JP7450825B2 - 光通信システムのためのアクセラレーテッドキーイング - Google Patents

Description

本発明は、光通信ネットワークにおける信号伝送の分野に関し、とりわけ、トランスミッタにおける半導体放射源を駆動する方法、光通信システムで使用するトランスミッタ、及び、家庭、オフィス、小売、ホスピタリティ及び産業のための様々な異なるアプリケーションで使用する、限定されるものではないが、ＬｉＦｉネットワーク等、光通信システムに関する。

（ＷｉＦｉ（登録商標）ネットワークと名前が似ている）ＬｉＦｉネットワーク等の光ワイヤレス通信（ＯＷＣ：optical wireless communication）システムは、ラップトップ、タブレット、スマートフォン等の（以下でエンドポイント（ＥＰ）と呼ばれる）モバイルユーザデバイスがインターネットにワイヤレスで接続することを可能にする。ＷｉＦｉ（登録商標）は無線周波数を使用してこれを実現するが、ＬｉＦｉは、これまでにないデータ転送速度及び帯域幅を可能にし得る光スペクトルを使用してこれを実現する。さらに、Ｌｉ－Ｆｉは、電磁干渉を受けやすいエリアで使用されることができる。考慮すべき重要な点は、ワイヤレスデータが伝統的なコネクテッドデバイス以外にも必要とされることである。今日、テレビ、スピーカ、ヘッドフォン、プリンタ、バーチャルリアリティ（ＶＲ）ゴーグル、そして冷蔵庫までもが、ワイヤレスデータを使用して接続し、必須の通信を行っている。ＷｉＦｉ（登録商標）等の無線周波数（ＲＦ：radio frequency）技術は、このデジタル革命をサポートするためのスペクトルを使い果たしており、ＬｉＦｉは、次世代の没入型コネクティビティ(immersive connectivity)を動かす(power)のに役立つことができる。

変調に基づいて、コード化光の情報は、任意の適切な光センサを使用して検出されることができる。これは、専用のフォトセル（ポイントディテクタ）、場合によってはレンズ、リフレクタ、ディフューザ又は蛍光体コンバータを備えたフォトセルのアレイ、又はフォトセル（ピクセル）のアレイ及びアレイに像を形成するためのレンズを含むカメラであることができる。例えば、光センサは、エンドポイントにプラグインするドングルに含まれる専用のフォトセルであってもよく、又は、センサは、エンドポイントの汎用（可視又は赤外光）カメラ若しくは例えば３Ｄ顔認識のために当初設計されている赤外線ディテクタであってもよい。どちらにしても、これにより、エンドポイント上で動作するアプリケーションは、光を介してデータを受信することが可能になる。

一例として、オンオフキーイング（ＯＯＫ：on-off keying）は、半導体トランスミッタ又はエミッタ（レーザダイオード又は発光ダイオード（ＬＥＤ）等）に基づくＯＷＣシステム及び光ファイバシステムで広く使用されている魅力的な変調方法である。実際、通信原理の共通の理解によれば、所与のパワーバジェット(power budget)について、最高のスループットは２レベル変調によって達成されることができる。この理解は、通信信号をマルチ次元空間(multi-dimensional space)の点として解釈することに基づく。マルチレベル信号の使用は、Ｍビットを転送するためにＭ＝２^ｍの信号レベルを要求し、これらのレベルはすべて、信号をノイズに対してロバストにするためにある最小距離で分離されなければならない。したがって、１シンボル当たり複数のビットを使用するのを避けることが最もエネルギ効率が良い。しかしながら、１シンボル当たり２ビットしか使用しないことは、信号帯域幅の観点でより厳しい。

国際特許出願ＷＯ ２０１７／１９０９９８ Ａ１は、データ信号のオンオフキー振幅変調としてデータ信号を埋め込むためにデータシーケンスにオンオフキー変調を適用する、可視光通信システムで使用する光源を開示している。ＰＷＭ調光に対応するため、Ｄ１は、データ及び調光信号を同期させ、その後、ＰＷＭ調光信号及びデータ信号を合計し、ＬＥＤ光源のための駆動信号を生成することを提案している。結果としての駆動信号がＬＥＤ光源に供給され、これによりデータシーケンスが光源の発光出力内に埋め込まれる。

光源、とりわけＬＥＤは、その帯域幅に制限がある。接合キャパシタンスがローパスフィルタとして作用する。第２に、青色光子変換(blue-photon-converting)白色ＬＥＤに使用される蛍光体がローパス挙動の原因となる。同じことが、ワイヤレス光通信で必要とされるような、とりわけ広い開口及び広い開き角度を有する、ディテクタにも当てはまる。帯域幅制限は、光ファイバ、とりわけマルチモードプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）でも生じ得る。これらのＰＯＦは、家庭若しくはアパート内等の短距離リンクにおいて、又は、工場ホールのオフィススペースでワイヤレスエミッタを接続するのに魅力的であり得る。一部のアプリケーションでは、このようなＰＯＦは、ＰＯＦを移動することになる信号をワイヤレスに発することにより、場合によっては間に電気又は光アンプを用いて、ワイヤレス光リンクと組み合わされることもある。これらの効果はすべて、光チャンネルが変調信号の帯域幅を制限するという現象に寄与する。

このような帯域幅制限の理由から、今日のＬＥＤベースのＬｉＦｉシステムは、よりスペクトル効率が良い、１シンボル当たり複数ビットを用いる直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）の形式を使用することがよくある。しかしながら、信号レベルが２つしかないＯＯＫは、ＯＦＤＭよりもエネルギ効率が良い。さらに、ＯＦＤＭは、線形大量電力消費(power-hungry)アンプ及び高度な信号処理を用いる非常に線形なシステムを必要とする。

ＯＯＫ変調は、ドライバが、高速オンオフスイッチで実装されることができ、これにより、非常に電力効率が良く、コンパクトになるというさらなる利点を有する。しかしながら、半導体トランスミッタ／エミッタ（例えば、ＬＥＤ、レーザ）又はレシーバ／ディテクタ（例えば、フォトダイオード）は、レシーバエンド(receiver end)におけるアイダイアグラムの小さな開きに起因して、利用可能なビットレートの制限をもたらし、検出をより難しくする可能性がある。

半導体光源（ＬＥＤ又はレーザダイオード等）の物理特性に起因して、バイナリ駆動信号の定常状態の低又は高値に到達するには一定の時間を要する。レーザダイオードはより高速であるが、その立ち上がり及び立ち下がり時間は依然として制限要因であり得る。ビットレートが半導体光源の帯域幅の例えば２倍よりも大きい場合、符号間干渉（ＩＳＩ：inter-symbol interference）が発生する。

本発明の目的は、光源の３ｄＢ帯域幅(3 dB bandwidth)を超える増加されたビットレートで、斯くして、さもなければ（本願明細書で開示される措置の使用なしでは）深刻なクロストークが発生する及び／又はアイダイアグラムのアイが閉じてしまう領域に深く入り込む、半導体光源を変調するための駆動スキームを提供することである。本発明は、それにもかかわらず、誤り率が十分に低いままであることを保証することを目的とする。さらに、本発明は、隣接するチャネルへのスピルオーバ(spillover)を避けるために変調の帯域幅が厳しく制限されることが多く、斯くして急峻なフィルタを必要とする無線周波数（ＲＦ）システムにおいてよくある状況とは異なる光チャネルの特性をリペアする(repair)という目的を有する。強度変調光通信において、隣接する波長へのスピルオーバの問題は支配的な設計基準ではないことが多く、この点でＲＦとは異なる。しかしながら、光通信では、とりわけＬＥＤを使用する場合、上述したローパスフィルタリングメカニズムの結果、ある周波数より上で比較的緩やかなロールオフ(relatively gentle roll off)がもたらされ、斯くして、３ｄＢ減衰周波数より上の帯域幅は依然として通信に活用されることができる。それゆえ、ＯＷＣにおいてより優れたスループットを達成するために３ｄＢ帯域幅より大幅に上の変調周波数を使用することが提案される。

この目的は、請求項１に記載のトランスミッタ、請求項９に記載の光通信システム、請求項１１に記載の方法、及び請求項１２に記載のコンピュータプログラムによって達成される。

第１の態様によれば、光通信システムにおいて放射信号を生成するためのトランスミッタであって、当該トランスミッタは、半導体放射源を駆動するための装置を含み、装置は、
データシーケンスの伝送時の上側放射出力レベルと下側放射出力レベルとの間の放射源の放射出力範囲を定義する放射源を通る駆動電流の少なくとも２つのレベルを生成するように放射源に供給される駆動信号をデータシーケンスで変調するように構成されるモジュレータと、
当該トランスミッタにおける放射出力の伝送品質を、放射源の放射出力レベルを示すフィードバック信号及び放射出力のレシービングエンド(receiving end)から受けるフィードバック情報の少なくとも一方を用いて決定する、放射出力の伝送品質に基づいて低減された放射出力範囲を定義する上側ターゲットレベル及び下側ターゲットレベルを決定する、及び、適応的にモジュレータを制御して駆動電流を制御する及び所定の上側ターゲットレベルと所定の下側ターゲットレベルとの間の低減された放射出力範囲によって決定されるタイミングで駆動電流を切り替えるように構成されるコントローラとを含む、トランスミッタが提供される。

放射出力範囲の低減は、放射源を定常状態に到達させず、むしろ定常状態に到達しないように意図的に電流を切り替えることによって達成され得る。

第２の態様によれば、光通信システムにおいて放射信号を生成するためのトランスミッタにおいて半導体放射源を駆動する方法であって、当該方法は、
データシーケンスの伝送時の上側放射出力レベルと下側放射出力レベルとの間の放射源の放射出力範囲を定義する放射源を通る駆動電流の少なくとも２つのレベルを生成するように放射源に供給される駆動信号をデータシーケンスで変調することと、
トランスミッタにおける放射出力の伝送品質を、放射出力のレシービングエンドから受けるフィードバック情報及び放射源の放射出力レベルを示すフィードバック信号の少なくとも一方を用いて決定することと、
放射出力の伝送品質に基づいて低減放射出力範囲を定義する上側ターゲットレベル及び下側ターゲットレベルを決定することと、
適応的に駆動電流を制御する及び上側ターゲットレベルと下側ターゲットレベルとの間の低減された放射出力範囲によって決定されるタイミングで駆動電流を切り替えることと、
を含む、方法が提供される。

したがって、提案された駆動スキームは、半導体放射源のローパスフィルタリング効果に起因するトランスミッタサイドの限定された帯域幅を処理するための事前補償として機能する。これは、意図された放射レベルに到達するために必要とされるよりも高い駆動電流で半導体放射源を駆動することによるが、効果的に用いられる放射出力値の上限を下げる及び／又は下限を上げることによって限定されたスイング又は範囲の放射出力で達成される。斯くして、半導体放射源は、最大及び／又は最小の（場合によっては負の）駆動電流内で駆動されることができる一方、その放射出力は、半導体放射源の全動作範囲のサブ範囲である限定された電流範囲で変調される。

一般に、駆動電流の少なくとも２つのレベルを生成するために使用されるデータシーケンスはバイナリデータシーケンスであろうが、態様はこれに限定されない。

駆動電流は、電圧制御又は電流制御メカニズムによって制御されてもよい。好ましくは、使用される駆動電流は、放射源の最小／最大駆動電流定格であるが、可能であれば、それを超えてもよい。後者の場合、放射源の損傷を防ぐための予防措置が必要となる可能性がある。放射源に適用されるパルスは、一般に１ＭＨｚより速い変調速度のため短い持続時間であるので、低減された放射出力範囲を鑑みると、最小／最大駆動電流定格を超えるドライバ電流は、放射源を損傷することなく実現可能であり得る。

したがって、このアプローチは、サブ範囲の選択された離散的な放射出力レベルの間で半導体光源を駆動することにより高速変調を可能にする。サブ範囲は、駆動パルスに対する半導体放射源の応答の急峻なスロープ範囲にあるように選択されることができ、これにより、立ち上がり及び立ち下がりスロープの非対称性が低減されてもよい。さらに、低減された放射出力範囲のため、より高い電流が、半導体放射源をより高速に駆動するために使用されることができる一方、ビット持続時間は、出力信号の論理状態を区別するのに十分な出力レベルに到達するまでにかかる時間に等しくなるように設定されることができる。当該ポイントに到達すると、次のビット時間が開始することができる。ゆえに、実際には、バイナリ値（例えば、０及び１）の交互シーケンスが達成可能なビットレートを決定する。２つ以上の連続するバイナリ値を含む他のシーケンスでは、駆動電流は、あらかじめ定義された範囲に制限された放射出力レベルを維持するように制御されることができる。（オン又はオフ）駆動電流を維持することは、放射出力レベルをその範囲から押し出し、斯くして、変更されたシンボル（ビット）値に対応するターゲット放射出力レベルにタイムリーに到達するシステムの能力を妨げる可能性がある。後者はシンボル間干渉に相当する。例えば、論理１が持続している間、ドライバは、放射出力レベルがその範囲が制限された値の近くに留まるようにするために電流をオン／オフパターンでトグルする(toggle)ことができる。

放射出力の伝送品質は、放射出力のレシービングエンドから受けるフィードバック情報に基づいて決定されてもよい。斯くして、放射出力の上側及び下側ターゲットレベルは、レシービングサイドにおける実際のレセプション状況(actual reception situation)に基づいて駆動信号を介して制御されることができる。

駆動信号のレート並びに放射源の許容可能な最大及び／又は最小出力放射レベル若しくは出力光範囲のうちの少なくとも１つが、伝送品質に基づいて決定されてもよい。これにより、放射源の伝送速度は、放射チャネルの伝送品質に適合されることができる。例えば、伝送品質が向上し（ノイズレベルが低下し）、チャネル伝達関数は良好であることを示す場合、許容可能な最大及び最小出力放射レベル（上側及び下側ターゲットレベル）間の距離（範囲）は縮められ（アイの開きを小さくし）、ゆえに、ターゲットレベルはより速く到達されることができ、及び、増加される駆動電流の切替レート（すなわち、ビットレート）が増加されることができ、その逆も同様である。逆に、伝送品質が閾値より低下する場合、低減された範囲は拡大され得、その結果、速度は低下するが、伝送品質は向上する。

代替的に、放射源の放射出力レベル又は他の伝送品質インディケーションを示すフィードバック信号がモジュレータで受けられることができ、駆動信号の切替は、フィードバック信号に基づいて制御されることができる。これは、放射源の放射出力レベル又は他の伝送品質インディケーションに応答して駆動信号の切替時間を直接調整することを可能にする。

半導体放射源のキャパシタンスは、より高い伝送品質を達成することと、より短い時間期間でより低い出力レベルに到達できることとの妥協点として完全に放電される必要はない。これにより、半導体光源は、誤り率が十分に低いまま、深刻なクロストークが発生する及び／又はアイダイアグラムのアイが閉じられる領域を超える増加されたビットレートで変調されることができる。

放射出力の伝送品質は、様々なアプローチを用いて確立され得ることが想定される。例えば、伝送品質の尺度／メトリックは、トランスミッタサイドでローカルに、斯くして、チャネル伝達特性ではなく、（複数の）トランスミッタ出力特性を明示的に考慮して決定されてもよい。これは、品質の評価及び低減された範囲の決定が、典型的な通信距離等の光チャネルの既知の制約、及び／又は使用される光フロントエンド（出力及び／又は入力）の既知の特性を考慮に入れることができるので、十分であり得る。代替的に、伝送品質の尺度／メトリックは、レシーバサイドで決定され、これによりチャネル伝達関数を明示的に取り入れてもよい。トランスミッタサイドで伝送品質を監視することは、放射源の放射出力レベルの分析を伴ってもよい。基本的なアプローチは、とりわけ意図されたサンプリングモーメントにおける、放射源にかかる電圧を監視することである。既知の低減された出力範囲を考慮して、この電圧は、良好な品質フィードバックを提供し得る。半導体放射源にかかる電圧は、放射源の接合電荷のインジケータであり、斯くして、放射出力レベルのインジケータである。より高度なアプローチは、シンボルの電圧曲線の当該シンボルに対する所望の出力曲線からの偏移をさらに特徴付け、これを品質尺度／メトリックとして使用して、サンプリングモーメント外の電圧レベルも考慮に入れることを試みてもよい。さらに、レシーバサイドで伝送品質の尺度／メトリックを確立するための様々なオプションが、以下のオプションで述べられる。

提案された駆動スキームは、小さく、斯くして高速なディテクタを許容し、トランスミッタの制限が関係する光ファイバ（例えば、ポリマ光ファイバ（ＰＯＦ））での伝送にも有効であることに留意されたい。これにより、光ファイバ上の半導体光源（例えば、ＬＥＤ）でも高いビットレートが達成されることができる。

第３の態様によれば、第１の態様によるトランスミッタと、トランスミッタによって生成される放射信号を受信するためのレシーバとを含む、光通信システムが提供される。

第４の態様によれば、コントローラデバイスで実行された場合、第２の態様の上記方法のステップを行うためのコード手段を含む、コンピュータプログラムプロダクトが提供される。

第１～第４の態様のいずれかの第１のオプションによれば、上側ターゲットレベル及び下側ターゲットレベルは、データシーケンスがバイナリデータシーケンスである場合ビットレートになる(translate)、データシーケンスのレートよりも高いレートで駆動信号を切り替えることによって維持されてもよい。

第１のオプションと組み合わされることができる、第１～第４の態様のいずれかの第２のオプションによれば、データシーケンスは、バイナリデータシーケンスであり、バイナリ切替パターンが、バイナリデータシーケンスのビット持続時間中に駆動信号として適用され、バイナリ切替パターンは、バイナリデータシーケンスの現在のビット値及び少なくとも１つの前のビット値の組み合わせによって決定されてもよい。これにより、駆動信号は、放射出力の上側及び下側レベル、斯くして、放射出力の範囲が維持されることができるようにサブビットタイミングで切り替えられることができる。

第１及び第２のオプションのいずれかと組み合わされることができる、第１～第４の態様のいずれかの第３のオプションによれば、放射出力の伝送品質がフィードバック信号に基づく場合、フィードバック信号は、下側反転限界(lower reversal limit)及び上側反転限界(upper reversal limit)と比較されてもよく、駆動信号は、フィードバック信号が上側反転限界に到達した場合にオフにされ、及び／又は、フィードバック信号が下側反転限界に到達した場合にオンにされてもよい。

第１～第３のオプションのいずれかと組み合わされることができる、第１～第４の態様のいずれかの第４のオプションによれば、短絡又は負の駆動電流が、駆動信号のオフ状態中に放射源に適用されてもよい。これにより、上側レベルから下側レベルへの放射出力の立ち下がり時間が増加されることができる。

第１～第４のオプションのいずれかと組み合わされることができる、第１～第４の態様のいずれかの第５のオプションによれば、データシーケンスは、バイナリデータシーケンスであり、バイナリデータシーケンスの現在の論理値とは異なる論理値（例えば、第２のバイナリ状態及び／又はアイドル状態（３状態(tristate)電流））のサブビット期間又はパターンが、上側ターゲットレベル又は下側ターゲットレベルを達成するために駆動信号に挿入されてもよい。この措置により、放射出力は、サンプリングモーメント(sampling moment)において適切なレベルを確保するように積極的に補正されることができる。

第１～第５のオプションのいずれかと組み合わされることができる、第１～第４の態様のいずれかの第６のオプションによれば、上側ターゲットレベル又は下側ターゲットレベルは、下側放射出力レベルから上側放射出力レベルへの放射出力の立ち上がり時間が、上側放射出力レベルから下側放射出力レベルへの放射出力の立ち下がり時間と等しくなるように選択されてもよい。これにより、バイナリデータシーケンスにおいて論理値が均等に分布する場合、放射出力レベルの定常状態が確保されることができる。

第１～第６のオプションのいずれかと組み合わされることができる、第１～第４の態様のいずれかの第７のオプションによれば、駆動信号は、３つ以上の放射出力レベルを生成するように変調され、マルチレベル駆動モードのトレリスにおける遷移が、放射源の立ち上がり及び立ち下がり曲線に適合されてもよい。これにより、ビットレートが伝送品質に基づいて調整される、トレリスベースのマルチレベル伝送システム(trellis-based multi-level transmission system)が提供されることができる。

上記の装置は、ディスクリートハードウェアコンポーネント、組み込みチップ若しくはチップモジュールの配列を備えたディスクリートハードウェア回路に基づいて、又はメモリに格納された、コンピュータ読み取り可能媒体に書き込まれた若しくはインターネット等のネットワークからダウンロードされたソフトウェアルーチン若しくはプログラムによって制御される信号処理デバイス若しくはチップに基づいて実装されてもよいことに留意されたい。

請求項１に記載のトランスミッタ、請求項９に記載の光通信システム、請求項１１に記載の方法、及び請求項１２に記載のコンピュータプログラムは、同様及び／又は同一の好適な実施形態、とりわけ、従属請求項に記載されるような実施形態を有し得ることを理解されたい。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項又は上記の実施形態とそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせであり得ることも理解されたい。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に述べられる実施形態を参照して明らかになり、解明されるであろう。

様々な実施形態による光送信システムのブロック図を概略的に示す。 様々な実施形態による駆動プロシージャのフロー図を示す。 様々な実施形態によるレシーバフィードバックプロシージャのフロー図を示す。 様々な実施形態による異なる切替速度に対する光応答の波形図を概略的に示す。 様々な実施形態によるバイナリデータシーケンス、光源電流及び結果としての光出力のそれぞれの波形図を概略的に示す。 様々な実施形態による光出力の論理状態を切り替えるための波形図を概略的に示す。 様々な実施形態による光源電流及び結果としての光出力の波形図を概略的に示す。 一実施形態による光出力フィードバックを用いるドライバの回路図を概略的に示す。 一実施形態による高レート切替パターンを用いる光源電流及び結果としての光出力の波形図を概略的に示す。 一実施形態によるトレリスコード化変調スキーム及び光源の光出力立ち上がり及び立ち下がり曲線を概略的に示す。

ここで、本発明の様々な実施形態が、マルチトランシーバアクセスデバイス(multi-transceiver access device)を有する光ワイヤレス照明及び通信（ＬｉＦｉ）システムに基づいて述べられる。本発明は、照明システムのコンテキスト内でとりわけ有利であるが、本発明はこれに限定されず、照明システム内に組み込まれない光ワイヤレス通信システム内又はファイバベースの光通信システム内で使用されてもよい。

以下を通じて、光源は、通信目的で可視又は非可視光を生成する放射源（すなわち、赤外（ＩＲ）又は紫外（ＵＶ）光源を含む）として理解されてもよい。光源は、埋め込み型又は表面取付け型の白熱、蛍光又は他の電気放電照明器具等、照明器具に含まれてもよい。また、照明器具は、一方の場所に光源があり、他方にファイバコア又は「ライトパイプ(light pipe)」がある光ファイバ等、非伝統的なタイプのものであることもできる。コンセプトは、スマートフォン又はモノのインターネット（ＩｏＴ： Internet of Things）デバイス間のピアツーピア通信に用いられることもできる。

さらに、赤外線及び／又は紫外線等、光スペクトルの不可視部分に基づく光ワイヤレス通信を使用する場合、システムは、照明システムから完全に切り離される(decoupled)ことができることに留意されたい。このようなシナリオにおいて、光ワイヤレス通信システムは主に通信を提供するように機能してもよく、別個のトランシーバノードが光ワイヤレス通信システムにおいて使用されてもよい。代替的に、このような光ワイヤレス通信システムは、さらなる機能を補完するものであってもよく、斯くして、パーソナルコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント、タブレットコンピュータ、携帯電話、テレビ等、このような通信機能から利益を享受する他のアプリケーションデバイスに組み込まれてもよい。

従来光源の照明器具は、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザベースの照明ソリューションによって急速に置き換えられている。ＬｉＦｉシステムでは、より高度なＬＥＤ又はレーザベースの照明器具が、照明インフラストラクチャにＬｉＦｉコネクティビティを追加するためにＬｉＦｉ通信ハブとして機能することを可能にする。基本的なアイデアは、照明インフラストラクチャは、人々がいる傾向があるロケーションに照明器具からのラインオブサイト(line of sight)を提供するように位置付けられることである。その結果、照明インフラストラクチャは、同様にラインオブサイトを要する光ワイヤレス通信を提供するためにも良好に位置付けられる。

様々な実施形態によれば、このようなＬｉＦｉシステム又は他の光通信システムのための適応(adaptive)又はアクセラレーテッド(accelerated)オンオフキーイング（ＯＯＫ）スキームが、ドライバ又は駆動回路をシンプル且つ電力効率の良いものに保ちながら、伝送レートをアクセラレートするために提供される。

図１は、様々な実施形態による光送信システムのブロック図を概略的に示している。

本開示を通じて、実施形態を理解するのに有用である構造的要素及び機能のみが示されていることに留意されたい。他の構造的要素及び機能は、簡潔さの理由から省略されている。

図１の光通信システムは、ＬｉＦｉネットワークの通信リンクに対応してもよく、光チャネル(optical channel)（例えば、光自由空間リンク(optical free-space link)）を介してレシーバ（光ディテクタ(light detector)）２０に接続されるトランスミッタ（光エミッタ(optical emitter)）１０（例えば、照明システムの照明器具を用いるアクセスポイント（ＡＰ））を含んでもよい。トランスミッタ１０の光源（ＬＳ）１２によって生成されるそれぞれの光出力１００（例えば、光ビーム）は、レシーバ２０のフォトディテクタ（ＰＤ）２２によって受けられる。光源１２は、放射放出要素（例えば、ＬＥＤ又はレーザダイオード）を含んでもよく、フォトディテクタ２２は、放射検出要素を含んでもよい。

ここに描かれているトランスミッタ１０は、選択されたバイナリエンコーディングスキームに従ってここではバイナリ値「０」及び「１」のシーケンスからなるバイナリデータシーケンスデータを得るためにインターフェース回路（図示せず）を介して受ける入力データＤＩをエンコードするためのエンコーダ（ＥＮＣ）１６を含む。エンコーダＥＮＣの破線輪郭によって例示されるように、このようなエンコーダは、トランスミッタの外部にあってもよい。バイナリデータシーケンスデータは、適応ＯＯＫコントローラ（Ａ－ＯＯＫ）１８に供給され、適応ＯＯＫコントローラ１８は、提案された強化駆動スキームに従って駆動信号ＤＳ（例えば、駆動電流又は電圧）を生成し、それを光源１２に供給して、アクセラレーテッドＯＯＫ又は他のキーイングベースの変調スキームで光出力１００を生成するように、モジュレータ回路（例えば、スイッチング回路）１４を制御する。より具体的には、適応ＯＯＫコントローラ１８は、駆動信号ＤＳの切替時間又はレート（例えば、ビットレートＢＲ）の少なくとも一方を決定するように構成されてもよい。一実装態様において、適応ＯＯＫコントローラ１８は、振幅及びタイミングが調整されたデータシーケンスデータ'をモジュレータ回路１４に提供し、モジュレータ回路は本質的に放射源ドライバである。しかしながら、代替的に、適応ＯＯＫコントローラは、データシーケンス、並びに、光源１２の許容最大及び最小光出力レベルＬＬ又は出力光範囲を渡し(pass)てもよく、斯くして、よりタイミングが重要な動作をモジュレータにオフロードしてもよい。

一方、最大及び最小光出力レベル、又は低減された放射出力範囲は、コントローラ１８に提供される伝送品質情報に基づく。伝送品質フィードバックは、上述したように、トランスミッタ１０の内部のみで決定されてもよく、例えば、図１において、品質フィードバックＱ１が、半導体放射源ＬＳ上の電圧から導出されてもよい。代替的に、及び／又は追加的に、伝送品質フィードバックは、レシーバ２０からフィードバックされる品質フィードバックＱ２に基づいてもよい。

例えば、ＬＬ及びＢＲを用いた実装を想定すると、伝送品質が向上する場合、駆動信号ＤＳ、斯くして、駆動電流が、最大及び最小光出力レベル間の距離を縮めるためにより高いレートで（増加されたビットレート）で切り替えられることができ、又は、許容最大及び最小光出力レベルが、駆動信号がより高いレートで切り替えられるように、互いにより近づくように設定されることができる。

さらに、光源１２は、光出力レベル又は光レベルに関連する特性若しくはパラメータを示すフィードバック信号Ｑ１をモジュレータ回路１４に提供するように構成されてもよく、モジュレータ回路１４は、フィードバック信号Ｑ１を切替時間／レート及び／又は最大／最小光レベル若しくは光範囲と共に使用して、駆動信号ＤＳを生成又は制御し、それを光源１２に適用してもよい。フィードバック信号Ｑ１及び制御情報（ＢＲ、ＬＬ）に基づいて、モジュレータ回路１４は、提案されたアクセラレーテッドキーイングに基づく変調スキーム（例えば、アクセラレーテッドＯＯＫ）に従って光源１２の駆動電流、斯くして、光出力１００の範囲及び／又はレベルを制御するように駆動信号ＤＳを調整する。

一例において、モジュレータ回路１４（すなわち、モジュレータドライバ）は、スイッチングデバイスとして機能してもよく、光源１２（例えば、光エミッタ）を通る駆動電流（又は光源１２にかかる電圧）を複数の離散値（例えば、２又は４つの離散値）の間で切り替えるように駆動信号ＤＳを制御してもよい。

レシーバ２０において、フォトディテクタ２２の出力信号は、デモジュレータ回路（ＤＥＭ）２４に供給され、デモジュレータ回路２４において、バイナリデータシーケンスを得るために光出力レベルを検出又は識別する(discriminate)ことによって復調されてもよい。その後、このバイナリデータシーケンシー(sequency)シーケンスは、デコーダ回路（ＤＥＣ）２６において、トランスミッタ１０に供給された元の入力データ（すなわち、元のバイナリデータシーケンス）ＤＩに対応すべき出力データを得るためにデコードされてもよい。その後、誤り検出回路（ＥＲＲ）２８が、光伝送(optical transmission)の伝送品質（例えば、信号対ノイズ比）を決定するために誤り検出スキーム（例えば、パリティチェッキング、サイクリックリダンダンシーチェック（ＣＲＣ）、誤り訂正コーディング等）に基づいて出力データをチェックしてもよい。チェック結果は、任意選択的に、適応ＯＯＫコントローラ１８によって使用される伝送品質情報として光又は他のワイヤレスチャネルを介してレシーバ２０からトランスミッタ１０にフィードバックされてもよい。

一例において、制御ソフトウェアは、本明細書で述べられるコントローラ及びレシーバ機能を提供するために適応ＯＯＫコントローラ１８及び／又はレシーバ２０に設けられる中央処理ユニット（ＣＰＵ）上で動作してもよい。

半導体デバイス（例えば、ＬＥＤ又はレーザ）である、光源１２の物理的特性により、光出力１００は、駆動電流のローパスフィルタリングされたバージョンとなる。より具体的には、半導体光源の接合はキャパシタンスであり、光子に再結合する正孔－電子対による当該キャパシタンスの放電は、電荷の非線形関数である。とりわけ、キャパシタンスが低電荷の状態である場合、光子はあまり生成されないため、放電はますます遅くなる。駆動信号ＤＳのシンボルレートの（ナイキスト）帯域幅が光源の３ｄＢ帯域幅よりも大きい場合、さらなる措置なしではＩＳＩが発生する。しかしながら、オンオフ切替の時間分解能に対応する、光源１２の切替時間／レート（例えばビットレート（ＢＲ））は、適応ＯＯＫコントローラ１８によって、シンボルレートよりも速くなるように、又はビット遷移とは異なる（より遅い又はより早い）インスタンスで発生するように選択されることができる。その結果、光出力がサンプリングインスタント(sampling instant)において光レベルターゲット値に到達することが容易にされることができる。

様々な実施形態によれば、光源をオンにするための駆動電流のオン状態は、所望の定常状態の光出力をもたらす駆動電流よりも意図的に大きくされる。追加的に、光源１２をオフにするための駆動電流のオフ状態は、ゼロ電流（すなわち、電流源からの駆動電流の切断）でなくてもよい。

一例において、駆動電流のオフ状態時、光源１２は、光源１２のより速い放電を達成するために短絡されてもよい。これにより、「必要以上に高い(higher-than-needed)」オン電流及びオフ期間中に「短絡される(short-circuited)」光源１２が、アクセラレーテッドＯＯＫを達成するために組み合わされることができる。

別の例では、意図的な負の駆動電流が、光源のオフ期間中にオフ電流として適用されてもよい（「アクティブスイープアウト(active sweep out)」）。これは、例えば、光源のソース－ドレイン又はコレクタ－エミッタ接続を有するトランジスタによって達成され得る。このようなスイープアウト電流は、論理ゼロに対応する光出力レベルに速く到達するために適用されることができる。しかしながら、複数の連続するゼロの場合、接合を完全に空乏化させるのは魅力的でない可能性がある。このような場合、（論理１を伝送するために必要な）充電された接合状態への回復が過度に長くなる。斯くして、最初のゼロ時の急速なスイープアウト後、光源１２の接合が、後続のゼロ時に軽く充電されたままであるようにする措置が取られる。これは、オン電流の短いバーストを注入することによって行われることができる。図２は、図１の適応ＯＯＫコントローラ１８で実施され得る、様々な実施形態による駆動プロシージャのフロー図を示している。

第１のステップＳ２０１において、光チャネルの伝送品質（例えば、サービス品質（ＱｏＳ）、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）、ビット誤り率（ＢＥＲ）、シンボル誤り率（ＳＥＲ）等）が、例えば、トランスミッタサイドの測定値又はレシーバサイドからのフィードバック情報に基づいて決定される。その後、ステップＳ２０２において、トランスミッタ光源を駆動するためのビットレート及び／又は光出力レベルの範囲（又は最大及び／若しくは最小光出力レベル）が、決定された伝送特性に基づいて決定され（例えば、段階的に増加又は減少され）、トランスミッタ光源を変調するために使用される。

ステップＳ２０３において、トランスミッタ光源を変調するために使用される現在のバイナリデータシーケンス又はパターンが監視される。後続のステップＳ２０４において、監視されたデータシーケンスが同じバイナリ値の複数の連続するレベル(multiple successive levels of same binary value)（例えば、２つ以上の「０」値のシーケンシー又は２つ以上の「１」値のシーケンシー）を含むと判断される場合、プロシージャはステップＳ２０５に進み、トランスミッタ光源のための変調又は切替ビットレートが所定量だけ増加され、所定のサブビットパターンが、決定された最大又は最小光出力に光出力レベルを維持するために同じバイナリ値の複数の連続するレベル中に組み込まれる。そうではなく、同じバイナリ値の複数の連続するレベルが現在のバイナリデータシーケンシー又はパターンに含まれない場合、プロシージャはステップＳ２０６に分岐し、トランスミッタ光源は、ステップＳ２０２で決定される所定のビットレートで駆動される。

最後に、プロシージャは最初のステップＳ２０１にジャンプバックし、データが伝送に利用可能である限り継続する。

実用的なシステムにおいて、ステップＳ２０３～Ｓ２０６は、非常に高速（例えば、数百メガビット／秒）で実行されてもよく、それゆえ、ハードウェアで実施されてもよい。ステップＳ２０１及びＳ２０２におけるビットレートの適応は、ゆっくりと（例えば、１秒又は数秒程度の速度で）及び（例えば、（複数の）クライアントデバイスの動きによる）チャネルの変化に応答して行われることができる。さらに、このようなビットレート適応は、トランスミッタサイド及びレシーバサイドをアラインする(align)ためのプロトコルオーバーヘッドを必要としてもよく、これは、（組み込み）ソフトウェアにおいて、数（百）ミリ秒ごとに行われてもよい。したがって、レベル切替ループ及び適応ビットレート制御は、異なる処理フローに分離されてもよい。

別の実施形態において、図２のプロシージャは、第１の電流（例えば、正電流）がトランスミッタ光源において電荷をプルアップするために供給される第１の状態、第２の電流（例えば、負電流）がトランスミッタ光源から電荷をスイープアウトするために供給される第２の状態、及び電流が流れない第３の（アイドル）状態を有する３状態ドライバを実装するように改良されてもよい。アイドル状態は、複数の連続する論理ゼロ（又は論理１）の放出を容易にすることができ、その間、トランスミッタ光源の接合は、（フォトニック及び無放射）正孔－電子再結合に起因してゆっくりと放電する傾向があり、サブビット間隔の間、正電流の短いバーストのみが必要とされてもよい。このような正電流バーストと負電流とを急速に交互させること(rapid alternating)は、エネルギの過剰な浪費を引き起こす可能性がある一方、正電流とアイドル状態とを交互させることは、よりエネルギ効率が良い。斯くして、このような３状態動作は、高い光出力レベルへの遷移中にトランスミッタ光源において電荷をプルアップするために使用される高い正電流を伴ってもよい。負のスイープアウト電流は、低い光出力レベルへの遷移をアクセラレートするために使用されてもよい。アイドル（ゼロ電流）モードは、光出力レベルの小さな変化が予想されない場合に使用されてもよい。アイドル状態は、トランスミッタ光源の接合を（再）充電するための短い正バーストと交互にされてもよい。図３は、伝送品質情報がレシーバサイドからトランスミッタサイドにフィードバックされる様々な実施形態によるレシーバフィードバックプロシージャのフロー図を示している。

ステップＳ３０１において、（例えば、デコード又は復調した後に）受けたデータシーケンスが、光チャネルの伝送品質（例えば、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）、ビット誤り率（ＢＥＲ）、シンボル誤り率（ＳＥＲ）等）を決定するために評価される。その後、ステップＳ３０２において、少なくとも１つの伝送品質パラメータ（例えば、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）、ビット誤り率（ＢＥＲ）、シンボル誤り率（ＳＥＲ）等）の所定の閾値を超えたかどうかがチェックされる。そうである場合、プロシージャはステップＳ３０３に進み、ビットレートを低減する要求が、例えば、光チャネル又はＲＦチャネル（ＮＦＣ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）等）を介して、レシーバサイドにフィードバックされる。そうではなく、閾値を超えない場合、プロシージャはステップＳ３０１にジャンプバックし、伝送が進行している(ongoing)限り継続する。

代替例として、ステップＳ３０２において、閾値を超えないかどうがチェックされてもよく、ステップＳ３０３においてシグナリングされるフィードバック情報は、ビットレートを維持する要求である一方、そうではない場合に、ビットレートを低減する要求がシグナリングされてもよい。

斯くして、様々な実施形態によれば、ＯＯＫ又は他のキーイング変調に利用可能な光レベルの全範囲は、最小及び／又は最大光出力レベルによって決定される光出力レベルの低減されたスイング又は範囲に制限され、選択されたより高いビットレートでのトランスミッタ光源のフィルタリング特性に起因してアイダイアグラムの開きが小さくなるものの、光出力レベルは依然としてレシーバサイドで識別されることができる。

さらに、同じバイナリ値の複数の連続するレベルに起因する０トゥ０(0-to-0)及び１トゥ１(1-to-1)ビット遷移の場合、増加されたビットレートでの「サブビット(sub-bit)」オンオフ切替（「フィドリング(fiddling)」）が、光レベルを（さらに下降又は上昇させるのではなく）維持するために導入されることができる。これはＩＳＩを減らす。この措置は、最大及び最小光出力レベル間の距離をある程度縮めるかもしれないが、伝送品質が十分に高い場合にＩＳＩのないビットレートの増加（すなわち、伝送速度の増加）という利点を提供する。

一実施形態において、モジュレータ（例えば、図１のコントローラ１８及び／又はモジュレータ回路１４）は、特定のサンプリングモーメントに光出力信号が複数の離散光出力レベル（例えば、２レベルシステムの場合、決定された最大及び最小光出力値）の１つに到達するように光源を切り替えることによってトランスミッタ光源（例えば、図１の光源１２）のローパス特性の既知の特性を利用する。

一例において、モジュレータは、所望の光出力レベルをターゲットとするために切替動作(switching operation)においてタイミング前進(timing advance)又はタイミング遅延(timing delay)を使用してもよい。シンボル（例えば、論理「０」）を伝送する間隔内に、モジュレータは、サンプリングモーメントにトランスミッタ光源の所望の光出力レベルを達成するために、現在のシンボルのものとは異なる論理値のサブビット期間又はパターン（例えば、電流オン／オフ）を挿入してもよい。

最適化された光出力レベルに向けられる別の実施形態において、モジュレータ（例えば、図１のコントローラ１８及び／又はモジュレータ回路１４）は、光出力レベルΦ０及びΦ１がそれぞれ論理レベル「０」及び「１」を表すものとしてレシーバによって検出されることができる、論理値「０」に対する光出力レベルΦ０は厳密に正であり、駆動電流が連続的にその最低値にされる場合の定常状態光出力レベルよりも高い、及び、論理値「１」に対する光出力レベルΦ１は駆動電流が連続的にオンにされることに対応する定常状態光出力レベルよりも小さいように、所望の低光出力レベルΦ０及び所望の高光出力レベルΦ１を達成してもよい。

一例において、出力光Φ０及びΦ１の選択は、Φ０からΦ１への立ち上がり時間が、Φ１からΦ０への立ち下がり時間と等しくなる（オフ電流はｆ１から始まる）ように最適化されてもよい。例えば、２つの連続する論理値「０」に対して、モジュレータは、例えば、サンプルモーメントｔ１及びｔ２間の間隔の一部（サブビット期間）中にオン及びオフ電流を適用することによって、トランスミッタ光源の光出力レベルが、対応する２つの連続するサンプルモーメントｔ１及びｔ２においてΦ０に等しくなるようにしてもよい。同様に、２つの連続する論理値「１」に対して、モジュレータは、例えば、サンプルモーメントｔ１及びｔ２間の間隔の一部（サブビット期間）中にオン及びオフ電流を適用することによって、トランスミッタ光源の光出力レベルが、対応する２つの連続するサンプルモーメントｔ１及びｔ２においてΦ１に等しくなるようにしてもよい。

図４は、様々な実施形態による異なる切替速度の通常のＯＯＫ及びアクセラレーテッドＯＯＫ（Ａ－ＯＯＫ）に対する時間の関数としてのトランスミッタ光源の光出力（光応答）の波形図を概略的に示している。

トランスミッタ光源（例えば、ＬＥＤ）に供給される駆動電流をオン及びオフにすることに応答して、異なる立ち上がり及び立ち下がり時間を有する異なる立ち上がり及び立ち下がり特性が観察される。図４の上側の波形は、光源電流、斯くして、光出力レベルがゼロ状態（すなわち、ゼロ駆動電流（ＺＣ）又はオフ電流）に到達するのに及びフル駆動電流（ＦＣ）又はオン電流が適用される場合のフル光出力レベルに到達するのに十分な時間が利用可能である、トランスミッタ光源の帯域幅を下回るレートにおける典型的なＯＯＫ波形を示している。

さらに、図４の下側の波形は、光出力のレベルスイング又は範囲を制限し、より高速な変調を可能にする、提案されたＡ－ＯＯＫ駆動の出力光波形を示している。トランスミッタ光源の帯域幅を超える増加されたビットレートに起因して、光源電流、斯くして、光出力レベルに利用可能な時間は、それぞれゼロ光出力レベル及びフル光出力レベルに到達するのにもはや十分ではない。その結果、光出力はゼロよりも大きい最小光出力レベルΦ０とＯＯＫ波形（図４の上図）の最大レベルよりも低い最大光出力レベルΦ１との間で変化し、光出力のオフセットレベルＯＳが得られる。斯くして、Ａ－ＯＯＫ駆動スキーム（例えば、切替時間／レート、最大及び／又は最小光出力レベル）は、増加されたビットレートでレシーバにおける論理出力レベルの識別(discrimination)を可能にするように光チャネルの伝送品質に基づいて制御される。

図５は、様々な実施形態によるバイナリデータシーケンス、光源電流光及び光出力の波形図を概略的に示している。

上段の波形は、トランスミッタ光源を駆動するために使用される通常のＯＯＫ変調を用いたバイナリデータシーケンス（ＯＯＫ－ＢＤ）を時間の関数として示している。

さらに、中段の波形は、提案されたＡ－ＯＯＫモードに従ったモジュレータ（例えば、図１のコントローラ１８及び／又はモジュレータ回路１４）による処理後にトランスミッタ光源に供給される駆動電流（Ｉ_ＬＳ）を時間の関数として示している。

最後に、下段の波形は、典型的なＯＯＫシンボルタイミングとは異なるオンオフ期間（ビットレート）に起因する時間の関数としてのバイナリ駆動電流及びトランスミッタ光源の光出力（Ｌ_ｏｕｔ）（曲線）を示している。シンボル値への到達は濃い丸で示されている。ここで、レベルΦ０及びΦ１は、それぞれ、サンプリングインスタントにおいて到達されるべき、論理０及び１のターゲット光出力値を表している。しかしながら、それ以外のインスタンスにおいて、サンプリングモーメント外のあり得る偏移が、正しい光出力レベルがサンプリングモーメントにおいてタイムリーに到達されることができるように制約される。

図５の中段及び下段の波形から分かるように、バイナリデータシーケンスの１トゥ１(1-to-1)遷移は、最大光出力レベルΦ１を維持するためにオン電流の２番目の時間期間を短くすることによって修正される。さらに、バイナリデータシーケンスの０トゥ０(0-to-0)遷移は、最小光出力レベルΦ０を維持するために短縮された（すなわち、サブビット）時間期間の中間オン電流を加えることによって修正される。

トランスミッタ光源の駆動電流のオンオフ切替(on-off switching)は、とりわけ意図的に選択された最大及び／又は最小光出力レベルがサンプリング時間において到達されるようにＡ－ＯＯＫ駆動モードにおいて選択される。一例において、駆動電流のオンオフパターンは、バイナリデータシーケンスのバイナリパターンに必ずしも従わず、とりわけ同じ値の多くの連続するビット中に従わない。

Ａ－ＯＯＫ駆動モードの第１の例では、意図的に選択された最大及び／又は最小光出力レベルは、駆動電流がオン又はオフにされる時間インスタンスをサブビットタイミングに変更することによって到達又は維持されることができる。

Ａ－ＯＯＫ駆動モードの第２の例では、意図的に選択された最大及び／又は最小光出力レベルは、例えば「０１１」ビットシーケンス中に、第１のバイナリ値「１」の後、ビット持続時間の所定の一部(fraction)であるサブビット期間電流をオン状態に維持し、その後、第２のバイナリ値「１」の伝送間隔が終了する前に駆動電流をオフにすることによって到達又は維持されることができる（遅延アプローチ(delaying approach)）。

Ａ－ＯＯＫ駆動モードの第３の例では、意図的に選択された最大及び／又は最小光出力レベルは、例えば「００１」ビットシーケンス中に、２つの連続するバイナリ値「０」が両方とも同じ最小光出力レベルで受けられるように、バイナリ値「１」の伝送間隔の開始前に駆動電流をオンにすることによって到達又は維持されることができる（時間前進アプローチ(time-advancing approach)）。

Ａ－ＯＯＫ駆動モードの第４の例では、意図的に選択された最大及び／又は最小光出力レベルは、例えば同じバイナリ値の複数の連続するビットのラン中に、それぞれ駆動電流の短いオン又はオフ期間を挿入することによって到達又は維持されることができる。

Ａ－ＯＯＫ駆動モードの第５の例では、意図的に選択された最大及び／又は最小光出力レベルは、例えば「０００」ビットシーケンス中に、最小光出力レベルを維持するために駆動電流の短いサブビットオン期間を挿入することによって到達又は維持されることができる。

図６は、様々な実施形態による、時間の関数として光出力の論理状態を切り替えるための波形図を概略的に示している。

より具体的には、それぞれ、バイナリデータシーケンシーの「０１」及び「１０」遷移について、立ち上がり曲線Φ_ＯＮ（ｔ）及び立ち下がり曲線Φ_ＯＦＦ（ｔ）に従う、「論理１」光出力レベルΦ１と「論理０」光出力レベルΦ０との切り替えが図６に示されている。図６からわかるように、ビット期間又は持続時間Ｔ_ｂに依存して「００」及び「１１」遷移中に所望の最小及び最大光出力レベルΦ０及びΦ１並びにそれらの偏移を維持するように駆動電流のオン及びオフ状態間のトグル期間が決定されることができる。トランスミッタからレシーバへのバイナリデータシーケンシーのＩＳＩフリー伝送は、ビット持続時間Ｔ_ｂ（すなわち、ビットレートの逆数）が、Φ０から開始する場合にトランスミッタ光源がΦ１に到達するのに必要な時間間隔及びΦ１から開始する場合にトランスミッタ光源がΦ０に到達するのに必要な時間間隔の両方を超える場合に達成されることができる。

また、駆動電流のオフ状態は、トランスミッタ光源を短絡する状態であってもよい。同様に、一実装態様において、駆動電流のオン状態は、所定の立ち上がり時間でトランスミッタ光源をパワーアップするのに必要な所定の電圧レベルであってもよい。

図７は、様々な実施形態による、時間の関数として光源電流及び結果としての光出力の波形図を概略的に示している。

この例では、下側反転限界Φ_ＬＲＬ及び上側反転限界Φ_ＵＲＬが、光出力が監視される際の直接フィードバックとして使用される。図７において三角形「Δ」で示されるように、モジュレータ（例えば、図１のコントローラ１８及び／又はモジュレータ回路１４）が、立ち上がり曲線Φ_ＯＮ（ｔ）又は立ち下がり曲線Φ_ＯＦＦ（ｔ）によって決定される光出力レベルΦの値がそれぞれ下側反転限界Φ_ＬＲＬ又は上側反転限界Φ_ＵＲＬに到達したと判断するたびに、駆動電流が、図７において黒丸で示されるように、サンプリングモーメントにおいて所望の最大光出力レベルΦ１又は最小光出力レベルΦ０を得るために、それぞれオン又はオフにされる。

斯くして、上側及び下側反転限界は、超えられる場合に、反転限界を超えないように、駆動電流を別の状態（例えば、反対の論理状態又はアイドル状態）に切り替えるようにドライバをトリガ又はトグルする、閾値レベルである。反転限界は、サンプリングモーメントにおいて所望の最大光出力レベルΦ１又は最小光出力レベルΦ０を得るように立ち上がり及び立ち下がり曲線に基づいて設定されることができる。より具体的には、駆動電流がオン状態であり、立ち上がる光出力レベルが上側反転限界Φ_ＵＲＬに到達する場合、駆動電流はオフにされる（図７の波形の上側の三角形）。一方、駆動電流がオフ状態であり、立ち下る光出力レベルが下側反転限界Φ_ＬＲＬに到達する場合、駆動電流はオンにされる。

図８は、一実施形態による光出力フィードバックを用いるドライバの回路図を概略的に示している。

図８の例示的な回路図において、トランスミッタ光源（例えば、ＬＥＤ）８４にかかる電圧Ｖ_ｍｏｄは、光源８４の接合電荷のインジケータとして、斯くして、光出力レベルのインジケータとして使用されることができる。電圧Ｖ_ｍｏｄのレベルは、例えば、駆動電流のスイッチングを相応に制御するために、モジュレータのスイッチングトランジスタ８６のための直接フィードバックとして使用されることができる。これを実現するために、電圧Ｖ_ｍｏｄは、コンパレータ８８の第１の入力端子に印加される。コンパレータ８８の第２の入力端子は、（例えば、図７の上側／下側反射限界Φ_ＵＲＬ／Φ_ＬＲＬに対応する）基準値が印加される基準端子として機能する。光源８４が抵抗と並列のコンデンサとみなされる場合、スイッチングトランジスタ８６は、バイナリ光出力レベルの振幅の有無にかかわらず、（図４のオフセット値ＯＳ等）バイアス入力に対応するレベルまで光源８４を充放電する。

基準値は、光源８４によって伝送されるべきバイナリデータシーケンスＯＯＫ－ＢＤ及びバイアスＢ（例えば、光源８４の最小光出力レベルに対するオフセットＯＳ）が２つのサミング入力端子で印加されるレベルシフタ８２（例えば、所定の増幅を有するサミングオペアンプ）によって生成されることができる。

斯くして、レベルシフタ８２の出力電圧は、上側／下側反射限界Φ_ＵＲＬ／Φ_ＬＲＬに対応するように設定されることができる。その結果、スイッチングトランジスタ８６は、コンパレータ８８によって、立ち上がる光出力レベルが上側基準値（例えば、上側反転限界Φ_ＵＲＬ）に到達する場合にトランスミッタ光源の駆動電流をオフにする、及び、立ち下がる光出力レベルが下側基準値（例えば、下側反転限界Φ_ＬＲＬ）に到達する場合に駆動電流をオンにするように制御されることができる。

別の実施形態では、トランスミッタ光源の駆動制御は、同じバイナリ値の２つの連続するビット中に光出力レベルを保持するように構成される。これは、２つの連続するビットのサンプリングモーメント間の駆動電流のオン及びオフ時間の適切なデューティサイクル又はデューティ比を選択することによって達成されることができる。

一例において、レベルを保持するデューティ比は正確に５０％ではない。デューティが正確に５０％である場合、光出力レベルの下側又は最小レベルΦ０は上方にドリフトし、光出力レベルの上側又は最大レベルΦ１は下方にドリフトする。最終的に、非常に長いシーケンスの後、上側及び下側光出力レベルは、中間の光レベルに到達する。

さらなる実施形態では、バイナリデータシーケンシーの所定数Ｌの（複数の）前のシンボル値（すなわち、ｎ－１、ｎ－２、...ｎ－Ｌ）を記憶するメモリ（例えば、ルックアップテーブル）が使用されてもよく、Ｌは１以上であることができる。任意選択的に、前の値を記憶するためのメモリ効果は、トランスミッタ光源へのワイヤリングのインダクタンスによって得られてもよい。

ルックアップテーブル又は他のタイプのメモリに記憶される（複数の）値は、例えば、以下の例示的な表に示されるように、トランスミッタ光源に供給されるべき、ビット持続時間中の駆動電流の高レート（すなわち、サブビット）切替パターンを決定するために使用されることができる：

上の表の例では、２つの前のビット値が「００」であった場合、新しいビット値「０」のビット持続時間中にトランスミッタ光源に高レート駆動電流切替パターン「００００１１」が適用される。すなわち、駆動電流は、ビット持続時間の最初の３分の２の間はオフにされ、その後、ビット持続時間の最後の３分の１の間はオンにされる。

一方、２つの前のビット値が「０１」であった場合、新しいビット値「０」のビット持続時間中にトランスミッタ光源に高レート駆動電流切替パターン「１０００００」が適用される。すなわち、駆動電流は、ビット持続時間の最初の６分の１の間はオンにされ、その後、ビット持続時間の残りの６分の５の間はオフにされる。

別の場合では、２つの前のビット値が「００」であった場合、新しいビット値「１」のビット持続時間中にトランスミッタ光源に高レート駆動電流切替パターン「１１１１１１」が適用される。すなわち、駆動電流は、ビット持続時間全体の間オンにされる。

無論、１つだけ又は３つ以上の前のビットが、駆動電流の高レート切替パターンを決定するために使用されてもよい。さらに、より短い又はより長い切替パターン（すなわち、ビット持続時間の６つのサブ期間より少ない又は多い）が使用されてもよい。

図９は、時間の関数として上の表に従った高レート切替パターン(high-rate switching pattern)を用いる光源駆動電流（Ｉ_ＬＳ）及び結果としての光出力（Ｌ_ｏｕｔ）の波形図を概略的に示している。

斯くして、トランスミッタ光源（例えば、ＬＥＤ）を通る駆動電流は、上に示されるルックアップテーブルを使用してモジュレータ（例えば、図１のコントローラ１８及び／又はモジュレータ回路１４）によって制御される。

図９によると、バイナリデータシーケンス「１１０００１０１」がトランスミッタ光源によってシグナリングされるべきである。上記の表に基づいて、駆動電流の以下の８つの高レート切替パターンのシーケンスが、光出力レベルがサンプリングモーメント（すなわち、図９における黒丸）において最小及び最大光出力レベルΦ０及びΦ１１に留まることを保証しながら、上記のバイナリデータシーケンスをシグナリングするためにトランスミッタ光源に供給される必要がある：
前のシーケンスが「００」である最初のビット値「１」に対して「１１１１１１」
前のシーケンスが「０１」である第２のビット値「１」に対して「１１１１００」
前のシーケンスが「１１」である第３のビット値「０」に対して「００００００」
前のシーケンスが「１０」である第４のビット値「０」に対して「０００１１１」
前のシーケンスが「００」である第５のビット値「０」に対して「００００１１」
前のシーケンスが「００」である第６のビット値「１」に対して「１１１１１１」
前のシーケンスが「０１」である第７のビット値「０」に対して「１０００００」
前のシーケンスが「１０」である第８のビット値「１」に対して「０１１１１１」

図９からわかるように、高レート切替パターンは、結果としての光出力レベルについて下側及び上側反転限界Φ_ＬＲＬ及びΦ_ＵＲＬに適う(meet)ように選択されている。

すでに述べたように、光チャネルの伝送品質（例えば、ノイズレベル）に依存して、レシーバは、バイナリ値「０」及び「１」について受ける下側及び上側光レベル間に一定の距離を必要とする。斯くして、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が悪い場合、通信ビットレートは、ビット当たりのエネルギが信頼性の高い通信に十分であるようにするために下げられる必要がある。

一例として、受信信号が弱い長い通信範囲又は距離では、通信に使用されるビットレートは、トランスミッタ光源の３ｄＢ帯域幅を下回るように選択されてもよい。その結果、トランスミッタ光源は、その光出力を駆動電流のオンオフパターンに追従させるのに十分な時間を有し、ゼロ／ワンレベルは、ビット持続時間の一部(fraction)において到達され、受信信号波形は、切替電流の波形に類似し、ビット当たり最高の到達可能なエネルギを提供する。

そうではなく、受信信号がノイズレベルに打ち勝つのに十分強い、短い通信範囲又は距離では、１及び０光出力レベル間のスイング又は範囲（すなわち、アイダイアグラムの開き）は低減されることができる。非常に短い通信範囲又は距離では、主な制限は、トランスミッタ光源の光出力が０レベルから１レベルへ、又はその逆へどれだけ速く増加できるかということであり、１及び０光出力レベルは、（低い）ノイズレベルに打ち勝つのに十分な距離だけ離れて選択されることができる。

したがって、光チャネルの条件又は特性に基づいて通信ビットレートを最大化するように構成される、レート適応伝送システム(rate adaptive transmission system)が提供されることができる。

したがって、図１のオプションの１つとして示されように、レシーバ２０からトランスミッタ１０へのフィードバックチャネルが、ビットレートを制御するためにモジュレータ（例えば、図１のコントローラ１８及び／又はモジュレータ回路１４）によって使用されることができる。選択されたビットレートが高すぎる場合、モジュレータは、ビットレートを下げて帯域幅を減らし、斯くして、伝送品質（例えば、ビット当たりのＳＮＲ）を高めてもよい。さらに、駆動電流のオン又はオフ状態がより長い持続時間維持されるので、光出力レベルのより大きなスイング又は範囲が達成される。

そうではなく、選択されたビットレートが小さすぎて、十分な伝送品質（例えば、ＳＮＲマージン）が利用可能である場合、モジュレータは、ビットレートを上げることができる。

したがって、ビットレートの低減（又はビット持続時間の増加）は、バイナリ値「０」及び「１」についての波形及び光レベルがより乖離する(deviate)ことを可能にし、光出力の下側レベル及び上側レベル間の距離を大きくする。第２に、ビット持続時間が長くされる場合、ノイズ帯域幅はさらに低減されることができる。

より具体的には、サンプリングモーメントにおいて、２つのレベル間の距離は以下のように推定されることができる：

ここで、Ｔ_ｂは、ビット持続時間を示し、パラメータΦ'の値は、ビットシーケンスの履歴（すなわち、現在のビット値に先行するビット値）に依存する。

さらなる実施形態において、駆動スキームの動作点は自動的に設定されてもよい。光源を介して伝送されるべきバイナリデータシーケンスの０及び１のよくバランスのとれた数に対して、平均光出力の動作点は自動的に所定の中心値に収束する。

非常に高いビットレート（例えば、対称矩形波、オンオフキーイングされる）における５０％デューティサイクリングでは、立ち上がり及び立ち下がり時間が異なる場合、平均光出力は、最大光出力レベルΦ１の半分に到達しない。平衡(equilibrium)は、駆動電流のオフ期間中の光出力の減少が駆動電流のオン期間中の光出力の増加とちょうどバランスが取れる場合に生じる。

安定平衡の十分条件（動作点）は以下の通りである：
１） 光出力の立ち上がり曲線Φ_ＯＮ（ｔ）が単調増加し（すなわち、Φ'_ＯＮ（ｔ）＞０）、二次微分が負（すなわち、Φ"_ＯＮ（ｔ）＜０）である、及び
２） 光出力の立ち下り曲線Φ_ＯＦＦ（ｔ）が単調減少し（すなわち、Φ'_ＯＮ（ｔ）＜０）、二次微分は正（すなわちΦ"_ＯＦＦ（ｔ）＞０）である。

斯くして、ビットストリームが短期的にバランスが取れている場合、すなわち、論理０及び１の数がほぼ同じである場合、モジュレータは自動的に、提案された適応駆動スキーム（例えば、アクセラレーテッドＯＯＫ）の安定動作に適切なレベルを設定すると仮定できる。

通信範囲又は距離が長くなると、伝送品質（例えば、ＳＮＲ）は低下する。このような場合、ビット持続時間は増加される必要があり、光出力は、立ち上がり及び立ち下がり曲線に長期間追従することになる。最終的には、定常状態レベルになる。言い換えれば、伝送品質がＬＥＤ光出力範囲の全ダイナミックレンジを利用することを要求する場合、適応駆動システムは従来のＯＯＫシステムに収束する。

さまざまな選択が最適化のために可能である。

別の実施形態において、放射出力の上限は、ＬＥＤを損傷しない最大値に設定される。これは、例えば、高データレベルの非常に長い期間（論理１の長いラン）後、関連する光パワーレベルがＬＥＤを過度に加熱しないこと、又は同様に、この関連する時間平均データ駆動駆動電流ＤＳがＬＥＤ電流の絶対最大定格を超えないことを考慮することができる。代替的に、データビットストリームがバランスの取れたストリームとしてエンコードされる場合、すなわち、１及び０の数が等しく、より短い時間ウインドウズにわたってもバランスが取れている場合、短期－駆動電流ＤＳは、データシーケンス内の短い１つのシーケンス中に平均化され、絶対最大電流の２倍までであることができる。このような短期的にバランスの取れたデータの場合、放射レベルの上限は、長期的にはＬＥＤ光出力の限界となる放射レベルの２倍までであることができる。

この実施形態において、下側放射限界は、ビットレートと達成可能な通信距離のトレードオフとして適応されることができる。下側放射を上限のすぐ下に設定すると、システムは高速になるが、ノイズに弱く、範囲が制限される。下限をゼロに近く設定すると、システムはビットレートが遅くなるが、ノイズに強くなり、これにより、より長い伝送範囲をサポートすることができる。上限がＬＥＤを損傷しないように選択されるどちらのレジームでも、立下り曲線は、最短のビット持続時間を課す／定義する（斯くして、ビットレートを制限する）可能性が高い。一方、立ち上がり曲線が最短のビット持続時間を課す／定義する（斯くして、ビットレートを制限する）場合、放射出力の上限及び下限の両方を下げ、上側及び下側放射限界間の距離を維持するが、より速い遷移を可能にすることを考えることが魅力的である。

オプションとして、可能な限り速い伝送レートではなく、合理的な(reasonable)ビット持続時間を追求する場合、この結果、正駆動電流の設計ルールは以下のようになる。光源の最大非損傷光出力レベルが既知であり、最大範囲（斯くして、高及び低光レベル間の所要の距離）が既知であり、所要のトップビットレート（斯くして、最短ビット持続時間）が既知である場合、正駆動電流は、最短ビット持続時間で、光レベルを低値から高値へ立ち上がらせるのに十分なだけ大きくする必要がある。

最大光レベルには物理的（例えば、熱的）限界があるので、最も要求の厳しい範囲及びビットレートの組み合わせに対して、下向きの電流値を設計することができる。この範囲において、受けられる上側及び下側光レベル間の距離は、ノイズに対してロバストであるように適切でなければならない。これにより下限が設定される（下限は最大でも上限から距離を引いたものに等しくあるべきである）。この場合、負駆動電流は、最短ビット持続時間内に最小光レベルに到達するのに十分に低く（負に(negatively)十分に強く）あるべきである。

簡略化した電子機器を用いる別の実施形態では、負電流は、光放射源の短絡として実装される。この短絡は、ＬＥＤ接合キャパシタンスを開回路よりも速く、すなわち、（ＬＥＤがすでに部分的に放電されている場合に遅くなる可能性がある）内部正孔電子再結合のみによって接合が枯渇される場合よりも速く枯渇させる(deplete)。このようなシステムでは、低側及び高側光レベル間の最小距離は、レシーバノイズレベル及びパスロスによって要求される。

ビットレートにおけるパワーの最適化を考える場合、低側光レベル、及び、所要の距離を加えることによって、高側光レベルも、短絡時の立ち下がり曲線が、該ビットレートをサポートするのに十分に速く高光レベルから低光レベルへ減少するように選択される。このプロシージャの結果、上側及び下側光限界は適切に選択される。この場合、プルアップ正電流は、低光レベルから高レベルへの立ち上がり時間が前述の立ち下がり時間と同等の速さ又はそれよりも速くなるように、十分に高く選択される。

上記を通して、２レベル放射出力範囲を実現するためのオン／オフキーイングの使用に焦点が当てられている。しかしながら、本明細書で述べられるアプローチは、必ずしも２レベルスキームに限定されるものではない。低減された放射出力範囲がより多くのレベルに対応するのに十分である場合、同様に、オン／オフキーイングが３つの異なるレベル、例えば、下側ターゲットレベルに対応する第１のレベル「０」、上側ターゲットレベルに対応する第３のレベル「２」、及び下側ターゲットレベルと上側ターゲットレベルの間の中間点に対応する第２のレベル「１」を実現するために適用される３レベルアプローチを実施することが可能であり得る。

３レベル放射出力を採用する伝送スキームを実施する場合、低減された放射出力範囲は、レシーバサイドでレシービングデバイスが３レベル間を識別することを可能にするのに十分である必要がある。その結果、３レベルスキームに対する下側及び上側ターゲットレベル間のスペーシングは、２レベルスキームに必要とされるよりも大きくなスペーシングを必要とする。さらに、このようなマルチレベルエンコーディングのタイミングは、最も遅いレベル変化に対応する、最大のステップサイズによって決定される。これは、上側放射レベルから下側放射レベル、又は下側放射レベルから上側放射レベルへである。このような３レベルスキームを使用する場合、適応ＯＯＫモジュレータが適切な受信を可能にするように低減された放射出力範囲を設定できるように、伝送品質は、最も遅い遷移の伝送品質を捕捉する必要がある。さらに、低減された放射範囲はすべてのレベルに対応する必要があり、斯くして、一般に大きな出力範囲を必要とするので、タイミングの変動の余地は小さくなる。

複数の光出力レベルを使用する以外に、複数の、例えば３つの駆動電流レベルを実装することも有益であり得る。これは、２つの光レベルしか使用されない場合にも有益であり得る。シンプルな例では、１）低光レベルから高光レベルへの遷移をサポートするためにプルアップ電流が使用される、２）高光レベルから低光レベルへの遷移をサポートするためにプルダウン電流が使用される、及び、３）光レベル１から１への遷移を維持する又は低光レベル（０から０）を維持するためにアイドル電流が使用される（光源はオープン回路である）。第３のケースでは、電流の（サブビット間隔中の）短いスパート(short spurt)が、フォトニック再結合に起因して正孔及び電子を失う際に電荷レベルを維持するために必要とされる。アイドル状態を有する、こような３レベルドライバは、消費電力が少なく、ＥＭＣ放射も少ない。

さらなる実施形態では、さらなるマルチレベルシステムが提示される。この実施形態は、光出力範囲の制約を防ぐことができる。これはＩＳＩを回避するが、光出力の２つのバイナリレベル（０及び１）の差を制限する。入力データシーケンスの同じバイナリ値（１又は０）の持続期間中、マルチレベルシステムによって提供される光出力レベルのさらなる分離は、連続するサンプリング値間の「距離(distance)」を改善するために使用されることができる。

図１０は、マルチレベルトレリスコード化変調スキーム(multi-level trellis coded modulation scheme)（図１０の左部分）と、可能な限り速いレベル遷移としての光出力立ち上がり及び立ち下がり曲線（図１０の右部分）とを概略的に示している。図１０は、マルチレベルシステムによって提供される追加の到達可能距離が、制御された方法でいかに有利に使用されることができるかを明らかにしている。

図１０の例では、トランスミッタ光源の４レベル出力信号が、光源の駆動電流の適切なオンオフ切替によって作られることができる。モジュレータ（例えば、図１のコントローラ１８及び／又はモジュレータ回路１４）は、４つのレベルをターゲットとするが、立ち上がり及び立ち下がり曲線Φ_ＯＮ（ｔ）、Φ_ＯＦＦ（ｔ）によって決定される有限の(finite)オン及びオフ速度に起因して、すべての遷移が実現可能ではない。この結果、信号の「トレリス(trellis)」が符号化される。従来のトレリス誤り訂正コードとは対照的に、提案されたマルチレベル駆動モードのトレリスにおける遷移は、トランスミッタ光源のローパス制限に適合するように、すなわち、使用される遷移がトランスミッタ光源の立ち上がり及び立ち下がり曲線にマッチするように選択される。

より具体的には、光チャネルの決定された伝送品質（例えば、ＳＮＲ）に依存して、光出力レベル間の一定の距離が、レシーバで十分に低い誤り率（例えば、ＢＥＲ）を保証するように守られ(adhered)なければならない。

例えば４つの光出力信号ターゲットレベル間の距離の選択は、レシーバで検出される光出力レベルに影響を与える可能性のあるノイズに対して最高のロバスト性を提供するために等距離にされることができる。２点間の距離は、適切な伝送品質（例えば、ＢＥＲ）を保証するように選択されてもよい。品質が低すぎる場合、ターゲット光出力レベル間のより大きな距離が必要とされ得、これは、ビットレートを下げることによって達成されることができる。ターゲットレベルのトータルセットは、（最低到達可能光出力レベルより十分に上にあるべきである上記の２レベルスキームと同様に、）トランスミッタ応答が高速である場合、最低ターゲット光出力レベルが、ノイズレベルから区別されるようにゼロより十分に上にあるように、引き上げられ(lifted)てもよい。

図１０の例では、（拡大された）駆動電流の制限を考慮して、遷移が、トランスミッタ光源のローパス特性の立ち上がり時間が許容する最大可能ステップサイズに従って設計される、トレリスコード化変調が使用される。（例えば、Ｕｎｇｅｒｂｏｅｃｋによって提案されるような（ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｔｒｅｌｌｉｓ＿ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ））トレリスコード化変調は、ハードな帯域幅制限を有する電話回線を元来意図していた。これとは対照的に、半導体光源（例えば、ＬＥＤ）は、一次ロールオフ(first-order roll off)と述べられることができる、３ｄＢ帯域幅より上の比較的穏やかなロールオフを有する。それゆえ、ビットレートをトランスミッタ光源の３ｄＢ帯域幅より上にプッシュすることが提案される。第２に、半導体光源（例えば、ＬＥＤ）は、例えば、異なる立ち上がり及び立ち下がり時間の形態の、非線形性、並びに、信号レベルに依存する帯域幅を示す。マルチレベルシステムの出力光レベル及びこれらの出力光レベル間のパスの選択が、トランスミッタ光源の応答速度と、トランスミッタ光源の定常状態に到達するのに必要なものよりも、又はトランスミッタ光源がその３ｄＢ帯域幅内で主に（又は排他的に）変調される場合に適したものよりも大きな駆動電流を切り替えることによって達成されることができるものに基づいて設計されることが提案される。

非常に高いビットレートの場合、トランスミッタ光源は、あたかも積分チャネルであるかのように、すなわち、（非線形）容量が充放電されるかのように駆動されることが明らかになる。

一例において、トランスミッタ光源の立ち上がり及び立ち下がり曲線は、それぞれ、第１及び第３のレベルの関係（１トゥ３(1-to-3)、最も遅い領域からの最大の立ち上がり）、並びに、第４及び第２のレベルの関係（４トゥ２(4-to-2)、最も高いレベルからの最大の立ち下がり）を決定するために使用されてもよい。ビットレート、斯くして、シンボル毎の持続時間は、光出力信号がこれらの出力光レベルにちょうど到達することを可能にするように設定されてもよい。

別の例では、すべてのレベルのセットが、これら１トゥ３(1-to-3)及び４トゥ２(4-to-2)立ち上がり／立ち下がり時間が同じになるように引き上げられてもよい。

より一般的には、マルチレベルシステムのレベルは、２ステップ遷移が、２つのシンボルサンプリングモーメント間の所要の時間間隔に対して１ステップ遷移と少なくとも実質的に同じ制限を課すように選択されてもよい。この例では、２ステップ遷移１トゥ３(1-to-3)及び４トゥ２(4-to-2)は、１ステップ遷移３トゥ４(3-to-4)及び２トゥ１(2-to-1)よりも制限的(limiting)である。しかしながら、別のレジーム、例えば、通信範囲が比較的長く、システムが可能な限り大きなスイングを行おうとし、斯くして、立ち下がり曲線のテールに比較的深く入る場合、後者の２つの（１ステップ）遷移はより制限的になってもよく、最大可能ビットレートを決定してもよい。トレリストラックは、２つの電流レベルのみを使用することによって追従されてもよい。駆動電流は、例えば第１のレベルから第３のレベルへの又は第４のレベルから第２のレベルへの最大ステップを作るためにフルビット期間中に使用されてもよく、一方、（例えば、第２のレベルから第３のレベルへの又は第３のレベルから第４のレベルへの）より小さなステップについては、オン及びオフ電流のいくつかの交互(alternation)又はパターンが使用されてもよい。これは、トランスミッタ光源の電力効率の良い駆動、シンプルな検出、及びアクセラレートされたビットレートを可能にする。

いつでも、トランスミッタは、第１のバイナリ値（例えば、ゼロ）又は第２のバイナリ値（例えば、１）を伝送する、２つのオプションしか有さない。トランスミッタ光源の応答及び伝送品質によって課される物理的制約内で、どのようなステップを取ることができるかは、現在の状態（例えば、現在の出力光レベル）に依存する。提案されたマルチレベルスキームは、１ビット時間内に実現可能なステップサイズがマルチレベルシステムの現在の状態に依存することを認めている。トリプルジャンプ、すなわち、ステップ１トゥ４(1 to 4)及び４トゥ１(4 to 1)は不可能である可能性があるが、ダブルステップ３トゥ１(3 to 1)及び２トゥ４(2 to 4)も、これらはトランスミッタ光源の「オフ及びオン曲線のテールにおいてより深い(deeper in the tail of the off and on curve)」ため、許容を超える時間がかかる可能性がある。しかしながら、ダブルジャンプ１トゥ３(1 to 3)及び４トゥ２(4 to 2)は、トランスミッタ光源の立ち上が及び立ち下がり曲線のより速い範囲で実現可能になる可能性がある。トレリス上を制約されたパスに沿って進む(walk)ことにより、トランスミッタ光源の出力光値の範囲は、現在の光出力状態及び伝送品質に基づいて最適に使用されることができ、誤り訂正コーディングが暗黙的に適用されることができる。

図１０の例では、遷移４トゥ２(4-to-2)、３トゥ４(3-to-4)及び２トゥ１(2-to-1)は、トランスミッタ光源の実線で描かれた立ち上がり／立ち下がり曲線で示されるように、ビット持続時間にある程度同じようなサイズの制限を課している。それにもかかわらず、例えば図１０の４トゥ２(4-to-2)及び２トゥ１(2-to-1)のように、一方向の遷移が唯一の制限である場合、光レベルの選択はさらに最適化されることができる。図１０の立ち上がり及び立ち下がり曲線が示すように、トレリス内のすべての上向きの遷移はより短い時間で行われることができる。したがって、すべての光レベルが垂直シフトによって上昇されてもよい。この場合、第４のレベルから第２のレベルへの立ち下がり時間が減少するだけでなく、上向きの光レベルもより速く変化されることができる。最適な設定ポイントは、最も遅い上向き遷移が最も遅い下向き遷移と同じ時間を取る場合に達成される。

４つのレベルの距離が等距離である場合、２つの自由度は、サンプリングモーメント間の時間距離及び光レベル間のレベル距離である。前者は伝送品質（例えば、ＳＮＲ及びＢＥＲ）によって決定されてもよく、後者は光レベル間の最も遅い遷移時間を最小化することによって設定されてもよい。代替的に、第２及び第３のレベルが互いにより近くに置かれ、斯くして、第１及び第３のレベルを第２及び第４のレベルとは別個にシフトさせてもよい。さらなるオプションとして、第２及び第３のレベルは、共通レベルに組み合わされてもよい。

レシーバのデコーダ（例えば、図１のデコーダ２６）におけるデコーディング動作は、バイナリスライシング動作(binary slicing operation)に基づいてもよい。

一例では、デコーダは、マルチレベル光出力の２つの中間レベルの間にスライサを置いてもよい。この場合、ビット値「１」について、光出力は第３又は第４のレベルにあり、ビット値「０」について、光出力は第１又は第２のレベルにあることが観察されることができる。

別の例では、前のビット値を記憶するためのワンタップメモリを使用することによってデコーディングが達成されてもよい。前のビット値が「１」であった場合、レシーバは、ビット値「０」又は「１」を決定するためにそれぞれ第２のレベル又は第４のレベルを検出する必要がある。新しいビットのスライシングレベルは、第３のレベル（又はその近傍）にあることができる。斯くして、新しいビット値が「１」である場合、伝送レベルは第４のレベルであり、新しいビット値が「０」である場合、伝送レベルは第２のレベルである。

さらに、前のビット値が「０」であった場合、新しいビット値のスライサレベルは、第２のレベル（又はその近傍）にあることができる。斯くして、新しいビット値が「１」である場合、伝送レベルは第３のレベルであり、新しいビット値が「０」である場合、伝送レベルは第１のレベルである。

さらなる例では、レシーバでのトレリスデコーディングは、最初のステップで受信光信号のすべてのレベルをスライスすることによって達成されてもよい。図１０の例では、４つのレベルが区別される。デコーダ（例えば、図１のデコーダ２６）の一例は、ビタビデコーダであってもよい。将来のビットがビット値を決定するために必要なさらなる情報を提供するため、ビットを受けた後の段階で、受けたビット値に関する最終的な決定を行ってもよい。

上記実施形態では、サンプリングモーメントは、受けた光の中間レベルを追跡し、最大のアイの開き（すなわち、下側及び上側光レベル間の最大距離）を有する時間位置を探すことによって決定されることができる。オシレータ（例えば、電圧制御オシレータ（ＶＣＯ））が、（例えば、検出された最大のアイの開きよりもわずかに前又は後のインスタントにおける）入射光信号のサンプリングモーメントを制御するために使用されるクロック信号を生成するために使用されてもよい。

本明細書の図１０で提示されるような２つの電流レベルトレリスの一般化として、より高度な実装では、２点よりも多くのトレリスが展開されてもよい。このような実装では、トランスミッタは、ステップサイズが制約されるパスをたどる。ステップ毎に、光レベルは１レベルだけ上下する。例外が、トレリスの境界（上側／下側レベル）に作られる。ここでは、２つの可能なビット値のうち１つについてステップサイズ０が使用され、もう１つのビット値については、（レシーバが２つの隣接する（又は上側の）レベルを区別できるか否かに依存して）１又は２のステップサイズが実装される。後者は一般に半導体放射源の特性に依存する。対照的に、４つのレベルを持つトレリスの上記の例では、０又は２（ただし１ではない）のステップサイズが境界で取られる。

例えば、７つの光レベルを使用する場合、以下の遷移が許容され得る：２トゥ１(2-to-1)、２トゥ３(2-to-3)、３トゥ２(3-to-2)、３トゥ４(3-to-4)、４トゥ３(4-to-3)、４トゥ５(4-to-5)、５トゥ４(5-to-4)、５トゥ６(5-to-6)、６トゥ５(6-to-5)、６トゥ７(6-to-7)、さらに境界ステップ１トゥ１(1-to-1)、１トゥ３(1-to-3)、７トゥ７(7-to-7)、７トゥ５(7-to-5)。代替的に、後者の境界ステップのセットは、１トゥ１(1-to-1)、１トゥ２(1-to-2)、７トゥ７(7-to-7)、７トゥ６(7-to-6)として選択されることができる。

後者の場合、システムは、ビット持続時間が、可能な遷移の完全なセットのうち最も遅い遷移を行うために必要な時間を下回らないように予防措置を講じなければならない。さらに、より速く達成されることができる遷移中、ターゲットをオーバーシュートしないように（例えば、電流の極性を切り替える、アイドルにする、又は電流の開始(onset)を遅らせることによって）駆動電流を制御することが必要であり得る。

要約すると、駆動電流をオン及びオフにすることによって駆動電流、ひいては放射出力レベルが変調される、半導体放射源のためのバイナリシグナリングスキーム(binary signaling scheme)が述べられている。しかしながら、駆動電流の変調は、放射応答が完全な立ち上がり又は立ち下がり曲線に従うのを待つのではなく、２つ（又はより多い数）の選択された放射出力レベルの間で切り替わるように適合される。ゼロ（又は１）の長期シーケンス中、駆動電流は、放射出力レベルをある最小レベルと最大レベルの間に保つように切り替えられる。この放射出力レベルの範囲は、駆動電流、光伝送チャネル、放射源及び／又は放射ディテクタの特性に従って適応的に選択される。

本発明は、図面及び前述の説明において詳細に例示及び説明されてきたが、そのような例示及び説明は、図的又は例示的であって、限定的なものではないと見なされるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されない。提案されるアクセラレーテッドキーイングコンセプトは、他のタイプの光ワイヤレスネットワークに、及び他のタイプのアクセスデバイス、モデム及びトランシーバと共に適用されることができる。とりわけ、本発明は、ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．９９６１、ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．９９６０、及びＩＴＵ－Ｔ Ｇ．９９９１ネットワーク環境等、ＬｉＦｉ関連の環境に限定されるものではない。本発明は、可視光通信（ＶＬＣ）システム、ＩＲデータ伝送システム、Ｇ．ｖｌｃシステム、ＯＦＤＭベースのシステム、コネクテッドライティングシステム、ＯＷＣシステム、及びスマートライティングシステムにおいて使用されることができる。

図面、本開示、及び添付の請求項の検討によって、開示される実施形態に対する他の変形形態が、当業者により理解されることができ、また、特許請求される発明を実施する際に実行されることができる。請求項では、単語「含む」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項において列挙される、いくつかの項目の機能を果たしてもよい。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。上記の説明は、本発明の特定の実施形態を詳述している。しかしながら、上記がテキストにどのように詳細に現れようとも、本発明は多くの方法で実施されることができ、したがって、開示された実施形態に限定されないことを理解されたい。本発明のある特徴又は態様を説明する際のある用語法(terminology)の使用は、用語法が、当該用語法が関連付けられている本発明の特徴又は態様の特定の特性を含むことに制限されるように本明細書において再定義されていることを意味すると解釈されるべきではないことに留意されたい。

単一のユニット又はデバイスが、請求項において列挙される、いくつかの項目の機能を果たしてもよい。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。

図３に示されるもの等の述べられたプロシージャは、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として、及び／又は、レシーバデバイス又はトランシーバデバイスの専用ハードウェアとして実装されることができる。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、又は他のハードウェアの一部として供給される、光学記憶媒体又は固体媒体等の、好適な媒体において記憶／頒布されてもよいが、インターネット、又は他の有線若しくは無線の電気通信システム等を介して、他の形態で頒布されてもよい。

Claims (12)

1. 光通信システムにおいて放射信号を生成するためのトランスミッタであって、当該トランスミッタは、半導体放射源を駆動するための装置を含み、前記装置は、
   データシーケンスの伝送時の上側放射出力レベルと下側放射出力レベルとの間の前記放射源の放射出力範囲を定義する前記放射源を通る駆動電流の少なくとも２つのレベルを生成するように前記放射源に供給される駆動信号を前記データシーケンスで変調する、
   ように構成されるモジュレータと、
   当該トランスミッタにおける放射出力の伝送品質を、前記放射源の放射出力レベルを示すフィードバック信号及び前記放射出力のレシービングエンドから受けるフィードバック情報の少なくとも一方を用いて決定する、
   前記放射出力の前記伝送品質に基づいて低減された放射出力範囲を定義する上側ターゲットレベル及び下側ターゲットレベルを決定する、及び
   適応的に前記モジュレータを制御して前記駆動電流を制御する及び所定の上側ターゲットレベルと所定の下側ターゲットレベルとの間の低減された放射出力範囲によって決定されるタイミングで前記駆動電流を切り替える、
   ように構成されるコントローラと、
   を含む、トランスミッタ。
2. 前記コントローラは、前記データシーケンスのレートよりも高いレートで前記駆動信号を切り替えることにより前記上側ターゲットレベル及び前記下側ターゲットレベルを維持するように構成される、請求項１に記載のトランスミッタ。
3. 前記データシーケンスは、バイナリデータシーケンスであり、前記コントローラは、前記バイナリデータシーケンスのビット持続時間中に前記駆動信号としてバイナリ切替パターンを適用するように前記モジュレータを制御するように構成され、前記バイナリ切替パターンは、前記バイナリデータシーケンスの現在のビット値及び少なくとも１つの前のビット値の組み合わせによって決定される、請求項２に記載のトランスミッタ。
4. 前記放射出力の前記伝送品質は、前記フィードバック信号に基づき、前記モジュレータは、前記フィードバック信号を下側反転限界及び上側反転限界と比較する、並びに、前記フィードバック信号が前記上側反転限界に到達した場合、前記駆動信号をオフにする、及び／又は、前記フィードバック信号が前記下側反転限界に到達した場合、前記駆動信号をオンにするように構成される、請求項１に記載のトランスミッタ。
5. 前記モジュレータは、前記駆動信号のオフ状態中に前記放射源に短絡又は負の駆動電流を適用するように構成される、請求項１に記載のトランスミッタ。
6. 前記データシーケンスは、バイナリデータシーケンスであり、前記コントローラは、サンプリングモーメントに前記上側ターゲットレベル又は前記下側ターゲットレベルを達成するために前記バイナリデータシーケンスの現在の論理値とは異なる論理値のサブビット期間又はパターンを前記駆動信号に挿入するように前記モジュレータを制御するように構成される、請求項１に記載のトランスミッタ。
7. 前記コントローラは、前記下側放射出力レベルから前記上側放射出力レベルへの前記放射出力の立ち上がり時間が、前記上側放射出力レベルから前記下側放射出力レベルへの前記放射出力の立ち下がり時間と等しくなるように、前記上側ターゲットレベル及び前記下側ターゲットレベルを選択するように構成される、請求項１に記載のトランスミッタ。
8. 前記モジュレータは、３つ以上の放射出力レベルを生成するように前記駆動信号を変調するように構成され、マルチレベル駆動モードのトレリスにおける遷移が、前記放射源の立ち上がり及び立ち下がり曲線に適合される、請求項１に記載のトランスミッタ。
9. 請求項１に記載のトランスミッタと、前記トランスミッタによって生成される放射信号を受信するためのレシーバとを含む、光通信システム。
10. 前記レシーバは、前記放射信号の伝送品質を検出する、及び、放射源の放射出力範囲を制御するために前記検出された伝送品質に関する情報を前記トランスミッタにフィードバックするように構成される、請求項９に記載のシステム。
11. 光通信システムにおいて放射信号を生成するためのトランスミッタにおいて半導体放射源を駆動する方法であって、当該方法は、
    データシーケンスの伝送時の上側放射出力レベルと下側放射出力レベルとの間の前記放射源の放射出力範囲を定義する前記放射源を通る駆動電流の少なくとも２つのレベルを生成するように前記放射源に供給される駆動信号を前記データシーケンスで変調することと、
    前記トランスミッタにおける放射出力の伝送品質を、前記放射出力のレシービングエンドから受けるフィードバック情報及び前記放射源の放射出力レベルを示すフィードバック信号の少なくとも一方を用いて決定することと、
    前記放射出力の前記伝送品質に基づいて低減放射出力範囲を定義する上側ターゲットレベル及び下側ターゲットレベルを決定することと、
    適応的に前記駆動電流を制御する及び上側ターゲットレベルと下側ターゲットレベルとの間の低減された放射出力範囲によって決定されるタイミングで前記駆動電流を切り替えることと、
    を含む、方法。
12. 請求項１に記載のトランスミッタのコントローラデバイスで実行された場合、請求項１１のステップを行うためのコード手段を含むコンピュータプログラム。

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