DE69735357T2

DE69735357T2 - Punkt-zu-mehrpunkt weitbereichskommunikationsnetz durch atmosphärische laserübertragung mittels eines entfernten optischen routers

Info

Publication number: DE69735357T2
Application number: DE69735357T
Authority: DE
Inventors: A. Mark Bryan DOUCET; L. David College Station PANAK
Original assignee: Dominion Communications LLC
Current assignee: Dominion Communications LLC
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: EP1213857A1; DE69735357D1; WO1997037445A1; EP0965190A1; EP1213857B1; US5786923A; AU2549097A; EP0965190B1; DE69737465D1; DE69737465T2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen drahtlose Kommunikationsnetzwerke, und insbesondere Breitbandkommunikationsnetzwerke, welche atmosphärische Laserübertragung oder Laserübertragung im freien Raum verwenden.
Beschreibung der verwandten Technik
Breitbandkommunikationsanwendungen wie interaktives Fernsehen, Videotelefonieren, Videokonferenzen, Videobotschaften, Videos auf Bestellung, hochdefiniertes Fernsehen (HDTV) und Hochgeschwindigkeitsdatendienste erfordern ein Breitbandkommunikationsnetzwerk zwischen und zu den verschiedenen Teilnehmern. Das gegenwärtige Telekommunikationsnetzwerk, bezeichnet als das öffentliche geschaltete Telefonnetzwerk (PSTN) oder das einfache alte Telefonsystem (POTS) ist gegenwärtig das einzige kabelartige Netzwerk, das fast der gesamten Bevölkerung zugänglich ist. Dieses System, obwohl es ideal für Punkt-zu-Punkt-Übertragung und irgendwer-zu- irgendwer Verbindbarkeit geeignet geschaffen ist, ist nahezu durch den Gebrauch von Stimmen-, Fax- und Datenkommunikation überlastet worden.
Das PSTN weist heute in erster Linie digitale Schaltsysteme auf, und eine Übertragung über die lokale Schleife ist typischerweise durch entweder ein T1 speisendes kupferbasiertes System oder faseroptische Kabelsysteme verwirklicht. Die Teilnehmerschleife ist jedoch weiterhin in erster Linie eine kupferungeschützte verdrehte Paar (UTP) Verkabelung, welche eine eingeschränkte Kapazität hat. Daher ist die physikalische Natur des Systems streng bandbreiteneingeschränkt, mit Datenübertragungsraten von typischerweise in dem Bereich von 9,600-28,800 Bits pro Sekunden. Folglich können Hochgeschwindigkeitsbreitbandanwendungen nicht auf Basis der POTS-Technologie verwirklicht werden.
Neue Festverkabelungssysteme, wie etwa ISDN (integrated services digital network) und faseroptische Netzwerke offerieren Hochgeschwindigkeitsbidirektionale Kommunikation, die für viele Einzelne verfügbar ist. ISDN selbst kann jedoch keine ausreichende Bandbreite für viele Breitbandkommunikationsanwendungen bereitstellen. Zusätzlich erfordert ISDN, daß die meisten Teilnehmer mit verbessertem Kupferdraht verbunden sind. Ein faserbasiertes Netzwerk, wie etwa Faser bis zur Straße (FTTC) und Faser bis zum Haus (FTTH) erfordert es, daß neue faseroptische Kabel bis zu jedem Teilnehmer verlegt sind. Die Kosten einer Verlegung eines faseroptischen Netzwerks über die Vereinigten Staaten würde sehr teuer sein. Weitere Alternativen zur Kapazitätserhöhung existierender Netzwerke umfassen ADSL (asymmetrische digitale Teilnehmerlinie), SDSL (symmetrische digitale Teilnehmerlinie) und HFC (Hybridfaserkoax) und weitere.
Eine Alternative zu festen verkabelten Netzwerklösungen ist eine kabelfrei-basierte Lösung. Die meisten gegenwärtig existierenden Methoden für drahtlose Kommunikation basieren auf Rundfunkmethoden in dem elektromagnetischen Spektrum. Ein Beispiel für ein drahtloses Rundfunkmedium ist das direkte Rundfunksatelliten (DBS) System, wie etwa „DirecTV". Allgemein sind Rundfunksysteme weit verbreitet und zahlreich. Die verfügbare Bandbreite ist jedoch in ansteigendem Maße eingeschränkt durch das Anteilvolumen der Teilnehmer, insbesondere mit dem rapiden Wachstum in dem Markt drahtloser Telefone. Das Ergebnis der „Überbevölkerung der Bänder" ist es, daß die drahtlosen elektromagnetischen Systeme nicht in der Lage sind, dem heftigen Verlangen der Öffentlichkeit für Hochgeschwindigkeitesdatenkommunikation gerecht zu werden.
GB 22 61 575 offenbart ein Verfahren zur Errichtung eines Telekommunikationsnetzwerks, welches die Schritte aufweist, ein Netzwerk lokaler Stationen, welches zu einem weiteren durch Mikrowellenverbindungen angebunden ist, bereitzustellen, und in einem Cluster um jede lokale Station eine Mehrzahl von Teilnehmern oder Telefonstationen anzuordnen, wobei jede Teilnehmerstation einen einzigartigen Code hat. Dann werden optische Telekommunikationsverbindungen zwischen den Teilnehmerstationen und deren zugehöriger lokaler Stationen errichtet.
Eine weitere Methode für Breitband-Punkt-zu-Punkt für Kommunikationen verwendet Laser in einem Punkt-zu-Punkt/System, das eine einzelne durchgehende, Hochgeschwindigkeits-, bidirektionale, Multikanal, atmosphärische Verbindung errichtet. Laserbasierte drahtlose Systeme sind entwickelt worden, um Punkt-zu-Punkt, bidrektionale und Hochgeschwindigkeits-Telekommunikationen durch die Atmosphäre einzurichten. Die Reichweite für solche Systeme ist typischerweise 0.5 bis 1.2 Meilen, wobei einige eine Reichweite von 4 Meilen oder mehr besitzen. Der weiteste atmosphärische Verbindungsweg, der mit einem Punkt-zu-Punkt/System erreicht wurde, übertrifft 100 Meilen. Diese Einfachwegsysteme erfordern einen Laser und Transceiveroptik an jedem Ende der Verbindung. Die Verbindungen sind in der Lage, Hochgeschwindigkeits-bidirektonale Kommunikationen in einigen der äußerst rauhen Wetterbedingungen aufrechtzuerhalten. Die Kosten für solche Systeme liegen jedoch im Bereich von typischerweise $ 10.000.–bis 20.000.-, was diese für die meisten privaten und Geschäftsgebräuche ungeeignet macht.
Es ist daher ein drahtloses, laserbasiertes Telekommuniktionssystem erwünscht, das es einer Anzahl von Teilnehmern ermöglicht, einen Kommunikationsweg zu einer großen Anzahl von Teilnehmern zu teilen. Es ist weiter ein drahtloses, laserbasiertes Telekommunikationssystem erwünscht, welches die Kosten für jeden Teilnehmer verringert, und welches dennoch Hochgeschwindigkeits-birektionale, Breitband, weitflächige Telekommunikationen bereitstellt. Es ist ein System erwünscht, welches nicht die sehr großen Installationskosten von ISDN und Faseroptik erfordert, und das keine der elektromagnetischen Rundfunkbänder der mobilen Kommunikationssysteme erfordert. Ein derartiges Netzwerk könnte in einer weiten Mannigfältigkeit von Anwendungen verwendet werden, wie etwa Telefon, Datenkommunikation wie etwa das Internet, Telekonferenzen, Radioübertragungen, und verschiedene Fernsehanwendungen wie etwa Kabelfernsehen, HDTV und interaktives Fernsehen.
Kurzzusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung ist in den anhängigen Ansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Punkt-zu-Mehrpunkt bidirektionales Weitbereichskommunikationsnetzwerk, welches atmosphärische optische Kommunikation einsetzt. Das Netzwerk umfaßt eine primäre Transceivereinheit, einen optischen Router, und eine Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten. Die primäre Transceivereinheit erzeugt einen ersten Lichtstrahl, welcher erste modulierte Daten enthält. Der optische Router empfängt den ersten Lichtstrahl und demoduliert die ersten Daten. Der optische Router moduliert die ersten Daten auf einen zweiten Lichtstrahl und überträgt den zweiten Lichtstrahl an die Teilnehmer-Transceivereinheiten. Der optische Router demoduliert, moduliert und überträgt zu jeder der Teilnehmer-Transceivereinheiten in einer Zeit-Multiplexweise.
Die Teilnehmer-Transceivereinheiten empfangen den zweiten Lichtstrahl und demodulieren die ersten Daten. Jede Teilnehmer-Transceivereinheit umfaßt eine optische Antenne oder andere optische Empfänger/Transmitter. Die optische Antenne ist vorzugsweise an eine Eingangs/Ausgangseinrichtung angekoppelt, wie etwa einen Digitalempfänger oder ein Anzeigesystem z.B. einen Computer oder Fernseher, und zwar durch ein faseroptisches Kabel.
In die andere Richtung übertragen die Teilnehmer-Transceivereinheiten auf atmosphärischem Weg einen dritten Lichtstrahl, welcher zweite modulierte Daten enthält, zu dem optischen Router. Der optische Router demoduliert die zweiten Daten, moduliert die zweiten Daten auf einen vierten Lichtstrahl, und überträgt den vierten Lichtstrahl zu der primären Transceivereinheit. Die primäre Transceivereinheit empfängt und demoduliert die zweiten Daten. Der optische Router demoduliert, moduliert und überträgt zu jeder der Teilnehmer-Transceivereinheiten in einer Zeit-Multiplexweise. Dadurch werden zwischen der primären Transceivereinheit und der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten birektionale Kommunikationskanäle zur Datenübertragung in jede Richtung errichtet.
Die bevorzugte Ausführungsform des optischen Routers umfaßt eine sekundäre Transceivereinheit, eine Mehrzahl von Transceivermodulen und einen elektronischen Router zur Leitung/Verteilung (routing) der Daten zwischen der sekundären Transceivereinheit und der Mehrzahl von Tranceivermodulen zur Errichtung der Kommunikationskanäle zwischen der primären Transceivereinheit, und der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten. Die sekundäre Tranceivereinheit überträgt/empfängt Lichtstrahlen einschließlich Daten über die primäre Transceivereinheit und die Transceivermodule übertragen/empfangen Lichtstrahlen einschließlich Daten bezüglich der Teilnehmer-Transceivereinheiten. Die Transceivermodule weisen einen X-Y Strahlumlenker auf, um die Lichtstrahlen in einer Zeit-Multiplexweise zu einem Anteil der Teilnehmer-Transceivereinheiten umzulenken.
Daher weist die vorliegende Erfindung ein Laser-basiertes atmosphärisches Kommunikationsnetzwerk auf, welches einer Mehrzahl von Teilnehmern birektionale Breitbandkommunikation bereitstellt. Die vorliegende Erfindung stellt ein bidirektionales breitbandoptisches Kommunikationsnetzwerk bei erheblich verringerten Infrastrukturkosten bereit. Ein Netzwerk von derartigen Netzwerken, welches mehrfache optische Router und mehrfache primäre Transceivereinheiten aufweist, wird darüber hinaus von der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ein verbessertes Verständnis der vorliegenden Erfindung kann durch Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen erhalten werden, von denen:
1 ein Punkt-zu-Mehrpunkt Weitbereichskommunikationsnetzwerk unter Verwendung von atmosphärischer Laserübertragung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 die durch die Bereitstellung von mehrfachen optischen Routern in dem Netzwerk aus 1 erreichte überlappende Abdeckung darstellt;
3 die bevorzugte Ausführungsform des optischen Routers in dem Netzwerk aus 1 darstellt;
4 eine Draufsicht auf ein Transceivermodul aus 3 ist;
5 ein Blockdiagramm des optischen Routers aus 3 einschließlich eines ausführlichen Blockdiagramms der sekundären Transceivereinheit ist;
6 die primäre Transceivereinheit der 1 und 3 darstellt;
7 eine Teilnehmer-Transceivereinheit der 1 und 3 darstellt; und
8 ein Blockdiagramm eines Teils einer alternativen Ausführungsform der Teilnehmer-Transceivereinheit aus 7 ist.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Für allgemeine Information betreffend Breitbandtelekommunikation und optische Datenkommunikation wird auf Lee, Kang and Lee, Broadband Telecommunications Technology, Artech House, 1993 verwiesen. Ebenfalls wird auf Davis, Carome, Weik, Ezekiel and Einzig, Fiber Optic Sensor Technology Handbook, Optical Technologies Inc., 1982; 1986 Herndon VA verwiesen.
Das Netzwerk
Nun wird Bezug hergestellt zu 1, in der ein Punkt-zu Mehrpunkt Weitbereichskommunikationsnetzwerk 100, welches atmosphärische Lichtstrahlen oder Lasertransmission verwendet, gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Das Netzwerk 100 weist vorzugsweise eine primäre Transceivereinheit 120, einen optischen Router 110 und eine Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten 130A bis 130N (Bezugnahme als Kollektiv: 130) auf. In einer alternativen Ausführungsform weist das Netzwerk 100 nur den optischen Router 110 und die Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten auf. Die vorliegende Erfindung stellt ein bidirektionales Breitbandkommunikationsnetzwerk mit verringerten Infrastrukturkosten bereit, d.h. keine Kabel oder Fasern müssen in der Teilnehmerschleife gelegt werden, d.h. zu den Teilnehmern.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Teilnehmer-Transceivereinheiten an Teilnehmerräumlichkeiten, wie etwa Wohnung oder Geschäftsräumen angeordnet. Der optische Router 110 ist inmitten oder nahe den Teilnehmer-Tranceivereinheiten 130 angeordnet, und der optische Router kommuniziert optisch mit den Teilnehmereinheiten 130. Der optische Router 110 hat einen zugehörigen Bereich von Zugänglichkeit, wobei der optische Router 110 dazu ausgelegt ist, mit Teilnehmer-Transceivereinheiten zu kommunizieren, welche innerhalb eines kreisförmigen Bereichs um den optischen Router 110 angeordnet sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Reichweite der Zugänglichkeit etwa zwischen 2000 und 4000 Fuß. Es ist jedoch beabsichtigt, daß größere oder kleinere Reichweiten von Zugänglichkeit des optischen Routers 110 für das Netzwerk der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Jede der Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 ist relativ zu dem optischen Router 110 in einer Sichtweglinie aufgestellt.
Der optische Router 110 ist relativ zu der primären Transceivereinheit 120 in einer Sichtweglinie aufgestellt. Der optische Router 110 ist vorzugsweise auf beispielsweise einem Pfahl, Gebäude oder einer anderen Struktur angebracht, die etwa 75 Fuß über Grundniveau liegt. Vorzugsweise liegt der Abstand zwischen der primären Transceivereinheit 120 und dem optischen Router 110 etwa zwischen einer halben Meile und 10 Meilen. Es ist jedoch beabsichtigt, daß größere oder kleinere Abstände zwischen dem optischen Router 110 und der primären Transceivereinheit 120 in dem Netzwerk der vorliegenden Erfindung existieren können.
Die primäre Transceivereinheit 120 erzeugt einen ersten Lichtstrahl 140 und überträgt den ersten Lichtstrahl 140 auf atmosphärischen Weg zu dem optischen Router 110. Alternativ erhält die primäre Transceivereinheit 120 den ersten Lichtstrahl 140 von einem weiteren Transceiver (nicht gezeigt) und liefert oder richtet den ersten Lichtstrahl 140 zu dem optischen Router 110. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Begriff „Lichtstrahl" als Sammelbegriff für irgendeinen von verschiedenen Typen von Lichtübertragung gedacht, einschließlich Laser, einer super-fluoreszierenden Lichtquelle, oder anderen kohärenten und/oder nicht kohärenten Licht- oder optischen Übertragungen.
Die primäre Transceivereinheit 120 moduliert Daten auf dem ersten Lichtstrahl 140, bevor der erste Lichtstrahl 140 zu dem optischen Router 110 übertragen wird. Die Daten können auf dem ersten Lichtstrahl mittels irgendeiner von verschiedenen Techniken moduliert werden, einschließlich Zeit und/oder Frequenztechniken, wie sie gut aus der Technik bekannt sind.
Der optische Router 110 empfängt den ersten Lichtstrahl 140 einschließlich der von der primären Transceivereinheit 120 gesendeten Daten auf atmosphärischen Weg und demoduliert die Daten, moduliert dann die Daten auf einem zweiten Lichtstrahl 845A–845N (Bezugnahme im Kollektiv: 845) und überträgt den zweiten Lichtstrahl 845 zu den Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 auf atmosphärischem Weg. Der zweite Lichtstrahl 845 enthält wenigstens einen Teil der von der primären Transceivereinheit 120 gesendeten Daten. Die Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 erhalten den zweiten Lichtstrahl 845 auf atmosphärischem Weg und demodulieren die von der ersten Transceivereinheit 120 gesendeten Daten von dem zweiten Lichtstrahl 845. Die vorliegende Erfindung unterscheidet zwischen verschiedenen Nutzern, d.h. teilt die Kommunikationsbandbreite mittels Techniken wie etwa zeitlichem Mehrfachzugang (TDMA) oder frequenzseitigem Mehrfachzugang (FDMA). Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls Gebrauch von codeartigem Mehrfachzugang (CDMA) machen.
Die Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 übertragen einen dritten Lichtstrahl 855A–855N (Bezugnahme im Kollektiv: 855) auf atmosphärischem Weg zu dem optischen Router 110. Die Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 modulieren Daten auf dem dritten Lichtstrahl 855 und übertragen dann den dritten Lichtstrahl 855 zu dem optischen Router 110. Der optische Router 110 empfängt den dritten Lichtstrahl 855 einschließlich der von den Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 gesendeten Daten auf atmosphärischem Weg und demoduliert die Daten, moduliert dann die Daten auf einem vierten Lichtstrahl 150 und überträgt den vierten Lichtstrahl 150 zu der primären Transceivereinheit 120. Die primäre Transceivereinheit 120 empfängt den vierten Lichtstrahl 150 und demoduliert die von den Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 gesenden Daten von dem vierten Lichtstrahl 150. Alternativ liefern/liefert der optische Router 110 und/oder die primäre Transceivereinheit 120 den vierten Lichtstrahl 150 zu einem weiteren Transceiver (nicht gezeigt) zur Demodulierung, wobei dieser weitere Transceiver in Verbindung mit der primären Transceivereinheit 120 steht.
Der optische Router 110 routet (rangiert, leitet) Daten zwischen der primären Transceivereinheit 120 und jeder der Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 und errichtet so Kommunikationskanäle, d.h., Teilnehmerkanäle, über den Lichtstrahlen zwischen der primären Transceivereinheit 120 und den Teilnehmer-Transceivereinheiten 130. Vorzugsweise setzt der optische Router 110 die Teilnehmerkanäle in einer Zeitmultiplex-Weise ein. Während eines ersten Zeitintervalls errichtet der optische Router 110 einen ersten Satz von einem oder mehreren Teilnehmerkanälen zwischen der primären Transceivereinheit 120 und einem ersten Satz von einer oder mehrerer Teilnehmer-Transceivereinheiten 130. Als nächstes errichtet der optische Router 110 einen zweiten Satz von Teilnehmerkanälen zwischen der primären Transceivereinheit 120 und einem zweiten Satz von Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 während eines zweiten Zeitintervalls. Der optische Router 110 fährt in dieser Weise weiter fort, indem ein Zweiweg- oder bidirektionaler Teilnehmerkanal mit jeder der Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 in der Reichweite der Zugänglichkeit des optischen Routers 110 errichtet werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zieht einige oder alle Lichtstrahlen des ersten Lichtstrahls 140, zweiten Lichtstrahls 845, dritten Lichtstrahls 855 und vierten Lichtstrahls 150 in Betracht, welche eine Mehrzahl von unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen, wobei Daten auf jeder Wellenlänge der Lichtstrahlen moduliert werden, wodurch vorteilhaft die Bandbreite der Teilnehmerkanäle erhöht wird.
Das Netzwerk der vorliegenden Erfindung kann eine große Anzahl von Teilnehmern erreichen. Eine Ausführungsform zieht es in Betracht, daß eine Größenordnung von tausend Teilnehmer-Transceivereinheiten von einem einzelnen optischen Router erreicht wird.
Es kann so ohne weiteres beobachtet werden, daß durch eine Vorgehensweise in der zuvor beschriebenen Weise die erläuterten Elemente ein drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt Weitbereichskommunikationsnetzwerk bilden. Durch Einrichtung von Teilnehmerkommunikationskanälen in einer Multiplex-Weise mittels auf atmosphärischem Weg übertragener Lichtstrahlen stellt die vorliegende Erfindung vorteilhaft ein Telekommuniktionsnetzwerk bereit, welches die Fähigkeit besitzt, viel kostengünstiger als herkömmliche Lösungen wie ein Kupferdrahtkommunikationsnetzwerk oder ein faseroptisches Kommunikationsnetzwerk zu sein.
Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung vorteilhaft ein weitaus kostengünstigeres Telekommunikationsnetzwerk im Vergleich zu einem Netzwerk bereit, welches ein Feld von Punkt-zu-Punkt auf einem atmosphärischem Weg übertragener Lichtstrahlen verwendet.
Weiter verhindert die vorliegende Erfindung durch Verwendung von Lichtstrahlen als Kommunikationsweg vorteilhaft einen Wettbewerb für teuere elektromagnetische Breitbandübertragung mobiler Telekommunikationssysteme.
Schließlich stellt die vorliegende Erfindung vorteilhaft ein Kommunikationsnetzwerk bereit, das viel weniger Energie als ein System verbraucht, welches einen winkelverstreuten Lichtstrahl verwendet.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kommuniziert die primäre Transceivereinheit 120 Steuerinformation an den optischen Router 110 und die Teilnehmer-Transceivereinheiten 130. Die Steuerinformation für den optischen Router 110 enthält Information über die Winkelanordnung der Teilnehmer-Transceivereinheiten 130. Die Steuerinformation enthält ebenfalls Zeitplaninformation zur Anweisung des optischen Routers 110 hinsichtlich des Multiplexen der Lichtstrahlen und so zur Einrichtung der Teilnehmer-Kommunikationskanäle. Die Steuerinformation für die Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 enthält Zeitplaninformation, welche die Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 dahingehend anweisen, wann der dritte Lichtstrahl 855 zu dem optischen Router 110 zu übertragen ist. Die primäre Transceivereinheit 120 überträgt den ersten Lichtstrahl 140 und empfängt den vierten Lichtstrahl 150 in kooperativer Weise gemäß der Steuerinformation, welche die primäre Transceivereinheit 120 dem optischen Router 110 und den Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 kommuniziert.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des Netzwerks umfaßt die primäre Transceivereinheit 120 eine Zentraluhr und ermittelt eine Zeitplansteuerinformation, welche auf wenigstens einer Mehrzahl der folgenden Faktoren basiert: Der Größe des Datenpakets, der lokalen Lichtgeschwindigkeit, der Anzahl der Teilnehmer, dem Abstand zwischen der primären Transceivereinheit und dem optischen Router, dem Abstand zwischen dem optischen Router und der jeweiligen Teilnehmer-Transceivereinheit, der Bearbeitungszeit der Teilnehmer-Transceivereinheiten, der mit dem elektronischen Router in Verbindung zu setzenden Zeit (unten erläutert), und der Schaltgeschwindigkeit der X-Y Strahlumlenker (unten beschrieben).
Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der erste Lichtstrahl 140 und der vierte Lichtstrahl 150 im wesentlichen kollinear wie auch der zweite Lichtstrahl 845 und der dritte Lichtstrahl 855. Die Ausführungsform kollinearer Lichtstrahlen erlaubt vorteilhaft, daß die Lichtstrahlen viele der optischen Komponenten der primären Transceivereinheit, des optischen Routers und der Teilnehmer-Transceivereinheitenteilen gemeinsam nutzen. Bei dieser Ausführungsform haben der erste Lichtstrahl 140 und der vierte Lichtstrahl 150 unterschiedliche Frequenzen oder Polaritäten, wie auch der zweite Lichtstrahl 845 bezüglich des dritten Lichtstrahls 855, um vorteilhaft eine Überkreuz-Beeinflussung (cross-talk) zwischen den zwei Lichtstrahlen zu vermeiden. Bei einer alternativen Ausführungsform sind der erste Lichtstrahl 140 und der vierte Lichtstrahl 150 in enger Nähe, aber nicht kollinear, wie auch der zweite Lichtstrahl 845 und der dritte Lichtstrahl 855.
Unter Bezugnahme nunmehr auf 2, ist ein Netzwerk mit einer Mehrzahl von optischen Routern gezeigt. Jeder optische Router hat einen zugehörigen Bereich der Zugänglichkeit. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die optischen Router räumlich derart angeordnet, daß sich die Zugangsbereiche von einigen der optischen Router überlappen. Das heißt, mehr als ein optischer Router ist in der Lage, einem gegebenen Teilnehmer Dienste zu erbringen. 2 zeigt verschiedene Regionen von Erreichbarkeitsabdeckung und zeigt die Anzahl von optischen Routern, die einen Dienst für einen in dem Bereich angeordneten Teilnehmer erbringen können.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sucht die Teilnehmer-Transceivereinheit nach einem weiteren optischen Router, durch den er eine Leistung erhält, wenn die Teilnehmer-Transceivereinheit einen Empfangsverlust des ersten Lichtstrahls feststellt. Indem überlappende Abdeckung eines gegebenen Teilnehmers durch mehrfache optische Router vorgesehen ist, stellt die vorliegende Erfindung vorteilhaft ein redundantes Element bereit und daher einen verläßlicheren Betrieb.
In 2 sind drei optische Router gezeigt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Anzahl der optischen Router beschränkt, welche durch eine vorgegebene primäre Transceivereinheit 120 bedient werden, noch hinsichtlich der Anzahl der optischen Router, welche einer vorgegebenen Transceivereinheit 130 Dienst erbringen können.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die primäre Transceivereinheit 120 eine Mehrzahl an Lichtquellen auf, um eine Mehrzahl an ersten Lichtstrahlen zur Übertragung zu einer Mehrzahl von optischen Routern zu erzeugen. Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die primäre Transceivereinheit 120 eine einzelne Lichtquelle zur Erzeugung eines einzelnen Lichtstrahls auf, und die primäre Transceivereinheit 120 ist dazu ausgelegt, den von der einzelnen Lichtquelle erzeugten Lichtstrahl in mehrfache Lichtstrahlen aufzuteilen, die zu einer Mehrzahl von optischen Routern übertragen werden. In beiden Ausführungsformen moduliert die primäre Transceivereinheit 120 Teilnehmerdaten auf jedem ersten Lichtstrahl.
Der optische Router
Nunmehr unter Bezugnahme auf 3, ist die bevorzugte Ausführungsform für den optischen Router 110 in dem Netzwerk 100 (von 1) gezeigt. Der optische Router 110 umfaßt eine sekundäre Transceivereinheit 700, die an eine Mehrzahl von Transceivermodulen 800A–800M (Bezugnahme im Kollektiv: 800) durch einen elektronischen Router 790 gekoppelt ist. Die Transceivermodule 800 sind an eine kreisförmige Rückwandplatine 889 gekoppelt. Der elektronische Router 790 ist durch die Rückwandplatine 889 an die Transceivermodule 800 gekoppelt.
Tranceivermodul 800A (als Vertreter der Transceivermodule 800) weist einen Rückwandplatinenverbinder 888 auf, der das Transceivermodul 800A mit der Rückwandplatine verbindet. Das Transceivermodul 800A ist dazu ausgelegt, den zweiten Lichtstrahl 845 zu einem Teil der Teilnehmer-Transceinvereinheiten 130 zu übertragen und den dritten Lichtstrahl 855 davon zu empfangen, nämlich zu/von denjenigen Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 innerhalb eines Teils des kreisförmigen Bereichs um den optischen Router 110. Die Transceivermodule 800 ermöglichen dem optischen Router 110 in kollektiver Weise einen 360° Bereich von Zugänglichkeit zu den Teilnehmer-Transceivereinheiten 130.
Ein Strahlumlenksteuersystem 795 ist durch die Rückwandplatine 889 mit den Transceivermodulen 800 gekoppelt, um die Umlenkung des zweiten Lichtstrahls 845 und des dritten Lichtstrahls 855 durch die Transceivermodule 800 zu steuern. Das Strahlumlenksteuersystem 795 ist ebenfalls an den elektronischen Router 790 gekoppelt und erhält eine Strahlumlenksteuerinformation von der primären Transceivereinheit 120 durch den elektronischen Router 790.
Der elektronische Router 790 empfängt Leit(routing)steuerinformation von der primären Transceivereinheit 120. Die Leitsteuerinformation betrifft das Routen von von der primären Transceivereinheit 120 gesendeten Daten von der sekundären Transceivereinheit 700 zu den verschiedenen Transceivermodulen 800 zur atmosphärischen Übertragung zu den Teilnehmer-Transceivereinheiten 130. In umgekehrter Richtung betrifft die Leitsteuerinformation das Routen von von den Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 gesendeten Daten von den verschiedenen Transceivermodulen 800 zu der sekundären Transceivereinheit 700 zur Übertragung auf atmosphärischem Weg zu der primären Transceivereinheit 120.
Die sekundäre Transceivereinheit 700 empfängt den ersten Lichtstrahl 140 einschließlich der von der primären Transceivereinheit 120 gesendeten Daten auf atmosphärischem Weg und demoduliert die Daten. Die sekundäre Transceivereinheit 700 kommuniziert die von der primären Transceivereinheit 120 gesendeten Daten dem elektronischen Router 790. Der elektronische Router 790 leitet die Daten von der sekundären Transceivereinheit 700 zu dem geeigneten Modul der Transceivermodule 800. Zu Darstellungszwecken wird angenommen, daß das Transceivermodul 800A das geeignete Transceivermodul 800 ist. Das Transceivermodul 800A empfängt die Daten und moduliert die Daten auf den zweiten Lichtstrahl 845, welcher auf atmosphärischem Weg zu der geeigneten Teilnehmer-Transceivereinheit 130A übertragen wird.
In umgekehrter Richtung empfängt das Transceivermodul 800A den dritten Lichtstrahl 855 einschließlich der von der Teilnehmer-Tranceivereinheit 130 gesendeten Daten und demoduliert die Daten. Das Transceivermodul 800A kommuniziert die von der Teilnehmer-Transceivereinheit 130A gesendeten Daten dem elektronischen Router 790. Der elektronische Router 790 leitet die Daten von dem Transceivermodul 800A zu der sekundären Transceivereinheit 700. Die sekundäre Transceivereinheit 700 moduliert die von der Teilnehmer-Transceivereinheit 130A gesendeten Daten auf den vierten Lichtstrahl 150 und überträgt den vierten Lichtstrahl 150 einschließlich der von der Teilnehmer-Transceivereinheit 130A gesendeten Daten auf atmosphärischem Weg zu der primären Transceivereinheit 120.
4
Nunmehr ist unter Bezugnahme auf 4 ist dort eine Draufsicht auf das Transceivermodul 800A des optischen Routers 110 aus 3 gezeigt. Das Transceivermodul 800A weist eine Lichtquelle 862 auf, die ausgelegt ist, den zweiten Lichtstrahl 845 zu erzeugen. Ein Strahlmodulator 864 empfängt von der primären Transceivereinheit 120 gesendete Daten von dem elektronischen Router 790 durch den Rückwandplatinenverbinder 888 und moduliert die Daten auf den zweiten Lichtstrahl 845. Der zweite Lichtstrahl 845 wird durch einen X-Y Strahlumlenker 840 zu der Teilnehmer-Transceivereinheit 130A umgelenkt.
Vorzugsweise ist der X-Y Strahlumlenker 840 ein galvanometrisches Spiegelpaar. Galvanometrische Spiel sind gut bekannt, insbesondere in der Technik der Laserdruckertechnologie und der Technik der Laserlichtshows. Alternativ ist der X-Y Strahlumlenker 840 ein akusto-optischer oder Festkörperstrahlumlenker. Die Lichtquelle 862 des optischen Routers 110 weist vorzugsweise einen oder mehrere kontinuierliche Wellen- oder gepulste Strahllaser auf, wie sie in der Technik gut bekannt sind, wie etwa Gas, Festkörper- oder Diodenlaser. Der Strahlmodulator 864 weist vorzugsweise eine elektro-optische Zelle auf. Alternativ ist der Strahlmodulator 864 ein Modulator vom Typ großer Datenmengen (bulk type Modulator). Der Aufbau der Lichtquelle und des Strahlmodulators ist indikativ für die aus faseroptischen Kommunikationsverbindungstransmissionssystemen bekannten Aufbauten. Die Laserausgangsleistung ist jedoch typischerweise signifikant größer als diejenige, die für faseroptische Systeme verwendet wird.
Während der X-Y Strahlumlenker 840 den zweiten Lichtstrahl 845 zu der Teilnehmer-Transceivereinheit 130A umlenkt, lenkt der X-Y Strahlumlenker 840 simultan den dritten Lichtstrahl 855 von der Teilnehmer-Transceivereinheit 130A zu einem Strahlaufteiler 880. Der Strahlaufteiler 880 teilt einen relativ großen Anteil des dritten Lichtstrahls 855 zu einem Strahldemodulierer 872 ab, welcher den dritten Lichtstrahl 855 empfängt und die von der Teilnehmer-Transceivereinheit 830A gesandten Daten von dem dritten Lichtstrahl 855 demoduliert. Der Strahldemodulierer 872 kommuniziert die Daten durch den Rückplatinenverbinder 888 zu dem elektronischen Router 790. Der Strahldemodulierer 872 weist vorzugsweise eine Photodiode auf, wie in der Technik üblich.
Während eines ersten Zeitintervalls lenkt der X-Y Strahlumlenker 840 den zweiten Lichtstrahl 845 von der Lichtquelle 862 zu einer ersten Teilnehmer-Transceivereinheit 130A um und lenkt den dritten Lichtstrahl 855 von der ersten Teilnehmer-Transceivereinheit 130A zu dem Strahldemodulierer 872 um. Folglich errichtet das Transceivermodul 800A für ein erstes Zeitintervall einen bidirektionalen Kommunikationskanal zwischen dem Transceivermodul 800A und der ersten Teilnehmer-Transceivereinheit 130A unter Verwendung des zweiten und dritten Lichtstrahls. Daher umfaßt der bidirektionale Kommunikationskanal zwischen dem Transceivermodul 800A und der ersten Teilnehmer-Transceivereinheit 130A einen Anteil des oben beschriebenen Teilnehmerkanals zwischen der primären Trans ceivereinheit 120 und der Teilnehmer-Transceivereinheit 130A. Während nachfolgender Zeitintervalle lenkt der X-Y Strahlumlenker 840 den zweiten und dritten Lichtstrahl zu und von anderen Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 in einer Zeitmultiplex-Weise um.
Jedes der Tranceivermodule 800 errichtet bidirektionale Kommunikationskanäle wie eben beschrieben zwischen dem gegebenen Transceivermodul und dem Teil der Teilnehmer-Transceivereinheiten 130, welche durch das gegebene Transceivermodul in einer Zeitmultiplex-Weise und simultan mit den anderen Transceivermodulen erreichbar ist. Auf diese Weise ist zwischen dem optischen Router 110 und den Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 in vorteilhafter Weise ein Anteil eines drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt bidirektionales Weitbereichskommunikationsnetzwerks gebildet.
Der Strahlaufteiler 880 teilt einen vergleichsweise kleinen Anteil des dritten Lichtstrahls 855 zu einem Strahlausrichterdetektor 852 ab, welcher den abgesplitteten Teil des dritten Lichtstrahls 855 empfängt und eine Fehlausrichtung oder eine Abweichung (wander) des dritten Lichtstrahls 855 von der Teilnehmer-Transceivereinheit 130A detektiert, welche auftreten kann, und die Strahlstabilisierungsinformation speichert. Der Strahlausrichterdetektor 852 kommuniziert die Strahlstabilisiererinformation durch die Rückwandplatine 888 über den elektronischen Router 790 zu der sekundären Transceivereinheit 700. Die sekundäre Transceivereinheit 700 übermittelt die Strahlstabilisierinformation der primären Transceivereinheit 120. Die primäre Transceivereinheit 120 kommuniziert die Strahlstabilisierinformation der gegebenen Teilnehmer-Transceivereinheit, so daß die Teilnehmer-Transceivereinheit den Strahl in geeigneter Weise hinsichtlich der fehlerhaften Ausrichtung oder Abweichung einstellen kann. Für die Fehlausrichtung des dritten Lichtstrahls 855 an dem X-Y Strahlumlenker 840 des Transceivermoduls 800A können atmosphärische Turbulenzen und Dichteänderungen entlang des atmosphärischen Wegs zwischen der Teilnehmer-Transceivereinheit 130A und dem optischen Router 110 verantwortlich sein. In ähnlicher Weise können Ereignisse wie ein Grundversatz oder ein Turmschwenken eine relative Lageänderung der Teilnehmer-Tansceivereinheit 130A oder des optischen Routers 110 verursachen.
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Nunmehr ist in Bezugnahme auf 5 ein Blockdiagramm des optischen Routers 110 aus 3 gezeigt, welches ein. ausführliches Blockdiagramm der sekundären Transceivereinheit 700 umfaßt. Ein Transceivermodul 800A ist durch die Rückwandplatine 889 an den elektronischen Router 790 gekoppelt. Der elektronische Router 790 ist ebenfalls an die anderen Transceivermodule 800 (nicht gezeigt) gekoppelt. Der elektronische Router 790 ist an das Strahlumlenksteuersystem 795 und an die sekundäre Transceivereinheit 700 gekoppelt.
Die sekundäre Transceivereinheit 700 umfaßt eine optische Antenne 210, welche den ersten Lichtstrahl 140 von der primären Transceivereinheit 120 empfängt. Die optische Antenne 210 überträgt ebenfalls den vierten Lichtstrahl 150 an die primäre Transceivereinheit 120. Die optische Antenne 210 umfaßt vorzugsweise ein optisches System mit einem konischen Spiegel, welcher gut in der Technik bekannt ist. In alternativer Weise ist die optische Antenne 210 ein Sammellinsensystem, welches ebenfalls in der Technik bekannt ist. Die optische Antenne 210 und zugehörige Optik konvergiert und rekollimiert den einkommenden ersten Lichtstrahl 140 auf einen vergleichsweise kleinen Durchmesser, vorzugsweise in dem Bereich von einem bis drei Millimeter. In umgekehrter Richtung empfängt die optische Antenne 210 einen durch eine Lichtquelle 362 erzeugten vierten Lichtstrahl 150 mit vergleichsweise kleinem Durchmesser und weitet und rekollimiert den vierten Lichtstrahl 150 zur atmosphärischen Übertragung zu der primären Transceivereinheit 120.
Die optische Antenne 210 empfängt den ersten Lichtstrahl einschließlich der von der ersten Tranceivereinheit 120 (aus 1) gesendeten Daten auf atmosphärischen Weg von der primären Transceivereinheit 120 und richtet den ersten Lichtstrahl 140 auf einen Strahldemodulierer 372. Der Strahldemodulierer 372 demoduliert die von der primären Transceivereinheit 120 gesendeten Daten von dem ersten Lichtstrahl 140 und kommuniziert die Daten dem elektronischen Router 790. Die von der primären Transceivereinheit 120 gesendeten Daten umfassen Teilnehmerdaten wie auch Steuerdaten. Die Steuerdaten umfassen Leitsteuerinformation für den elektronischen Router 790 wie auch Zeitsteuerinformation und Winkellagesteuerinformation bezüglich der Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 für das Strahlumlenksteuersystem 795. Der elektronische Router 790 verwendet die Leitsteuerinformation zum Routen der Teilnehmerdaten zu den richtigen Transceivermodulen 800. Der elektronische Router 790 kommuniziert die Zeitsteuerinformation und die Winkellagesteuerinformation dem Strahlumlenksteuersystem 795. Der Strahldemodulierer 372 weist vorzugsweise eine Photodiode auf, wie in der Technik üblich.
Die Lichtquelle 362 erzeugt den vierten Lichtstrahl 150. Der elektronische Router 790 leitet die von den Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 gesendeten Daten von den Transceivermodulen 800 zu einem Strahlmodulierer 364. Der Strahlmodulierer 364 moduliert die von den Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 gesendeten Daten auf den vierten Lichtstrahl 150 zur Übertragung zu der optischen Antenne 210 und zu der primären Transceivereinheit 120.
Die Lichtquelle 362 umfaßt vorzugsweise einen oder mehrere kontinuierliche Wellen- oder gepulste Strahllaser, die ebenfalls aus der Technik bekannt sind, wie Gas, Festkörper oder Diodenlaser. Der Strahlmodulierer 364 umfaßt vorzugsweise eine elektrooptische Zelle. Alternativ ist der Strahlmodulierer 364 ein Modulierer vom bulk-Typ. Der Aufbau der Lichtquelle und des Strahlmodulierers ist indikativ für diejenigen Aufbauten, die aus faseroptischen Kommunikationsverbindungstransmissionssystemen bekannt sind. Die Laserausgangsleistung ist jedoch typischerweise erheblich höher als diejenige der in faseroptischen Systemen verwendeten Laser.
Wenn der erste Lichtstrahl 140 von der optischen Antenne 210 zu dem Strahldemodulierer 372 gelangt, wird der Lichtstrahl 140 durch einen Strahltrenner 380 in Richtung des Strahldemodulierers 372 gerichtet. In umgekehrter Richtung gelangt der vierte Lichtstrahl 150 durch den Strahltrenner 380, wenn der vierte Lichtstrahl 150 von der Lichtquelle 362 zur optischen Antenne 210 gelangt.
Der X-Y Strahlumlenker 840 ist durch die Rückwandplatine 889 an das Strahlumlenksteuersystem 795 gekoppelt. Das Strahlumlenksteuersystem 795 steuert das Schalten des X-Y Strahlumlenkers 840 zur Umlenkung des zweiten Lichtstrahls 845 und des dritten Lichtstrahls 855 zu und von den erwünschten Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 zu der erwünschten Zeit. Folglich steuert das Strahlumlenksteuersystem in einer Zeitmultiplex-Weise die Errichtung des Anteils der Teilnehmerkanäle zwischen den Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 und den Transceivermodulen 800.
Vorzugsweise empfängt das Strahlumlenksteuersystem 795 Steuerinformation von der primären Transceivereinheit 120, um den X-Y Strahlumlenker 840 zu steuern. Die Steuerinformation für das Strahlumlenksteuersystem 795 enthält Information über die Winkelanordnung der Teilnehmer-Transceivereinheiten 130. Das Strahlumlenksteuersystem 795 verwendet die Teilnehmer-Transceivereinheit-Winkelanordnungsinformation, um die erwünschten Umlenkwinkel des X-Y Strahlumlenkers 840 zu bestimmen.
Wie bei der Beschreibung von 1 erwähnt, übermittelt die primäre Transceivereinheit 120 ebenso vorzugsweise Multiplexsteuerinformation zu dem optischen Router 110 und den Teilnehmer-Transceivereinheiten 130. Die primäre Transceivereinheit 120 über mittelt die Steuerinformation für einen oder mehrere Teilnehmerkanäle vor der Übermittelung der Teilnehmerdatenpakete, die dem einen/den mehreren Teilnehmerkanälen zugeordnet sind. Die Multiplexinformation ist eine Zeitplaninformation, die von dem Strahlumlenksteuersystem 795 zur Steuerung des X-Y Strahlumlenkers 840 im Hinblick darauf verwendet wird, wann der zweite Lichtstrahl und der dritte Lichtstrahl zu und von einer gegebenen Teilnehmer-Tranceivereinheit 130 umzulenken ist.
Die Teilnehmer-Transceivereinheit überträgt den dritten Lichtstrahl 855, welcher Daten für die primäre Transceivereinheit 120 enthält, zu dem optischen Router 110 zu einer Zeit, die von der primären Transceivereinheit 120 bestimmt ist. Entsprechend übermittelt das die Teilnehmer-Transceivereinheit bedienende Transceivermodul den zweiten Lichtstrahl mit den modulierten Daten für die Teilnehmer-Transceivereinheit, um im wesentlichen zur gleichen Zeit an dem X-Y Strahlumlenker anzukommen, zu der der dritte Lichtstrahl 855, welcher Daten von dem ersten Teilnehmer enthält, an dem optischen Router 110 ankommt. Die primäre Transceivereinheit 120 überträgt den ersten Lichtstrahl 140, welcher Daten für die Teilnehmer-Transceivereinheit enthält, um an dem optischen Router 110 zu einer Zeit derart anzukommen, daß die Daten demoduliert, geleitet, auf den zweiten Lichtstrahl 845 moduliert und der übertragene zweite Lichtstrahl 845 zu im wesentlichen der gleichen Zeit an dem X-Y Strahlumlenker 840 ankommt, zu der der dritte Lichtstrahl 855 mit den Daten von dem ersten Teilnehmer an dem optischen Router 110 ankommt.
Durch Verwendung von optischen Komponenten zum Konvergieren und Rekollimieren der Lichtstrahlen wie vorherig beschrieben, arbeiten die internen Komponenten des optischen Routers 110, wie etwa der Strahlumlenker, auf vergleichsweise engen Lichtstrahlen. Dies verbesserte die Genauigkeit der Strahlumrichtung. In umgekehrter Richtung sind die zwischen den Netzwerkelementen durch die Atmosphäre übertragenen Lichtstrahlen vorteilhaft vergleichsweise weite Lichtstrahlen, indem optische Komponenten verwendet werden, welche wie oben beschrieben die Lichtstrahlen weiten und rekollimieren. Dies verbessert die Empfangseigenschaften der Lichtstrahlen, wenn diese von den Netzwerkkomponenten empfangen werden.
Der optische Router 110 weist weiter ein aktives Optiksteuersystem 350 auf, wie sie insbesondere in der Verteidigungsindustrie bekannt sind. Das aktive Optiksteuersystem 350 sorgt für eine Stabilisierung des ersten Lichtstrahls 140 an der optischen Antenne 210 des optischen Routers 110 und des vierten Lichtstrahls 150 an der optischen Antenne 710 (aus 8) der primären Transceivereinheit 120. Wenn der erste Lichtstrahl 140 von der optischen Antenne 210 in Richtung des Strahldemodulierers 372 übertragen wird, wird ein kleiner Anteil des ersten Lichtstrahls 140 durch einen Strahltrenner 380 abgetrennt und zu einem Strahlausrichtungsdetektor 352 umgelenkt. Der Strahlausrichterdetektor 352 erfaßt eine Fehlausrichtung oder eine Abweichung in dem ersten Lichtstrahl 140, welche auftreten können, und speichert die Strahlstabilisierinformation. Atmosphärische Turbulenzen und Dichtevariationen entlang des atmosphärischen Wegs zwischen der primären Transceivereinheit 120 und dem optischen Router 110 können für Fehlausrichtung des ersten Lichtstrahls 140 an dem optischen Router 110 verantwortlich sein. Ähnlicherweise können Ereignisse wie ein Grundversatz oder ein Turmschwingen verursachen, daß die Lagen der primären Transceivereinheit 120 oder des optischen Routers 110 sich relativ zueinander verändern.
Das aktive Optiksteuersystem 350 kommuniziert die Strahlstabilisierinformation dem elektronischen Router 790, welcher wiederum die Strahlstabilisierinformation dem Strahlmodulierer 364 kommuniziert. Der Strahlmodulierer 364 moduliert die Strahlstabilisierinformationsdaten auf den vierten Lichtstrahl 150 während einer festgesetzten Zeitperiode zur atmosphärischen Übertragung zu der primären Transceivereinheit 120. Die primäre Transceivereinheit 120 demoduliert die Strahlstabilisierinformationsdaten von dem vierten Lichtstrahl 150 und verwendet die Strahlstabilisierinformation, um Korrekturen zu machen und den ersten Lichtstrahl 140 an dem optischen Router 110 zu stabilisieren.
Zusätzlich verwendet das aktive Optiksteuersystem 350 die Strahlfehlausrichtungsinformation zur Steuerung eines Strahleinstellers 220, welcher zwischen der optischen Antenne 210 und dem Strahlaufteiler 230 angeordnet ist, um den ersten Lichtstrahl 140 in optimaler Weise auf den Strahldemodulierer 372 einzustellen.
Wie zuvor erwähnt, kommuniziert die primäre Transceivereinheit 120 dem optischen Router 110 Steuerinformation. Die Steuerinformation weist darüber hinaus Strahlstabilisierinformation auf. Das aktive Optiksteuersystem 350 verwendet die Strahlstabilisierinformation von der primären Transceivereinheit 120 zur Steuerung der optischen Antenne 210 und des Strahleinstellers 220, um Korrekturen zu machen und den vierten Lichtstrahl 150 an der primären Transceivereinheit 120 zu stabilisieren.
Vorzugsweise ist der Strahltrenner 380 ein dichroitischer Spiegel. Alternativ sind der erste Lichtstrahl 140 und der vierte Lichtstrahl 150 orthogonal polarisiert, und der Strahltrenner 380 ist ein Polarisierungstrenner.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kappt der optische Router 110 die Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 in periodischer Weise durch Zuweisen eines Kommunikationskanals zu jedem der Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 innerhalb des Bereichs der Zugänglichkeit des optischen Routers 110. Der optische Router 110 kann jedoch den Empfang des dritten Lichtstrahls 855 von einer gegebenen Teilnehmer-Transceivereinheit für einen signifikanten Zeitraum verlieren. Die hautpsächlich vorkommende Ursache des Empfangsverlustes liegt darin, daß die Teilnehmer-Transceivereinheit abgeschaltet ist. Wenn der optische Router 110 einen Empfangsverlust detektiert, kappt der optische Router 110 vorzugsweise und vorteilhaft den abgeschalteten Teilnehmer, indem er ihn weniger häufig anspricht als Teilnehmer-Transceivereinheiten, welche aktiv einen dritten Lichtstrahl 855 zu dem optischen Router 110 übertragen.
Die primäre Transceivereinheit
Nunmehr ist unter Bezugnahme auf 6 die bevorzugte Ausführungsform der primären Transceivereinheit 120 in dem Netzwerk 100 (aus 1) gezeigt. Die primäre Transceivereinheit 120 umfaßt eine optische Antenne 710, die optisch an einen Transmitter 750 und einen Empfänger 770 gekoppelt ist.
Die optische Antenne 710 überträgt den ersten Lichtstrahl 140 zu dem optischen Router 110 (aus 1) und empfängt den vierten Lichtstrahl 150 von dem optischen Router 110. Die optische Antenne 710 ist vorzugsweise ähnlich der optischen Antenne 210 des optischen Routers 110. Eine optische Antenne 710 der primären Transceivereinheit 120 mit unterschiedlichen Abmessungen und unterschiedlichen optischen Eigenschaften als die optische Antenne 210 des optischen Routers 110 wird in Betracht gezogen.
Die optische Antenne 710 der primären Transceivereinheit 120 ist vorzugsweise größer als die optische Antenne der Teilnehmer-Transceivereinheit. Vorzugsweise ist der Empfänger 770 der primären Transceivereinheit 120 sensitiver, d.h. in der Lage, einen schwächeren Lichtstrahl zu demodulieren, als die Empfänger der Teilnehmer-Transceivereinheiten. Folglich kann die Lichtquelle der Teilnehmer-Transceivereinheit, unten beschrieben, weniger leistungsstark sein und so die Kosten der Teilnehmer-Transceivereinheiten verringern. Mit anderen Worten ist die Übertragungslichtquelle 754 der primären Transceivereinheit 120 vorzugsweise leistungsstärker als die Lichtquelle der Teilnehmer-Transceivereinheit. Dies erlaubt es, daß die Antenne der Teilnehmer-Transceivereinheit, unten beschrieben, vergleichsweise klein ist und der Empfänger der Teilnehmertransceivereinheit, unten beschrieben, vergleichsweise weniger sensitiv ist. Daraus ergibt sich, daß die Gesamtkosten des Systems verringert werden, da die Anzahl der Teilnehmer-Transceivereinheiten typischerweise viel größer als die Anzahl der primären Transceivereinheiten in dem Netzwerk ist.
Eine Datenquelle/senke (nicht gezeigt) liefert der primären Transceivereinheit 120 Daten, die an die Teilnehmer-Transceivereinheit 130 zu senden sind. Die Datenquelle/Senke ist aufeinander abgestimmt mit und/oder verwendet existierende Kommunikationsstrukturen wie ein Telefonnetzwerk, Kabelfernsehsysteme, das Internet oder andere Netzwerke, die asynchronen Transfermodus (ATM), geschaltetes Ethernet, SONNIT, FDDI, Faser-Kanäle, serielle digitale Hirarchie usw. verwenden. Verschiedene Einrichtungen zur Kopplung der Datenquelle/senke an die primäre Transceivereinheit 120 werden in Betracht gezogen, wie etwa faseroptische Kabel, Satellitenauf- und Abverbindungen, atmosphärische Lichtstrahlen, Koaxialkabel, Mikrowellenverbindungen etc. Die Lichtquelle 754 erzeugt den ersten Lichtstrahl 140, auf den der Strahlmodulierer 752 die zu den Teilnehmertransceivereinheiten 130 zu sendenden Daten moduliert, und überträgt den ersten Lichtstrahl 140 auf atmosphärischen Weg. Ein Strahleinsteller 720, der vorzugsweise einen einstellbaren Feinsteuerungsspiegel aufweist, empfängt den ersten Lichtstrahl 140 und reflektiert ihn zu einer Linsenanordnung 780 und optischen Antenne 710, welche den ersten Lichtstrahl 140 weiten, rekollimieren und zu dem optischen Router 110 übertragen.
In umgekehrter Richtung empfängt die optische Antenne 710 der primären Transceivereinheit den vierten Lichtstrahl 150 von dem optischen Router 110 auf atmosphärischem Weg, und die Linsenanordnung 780 fokussiert den vierten Lichtstrahl 150 auf den Strahleinsteller 720. Der Strahleinsteller 720 reflektiert den verengten vierten Lichtstrahl 150 zu einem Strahltrenner 740. Der Strahltrenner 740 ist ähnlich dem des optischen Routers 110. Der Strahltrenner 740 richtet den vierten Lichtstrahl 150 auf den Empfänger 770 um. Der Strahldemodulierer 772 empfängt den vierten Lichtstrahl 150 und demoduliert die von den Teilnehmer-Transceivereinheiten 130 gesendeten Daten. Die Daten werden dann der Datenquelle/senke bereitgestellt. Der Strahldemodulierer 772 weist vorzugsweise eine Photodiode auf, wie in der Technik üblich.
Die Lichtquelle 754 der primären Transceivereinheit weist vorzugsweise einen oder mehrere kontinuierliche Wellen- oder gepulste Strahllaser auf, wie sie gut in der Technik bekannt sind, wie Gas-, Festkörper- oder Diodenlaser. Der Strahlmodulierer 752 weist vorzugsweise eine Elektro-optische Zelle auf. Alternativ ist der Strahlmodulierer 752 ein Modulierer vom bulk-typ. Der Aufbau der Lichtquelle und des Strahlmodulierers ist ähnlich den in faseroptischen Kommunikationsverbindungstransmissionssystemen gut bekannten Aufbauten. Die Laserausgangsleistung ist jedoch typischerweise erheblich höher als diejenige, welche in faseroptischen Systemen verwendet wird.
Die von der in der vorliegenden Erfindung beschriebenen atmosphärisch transmittierenden Lichtquellen erzeugten Lichtstrahllängen sind gewählt, um den Leistungsverlust bei Übertragung durch die Atmosphäre zu minimieren. Vorzugsweise sind die Wellenlängen im nahen Infrarotbereich.
Die Linsenanordnung 780 und die optische Antenne 710 sind ausgelegt, den ersten Lichtstrahl 140 zu übertragen, der einen Strahlmittelteil aufweist, welcher vorteilhaft an dem optischen Router 110 lokalisiert ist. Der Durchmesser des ersten Lichtstrahls 140, der die optische Antenne 710 verläßt, ist viele Male so groß wie der Durchmesser des ersten Lichtstrahls 140, wenn er die Lichtquelle 754 verläßt. So ist die Laserenergiedichte über eine vergleichsweise große Querschnittsfläche verteilt, was die Sicherheit für die Augen erhöht. Zusätzlich verbessert der relativ große Durchmesser der zwischen den Netzwerkkomponenten übertragenen Lichtstrahlen die Empfangseigenschaften des Lichtstrahls bei den optischen Empfängern.
Die primäre Transceivereinheit 120 weist zusätzlich ein Steuersystem (nicht gezeigt) auf, welches das zuvor erläuterte Routen, die Strahlstabilisierung, Zeitpläne, Teilnehmerlokalisierung und die Multiplexsteuerinformation ermittelt.
Die primäre Transceivereinheit 120 weist weiter ein aktives Optiksteuersystem 760 auf, das dem aktiven Optiksteuersystem 350 des optischen Routers 110 ähnlich ist. Das aktive Optiksteuersystem 760 der primären Transceivereinheit wirkt mit dem aktiven Optiksteuersystem 350 des optischen Routers zusammen, um eine Stabilisierung des ersten Lichtstrahls 140 an der optische Antenne 210 des optischen Routers 110 und des vierten Lichtstrahls 150 an der optischen Antenne 710 der primären Transceivereinheit 120 herzustellen.
Wie zuvor erwähnt, kommuniziert der optische Verbinder 110 der primären Transceivereinheit 120 die Strahlstabilisierinformation. Das aktive Optiksteuersystem 720 verwendet die Strahlstabilsierinformation von dem optischen Router 110 zur Steuerung der optischen Antenne 710 und des Strahleinsteller 720, um Korrekturen zu machen und den ersten Lichtstrahl 140 an dem optischen Router 110 zu stabilisieren.
Zusätzlich verwendet das aktive Optiksteuersystem 760 die Strahlfehlausrichtungsinformation, welche von dem Strahlausrichtungsdetektor 762 festgestellt wurde, um den Strahleinsteller 720 dahingehend zu steuern, den vierten Lichtstrahl 15O in optimaler Weise auf den Empfänger 770 einzustellen.
Die Teilnehmer-Transceivereinheiten
Unter Bezugnahme nunmehr auf 7 ist eine Darstellung der bevorzugten Ausführungsform einer Teilnehmer-Transceivereinheit 130A in dem Netzwerk 100 (aus 1) gezeigt. Die Teilnehmer-Transceivereinheit 130A steht stellvertretend für die Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten 130. Die Teilnehmer-Transceivereinheit 130A umfaßt eine optische Antenne 510, welche an eine Eingang/Ausgangseinrichtung 600, wie einem Digitalempfänger 600, durch ein faseroptisches Kabel 590 gekoppelt ist. Die Eingangs/Ausgangseinrichtung 600 kann irgendeine von verschiedenen Einrichtungen sein, umfassend einen Digitalempfänger, ein Computersystem, Fernsehen, Radio, Telekonferenzausrüstung, Telefon oder weitere, welche an die optische Antenne 510 durch ein faseroptisches Kabel 590 ankoppelbar sind. Für das weitere dieser Offenbarung wird für die Eingangs/Ausgangseinrichtung 600 auf einen Digitalempfänger Bezug genommen. Stromversorgungs- und Steuerkabel (nicht gezeigt) koppeln ebenfalls die optische Antenne 510 und den Digitalempfänger 600 des Teilnehmers.
Die optische Antenne 510 empfängt den zweiten Lichtstrahl 845 von dem optischen Router 110 (aus 1) und überträgt den dritten Lichtstrahl 855 zu dem optischen Router 110. Die optische Antenne 510 ist vorzugsweise ähnlich der optischen Antenne 210 des optischen Routers 110. Für eine optische Antenne 510 der Teilnehmer-Transceivereinheit 130A werden unterschiedliche Abmessungen und optische Eigenschaften als diejenige der optischen Antenne 210 des optischen Routers 110 in Betracht gezogen.
Die optische Antenne 510 empfängt den zweiten Lichtstrahl 845 und fokussiert den zweiten Lichtstrahl 845 in eine faseroptische Kopplung 580. Die faseroptische Kopplung 580 koppelt den zweiten Lichtstrahl 845 in das faseroptische Kabel 590. Das faseroptische Kabel 590 trägt den zweiten Lichtstrahl 845 zu dem Digitalempfänger 600. Ein Strahltrenner 570 in dem Digitalempfänger 600 richtet den zweiten Lichtstrahl 845 zu einem Empfänger 550, welcher den zweiten Lichtstrahl 845 empfängt. Ein Strahldemodulierer 552 in dem Empfänger 550 demoduliert die Daten aus dem zweiten Lichtstrahl 845. Der Empfänger 550 liefert die Daten an externe Anschlüsse (nicht gezeigt) an dem Digitalempfänger 600, welche mit verschiedenen Geräten wie etwa Fernseher, Computer, Radio, Telekonferenzausrüstung und Telefonen (ebenfalls nicht gezeigt) verbinden. Der Strahldemodulierer 552 weist vorzugsweise eine Photodiode auf, wie in der Technik üblich ist.
In umgekehrter Richtung stellen die verschiedenen digitalen Einrichtungen Daten bereit, die zu der primären Transceivereinheit 120 (aus 1) zu senden sind, und zwar einem Transmitter 560 in dem Digitalempfänger 600. Der Digitalempfänger 600 umfaßt eine Lichtquelle 564, welche den dritten Lichtstrahl 855 erzeugt. Ein Strahlmodulierer 562 in dem Transmitter 560 moduliert die der primären Transceivereinheit 120 zu sendenden Daten auf den dritten Lichtstrahl 855. Der dritte Lichtstrahl 855 gelangt durch das faseroptische Kabel 590 zu der faseroptischen Kopplung 580. Die faseroptische Kopplung 580 entkoppelt den dritten Lichtstrahl 555 von dem faseroptischen Kabel 590 und richtet den dritten Lichtstrahl 855 zu der optischen Antenne 510 auf atmosphärischem Weg um. Die optische Antenne 510 überträgt dann den dritten Lichtstrahl 855 einschließlich der Daten zu dem optischen Router 110.
Die Lichtquelle 564 der Teilnehmer-Transceivereinheit 130A weist vorzugsweise einen oder mehrere kontinuierliche Wellen- oder pulsiertet Pulsationsstrahl-Laser auf, wie gut in der Technik bekannt, wie Gas-, Festkörper- oder Diodenlaser. Der Strahlmodulierer 562 weist vorzugsweise eine elektrooptische Zelle auf. Alternativ ist der Strahlmodulierer 562 ein Modulierer vom bulk-Typ. Der Aufbau der Lichtquelle und des Strahlmodulierers ist ähnlich zu denjenigen, die von faseroptischen Kommunikationsverbindungstransmissionssystemen gut bekannt sind. Die Laserausgangsleistung ist jedoch typischerweise größer als diejenige, die für faseroptische Systeme verwendet wird.
In einer weiteren zuvor erwähnten Ausführungsform ist die Teilnehmer-Transceivereinheit 130A so ausgelegt, Mehrfachwellenlängenlichtstrahlen zu transmittieren und zu empfangen, um die verfügbare Datenbandbreite für einen gegebenen Teilnehmer zu erhöhen.
Die Teilnehmer-Transceivereinheit 130A weist darüber hinaus ein aktives Optiksteuersystem 540 ähnlich dem aktiven Optiksteuersystem des optischen Routers 110 und dem der primären Transceivereinheit 120 auf. Das aktive Optiksteuersystem 540 der Teilnehmer-Transceivereinheit wirkt mit dem aktiven Optiksteuersystem der primären Transceivereinheit 120 zusammen, um eine Stabilisierung des zweiten Lichtstrahls 845 an der Teilnehmer-Transceivereinheit 130a und des dritten Lichtstrahls 855 an dem optischen Router 110 bereitzustellen.
Ein Strahlausrichtungdetektor 542 erfaßt Fehlausrichtung oder Abweichungen in dem zweiten Lichtstrahl 845 von dem optischen Router 110 und speichert die Strahlstabilisierinformation. Die Teilnehmer-Transceivereinheit 130A kommuniziert die Strahlstabilisierinformation bezüglich des ersten Lichtstrahls 140 zu der primären Transceivereinheit 120 über den Transmitter 560. Erfindungsgemäß wird in Betracht gezogen, daß die Strahlstabilsierinformation der primären Transceivereinheit 120 in einem Kopf eines Teilnehmerdatenpakets kommuniziert wird. Erfindungsgemäß wird zusätzlich in Betracht gezogen, daß die Strahlstabilisierinformation der primären Transceivereinheit 120 über ein zugewiesenes Steuerungsdatenpaket kommuniziert wird. Die primäre Transceivereinheit 120 benutzt die Strahlstabilisierinformation, wenn sie Lage- und Multiplexsteuerinformation ermittelt.
Ein Strahleinsteller 520 ist optisch zwischen der optischen Antenne 510 und der faseroptischen Kopplung 580 angeordnet und durch das aktive Optiksteuersystem 540 gesteuert, um eine effiziente Kopplung des zweiten Lichtstrahls 845 in das faseroptische Kabel 590 aufrechtzuerhalten.
Die optische Antenne 510 ist an einem kardanischen Bügel/Rahmen (nicht gezeigt) angebracht, welcher der optischen Antenne 510 erlaubt, sich zu drehen und nach einem optischen Router 110 oder unterschiedlichen Transceivermodulen 800 des bevorzugten optischen Routers 110 zu suchen, um von diesem nach einer Installation oder nach Empfangsverlust von einem gegenwärtigen optischen Router 110 oder Transceivermodul 800 Dienste zu empfangen.
Weitere Ausführungsformen
Für eine weitere Ausführungsform der Teilnehmer-Transceivereinheit 130A wird in Betracht gezogen, daß die Lichtstrahlen bei der optischen Antenne 510 in/von elektrischen Signalen umgewandelt werden und in elektronischer Form an die Eingabe/Ausgabeeinrichtung 600 übertragen werden. Daher sind alternative Übertragungsmedien zur Kopplung der optischen Antenne 510 an die Eingangs/Ausgangseinrichtung 600 in Betracht gezogen, wie etwa Koaxialkabel oder andere Formen elektrischer Kabel.
Nunmehr auf 8 bezugnehmend, ist eine weitere Ausführungsform des Digitalempfängers 600 aus 7 gezeigt. Ein faseroptisches „T" 1020 ist an das faseroptische Kabel 590 gekoppelt. Der zweite Lichtstrahl 845 geht in das faseroptische „T" 1020 hinein und gelangt entlang des faseroptischen Kabels 590 zu einem Strahldemodulierer 1030. Der Strahldemodulierer 1030 ist ähnlich und führt ähnliche Funktionen durch wie der Strahldemodulierer 552 der bevorzugten Ausführungsform. Der zweite Lichtstrahl 845 gelangt dann durch das faseroptische Kabel 590 zu einem optischen Datenentferner 1040. Der optische Datenentferner 1040 weist vorzugsweise eine Mikrobiegevorrichtung micro-bender) auf. Der Datenentferner 1040 entfernt jegliche Daten, welche auf den zweiten Lichtstrahl 845 moduliert worden sind. An diesem Punkt wird der zweite Lichtstrahl 845 im wesentlichen zu dem dritten Lichtstrahl 855. Der dritte Lichtstrahl 855 gelangt dann entlang dem faseroptischen Kabel 590 zu einem Strahlmodulierer 1050. Der Strahlmodulierer 1050 ist ähnlich und führt ähnliche Funktionen durch wie der Strahlmodulierer 562 der bevorzugten Ausführungsform der Teilnehmer-Transceivereinheit 130A. Der dritte Lichtstrahl 855 einschließlich der zweiten Daten wird dann zu dem faseroptischen „T" 1020 und an die faseroptische Kopplung zur Übertragung zu dem optischen Router 110 gereicht. Die alternative Ausführungsform vermeidet vorteilhaft die Kosten einer Lichtquelle.
Hinsichtlich einer weiteren Ausführungsform der Teilnehmer-Transceivereinheit 130A wird eine optische Antenne in Betracht gezogen, bei der die Antenne eine ungerichtete Antenne ist. Die ungerichtete Antenne ist ähnlich der Spiegel- und Linsensatzanordnung der alternativen Ausführungsform des optischen Routers 110. Zusätzlich ist ein Strahlumlenker zur Kopplung und Entkopplung der Lichtstrahlen in und aus der faseroptischen Kopplung 580 vorgesehen. Alternativ ist die faseroptische Kopplung drehbar angebracht. Die alternative Ausführungsform ermöglicht es der Teilnehmereinheit 130 vorteilhaft, Dienste von einem weiteren optischen Router 110 mit minimaler Unterbrechung von Datenübertragungen zu empfangen. Zusätzlich ist die Installation der Teilnehmer-Transceivereinheit 130 dahingehend vereinfacht, daß virtuell gesehen keine Ausrichtung nach der Installation mehr durchgeführt werden muß, abgesehen davon, daß eine Sichtwegslinie zu einem oder mehreren optischen Routern 110 erreicht werden muß.
Die vorliegende Erfindung zieht die Verwendung von faseroptischen Verstärkern in Betracht, die etwa einem EDFA (Erbium-dotiertem Faserverstärker), und zwar in einem oder mehreren der verschiedenen Netzwerkelemente zur Verstärkung der verschiedenen Lichtstrahlen, um für die verschiedenen Lichtstrahlen innerhalb des Netzwerks geeignete Signalstärkenniveaus zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung zieht den Gebrauch von atomaren Linienfiltern in Betracht, die als optische Bandpassierfilter für ausgewählte Lichtwellenlängen dienen, und zwar in einem oder mehreren der verschiedenen Netzwerkelementempfänger zur Ausfilterung von notwendigen Lichtwellenlängen wie etwa Sonnenlicht.
Die vorliegende Erfindung zieht den Gebrauch von Lichtquellen in den verschiedenen Netzwerkelementtransmittern in Betracht, welche eine einstellbare Lichtstrahlstärkensteuerung haben. Die Lichtstrahlstärke wird gemäß Faktoren wie etwa Wetterbedingungen eingestellt, um eine richtige Abschwächungsschwelle für die Signalstärke zu erreichen. Eine Abschwächungsschwelle von 15 dB bei 1 Kilometer Reichweite zum Erreichen einer 10^–9 Bit Fehlerrate wird bevorzugt.
Abschließende Bemerkung
Die vorliegende Erfindung weist daher ein drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt Weitbereichskommunikationsnetzwerk auf, indem Teilnehmerkommunikationskanäle in einer Multiplexweise unter Verwendung von atmophärisch übertragenen Lichtstrahlen errichtet sind. Das Netzwerk verwendet einen optischen Router zur Einrichtung der Kommunikationskanäle zwischen einer primären Transceivereinheit und einer Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten durch Zeit-Multiplexen, Lichtstrahlfrequenzmultiplexen der atmosphärisch übermittelten Lichtstrahlen oder einer Kombination davon.

Claims

Punkt-zu-Mehrpunkt bidirektionales Weitbereichskommunikationsnetzwerk, welches atmosphärische optische Kommunikation einsetzt, umfassend: eine primäre Transceivereinheit (120), welche eine primäre Lichtquelle aufweist, die gestaltet ist, um einen ersten Lichtstrahl zu erzeugen, wobei die primäre Transceivereinheit gestaltet ist, um erste Daten auf dem ersten Lichtstrahl zu modulieren, wobei die primäre Transceivereinheit auf atmosphärischem Weg den ersten Lichtstrahl einschließlich der ersten Daten überträgt; einen optischen Router (110), der gestaltet ist, um auf atmosphärischem Weg den ersten Lichtstrahl einschließlich der ersten Daten aus der primären Transceivereinheit zu empfangen; und eine Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten (130A–130N); wobei der optische Router eine Mehrzahl von Transceivermodulen (800A–800M) aufweist, welche jeweils gestaltet sind, um auf atmosphärischem Weg einen jeweiligen zweiten Lichtstrahl einschließlich wenigstens eines Teils der ersten Daten zu einem Teil der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten zu übertragen; wobei jede aus der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten gestaltet ist, um auf atmosphärischem Weg den jeweiligen zweiten Lichtstrahl einschließlich des wenigstens einen Teils der ersten Daten aus dem optischen Router zu empfangen, wobei jede aus der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten gestaltet ist, um den wenigstens einen Teil der ersten Daten aus dem jeweiligen zweiten Lichtstrahl zu demodulieren; wobei jede aus der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten gestaltet ist, um jeweilige zweite Daten auf einem jeweiligen dritten Lichtstrahl zu modulieren und auf atmosphärischem Weg den jeweiligen dritten Lichtstrahl einschließlich der jeweiligen zweiten Daten zu dem optischen Router zu übertragen; wobei jedes aus der Mehrzahl von Transceivermodulen (800A–800M) in dem optischen Router gestaltet ist, um auf atmosphärischem Weg wenigstens einen der jeweiligen dritten Lichtstrahlen einschließlich der jeweiligen zweiten Daten aus einem Teil der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten zu empfangen, wobei der optische Router gestaltet ist, um auf atmosphärischem Weg einen vierten Lichtstrahl einschließlich der jeweiligen zweiten Daten zu der primären Transceivereinheit zu übertragen; wobei die primäre Transceivereinheit (120) gestaltet ist, um auf atmosphärischem Weg den vierten Lichtstrahl einschließlich der jeweiligen zweiten Daten zu empfangen und die jeweiligen zweiten Daten aus dem vierten Lichtstrahl zu demodulieren, wobei der optische Router weiterhin umfasst: eine sekundäre Transceivereinheit (700), wobei die sekundäre Transceivereinheit gestaltet ist, um auf atmosphärischem Weg den ersten Lichtstrahl einschließlich der ersten Daten zu empfangen und auf atmosphärischem Weg den vierten Lichtstrahl einschließlich der jeweiligen zweiten Daten zu übertragen; und einen elektronischen Router (790), welcher die sekundäre Transceivereinheit elektronisch an die Mehrzahl von Transceivermodulen koppelt, wobei der elektronische Router gestaltet ist, um die ersten Daten und die jeweiligen zweiten Daten zwischen der sekundären Transceivereinheit und der Mehrzahl von Transceivermodulen zu routen.
Netzwerk nach Anspruch 1, wobei der optische Router (110) gestaltet ist, um die ersten Daten aus dem ersten Lichtstrahl zu demodulieren, wobei jedes aus der Mehrzahl von Transceivermodulen in dem optischen Router eine Lichtquelle aufweist, die gestaltet ist, um den jeweiligen zweiten Lichtstrahl zu erzeugen, und wobei jedes aus der Mehrzahl von Transceivermodulen in dem optischen Router gestaltet ist, um den wenigstens einen Teil der ersten Daten auf dem jeweiligen zweiten Lichtstrahl zu modulieren.
Netzwerk nach Anspruch 1, wobei jedes aus der Mehrzahl von Transceivermodulen (800A–800M) in dem optischen Router gestaltet ist, um die jeweiligen zweiten Daten aus dem jeweiligen dritten Lichtstrahl zu demodulieren, und wobei der optische Router eine Lichtquelle des optischen Routers aufweist, die gestaltet ist, um den vierten Lichtstrahl zu erzeugen, wobei der optische Router gestaltet ist, um die jeweiligen zweiten Daten auf dem vierten Lichtstrahl zu modulieren.
Netzwerk nach Anspruch 1, wobei der optische Router (110) gestaltet ist, um auf atmosphärischem Weg den zweiten Lichtstrahl einschließlich des wenigstens einen Teils der ersten Daten zu den jeweiligen aus der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten zu übertragen und um auf atmosphärischem Weg den dritten Lichtstrahl einschließlich der jeweiligen zweiten Daten aus den jeweiligen der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten zu empfangen, und zwar während jeweiliger Zeitperioden.
Netzwerk nach Anspruch 1, wobei der optische Router (110) gestaltet ist, um die ersten Daten aus der primären Transceivereinheit zu den jeweiligen aus der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten zu routen und um die jeweiligen zweiten Daten aus den jeweiligen aus der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten zu der primären Transceivereinheit zu routen, und zwar während jeweiliger Zeitperioden.
Netzwerk nach Anspruch 1, welches weiterhin eine Mehrzahl der optischen Router (110) umfasst, die gestaltet ist, um eine Mehrzahl der ersten und zweiten Daten zwischen der primären Transceivereinheit und einer Mehrzahl aus der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten zu routen.
Netzwerk nach Anspruch 1, wobei jede aus der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten (130A–130N) eine Teilnehmer-Lichtquelle enthält, die gestaltet ist, um den jeweiligen dritten Lichtstrahl zu erzeugen.
Netzwerk nach Anspruch 1, wobei jede aus der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten gestaltet ist, um die ersten Daten aus dem jeweiligen zweiten Lichtstrahl zu entfernen nach Demodulieren des wenigstens einen Teils der ersten Daten aus dem jeweiligen zweiten Lichtstrahl und vor Modulieren der jeweiligen zweiten Daten auf dem jeweiligen zweiten Lichtstrahl, wobei der jeweilige zweite Lichtstrahl zu dem jeweiligen dritten Lichtstrahl wird.
Optischer Router zum Routen von Daten, umfassend: eine Mehrzahl von Transceivermodulen (800A–800M), wobei jedes aus der Mehrzahl von Transceivermodulen gestaltet ist, um auf atomsphärischem Weg einen jeweiligen ersten Lichtstrahl einschließlich jeweiliger erster Daten zu empfangen, wobei jedes aus der Mehrzahl von Transceivermodulen weiterhin gestaltet ist, um auf atmosphärischem Weg einen jeweiligen zweiten Lichtstrahl einschließlich jeweiliger zweiter Daten zu übertragen; eine Transceivereinheit (700), wobei die Transceivereinheit gestaltet ist, um auf atmosphärischem Weg einen dritten Lichtstrahl einschließlich der jeweiligen zweiten Daten zu empfangen, wobei die Transceivereinheit weiterhin gestaltet ist, um auf atmosphärischem Weg einen vierten Lichtstrahl einschließlich der jeweiligen ersten Daten zu übertragen; und einen elektronischen Router (790), welcher die Transceivereinheit an die Mehrzahl von Transceivermodulen elektronisch koppelt, wobei der elektronische Router gestaltet ist, um die jeweiligen ersten Daten und die jeweiligen zweiten Daten zwischen der Transceivereinheit und der Mehrzahl von Transceivermodulen zu routen.
Optischer Router nach Anspruch 9, wobei jedes aus der Mehrzahl von Transceivermodulen gestaltet ist, um die jeweiligen ersten Daten aus dem jeweiligen ersten Lichtstahl zu demodulieren, wobei jedes aus der Mehrzahl von Transceivermodulen eine Transceivermodul-Lichtquelle (862) aufweist, die gestaltet ist, um den jeweiligen zweiten Lichtstrahl zu erzeugen, und wobei jedes aus der Mehrzahl von Transceivermodulen gestaltet ist, um die jeweiligen zweiten Daten auf dem jeweiligen zweiten Lichtstrahl zu modulieren.
Optischer Router nach Anspruch 9, wobei die sekundäre Transceivereinheit gestaltet ist, um die jeweiligen zweiten Daten aus dem dritten Lichtstrahl zu demodulieren, wobei die Transceivereinheit (700) eine Transceivereinheit-Lichtquelle aufweist, die gestaltet ist, um den vierten Lichtstrahl zu erzeugen, und wobei die Transceivereinheit gestaltet ist, um die jeweiligen ersten Daten auf dem vierten Lichtstrahl zu modulieren.
Optischer Router nach Anspruch 9, wobei die Mehrzahl von Transceivermodulen gestaltet ist, um auf atmosphärischem Weg den zweiten Lichtstrahl einschließlich der jeweiligen zweiten Daten zu übertragen und um auf atmosphärischem Weg den ersten Lichtstrahl einschließlich der jeweiligen ersten Daten zu empfangen, und zwar während jeweiliger Zeitperioden.
Optischer Router nach Anspruch 9, wobei der elektronische Router gestaltet ist, um die jeweiligen ersten Daten zu routen und um die jeweiligen zweiten Daten zu routen, und zwar zwischen der Mehrzahl von Transceivermodulen und der Transceivereinheit während jeweiliger Zeitperioden.
Optischer Router nach Anspruch 9, welcher weiterhin umfasst: ein Strahlumlenkersteuerungssystem (795), welches an den elektronischen Router und die Mehrzahl von Transceivermodulen gekoppelt ist; wobei jedes aus der Mehrzahl von Transceivermodulen einen Strahldemodulator aufweist, der gestaltet ist, um den jeweiligen ersten Lichtstrahl einschließlich der jeweiligen ersten Daten zu empfangen und um die jeweiligen ersten Daten aus dem jeweiligen ersten Lichtstrahl zu demodulieren; wobei jedes aus der Mehrzahl von Transceivermodulen eine Lichtquelle (862) aufweist, die gestaltet ist, um den jeweiligen zweiten Lichtstrahl zu erzeugen; wobei jedes aus der Mehrzahl von Transceivermodulen einen X-Y Strahlumlenker (840) aufweist, der gestaltet ist, um den jeweiligen ersten Lichtstrahl aus einem jeweiligen aus der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten zu empfangen und den jeweiligen ersten Lichtstrahl an den Strahldemodulator umzulenken, wobei der X-Y Strahlumlenker gestaltet ist, um den jeweiligen zweiten Lichtstrahl aus der Lichtquelle zu empfangen und um den jeweiligen zweiten Lichtstrahl einschließlich der jeweiligen zweiten Daten an den jeweiligen aus der Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten umzulenken.
Optischer Router nach Anspruch 9, wobei der elektronische Router (790) gestaltet ist, um Routing-Steuerungsinformationen aus der Transceivereinheit zu empfangen.
Optischer Router nach Anspruch 9, wobei die Transceivereinheit eine optische Antenne (210) aufweist, die gestaltet ist, um auf atmosphärischem Weg den dritten Lichtstrahl einschließlich der jeweiligen zweiten Daten zu empfangen und auf atmosphärischem Weg den vierten Lichtstrahl einschließlich der jeweiligen ersten Daten zu übertragen.