ｎ個の送信アパーチャと、Ｍ個の受信アパーチャとが存在する構成をＮ×Ｍ ＭＩＭＯ構成として言及する。

伝搬係数は、無線周波数ＭＩＭＯ技術に精通した当業者によく知られている方法に応じて、光パイロット信号のコヒーレントな検出を使用して測定可能である。概して、伝搬係数は、大気伝搬チャネルのコヒーレンス時間にわたって準静的として取り扱うことが可能である。

ＭＩＭＯの分野においてよく知られているように、シンボル間隔中の送信アパーチャについての光出力は、ベクトルｘとして説明され、受信アパーチャにおける光入力は、ベクトルｙとして説明することが可能である。そのような表記法においては、送信アパーチャの各々と、受信アパーチャの各々との間の結合は、それらの入力が伝搬係数ｈ_ｉｊである行列Ｈによって説明することが可能である。それに応じて、上記で説明される位相ひずみによって引き起こされる光フェーディングの影響を含めて、与えられた受信アパーチャに到達する全体の光信号は、与えられた受信アパーチャに対応するＨのその列のｘ倍（ｘが、行ベクトルとして解釈される場合）のベクトル積として表すことが可能である。同じことが、概して、複数の受信アパーチャの各々において当てはまる。

１つの結論は、Ｈが、効果的に反転され得る場合に、（各空間サブビームにわたって平均化されるような）大気乱流によって引き起こされる変形は、数値処理を通して補正可能であり、実際には、変形されていない波面が、回復され得るということである。その結果として、フェーディングに起因した信号損失が、少なくとも部分的に逆転されることがあり、より強い信号が、回復され得ることになる。

一例においては、単一の送信ストリームが、送信される。それは、単一の送信アパーチャから、または複数の送信アパーチャから送信可能である。単一の送信ストリームの場合においては、行列Ｈは、単一の行に帰着し、また受信信号の関連のある処理は、それぞれの受信アパーチャまたはサブアパーチャから受信される信号の様々なバージョンのコヒーレントな組合せと同等である。理論的には、これは、補償光学を使用して求められる結果に対応する。しかしながら、本発明者等のアプローチは、制御ループを使用せずにこの結果を達成することができ、それは、受信信号の振幅と位相との両方について調整することができる。

さらに、本発明者等のアプローチは、伝搬に起因した時間遅延が、シンボル持続時間に対してかなりのものである場合に適用され得る。そのような場合は、概して、補償光学の伝統的な方法によって十分に取り扱われることはない。

Ｈについての効果的な反転を達成するためのいくつかの技法は、無線周波数ＭＩＭＯの分野においてよく知られており、またそれらは、ここで説明されるように光学的ＭＩＭＯに対して適用されることも可能である。

ここで説明される光学的ＭＩＭＯ技法は、単一の波長チャネルにおいて、または任意の数の波長サブチャネルにおいて適用され得る。

上記で指摘されるように、乱流媒体における２つの周波数の相互のコヒーレンス関数についての理論は、コヒーレンス長を算出するためのフレームワークを提供する。同じ理論はまた、コヒーレンス帯域幅（これはまた、相関帯域幅または非相関帯域幅とも称される）を算出するためのフレームワークを提供する。例えば、強いシンチレーションの場合についてのコヒーレンス帯域幅についての理論的算出は、Ａ．Ｉｓｈｉｍａｒｕ、「Ｗａｖｅ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｒａｎｄｏｍ Ｍｅｄｉａ」、Ｖｏｌｕｍｅ ２（１９７８）４２４〜４２６頁において与えられている。弱いシンチレーションの場合についての理論的算出は、Ｌ．Ａｎｄｒｅｗｓ ａｎｄ Ｒ．Ｌ．Ｐｈｉｌｌｉｐｓ、「Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｒａｎｄｏｍ Ｍｅｄｉａ」（１９９８）１５０〜１５２頁において与えられている。

効果的な演算では、様々なサブビームに割り当てられるそれぞれの波長帯域間の間隔は、少なくともコヒーレンス帯域幅であるべきであり、その結果、サブビーム間の波長ベースの非相関が起こる可能性があることを当業者なら理解するであろう。さらに、サブビームによって広げられる総帯域幅が、レシーバの増幅帯域幅内に位置すべきであることを当業者なら理解するであろう。したがって、増幅帯域幅は、波長間隔に上限を課する。

コヒーレンス帯域幅は、伝送経路における平均波長と、範囲（すなわち、伝送距離）と、乱流のレベルとに依存することが、さらに理解されるであろう。したがって、所与の範囲と乱流レベルとでは、上記で説明された制約条件が、適切な光増幅器を使用して満たされ得るように、平均波長を選択することが有利である。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの自由空間光ビームを収集するステップと、
   波長により、前記ビームを２つ以上のサブビームへと逆多重化するステップと、
   相補的情報に関連付けられている前記２つ以上のサブビームを出力するステップであって、前記相補的情報は２つ以上の異なるデータ・ストリームを備えており、前記異なるデータ・ストリームはそれぞれ推定されたエラー確率に基づいて割り当てられた重みを含んでいるステップと、
   前記２つ以上のサブビームのそれぞれに対応しており、前記相補的情報に関連付けられている電気出力を生成するために前記２つ以上のサブビームを検出するステップと、
   １つの時間間隔中の信号を回復するために、前記電気出力のうち少なくとも２つに関連付けられた前記相補的情報の強度、割り当てられた重み、又は伝搬係数に基づいて、前記電気出力のうち前記少なくとも２つを選択するステップと、
   前記相補的情報を使用して前記信号を回復するステップと
   を含む、方法。
2. 前記２つ以上のサブビームにおいてパイロット信号を受信するステップをさらに含み、また前記回復するステップは、前記受信されたパイロット信号を使用して実行される、請求項１に記載の方法。
3. 前記逆多重化するステップの後に、２つ以上の空間的に分離されたサブアパーチャのアレイの上に前記２つ以上のサブビームの各々を向けるステップをさらに含み、前記検出するステップは、前記サブアパーチャの各々において収集される光を別々に検出するステップを含み、それによって、波長により逆多重化されたサブビームごとに、少なくとも２つの前記サブアパーチャの各々について１つのコンポーネントを有するマルチ・コンポーネント電気出力を生成する、請求項１に記載の方法。
4. 光テレスコープと、
   前記テレスコープによって選択される光を異なる波長帯域を占有する２つ以上のサブビームへと分離し、相補的情報に関連付けられている前記２つ以上のサブビームを出力するように構成された波長デマルチプレクサであって、前記相補的情報は２つ以上の異なるデータ・ストリームを備えており、前記異なるデータ・ストリームはそれぞれ推定されたエラー確率に基づいて割り当てられた重みを含んでいる波長デマルチプレクサと、
   前記２つ以上のサブビームを前記２つ以上のサブビームのそれぞれに対応しており、前記相補的情報に関連付けられている電気出力へと変換し、１つの時間間隔中の信号を回復するために、前記電気出力のうち少なくとも２つに関連付けられた前記相補的情報の強度、割り当てられた重み、又は伝搬係数に基づいて、前記電気出力のうち前記少なくとも２つを選択するように構成された検出器ステージと、
   前記サブビーム出力の各々に対する関係を受信するにあたって、前記相補的情報を使用して前記信号を回復するように構成されたレシーバとを備える、装置。
5. ２つ以上の空間的に分離されたサブアパーチャのアレイの上へと少なくとも１つの自由空間光ビームを収集するステップを含み、それによってサブアパーチャごとに１つのサブビームを定め、さらに、
   相補的情報に関連付けられている前記サブビームのそれぞれを出力するステップであって、前記相補的情報は２つ以上の異なるデータ・ストリームを備えており、前記異なるデータ・ストリームはそれぞれ推定されたエラー確率に基づいて割り当てられた重みを含んでいるステップと、
   前記サブビームのそれぞれに対応しており、前記相補的情報に関連付けられている電気出力を生成するために前記サブビームの各々を検出するステップと、
   １つの時間間隔中の信号を回復するために、前記電気出力のうち少なくとも２つに関連付けられた前記相補的情報の強度、割り当てられた重み、又は伝搬係数に基づいて、前記電気出力のうち前記少なくとも２つを選択するステップと、
   前記相補的情報を使用して前記信号を回復するステップとを含む、方法。
6. 前記２つ以上のサブビームにおいてパイロット信号を受信するステップをさらに含み、前記回復するステップは、前記受信されたパイロット信号を使用して実行される、請求項５に記載の方法。
7. 前記回復するステップは、複数の時間間隔の各々の間に、前記受信されたパイロット信号から導き出されるそれぞれの重みを用いて前記サブビーム出力を重み付けするステップを含む、請求項６に記載の方法。
8. 伝搬係数は、前記受信されたパイロット信号から計算され、前記重みは、伝搬係数の行列を効果的に反転させるプロシージャを使用して導き出される、請求項７に記載の方法。
9. 前記収集するステップは、前記サブアパーチャ・アレイの上に２つ以上の自由空間光ビームを収集するステップを含み、前記収集されたビームの各々は、リモートに位置付けられた光トランスミッタの２つ以上の出口サブアパーチャのうちの１つを表す、請求項５に記載の方法。
10. 光テレスコープと、
    ２つ以上の空間的に分離された入口サブアパーチャのアレイとを備え、各前記サブアパーチャがそれぞれのサブビームを定め、それぞれのサブビームを出力するように構成され、さらに、
    ２つ以上のサブビームを、前記２つ以上のサブビームのそれぞれに対応している電気出力に変換し、１つの時間間隔中の信号を回復するために、前記電気出力のうち少なくとも２つに関連付けられた前記相補的情報の強度、割り当てられた重み、又は伝搬係数に基づいて、前記電気出力のうち前記少なくとも２つを選択するように構成された検出器ステージであって、前記２つ以上のサブビームはそれぞれ相補的情報に関連付けられており、前記相補的情報は２つ以上の異なるデータ・ストリームを備えており、前記異なるデータ・ストリームはそれぞれ推定されたエラー確率に基づいて割り当てられた重みを含んでいる検出器ステージと、
    前記サブビーム出力の各々に対する関係を受信するにあたって、前記相補的情報を使用して前記信号を回復するように構成されたレシーバとを備える、装置。

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