用于自由空间光学通信网络的节点及其方法技术

本申请涉及用于自由空间光学通信网络的节点及其方法，具体地涉及具有弯管通道和导引通道的自由空间光学通信网络。更具体地，涉及一种用于自由空间光学通信网络中的多个节点的方法，该方法包括以下步骤：在所述网络的所述多个节点中的至少一些节点之间利用弯管通道来中继数据；以及即使在所述弯管通道不活动时，也利用导引通道来指向、获取以及跟踪，以继续保持全部所述多个节点之间的视线。

【技术实现步骤摘要】

在具有弯管(bent pipe)架构的自由空间光学(FSO)通信网络中，数据经由光学空间链路在中继节点之间传递。在每一个中继节点处，数据被重新放大，但不被调制或解调制。
技术介绍
在地面站与中继卫星之间的光学链路上，因大气的物理性质而可能出现中断(outage)(例如，云堵塞，而且晴空湍流影响严重到光学链路无法正常运行)。通过高误码或总数据丢失来特征化中断。在单一地面站处预测链路中断时，可以通过端接现有光学链路并重新建立新光学链路来重新配置该网络。最近的重新配置方法费时。重新建立新光学链路需要可能花费几分钟来执行的空间和信号获取。随着该重新配置的执行，数据被缓冲以防止数据丢失。按照100Gbps数据速率和一分钟切换时间，必须缓冲六兆兆比特数据。来自该缓冲的增加等待时间影响了网络通信量，并且增加了数据丢失的潜在性。
技术实现思路
在此，根据实施方式，一种用于自由空间光学通信网络中的多个节点的方法，该方法包括以下步骤：在所述网络的所述多个节点中的至少一些节点之间利用弯管通道来中继数据；以及即使在所述弯管通道不活动时，也利用导引通道(pilot channel)来指向、获取以及跟踪，以继续保持全部所述多个节点之间的视线。在此，根据另一实施方式，一种用于自由空间光学通信网络中的中继节点的方法，该方法包括以下步骤：利用第一光学孔径与所述网络中的近伴随节点建立第一光学链路，并且利用第二光学孔径与所述网络中的远伴随节点建立第二光学链路。所述方法还包括以下步骤：经由所述第一光学链路接收导引输入(pilot-in)信号和弯管输入(bent pipe-in)信号；利用所述导引输入信号控制所述第一光学孔径，以供指向、获取以及跟踪，来继续保持与所述近伴随节点的光学视线；以及以光学方式重新放大所述弯管输入信号，并且将该重新放大信号经由所述第二光学链路发送至所述远伴随节点。在此，根据另一实施方式，一种用于自由空间光学通信网络的节点，该节点包括：第一终端，该第一终端用于与所述网络中的近伴随节点建立第一光学链路；和第二终端，该第二终端用于与所述网络中的远伴随节点建立第二光学链路。每一个终端包括：光学孔径；动力分接头；该动力分接头用于分出经由所述光学孔径接收的导引输入信号的一部分；以及孔径控制处理器，该孔径控制处理器用于将所述部分用于指向、获取以及跟踪，以继续保持与其伴随节点的光学视线。每一个终端还包括光学回路，该光学回路用于分离所述导引输入信号与弯管输入信号，并且重新放大所述弯管输入信号，而不调制或解调制所述弯管输入信号。这些特征和功能可以在不同实施方式中独立地实现，或者可以在其它实施方式中组合。这些实施方式的进一步细节可以参照下列描述和附图而了解。附图说明图1是自由空间光学通信网络和重新配置该网络的方法的例示图。图2是用于自由空间光学通信网络中的节点的光学净荷的示例的例示图。图3是用于自由空间光学通信网络中的节点的光学净荷的另一示例的例示图。具体实施方式对图1进行说明，其例示了具有弯管架构的自由空间光学通信网络100。网络100包括端节点110和中继节点120。端节点110包括地面站，而中继节点120包括地球轨道上的中继卫星。出于例示的目的，图1示出了四个地面站作为端节点110，和四个中继卫星作为中继节点120。然而，网络100不限于那些数量。四个地面站处于位置A、B、C以及D。四个中继卫星处于位置W、X、Y以及Z。例如，如果卫星未对地静止或者地面站是移动的，则这些位置可以移动。每一个节点110和120都可以经由激光通信(lasercom)与网络100中的一个或更多个其它节点110和120通信。可以通过一个或更多个光学链路来执行激光通信。网络100在节点110与120之间利用弯管通道来中继数据。传入信号通过中继节点120接收、重新放大，并中继至另一节点110或120(例如，另一中继位置，或地面站)。弯管通道上的数据未被任何中继节点120调制或解调制。弯管通道可以在任何指定时间活动或不活动。例如，可能是不发送数据期间的时段。考虑到按实线示出的端至端弯管通道1。通道1由下列位置处的节点之间的光学链路形成：A/W、W/X、X/Z以及Z/D。弯管通道1是双向的。其允许数据在按第一波长(λ1)的方向上和在按第二波长(λ2)的相反方向上在位置A与D处的地面节点之间中继。弯管通道1还可以在每一个方向上中继附加波长。网络100还在节点110与120之间利用导引通道来中继光学导引信号。导引通道具有清晰视线(即，没有云，或被地球物理阻挡)。该导引通道专用于指向、获取以及跟踪(PAT)。可以在每一个节点110和120处调制/解调制导引信号。即使当弯管通道不活动时，也利用导引通道来指向、获取以及跟踪，以继续保持全部节点110与120之间的视线。该导引通道由成对节点之间的光学链路形成。这些光学链路覆盖网络100中的所有节点110和120。考虑图1的示例，光学链路形成在下列位置处的成对节点之间：A/W、W/X、B/X、C/X、X/Y、X/Z、C/Y，以及D/Z。如果卫星上有足够的资源可用(即，足够的光学终端)并且卫星视线未被地球阻挡，则可以建立其它光学链路(例如，Y/Z和W/Y)。星座(constellation)管理方(例如，分布式命令和控制设施)可以使用该导引通道，直接与网络100中的每一个节点110和120通信。该通信可以是直接的(例如，从位置B处的地面站至位置X处的中继卫星)，或者经由跨通道链路(例如，从位置B处的地面站至位置Y处的卫星)。该导引通道可以是双向的。通过每一个光学链路，第一导引信号在一个方向上按第一波长(λA)传送，而第二导引信号在相反方向上按第二波长(λB)传送。这两个导引信号可以经由波分复用(WDM)、频分复用(FDM)、极化或某一其它方法而放置在同一信道上。在节点110或120接收导引通道光学链路上的导引信号之后，所接收导引信号被解调制并处理。调制格式包括，但不限于：开关键控(OOK)、差分相移键控(DPSK)、以及脉冲位置调制(PPM)。该处理包括：利用该导引信号作为获取和跟踪信标，以供建立和保持与发送导引信号的节点110或120的视线连接性的目的之用。可以利用象限探测器或其它角感测技术，对所接收视线角执行空间跟踪。该导引通道用于执行网络100的快速重新配置。考虑位置D处的地面站与位置Z处的中继卫星之间的预测中断的示例。可以根据收集信息(链路条件等)来预测中断。当预测到中断时，基于可用资源来标识针对新弯管通道2的新的一组光学链路。如图1所示，位置A和B处的地面站被标识为端节点110，而位置W和X处的卫星被标识为新弯管通道2中的中继节点120。一旦启动用于切换至新弯管通道2的命令，该新弯管通道2就因已经通过导引通道建立的空间获取而自动活跃起来。(该新的一组光学链路可以被标识，并且用于切换的命令可以通过网络管理方或者驻留于卫星外部的网络管理方功能来启动)。从而，该重新配置网络100通过由光学链路A/W、W/X以及X/B形成的新弯管通道2(按点虚线示出)中继数据。因为不执行空间重新获取，所以重新配置网络100是快速的。仅可能出现短暂中断(需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于自由空间光学通信网络(100)中的多个节点(110、120)的方法，该方法包括以下步骤：在所述网络的所述多个节点中的至少一些节点之间利用弯管通道(1、2)来中继数据；以及即使在所述弯管通道不活动时，也利用导引通道来指向、获取以及跟踪，以继续保持全部所述多个节点之间的视线。

【技术特征摘要】
2015.06.22 US 14/746,7541.一种用于自由空间光学通信网络(100)中的多个节点(110、120)的方法，该方法包括以下步骤：在所述网络的所述多个节点中的至少一些节点之间利用弯管通道(1、2)来中继数据；以及即使在所述弯管通道不活动时，也利用导引通道来指向、获取以及跟踪，以继续保持全部所述多个节点之间的视线。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述弯管通道上中继的所述数据被重新放大，但不被调制或解调制。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导引通道具有比所述弯管通道显著低的数据速率。4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括重新配置所述网络的步骤，包括以下步骤：利用所述导引通道来标识用于新弯管通道的新的一组光学链路；以及切换至所述新弯管通道；由此，已经通过所述导引通道建立了针对所述新弯管通道的空间获取。5.根据权利要求1所述的方法，其中，针对每一个节点，将所述导引通道上的导引输入信号用作指向、获取以及跟踪，以继续保持与近伴随节点的接收视线LOS。6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括以下步骤：将抖动添加至所述导引输入信号；从所述抖动导出目标相关功率；以及利用所述目标相关功率来校正发送视线LOS与所述接收视线LOS之间的未对准。7.一种用于自由空间光学通信网络(100)的节点(110、120)，该节点包括：第一终端(210)，该第一终端(210)用于与所述网络中的近伴随节点建立第一光学链路；以及第二终端(210)，该第二终端(21...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·G·兰伯特，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US