ミリメートル波信号を変調および復調する方法ならびに方法
システムは、光プロセッサを含む。光プロセッサは、側波帯発生器と、光フィルタと、位相シフト・キーイング（ＰＳＫ）変調器とを含む。側波帯発生器は、光信号のキャリア周波数を中心とする光周波数側波帯を発生する。光フィルタは、光ミリメートル波信号を発生するために対象の光側波帯を用いることができるように、前記光周波数側波帯と前記光キャリア周波数との間で弁別する。ＰＳＫ変調器は、光スプリッタと、光位相遅延ユニットと、２つ以上の光ゲートと、光コンバイナとを含む。光スプリッタは、前記光ミリメートル波信号を２つ以上の中間信号に分割する。光位相遅延ユニットは、各中間信号が残りの中間信号に対して別個の位相関係を有するように、前記中間信号の内１つ以上を遅延させる。光ゲートは、制御入力に基づいて、相対的に高い振幅と相対的に低い振幅との間で各中間信号を個々に変調する。光コンバイナは、前記ゲートされた中間信号を組み合わせて、１つのＰＳＫ変調光ミリメートル波信号を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ミリメートル波信号を変調および復調する方法ならびにシステムに関する。更に特定すれば、本開示は、光ミリメートル波信号を変調するように動作可能なフォトニック・デバイス(photonic device)および電気ミリメートル波信号を復調するように動作可能な電気デバイスに関与する。
【従来技術】
【０００２】
限定ではなく、例示として、高周波信号の発生および変調に対する関心が高まりつつある。例えば、本発明者は、ＴＨｚスペクトル（０．１から１０ＴＨｚ）における信号が、撮像用途およびワイヤレス用途において重大な利用価値を見出す可能性があると考えている。撮像では、ＴＨｚスペクトルは、壁、カーゴ・コンテナ、およびその他の可視障壁を貫通する高い分解能の撮像を提供することができる。これらの高周波信号上への変調は、分解能を高めることができ、所望のターゲットをクラッタから分離する能力を設けることができると考えられる。ワイヤレス・データ通信では、ＴＨｚスペクトルによって、非圧縮高品位テレビジョン・チャネルの送信のために、超高データ伝送（１０Ｇｂ／ｓ）が可能になると見られる。ＴＨｚスペクトルには、未だ発見されていないものも含めて、他の使用も考えられている。しかしながら、コヒーレントなＴＨｚおよびその他の高周波信号の発生および変調のためのシステムを設計しようとする者には、重大な設計上の課題が直面する。
【０００３】
例えば、ミリメートル波キャリア周波数（３０ＧＨｚから３００ＧＨｚ）は、高データ・レートを達成するのに前途有望な手法を提供する。７０ＧＨｚで動作する商用ミリメートル波システムは、１Ｇｂ／ｓのレートでデータ・リンクを復調している。これらのデータ・レートは、このキャリア周波数で期待されていた程には高くない。何故なら、ミリメートル波ソースは、従前より直接変調されておらず、変わりに、それよりも低い中間周波数において変調が行われるからである。一般に、中間周波数（典型的に１１ＧＨｚ）では、データ・レートは約１０パーセントに、約１Ｇｂ／ｓに制限される。
【０００４】
公開特許出願ＵＳ２００８／０１９９１２４Ａ１において紹介されているような、ミリメートル波信号を発生および変調する光学的手法では、光キャリア上で変調を実行し、１０Ｇｂ／ｓを超えるデータ・レートを容易に扱うことができる。今日まで、これらの光学的手法は、オン−オフ・キーイング変調方式(on-off keying modulation scheme)を用いている。しかしながら、オン−オフ・キーイング変調は、スペクトル効率が高くなく、データ・レートのビット／秒毎に約１Ｈｚの帯域幅を消費する。例えば、約１００ＧＨｚのミリメートル波キャリアに対する１０Ｇｂ／ｓ（ギガビット／秒）のワイヤレス・データ・レートは、通例、１０ＧＨｚの帯域幅を占有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、ディジタル・データ送信のスペクトル効率を高めるための努力において、ミリメートル波キャリア上での位相および／または振幅変調を行うための電気光学変調器の使用に関する。直角位相シフト・キーイング(quadrature phase shift keying)のような位相変調技法は、スペクトル効率が高いことが示されており、スペクトル効率が２、即ち、１Ｈｚの帯域幅が２ビット／秒のデータを含む。位相変調技法および直角振幅変調（ＱＡＭ）のような振幅変調技法の組み合わせにより、更に一層高いスペクトル効率を提供することができる。
【０００６】
本開示は、ミリメートル波発生および変調のフォトニック手法を、ミリメートル波の振幅および位相双方を制御するために用いることができることを示す。これによって、高次の位相変調およびＱＡＭを行うことができるようになる。これらは双方共、スペクトル効率が高い。スペクトル効率が高い変調方式は、標準的なオン−オフ・キーイング変調手法よりも消費する帯域幅が少なくて済む。
【０００７】
典型的な経験法則では、キャリア周波数はその帯域幅の１０パーセントをデータのために用いることができることが示唆されている。言い換えると、１０ＧＨｚキャリアは１Ｇｂ／ｓでデータを送信するために用いることができ、１００ＧＨｚキャリアは１０Ｇｂ／ｓでデータを送信するために用いることができる等となる。スペクトル効率が高いコーディングによって、許容帯域幅内により多くのビットを収容することが可能になる。一例として、直角位相シフト・キーイング（ＱＰＳＫ）は、ヘルツ当たり２ビット／秒のスペクトル効率を有し、１０ＧＨｚの帯域幅内に２０Ｇｂ／ｓをエンコードすることができる。直角振幅変調（ＱＡＭ）のような更に効率的なコーディング方法では、同じ帯域幅内において更に高いデータ・レートを得ることができる。
【０００８】
変調ミリメートル波信号の発生に加えて、その中に含まれるエンコード・データを再現するために、受信時にこのような信号を復調することも望まれる。位相シフト・キーイング（ＰＳＫ変調）ミリメートル波信号を復調するように設計されている多くの受信機は、位相ロック・ループ（ＰＬＬ）回路を用いることが多い。位相ロック・ループは、変調ミリメートル波信号の位相を検出することができるように、キャリア周波数に同期しそれに「ロックする」。しかしながら、ミリメートル波周波数（例えば、７０ＧＨｚ）でＰＬＬを設計することは、困難であり比較的費用が嵩む可能性がある。したがって、ＰＬＬを必要とせずに、位相変調ミリメートル波信号を復調することができる受信機の設計が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、システムは光プロセッサを備えている。光プロセッサは、側波帯発生器と、光フィルタと、位相シフト・キーイング（ＰＳＫ）変調器とを含み、側波帯発生器が、光信号のキャリア周波数を中心とする光周波数側波帯を発生するように構成されており、光フィルタが、光ミリメートル波信号を発生するために対象の光側波帯を用いることができるように、光周波数側波帯と光キャリア周波数との間で弁別するように構成されており、ＰＳＫ変調器が、光スプリッタと、光位相遅延ユニットと、２つ以上の光ゲートと、光コンバイナとを含み、光スプリッタが、光ミリメートル波信号を２つ以上の中間信号に分割するように構成されており、光位相遅延ユニットが、各中間信号が残りの中間信号に対して別個の位相関係を有するように、中間信号の内１つ以上を遅延させるように構成されており、光ゲートが、制御入力に基づいて、相対的に高い振幅と相対的に低い振幅との間で各中間信号を個々に変調するように構成されており、光コンバイナが、ゲートされた中間信号を組み合わせて、１つのＰＳＫ変調光ミリメートル波信号を得るように構成されている。
【００１０】
本発明の他の実施形態によれば、ＰＳＫ変調電気ミリメートル波信号Ａ０を復調する受信機は、信号調整モジュールと、移相モジュールと、弁別モジュールとを備えている。信号調整モジュールが、ミリメートル波信号Ａ０を受信し、ミリメートル波信号にエンコードされているデータのシンボル遅延に遅延が対応するように、遅延ミリメートル波信号Ｂ０を発生し、移相モジュールが、移相ミリメートル波信号Ａ１を生成するように、ミリメートル波信号Ａ０の位相をシフトし、移相モジュールが、移相遅延ミリメートル波信号Ｂ１を生成するように、遅延ミリメートル波信号Ｂ０の位相をシフトし、弁別モジュールがＡ０およびＢ１の位相を比較し、Ｂ０およびＡ１の位相を比較し、これら２つの比較に基づいて４つの出力を発生し、各出力が、当該出力の相対的振幅がＡ０のＢ０に対する位相に対応するように、ミリメートル波信号の位相の内１つと関連している。
【００１１】
本発明の更に別の実施形態によれば、データをミリメートル波信号によって送信する方法は、光信号のキャリア周波数を中心とする光周波数側波帯を発生するステップと、光ミリメートル波信号を発生するために、光周波数側波帯と光キャリア周波数との間で弁別するステップと、光ミリメートル波信号を２つ以上の中間信号に分割するステップと、各中間信号が残りの中間信号に対して別個の位相関係を有するように、中間信号の内１つ以上を遅延させるステップと、中間信号の１つが相対的に高い振幅を有し、残りの中間信号が相対的に低い振幅を有するように、制御入力に基づいて、中間信号を変調するステップと、中間信号を再度組み合わせて、１つの位相変調光ミリメートル波信号を得るステップとを備えている。
【００１２】
図面に示す実施形態は、その本質上例示的(illustrative and exemplary)であり、特許請求の範囲によって定められる発明を限定することを意図するのではない。例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と合わせて読むと理解することができる。図面においては、同様の構造は同様の参照番号で示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本開示の一実施形態によるシステムの模式図である。
【図２】図２は、本開示の一実施形態による受信機の模式図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本開示の一実施形態による指向性カプラの模式図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本開示の一実施形態による指向性カプラの入力／出力関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書において記載する実施形態は、一般的に、ミリメートル波信号を変調および復調する方法ならびにシステムに関する。光ミリメートル（ＭＭＷ）信号の位相および／または振幅を変調するために、フォトニック・デバイスを用いることができる。信号調整モジュール、遅延モジュール、および弁別モジュールを備えている受信機を、電気ＭＭＷ信号を復調するために用いることができる。尚、「光ＭＭＷ信号」とは光ドメインにおけるＭＭＷ信号であり、一方「電気ＭＭＷ信号」とは電気または電磁ドメインにおけるＭＭＷ信号であることを記しておく。
【００１５】
ＭＭＷ通信においてデータを変調するために、フォトニック方法およびシステムを用いることができる。例えば、フォトニック・デバイスは、光ＭＭＷ信号に、ディジタル・データ入力を表す情報をエンコードするように、その位相を変調するように動作可能なものもある。この光ＭＭＷ信号は、同様に振幅変調することもできる。変調後、光ＭＭＷ信号を電気信号に変換し、アンテナによって対応する受信機にワイヤレスで送信することができる。別の実施形態では、受信機が変調ワイヤレス信号を受信し、それを電気信号に変換し、変調電気ＭＭＷ信号にエンコードされているディジタル・データを再現するように、それを復調することができる。
【００１６】
図１は、ＭＭＷ信号を変調および／または復調することができるシステム１００の一実施形態を示す。ＭＭＷ信号の変調に関して、システム１００は光プロセッサ２００を備えることができる。光プロセッサ２００は、変調光ＭＭＷ信号を発生するために光信号を操作するフォトニック・デバイスを備えることができる。更に、本システムは、出力／電気（Ｏ／Ｅ）変換器３４０を備えることができる。変換器３４０は、変調光ＭＭＷ信号を変調電気ＭＭＷ信号に変換するように動作可能であればよい。加えて、本システムは、変調電気ＭＭＷ信号をワイヤレスＭＭＷ信号３６０に変換することができる送信アンテナ３５０も備えることができる。また、本システムは受信機４００も備えることができる。受信機４００は、ワイヤレスＭＭＷ信号を受信し、この信号内にエンコードされているあらゆるデータを再現できるように、これを復調することができる。
【００１７】
図１の光プロセッサ２００は、側波帯発生器２１０、光フィルタ２２０、および位相シフト・キーイング（ＰＳＫ）変調器２３０を備えることができる。一般に、光プロセッサ２００は、光信号をプロセッサ全体に送出するように構成されている導波路および光ファイバの組み合わせを含むことができる。具体的には、光プロセッサ２００は、光キャリアおよび関連する側波帯をレーザ・ソース３００から側波帯発生器２１０、光フィルタ２２０、およびＰＳＫ変調器２３０に送出するように構成することができる。
【００１８】
側波帯発生器２１０は、電気光学干渉計として構成することができる。更に具体的には、これは、マッハ−ゼンダー干渉計として構成することができ、この干渉計の入力セグメントにおいて伝搬する光信号が、例えば、Ｙ−スプリッタにおいて２つの等しい部分に分割される。これら２つの信号は、干渉計の２本のアームを伝搬して行き、その後、例えば、Ｙ−コンバイナによって再結合される。２つの光信号がＹ−コンバイナにおいて同相である場合、これらの信号は加算的に干渉し、最大強度が出力導波路を伝搬する。しかしながら、２つの光信号が位相シフトの場合、信号は減算的に干渉し、出力強度は低下する。Ｙ−コンバイナにおける信号がπラジアンだけ位相シフトである場合、２つの信号は減算的に干渉し、出力が最小になると考えられる。
【００１９】
振幅コントローラ３１０は、光周波数側波帯の振幅を調節するために、側波帯発生器２１０を駆動する電気駆動信号３１５を発生し、究極的に変調すべき光ミリメートル波信号を発生するように構成することができる。電気駆動信号３１５のレベルがこれらの振幅を決定することができる。例えば、比較的低い電圧で側波帯発生器２１０を駆動する場合、高調波の振幅は非常に低くなると考えられる。しかしながら、駆動電圧が高くなるに連れて、高調波の振幅は基本波よりも大きくなる。
【００２０】
一実施形態では、振幅コントローラ３１０は、側波帯発生器２１０に対象の光周波数側波帯を発生させるために、比較的一定電圧の電気駆動信号を印加することができる。この実施形態では、システム１００は光ＭＭＷ信号の位相だけを変調すればよい。代替実施形態では、振幅コントローラ３１０は、２つ以上の電圧レベルを有する電気駆動信号３１５を印加することもできる。これによって、光ＭＭＷ信号の振幅を２つ以上の別個の状態間で変化させることが可能になる。このように、振幅コントローラ３１０は、光ＭＭＷ信号の振幅を変調するように動作可能であればよい。
【００２１】
側波帯発生器２１０の一例として、１５５０ｎｍ光信号を１２ＧＨｚで変調する場合、基本変調周波数および任意の高調波が、１５５０ｎｍキャリアから±０．０８ｎｍにおいて、光キャリア上に側波帯として現れることができる。つまり、優勢な側波帯は１５４９．５２ｎｍおよび１５５０．４８ｎｍに存在することができる。周波数ドメインでは、これらの波長は、それぞれ、１９３，６０８．４ＧＨｚおよび１９３，４８８．４ＧＨｚに対応する。これら２つの周波数の間の差は、１２０ＧＨｚとなる。これは、１２ＧＨｚ変調周波数の第５高調波に対応する（即ち、±５＊１２ＧＨｚまたは±６０ＧＨｚ）。対象の側波帯は、側波帯発生器２１０からの光信号出力よりも優勢である必要はないと考えられる。むしろ、本開示の多くの実施形態では、側波帯発生器の出力において、対象の周波数側波帯の大きさは、光フィルタの光入力における光キャリア信号の大きさの少なくも１０％であることが確保できさえすれば十分であると思われる。
【００２２】
引き続き図１を参照すると、光フィルタ２２０は、所望の側波帯を選択し、キャリア周波数およびあらゆる不要な側波帯を除去するように構成されている。この光濾波機能は、種々の技術を用いて遂行することができ、ブラッグ格子反射フィルタ、波長選択マッハ−ゼンダーフィルタ、多層薄膜光フィルタ、アレイ状導波路格子（ＡＷＧ）、マイクロ・リング共振フィルタ、および波長選択的な指向性カプラ・フィルタが含まれる。アレイ状導波路格子は、非常に狭い帯域幅を特徴とする複数のチャネルを有する一体化光デバイスであるので、特に有用である。以下の論述は、ＡＷＧの使用に焦点を当てるが、他のフィルタも本発明にしたがって用いることができる。
【００２３】
ＡＷＧの役割は、望ましくない側波帯を濾波し、信号コンバイナ（図示せず）の協同により、対象の２つの側波帯を組み合わせることである。例えば、チャネル間隔が６０ＧＨｚ（Δλ＝０．４８ｎｍ）またはチャネル間隔が３０ＧＨｚ（Δλ＝０．２４ｎｍ）のＡＷＧは、１２０ＧＨｚシステムに非常に適している。側波帯の各々は、光フィルタ２２０の特性波長にしたがってその別々の出力チャネルから来ることができる。限定ではなく、例示として、側波帯発生器２１０の出力をＡＷＧに挿入すると、２つの所望の５次高調波が、比較的離れている２つのポートから出てくることができる。しかしながら、６０ＧＨｚのＡＷＧを用いると、所望の５次側波帯は、変位は少ないがなおも別個のポートから出てくる。３０ＧＨｚのＡＷＧの利点は、ポートの帯域幅が遥かに狭いことである。しかしながら、３０ＧＨｚのＡＷＧの方が、生産および動作が難しいことが多い。これらの理由のために、本発明の実施形態の中には、６０ＧＨｚのＡＷＧを光フィルタ２２０として利用することによって動作させることが好ましいものもあり得る。
【００２４】
光フィルタ２２０は、側波帯コンバイナ２２２を備えることができる。側波帯コンバイナ２２２は、濾波された側波帯を組み合わせて１つの光ＭＭＷ信号２２５を得るように構成するとよい。例えば、光フィルタ２２０が、１２０ＧＨｚ離間されている２つの側波帯を生成する場合、側波帯コンバイナ２２２はこれらの信号を組み合わせて、１２０ＧＨｚの基本周波数を有する１つの光ＭＭＷ信号を得るように動作するとよい。
【００２５】
更に図１を参照すると、位相シフト・キーイング（ＰＳＫ）変調器２３０は、光スプリッタ２３２、光位相遅延ユニット２３４、２つ以上の光ゲート２３６、および光コンバイナ２３８を備えることができる。光スプリッタ２３２は、光ＭＭＷ信号２２５を２つ以上の中間信号２３１に分割するように動作するとよい。例えば、直角位相シフト・キーイング（ＱＰＳＫ）システムでは、スプリッタは４つの中間信号を発生することができる。別の例として、オクタル(octal)位相シフト・キーイング・システム（ＯＰＳＫ）では、スプリッタは８つの中間信号を発生することができる。システムの要件に応じて、他の数の中間信号も発生することができる。
【００２６】
光位相遅延ユニット２３４は、各中間信号が残りの中間信号に対して別個の位相関係を有するように、中間信号２３１の内１つ以上を遅延させることができる。別個の位相関係を確立するために、中間信号の内１つを除いて全てを遅延させることが可能である。例えば、ＱＰＳＫシステムでは、先に論じたように、４つの中間信号があり得る。第１中間信号は全く遅延されなくてもよい。第２中間信号はπ／２ラジアン（即ち、波長の９０電気角度）だけ遅延させることができる。第３中間信号はπラジアンだけ遅延させることができる。第４中間信号は３π／２ラジアンだけ遅延させることができる。このように、４つの中間信号は、互いに対してπ／２（９０電気角度）だけ位相がシフトしていればよい。この例では、光ＭＭＷ周波数が９４ＧＨｚであると、第１中間信号は０ピコ秒（ｐｓ）遅延され、第２中間信号は２．６６ｐｓだけ遅延され、第３中間信号は５．３２ｐｓだけ遅延され、第４中間信号は７．９８ｐｓだけ遅延されることになる。あるいは、これらの中間信号全てを遅延させて、同じ位相関係を得ることもできる。別の例として、ＯＰＳＫシステムでは、８つの中間信号が互いに対してπ／４（４５電気角度）だけ位相はずれとなるように、遅延させることもできる。他の位相関係も同様に確立することができる。中間信号毎の遅延は、光プロセッサにおいて、中間信号毎に光路長を変化させることによって確立することができる。当技術分野において周知のものや今後発見されるものというような、遅延を確立するための他の技法も同様に用いることができる。
【００２７】
引き続き図１を参照すると、光ゲート２６は、制御入力３２５に基づいて、相対的に高い振幅および相対的に低い振幅の間で各中間信号を個々に変調するように構成することができる。光ゲート２３６は、中間光信号の強度を変調するために、任意の従来のデバイスまたは今後開発されるデバイスを備えることができる。例えば、限定としてではなく、図示した実施形態では、光ゲート２３６は、米国特許第７，１２３，７９３号に開示されている変調器アレイのような、個々に制御可能な電気光学変調器として構成されている。ゲートされた中間信号は、相対的に高いまたは相対的に低いと呼ばれる。何故なら、比較すると、相対的に高い中間信号は、相対的に低い中間信号よりも高い振幅を有するからである。この振幅の差は、受信機による２つの信号間の弁別を可能にする程に十分大きいとよい。一例として、相対的に高い中間信号は、光ゲートの前では、中間信号とほぼ同じ振幅を有してもよく、相対的に低い中間信号は０に近い振幅を有してもよい。
【００２８】
位相シフト・キーイングでは、一般に、光ゲート２３６への制御入力３２５は、２つの中間信号が同時に相対的に高い振幅とならないように構成されている。例えば、データ入力信号を位相変調するとき、各中間信号は、このデータ入力信号によって表される特定のデータ・パターンを表すことができる。ＱＰＳＫシステムでは、４つの位相の各々が、２ビット・データ入力信号の４つの状態００、０１、１０、および１１の内の１つを表すことができる。つまり、光ゲート２３６への制御入力３２５は、しかるべき中間信号が「ゲート・オン」（即ち、相対的に高くなる）とされ、残りの中間信号が「ゲート・オフ」（即ち、相対的に低くなる）とされるように構成するとよい。尚、光ゲートがそのそれぞれの中間信号を２つの状態に切り換えている遷移時間中に、中間信号の全てが相対的に低い状態になる場合、または２つ以上の中間信号が比較的高い状態になる場合があり得ることは、記すべきであろう。しかしながら、これらは一過性の状態であり、中間信号のタイミングが位相変調技法に適していることを確認する（例えば、中間信号を後に再度組み合わせるときに重複していないことを確認する）ために、これらの状態が必要となることもある。
【００２９】
光コンバイナ２３８は、中間信号を組み合わせて、１つのＰＳＫ変調光ＭＭＷ信号を得るように動作する。本開示に関して、光スプリッタまたは光コンバイナは、任意の従来からの構造または今後開発される構造を用いればよいと考えられる。例えば、光信号を分割し組み合わせるのに適した代替構造には、限定ではないが、２×２指向性結合領域、１×２指向性結合領域、１×２Ｙ信号スプリッタおよびコンバイナ、ならびに１×２および２×２マルチモード干渉エレメント・スプリッタおよびコンバイナが含まれる。これらの構造の具体的な設計パラメータは、本発明の範囲を超えており、米国特許第６，８５３，７５８号を含む、既存の情報源または今後の開発の情報源から得ることができる。
【００３０】
光プロセッサ２００は、更に、光増幅器２４０も備えることができる。これは、光コンバイナ２３８の出力に配置するとよい。何故なら、中間信号が遅延ユニット、光ゲート、および／または光コンバイナを通過するときに、何らかの減衰が中間信号に生じることがあるからである。光増幅器２４０は、組み合わされた中間信号の振幅を増大させるように動作することができる。これは、ＰＳＫ変調光ＭＭＷ信号と呼ばれる。
【００３１】
更に図１を参照すると、システム１００は、更に、光／電（Ｏ／Ｅ）変換器３４０も備えることができる。このＯ／Ｅ変換器は、ＰＳＫ変調光ＭＭＷ信号をＰＳＫ変調電気ＭＭＷ信号に変換するように動作することができる。つまり、Ｏ／Ｅ変換器は、本質的に、変調信号を光ドメインから電気ドメインに変換する。これは、信号の更なる処理または送信に有用となることができる。Ｏ／Ｅ変換器３４０は、ミリメートル波変調周波数を超過する３ｄＢ帯域幅を有する、単一走行キャリア（ＵＴＣ：uni-traveling carrier) フォトダイオードのような、高速フォトダイオードを備えるとよい。
【００３２】
送信アンテナ３５０は、ＰＳＫ変調電気ＭＭＷ信号を、例えば、受信機４００にワイヤレスで送信することができる信号に送信する(transmit)ように動作することができる。このアンテナは、例えば、Ｏ／Ｅ変換器から電気信号を受信することができる。このアンテナは、電気ＭＭＷ信号を送信するための任意の適した技術を備えていればよく、ワイヤレス信号を受信機４００または検出器（図示せず）に送出することができる。
【００３３】
加えて、システム１００は、光プロセッサ２００に光学的に結合することができるレーザ・ソース３００も備えることができる。レーザ・ソース３００は、光信号３０５を発生するように構成することができ、光信号３０５は側波帯発生器２１０に送出することができる。レーザ・ソースは、当技術分野で周知であるような、任意の適した技術を備えていればよい。
【００３４】
振幅コントローラ３１０は、本明細書において論ずる場合、光ＭＭＷ信号の振幅を調節するために、電気駆動信号を側波帯発生器２１０に対して発生するように動作可能であるとよい。振幅変調がシステムによって必要とされない場合、振幅コントローラ３１０は、光周波数側波帯の振幅が比較的一定となるように、駆動信号を側波帯発生器に発生することができる。あるいは、振幅変調がシステムによって必要とされる場合、振幅コントローラ３１０は、光周波数側波帯の２つ以上の別個の振幅が発生されるように、側波帯発生器への電気駆動信号を調節するように動作可能であるとよい。光周波数側波帯の振幅を変化させることにより、ＰＳＫ変調光ＭＭＷ信号の振幅を比例的に変化させるように動作可能となるとよい。振幅コントローラ３１０は、データ入力３３０に基づいて、振幅を調節するように構成することができる。例えば、Ｓ０およびＳ１と呼ばれる２つの別個の状態間で振幅を変調する場合、振幅コントローラは、データ入力が論理「０」であるときには振幅をＳ０に設定することができ、データ入力が論理「１」状態であるときには振幅をＳ１に設定することができる。振幅コントローラ３１０は、直角振幅変調（ＱＡＭ）を有する光ＭＭＷ信号を発生するように、ＰＳＫ変調器２３０と合わせて動作することができる。任意の数の別個の振幅状態が可能であるが、多くのディジタル・システムは２状態または４状態のいずれかを用いる。
【００３５】
ゲート発生回路３２０はＰＳＫ変調器２３０の光ゲート２３６の各々を制御するように動作可能であればよい。本明細書において論ずる場合、位相シフト・キーイングでは、一般に、中間信号の内１つだけが相対的に高い状態にゲートされ、残りの中間信号は同時に相対的に低い状態にゲートされる。ゲート発生回路３２０は、データ入力３３０を受けることができ、位相シフト・キーイングを遂行するように、光ゲート２３６への制御入力３２５を確定することができる。直角位相シフト・キーイング変調方式では、ゲート発生回路３２０は、各々論理「０」状態および論理「１」状態を有する２つの二進ディジット（ビット）を備えているデータ入力を受けることができる。このデータ入力に応答して、ゲート発生回路は、データ入力のビット・パターンに応じて、４つの中間信号の内１つのみが相対的に高い状態にゲートされるように、制御入力を設定することができる。以下の表１は、１つの可能な結果を示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
また、ゲート発生回路３２０は、他のタイプの位相変調キーイング(phase-modulated keying)を用いることができるように、光ゲート２３６に制御入力３２５を発生することもできる。例えば、オクタル位相シフト・キーイング（ＯＰＳＫ）方式では、光スプリッタ２３２は光ＭＭＷ信号を８つの中間信号に分割する。光位相遅延ユニット２３４は、これらの中間信号が互いに対して４５電気角度だけ位相がシフトするように、これらの中間信号の内１つ以上を遅延させるように構成することができる。その結果、８つの光ゲート２３６があり、１つを各中間信号と関連付けることができる。ゲート発生回路３２０は、３ビットの情報（８つの別個の状態を有する）を受けることができ、データ入力のビット・パターンに応じて、８つの中間信号の内１つのみが相対的に高い状態にゲートされるように、制御入力を設定することができる。他のタイプの位相シフト・キーイング変調も同様に用いることができる。
【００３８】
一般に、データ入力がｎ−ビット・コードを表す場合、ＰＳＫ変調器２３０および振幅コントローラ３１０は、電気信号３１５および制御入力３２５の位相を、ｎ−ビット・コードのビット・シーケンスに対応するｎ２個の利用可能な位相および振幅値の間で調節するように構成することができる。好ましくは、１組のｎ２個の利用可能な位相および振幅値は、少なくともｎ２／４個でｎ２／２個までの利用可能な位相値、および少なくともｎ２／８個でｎ２／４個までの０でない振幅値によって定められる。例えば、４−ビット・コードの場合、１組で１６個の利用可能な位相および振幅値が、少なくとも４つで８つまでの利用可能な振幅値および少なくとも２つで４つまでの０でない振幅値によって定められることが好ましいと考えられる。
【００３９】
これより図２を参照すると、受信機４００はＰＳＫ変調電気ＭＭＷ信号を復調するように動作可能であるとよく、信号調整モジュール４１０、移相モジュール４２０、および弁別モジュール４３０を備えることができる。加えて、受信機４００は、受信アンテナ４５０も備えることができる。位相変調ワイヤレスＭＭＷ信号３６０は、先に説明したシステムによって送信されたもののように、受信アンテナ４５０によって受信することができる。受信アンテナ４５０は、このワイヤレス信号を受信し、これを電気信号（ＰＳＫ変調電気ＭＭＷ信号と呼ぶ）に変換することができる。この電気信号は、シンボルＡ０によって便利に表すことができる。
【００４０】
信号調整モジュール４１０は、第１ディバイダ４１２およびシンボル遅延ユニット４１４を備えることができる。第１ディバイダ４１２は、Ａ０を２つの実質的に同様な信号に分割するように動作可能であるとよい。シンボル遅延ユニット４１４は、Ａ０を１シンボル遅延だけ遅延させるように動作可能であるとよく、１シンボル遅延は、Ａ０にエンコードされているデータ・パターン毎にシステムによって割り当てられる時間量として定められる。これは、通例、キャリア周波数の周期の約１０倍である。つまり、例えば、１００ＧＨｚでは、１シンボル遅延は約１００ｐｓとすればよい。１シンボル遅延だけ遅延されたＡ０信号は、Ｂ０と呼ぶと都合がよい。本質的に、Ａ０およびＢ０は、それぞれ、現在および直前の「シンボル」、即ち、位相シフト・キーイング変調電気ＭＭＷ信号にエンコードされているデータ・パターンを表す。例えば、ＱＰＳＫシステムでは、電気ＭＭＷ信号が「０１」およびそれに続く「１１」というデータ・パターンを含む場合、Ａ０は「１１」（現在の）データでエンコードされた変調ＭＭＷ信号を表し、Ｂ０は「０１」（直前の）データでエンコードされた変調ＭＭＷ信号を表す。
【００４１】
第１ディバイダ４１２は、ＭＭＷ方向カプラを備えるとよい。これは、混成カプラと呼ばれることもある。指向性カプラの一例に、Millitech社が製造するＣＳＳシリーズのShort Slot Hybrid Coupler（ショート・スロット混成カプラ）がある。典型的な指向性カプラ５００の模式図を図３Ａに示す。２つの入力Ｐ１およびＰ３、ならびに２つの出力Ｐ２およびＰ４がある。１つの入力のみを用いる場合（他方の入力は開放のまま放置される）、実質的に等しい振幅の２つの出力がＰ２およびＰ４において発生される。一方の出力は他方の出力に対して位相がシフトしておらず、一方、他方の入力は−π／２ラジアン（−９０電気角度）だけ位相がシフトしている。Ｐ１入力のみを用いる場合、出力Ｐ２は位相がシフトしていないが、Ｐ４は−９０゜だけ位相がシフトしている。Ｐ２入力のみを用いる場合、出力Ｐ４は位相がシフトしていないが、Ｐ２は−９０゜だけ位相がシフトしている。
【００４２】
再度図２の実施形態を参照すると、シンボル遅延ユニット４１４への入力は、第１ディバイダ４１２の出力Ｐ２となる。この出力は−９０゜位相がシフトしているので、Ｂ０は理論上１シンボル遅延＋９０゜だけ遅延されることになる。しかしながら、シンボル遅延は、通例、第１ディバイダ４１２によって生ずる９０゜の位相シフトよりも約４０倍大きくなる。この結果、第１ディバイダ４１２によって生ずる比較的小さい位相シフトを補償するように、シンボル遅延ユニット４１４を調節することができる。つまり、Ｂ０は、Ａ０に対して約１シンボル遅延だけ遅延させたままにしておくことができる。あるいは、第１ディバイダ４１２によってＢ０に生じたあらゆる位相シフトを補償するように、第１位相遅延ユニット４２４および／または第２位相遅延ユニット４２８を調節することもできる。他の補償技法も同様に用いることができる。
【００４３】
移相モジュール４２０は、第２ディバイダ４２２、第１位相遅延ユニット４２４、第３ディバイダ４２６、および第２位相遅延ユニット４２８を備えることができる。第２ディバイダ４２２は、ＭＭＷ方向カプラを備えることができ、Ａ０を２つの実質的に同様な信号に分割するように動作可能であるとよい。これらの信号の１つは、本明細書において既に論じたように、第２ディバイダ４２２によって−π／２ラジアン（−９０電気角度）だけ遅延させることができる。この同じ信号は、更に、Ａ０の位相シフト・バージョンを生成するように、第１位相遅延ユニット４２４によって遅延することができる。Ａ０の位相シフトをＡ１と呼ぶ。第１位相遅延ユニット４２４によって生じる位相遅延量は、電気ＭＭＷ信号の０と２πラジアン（３６０電気角度）との間とすることができる。例えば、受信機４００がＱＰＳＫ信号を復調するように設計されている場合、第１位相遅延ユニット４２４は９０度の位相遅延を生ずることができ、第２ディバイダによって生ずる９０度の遅延に加算されると、全遅延は１８０度になることができる。この場合、移相モジュール４２０は、０度の位相シフトを有するＡ０と、１８０度の位相シフトを有するＡ１とを発生することができる。Ａ１に対する他の位相シフト量（第２ディバイダ４２２または第１位相遅延ユニット４２４によって生ずる）も考えられる。
【００４４】
第３ディバイダ４２６は、指向性カプラを備えることができ、Ｂ０を２つの実質的に同様な信号に分割するように動作可能であるとよい。本明細書において既に論じたように、これらの信号の内１つを、第２ディバイダ４２２によって９０電気角度だけ遅延させることができる。Ｂ０の位相シフト・バージョンを生成するように、この同じ信号を更に第２位相遅延ユニット４２８によって遅延させることができる。Ｂ０の位相シフトをＢ１と呼ぶ。第２位相遅延ユニット４２８によって生じる位相遅延量は、電気ＭＭＷ信号の０と２π（３６０電気角度）との間とすることができる。例えば、受信機４００がＱＰＳＫ信号を復調するように設計されている場合、第２位相遅延ユニット４２８は０度の位相遅延を生ずることができ、第３ディバイダによって生ずる９０度の遅延に加算されると、全遅延は９０度になることができる。この場合、移相モジュール４２０は、０度の位相シフトを有するＢ０と、９０度の位相シフトを有するＢ１とを発生することができる。Ｂ１に対する他の位相シフト量（第３ディバイダ４２６または第２位相遅延ユニット４２８によって生ずる）も考えられる。
【００４５】
引き続き図２を参照すると、弁別モジュール４３０は、Ａ０およびＢ１の相対的な位相を比較し、Ｂ０およびＡ１の相対的な位相を比較し、これら２つの比較に基づいて、４つの出力を発生するように動作可能であるとよい。４つの出力の各々は、出力の相対的な振幅がＡ０のＢ０に対する位相に対応するように、ＰＳＫ変調ミリメートル波信号の位相の１つと関連している。これらの比較を行うために、弁別モジュール４３０は第１比較器４３２および第２比較器４３４を備えることができる。これらの比較器は、例えば、本明細書において既に説明し図３Ａに示したような、ＭＭＷ指向性カプラを備えることができる。しかしながら、ディバイダとは異なり、２つの比較器は、比較を容易にするために、指向性カプラの双方の入力を用いることができる。指向性カプラについての入力／出力関係を図３Ｂに示す。例えば、双方の入力の位相が同じであるとき（即ち、Ｐ１およびＰ３）、双方の出力（即ち、Ｐ２およびＰ４）は「１」の相対強度を有する。Ｐ１における入力とＰ３における入力との間の位相差が９０゜であるとき、Ｐ２出力は「０」の相対振幅を有し、Ｐ４出力は「２」の相対振幅を有する。
【００４６】
指向性カプラのこの入力／出力関係を用いて、弁別モジュール４３０は４つの位相状態０゜、９０゜、１８０゜、および２７０゜を有するＱＰＳＫ信号例を復調することができる。この例では、第１位相遅延ユニット４２４は、Ａ１が合計１８０゜遅延されるように、Ａ０に９０゜の位相遅延を生ずることができる。同様に、第２位相遅延ユニット４２８は、Ｂ１が合計９０゜遅延されるように、Ｂ０に０゜の位相遅延を生ずることができる。表２は、連続するシンボル（即ち、Ａ０およびＢ０）間における位相差（Δφ）の関数として相対的出力を示す。
【００４７】
【表２】
【００４８】
表２から分かるように、位相変化毎に、４つの出力の内１つだけが「２」の相対振幅を有し、残りの３つの出力は「０」または「１」のいずれかの相対振幅を有する。このように、受信機４００はＰＳＫ変調ワイヤレスＭＭＷ信号３６０を復調することができる。これらのコンポーネントの異なる配置および／または異なる位相遅延も考えられる。本明細書において記載した受信機４００は、シンボルの実際の位相を供給しなくてもよく、代わりにそれに先立つシンボルから位相変化を供給してもよい。したがって、例えば、何らかの形態のヘッダ・データ・ストリングを用いて、受信機におけるデータを同期させなければならないこともある。一旦データを同期させれば、受信機４００は位相変化を追跡するだけでよく、シンボル（つまりはデータ）の実際の位相を判定することができる。
【００４９】
更に、受信機４００は、弁別モジュール４３０の出力の相対振幅を検出するように動作可能な検出モジュール４４０も備えることができる。検出モジュール４４０は、弁別モジュール４３０の出力の各々の振幅を測定するために、ショットキ・ダイオード検出器のような、１つ以上のミリメートル波電力検出器を備えることができる。検出モジュール４４０は、ＰＳＫ変調ワイヤレスＭＭＷ信号３６０にエンコードされているデータを表す二進出力を供給することができる。
【００５０】
図２に示した受信機４００のコンポーネントは、導波路または他の適した手段によって結合することができる。導波路が用いられる場合、各個々の導波路は、導波路自体によって不要な位相シフトが混入されないように、その長さを調節する必要がある場合もある。例えば、移相モジュール４２０において示すように、第３ディバイダ４２６のＰ２と第２位相遅延ユニット４２８との間に配置された導波路の長さは、延長しなければならない場合もある。これは、図２において「馬蹄形」エレメントとして図式的に示されている。当技術分野では周知のように、導波路に対する他の調節も同様に行ってもよい。
【００５１】
代替実施形態では、図２の受信機４００は、電気ＭＭＷ信号にエンコードされている二進位相シフト・キーイング（ＢＰＳＫ）を復調するように構成することができる。ＢＰＳＫでは、ＭＭＷ信号の位相は、０ラジアン（０電気角度）およびπラジアン（１８０電気角度）のような、２つの別個の状態を取ることができる。当技術分野では周知のように、他の位相状態も同様に用いることができる。この実施形態では、既に本明細書において論じたように、信号調整モジュール４１０は、ＰＳＫ変調電気ＭＭＷ信号Ａ０を１シンボル遅延信号Ｂ０に変換することができる。移相モジュール４２０は、Ａ１またはＢ１のいずれかを形成するように、Ａ０またはＢ０のいずれかを遅延させることができる。尚、これらの位相遅延信号の１つを形成するだけでよい場合もあることを記しておく。弁別モジュール４３０は、Ａ０およびＢ１を比較するか、またはＡ１およびＢ０を比較するように構成されている１つの比較器４３２、４３４のみを備えていてもよい。この比較の結果、２つの出力を発生することができる。各出力は、これらの出力の相対振幅がＡ０のＢ０に対する位相に対応するように、ＢＰＳＫ ＭＭＷ信号の２つの位相の内１つと関連している。一例として、ＢＰＳＫ受信機は、２つの位相状態０゜および１８０゜を有するＢＰＳＫ信号例を復調することができる。この例では、Ａ０は、Ａ１を生成するために９０電気角度だけ遅延させればよく、またはＢ１を生成するためにＢ０を９０電気角度だけ遅延させてもよい。表３は、連続するシンボル（即ち、Ａ０およびＢ０）間における位相差（Δφ）の関数としてこれらの相対的出力を示す。
【００５２】
【表３】
【００５３】
Ａ０およびＢ１（例えば、ＢＰＳＫ ＭＭＷ信号）のみを比較する受信機４００の実施形態は、移相モジュール４２０を省き、任意の対応する位相遅延を信号調整モジュール４１０に組み込んでもよいことが考えられる。例えば、Ｂ１を発生するためにＢ０を９０電気角度だけ遅延させる場合、Ｂ１が１シンボル＋９０電気角度だけ遅延されるように、この遅延をシンボル遅延ユニット４１４に組み込んでもよい。シンボル遅延ユニット４１４の構造には些細な変更のみで済むので、これは実現するのに都合がよいと思われる。
【００５４】
再度図１に戻って、本明細書において論じたように、システム１００は直角振幅変調（ＱＡＭ）を有するＭＭＷ信号を発生するように動作可能であるとよい。一実施形態では、２つの別個の振幅および４つの別個の位相（ＱＰＳＫ）があるも可能である。この場合、入力データは、８つの一意の状態を有する３つの二進ディジットを備えることができる。これは、図４に示すように、ＭＭＷ信号にエンコードすることができる。
【００５５】
【表４】
【００５６】
尚、本明細書における、特定の方法で「構成されている」、特定の特性を具体化するまたは特定の態様で機能するように「構成されている」本開示のコンポーネントの詳説は、意図した使用の詳説ではなく、構造的な詳説であることを記しておく。更に具体的には、本明細書においてあるコンポーネントが「構成されている」というように引用した場合、当該コンポーネントの既存の物理的状態を示し、したがってそのコンポーネントの構造的特徴の明確な詳説として捉えられるべきものとする。
【００５７】
尚、「好ましくは」、「極一般には」(commonly)、「通例」(typically)というような用語は、本明細書において利用する場合、特許請求する発明の範囲を限定するために利用されているのではなく、ある種の特徴が特許請求する発明の構造または機能にとって肝要、必須、または重要であることを暗示するために利用されているのでもないことを記しておく。むしろ、これらの用語は、単に、本発明の実施形態の特定的な態様を識別すること、または本発明の特定の実施形態において利用してもしなくてもよい代替的または追加的な特徴を強調することを意図するに過ぎない。
【００５８】
本発明を定めそして説明する場合において言えば、「実質的に」および「ほぼ」という用語は、本明細書では、任意の定量的比較、値、測定、またはその他の表現に帰属することができる固有の不確実性の度合いを表すために利用されていることを記しておく。また、「実質的に」および「ほぼ」という用語は、本明細書では、問題の主題の基本機能に変化を生ずることなく、定量的表現が、明言された基準から変動してもよい度合いを表すために利用されている。
【００５９】
以上、本発明を詳細にそして具体的な実施形態を参照しながら説明したが、添付した特許請求の範囲に定められる発明の範囲から逸脱することなく、修正や変形が可能であることは明らかである。更に具体的には、本明細書では、本発明の一部の態様を、好ましいものまたは特に有利であるものとして特定したが、本発明は必ずしもこれら発明の好ましい態様には限定されるのではないことを想定している。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ミリメートル波信号を変調および復調する方法ならびにシステムに関する。更に特定すれば、本開示は、光ミリメートル波信号を変調するように動作可能なフォトニック・デバイス(photonic device)および電気ミリメートル波信号を復調するように動作可能な電気デバイスに関与する。
【従来技術】
【０００２】
限定ではなく、例示として、高周波信号の発生および変調に対する関心が高まりつつある。例えば、本発明者は、ＴＨｚスペクトル（０．１から１０ＴＨｚ）における信号が、撮像用途およびワイヤレス用途において重大な利用価値を見出す可能性があると考えている。撮像では、ＴＨｚスペクトルは、壁、カーゴ・コンテナ、およびその他の可視障壁を貫通する高い分解能の撮像を提供することができる。これらの高周波信号上への変調は、分解能を高めることができ、所望のターゲットをクラッタから分離する能力を設けることができると考えられる。ワイヤレス・データ通信では、ＴＨｚスペクトルによって、非圧縮高品位テレビジョン・チャネルの送信のために、超高データ伝送（１０Ｇｂ／ｓ）が可能になると見られる。ＴＨｚスペクトルには、未だ発見されていないものも含めて、他の使用も考えられている。しかしながら、コヒーレントなＴＨｚおよびその他の高周波信号の発生および変調のためのシステムを設計しようとする者には、重大な設計上の課題が直面する。
【０００３】
例えば、ミリメートル波キャリア周波数（３０ＧＨｚから３００ＧＨｚ）は、高データ・レートを達成するのに前途有望な手法を提供する。７０ＧＨｚで動作する商用ミリメートル波システムは、１Ｇｂ／ｓのレートでデータ・リンクを復調している。これらのデータ・レートは、このキャリア周波数で期待されていた程には高くない。何故なら、ミリメートル波ソースは、従前より直接変調されておらず、変わりに、それよりも低い中間周波数において変調が行われるからである。一般に、中間周波数（典型的に１１ＧＨｚ）では、データ・レートは約１０パーセントに、約１Ｇｂ／ｓに制限される。
【０００４】
公開特許出願ＵＳ２００８／０１９９１２４Ａ１において紹介されているような、ミリメートル波信号を発生および変調する光学的手法では、光キャリア上で変調を実行し、１０Ｇｂ／ｓを超えるデータ・レートを容易に扱うことができる。今日まで、これらの光学的手法は、オン−オフ・キーイング変調方式(on-off keying modulation scheme)を用いている。しかしながら、オン−オフ・キーイング変調は、スペクトル効率が高くなく、データ・レートのビット／秒毎に約１Ｈｚの帯域幅を消費する。例えば、約１００ＧＨｚのミリメートル波キャリアに対する１０Ｇｂ／ｓ（ギガビット／秒）のワイヤレス・データ・レートは、通例、１０ＧＨｚの帯域幅を占有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、ディジタル・データ送信のスペクトル効率を高めるための努力において、ミリメートル波キャリア上での位相および／または振幅変調を行うための電気光学変調器の使用に関する。直角位相シフト・キーイング(quadrature phase shift keying)のような位相変調技法は、スペクトル効率が高いことが示されており、スペクトル効率が２、即ち、１Ｈｚの帯域幅が２ビット／秒のデータを含む。位相変調技法および直角振幅変調（ＱＡＭ）のような振幅変調技法の組み合わせにより、更に一層高いスペクトル効率を提供することができる。
【０００６】
本開示は、ミリメートル波発生および変調のフォトニック手法を、ミリメートル波の振幅および位相双方を制御するために用いることができることを示す。これによって、高次の位相変調およびＱＡＭを行うことができるようになる。これらは双方共、スペクトル効率が高い。スペクトル効率が高い変調方式は、標準的なオン−オフ・キーイング変調手法よりも消費する帯域幅が少なくて済む。
【０００７】
典型的な経験法則では、キャリア周波数はその帯域幅の１０パーセントをデータのために用いることができることが示唆されている。言い換えると、１０ＧＨｚキャリアは１Ｇｂ／ｓでデータを送信するために用いることができ、１００ＧＨｚキャリアは１０Ｇｂ／ｓでデータを送信するために用いることができる等となる。スペクトル効率が高いコーディングによって、許容帯域幅内により多くのビットを収容することが可能になる。一例として、直角位相シフト・キーイング（ＱＰＳＫ）は、ヘルツ当たり２ビット／秒のスペクトル効率を有し、１０ＧＨｚの帯域幅内に２０Ｇｂ／ｓをエンコードすることができる。直角振幅変調（ＱＡＭ）のような更に効率的なコーディング方法では、同じ帯域幅内において更に高いデータ・レートを得ることができる。
【０００８】
変調ミリメートル波信号の発生に加えて、その中に含まれるエンコード・データを再現するために、受信時にこのような信号を復調することも望まれる。位相シフト・キーイング（ＰＳＫ変調）ミリメートル波信号を復調するように設計されている多くの受信機は、位相ロック・ループ（ＰＬＬ）回路を用いることが多い。位相ロック・ループは、変調ミリメートル波信号の位相を検出することができるように、キャリア周波数に同期しそれに「ロックする」。しかしながら、ミリメートル波周波数（例えば、７０ＧＨｚ）でＰＬＬを設計することは、困難であり比較的費用が嵩む可能性がある。したがって、ＰＬＬを必要とせずに、位相変調ミリメートル波信号を復調することができる受信機の設計が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、システムは光プロセッサを備えている。光プロセッサは、側波帯発生器と、光フィルタと、位相シフト・キーイング（ＰＳＫ）変調器とを含み、側波帯発生器が、光信号のキャリア周波数を中心とする光周波数側波帯を発生するように構成されており、光フィルタが、光ミリメートル波信号を発生するために対象の光側波帯を用いることができるように、光周波数側波帯と光キャリア周波数との間で弁別するように構成されており、ＰＳＫ変調器が、光スプリッタと、光位相遅延ユニットと、２つ以上の光ゲートと、光コンバイナとを含み、光スプリッタが、光ミリメートル波信号を２つ以上の中間信号に分割するように構成されており、光位相遅延ユニットが、各中間信号が残りの中間信号に対して別個の位相関係を有するように、中間信号の内１つ以上を遅延させるように構成されており、光ゲートが、制御入力に基づいて、相対的に高い振幅と相対的に低い振幅との間で各中間信号を個々に変調するように構成されており、光コンバイナが、ゲートされた中間信号を組み合わせて、１つのＰＳＫ変調光ミリメートル波信号を得るように構成されている。
【００１０】
本発明の他の実施形態によれば、ＰＳＫ変調電気ミリメートル波信号Ａ０を復調する受信機は、信号調整モジュールと、移相モジュールと、弁別モジュールとを備えている。信号調整モジュールが、ミリメートル波信号Ａ０を受信し、ミリメートル波信号にエンコードされているデータのシンボル遅延に遅延が対応するように、遅延ミリメートル波信号Ｂ０を発生し、移相モジュールが、移相ミリメートル波信号Ａ１を生成するように、ミリメートル波信号Ａ０の位相をシフトし、移相モジュールが、移相遅延ミリメートル波信号Ｂ１を生成するように、遅延ミリメートル波信号Ｂ０の位相をシフトし、弁別モジュールがＡ０およびＢ１の位相を比較し、Ｂ０およびＡ１の位相を比較し、これら２つの比較に基づいて４つの出力を発生し、各出力が、当該出力の相対的振幅がＡ０のＢ０に対する位相に対応するように、ミリメートル波信号の位相の内１つと関連している。
【００１１】
本発明の更に別の実施形態によれば、データをミリメートル波信号によって送信する方法は、光信号のキャリア周波数を中心とする光周波数側波帯を発生するステップと、光ミリメートル波信号を発生するために、光周波数側波帯と光キャリア周波数との間で弁別するステップと、光ミリメートル波信号を２つ以上の中間信号に分割するステップと、各中間信号が残りの中間信号に対して別個の位相関係を有するように、中間信号の内１つ以上を遅延させるステップと、中間信号の１つが相対的に高い振幅を有し、残りの中間信号が相対的に低い振幅を有するように、制御入力に基づいて、中間信号を変調するステップと、中間信号を再度組み合わせて、１つの位相変調光ミリメートル波信号を得るステップとを備えている。
【００１２】
図面に示す実施形態は、その本質上例示的(illustrative and exemplary)であり、特許請求の範囲によって定められる発明を限定することを意図するのではない。例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と合わせて読むと理解することができる。図面においては、同様の構造は同様の参照番号で示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本開示の一実施形態によるシステムの模式図である。
【図２】図２は、本開示の一実施形態による受信機の模式図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本開示の一実施形態による指向性カプラの模式図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本開示の一実施形態による指向性カプラの入力／出力関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書において記載する実施形態は、一般的に、ミリメートル波信号を変調および復調する方法ならびにシステムに関する。光ミリメートル（ＭＭＷ）信号の位相および／または振幅を変調するために、フォトニック・デバイスを用いることができる。信号調整モジュール、遅延モジュール、および弁別モジュールを備えている受信機を、電気ＭＭＷ信号を復調するために用いることができる。尚、「光ＭＭＷ信号」とは光ドメインにおけるＭＭＷ信号であり、一方「電気ＭＭＷ信号」とは電気または電磁ドメインにおけるＭＭＷ信号であることを記しておく。
【００１５】
ＭＭＷ通信においてデータを変調するために、フォトニック方法およびシステムを用いることができる。例えば、フォトニック・デバイスは、光ＭＭＷ信号に、ディジタル・データ入力を表す情報をエンコードするように、その位相を変調するように動作可能なものもある。この光ＭＭＷ信号は、同様に振幅変調することもできる。変調後、光ＭＭＷ信号を電気信号に変換し、アンテナによって対応する受信機にワイヤレスで送信することができる。別の実施形態では、受信機が変調ワイヤレス信号を受信し、それを電気信号に変換し、変調電気ＭＭＷ信号にエンコードされているディジタル・データを再現するように、それを復調することができる。
【００１６】
図１は、ＭＭＷ信号を変調および／または復調することができるシステム１００の一実施形態を示す。ＭＭＷ信号の変調に関して、システム１００は光プロセッサ２００を備えることができる。光プロセッサ２００は、変調光ＭＭＷ信号を発生するために光信号を操作するフォトニック・デバイスを備えることができる。更に、本システムは、出力／電気（Ｏ／Ｅ）変換器３４０を備えることができる。変換器３４０は、変調光ＭＭＷ信号を変調電気ＭＭＷ信号に変換するように動作可能であればよい。加えて、本システムは、変調電気ＭＭＷ信号をワイヤレスＭＭＷ信号３６０に変換することができる送信アンテナ３５０も備えることができる。また、本システムは受信機４００も備えることができる。受信機４００は、ワイヤレスＭＭＷ信号を受信し、この信号内にエンコードされているあらゆるデータを再現できるように、これを復調することができる。
【００１７】
図１の光プロセッサ２００は、側波帯発生器２１０、光フィルタ２２０、および位相シフト・キーイング（ＰＳＫ）変調器２３０を備えることができる。一般に、光プロセッサ２００は、光信号をプロセッサ全体に送出するように構成されている導波路および光ファイバの組み合わせを含むことができる。具体的には、光プロセッサ２００は、光キャリアおよび関連する側波帯をレーザ・ソース３００から側波帯発生器２１０、光フィルタ２２０、およびＰＳＫ変調器２３０に送出するように構成することができる。
【００１８】
側波帯発生器２１０は、電気光学干渉計として構成することができる。更に具体的には、これは、マッハ−ゼンダー干渉計として構成することができ、この干渉計の入力セグメントにおいて伝搬する光信号が、例えば、Ｙ−スプリッタにおいて２つの等しい部分に分割される。これら２つの信号は、干渉計の２本のアームを伝搬して行き、その後、例えば、Ｙ−コンバイナによって再結合される。２つの光信号がＹ−コンバイナにおいて同相である場合、これらの信号は加算的に干渉し、最大強度が出力導波路を伝搬する。しかしながら、２つの光信号が位相シフトの場合、信号は減算的に干渉し、出力強度は低下する。Ｙ−コンバイナにおける信号がπラジアンだけ位相シフトである場合、２つの信号は減算的に干渉し、出力が最小になると考えられる。
【００１９】
振幅コントローラ３１０は、光周波数側波帯の振幅を調節するために、側波帯発生器２１０を駆動する電気駆動信号３１５を発生し、究極的に変調すべき光ミリメートル波信号を発生するように構成することができる。電気駆動信号３１５のレベルがこれらの振幅を決定することができる。例えば、比較的低い電圧で側波帯発生器２１０を駆動する場合、高調波の振幅は非常に低くなると考えられる。しかしながら、駆動電圧が高くなるに連れて、高調波の振幅は基本波よりも大きくなる。
【００２０】
一実施形態では、振幅コントローラ３１０は、側波帯発生器２１０に対象の光周波数側波帯を発生させるために、比較的一定電圧の電気駆動信号を印加することができる。この実施形態では、システム１００は光ＭＭＷ信号の位相だけを変調すればよい。代替実施形態では、振幅コントローラ３１０は、２つ以上の電圧レベルを有する電気駆動信号３１５を印加することもできる。これによって、光ＭＭＷ信号の振幅を２つ以上の別個の状態間で変化させることが可能になる。このように、振幅コントローラ３１０は、光ＭＭＷ信号の振幅を変調するように動作可能であればよい。
【００２１】
側波帯発生器２１０の一例として、１５５０ｎｍ光信号を１２ＧＨｚで変調する場合、基本変調周波数および任意の高調波が、１５５０ｎｍキャリアから±０．０８ｎｍにおいて、光キャリア上に側波帯として現れることができる。つまり、優勢な側波帯は１５４９．５２ｎｍおよび１５５０．４８ｎｍに存在することができる。周波数ドメインでは、これらの波長は、それぞれ、１９３，６０８．４ＧＨｚおよび１９３，４８８．４ＧＨｚに対応する。これら２つの周波数の間の差は、１２０ＧＨｚとなる。これは、１２ＧＨｚ変調周波数の第５高調波に対応する（即ち、±５＊１２ＧＨｚまたは±６０ＧＨｚ）。対象の側波帯は、側波帯発生器２１０からの光信号出力よりも優勢である必要はないと考えられる。むしろ、本開示の多くの実施形態では、側波帯発生器の出力において、対象の周波数側波帯の大きさは、光フィルタの光入力における光キャリア信号の大きさの少なくも１０％であることが確保できさえすれば十分であると思われる。
【００２２】
引き続き図１を参照すると、光フィルタ２２０は、所望の側波帯を選択し、キャリア周波数およびあらゆる不要な側波帯を除去するように構成されている。この光濾波機能は、種々の技術を用いて遂行することができ、ブラッグ格子反射フィルタ、波長選択マッハ−ゼンダーフィルタ、多層薄膜光フィルタ、アレイ状導波路格子（ＡＷＧ）、マイクロ・リング共振フィルタ、および波長選択的な指向性カプラ・フィルタが含まれる。アレイ状導波路格子は、非常に狭い帯域幅を特徴とする複数のチャネルを有する一体化光デバイスであるので、特に有用である。以下の論述は、ＡＷＧの使用に焦点を当てるが、他のフィルタも本発明にしたがって用いることができる。
【００２３】
ＡＷＧの役割は、望ましくない側波帯を濾波し、信号コンバイナ（図示せず）の協同により、対象の２つの側波帯を組み合わせることである。例えば、チャネル間隔が６０ＧＨｚ（Δλ＝０．４８ｎｍ）またはチャネル間隔が３０ＧＨｚ（Δλ＝０．２４ｎｍ）のＡＷＧは、１２０ＧＨｚシステムに非常に適している。側波帯の各々は、光フィルタ２２０の特性波長にしたがってその別々の出力チャネルから来ることができる。限定ではなく、例示として、側波帯発生器２１０の出力をＡＷＧに挿入すると、２つの所望の５次高調波が、比較的離れている２つのポートから出てくることができる。しかしながら、６０ＧＨｚのＡＷＧを用いると、所望の５次側波帯は、変位は少ないがなおも別個のポートから出てくる。３０ＧＨｚのＡＷＧの利点は、ポートの帯域幅が遥かに狭いことである。しかしながら、３０ＧＨｚのＡＷＧの方が、生産および動作が難しいことが多い。これらの理由のために、本発明の実施形態の中には、６０ＧＨｚのＡＷＧを光フィルタ２２０として利用することによって動作させることが好ましいものもあり得る。
【００２４】
光フィルタ２２０は、側波帯コンバイナ２２２を備えることができる。側波帯コンバイナ２２２は、濾波された側波帯を組み合わせて１つの光ＭＭＷ信号２２５を得るように構成するとよい。例えば、光フィルタ２２０が、１２０ＧＨｚ離間されている２つの側波帯を生成する場合、側波帯コンバイナ２２２はこれらの信号を組み合わせて、１２０ＧＨｚの基本周波数を有する１つの光ＭＭＷ信号を得るように動作するとよい。
【００２５】
更に図１を参照すると、位相シフト・キーイング（ＰＳＫ）変調器２３０は、光スプリッタ２３２、光位相遅延ユニット２３４、２つ以上の光ゲート２３６、および光コンバイナ２３８を備えることができる。光スプリッタ２３２は、光ＭＭＷ信号２２５を２つ以上の中間信号２３１に分割するように動作するとよい。例えば、直角位相シフト・キーイング（ＱＰＳＫ）システムでは、スプリッタは４つの中間信号を発生することができる。別の例として、オクタル(octal)位相シフト・キーイング・システム（ＯＰＳＫ）では、スプリッタは８つの中間信号を発生することができる。システムの要件に応じて、他の数の中間信号も発生することができる。
【００２６】
光位相遅延ユニット２３４は、各中間信号が残りの中間信号に対して別個の位相関係を有するように、中間信号２３１の内１つ以上を遅延させることができる。別個の位相関係を確立するために、中間信号の内１つを除いて全てを遅延させることが可能である。例えば、ＱＰＳＫシステムでは、先に論じたように、４つの中間信号があり得る。第１中間信号は全く遅延されなくてもよい。第２中間信号はπ／２ラジアン（即ち、波長の９０電気角度）だけ遅延させることができる。第３中間信号はπラジアンだけ遅延させることができる。第４中間信号は３π／２ラジアンだけ遅延させることができる。このように、４つの中間信号は、互いに対してπ／２（９０電気角度）だけ位相がシフトしていればよい。この例では、光ＭＭＷ周波数が９４ＧＨｚであると、第１中間信号は０ピコ秒（ｐｓ）遅延され、第２中間信号は２．６６ｐｓだけ遅延され、第３中間信号は５．３２ｐｓだけ遅延され、第４中間信号は７．９８ｐｓだけ遅延されることになる。あるいは、これらの中間信号全てを遅延させて、同じ位相関係を得ることもできる。別の例として、ＯＰＳＫシステムでは、８つの中間信号が互いに対してπ／４（４５電気角度）だけ位相はずれとなるように、遅延させることもできる。他の位相関係も同様に確立することができる。中間信号毎の遅延は、光プロセッサにおいて、中間信号毎に光路長を変化させることによって確立することができる。当技術分野において周知のものや今後発見されるものというような、遅延を確立するための他の技法も同様に用いることができる。
【００２７】
引き続き図１を参照すると、光ゲート２６は、制御入力３２５に基づいて、相対的に高い振幅および相対的に低い振幅の間で各中間信号を個々に変調するように構成することができる。光ゲート２３６は、中間光信号の強度を変調するために、任意の従来のデバイスまたは今後開発されるデバイスを備えることができる。例えば、限定としてではなく、図示した実施形態では、光ゲート２３６は、米国特許第７，１２３，７９３号に開示されている変調器アレイのような、個々に制御可能な電気光学変調器として構成されている。ゲートされた中間信号は、相対的に高いまたは相対的に低いと呼ばれる。何故なら、比較すると、相対的に高い中間信号は、相対的に低い中間信号よりも高い振幅を有するからである。この振幅の差は、受信機による２つの信号間の弁別を可能にする程に十分大きいとよい。一例として、相対的に高い中間信号は、光ゲートの前では、中間信号とほぼ同じ振幅を有してもよく、相対的に低い中間信号は０に近い振幅を有してもよい。
【００２８】
位相シフト・キーイングでは、一般に、光ゲート２３６への制御入力３２５は、２つの中間信号が同時に相対的に高い振幅とならないように構成されている。例えば、データ入力信号を位相変調するとき、各中間信号は、このデータ入力信号によって表される特定のデータ・パターンを表すことができる。ＱＰＳＫシステムでは、４つの位相の各々が、２ビット・データ入力信号の４つの状態００、０１、１０、および１１の内の１つを表すことができる。つまり、光ゲート２３６への制御入力３２５は、しかるべき中間信号が「ゲート・オン」（即ち、相対的に高くなる）とされ、残りの中間信号が「ゲート・オフ」（即ち、相対的に低くなる）とされるように構成するとよい。尚、光ゲートがそのそれぞれの中間信号を２つの状態に切り換えている遷移時間中に、中間信号の全てが相対的に低い状態になる場合、または２つ以上の中間信号が比較的高い状態になる場合があり得ることは、記すべきであろう。しかしながら、これらは一過性の状態であり、中間信号のタイミングが位相変調技法に適していることを確認する（例えば、中間信号を後に再度組み合わせるときに重複していないことを確認する）ために、これらの状態が必要となることもある。
【００２９】
光コンバイナ２３８は、中間信号を組み合わせて、１つのＰＳＫ変調光ＭＭＷ信号を得るように動作する。本開示に関して、光スプリッタまたは光コンバイナは、任意の従来からの構造または今後開発される構造を用いればよいと考えられる。例えば、光信号を分割し組み合わせるのに適した代替構造には、限定ではないが、２×２指向性結合領域、１×２指向性結合領域、１×２Ｙ信号スプリッタおよびコンバイナ、ならびに１×２および２×２マルチモード干渉エレメント・スプリッタおよびコンバイナが含まれる。これらの構造の具体的な設計パラメータは、本発明の範囲を超えており、米国特許第６，８５３，７５８号を含む、既存の情報源または今後の開発の情報源から得ることができる。
【００３０】
光プロセッサ２００は、更に、光増幅器２４０も備えることができる。これは、光コンバイナ２３８の出力に配置するとよい。何故なら、中間信号が遅延ユニット、光ゲート、および／または光コンバイナを通過するときに、何らかの減衰が中間信号に生じることがあるからである。光増幅器２４０は、組み合わされた中間信号の振幅を増大させるように動作することができる。これは、ＰＳＫ変調光ＭＭＷ信号と呼ばれる。
【００３１】
更に図１を参照すると、システム１００は、更に、光／電（Ｏ／Ｅ）変換器３４０も備えることができる。このＯ／Ｅ変換器は、ＰＳＫ変調光ＭＭＷ信号をＰＳＫ変調電気ＭＭＷ信号に変換するように動作することができる。つまり、Ｏ／Ｅ変換器は、本質的に、変調信号を光ドメインから電気ドメインに変換する。これは、信号の更なる処理または送信に有用となることができる。Ｏ／Ｅ変換器３４０は、ミリメートル波変調周波数を超過する３ｄＢ帯域幅を有する、単一走行キャリア（ＵＴＣ：uni-traveling carrier) フォトダイオードのような、高速フォトダイオードを備えるとよい。
【００３２】
送信アンテナ３５０は、ＰＳＫ変調電気ＭＭＷ信号を、例えば、受信機４００にワイヤレスで送信することができる信号に送信する(transmit)ように動作することができる。このアンテナは、例えば、Ｏ／Ｅ変換器から電気信号を受信することができる。このアンテナは、電気ＭＭＷ信号を送信するための任意の適した技術を備えていればよく、ワイヤレス信号を受信機４００または検出器（図示せず）に送出することができる。
【００３３】
加えて、システム１００は、光プロセッサ２００に光学的に結合することができるレーザ・ソース３００も備えることができる。レーザ・ソース３００は、光信号３０５を発生するように構成することができ、光信号３０５は側波帯発生器２１０に送出することができる。レーザ・ソースは、当技術分野で周知であるような、任意の適した技術を備えていればよい。
【００３４】
振幅コントローラ３１０は、本明細書において論ずる場合、光ＭＭＷ信号の振幅を調節するために、電気駆動信号を側波帯発生器２１０に対して発生するように動作可能であるとよい。振幅変調がシステムによって必要とされない場合、振幅コントローラ３１０は、光周波数側波帯の振幅が比較的一定となるように、駆動信号を側波帯発生器に発生することができる。あるいは、振幅変調がシステムによって必要とされる場合、振幅コントローラ３１０は、光周波数側波帯の２つ以上の別個の振幅が発生されるように、側波帯発生器への電気駆動信号を調節するように動作可能であるとよい。光周波数側波帯の振幅を変化させることにより、ＰＳＫ変調光ＭＭＷ信号の振幅を比例的に変化させるように動作可能となるとよい。振幅コントローラ３１０は、データ入力３３０に基づいて、振幅を調節するように構成することができる。例えば、Ｓ０およびＳ１と呼ばれる２つの別個の状態間で振幅を変調する場合、振幅コントローラは、データ入力が論理「０」であるときには振幅をＳ０に設定することができ、データ入力が論理「１」状態であるときには振幅をＳ１に設定することができる。振幅コントローラ３１０は、直角振幅変調（ＱＡＭ）を有する光ＭＭＷ信号を発生するように、ＰＳＫ変調器２３０と合わせて動作することができる。任意の数の別個の振幅状態が可能であるが、多くのディジタル・システムは２状態または４状態のいずれかを用いる。
【００３５】
ゲート発生回路３２０はＰＳＫ変調器２３０の光ゲート２３６の各々を制御するように動作可能であればよい。本明細書において論ずる場合、位相シフト・キーイングでは、一般に、中間信号の内１つだけが相対的に高い状態にゲートされ、残りの中間信号は同時に相対的に低い状態にゲートされる。ゲート発生回路３２０は、データ入力３３０を受けることができ、位相シフト・キーイングを遂行するように、光ゲート２３６への制御入力３２５を確定することができる。直角位相シフト・キーイング変調方式では、ゲート発生回路３２０は、各々論理「０」状態および論理「１」状態を有する２つの二進ディジット（ビット）を備えているデータ入力を受けることができる。このデータ入力に応答して、ゲート発生回路は、データ入力のビット・パターンに応じて、４つの中間信号の内１つのみが相対的に高い状態にゲートされるように、制御入力を設定することができる。以下の表１は、１つの可能な結果を示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
また、ゲート発生回路３２０は、他のタイプの位相変調キーイング(phase-modulated keying)を用いることができるように、光ゲート２３６に制御入力３２５を発生することもできる。例えば、オクタル位相シフト・キーイング（ＯＰＳＫ）方式では、光スプリッタ２３２は光ＭＭＷ信号を８つの中間信号に分割する。光位相遅延ユニット２３４は、これらの中間信号が互いに対して４５電気角度だけ位相がシフトするように、これらの中間信号の内１つ以上を遅延させるように構成することができる。その結果、８つの光ゲート２３６があり、１つを各中間信号と関連付けることができる。ゲート発生回路３２０は、３ビットの情報（８つの別個の状態を有する）を受けることができ、データ入力のビット・パターンに応じて、８つの中間信号の内１つのみが相対的に高い状態にゲートされるように、制御入力を設定することができる。他のタイプの位相シフト・キーイング変調も同様に用いることができる。
【００３８】
一般に、データ入力がｎ−ビット・コードを表す場合、ＰＳＫ変調器２３０および振幅コントローラ３１０は、電気信号３１５および制御入力３２５の位相を、ｎ−ビット・コードのビット・シーケンスに対応するｎ２個の利用可能な位相および振幅値の間で調節するように構成することができる。好ましくは、１組のｎ２個の利用可能な位相および振幅値は、少なくともｎ２／４個でｎ２／２個までの利用可能な位相値、および少なくともｎ２／８個でｎ２／４個までの０でない振幅値によって定められる。例えば、４−ビット・コードの場合、１組で１６個の利用可能な位相および振幅値が、少なくとも４つで８つまでの利用可能な振幅値および少なくとも２つで４つまでの０でない振幅値によって定められることが好ましいと考えられる。
【００３９】
これより図２を参照すると、受信機４００はＰＳＫ変調電気ＭＭＷ信号を復調するように動作可能であるとよく、信号調整モジュール４１０、移相モジュール４２０、および弁別モジュール４３０を備えることができる。加えて、受信機４００は、受信アンテナ４５０も備えることができる。位相変調ワイヤレスＭＭＷ信号３６０は、先に説明したシステムによって送信されたもののように、受信アンテナ４５０によって受信することができる。受信アンテナ４５０は、このワイヤレス信号を受信し、これを電気信号（ＰＳＫ変調電気ＭＭＷ信号と呼ぶ）に変換することができる。この電気信号は、シンボルＡ０によって便利に表すことができる。
【００４０】
信号調整モジュール４１０は、第１ディバイダ４１２およびシンボル遅延ユニット４１４を備えることができる。第１ディバイダ４１２は、Ａ０を２つの実質的に同様な信号に分割するように動作可能であるとよい。シンボル遅延ユニット４１４は、Ａ０を１シンボル遅延だけ遅延させるように動作可能であるとよく、１シンボル遅延は、Ａ０にエンコードされているデータ・パターン毎にシステムによって割り当てられる時間量として定められる。これは、通例、キャリア周波数の周期の約１０倍である。つまり、例えば、１００ＧＨｚでは、１シンボル遅延は約１００ｐｓとすればよい。１シンボル遅延だけ遅延されたＡ０信号は、Ｂ０と呼ぶと都合がよい。本質的に、Ａ０およびＢ０は、それぞれ、現在および直前の「シンボル」、即ち、位相シフト・キーイング変調電気ＭＭＷ信号にエンコードされているデータ・パターンを表す。例えば、ＱＰＳＫシステムでは、電気ＭＭＷ信号が「０１」およびそれに続く「１１」というデータ・パターンを含む場合、Ａ０は「１１」（現在の）データでエンコードされた変調ＭＭＷ信号を表し、Ｂ０は「０１」（直前の）データでエンコードされた変調ＭＭＷ信号を表す。
【００４１】
第１ディバイダ４１２は、ＭＭＷ方向カプラを備えるとよい。これは、混成カプラと呼ばれることもある。指向性カプラの一例に、Millitech社が製造するＣＳＳシリーズのShort Slot Hybrid Coupler（ショート・スロット混成カプラ）がある。典型的な指向性カプラ５００の模式図を図３Ａに示す。２つの入力Ｐ１およびＰ３、ならびに２つの出力Ｐ２およびＰ４がある。１つの入力のみを用いる場合（他方の入力は開放のまま放置される）、実質的に等しい振幅の２つの出力がＰ２およびＰ４において発生される。一方の出力は他方の出力に対して位相がシフトしておらず、一方、他方の入力は−π／２ラジアン（−９０電気角度）だけ位相がシフトしている。Ｐ１入力のみを用いる場合、出力Ｐ２は位相がシフトしていないが、Ｐ４は−９０゜だけ位相がシフトしている。Ｐ２入力のみを用いる場合、出力Ｐ４は位相がシフトしていないが、Ｐ２は−９０゜だけ位相がシフトしている。
【００４２】
再度図２の実施形態を参照すると、シンボル遅延ユニット４１４への入力は、第１ディバイダ４１２の出力Ｐ２となる。この出力は−９０゜位相がシフトしているので、Ｂ０は理論上１シンボル遅延＋９０゜だけ遅延されることになる。しかしながら、シンボル遅延は、通例、第１ディバイダ４１２によって生ずる９０゜の位相シフトよりも約４０倍大きくなる。この結果、第１ディバイダ４１２によって生ずる比較的小さい位相シフトを補償するように、シンボル遅延ユニット４１４を調節することができる。つまり、Ｂ０は、Ａ０に対して約１シンボル遅延だけ遅延させたままにしておくことができる。あるいは、第１ディバイダ４１２によってＢ０に生じたあらゆる位相シフトを補償するように、第１位相遅延ユニット４２４および／または第２位相遅延ユニット４２８を調節することもできる。他の補償技法も同様に用いることができる。
【００４３】
移相モジュール４２０は、第２ディバイダ４２２、第１位相遅延ユニット４２４、第３ディバイダ４２６、および第２位相遅延ユニット４２８を備えることができる。第２ディバイダ４２２は、ＭＭＷ方向カプラを備えることができ、Ａ０を２つの実質的に同様な信号に分割するように動作可能であるとよい。これらの信号の１つは、本明細書において既に論じたように、第２ディバイダ４２２によって−π／２ラジアン（−９０電気角度）だけ遅延させることができる。この同じ信号は、更に、Ａ０の位相シフト・バージョンを生成するように、第１位相遅延ユニット４２４によって遅延することができる。Ａ０の位相シフトをＡ１と呼ぶ。第１位相遅延ユニット４２４によって生じる位相遅延量は、電気ＭＭＷ信号の０と２πラジアン（３６０電気角度）との間とすることができる。例えば、受信機４００がＱＰＳＫ信号を復調するように設計されている場合、第１位相遅延ユニット４２４は９０度の位相遅延を生ずることができ、第２ディバイダによって生ずる９０度の遅延に加算されると、全遅延は１８０度になることができる。この場合、移相モジュール４２０は、０度の位相シフトを有するＡ０と、１８０度の位相シフトを有するＡ１とを発生することができる。Ａ１に対する他の位相シフト量（第２ディバイダ４２２または第１位相遅延ユニット４２４によって生ずる）も考えられる。
【００４４】
第３ディバイダ４２６は、指向性カプラを備えることができ、Ｂ０を２つの実質的に同様な信号に分割するように動作可能であるとよい。本明細書において既に論じたように、これらの信号の内１つを、第２ディバイダ４２２によって９０電気角度だけ遅延させることができる。Ｂ０の位相シフト・バージョンを生成するように、この同じ信号を更に第２位相遅延ユニット４２８によって遅延させることができる。Ｂ０の位相シフトをＢ１と呼ぶ。第２位相遅延ユニット４２８によって生じる位相遅延量は、電気ＭＭＷ信号の０と２π（３６０電気角度）との間とすることができる。例えば、受信機４００がＱＰＳＫ信号を復調するように設計されている場合、第２位相遅延ユニット４２８は０度の位相遅延を生ずることができ、第３ディバイダによって生ずる９０度の遅延に加算されると、全遅延は９０度になることができる。この場合、移相モジュール４２０は、０度の位相シフトを有するＢ０と、９０度の位相シフトを有するＢ１とを発生することができる。Ｂ１に対する他の位相シフト量（第３ディバイダ４２６または第２位相遅延ユニット４２８によって生ずる）も考えられる。
【００４５】
引き続き図２を参照すると、弁別モジュール４３０は、Ａ０およびＢ１の相対的な位相を比較し、Ｂ０およびＡ１の相対的な位相を比較し、これら２つの比較に基づいて、４つの出力を発生するように動作可能であるとよい。４つの出力の各々は、出力の相対的な振幅がＡ０のＢ０に対する位相に対応するように、ＰＳＫ変調ミリメートル波信号の位相の１つと関連している。これらの比較を行うために、弁別モジュール４３０は第１比較器４３２および第２比較器４３４を備えることができる。これらの比較器は、例えば、本明細書において既に説明し図３Ａに示したような、ＭＭＷ指向性カプラを備えることができる。しかしながら、ディバイダとは異なり、２つの比較器は、比較を容易にするために、指向性カプラの双方の入力を用いることができる。指向性カプラについての入力／出力関係を図３Ｂに示す。例えば、双方の入力の位相が同じであるとき（即ち、Ｐ１およびＰ３）、双方の出力（即ち、Ｐ２およびＰ４）は「１」の相対強度を有する。Ｐ１における入力とＰ３における入力との間の位相差が９０゜であるとき、Ｐ２出力は「０」の相対振幅を有し、Ｐ４出力は「２」の相対振幅を有する。
【００４６】
指向性カプラのこの入力／出力関係を用いて、弁別モジュール４３０は４つの位相状態０゜、９０゜、１８０゜、および２７０゜を有するＱＰＳＫ信号例を復調することができる。この例では、第１位相遅延ユニット４２４は、Ａ１が合計１８０゜遅延されるように、Ａ０に９０゜の位相遅延を生ずることができる。同様に、第２位相遅延ユニット４２８は、Ｂ１が合計９０゜遅延されるように、Ｂ０に０゜の位相遅延を生ずることができる。表２は、連続するシンボル（即ち、Ａ０およびＢ０）間における位相差（Δφ）の関数として相対的出力を示す。
【００４７】
【表２】
【００４８】
表２から分かるように、位相変化毎に、４つの出力の内１つだけが「２」の相対振幅を有し、残りの３つの出力は「０」または「１」のいずれかの相対振幅を有する。このように、受信機４００はＰＳＫ変調ワイヤレスＭＭＷ信号３６０を復調することができる。これらのコンポーネントの異なる配置および／または異なる位相遅延も考えられる。本明細書において記載した受信機４００は、シンボルの実際の位相を供給しなくてもよく、代わりにそれに先立つシンボルから位相変化を供給してもよい。したがって、例えば、何らかの形態のヘッダ・データ・ストリングを用いて、受信機におけるデータを同期させなければならないこともある。一旦データを同期させれば、受信機４００は位相変化を追跡するだけでよく、シンボル（つまりはデータ）の実際の位相を判定することができる。
【００４９】
更に、受信機４００は、弁別モジュール４３０の出力の相対振幅を検出するように動作可能な検出モジュール４４０も備えることができる。検出モジュール４４０は、弁別モジュール４３０の出力の各々の振幅を測定するために、ショットキ・ダイオード検出器のような、１つ以上のミリメートル波電力検出器を備えることができる。検出モジュール４４０は、ＰＳＫ変調ワイヤレスＭＭＷ信号３６０にエンコードされているデータを表す二進出力を供給することができる。
【００５０】
図２に示した受信機４００のコンポーネントは、導波路または他の適した手段によって結合することができる。導波路が用いられる場合、各個々の導波路は、導波路自体によって不要な位相シフトが混入されないように、その長さを調節する必要がある場合もある。例えば、移相モジュール４２０において示すように、第３ディバイダ４２６のＰ２と第２位相遅延ユニット４２８との間に配置された導波路の長さは、延長しなければならない場合もある。これは、図２において「馬蹄形」エレメントとして図式的に示されている。当技術分野では周知のように、導波路に対する他の調節も同様に行ってもよい。
【００５１】
代替実施形態では、図２の受信機４００は、電気ＭＭＷ信号にエンコードされている二進位相シフト・キーイング（ＢＰＳＫ）を復調するように構成することができる。ＢＰＳＫでは、ＭＭＷ信号の位相は、０ラジアン（０電気角度）およびπラジアン（１８０電気角度）のような、２つの別個の状態を取ることができる。当技術分野では周知のように、他の位相状態も同様に用いることができる。この実施形態では、既に本明細書において論じたように、信号調整モジュール４１０は、ＰＳＫ変調電気ＭＭＷ信号Ａ０を１シンボル遅延信号Ｂ０に変換することができる。移相モジュール４２０は、Ａ１またはＢ１のいずれかを形成するように、Ａ０またはＢ０のいずれかを遅延させることができる。尚、これらの位相遅延信号の１つを形成するだけでよい場合もあることを記しておく。弁別モジュール４３０は、Ａ０およびＢ１を比較するか、またはＡ１およびＢ０を比較するように構成されている１つの比較器４３２、４３４のみを備えていてもよい。この比較の結果、２つの出力を発生することができる。各出力は、これらの出力の相対振幅がＡ０のＢ０に対する位相に対応するように、ＢＰＳＫ ＭＭＷ信号の２つの位相の内１つと関連している。一例として、ＢＰＳＫ受信機は、２つの位相状態０゜および１８０゜を有するＢＰＳＫ信号例を復調することができる。この例では、Ａ０は、Ａ１を生成するために９０電気角度だけ遅延させればよく、またはＢ１を生成するためにＢ０を９０電気角度だけ遅延させてもよい。表３は、連続するシンボル（即ち、Ａ０およびＢ０）間における位相差（Δφ）の関数としてこれらの相対的出力を示す。
【００５２】
【表３】
【００５３】
Ａ０およびＢ１（例えば、ＢＰＳＫ ＭＭＷ信号）のみを比較する受信機４００の実施形態は、移相モジュール４２０を省き、任意の対応する位相遅延を信号調整モジュール４１０に組み込んでもよいことが考えられる。例えば、Ｂ１を発生するためにＢ０を９０電気角度だけ遅延させる場合、Ｂ１が１シンボル＋９０電気角度だけ遅延されるように、この遅延をシンボル遅延ユニット４１４に組み込んでもよい。シンボル遅延ユニット４１４の構造には些細な変更のみで済むので、これは実現するのに都合がよいと思われる。
【００５４】
再度図１に戻って、本明細書において論じたように、システム１００は直角振幅変調（ＱＡＭ）を有するＭＭＷ信号を発生するように動作可能であるとよい。一実施形態では、２つの別個の振幅および４つの別個の位相（ＱＰＳＫ）があるも可能である。この場合、入力データは、８つの一意の状態を有する３つの二進ディジットを備えることができる。これは、図４に示すように、ＭＭＷ信号にエンコードすることができる。
【００５５】
【表４】
【００５６】
尚、本明細書における、特定の方法で「構成されている」、特定の特性を具体化するまたは特定の態様で機能するように「構成されている」本開示のコンポーネントの詳説は、意図した使用の詳説ではなく、構造的な詳説であることを記しておく。更に具体的には、本明細書においてあるコンポーネントが「構成されている」というように引用した場合、当該コンポーネントの既存の物理的状態を示し、したがってそのコンポーネントの構造的特徴の明確な詳説として捉えられるべきものとする。
【００５７】
尚、「好ましくは」、「極一般には」(commonly)、「通例」(typically)というような用語は、本明細書において利用する場合、特許請求する発明の範囲を限定するために利用されているのではなく、ある種の特徴が特許請求する発明の構造または機能にとって肝要、必須、または重要であることを暗示するために利用されているのでもないことを記しておく。むしろ、これらの用語は、単に、本発明の実施形態の特定的な態様を識別すること、または本発明の特定の実施形態において利用してもしなくてもよい代替的または追加的な特徴を強調することを意図するに過ぎない。
【００５８】
本発明を定めそして説明する場合において言えば、「実質的に」および「ほぼ」という用語は、本明細書では、任意の定量的比較、値、測定、またはその他の表現に帰属することができる固有の不確実性の度合いを表すために利用されていることを記しておく。また、「実質的に」および「ほぼ」という用語は、本明細書では、問題の主題の基本機能に変化を生ずることなく、定量的表現が、明言された基準から変動してもよい度合いを表すために利用されている。
【００５９】
以上、本発明を詳細にそして具体的な実施形態を参照しながら説明したが、添付した特許請求の範囲に定められる発明の範囲から逸脱することなく、修正や変形が可能であることは明らかである。更に具体的には、本明細書では、本発明の一部の態様を、好ましいものまたは特に有利であるものとして特定したが、本発明は必ずしもこれら発明の好ましい態様には限定されるのではないことを想定している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光プロセッサを含むシステムであって、
前記光プロセッサが、側波帯発生器と、光フィルタと、位相シフト・キーイング（ＰＳＫ）変調器とを含み、
前記側波帯発生器が、光信号のキャリア周波数を中心とする光周波数側波帯を発生するように構成されており、
前記光フィルタが、光ミリメートル波信号を発生するために対象の光側波帯を用いることができるように、前記光周波数側波帯と前記光キャリア周波数との間で弁別するように構成されており、
前記ＰＳＫ変調器が、光スプリッタと、光位相遅延ユニットと、２つ以上の光ゲートと、光コンバイナとを含み、
前記光スプリッタが、前記光ミリメートル波信号を２つ以上の中間信号に分割するように構成されており、
前記光位相遅延ユニットが、各中間信号が残りの中間信号に対して別個の位相関係を有するように、前記中間信号の内１つ以上を遅延させるように構成されており、
前記光ゲートが、制御入力に基づいて、相対的に高い振幅と相対的に低い振幅との間で各中間信号を個々に変調するように構成されており、
前記光コンバイナが、前記ゲートされた中間信号を組み合わせて、１つのＰＳＫ変調光ミリメートル波信号にするように構成された、システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記制御入力が、１つ以上の二進ディジット（ビット）を有する二進データを表す、システム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記光スプリッタが、前記光ミリメートル波信号を４つの中間信号に分割するように構成された、システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、前記光位相遅延ユニットが、中間信号毎に異なる光路長を用いることによって、前記中間信号を受動的に遅延させる、システム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、前記光位相遅延ユニットが、１／（４ｆ）の倍数だけ１つ以上の中間信号を遅延させるように構成されており、ｆが前記光ミリメートル波信号の周波数である、システム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、各光ゲートが、電気入力信号に応答する電気光学デバイスを含み、前記電気入力信号が、前記対応する中間信号が相対的に高い振幅または相対的に低い振幅のどちらを有するか決定するようにした、システム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムにおいて、前記光コンバイナが４−１コンバイナである、システム。
【請求項８】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記光スプリッタが、前記光ミリメートル波信号を４つの中間信号に分割し、
前記光位相遅延ユニットが、前記中間信号が互いに対して約９０電気角度位相シフトとなるように、前記中間信号の内１つ以上を遅延させるように構成されており、
前記制御入力が、４つの別個の状態を有する２つの二進ディジット（ビット）を表す、システム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムにおいて、前記光ミリメートル波信号の周波数ｆが、ほぼ９４ギガヘルツであり、前記光位相遅延ユニットが、前記中間信号の内１つ以上を約２．６６ピコ秒の倍数だけ遅延させるように構成された、システム。
【請求項１０】
請求項１記載のシステムであって、更に、前記光ミリメートル波信号の振幅を調節するように前記側波帯発生器を駆動するための電気駆動信号を発生するように構成された振幅コントローラを含む、システム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムにおいて、前記振幅コントローラが、前記制御入力に基づいて、前記光ミリメートル波の振幅を２つの別個の状態に調節するように動作可能である、システム。
【請求項１２】
請求項１記載のシステムであって、更に、ゲート発生回路を含み、このゲート発生回路が、２つの中間信号が同時に相対的に高い振幅とならないように、前記１つ以上の光ゲートの各々に対する電気ゲート信号を発生するように構成された、システム。
【請求項１３】
請求項１記載のシステムであって、更に、光／電変換器を含み、この光／電変換器が、前記位相変調光ミリメートル波信号を位相変調電気ミリメートル波信号に変換するように構成された、システム。
【請求項１４】
請求項１記載のシステムであって、更に、前記位相変調電気ミリメートル波信号を受信するように、およびワイヤレスで送信するように構成されたアンテナを含む、システム。
【請求項１５】
請求項１記載のシステムであって、更に、前記光プロセッサに光学的に結合されており、前記光信号を発生するように構成されたレーザ・ソースを含む、システム。
【請求項１６】
請求項１記載のシステムであって、更に、前記ＰＳＫ変調電気ミリメートル波信号Ａ０を復調する受信機を含み、この受信機が、信号調整モジュールと、移相モジュールと、弁別モジュールとを含み、
前記信号調整モジュールが、前記ミリメートル波信号Ａ０を受信し、前記ミリメートル波信号にエンコードされたデータのシンボル遅延に遅延が対応するように、遅延ミリメートル波信号Ｂ０を発生し、
前記移相モジュールが、移相ミリメートル波信号Ａ１を生成するように、前記ミリメートル波信号Ａ０の位相をシフトし、
前記移相モジュールが、移相遅延ミリメートル波信号Ｂ１を生成するように、前記遅延ミリメートル波信号Ｂ０の位相をシフトし、
前記弁別モジュールが、Ａ０およびＢ１の位相を比較し、Ｂ０およびＡ１の位相を比較し、これら２つの比較に基づいて４つの出力を発生し、各出力が、当該出力の相対的振幅がＡ０のＢ０に対する位相に対応するように、前記ミリメートル波信号の位相の内１つと関連付けられた、システム。
【請求項１７】
請求項１６記載のシステムにおいて、前記受信機が、更に、各出力の振幅を検出して４つの二進出力信号を発生するように構成された検出モジュールを含み、各二進出力が、当該出力の相対的振幅に応じて、１つの二進出力信号のみが高状態になるように、１つの出力と関連付けられた、システム。
【請求項１８】
請求項１６記載のシステムにおいて、前記受信機が、更に、前記ＰＳＫ変調電気ミリメートル波信号をワイヤレスで受信するように構成されたアンテナを含む、システム。
【請求項１９】
ＰＳＫ変調電気ミリメートル波信号Ａ０を復調する受信機であって、この受信機が、信号調整モジュールと、移相モジュールと、弁別モジュールとを含み、
前記信号調整モジュールが、前記ミリメートル波信号Ａ０を受信し、前記ミリメートル波信号にエンコードされたデータのシンボル遅延に遅延が対応するように、遅延ミリメートル波信号Ｂ０を発生し、
前記移相モジュールが、移相ミリメートル波信号Ａ１を生成するように、前記ミリメートル波信号Ａ０の位相をシフトし、
前記移相モジュールが、移相遅延ミリメートル波信号Ｂ１を生成するように、前記遅延ミリメートル波信号Ｂ０の位相をシフトし、
前記弁別モジュールがＡ０およびＢ１の位相を比較し、Ｂ０およびＡ１の位相を比較し、これら２つの比較に基づいて４つの出力を発生し、各出力が、当該出力の相対的振幅がＡ０のＢ０に対する位相に対応するように、前記ミリメートル波信号の位相の内１つと関連付けられた、受信機。
【請求項２０】
請求項１９記載の受信機であって、更に、各出力の振幅を検出して４つの二進出力信号を発生するように構成された検出モジュールを含み、各二進出力が、当該出力の相対的振幅に応じて、１つの二進出力信号のみが高状態になるように、１つの出力と関連付けられた、受信機。
【請求項２１】
請求項１９記載の受信機であって、更に、前記ＰＳＫ変調電気ミリメートル波信号をワイヤレスで受信するように構成されたアンテナを含む、受信機。
【請求項２２】
二進ＰＳＫ変調電気ミリメートル波信号Ａ０を復調する受信機であって、この受信機が、信号調整モジュールと、弁別モジュールとを含み、
前記信号調整モジュールが、前記ミリメートル波信号Ａ０を受信し、前記ミリメートル波信号にエンコードされたデータのシンボル遅延に追加の位相遅延を加えたものに対応する遅延ミリメートル波信号Ｂ１を発生し、
前記弁別モジュールが、Ａ０およびＢ１の位相を比較し、この比較に基づいて２つの出力を発生し、前記出力の相対的振幅が、直前のシンボルの位相に対するＡ０の位相に対応するように、各出力が、前記ミリメートル波信号の位相の内１つと関連付けられた、受信機。
【請求項２３】
二進ＰＳＫ変調電気ミリメートル波信号Ａ０を復調する受信機であって、この受信機が、信号調整モジュールと、移相モジュールと、復調モジュールとを含み、
前記信号調整モジュールが、前記ミリメートル波信号Ａ０を受信し、前記ミリメートル波信号にエンコードされたデータのシンボル遅延に遅延が対応するように、遅延ミリメートル波信号Ｂ０を発生し、
前記移相モジュールが、移相ミリメートル波信号Ａ１またはＢ１を生成するように、Ａ０またはＢ０の位相をシフトし、
前記弁別モジュールがＡ０およびＢ１の位相またはＡ１およびＢ０の位相を比較し、これらの比較に基づいて２つの出力を発生し、各出力が、当該出力の相対的振幅がＡ０のＢ０に対する位相に対応するように、前記ミリメートル波信号の位相の内１つと関連付けられた、受信機。
【請求項２４】
データをミリメートル波信号によって送信する方法であって、
光信号のキャリア周波数を中心とする光周波数側波帯を発生するステップと、
光ミリメートル波信号を発生するために、前記光周波数側波帯と前記光キャリア周波数との間で弁別するステップと、
前記光ミリメートル波信号を２つ以上の中間信号に分割するステップと、
各中間信号が残りの中間信号に対して別個の位相関係を有するように、前記中間信号の内１つ以上を遅延させるステップと、
前記中間信号の１つが相対的に高い振幅を有し、残りの中間信号が相対的に低い振幅を有するように、制御入力に基づいて、前記中間信号を変調するステップと、
前記中間信号を再度組み合わせて、１つの位相変調光ミリメートル波信号にするステップと、
を含む、方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法において、更に、
前記制御信号のエンコード表現を有するように、前記位相変調光ミリメートル波信号が更に振幅変調されるように、前記制御入力に更に応答して前記光ミリメートル波信号の振幅を調節するステップを含む、方法。
【請求項２６】
前出の２つの請求項のいずれか１項に記載の方法において、前記制御入力が、１つ以上の二進ディジット（ビット）を有する二進データを表す、方法。
【請求項１】
光プロセッサを含むシステムであって、
前記光プロセッサが、側波帯発生器と、光フィルタと、位相シフト・キーイング（ＰＳＫ）変調器とを含み、
前記側波帯発生器が、光信号のキャリア周波数を中心とする光周波数側波帯を発生するように構成されており、
前記光フィルタが、光ミリメートル波信号を発生するために対象の光側波帯を用いることができるように、前記光周波数側波帯と前記光キャリア周波数との間で弁別するように構成されており、
前記ＰＳＫ変調器が、光スプリッタと、光位相遅延ユニットと、２つ以上の光ゲートと、光コンバイナとを含み、
前記光スプリッタが、前記光ミリメートル波信号を２つ以上の中間信号に分割するように構成されており、
前記光位相遅延ユニットが、各中間信号が残りの中間信号に対して別個の位相関係を有するように、前記中間信号の内１つ以上を遅延させるように構成されており、
前記光ゲートが、制御入力に基づいて、相対的に高い振幅と相対的に低い振幅との間で各中間信号を個々に変調するように構成されており、
前記光コンバイナが、前記ゲートされた中間信号を組み合わせて、１つのＰＳＫ変調光ミリメートル波信号にするように構成された、システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記制御入力が、１つ以上の二進ディジット（ビット）を有する二進データを表す、システム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記光スプリッタが、前記光ミリメートル波信号を４つの中間信号に分割するように構成された、システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、前記光位相遅延ユニットが、中間信号毎に異なる光路長を用いることによって、前記中間信号を受動的に遅延させる、システム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、前記光位相遅延ユニットが、１／（４ｆ）の倍数だけ１つ以上の中間信号を遅延させるように構成されており、ｆが前記光ミリメートル波信号の周波数である、システム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、各光ゲートが、電気入力信号に応答する電気光学デバイスを含み、前記電気入力信号が、前記対応する中間信号が相対的に高い振幅または相対的に低い振幅のどちらを有するか決定するようにした、システム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムにおいて、前記光コンバイナが４−１コンバイナである、システム。
【請求項８】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記光スプリッタが、前記光ミリメートル波信号を４つの中間信号に分割し、
前記光位相遅延ユニットが、前記中間信号が互いに対して約９０電気角度位相シフトとなるように、前記中間信号の内１つ以上を遅延させるように構成されており、
前記制御入力が、４つの別個の状態を有する２つの二進ディジット（ビット）を表す、システム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムにおいて、前記光ミリメートル波信号の周波数ｆが、ほぼ９４ギガヘルツであり、前記光位相遅延ユニットが、前記中間信号の内１つ以上を約２．６６ピコ秒の倍数だけ遅延させるように構成された、システム。
【請求項１０】
請求項１記載のシステムであって、更に、前記光ミリメートル波信号の振幅を調節するように前記側波帯発生器を駆動するための電気駆動信号を発生するように構成された振幅コントローラを含む、システム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムにおいて、前記振幅コントローラが、前記制御入力に基づいて、前記光ミリメートル波の振幅を２つの別個の状態に調節するように動作可能である、システム。
【請求項１２】
請求項１記載のシステムであって、更に、ゲート発生回路を含み、このゲート発生回路が、２つの中間信号が同時に相対的に高い振幅とならないように、前記１つ以上の光ゲートの各々に対する電気ゲート信号を発生するように構成された、システム。
【請求項１３】
請求項１記載のシステムであって、更に、光／電変換器を含み、この光／電変換器が、前記位相変調光ミリメートル波信号を位相変調電気ミリメートル波信号に変換するように構成された、システム。
【請求項１４】
請求項１記載のシステムであって、更に、前記位相変調電気ミリメートル波信号を受信するように、およびワイヤレスで送信するように構成されたアンテナを含む、システム。
【請求項１５】
請求項１記載のシステムであって、更に、前記光プロセッサに光学的に結合されており、前記光信号を発生するように構成されたレーザ・ソースを含む、システム。
【請求項１６】
請求項１記載のシステムであって、更に、前記ＰＳＫ変調電気ミリメートル波信号Ａ０を復調する受信機を含み、この受信機が、信号調整モジュールと、移相モジュールと、弁別モジュールとを含み、
前記信号調整モジュールが、前記ミリメートル波信号Ａ０を受信し、前記ミリメートル波信号にエンコードされたデータのシンボル遅延に遅延が対応するように、遅延ミリメートル波信号Ｂ０を発生し、
前記移相モジュールが、移相ミリメートル波信号Ａ１を生成するように、前記ミリメートル波信号Ａ０の位相をシフトし、
前記移相モジュールが、移相遅延ミリメートル波信号Ｂ１を生成するように、前記遅延ミリメートル波信号Ｂ０の位相をシフトし、
前記弁別モジュールが、Ａ０およびＢ１の位相を比較し、Ｂ０およびＡ１の位相を比較し、これら２つの比較に基づいて４つの出力を発生し、各出力が、当該出力の相対的振幅がＡ０のＢ０に対する位相に対応するように、前記ミリメートル波信号の位相の内１つと関連付けられた、システム。
【請求項１７】
請求項１６記載のシステムにおいて、前記受信機が、更に、各出力の振幅を検出して４つの二進出力信号を発生するように構成された検出モジュールを含み、各二進出力が、当該出力の相対的振幅に応じて、１つの二進出力信号のみが高状態になるように、１つの出力と関連付けられた、システム。
【請求項１８】
請求項１６記載のシステムにおいて、前記受信機が、更に、前記ＰＳＫ変調電気ミリメートル波信号をワイヤレスで受信するように構成されたアンテナを含む、システム。
【請求項１９】
ＰＳＫ変調電気ミリメートル波信号Ａ０を復調する受信機であって、この受信機が、信号調整モジュールと、移相モジュールと、弁別モジュールとを含み、
前記信号調整モジュールが、前記ミリメートル波信号Ａ０を受信し、前記ミリメートル波信号にエンコードされたデータのシンボル遅延に遅延が対応するように、遅延ミリメートル波信号Ｂ０を発生し、
前記移相モジュールが、移相ミリメートル波信号Ａ１を生成するように、前記ミリメートル波信号Ａ０の位相をシフトし、
前記移相モジュールが、移相遅延ミリメートル波信号Ｂ１を生成するように、前記遅延ミリメートル波信号Ｂ０の位相をシフトし、
前記弁別モジュールがＡ０およびＢ１の位相を比較し、Ｂ０およびＡ１の位相を比較し、これら２つの比較に基づいて４つの出力を発生し、各出力が、当該出力の相対的振幅がＡ０のＢ０に対する位相に対応するように、前記ミリメートル波信号の位相の内１つと関連付けられた、受信機。
【請求項２０】
請求項１９記載の受信機であって、更に、各出力の振幅を検出して４つの二進出力信号を発生するように構成された検出モジュールを含み、各二進出力が、当該出力の相対的振幅に応じて、１つの二進出力信号のみが高状態になるように、１つの出力と関連付けられた、受信機。
【請求項２１】
請求項１９記載の受信機であって、更に、前記ＰＳＫ変調電気ミリメートル波信号をワイヤレスで受信するように構成されたアンテナを含む、受信機。
【請求項２２】
二進ＰＳＫ変調電気ミリメートル波信号Ａ０を復調する受信機であって、この受信機が、信号調整モジュールと、弁別モジュールとを含み、
前記信号調整モジュールが、前記ミリメートル波信号Ａ０を受信し、前記ミリメートル波信号にエンコードされたデータのシンボル遅延に追加の位相遅延を加えたものに対応する遅延ミリメートル波信号Ｂ１を発生し、
前記弁別モジュールが、Ａ０およびＢ１の位相を比較し、この比較に基づいて２つの出力を発生し、前記出力の相対的振幅が、直前のシンボルの位相に対するＡ０の位相に対応するように、各出力が、前記ミリメートル波信号の位相の内１つと関連付けられた、受信機。
【請求項２３】
二進ＰＳＫ変調電気ミリメートル波信号Ａ０を復調する受信機であって、この受信機が、信号調整モジュールと、移相モジュールと、復調モジュールとを含み、
前記信号調整モジュールが、前記ミリメートル波信号Ａ０を受信し、前記ミリメートル波信号にエンコードされたデータのシンボル遅延に遅延が対応するように、遅延ミリメートル波信号Ｂ０を発生し、
前記移相モジュールが、移相ミリメートル波信号Ａ１またはＢ１を生成するように、Ａ０またはＢ０の位相をシフトし、
前記弁別モジュールがＡ０およびＢ１の位相またはＡ１およびＢ０の位相を比較し、これらの比較に基づいて２つの出力を発生し、各出力が、当該出力の相対的振幅がＡ０のＢ０に対する位相に対応するように、前記ミリメートル波信号の位相の内１つと関連付けられた、受信機。
【請求項２４】
データをミリメートル波信号によって送信する方法であって、
光信号のキャリア周波数を中心とする光周波数側波帯を発生するステップと、
光ミリメートル波信号を発生するために、前記光周波数側波帯と前記光キャリア周波数との間で弁別するステップと、
前記光ミリメートル波信号を２つ以上の中間信号に分割するステップと、
各中間信号が残りの中間信号に対して別個の位相関係を有するように、前記中間信号の内１つ以上を遅延させるステップと、
前記中間信号の１つが相対的に高い振幅を有し、残りの中間信号が相対的に低い振幅を有するように、制御入力に基づいて、前記中間信号を変調するステップと、
前記中間信号を再度組み合わせて、１つの位相変調光ミリメートル波信号にするステップと、
を含む、方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法において、更に、
前記制御信号のエンコード表現を有するように、前記位相変調光ミリメートル波信号が更に振幅変調されるように、前記制御入力に更に応答して前記光ミリメートル波信号の振幅を調節するステップを含む、方法。
【請求項２６】
前出の２つの請求項のいずれか１項に記載の方法において、前記制御入力が、１つ以上の二進ディジット（ビット）を有する二進データを表す、方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【公表番号】特表２０１２−５００５３３（Ｐ２０１２−５００５３３Ａ）
【公表日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２３１６４（Ｐ２０１１−５２３１６４）
【出願日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５３７０２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１９７６５
【国際公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（５０４３０６７１４）バテル・メモリアル・インスティテュート (26)
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＴＴＥＬＬＥ ＭＥＭＯＲＩＡＬ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ
【住所又は居所原語表記】５０５ Ｋｉｎｇ Ａｖｅｎｕｅ， Ｃｏｌｕｍｂｕｓ， ＯＨ ４３２０１−２６９３ （ＵＳ）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５３７０２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１９７６５
【国際公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（５０４３０６７１４）バテル・メモリアル・インスティテュート (26)
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＴＴＥＬＬＥ ＭＥＭＯＲＩＡＬ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ
【住所又は居所原語表記】５０５ Ｋｉｎｇ Ａｖｅｎｕｅ， Ｃｏｌｕｍｂｕｓ， ＯＨ ４３２０１−２６９３ （ＵＳ）
【Ｆターム（参考）】
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