JP7111902B2 - 可変デューティサイクルを有する光増幅器のバーストモード通信 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／７９３，１４４号の出願日の利益を主張した、２０１９年８月１日に出願された米国特許出願第１６／５２９，３３７号の出願日の利益を主張し、その開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

通信端末は、自由空間光通信（ＦＳＯＣ）リンクを介して光信号を送受信することができる。これを達成するために、そのような端末は、一般に、取得システムおよび追跡システムを使用して、光ビームを互いに向けることによって光リンクを確立する。例えば、送信端末は、ビーコンレーザを使用して受信端末を照射する一方で、受信端末は、位置センサを使用して送信端末の位置を特定し、ビーコンレーザを監視することができる。操舵機構は、端末を操作して、端末を互いに向けたり、捕捉が確立されるとその向きを追跡したりすることができる。光信号が正しく受信されることを確実にするために、高度なポインティング精度が必要になる場合がある。

本開示の態様は、光通信システムを提供する。光通信システムは、光信号を出力するように構成された光送信機であって、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を含む光送信機と、を含光送信機に動作可能に結合された１つ以上のプロセッサと、を含む。１つ以上のプロセッサは、遠隔通信システムから通信リンクの受信電力に関連する光信号データを受信し、光信号データが時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性が高いと判定し、光信号データが時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性が高いとの判定に応じて、最小オンサイクル長および予測ＥＤＦＡ出力電力に基づいて光送信機のデューティサイクルを判定し、判定されたデューティサイクルを使用して光送信機を動作させて、通信リンク上で光信号を送信するように構成される。

一例では、光信号データは、受信電力の複数の測定値を含み、１つ以上のプロセッサは、時間間隔にわたる複数の測定値の特定された傾向に基づいて、光信号データが時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性が高いと判定するように構成される。別の例では、光信号データは、受信電力の複数の測定値を含み、１つ以上のプロセッサは、複数の測定値の傾向の時間間隔への外挿に基づいて、光信号データが時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性が高いと判定するように構成される。さらなる例において、１つ以上のプロセッサは、少なくとも最小オンサイクル長、選択された候補デューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力を有する選択された候補デューティサイクル、候補デューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力が最小受信電力を満たすとの判定、デューティサイクルが最小受信電力を満たすときに、デューティサイクルが候補デューティサイクルと同じ特性を有するとの判定に基づいて、デューティサイクルを判定するように構成される。

さらに別の例では、１つ以上のプロセッサは、光送信機の複数のデューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力のアクセス可能なデータベースに基づいて、デューティサイクルを判定するように構成される。さらに別の例では、１つ以上のプロセッサはまた、通信リンクの受信電力に関連する更新された光信号データを受信し、最小オンサイクル長および予測ＥＤＦＡ出力電力に基づいて光送信機の更新されたデューティサイクルを判定し、更新されたデューティサイクルを使用して光送信機を動作させるように構成される。別の例では、１つ以上のプロセッサはまた、通信リンクの受信電力に関連する更新された光信号データを受信し、受信電力が第２の時間間隔内に最大受信電力を超える可能性が高いと判定し、光信号データが第２の時間間隔内に最大受信電力を超える可能性が高いと判定した後、最小オンサイクル長および予測ＥＤＦＡ出力電力に基づいて光送信機の更新されたデューティサイクルを判定し、更新されたデューティサイクルを使用して光送信機を動作させるように構成される。さらなる例では、１つ以上のプロセッサは、光送信機を動作させて、予測ＥＤＦＡ出力電力のオーバーシュート中のより高いデータ送信レートおよび予測ＥＤＦＡ出力電力の減衰中のより低いデータ送信レートを達成するように構成される。

本開示の他の態様は、通信リンクを介して光送信機を動作させる方法を提供する。本方法は、１つ以上のプロセッサによって、遠隔通信システムからの通信リンクの受信電力に関連する光信号データを受信することと、１つ以上のプロセッサによって、光信号データが時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性があると判定することと、光信号データが時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性が高いとの判定に応じて、１つ以上のプロセッサが、最小オンサイクル長および予測ＥＤＦＡ出力電力に基づいて光送信機のデューティサイクルを判定することと、１つ以上のプロセッサによって、判定されたデューティサイクルを使用して光送信機を動作させて、通信リンク上で光信号を送信することと、を含む。

一例では、光信号データは、受信電力の複数の測定値を含み、光信号が時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性があると判定することは、時間間隔にわたる複数の測定値の傾向を特定することを含む。別の例では、光信号データは、受信電力の複数の測定値を含む。また、この例では、光信号データが時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性があると判定することは、時間間隔の前に複数の測定値の傾向を特定することと、傾向を時間間隔に外挿すること、を含む。

さらなる例では、デューティサイクルを判定することは、少なくとも最小オンサイクル長を有する候補デューティサイクルを選択することと、候補デューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力を判定することと、候補デューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力が最小受信電力を満たかどうかを判定することと、デューティサイクルが最小受信電力を満たすときに、デューティサイクルが候補デューティサイクルと同じ特性を有すると判定することと、を含む。さらに別の例では、デューティサイクルを判定することは、光送信機の複数のデューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力のデータベースにアクセスすることを含む。

さらに別の例では、本方法はまた、１つ以上のプロセッサによって、通信リンクの受信電力に関連する更新された光信号データを受信することと、１つ以上のプロセッサによって、最小オンサイクル長および予測ＥＤＦＡ出力電力に基づいて光送信機の更新されたデューティサイクルを判定することと、１つ以上のプロセッサによって、更新されたデューティサイクルを使用して光送信機を動作させることと、を含む。別の例では、本方法はまた、１つ以上のプロセッサによって、通信リンクの受信電力に関連する更新された光信号データを受信することと、１つ以上のプロセッサによって、受信電力が第２の時間間隔内に最大受信電力を超える可能性が高いと判定することと、光信号データが第２の時間間隔内に最大受信電力を超える可能性が高いと判定した後、１つ以上のプロセッサが、最小オンサイクル長および予測ＥＤＦＡ出力電力に基づいて光送信機の更新されたデューティサイクルを判定することと、１つ以上のプロセッサによって、更新されたデューティサイクルを使用して光送信機を動作させることと、を含む。

本開示のさらなる態様は、プログラムのコンピュータ可読命令が記憶されている非一時的な有形のコンピュータ可読記憶媒体を提供する。命令は、第１の通信デバイスの１つ以上のプロセッサによって実行されると、１つ以上のプロセッサに、方法を実行させる。本方法は、第２の通信デバイスから通信リンクの受信電力に関連する光信号データを受信することと、光信号データが時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性が高いと判定することと、光信号データが時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性が高いとの判定に応じて、最小オンサイクル長および予測ＥＤＦＡ出力電力に基づいて光送信機のデューティサイクルを判定することと、判定されたデューティサイクルを使用して光送信機を動作させて、通信リンク上で光信号を送信することと、を含む。

一例では、光信号データは、受信電力の複数の測定値を含み、光信号が時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性があると判定することは、時間間隔にわたる複数の測定値の傾向を特定することを含む。別の例では、光信号データは、受信電力の複数の測定値を含む。また、この例では、光信号データが時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性があると判定することは、時間間隔の前に複数の測定値の傾向を特定することと、傾向を時間間隔に外挿すること、を含む。

さらなる例では、デューティサイクルを判定することは、少なくとも最小オンサイクル長を有する候補デューティサイクルを選択することと、候補デューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力を判定することと、候補デューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力が最小受信電力を満たかどうかを判定することと、デューティサイクルが最小受信電力を満たすときに、デューティサイクルが候補デューティサイクルと同じ特性を有すると判定することと、を含む。さらに別の例では、本方法はまた、通信リンクの受信電力に関連する更新された光信号データを受信することと、受信電力が第２の時間間隔内に最大受信電力を超える可能性が高いと判定することと、光信号データが第２の時間間隔内に最大受信電力を超える可能性が高いと判定した後、最小オンサイクル長および予測ＥＤＦＡ出力電力に基づいて光送信機の更新されたデューティサイクルを判定すると、更新されたデューティサイクルを使用して光送信機を動作させることと、を含む。

図１は、本開示の態様にかかる第１の通信デバイスおよび第２の通信デバイスのブロック図１００である。 図２は、本開示の態様にかかる第１の通信デバイスおよび第２の通信デバイスの構成要素の絵図である。 図３は、本開示の態様にかかるネットワーク３００の絵図である。 図４は、本開示の態様にかかる方法を示すフロー図４００である。 図５は、本開示の態様にかかる通信デバイスの挙動を示すグラフ５００である。

概要
この技術は、平均電力制限性能用に設計されたエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）などの光増幅器を使用した光通信のバーストモードに関し、したがって、特定の入力電力についてのＥＤＦＡの「電源オン」時間が短縮されると、ＥＤＦＡのピーク出力電力が増加する。ＥＤＦＡのこの特徴が利用されて、チャネルの減衰または乱れが増加するときに通信リンクを維持することができる。換言すれば、オンオフキーイング通信リンクの平均データレートは、通信リンクを介してピーク送信電力を増加させて、ピーク電力間隔中に通信リンクを維持するために減少されることができる。ＥＤＦＡの代わりに、他の希土類ドーパントまたは半導体光増幅器（ＳＯＡ）を用いたものなど、他の光増幅技術が使用されてもよい。

上述した特徴は、大きな減衰でも正のスループットを維持する通信リンクを提供するために採用され、したがって、他の構成よりも一貫して利用可能である。これらの特徴は、ＥＤＦＡの既存の特性を利用して、光通信リンクの平均光パワーの制約内で、必要に応じてピーク出力電力を増減する。通信リンクは、より高い利用可能性とより大きなデータスループットとを有することができる。この機能は、リンクを介した高優先度データの送信、トラフィックの制御、または情報の追跡にさらに利用されることができる。

例示的なシステム
図１は、例えば自由空間光通信（ＦＳＯＣ）システムなどのシステムの一部として、第２の通信端末の第２の通信デバイス１２２と１つ以上のリンクを形成するように構成された第１の通信端末の第１の通信デバイス１０２のブロック図１００である。例えば、第１の通信デバイス１０２は、構成要素として、１つ以上のプロセッサ１０４、メモリ１０６、送信機１１２、受信機１１４、操舵機構１１６、および１つ以上のセンサ１１８を含む。第１の通信デバイス１０２は、図１に示されていない他の構成要素を含むことができる。

１つ以上のプロセッサ１０４は、市販されているＣＰＵなど任意の従来のプロセッサとすることができる。代替的に、１つ以上のプロセッサは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの他のハードウェアベースプロセッサなどの専用装置であってもよい。図１は、１つ以上のプロセッサ１０４およびメモリ１０６を同じブロック内にあるものとして機能的に示しているが、１つ以上のプロセッサ１０４およびメモリ１０６は、実際には、同じ物理的ハウジング内に格納されても格納されなくてもよい複数のプロセッサおよびメモリを備えてもよいことが理解されるであろう。したがって、プロセッサまたはコンピュータへの言及は、並行して動作しても動作しなくてもよいプロセッサまたはコンピュータまたはメモリの集合体への言及を含むことが理解されるであろう。

メモリ１０６は、１つ以上のプロセッサ１０４によって実行されることができるデータ１０８および命令１１０を含む、１つ以上のプロセッサ１０４によってアクセス可能な情報を記憶することができる。メモリは、ハードドライブ、メモリカード、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＤＶＤ、または他の光ディスクなどのコンピュータ可読媒体、ならびに他の書き込み可能および読み取り専用メモリを含む、プロセッサによってアクセス可能な情報を記憶することができる任意の種類のメモリとすることができる。システムおよび方法は、上記の様々な組み合わせを含んでもよく、それによって、データ１０８および命令１１０の様々な部分が、様々な種類の媒体に記憶される。メモリ１０６などの各通信デバイスのメモリには、信号を追跡するために判定された１つ以上のオフセットなどの較正情報が記憶されてもよい。

データ１０８は、命令１１０にしたがって、１つ以上のプロセッサ１０４によって取得、記憶、または変更されてもよい。例えば、本技術は、いかなる特定のデータ構造にも限定されないが、データ１０８は、コンピュータレジスタ内で、複数の異なるフィールドおよびレコードを有する表、ＸＭＬドキュメント、またはフラットファイルとしてリレーショナルデータベース内に記憶されてもよい。

命令１１０は、１つ以上のプロセッサ１０４によって直接的に（マシンコードなど）または間接的に（スクリプトなど）実行される任意の命令の組であってもよい。例えば、命令１１０は、コンピュータ可読媒体上にコンピュータコードとして記憶されてもよい。その点において、「命令」および「プログラム」という用語は、本明細書では、区別なく使用されることができる。命令１１０は、１つ以上のプロセッサ１０４による直接処理のためにオブジェクトコード形式で記憶されてもよく、もしくは要求に応じて解釈されるか、または事前にコンパイルされる独立したソースコードモジュールのスクリプトまたはコレクションを含む、任意の他のコンピュータ言語で記憶されてもよい。命令１１０の機能、方法、およびルーチンは、以下にさらに詳細に説明される。

１つ以上のプロセッサ１０４は、送信機１１２および受信機１１４と通信する。送信機１１２および受信機１１４は、第１の通信デバイス１０２における送受信機配置の一部であってもよい。したがって、１つ以上のプロセッサ１０４は、送信機１１２を介して、信号でデータを送信するように構成されてもよく、また、受信機１１４を介して、信号で通信およびデータを受信するように構成されてもよい。受信信号は、１つ以上のプロセッサ１０４によって処理されて、通信およびデータを抽出してもよい。

送信機１１２は、光送信機、増幅器、および減衰器を含むことができる。図２に示すように、送信機１１２は、出力信号に一定の量の帯域幅を提供するように構成されたシードレーザ２０２、出力信号の振幅を増加させるように構成されたＥＤＦＡ２０４、および出力信号の振幅を低減するように構成されたシングルモード可変光減衰器（ＳＭＶＯＡ）２０６を含む。示されているもの以外の構成要素の他の組み合わせが送信機１１２に利用されてもよい。さらに、図１に示すように、送信機１１２は、１つの通信デバイスが別の通信デバイスの位置を特定することを可能にするビーコンビーム２０、および通信リンク２２を介した通信信号を出力するように構成されてもよい。したがって、送信機１１２からの出力信号は、ビーコンビーム２０、通信信号、またはその双方を含むことができる。通信信号は、例えば、無線周波数信号または光信号など、自由空間を伝わるように構成された信号とすることができる。場合によっては、送信機は、ビーコンビームを送信するように構成された別個のビーコン送信機と、光通信ビームを送信するように構成された１つ以上の通信リンク送信機とを含む。あるいは、送信機１１２は、ビーコンビームおよび通信信号の双方を出力するように構成された１つの送信機を含んでもよい。ビーコンビーム２０は、通信リンク２２において使用される光通信ビームよりも大きな立体角を空間に照射することができ、ビーコンビームを受信する通信デバイスがビーコンビームをより適切に位置特定することを可能にする。例えば、ビーコン信号を搬送するビーコンビームは、約１平方ミリラジアンの角度領域をカバーすることができ、通信信号を搬送する光通信ビームは、１平方ミリラジアンの約１００分の１の角度領域をカバーすることができる。

図１に示すように、第１の通信デバイス１０２の送信機１１２は、ビーコンビーム２０ａを出力して、ビーコンビーム２０ａを受信する第２の通信デバイス１２２との通信リンク２２ａを確立するように構成される。第１の通信デバイス１０２は、ビーコンビーム２０ａより狭いも立体角を有し且つ通信信号２４を搬送する光通信ビーム（図示せず）と同一直線上にビーコンビーム２０ａを位置合わせすることができる。したがって、第２の通信デバイス１２２がビーコンビーム２０ａを受信すると、第２の通信デバイス１２２は、第１の通信デバイス１０２との見通し内リンクを確立するか、または第１の通信デバイスと位置合わせすることができる。その結果、第１の通信デバイス１０２から第２の通信デバイス１２２への光通信ビーム（図示せず）の送信を可能にする通信リンク２２ａが確立されることができる。

受信機１１４は、光信号を検出するように構成された追跡システムを含む。図２に示すように、光通信システムの受信機１１４は、受信信号の振幅を調整するように構成されたマルチモード可変光減衰器２０８、感光性検出器２１０、および／またはフォトダイオード２１２を含むことができる。示されているもの以外の構成要素の他の組み合わせが受信機１１４に利用されてもよい。受信機１１４は、感光性検出器２１０を使用して、信号位置を検出し、光電効果を使用して受信した光信号を電気信号に変換することができる。受信機１１４は、受信した光信号を追跡することができ、これは、シンチレーションおよび／またはプラットフォームの動きによる外乱に対抗するように操舵機構１１６に指示するために使用されることができる。

図１に戻ると、１つ以上のプロセッサ１０４は、送信機１１２、受信機１１４、および／または光信号の指向方向を調整するために、操舵機構１１６と通信する。操舵機構１１６は、通信デバイスに対して送信機１１２および／または受信機１１４を動かすように構成された固定レンズおよび／またはジンバルを通して光信号を操縦する１つ以上のミラーを含むことができる。特に、操舵機構１１６は、ＭＥＭＳ２軸ミラー、２軸ボイスコイルミラー、またはピエゾ電子２軸ミラーとすることができる。操舵機構１１６は、送信機、受信機、および／または光信号を、例えば、ヨーおよびピッチなどの少なくとも２つの自由度で操舵するように構成されることができる。指示方向の調整は、第１の通信デバイス１０２と第２の通信デバイス１２２との間の通信リンク２２などの通信リンクを取得するために行うことができる。通信リンクの検索を実行するために、１つ以上のプロセッサ１０４は、操舵機構１１６を使用して、通信リンクが取得されるまで一連の変化する方向に送信機１１２および／または受信機１１４を向けるように構成されることができる。さらに、調整は、送信機１１２からの光の送信および／または受信機１１４における光の受信を最適化することができる。

１つ以上のプロセッサ１０４はまた、１つ以上のセンサ１１８とも通信する。１つ以上のセンサ１１８または推定器は、第１の通信デバイス１０２の状態を監視するように構成されることができる。１つ以上のセンサは、慣性計測ユニット（ＩＭＵ）、エンコーダ、加速度計、またはジャイロスコープを含むことができ、姿勢、角度、速度、トルク、および他の力のうちの１つ以上を測定するように構成された１つ以上のセンサを含むことができる。さらに、１つ以上のセンサ１１８は、例えば、温度、風、放射、降水、湿度などの１つ以上の環境条件を測定するように構成された１つ以上のセンサを含むことができる。これに関して、１つ以上のセンサ１１８は、温度計、気圧計、湿度計などを含むことができる。１つ以上のセンサ１１８は、図１では、第１の通信デバイス１０２の他の構成要素と同じブロック内にあるように示されているが、いくつかの実装形態では、１つ以上のセンサのうちのいくつかまたは全ては、第１の通信デバイス１０２とは別個で離れていてもよい。

第２の通信デバイス１２２は、１つ以上のプロセッサ１２４、メモリ１２６、送信機１３２、受信機１３４、操舵機構１３６、および１つ以上のセンサ１３８を含む。１つ以上のプロセッサ１２４は、上述した１つ以上のプロセッサ１０４と同様とすることができる。メモリ１２６は、１つ以上のプロセッサ１２４によって実行されることができるデータ１２８および命令１３０を含む、１つ以上のプロセッサ１２４によってアクセス可能な情報を記憶することができる。メモリ１２６、データ１２８、および命令１３０は、上述したメモリ１０６、データ１０８、および命令１１０と同様に構成されてもよい。さらに、第２の通信デバイス１２２の送信機１３２、受信機１３４、および操舵機構１３６は、上述した送信機１１２、受信機１１４、および操舵機構１１６と同様であってもよい。

送信機１１２と同様に、送信機１３２は、光送信機、増幅器、および減衰器を含むことができる。図２に示すように、送信機１３２は、出力信号に一定の量の帯域幅を提供するように構成されたシードレーザ２２２、出力信号の振幅を増加させるように構成されたＥＤＦＡ２２４、および出力信号の振幅を減少させるように構成されたＳＭＶＯＡ２２６を含む。示されているもの以外の構成要素の他の組み合わせが送信機１３２に利用されてもよい。さらに、図１に示されるように、送信機１３２は、光通信ビームおよびビーコンビームの双方を出力するように構成されることができる。例えば、第２の通信デバイス１２２の送信機１３２は、ビーコンビーム２０ｂを出力して、ビーコンビーム２０ｂを受信する第１の通信デバイス１０２との通信リンク２２ｂを確立することができる。第２の通信デバイス１２２は、ビーコンビーム２０ｂを、ビーコンビームよりも狭い立体角を有し、別の通信信号を搬送する光通信ビーム（図示せず）と同一直線上に位置合わせすることができる。したがって、第１の通信デバイス１０２がビーコンビーム２０ａを受信すると、第１の通信デバイス１０２は、第２の通信デバイス１２２との見通しを確立するか、さもなければ第２の通信デバイスと位置合わせすることができる。その結果、第２の通信デバイス１２２から第１の通信デバイス１０２への光通信ビーム（図示せず）の送信を可能にする通信リンク２２ｂが確立されることができる。

受信機１１４と同様に、受信機１３４は、受信機１１４に関して上述したように、光信号を検出するように構成された追跡システムを含む。図２に示すように、光通信システムの受信機１１４は、受信信号の振幅を調整するように構成されたマルチモード可変光減衰器２２８、感光性検出器２３０、および／またはフォトダイオード２３２を含むことができる。示されているもの以外の構成要素の他の組み合わせが受信機１３４に利用されてもよい。第１の通信デバイス１０２に描かれているものと同様の他の構成要素も、第２の通信デバイス１２２に含まれていてもよい。受信機１３４は、感光性検出器２３０を使用して、信号位置を検出し、光電効果を使用して受信した光信号を電気信号に変換することができる。受信機１３４は、受信した光信号を追跡することができ、これは、シンチレーションおよび／またはプラットフォームの動きによる外乱に対抗するように操舵機構１３６に指示するために使用されることができる。

図１に戻ると、１つ以上のプロセッサ１２４は、操舵機構１１６に関して上述したように、送信機１３２、受信機１３４、および／または光信号の指向方向を調整するために、操舵機構１３６と通信する。指示方向の調整は、第１の通信デバイス１０２と第２の通信デバイス１２２との間に、通信リンク２２などのリンクの取得および接続を確立するために行うことができる。さらに、１つ以上のプロセッサ１２４は、１つ以上のセンサ１１８に関して上述したように、１つ以上のセンサ１３８と通信する。１つ以上のセンサ１３８は、１つ以上のセンサ１１８が第１の通信デバイス１０２の状態を監視するように構成されるのと同じまたは同様の方法で、第２の通信デバイス１２２の状態を監視するように構成されることができる。

図１に示すように、通信リンク２２ａおよび２２ｂは、第１および第２の通信デバイスの送信機および受信機が位置合わせされるとき、またはリンクされた指示方向にあるとき、第１の通信デバイス１０２と第２の通信デバイス１２２との間に形成されることができる。通信リンク２２ａを使用して、１つ以上のプロセッサ１０４は、通信信号を第２の通信デバイス１２２に送信することができる。通信リンク２２ｂを使用して、１つ以上のプロセッサ１２４は、通信信号を第１の通信デバイス１０２に送信することができる。いくつかの例では、第１の通信デバイス１０２と第２の通信デバイス１２２との間に１つの通信リンク２２を確立するだけで十分であり、これにより２つのデバイス間のデータの双方向伝送が可能になる。これらの例における通信リンク２２は、ＦＳＯＣリンクである。他の実装形態では、通信リンク２２のうちの１つ以上は、無線周波数通信リンクまたは自由空間を通って移動することができる他のタイプの通信リンクであってもよい。

図３に示されるように、第１の通信デバイス１０２および第２の通信デバイス１２２などの複数の通信デバイスは、複数の通信端末間に複数の通信リンク（矢印として示される）を形成し、それによってネットワーク３００を形成するように構成されることができる。ネットワーク３００は、クライアントデバイス３１０および３１２、サーバデバイス３１４、および通信デバイス１０２、１２２、３２０、３２２、および３２４を含むことができる。クライアントデバイス３１０、３１２、サーバデバイス３１４、および通信デバイス３２０、３２２、および３２４のそれぞれは、１つ以上のプロセッサ、メモリ、送信機、受信機、および上述のものと同様の操舵機構を含むことができる。送信機および受信機を使用して、ネットワーク３００内の各通信デバイスは、矢印で示すように、別の通信デバイスとの少なくとも１つの通信リンクを形成することができる。通信リンクは、光周波数、無線周波数、他の周波数、または異なる周波数帯域の組み合わせに対するものとすることができる。図３では、クライアントデバイス３１０および通信デバイス１２２、３２０、および３２２との通信リンクを有する通信デバイス１０２が示されている。通信デバイス１２２は、通信デバイス１０２、３２０、３２２、および３２４との通信リンクを有するように示されている。

図３に示すネットワーク３００は、単なる例示であり、いくつかの実装形態では、ネットワーク３００は、追加のまたは異なる通信端末を含んでもよい。ネットワーク３００は、複数の通信デバイスが複数の地上通信端末上にある地上ネットワークであってもよい。他の実装形態では、ネットワーク３００は、気球、小型飛行船、または他の飛行船、飛行機、無人航空機（ＵＡＶ）、衛星、または任意の他の形態の高高度プラットフォームとすることができる１つ以上の高高度プラットフォーム（ＨＡＰ）、または他のタイプの移動可能もしくは固定通信端末を含むことができる。いくつかの実装形態では、ネットワーク３００は、携帯電話、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ウェアラブルデバイス、またはタブレットコンピュータなどのクライアントデバイス用のアクセスネットワークとして機能することができる。ネットワーク３００はまた、インターネットなどのより大きなネットワークに接続されることができ、より大きなコンピュータネットワーク上に記憶された、またはより大きなコンピュータネットワークを介して提供されるリソースへのアクセスをクライアントデバイスに提供するように構成されることができる。

例示的な方法
接続されている間、第１の通信デバイス１０２の１つ以上のプロセッサ１０４は、以下に説明するように、第２の通信デバイス１２２との通信リンク２２の送信光信号を調整することができる。いくつかの実装形態では、第２の通信デバイス１２２の１つ以上のプロセッサ１２４はまた、１つ以上のプロセッサ１０４から独立して、送信された光信号を同じまたは同様の方法で調整するように構成されてもよい。図４では、１つ以上のプロセッサ１０４および／または１つ以上のプロセッサ１２４によって実行されることができる本開示の態様にかかるフロー図４００が示されている。図４は、特定の順序でブロックを示しているが、順序は変更されてもよく、その複数の動作が同時に実行されてもよい。また、動作が追加または省略されてもよい。

ブロック４０２において、第１の通信デバイスの１つ以上のプロセッサ１０４は、第２の通信デバイス１２２からの通信リンク２２の受信電力に関連する光信号データを受信する。信号データは、相対受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）、ビット誤り率、符号語誤り率、フレーム誤り率、またはチャネル状態に相関する他のタイプの測定値を含むことができる。いくつかの実装形態では、１つ以上のプロセッサ１０４は、ＲＳＳＩなどの受信した光信号データからデータを導出することができる。信号データは、第２の通信デバイスから光信号、ＲＦ信号などを介して受信することができる。命令は、継続的に、または０．１秒またはそれ以上またはそれ以下の秒毎などの定期的な間隔で受信されることができる。信号データは、第１の通信デバイスのメモリ１０６に記憶されてもよい。

ブロック４０４において、１つ以上のプロセッサ１０４は、光信号データが時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性があるかどうかを判定する。最小受信電力は、第２の通信デバイス１２２の受信機１３４に必要な電力量、または第１の通信デバイス１０２および第２の通信デバイス１２２の環境に存在する電力量など、通信リンクが必要とする量であってもよい。１つ以上のプロセッサ１０４は、１ミリ秒、１秒、５分、１時間、またはそれ以上またはそれ以下などの設定時間間隔にわたって受信電力を追跡して、設定時間間隔にわたる受信電力の傾向を特定することができる。傾向は、例えば、設定された時間枠における平均的な変化とすることができる。受信電力が次の時間間隔内に最小受信電力閾値を下回るかどうかを予測するために、次の時間間隔にわたって傾向を外挿することができる。

ブロック４０６において、光信号データが設定された時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性が高いと判定された場合、１つ以上のプロセッサ１０４は、最小オンサイクル長および予測ＥＤＦＡ出力電力に基づいて第１の通信デバイス１０２の送信機１１２のデューティサイクルを判定するように構成される。デューティサイクルのバーストサイクルは、第１の通信デバイス１０２の送信機１１２が１回オンおよびオフになる期間として定義されることができる。換言すれば、バーストサイクルは、１つのオンサイクルおよび１つのオフサイクルを含む。オンサイクルは、送信機１１２が光信号を送信している期間のバーストサイクルのパーセンテージとして定義されることができる。同様に、オフサイクルは、送信機１１２がオフで信号を送信していない期間のバーストサイクルのパーセンテージとして定義されることができる。送信機１１２のデューティサイクルとして判定されるために、候補デューティサイクルは、最小オンサイクル長および予測ＥＤＦＡ出力電力についての１つ以上の要件を満たすために必要とされることができる。

デューティサイクルの判定は、少なくとも最小オンサイクル長を有する候補デューティサイクルの選択を含む。最小オンサイクル長は、第２の通信デバイス１２２の受信機１３４が信号を取得し、遠隔光通信システムのクロックを同期するのに必要な平均時間に応じて事前に判定されることができる。例えば、平均時間は、数百マイクロ秒以上またはそれ以下とすることができる。追加的にまたは代替的に、最小オンサイクル長は、信号に必要な最小パケットサイズまたは各オンサイクルの最小ビット数にしたがって事前に判定されることができる。

デューティサイクルを判定することは、候補デューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力を判定することをさらに含む。ＥＤＦＡの予測出力電力は、ＥＤＦＡの既知の挙動を説明するアルゴリズムを使用して、機械学習を使用して、または複数のデューティサイクルについてのＥＤＦＡ予測出力電力のデータベースを使用して判定されることができる。

アルゴリズムの場合、ＥＤＦＡの既知の動作は、（ｉ）ＥＤＦＡが平均電力制限されているため、オンサイクル長が短くなるにつれて出力電力が増加すること、（ｉｉ）出力電力の初期オーバーシュート、（ｉｉｉ）オンサイクル中の出力電力の減衰、および（ｉｖ）ノイズレベルを含む。図５は、第１の候補デューティサイクル５０２、第２の候補デューティサイクル５０４、第３の候補デューティサイクル５０６、および第４の候補デューティサイクル５０８についての予測ＥＤＦＡ出力電力の例を示している。各候補デューティサイクルは、同じ周波数および同じ入力電力を有する入力信号用である。第１の候補デューティサイクル５０２は、１０マイクロ秒の期間と４０％のオンサイクルを有する。第２の候補デューティサイクル５０４は、１０マイクロ秒の期間と３０％のオンサイクルを有する。第３の候補５０６のデューティサイクルは、１０マイクロ秒の期間と２０％のオンサイクルを有する。第４の候補デューティサイクル５０８は、１０マイクロ秒の周期と１０％のオンサイクルを有する。図５に示すように、出力電力の平均振幅は、オンサイクル長が短くなるにつれて増加し、第１の候補５０２で約０．３Ｗ、第２の候補５０４で約０．５Ｗ、第３の候補５０６で約１Ｗ、および第４の候補５０８で約１．８Ｗである。また、図５の各候補について、各オンサイクルの開始時間５１０でのピークと、開始時間５１０からそれぞれの終了時間５１２、５１４、５１６、および５１８までのグラフの段階的な負の勾配によって示されるように、電力の初期オーバーシュートがあり、その後に徐々に減衰する。自然放出光の増幅による電力変動などの高周波ノイズもまた、予測ＥＤＦＡ出力電力に含まれることができる。

候補デューティサイクルが満たす必要のある予測ＥＤＦＡ出力電力に対する１つ以上の要件は、最小受信電力および／または最大受信誤り率を含むことができる。ここで、デューティサイクルを判定することは、候補デューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力が最小受信電力および／または最大誤り率を満たすかどうかを判定することを含む。１つ以上のプロセッサは、次の時間間隔の終わりに外挿された受信電力と最小受信電力との間の差分値を判定することができる。別の実装形態では、１つ以上のプロセッサは、次の時間間隔の終わりに外挿された誤り率と最大誤り率との差分値を判定することができる。予測ＥＤＦＡ出力電力が少なくとも差分値だけ出力電力を増加させる場合、１つ以上のプロセッサ１０４は、予測ＥＤＦＡ出力電力が最小受信電力を満たすと判定することができる。

いくつかの例では、候補デューティサイクルが満たす必要のある予測ＥＤＦＡ出力電力についての１つ以上の要件は、出力電力の最大初期オーバーシュートを含むことができる。この例でデューティサイクルを判定することは、候補デューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力が出力電力の最大初期オーバーシュートを超えないことを判定することを含む。最大初期オーバーシュートは、第２の通信デバイス１２２の受信機１３４の許容可能な電力レベルの範囲、または受信機１３４に損傷を与える可能性のある量に基づいて判定されることができる。デューティサイクルの最小オンサイクルパーセンテージは、最大初期オーバーシュートに基づいて判定されることができる。この例では、候補デューティサイクルが上述した他の要件に加えて最大初期オーバーシュートも満たす場合、デューティサイクルは、候補デューティサイクルの特性を有すると判定される。

１つ以上の要件はまた、必要に応じてデータスループットの最大化も含むことができる。この例でのデューティサイクルの判定は、候補デューティサイクルがデータスループットを最大化することを判定することを含む。最大データスループットのこの判定は、通信リンク２２の利用データ、通信リンク２２の動作情報、通信リンク２２のチャネル容量（誤りのない非冗長ビットの数）、または通信リンク２２の他の特徴に基づくことができる。

ブロック４０８において、１つ以上のプロセッサ１０４は、判定されたデューティサイクルを使用して送信機１１２を動作させるように構成される。送信機１１２の動作は、オンサイクル期間中にシードレーザをオンにし、オフサイクル期間中にシードレーザをオフにすることを含む。さらに、送信機を動作させることはまた、予測された初期オーバーシュートおよび予測された減衰率を含む、ＥＤＦＡの予測出力電力に基づいてデータ送信レートを調整することも含むことができる。データ送信レートは、予測された初期オーバーシュート中により高いレートで始まり、出力電力の減衰率に比例して減衰することができる。

ブロック４０２、４０４、４０６、および４０８を含む、送信された光信号を調整するプロセスは、連続的にまたは間隔をおいて繰り返されてもよい。間隔は、例えば、ミリ秒の時間スケールとすることができる。あるいは、第２の通信デバイス１２２の１つ以上のプロセッサ１２４は、第１の通信デバイス１０２または別の遠隔通信デバイスから受信した受信電力に関連する光信号データにしたがって、ブロック４０２、４０４、４０６、および４０８に示すステップを実行することができる。

代替の実装形態では、デューティサイクルを判定することは、光送信機のオンサイクルを１０％などの増分ステップで減少させることを含む。この判定されたデューティサイクルは、光送信機を使用して実装されることができ、更新された受信電力が受信されることができる。更新された受信電力が最小受信電力を下回る場合、デューティサイクルは、増分ステップによって再び減少されることができる。更新された受信電力が最小受信電力と同じかそれを上回る場合、それ以上の変更は行われない。

本方法は、受信電力の正の傾向を特定し、受信電力を減少させるためにデューティサイクルを増加させることにより、受信電力が第２の時間間隔内に最大受信電力を超える可能性が高いことを判定することをさらに含むことができる。最大受信電力は、第２の通信デバイス１２２の受信機１３４の許容可能な電力レベルの範囲、または受信機１３４に損傷を与える可能性のある量とすることができる。

特段の記述がない限り、前述の代替的な例は、相互に排他的ではないが、独自の有益点を達成するために様々な組み合わせで実施されることができる。上で考察される特徴のこれらおよび他の変形および組み合わせは、特許請求の範囲によって定義される主題から逸脱することなく利用することができるため、実施形態の前述の説明は、特許請求の範囲によって定義される主題の限定としてではなく、例示としてみなされるべきである。さらに、本明細書に記載された実施例、ならびに「など」、「含む」などと表現された語句の提供は、特許請求の範囲の主題を特定の実施例に限定するものと解釈されるべきではなく、むしろ、実施例は、多くの可能な実施形態のうちの１つのみを例示することが意図される。さらに、異なる図面中の同じ参照符号は、同じまたは類似の要素を特定することができる。

Claims (17)

1. 光通信システムであって、
   光信号を出力する光送信機であって、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を含む光送信機と、
   前記光送信機に動作可能に結合された１つ以上のプロセッサと、を含み、前記１つ以上のプロセッサが、
   遠隔通信システムから通信リンクの受信電力に関連する光信号データを受信し、
   前記受信電力が時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性が高いと判定し、
   前記受信電力が前記時間間隔内に前記最小受信電力を下回る可能性が高いとの判定に応じて、前記光送信機のデューティサイクルを判定し、
   前記判定されたデューティサイクルを使用して前記光送信機を動作させて、前記通信リンク上で前記光信号を送信するように構成され、
   前記デューティサイクルを判定することが、
   少なくとも最小オンサイクル長を有する選択された候補デューティサイクルと、
   前記選択された候補デューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力と、
   前記候補デューティサイクルについての前記予測ＥＤＦＡ出力電力が前記最小受信電力を満たすとの判定と、
   前記デューティサイクルが前記最小受信電力を満たすときに、前記デューティサイクルが前記候補デューティサイクルと同じ特性を有するとの判定と、に基づいて前記デューティサイクルを判定することを含む、システム。
2. 前記光信号データが、受信電力の複数の測定値を含み、
   前記１つ以上のプロセッサが、前記時間間隔にわたる前記複数の測定値の特定された傾向に基づいて、前記受信電力が前記時間間隔内に前記最小受信電力を下回る可能性が高いと判定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記光信号データが、受信電力の複数の測定値を含み、
   前記１つ以上のプロセッサが、前記複数の測定値の傾向の前記時間間隔への外挿に基づいて、前記受信電力が前記時間間隔内に前記最小受信電力を下回る可能性が高いと判定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記１つ以上のプロセッサが、前記光送信機の複数のデューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力のアクセス可能なデータベースに基づいて、前記デューティサイクルを判定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
5. 前記１つ以上のプロセッサが、さらに、
   前記通信リンクの受信電力に関連する更新された光信号データを受信し、
   前記最小オンサイクル長および前記予測ＥＤＦＡ出力電力に基づいて、前記光送信機の更新されたデューティサイクルを判定し、前記更新されたデューティサイクルを使用して前記光送信機を動作させる、ように構成される、請求項１に記載のシステム。
6. 前記１つ以上のプロセッサが、さらに、
   前記通信リンクの受信電力に関連する更新された光信号データを受信し、
   前記受信電力が第２の時間間隔内に最大受信電力を超える可能性が高いと判定し、
   前記受信電力が前記第２の時間間隔内に前記最大受信電力を超える可能性が高いと判定した後、前記最小オンサイクル長および前記予測ＥＤＦＡ出力電力に基づいて前記光送信機の更新されたデューティサイクルを判定し、前記更新されたデューティサイクルを使用して前記光送信機を動作させる、ように構成される、請求項１に記載のシステム。
7. 前記１つ以上のプロセッサが、前記光送信機を動作させて、前記予測ＥＤＦＡ出力電力のオーバーシュート中のより高いデータ送信レートと、前記予測ＥＤＦＡ出力電力の減衰中のより低いデータ送信レートとを達成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
8. 通信リンクを介して光送信機を動作させる方法であって、
   １つ以上のプロセッサによって、遠隔通信システムからの通信リンクの受信電力に関連する光信号データを受信することと、
   前記１つ以上のプロセッサによって、前記受信電力が時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性があると判定することと、
   前記受信電力が前記時間間隔内に前記最小受信電力を下回る可能性が高いとの判定に応じて、前記１つ以上のプロセッサが、前記光送信機のデューティサイクルを判定することと、
   前記１つ以上のプロセッサによって、前記判定されたデューティサイクルを使用して前記光送信機を動作させて、前記通信リンク上で光信号を送信することと、を備え、
   前記デューティサイクルを判定することが、
   少なくとも最小オンサイクル長を有する候補デューティサイクルを選択することと、
   前記候補デューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力を判定することと、
   前記候補デューティサイクルについての前記予測ＥＤＦＡ出力電力が前記最小受信電力を満たすかどうかを判定することと、
   前記デューティサイクルが前記最小受信電力を満たすとき、前記デューティサイクルが前記候補デューティサイクルと同じ特性を有すると判定することと、を含む、方法。
9. 前記光信号データが、受信電力の複数の測定値を含み、
   前記受信電力が前記時間間隔内に前記最小受信電力を下回る可能性があると判定することが、前記時間間隔にわたる前記複数の測定値の傾向を特定することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記光信号データが、受信電力の複数の測定値を含み、
    前記受信電力が前記時間間隔内に前記最小受信電力を下回る可能性が高いと判定することが、
    前記時間間隔の前に前記複数の測定値の傾向を特定することと、
    前記傾向を前記時間間隔に外挿することと、を含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記デューティサイクルを判定することが、前記光送信機の複数のデューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力のデータベースにアクセスすることを含む、請求項８に記載の方法。
12. さらに、
    前記１つ以上のプロセッサによって、前記通信リンクの受信電力に関連する更新された光信号データを受信することと、
    前記１つ以上のプロセッサによって、前記最小オンサイクル長および前記予測ＥＤＦＡ出力電力に基づいて前記光送信機の更新されたデューティサイクルを判定することと、前記１つ以上のプロセッサによって、前記更新されたデューティサイクルを使用して前記光送信機を動作させることと、を含む、請求項８に記載の方法。
13. さらに、
    前記１つ以上のプロセッサによって、前記通信リンクの受信電力に関連する更新された光信号データを受信することと、
    前記１つ以上のプロセッサによって、前記受信電力が第２の時間間隔内に最大受信電力を超える可能性が高いと判定することと、
    前記受信電力が前記第２の時間間隔内に前記最大受信電力を超える可能性が高いと判定した後、前記１つ以上のプロセッサが、前記最小オンサイクル長および前記予測ＥＤＦＡ出力電力に基づいて前記光送信機の更新されたデューティサイクルを判定することと、前記１つ以上のプロセッサによって、前記更新されたデューティサイクルを使用して前記光送信機を動作させることと、を含む、請求項８に記載の方法。
14. プログラムのコンピュータ可読命令が記憶されている非一時的な有形のコンピュータ可読記憶媒体であって、前記命令が、第１の通信デバイスの１つ以上のプロセッサによって実行されると、前記１つ以上のプロセッサに方法を実行させ、前記方法が、
    第２の通信デバイスから通信リンクの受信電力に関連する光信号データを受信することと、
    前記受信電力が時間間隔内に最小受信電力を下回る可能性が高いと判定することと、
    前記受信電力が前記時間間隔内に前記最小受信電力を下回る可能性が高いとの判定に応じて、光送信機のデューティサイクルを判定することと、
    前記判定されたデューティサイクルを使用して前記光送信機を動作させて、前記通信リンク上で光信号を送信することと、を含み、
    前記デューティサイクルを決定することが、
    少なくとも最小オンサイクル長を有する候補デューティサイクルを選択することと、
    前記候補デューティサイクルについての予測ＥＤＦＡ出力電力を判定することと、
    前記候補デューティサイクルについての前記予測ＥＤＦＡ出力電力が前記最小受信電力を満たすかどうかを判定することと、
    前記デューティサイクルが前記最小受信電力を満たすとき、前記デューティサイクルが前記候補デューティサイクルと同じ特性を有すると判定することと、を含む、媒体。
15. 前記光信号データが、受信電力の複数の測定値を含み、
    前記受信電力が前記時間間隔内に前記最小受信電力を下回る可能性があると判定することが、前記時間間隔にわたる前記複数の測定値の傾向を特定することを含む、請求項１４に記載の媒体。
16. 前記光信号データが、受信電力の複数の測定値を含み、
    前記受信電力が前記時間間隔内に前記最小受信電力を下回る可能性が高いと判定することが、
    前記時間間隔の前に前記複数の測定値の傾向を特定することと、
    前記傾向を前記時間間隔に外挿することと、を含む、請求項１４に記載の媒体。
17. 前記方法が、さらに、
    前記通信リンクの受信電力に関連する更新された光信号データを受信することと、
    前記受信電力が第２の時間間隔内に最大受信電力を超える可能性が高いと判定することと、
    前記受信電力が前記第２の時間間隔内に前記最大受信電力を超える可能性が高いと判定した後、前記最小オンサイクル長および前記予測ＥＤＦＡ出力電力に基づいて前記光送信機の更新されたデューティサイクルを判定することと、
    前記更新されたデューティサイクルを使用して前記光送信機を動作させることと、を含む、請求項１４に記載の媒体。

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