千兆以太网遥测数据的双向自由空间激光通信系统技术方案

本公开涉及千兆以太网遥测数据的双向自由空间激光通信系统。一种自由空间激光通信系统，用于以千兆以太网协议使用双重的缓解大气效应的方法进行遥测数据的双向传输。给自由空间双向GBE激光通信系统利用光合成接收器阵列和成帧器/前向错误校正/交织(FFI)设备以缓解大气湍流和信道衰落的组合效应。由于针对同步光网络(SONET)协议设计FFI设备，因此使用智能(或者智慧)的介质转换器以将GBE遥测数据转换为SONET帧，这使得FFI设备执行错误校正算法，并提供用于超过一千米距离的无缝的无错误的GBE激光通信链路。可使用低成本的市售部件实施这种双向激光通信系统。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体上涉及自由空间激光通信系统。更具体地，本公开涉及具有错误控制电路的自由空间大气激光通信系统。
技术介绍
遥测是自动通信过程，通过这种过程，可测量在远端或难以接近的点收集的其它数据，并传送到接收设备以用于监视。例如，已知在飞机上获取遥测数据，然后响应于来自地面的遥控指令，将该数据传送至地面上的接收器。一个现有的解决方案采用了射频(RF)链路以在飞机和地面站之间传送遥测数据。使用RF链路的缺点包括低数据速率以及容易受到电磁干扰。自由空间大气激光的光通信系统凭借传播穿过大气的光束传送并且接收信息。使用自由空间光通信链路代替现有的RF链路的益处至少包含以下：更高速的遥测数据传送，以及自由空间光信号不受电磁干扰。对于飞机和地面站之间的长距离(>1公里)遥测链路，自由空间激光的光通信是可行的解决方案，这是因为包含于高数据速率发射器、高功率光放大器和高灵敏度的接收器中的技术是成熟的，并且在商业上是可用的。然而，遥测数据的光传送存在三个主要问题：(1)自由空间激光通信具有引起发射器位置和接收器位置之间的光束漂移的大气湍流效应。(2)在自由空间中的光信号经历衰落效应，该衰落效应由从自由空间内的其它物体反射的信号对接收器的相消干扰引起。相消干扰的结果是，接收器处
的光信号经历信号位的丢失，或者在数字光数据流中产生错误错误信号位。(3)在没有针对自由空间高速光通信的标准的情况下，优选普遍的千兆以太网(GBE)协议用于高速遥测数据。这可能会引起与针对高速同步光网络(SONET)协议设计的现有激光通信设备不兼容的问题。问题(1)和(2)是自由空间光通信的固有问题；问题(3)是光学系统部件的设计问题。本公开致力于能够解决上述问题中的一个或多个的自由空间激光通信系统。
技术实现思路
在下面详细公开的主题涉及自由空间激光通信系统，用于以GBE协议使用双重大气效应缓解方法进行遥测数据的双向传输。该自由空间双向GBE激光通信系统利用光通信接收器阵列(OCRA)和成帧器/前向错误校正/交织交织(FFI)设备，以减轻大气湍流的效应(例如，由在大气中的局部折射指数的随机不均匀性引起的光束漂移)和信道衰落(例如，从自由空间内的其它物体反射到接收器的信号的相消干扰)。由于针对SONET协议设计FFI设备，智能(或智慧)介质转换器被用于将SONET帧转换成GBE遥测数据，并且反之亦然，这使FFI设备能够执行错误校正算法，并且提供了超过一千米距离的无缝无错误GBE激光通信链路。可使用低成本、市售的(现货供应的)部件来实现这种双向的激光通信系统。下面详细公开的自由空间激光通信系统通过使用OCRA来减轻对光束的大气湍流效应以及使用FFI设备减轻衰落效应，解决了在
技术介绍
部分中讨论的三个问题。通过使用市售的智能小型可插拔(SFP)收发器将GBE数据转换成将由FFI设备处理的SONET OC-3光数据流(即，具有高达155.52Mbit/s的光载波传输速率)解决了第三个问题。如本文所用，术语“光学连接件”包括，但不限于，包含通过一个或多个连接器串联连接的一个光纤或其它波导，或两个或多个光纤或其它波导的任何连接件。在下面详细公开的实施例中，所有的光纤是单模光纤。下面详细公开的本主题的一个方面是一种系统，包括：透镜阵列；光通信接收器阵列，光通信接收器阵列被光耦合至透镜阵列，并且被配置为将入射在透镜阵列的光转换成差分电信号；再生器，被配置为将差分电信号转换成根据特定的网络协议格式化的再生光信号；错误校正子系统，被配置为将来自再生器的再生光信号转换成表示数据位流的电信号，对表示数据位流的电信号执行前向错误校正，以产生表示校正的数据位流的电信号，并且将表示校正的数据位流的电信号转换成根据特定的网络协议格式化的光信号，以表示校正的数据位流；介质转换器，被配置为将由错误校正子系统传送的光信号转换成表示校正的数据位流的GBE格式的电信号；以及数据处理器，被编程为处理从介质转换器接收的GBE格式的电信号。在本公开的实施方式中，特定的网络协议是同步光网络，而数据处理器是以每秒至少一个吉比特的速率传送以太网帧的遥测处理器。该系统进一步包括望远镜，被配置为引导自由空间光信号入射在透镜阵列上自由空间光信号。下面详细公开的本主题的另一个方面是一种通信系统，包括：第一望远镜和第二望远镜；第一数据处理器，被编程为传送表示数据位流的GBE格式的电信号；第一介质转换器，被配置为将从第一数据处理器接收的GBE格式的电信号转换成根据特定的网络协议格式化的、一个波长的光信号，以表示所传送的数据位流；波长转换器，被配置用于将从第一介质转换器接收的一个波长的光信号转换成另一个波长的光信号；光放大器，用于放大其它波长的光信号；以及光连接件，将放大的光信号传送至望远镜；第一透镜阵列，被定位为从第二望远镜接收光线；第一光通信接收器阵列，被光耦合至第一透镜阵列，并且被配置为将入射在第一透镜阵列上的光转换成差分电信号；第一再生器，被配置为将差分电信号转换成根据特定的
网络协议格式化的再生光信号；第一错误校正子系统，被配置为将来自第一再生器的再生光信号转换成表示数据位流的电信号，对表示数据位流的电信号执行前向错误校正，以产生表示校正的数据位流的电信号，并且将表示校正数据位流的电信号转换成根据特定的网络协议格式化的光信号，以表示校正的数据位流；第二介质转换器，被配置为将来自第一错误校正子系统的校正的光信号转换成表示校正的数据位流的GBE格式的电信号；第二数据处理器，被编程为处理从第二介质转换器接收的GBE格式的电信号。该通信系统可以进一步包括：第二透镜阵列，被定位为从第一望远镜接收光；第二光通信接收器阵列，其被光耦合至第二透镜阵列，并且被配置为将入射在第二透镜阵列的光转换成差分电信号；第二再生器，被配置为将来自第二光通信接收器的差分电信号转换成根据特定的网络协议格式化的再生光信号；以及第二错误校正子系统，被配置为将来自第二再生器的再生光信号转换成表示数据位流的电信号，对表示数据位流的电信号执行前向错误校正，以产生表示校正的数据位流的电信号，并且将表示校正数据位流的电信号转换成根据特定的网络协议格式化的光信号，以表示校正的数据位流；其中，第一介质转换器被配置为将来自第二错误校正子系统的校正的光信号转换成表示校正数据位流的GBE格式的电信号。此外，该通信系统可包括：第一带通滤波器，被放置于第一望远镜和第二透镜阵列之间，并且中心具有第一波长；以及第二带通滤波器，被放置于第二望远镜和第一透镜阵列之间，并且中心具有不同于第一波长的第二波长。另一方面是一种系统，包括：望远镜；多个透镜，被布置成从望远镜接收光信号；多个光检测器，用于将由透镜接收的光信号转换成电信号；电子电路，被配置成将来自光电检测器的电信号转换成根据特定的网络协议格式化的再生光信号；错误校正子系统，被配置为将再生光信号转换成表示数据位流的电信号，对表示数据位流的电信号执行前向错误校正，以产生表示校正数据位流的电信号，并将表示校正数据位流的电信号转换成根据特定的网络协议格式化的光信号，来表示校正数据的位流；介质转换
器，被配置为将校正的光信号转换成表示经校正的数据位流的GBE格式的电信号；以及数据处理器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通信系统，包括：透镜阵列；光通信接收器阵列，所述光通信接收器阵列被光耦合至所述透镜阵列，并且被配置为将入射在所述透镜阵列的光转换成差分电信号；再生器，被配置为，将所述差分电信号转换成根据特定的网络协议格式化的再生光信号；错误校正子系统，被配置为将来自所述再生器的所述再生光信号转换成表示数据位流的电信号，对所述表示数据位流的所述电信号执行前向错误校正，以产生表示校正的数据位流的电信号，并且将表示所述校正的数据位流的电信号转换成根据特定的网络协议格式化的表示所述校正的数据位流的光信号；介质转换器，被配置为将由所述错误校正子系统传送的光信号转换成表示校正的所述数据位流的GBE格式的电信号；以及数据处理器，被编程为处理从所述介质转换器接收的所述GBE格式的电信号。

【技术特征摘要】
2015.04.13 US 14/684,7481.一种通信系统，包括：透镜阵列；光通信接收器阵列，所述光通信接收器阵列被光耦合至所述透镜阵列，并且被配置为将入射在所述透镜阵列的光转换成差分电信号；再生器，被配置为，将所述差分电信号转换成根据特定的网络协议格式化的再生光信号；错误校正子系统，被配置为将来自所述再生器的所述再生光信号转换成表示数据位流的电信号，对所述表示数据位流的所述电信号执行前向错误校正，以产生表示校正的数据位流的电信号，并且将表示所述校正的数据位流的电信号转换成根据特定的网络协议格式化的表示所述校正的数据位流的光信号；介质转换器，被配置为将由所述错误校正子系统传送的光信号转换成表示校正的所述数据位流的GBE格式的电信号；以及数据处理器，被编程为处理从所述介质转换器接收的所述GBE格式的电信号。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述特定的网络协议是同步光网络。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数据处理器是以每秒至少一个吉比特的速率传送以太网帧的遥测处理器。4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括望远镜，被配置为引导自由空间光信号射向所述透镜阵列。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述数据处理器被进一步编程为将表示数据位流的GBE格式的电信号发送至所述介质转换器，并且所述介质转换器进一步被配置为将从所述数据处理器接收的电信号转换成根据所述特定的网络协议格式化以表示数据位流的、一波长的光信号，所述系统进一步包括：波长转换器，被配置用于将从所述介质转换器接收的一波长的光信号转换成另一波长的光信号；光放大器，用于放大位于另一波长的光信号；以及光连接件，所述光连接件将放大的光信号传送至所述望远镜。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述特定的网络协议是同步光网络，并且所述数据处理器被编程以处理遥测数据。7.一种通信系统，包括：第一望远镜和第二望远镜；第一数据处理器，被编程为传送表示数据位流的GBE格式的电信号；第一介质转换器，被配置为将从所述第一数据处理器接收的GBE格式的电信号转换成根据特定的网络协议格式化以表示所传送的数据位流的一波长的光信号；波长转换器，被配置用于将从所述第一介质转换器接收的所述一波长的光信号转换成另一波长的光信号；光放大器，用于放大所述另一波长的光信号；以及光连接件，用于将放大的光信号传送至所述第一望远镜；第一透镜阵列，被定位为从所述第二望远镜接收光；第一光通信接收器阵列，所述第一光通信接收器阵列被光耦合至所述第一透镜阵列，并且被配置为将入射在所述第一透镜阵列的光转换成差分电信号；第一再生器，被配置为将所述差分电信号转换成根据特定的网络协议格式化的再生光信号；第一错误校正子系统，被配置为将来自所述第一再生器的所述再生光信号转换成表示数据位流的电信号，对表示所述数据位流的电信号执行前向错误校正，以产生表示校正的数据位流的电信号，并且将表示所述校正的数据位流的电信号转换成根据特定的网络协议格式化以表示所述校正的数据位流的光信号；第二介质转换器，被配置为将来自所述第一错误校正子系统的校正的光信号转换成表示所述校正的数据位流的GBE格式的电信号；第二数据处理器，被编程为处理从所述第二介质转换器接收的GBE格式的电信号。8.根据权利要求7所述的通信系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·延尤·钱，乔纳森·M·圣克莱尔，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US