DE69930298T2

DE69930298T2 - Drahtloses fasergekoppeltes telekommunikationssystem mit atmosphärischer übertragung von lasersignalen

Info

Publication number: DE69930298T2
Application number: DE69930298T
Authority: DE
Inventors: A. Mark Bryan DOUCET; L. David Bryan PANAK
Original assignee: Dominion Communications LLC
Current assignee: Dominion Communications LLC
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: US6348986B1; US20020075543A1; DE69930298D1; AU1439300A; US20020122232A1; US20020114045A1; US6701092B2; US20020141020A1; US7092636B2; WO2000004653A3; WO2000004653A2; EP1142165A2; EP1142165B1; US6570692B2; US6559993B2; WO2000004653A9

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf drahtlose Telekommunikationsnetzwerke und insbesondere auf ein Breitbandtelekommunikationssystem und -netzwerk, welches atmosphärische (d.h. Freiraum-)Laserübertragung einsetzt.
Auf dem modernen Telekommunikationsmarkt besteht ein breites Angebot von Produkten und Services, die auf die Wünsche und Bedürfnisse von Verbrauchern auf jedem Level gerichtet sind. Viele dieser Produkte und Services erfordern eine Netzwerkinfrastruktur. Beispielsweise wird der Telephon-Service durch das Public Switched Telephone Network (PSTN) vermittelt, das auch als Plain Old Telephone System (POTS) bekannt ist.
Any-to-any-Konnektivität stellt ein fundamentales Organisationsprinzip des PSTN dar, d.h. jeder Telephonteilnehmer sollte in der Lage sein, mit jedem beliebigen anderen Telephonteilnehmer zu kommunizieren. Die im PSTN verwendeten Vermittlungssysteme sind fast ausschließlich digital. Faseroptikkabel, Kupferkabel, Mikrowellenverbindungen und Satellitenverbindungen werden zur Datenübertragung eingesetzt. Übertragung über den Local Loop erfolgt typischerweise durch auf Kupfer basierende T1-Feeder oder Faseroptikkabel. Allerdings ist der Teilnehmer-Loop noch immer primär mit Kupfer UTP (unshielded twisted pair) angelegt. So ist die Übertragungsbandbreite, die einem Telephonteilnehmer zur Verfügung gestellt werden kann, stark begrenzt und beträgt typischerweise unter 56600 Bits pro Sekunde. Gegenwärtig trägt das PSTN mit dem Transport von Ton-, Fax- und Datenkommunikationen eine Dreifachbelastung und stößt in bestimmten Großballungsgebieten an seine Sättigungsgrenze.
ISDN (Integrated Services Digital Network) repräsentiert gegenüber PSTN einen Schritt nach vorne, was Geschwindigkeit anbelangt. Bei ISDN-Erstteilnehmern fallen im Allgemeinen Kosten für die Installation einer ISDN-Leitung an, die einen verbesserten Kupferdraht umfasst. Computernutzer, die mittels einer ISDN-Leitung und eines ISDN-Modems auf ein geschlossenes Intranet oder auf das Internet zugreifen, erleben eine im Vergleich zu einer PSTN-Verbindung gesteigerte Leistung.
Eine Vielzahl von Kommunikationsanwendungen, wie interaktives Fernsehen, Videotelefonie, Videoconferencing, Videomessaging, Video on Demand, Hochauflösendes Fernsehen (HDTV: High Definition Television) und Hochgeschwindigkeits-Datenservices verlangen Breitbanddatenübertragung. Tatsächlich können viele Kommunikationsanwendungen Bandbreiten erfordern, die groß genug sind, um ISDN als mögliches Mittel zur Herstellung einer Datenverbindung auszuschließen.
Optische Faser bietet eine erheblich größere Bandbreiten zur Datenübertragung als Kupferdraht/-mittel. Allerdings ist erforderlich, dass Faseroptiknetzwerke wie FTTC (Fiber to the Curb) und FTTH (Fiber to the Home) zu jedem Teilnehmer verlegt werden. So können die Kosten für das Anlegen eines Faseroptiknetzwerks exorbitant sein. Zu den weiteren Alternativen zur Steigerung der Kapazität bestehender Netzwerke zählen u.a. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line und HFC (Hybrid Fiber Coax).
Gemeinhin sind alle card-wired Netzwerke mit der Erfordernis belastet, dass Kabel zu neuen Teilnehmern/Knoten verlegt werden müssen. Außerdem ist es schwer, die Topologie eines bestehenden hard-wired Netzwerks umzugestalten, da Kabel sehr häufig unterirdisch verlegt, an Masten aufgehängt oder durch Zwischenräume von Bürogebäuden geführt sind.
Demgegenüber sind drahtlose Netzwerke, die auf der Strahlung elektromagnetischer Energie durch freien Raum (d.h. die Atmosphäre) beruhen, in der Lage, Teilnehmern zur Verfügung zu stehen, ohne dass Kosten für das Verlegen von Kabeln zu den Teilnehmern anfallen. Etliche drahtlose Telekommunikationssysteme sind als Rundfunksysteme aufgebaut, wo ein einziger Transmitter ein Informationssignal an zahlreiche Empfänger sendet. Beispielsweise bieten die DBS (Direct Broadcast Satellite)-Systeme wie Prime-Star, Digital Satellite Service, etc. Teilnehmern, die über eine Empfangsantenne (typischerweise eine Antennenschüssel) und einen Digitalempfänger verfügen, Satellitenrundfunk für Videokanäle zur Verfügung. Drahtlose Telekommunikationssysteme und Netzwerke sind weit verbreitet und zahlreich vorhanden. Ihre Anzahl nimmt als Reaktion auf die Verbrauchernachfrage weiter zu. So wird das Radiospektrum immer voller, woraus sich eine verminderte Signalqualität und/oder erhöhte Kosten für die Teilnehmer ergeben.
Unter gewissen Umständen und aus verschiedenen Gründen kann ein Klient/Kunde Punkt-zu-Punkt-Kommunikation wünschen, d.h. die Übertragung von Informationen zwischen zwei Punkten, die durch Entfernung voneinander getrennt sind. Beispielsweise kann im PSTN eine Mikrowellenverbindung zwischen zwei zentralen Büros eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung sein. Lasertechnologie bietet eine vortreffliche Alternative zur Radioübertragung, um Breitband-Punkt-zu-Punkt-Kommunikation herzustellen, und zwar bedingt durch die Tatsache, dass Laser eng fokusierte Strahlen inhärent erzeugen. Auf Laser basierende drahtlose Systeme wurden zur Einrichtung von Punkt-zu-Punkt-, bi-direktioneller und Hochgeschwindigkeitskommunikation durch die Atmosphäre entwickelt. Der Bereich für solche Systeme beträgt typischerweise 0.5 bis 1.2 Meilen; mit einigen Systemen wird ein Bereich von 4 Meilen oder mehr erhalten. Der längste atmosphärische Kommunikationsweg, der mit einem Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsweg erreicht wurde, übertraf 100 Meilen.
Diese Punkt-zu-Punkt-Systeme verlangen einer auf Laser beruhende Kommunikationseinheit an jedem Ende der Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Eine auf Laser beruhende Kommunikationseinheit umfasst ein Optikpaket, einen Lasertransmitter, einen optischen Empfänger, und eine Daten-Interface-Packung. Der Lasertransmitter beinhaltet einen Laser zur Erzeugung eines Laserstrahls, und Modulationselektronik, um dem Laserstrahl ein erstes Informationssignal aufzuprägen. Recht häufig handelt es sich bei dem ersten Signal um ein digitales Signal und als Modulationsschema wird On-Off-Umtastung benützt. Der modulierte Laserstrahl wird durch das Optikpaket in die Atmosphäre übertragen. Deshalb wird das Optikpaket manchmal als optische Antenne bezeichnet. Weiterhin empfängt das Optikpaket ein zweites Lasersignal aus der Atmosphäre und führt das zweite Lasersignal dem optischen Empfänger zu. Der optische Empfänger enthält Photodetektions- und Demodulationselektronik, um ein zweites Informationssignal aus dem zweiten Lasersignal zurückzugewinnen.
Das Dateninterface-Paket ist an den Lasertransmitter, den optischen Empfänger und an einen Kommunikationsbus gekoppelt. Das Daten-Interface-Paket ist konfiguriert, um Daten auf dem Kommunikationsbus gemäß einem zuvor festgelegten Kommunikationsprotokoll zu senden und zu empfangen. Das Dateninterface empfängt das erste Informationssignal aus von dem Kommunikationsbus und überträgt das erste Informationssignal an den Lasertransmitter zwecks Modulation. Außerdem empfängt das Dateninterface das zweite Informationssignal von dem optischen Empfänger und überträgt das zweite Informationssignal auf den Kommunikationsbus. Typischerweise erzeugt ein beliebiger Computer das erste Informationssignal und empfängt das zweite Informationssignal. Daher benötigt der Computer üblicherweise eine separate Interfacekarte/-paket, um Signale über den Kommunikationsbus zu senden/empfangen. Bei dem Kommunikationsbus kann es sich beispielsweise um den wohlbekannten Ethernet-Bus handeln. In diesem Fall ist das Dateninterface in der auf Laser basierenden Kommunikationseinheit ebenso wie die mit dem Computer gekoppelte Interfacekarte/-paket Ethernet-kompatibel.
Bei auf Laser beruhenden Punkt-zu-Punkt-Systemen nach Stand der Technik sind die Untersysteme der laserbasierten Kommunikationseinheit, d.h. das Optikpaket, der Lasertransmitter, das Dateninterfacepaket, physisch in ein gemeinsames Chassis integriert. Wie auf der folgenden Erläuterung hervorgeht, die Einbindung aller Subsysteme in ein gemeinsames Chassis bringt die Designkomplexität der Kommunikationseinheit hervor und die Installationsvorgänge für die Kommunikationseinheit, die beide die effektiven Kosten für den Verbraucher beeinflussen.
Um eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung herzustellen, müssen zwei laserbasierte Kommunikationseinheiten so konfiguriert werden, dass ihre jeweiligen optischen Antennen eine Sichtlinie (LOS/Line of Sight) durch die Atmosphäre zustande bringen. Dies erfordert gemeinhin, dass die Einheiten an einer erhöhten Stelle im Freien, etwa auf dem Dach, installiert werden. Da die Kommunikationseinheit Aktivelektronik enthält, fallen für den Benutzer/Kunden gemeinhin erhebliche Kosten für das Anlegen einer Energieverbindung an die Installationsstelle an. Diese Kosten haben nachhaltigen Einfluss auf die Vermarktbarkeit bestehender laserbasierter Systeme bei Personen, welche diese zu Hause und in Kleinunternehmen nutzen.
Die im Freien befindliche Kommunikationseinheit kann sehr variablen Temperatur- und Wetterbedingungen ausgesetzt sein. Daher kann die Kommunikationseinheit Wärme- oder Kühlvorrichtungen erfordern, damit die elektronischen Untersysteme geschützt werden. Überdies muss das Chassis im Allgemeinen wasserdicht sein. Beispielsweise sollte das Chassis so gestaltet sein, dass es den Beeinträchtigungen durch Regen, Wind und eventuell sogar Hagel standhält. Feuchtigkeit aus der umgebenden Luft korrodiert metallische Innenteile. Diese wetterbedingten Einschränkungen kommen zu den Gesamtkosten für lasierbasierte Kommunikationseinheiten nach Stand der Technik hinzu.
Laserbasierte Kommunikationseinheiten sind aufgrund der Anordnung von Transceiver-Elektronik, Dateninterface und Antennenoptik in einem gemeinsamen Chassis massig und voluminös. Deshalb muss Sorge getragen werden, dass das Chassis sicher auf einen stützenden Halter montiert wird. Beispielweise umfasst das Chassis häufig eine Grundplatte mit Löchern, die Montageschrauben aufnehmen. Die Kosten für die Gestaltung des Chassis und dessen Montagestrukturen tragen zu den Gesamtkosten der Kommunikationseinheit bei.
Nach Montage der Kommunikationseinheit muss ein Monteur/Benutzer die angulare Ausrichtung der Einheit regulieren, um eine optische Sichtlinie (LOS: Line of Sight) zu einer entfernten Kommunikationseinheit zu erhalten. Die optische Antenne der lokalen Einheit muss auf die optische Antenne der entfernten Einheit ausgerichtet werden und vice versa. Dieses Einstellen erfordert im Allgemeinen ein koordiniertes Vorgehen zweier Monteure, von denen sich bei jeder Einheit einer aufhält. Um das Verfahren zur Einstellung der Sichtlinie zu erleichtern, beinhalten die Kommunikationseinheiten typischerweise ein externes Sichtgerät. Ein Monteur/Benutzer blickt durch das Sichtgerät, um die aktuelle Richtung der optischen Antenne festzustellen. Typischerweise wird das Sichtgerät beim Hersteller optisch justiert (d.h. kalibriert). Der Monteur/Benutzer stellt die Ausrichtung der Kommunikationseinheit ein, bis die Fernantenne mitten im Fadenkreuz des Sichtgeräts liegt.
Da das optische Justieren (die Kalibrierung) des Sichtgeräts durch physische Störungen für das Sichtgerät und/oder der Kommunikationseinheit beeinträchtigt werden kann, fängt der Laserstrahl, der durch die optische Antenne übertragen wird, möglicherweise nicht die entfernte optische Antenne auf, wenn die Einheit nur auf der Basis des Sichtgeräts eingestellt ist. Möglicherweise muss der Monteur/Benutzer einen Suchvorgang durchführen, um einen Strahlenkontakt mit der entfernten optischen Antenne zustande zu bringen. Anders ausgedrückt, muss der Monteur/Benutzer möglicherweise wahllos die Ausrichtung der lokalen Einheit einstellen, während er eine Rückmeldung von der Person an der entfernten Einheit erhält, um zu bestimmen, wenn die Sichtlinie hergestellt ist. Die Zeit, die zusätzlich benötigt wird, um die Zufallssuche im Fall eines nicht ausreichend optisch justierten Sichtgeräts durchzuführen, schlägt sich in erheblichem Maße auf die Installationskosten nieder.
Obwohl ein Sichtgerät zu Beginn optisch justiert werden kann, z.B. in der Fabrik oder durch geschultes Personal am Einsatzort, kann das optische Justieren (d.h. die Kalibration) im Laufe der Zeit beeinträchtigt werden. Beispielsweise können thermische Belastungen und Wettereinflüsse (Regen, Hagel, Wind, etc.) dazu beitragen, dass die Akkuratesse der optischen Justierung verloren geht. Daher können die Kosten für das optische Justieren mehr als einmal während der Lebenszeit der laserbasierten Kommunikationseinheit anfallen.
Gelegentlich kann der Installateur/Benutzer den Wunsch haben, eines oder mehrere der elektronischen Untersysteme der Kommunikationseinheit zu ersetzen oder aufzurüsten. Da die elektronischen und optischen Untersysteme der Kommunikationseinheit in einem gemeinsamen Gehäuse kombiniert sind, geht mit dem Vorgang des Zugreifens auf die elektronischen Komponenten/Untersysteme gemeinhin eine physische Störung der optischen Antenne und der Sichtlinie zu der entfernten optischen Antenne einher. Beispielsweise können der Austausch oder die Aufrüstung des Dateninterface-Boards die Entfernung einer Zugriffsverkleidung verlangen. Die Unannehmlichkeiten, die beim Entfernen der Zugriffsverkleidung und Austauschen in Kauf genommen werden, können die Sichtlinie der Kommunikationseinheit stören. In einigen Situationen muss die Kommunikationseinheit abmontiert und zwecks Überprüfung und Reparatur zu einer Reparaturwerkstatt gebracht werden. So kann der Aufwand, der zum Erhalt der Sichtlinie zu der entfernten optischen Antenne betrieben wurde, verloren gehen, wenn auf Elektronik zur Wartung, Reparatur und/oder Aufrüstung zugegriffen wird.
Nach Zugriff auf die Elektronik in der Kommunikationseinheit müssen die LOS-Einstellungen der Kommunikationseinheit üblicherweise unter zusätzlichen Kosten für den Benutzer/Kunden wiederhergestellt werden. Wie bei der LOS-Ersteinstellung erfordert die erneute Einstellung gemeinhin zwei Personen: eine Person, die sich vor Ort befindet, um die Winkeleinstellungen vorzunehmen, und eine weitere, die sich an der entfernten Stelle aufhält, um zu bestätigen, wenn die LOS zustande gebracht wurde. So erfordern Modifikationen an der Elektronik einer Kommunikationseinheit im Allgemeinen zwei Personen, um die Einstellung der LOS zu koordinieren. Dies erhöht die effektiven Kosten für Reparatur oder Änderung der Elektronik der Kommunikationseinheit in hohem Maße.
Laserbasierte Systeme sind in der Lage, eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit hoher Bandbreite unter einigen der strengsten und rausten Wetterbedingungen aufrechtzuerhalten. Jedoch liegen die Kosten für derartige Systeme typischerweise im Bereich von $ 10000 bis $ 20000 Dollar, weshalb ihre Nutzung in den meisten Haushalten und Unternehmen nicht in Frage kommt.
Deshalb besteht ein Bedarf für ein laserbasiertes Kommunikationssystem, das sich einfacher und effizienter montieren lässt als Systeme nach Stand der Technik. Außerdem ist ein laserbasiertes Kommunikationssystem erwünscht, das ein akkurates und effizientes Zustandebringen einer LOS zu einer entfernten Einheit ermöglicht. Jedes beliebige Verfahren, das die Notwendigkeit einer LOS-Neueinstellung des Kommunikationssystems nach Reparatur oder Aufrüstung der Elektronik umgeht, ist äußerst wünschenswert. Erwünscht ist auch ein beliebiges Verfahren, das den Zugriff eines Benutzers auf die elektronischen Untersysteme des laserbasierten Kommunikationssystems vereinfacht. Allgemein besteht ein beträchtlicher Bedarf für ein laserbasiertes Kommunikationssystem, das die Kosten gegenüber Systemen nach Stand der Technik erheblich reduziert.
In Anbetracht der Probleme, die mit verdrahteten Netzwerken und auf Radioübertragung basierenden Netzwerken einhergehen, ist weiterhin ein drahtloses laserbasiertes Telekommunikationssystem erwünscht, das einer Anzahl von Teilnehmern Telekommunikations-Services mit hoher Bandbreite zur Verfügung stellt. Insbesondere ist ein drahtloses laserbasiertes Telekommunikationssystem erwünscht, das einer Reihe von Teilnehmern ermöglicht, mit einer großen Anzahl von Teilnehmern zu kommunizieren. Weiterhin ist ein drahtloses laserbasiertes Telekommunikationssystem wünschenswert, das den Cast zu jedem Teilnehmer verringert, aber dennoch bidirektionale Telekommunikationen mit Hochgeschwindigkeit, Breitband und Weitbereich aufrechterhält. Ein System wird gewünscht, für das die hohen Installationskosten von ISDN und Faseroptik nicht anfallen und das keines der elektromagnetischen Rundfunkbänder im Radiospektrum benötigt. Ein derartiges Netzwerk könnte für eine breite Vielfalt von Anwendungen eingesetzt werden, wie Telefonie, Datenkommunikation, z.B. über das Internet, Teleconferencing, Radiorundfunk und Fernsehen, z.B. Kabelfernsehen, HDTV und interaktives Fernsehen.
US 4 090 067 offenbart ein optisches Kommunikationssystem, wobei eine Vielzahl von Stationen, die in linearer, zufälliger oder gitterartiger Anordnung eingerichtet sind, in einem Netzwerk vom „party-line"-Typ gekoppelt sind, in dem optische Signale, die von einem Master oder einer antwortenden Station erzeugt werden, von Station zu Station weitergeleitet werden. Jeder Station ist ein vorgegebenes kodiertes Signal als Adresse zugeteilt. Jede Station umfasst zwei optische Antennen, von denen jede in einem LOS-Verhältnis zu einer optischen Antenne einer anderen Station anzuordnen ist, und ferner Aktivelektronikausstattung zur Erzeugung optischer Signale als Reaktion auf ein optisches Signal, das von benachbarten Stationen empfangen wird, und zur Erzeugung elektrischer Signale, wenn das vorgegebene codierte Signal empfangen wird. Die Aktivelektronikausstattung ist fern von den beiden Antennen angeordnet und an diese durch zwei entsprechende Paare optischer Fasern gekoppelt, wobei jedes Paar eine Empfangsfaser und eine Übertragungsfaser aufweist. US 4 090 067 offenbart nicht, dass eine optische Faser einen ersten Lichtstrahl vom Transmitter zur Antenne leitet und durch die selbe Faser einen zweiten Lichtstrahl von der Antenne zum Transmitter.
US 5 455 672 offenbart ein System zur Messung der Schwächung einer optischen Faser, welches die bidirektionale Übertragung von Informationen via die zu messende Faser einsetzt. Dieses Dokument offenbart keinen drahtlosen Transfer von Informationen durch die Atmosphäre.
Eingehende Auseinandersetzung erfolgt mit einem drahtlosen optischen Transceiversystem, das eine passive optische Antenne aufweist, die durch optische Faser an ein Aktivelektronikmodul gekoppelt ist. Das Transceiversystem empfängt Lichtstrahlen aus der Atmosphäre und überträgt Lichtstrahlen an diese, wodurch es optisch mit einem zweiten optischen Transceiver kommuniziert. Die faseroptische Isolation zwischen einem Aktivelektronikmodul und der passiven optischen Antenne bringt eine ganze Reihe von Implikationen mit sich, welche die anfänglichen System- und die laufenden Wartungskosten für den Benutzer senken. Insbesondere die passive optische Antenne, die frei ist von dem belastenden Einfluss aktiver Systemkomponenten, lässt sich einfacher und effizienter installieren. Die LOS zu einer Zielantenne kann durch Abtrennen der optischen Faser und visuelles Beobachten über den optischen Weg der passiven Antenne erreicht werden. Darüber hinaus ergibt sich aus der Isolation, dass ein Netzanschluss am Ort der optischen Antenne nicht länger notwendig ist. Daraus resultieren für den Benutzer/Kunden erhebliche Einsparungen.
Neben einem optischen Transceiversystem stehen Empfänger, Transmitter, Zwischenverstärker, Switches, Router, etc. im Blickpunkt, die entsprechend dem Prinzip faseroptischer Isolation zwischen passiven optischen Antennen und Aktivelektronikmodulen gestaltet sind. Derartige Komponenten eignen sich vortrefflich zum Einsatz in verschiedenen Netzwerkkonfigurationen, wie Rundfunknetzwerken, Punkt-zu-Mehrpunkt-Netzwerken, etc., und zwar auch aufgrund ihrer geringen Kosten bezüglich Installation und Antennenausrichtung, Modularität und Aufrüstbarkeit.
Gemäß Anspruch 1 wird ein System zur Informationsübertragung mittels Lichtstrahl durch die Atmosphäre geboten. Dieses System umfasst eine Lichtquelle zur Erzeugung eines ersten Lichtstrahls; eine Mehrzahl optischer Fasern; eine Aktivelektronikeinheit, welche so gestaltet ist, dass sie den ersten Lichtstrahl empfängt, und welche an die Mehrzahl optischer Fasern und einen Kommunikationsbus gekoppelt ist. Gemäß dieser Erfindung ist die Aktivelektronikeinheit so gestaltet, dass sie auf jede der optischen Fasern einen entsprechenden Abschnitt des ersten Lichtstrahls koppelt; ferner ist eine Mehrzahl passiver optischer Antennen vorhanden. Wie beansprucht, ist jede der passiven optischen Antennen an eine entsprechende der besagten optischen Fasern gekoppelt und so gestaltet, dass sie den entsprechenden Abschnitt des ersten Lichtstrahls aus der entsprechenden optischen Faser auskoppelt und in die Atmosphäre überträgt.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei der Lichtquelle um einen Laser und bei dem Lichtstrahl um einen Laserstrahl.
Gemäß Anspruch 8, in Entsprechung zu einem weiteren Aspekt der Erfindung, wird ein System für auf Licht basierendem drahtlosen Datentransfer durch die Atmosphäre geboten, welches eine Mehrzahl optischer Empfänger umfasst, wobei jeder Empfänger eine optische Faser, eine an die optische Faser gekoppelte passive optische Antenne und ein an die optische Faser gekoppeltes optisches Empfängersystem aufweist. Jede aus der Mehrzahl optischer Antennen richtet sich auf die selbe Übertragungsantenne, um einen Abschnitt eines von der Übertragungsantenne übertragenen Rundfunkstrahls abzufangen, und jeder optische Empfänger ist so gestaltet, dass er Daten aus dem Abschnitt des Rundfunkstrahls demoduliert.
Vorzugsweise umfasst jeder optische Empfänger eine Faserkoppelungsschnittstelle, welche an die optische Faser gekoppelt ist, einen Empfänger und eine Signalschnittstelle; und die Faserkoppelungsschnittstelle koppelt den Abschnitt des Strahls aus und stellt diesen dem Empfänger zur Verfügung; und der Empfänger demoduliert den Abschnitt des Strahls und gewinnt besagte Daten aus dem Abschnitt des Strahls zurück.
Gemäß Anspruch 10 wird ein Verfahren zur Bereitstellung von Punkt-zu-Mehrpunkt Kommunikationskapazität geboten. Dieses Verfahren umfasst Folgendes: Empfangen eines Stroms digitaler Daten aus einem Kommunikationsbus an einem ersten Ort; und Empfangen eines ersten Lichtstrahls an besagtem ersten Ort. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die Schritte des Teilens des ersten Lichtstrahls in eine Mehrzahl von Abschnitten und des Koppelns jedes Abschnitts aus besagter Mehrzahl von Abschnitten des ersten Lichtstrahls auf eine entsprechende optische Faser aus einer Mehrzahl optischer Fasern. Wie beansprucht, umfasst das Verfahren weiterhin das Modulieren der digitalen Daten auf besagte Mehrzahl von Abschnitten des ersten Lichtstrahls; und das Transferieren der Mehrzahl von Abschnitten des ersten Lichtstrahls zu einer entsprechenden Mehrzahl passiver optischer Antennen durch besagte Mehrzahl optischer Fasern, wobei sich die Mehrzahl passiver optischer Antennen an einer jeweiligen Mehrzahl zweiter Orte befindet und wobei weiterhin die Mehrzahl passiver optischer Antennen die Mehrzahl von Abschnitten des ersten Lichtstrahls in eine oder mehr Richtungen durch die Atmosphäre zu einer Mehrzahl optischer Korrespondenten überträgt.
Vorteilhafterweise befindet sich der erste Ort im Innern eines Gebäudes, wobei die Mehrzahl zweiter Orte außerhalb des Gebäudes liegt.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung lässt sich erlangen, wenn die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen berücksichtigt wird, in welchen:
1 ein Vollduplex-Transceiversystem als Beispiel für einen Abschnitt eines Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, das in Kommunikation mit einem zweiten Transceiversystem steht;
2 das Transceiver-Elektronikmodul des Vollduplex-Transceiversystems aus 1 darstellt;
3A als Anschauungsbeispiel ein optisches Übertragungssystem darstellt, das nicht unter die vorliegende Erfindung fällt;
3B als Anschauungsbeispiel ein optisches Empfängersystem darstellt, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht;
4 ein optisches Dualsimplex-Transceiversystem als Beispiel für einen Abschnitt eines Kommunikationssystems darstellt, das einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht;
5 das Transceiverelektronikmodul des Dualsimplex-Transceiversystems aus 4 veranschaulicht;
6A ein optisches Empfängersystem mit einer Antennengruppe veranschaulicht, um die Empfangssignalleistung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erhöhen;
6B eine repräsentative Verteilung optischer Empfangsantennen im Querschnitt des empfangenen Strahls zeigt, und zwar gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
6C das Empfängerelektronikmodul des optischen Empfängersystems aus 6A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 eine Ausführungsform mit verzweigter Faser für das Empfängersystem aus 6A darstellt, und zwar entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 die Verwendung eines optischen Transmitters und multipler Empfängersysteme veranschaulicht, um ein Rundfunknetzwerk gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einzurichten;
9 als Anschauungsbeispiel ein optisches Zwischenverstärker-System zeigt, das der vorliegenden Erfindung nicht entspricht;
10 in Entsprechung zu einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Transmittersystem mit multiplen Inline-Modulatoren und multiplen passiven optischen Antennen zur Übertragung multipler unabhängiger Datenströme darstellt;
11 in Entsprechung zu einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Rundfunkübertragungssystem mit einer Leistung veranschaulicht, die geteilt ist, um ein Informationssignal an eine Mehrheit von Empfängern zu übertragen;
12 in Entsprechung zu der vorliegenden Erfindung ein optisches Switching-System zur Einrichtung drahtloser Kommunikationskanäle unter einer Mehrzahl von Teilnehmern darstellt;
13 das Aktivelektronikmodul aus dem optischen Switching-System aus 12 zeigt;
14 in Entsprechung zu der vorliegenden Erfindung ein Punkt-zu-Mehrpunkt-Weitbereichsnetzwerk darstellt, das atmosphärische Laserübertragung nutzt;
15 die überlappende Deckung zeigt, die durch die Eingliederung multipler optischer Router in das Netzwerk aus 14 erzielt wird;
16 ein Punkt-zu-Mehrpunkt-Weitbereichstelekommunikationsnetzwerk veranschaulicht, das atmosphärische Laserübertragung gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nutzt;
17 die bevorzugte Ausführungsform des optischen Routers in dem Netzwerk aus 14 darstellt;
18 eine Draufsicht auf eines der Transceivermodule aus 17 ist;
19 ein Blockdiagramm des optischen Routers aus 17 ist, einschließlich eines detaillierten Blockdiagramms der sekundären Transceivereinheit;
20 den optischen Router in dem Netzwerk aus 10 veranschaulicht;
21 die primäre Transceivereinheit aus 14 und 16 darstellt;
22 eine Teilnehmer-Transceivereinheit aus 14 und 16 zeigt;
23 ein Blockdiagramm eines Abschnitts einer alternativen Ausführungsform der Teilnehmer-Transceivereinheit aus 22 ist.
Zur allgemeinen Information über Breitbandtelekommunikation und optische Datenkommunikation wird verwiesen auf Lee, Kang und Lee: „Broadband Telecommunications Technology", Artech House, 1993. Des Weiteren wird hingewiesen auf Davis, Carome, Weik, Ezekiel und Einzig: „Fiber Optic Sensor Technology Handbook", Optical Technologies Incorporated, 1982, 1986, Herndon, Virginia.
Vollduplex-Transceiversystem
Bezugnehmend auf 1 wird ein Vollduplex-Transceiversystem 10 für auf Licht beruhender drahtloser Kommunikation durch die Atmosphäre vorgestellt. Der Transceiver 10 umfasst ein Transceiverelektronikmodul 100 und eine passive optische Antenne 130. Das Transceiverelektronikmodul 100 ist an die passive optische Antenne 130 durch die optische Faser 120 gekoppelt. Da die optische Antenne 130 nur passive Komponenten beinhaltet, ist kein Netzanschluss am Ort der optischen Antenne 130 notwendig. Damit vermeidet der Benutzer des Transceiversystems 10 die Kosten für die Einrichtung der Energieversorgung am Ort der optischen Antenne 130. Da sich optische Antennen im Allgemeinen an erhöhten Positionen im Freien, etwa auf Dächern, befinden, sind diese Kostenersparnisse typischerweise erheblich.
Da die passive optische Antenne 130 durch die optische Faser an das Transceiverelektronikmodul 100 gekoppelt ist, kann das Transceiverelektronikmodul von der passiven optischen Antenne 130 durch eine erhebliche Entfernung getrennt sein. Dadurch lässt sich das Transceiverelektronikmodul 130 problemlos nahe einer bereits vorhandenen Steckdose anbringen. Dies impliziert typischerweise, dass das Transceiverelektronikmodul nicht im Freien angeordnet wird. So benötigt das Transceiverelektronikmodul 100 im Allgemeinen keinen Schutz vor Witterung und extremen Temperaturschwankungen. Die mit diesen Vereinfachungen verbundenen Kostensenkungen können an den Verbraucher weitergegeben werden.
Außerdem impliziert die Faseroptikkoppelung zwischen dem Transceiverelektronikmodul und der passiven optischen Antenne, dass ersteres ohne Beeinträchtigung der passiven optischen Antenne modifiziert oder aufgerüstet werden kann. Um das Transceiverelektronikmodul aufzurüsten, kann der Benutzer die optische Faser lösen, das Transceiverelektronikmodul 100 gegen eine verbesserte Version austauschen und die optische Faser wieder an das neue Modul anschließen. Die Faseroptikkoppelung impliziert, dass die passive optische Antenne keine durch die Aufrüstung bedingte physische Beeinträchtigung erfahren wird. Ähnliches kann in Situationen angemerkt werden, in denen das Transceiverelektronikmodul 100 einer Reparatur oder Wartung unterzogen wird. So kann der anfängliche Aufwand für das Zustandebringen einer LOS zwischen der passiven optischen Antenne 130 und der optischen 230 in vorteilhafter Weise gespart werden.
Da die aktiven optischen und elektronischen Komponenten von der passiven optischen Antenne getrennt sind, werden beide Untersysteme (d.h. das Transceiverelektronikmodul und die passive optische Antenne) vereinfacht und lassen sich kompakter anordnen. Zunehmende Modularisierung führt zu abnehmenden Herstellungskosten.
Die passive optische Antenne 130 koppelt einen ersten Lichtstrahl aus der optischen Faser 120 aus und überträgt den ersten Lichtstrahl in die Atmosphäre. Der übertragene Lichtstrahl 140 gelangt durch den Raum zu dem optischen Transceiver 20. In einer Ausführungsform, welche in 1 dargestellt ist, ähnelt der optische Transceiver 20 dem Transceiversystem 10 und ermöglicht so bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen den beiden Transceiversystemen. So enthält der optische Transceiver 20 eine passive optische Antenne 230, die durch die optische Faser 220 an das Transceiverelektronikmodul 200 gekoppelt ist.
Neben der Strahlübertragung empfängt die optische Antenne 130 einen zweiten Lichtstrahl 150 aus der Atmosphäre und koppelt den zweiten Lichtstrahl auf die optische Faser 120. Der zweite Lichtstrahl wird durch den optischen Transceiver 20 übertragen.
Bezugnehmend auf 2 wird ein Blockdiagramm des Transceiverlektronikmoduls 100 gezeigt. Das Transceiverelektronikmodul 100 umfasst einen Transmitter 310, eine Faserkoppelungsschnittstelle 320, eine Signalschnittstelle 330 und einen Empfänger 340. Anzumerken gilt, dass 2 ein Muster der Interkonnektivität angibt und nicht unbedingt das räumliche Layout oder die physischen Ausmaße der dargestellten Untersysteme. Der Transmitter 310 erzeugt den ersten Lichtstrahl und moduliert den ersten Lichtstrahl in Übereinstimmung mit einem ersten Informationssignal. So beinhaltet der Transmitter 310 eine Lichtquelle wie einen Halbleiterlaser. In einer Ausführungsform des Transmitters 310 wird der erste Lichtstrahl nach seiner Emission aus der Lichtquelle moduliert. In einer zweiten Ausführungsform erfolgt die Modulation durch Steuerung der Spannung oder des Stroms, welcher der Lichtquelle zugeführt wird. Der Transmitter 310 empfängt das erste Modulationssignal von der Signalschnittstelle 330. Nach der Modulation wird der erste Lichtstrahl 315 der Faserkoppelungsschnittstelle 320 zugeführt. Die Faserkoppelungsschnittstelle 320 koppelt den ersten Lichtstrahl auf die optische Faser 120. Die Faserkoppelungsschnittstelle 320 umfasst vorzugsweise ein Verbindungsstück 320, um die Verbindung mit optischen Faser 120 zu erleichtern.
Die Faserkoppelungsschnittstelle 320 koppelt auch den zweiten Lichtstrahl 320 aus der optischen Faser 120 aus und führt den ausgekoppelten zweiten Lichtstrahl 325 dem Empfänger 340 zu. Der Empfänger 340 demoduliert den zweiten Lichtstrahl, um ein zweites Informationssignal rückzugewinnen. Das zweite Informationssignal wird der Signalschnittstelle 330 zugeleitet. Der Empfänger 340 enthält eine Photodetektionsschaltung, um den zweiten Lichtstrahl zu erfassen und den zweiten Lichtstrahl zu einem analogen elektrischen Signal zu wandeln. Außerdem umfasst der Empfänger 340 vorzugsweise eine Demodulationsschaltsystem zur Rückgewinnung des zweiten Informationssignals aus dem analogen elektrischen Signal.
Die Signalschnittstelle 330 ist so gestaltet, dass sie an einen Kommunikationsbus 350 koppelt. Die Signalschnittstelle 330 empfängt das erste Informationssignal von dem Kommunikationsbus 350 und überträgt das erste Informationssignal an den Transmitter 310. Überdies empfängt die Signalschnittstelle 330 das zweite Informationssignal von dem Empfänger 340 und überträgt das zweite Informationssignal auf den Kommunikationsbus 350.
In der bevorzugten Ausführungsform des Transceiverelektronikmoduls 100 ist die Signalschnittstelle 330 eine digitale Datenschnittstelle und der Kommunikationsbus 350 ein digitaler Datenbus. Bei Bezugnahme auf diese Ausführungsform wird somit die Signalschnittstelle 330 nachstehend als Datenschnittstelle 330 bezeichnet, und der Kommunikationsbus 350 wird Datenbus 350 genannt. Die Datenschnittstelle 330 ist vorzugsweise so gestaltet, dass sie Ethernet-kompatibel ist; in diesem Fall ist der Datenbus 350 ein Ethernet-kompatibler Bus. Jedoch ist anzumerken, dass jeder beliebige Typ eines Datenverbindungsbusses eingesetzt werden kann, um den Datenbus 350 zu realisieren.
In einer Ausführungsform des Transceiverelektronikmoduls 100 ist dasselbe als PC-Karte (oder Board) zur Einführung in einen Schlitz eines Computers ausgeführt. In diesem Fall ist die Datenschnittstelle 330 für den Austausch von Daten gemäß dem Protokoll gestaltet, das auf dem Systembus des Host-Computers vorherrscht, in den die Einführung erfolgt. Der Host-Computer liefert dem Transceiverelektronikmodul das erste Informationssignal (d.h. einen ersten Datenstrom) und empfängt gleichfalls das zweite Informationssignal (d.h. einen zweiten Datenstrom) durch seinen Systembus. So vermeidet der Host-Computer in vorteilhafter Weise die Notwendigkeit einer spezialisierten Kommunikationsschnittstelle, wie einer Ethernetkarte, um mit dem Übertragungssystem 10 zu kommunizieren.
Es wird noch einmal daran erinnert, dass optische Transceiver nach Stand der Technik in der Antennenoptik integriert sind. Deshalb sind Transceiver nach Stand der Technik typischerweise in gewisser Entfernung angeordnet. Um den Datenaustausch mit einem Computer oder (einer) digitalen Vorrichtung(en) zu erleichtern, umfassen Transceiver nach Stand der Technik typischerweise eine Busschnittstelle, z.B. eine Ethernetschnittstelle. Um mit einem derartigen Transceiver nach Stand der Technik zu kommunizieren, würde ein Computer typischerweise eine zweite Busschnittstelle benötigen, die mit der Busschnittstelle des Transceivers kompatibel ist. Die Ausführungsform des Transceiverelektronikmoduls 100 als PC-Karte erleichtert auf vorteilhafte Art den Kommunikationsweg zu dem Host-Computer. Der Host-Computer ist in der Lage, mit dem optischen Transceiver 10 ohne Verwendung eines externen Kommunikationsbusses zu kommunizieren. Das Transceiverelektronikmodul 100 kann so gestaltet werden, dass es eine beliebige aus einer Vielzahl von Telekommunikationsanwendungen, wie Echtzeitvideo, Internetzugang, etc., unterstützt. Auf diese Weise kann einem Computerbenutzer zu erheblich verringerten Kosten drahtlose Vollduplex-Kommunikation mit hoher Bandbreite zur Verfügung gestellt werden.
Der Transceiver 10 unterstützt Vollduplex-Kommunikation mit dem optischen Transceiver 20 mittels atmosphärischer Übertragung des ersten und des zweiten Lichtstrahls. In der bevorzugten Ausführungsform des Transceiversystems 10 haben der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl unterschiedliche Wellenlängen, und die Faserkoppelungsschnittstelle beinhaltet eine Wellenlängetrennungsvorrichtung, z.B. einen dichroischen Spiegel, zur Trennung der Übertragungs- und Empfangswege. Der Transmitter 310 erzeugt kontinuierlich den ersten Lichtstrahl und moduliert diesen, während der Empfänger 340 den zweiten Lichtstrahl fortwährend erfasst und demoduliert. In ähnlicher Weise überträgt die passive optische Antenne 130 den ersten Lichtstrahl 140 fortlaufend in die Atmosphäre und empfängt den zweiten Lichtstrahl 150 kontinuierlich aus der Atmosphäre. In dieser Ausführungsform sind das Transceiversystem 10 und der optische Transceiver 20 bei Verwendung unterschiedlicher Übertragungs- und Empfangswellenlängen komplementär. Das heißt, dass die Übertragungswellenlänge des Transceiversystems 10 gleich der Empfangswellenlänge des optischen Transceivers 20 ist und die Empfangswellenlänge des Transceiversystems 10 ist gleich der Übertragungswellenlänge des optischen Transceivers 20.
In einer weiteren Ausführungsform des Transceiversystems 10 und des optischen Transceivers 20 haben der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl eine unterschiedliche Polarisierung, und die Polarisierung dient als Mittel zur Trennung des Übertragungs- und des Empfangswegs in der Faserkoppelungsschnittstelle 320.
Die passive optische Antenne 130 ist auf eine Sichtlinie mit der optischen Antenne 230 des optischen Transceivers 20 ausgerichtet. Die passive optische Antenne 130 nutzt vorzugsweise ein Single-Tens-System, um die Lichtstrahlen in die optische Faser 120 und aus ihr heraus zu koppeln. Da die passive optische Antenne von der Aktivelektronik durch eine Faserkoppelung isoliert ist, kann die passive optische Antenne als leichtes und kompaktes Paket ausgeführt werden, das zur Einfachheit der Installation und insbesondere zur Leichtigkeit beiträgt, mit der die Sichtlinie mit der optischen Antenne 230 erreicht wird. Da sich die optische Faser problemlos von der passiven optischen Antenne 130 lösen lässt, kann ein Benutzer/Installateur sein Auge direkt in dem Lichtübertragungsweg der passiven optischen Antenne 130 platzieren. So kann der Benutzer/Installateur in vorteilhafter Weise Winkeleinstellungen vornehmen, während er physisch durch den tatsächlichen optischen Weg der passiven optischen Antenne 130 blickt. Wenn das Ziel, d.h. die optische Antenne 230 visuell in der Mitte der Faseröffnung liegt, ist eine Sichtlinie erreicht. Diese Möglichkeit, den optischen Weg der optischen Antenne 130 direkt zu sehen, eliminiert die Notwendigkeit für ein separates Sichtgerät und das begleitende Erfordernis des optischen Justierens (d.h. Kalibrierens) des Sichtgeräts. So lassen sich die Kosten für das Transceiversystem 10 vorteilhaft verringern. Sobald die Sichtlinie der Zielantenne erhalten wurde, kann die optische Faser 120 wieder mit der passiven optischen Antenne 130 verbunden werden und der Systembetrieb kann beginnen. Da die Sichtlinie mit weniger komplexen Vorgängen und zuverlässiger zustandegebracht wird, werden die Installationskosten beträchtlich gesenkt.
Da die Modifikationen an dem Transceiverelektronikmodul 100 die passive optische Antenne 130 nicht beeinträchtigen, ist es möglich, den Installations-/Ausrichtungsvorgang weniger häufig durchzuführen als bei Systemen nach Stand der Technik, wo Elektronik und Antennenoptik gemeinsam angeordnet sind. So hat der Benutzer des Transceiversystems 100 geringere laufende Kosten zu tragen, um die Kommunikationsverbindung mit dem optischen Transceiver 20 aufrechtzuerhalten.
Die Isolation der aktiven Komponenten und der passiven optischen Antenne in separaten Modulen ermöglicht dem Benutzer/Kunden, das Elektronikmodul und das passive optische Modul unabhängig voneinander zu wählen. Jedes kann in einer Vielzahl von Modellen und Konfigurationen auftreten, die verschiedenen Erfordernissen des Nutzers entsprechen.
Da die optische Faser ein Medium mit geringem Verlust ist, kann eine beträchtliche Entfernung zwischen der passiven optischen Antenne und der Transceiverelektronikeinheit liegen, ohne dass ein erheblicher Verlust an Signalstärke eintritt. Deshalb kann sich die Transceiverelektronikeinheit an jeder beliebigen Stelle befinden, die dem Benutzer/Kunde zusagt und die Zugang zu einem Netzanschluss bietet. Beispielsweise kann das Transceiverelektronikmodul 100 als eigenständiges Paket auftreten. Dieses eigenständige Paket kann an eine bestehende Netzwerkinfrastruktur, wie ISDN, PSTN oder das Internet koppeln.
Die passive optische Antenne 130 ist leichter und kompakter als in Systemen nach Stand der Technik, weil sie von Aktivkomponenten getrennt ist. So lässt sich eine sichere Montage der passiven optischen Antenne müheloser erreichen. In der Praxis können kleinere Montageschrauben benützt werden, um die optische Antenne an einem Träger/einer Basis zu befestigen.
Die Isolation zwischen Transceiverelektronikmodulen und passiven Antennen ermöglicht einem Systemadministrator die Konnektivität zwischen multiplen Transceivermodulen und multiplen Antennen neu zu gestalten. Das Isolationsprinzip führt zu einer erhöhten Systemflexibilität und Instandhaltbarkeit.
Nachstehend wird eine Reihe von Ausführungsformen des Empfängers, Transmitters, der Transceiver, Zwischenverstärker, Switches, Router, etc. vorgestellt. In jedem Fall kann das Prinzip der Faseroptikisolation zwischen einer kompakten und leichten passiven optischen Antenne und einem aktiven optoelektronischen Modul angewandt werden, um aus den in Verbindung mit dem optischen Transceiversystem 10 beschriebenen Vorteilen Nutzen zu ziehen.
Halbduplex-Transceiversystem
Anzumerken ist, dass ein (nicht dargestelltes) Halbduplex-Transceiversystem in ähnlicher Weise wie der Vollduplex-Transceiver 10 gemäß jenem Prinzip konfiguriert werden kann, bei dem die Aktivelektronikuntersysteme durch eine Faseroptikkoppelung von der passiven optischen Antenne getrennt werden. Das Halbduplex-System verfügt über die gleichen Vorteile wie das Vollduplex-Transceiversystem, was die Leichtigkeit der Installation und der LOS-Ausrichtung, die Effizienz bei Herstellung und Aufrüstung und die Verringerung anfänglicher und laufender Unterhaltskosten anbelangt.
Optischer Transmitter
Bezugnehmend auf 3A wird ein Transmittersystem 40 zur drahtlosen Informationsübertragung basierend auf der Lichtstrahlausbreitung via die Atmosphäre vorgestellt. Dieses Übertragungssystem 40 umfasst ein Transmitterelektronikmodul 400 und eine passive optische Antenne 460, die über die optische Faser 420 gekoppelt ist. Das Übertragungselektronikmodul 400 enthält eine Signalschnittstelle 410, einen Transmitter 420 und eine Faserkoppelungsschnittstelle 430. Die Signalschnittstelle 410 ist so ausgeführt, dass sie an den Kommunikationsbus 440 koppelt. Vorzugsweise weist die Signalschnittstelle 410 ein spezialisiertes Verbindungsstück auf, um an den Kommunikationsbus 440 zu koppeln. Die Signalschnittstelle 410 empfängt ein erstes Informationssignal von dem Kommunikationsbus 440 und überträgt das erste Informationssignal an den Transmitter 420. Der Transmitter 420 erzeugt einen ersten Lichtstrahl und moduliert den ersten Lichtstrahl entsprechend dem ersten Informationssignal. Somit beinhaltet der Transmitter 420 eine Lichtquelle, etwa eine Laserdiode. Der Transmitter 420 leitet den modulierten ersten Lichtstrahl einer Faserkoppelungsschnittstelle 430 zu. Die Faserkoppelungsschnittstelle 430 koppelt den ersten Lichtstrahl auf die optische Faser 420. Die passive optische Antenne 460 koppelt den ersten Lichtstrahl von der optischen Faser 420 aus und überträgt den ersten Lichtstrahl in die Atmosphäre.
Der Kommunikationsbus 440 koppelt an eine (nicht dargestellte) Kommunikationsvorrichtung, die als Quelle für das erste Informationssignal dient.
Die passive optische Antenne 460 ist ausgerichtet, um den ersten Lichtstrahl an einen oder mehr (nicht dargestellte) optische Empfänger zu übertragen.
Optisches Empfängersystem
Bezugnehmend auf 3B ist ein Empfangssystem 40 zum Empfangen bei Lichtstrahlübertragungen veranschaulicht. Dieses Empfangssystem 40 enthalt ein Empfängerelektronikmodul 500 und eine passive optische Antenne 560, die mittels der optischen Faser 520 gekoppelt ist. Die passive optische Antenne 560 empfängt einen ersten Lichtstrahl aus der Atmosphäre und koppelt den ersten Lichtstrahl auf die optische Faser 520. Die optische Faser 520 stellt den ersten Lichtstrahl dem Empfängerelektronikmodul 500 zur Verfügung.
Das Empfängerelektronikmodul 500 umfasst eine Signalschnittstelle 510, einen Empfänger 520 und eine Faserkoppelungsschnittstelle 530. Die Faserkoppelungsschnittstelle 530 koppelt den ersten Lichtstrahl von der optischen Faser 520 aus und stellt besagten ersten Lichtstrahl dem Empfänger 520 zur Verfügung. Der Empfänger 520 demoduliert den ersten Lichtstrahl, um ein erstes Informationssignal rückzugewinnen, das auf dem ersten Lichtstrahl getragen wird. Damit umfasst der Empfänger 520 ein Photodetektionsschaltsystem, die den ersten Lichtstrahl in ein elektrisches Signal wandelt. Außerdem enthält der Empfänger 520 ein Demodulationsschaltsystem, um das erste Informationssignal aus dem elektrischen Signal zu demodulieren. Das erste Informationssignal wird der Signalsschnittstelle 510 zugeführt.
Die Signalsschnittstelle 510 ist so ausgeführt, dass sie an den Kommunikationsbus 540 koppelt. Die Signalschnittstelle 510 empfängt das erste Informationssignal aus dem Empfänger 520 und überträgt dieses erste Informationssignal auf den Kommunikationsbus 540. Der Kommunikationsbus 540 koppelt an eine Kommunikationsvorrichtung, die als Senke für das erste Informationssignal dient.
Dualsimplex-Transceiversystem
Bezugnehmend auf 4 ist ein Dualsimplex-Transceiversystem 600 dargestellt. Das Dualsimplex-Transceiversystem 600 umfasst ein Transceiverelektronikmodul 610, die passive optische Übertragungsantenne 616 und die passive optische Empfangsantenne 618. Die optische Übertragungsantenne 616 ist durch die optische Faser 612 an das Transceiverelektronikmodul 610 gekoppelt. Die optische Empfangsantenne 618 ist durch die optische Faser 614 an das Transceiverelektronikmodul 610 gekoppelt.
Die optische Übertragungsantenne 616 koppelt einen ersten Lichstrahl aus der optischen Faser 612 aus und überträgt den ersten Lichtstrahl in die Atmosphäre. Der erste Lichtstrahl 640 gelangt durch den Raum zu dem optischen Transceiversystem 700. In der Ausführungsform aus 4 ähnelt das optische Transceiversystem 700 dem Dualsimplex-Transceiversystem 600. So umfasst das optische Transceiversystem 700 das Transceiverelektronikmodul 710, die passive optische Empfangsantenne 716 und die passive optische Übertragungsantenne 718. Die optische Empfangsantenne 716 ist an das Transceiverelektronikmodul 710 über die optische Faser 712 gekoppelt. Die optische Übertragungsantenne 718 ist an das Transceiverelektronikmodul 710 über die optische Faser 714 gekoppelt.
Bezugnehmend auf 5 ist ein Blockdiagramm eines Transceiverelektronikmoduls 600 dargestellt. Das Transceiverelektronikmodul 600 umfasst eine Signalschnittstelle 810, einen Transmitter 820, einen Empfänger 830, einen Faserkoppler 840 und einen Faserkoppler 850. Die Signalsschnittstelle 810 ist so ausgeführt, dass sie an einen Kommunikationsbus 860 koppelt. Die Signalsschnittstelle 810 empfängt ein erstes Informationssignal von dem Kommunikationsbus 860 und stellt dieses erste Informationssignal dem Transmitter 820 zur Verfügung. Der Transmitter 820 erzeugt den ersten Lichtstrahl und moduliert den ersten Lichtstrahl entsprechend dem ersten Informationssignal. Der Transmitter 820 führt den modulierten ersten Lichtstrahl dem Faserkoppler 840 zu. Der Faserkoppler 840 koppelt den ersten Lichtstrahl auf die optische Faser 612. Der erste Lichtstrahl propagiert der Länge der optischen Faser 612 nach und wird in den Raum durch die optische Übertragungsantenne 616 übertragen.
Der Faserkoppler 850 koppelt den zweiten Lichtstrahl aus der optischen Faser 614 aus und stellt diesen zweiten Lichtstrahl dem Empfänger 830 zur Verfügung. Der Empfänger 830 erfasst und demoduliert den zweiten Lichtstrahl und gewinnt dadurch ein zweites Informationssignal zurück. Das zweite Informationssignal wird der Signalschnittstelle 810 zugeführt. Die Signalsschnittstelle 810 überträgt das zweite Informationssignal auf den Kommunikationsbus 860.
Die optische Übertragungsantenne 616 und die optische Empfangsantenne 716 sind so ausgerichtet, dass sie eine optische Sichtlinie (LOS: Light of Sight) zustandebringen. So bestrahlt der erste Lichtstrahl effektiv die optische Empfangsantenne 716. Außerdem sind die optische Übertragungsantenne 718 und die optische Empfangsantenne 618 so ausgerichtet, dass sie eine Sichtlinie zustandebringen. So bestrahlt der zweite Lichtstrahl die optische Empfangsantenne 618 wirkungsvoll.
In einer Ausführungsform ist das Dualsimplex-Transceiversystem 600 so konfiguriert, dass es zur Kommunikation mit dem Vollduplex-Transceiversystem 10 aus 1 kompatibel ist. Die Wellenlänge des ersten Lichtstrahls, der durch das Dualsimplex-Transceiversystem 600 erzeugt wird, ist gleich der Empfangswellenlänge des Vollduplex-Transceiversystems 10. Außerdem ist das Dualsymplex-Transceiversystem 600 so konfiguriert, dass es den zweiten Lichtstrahl mit einer Wellenlänge empfängt, die gleich der Übertragungswellenlänge des Vollduplex-Transceivers 10 ist. In dieser Ausführungsform sind beide Antennen des Dualsimplex-Transceiversystems 600 so ausgerichtet, dass sie eine Sichtlinie zu der passiven optischen Antenne 130 des Vollduplex-Transceivers 10 zustandebringen.
Empfängersystem mit Antennengruppe zur Steigerung der Empfangssignalstärke
Bezugnehmend auf 6A wird ein Empfängersystem 1000 mit einer Antennengruppe veranschaulicht. Das Empfängersystem 1000 umfasst ein Empfängerelektronikmodul 1010 und eine Antennengruppe, die eine Mehrzahl passiver optischer Antennen 1060A bis 1060N aufweist. Die passiven optischen Antennen 1060 sind an das Empfängerelektronikmodul 1010 über eine entsprechende Mehrzahl optischer Fasern 1050A bis 1050N gekoppelt. Anders ausgedrückt, ist die passive optische Antenne 1060A an das Empfängerelektronikmodul 1010 über die optische Faser 1050A, ..., und die passive optische Antenne 1060N ist an das Empfängerelektronikmodul 1010 über die optische Faser 1050N gekoppelt.
Das Empfängersystem 1000 ist in Verbindung mit dem optischen Transmitter 900 in Betrieb. Der optische Transmitter 900 überträgt einen ersten Lichtstrahl 950 an die passiven optischen Antennen 1060. So erreicht jede der passiven optischen Antennen 1060 eine Sichtlinie mit der optischen Antenne 960 des optischen Transmitters 900. Es wird davon ausgegangen, dass der erste Lichtstrahl über einen Querschnittbereich verfügt, der groß genug ist, um mehr als eine der passiven optischen Antennen 1060 zu erreichen. Jede der passiven optischen Antennen 1060 empfängt einen Abschnitt des ersten Lichtstrahls und koppelt ihren empfangenen Abschnitt auf einen entsprechenden der optischen Fasern 1050. Die passiven optischen Antennen 1060 sind vorteilhafterweise so verteilt, dass der Querschnittbereich des ersten Lichtstrahls (s. 6B) abgedeckt wird. Beispielsweise können die passiven Antennen 1060 in einem hexagonalen, rechtwinkligen oder Pseudo-Zufalls-Muster verteilt sein, um den Querschnitt des ersten Lichtstrahls abzudecken.
Bezugnehmend auf 6C wird ein Blockdiagramm einer Empfängerelektronikeinheit 1010 gezeigt. Die Empfängerelektronikeinheit 1010 umfasst eine Signalschnittfläche 1012, einen Empfänger 1015 und eine Faserkoppelungsschnittfläche 1020. Die Faserkoppelungsschnittfläche 1020 ist so gestaltet, dass sie an jede der optischen Fasern 1050 koppelt. Die Faserkoppelungsschnittstelle 1020 koppelt die Abschnitte des ersten Lichtstrahls aus den optischen Fasern 1050 aus und kombiniert diese Strahlabschnitte zu einem einzigen zusammengefügten Strahl. Dieser eine zusammengesetzte Strahl 1018 wird eine (nicht dargestellten) Photodetektor in dem Empfänger 1015 zugeführt. Der Empfänger 1015 demoduliert den zusammengefügten Strahl 1018 und gewinnt dadurch ein Informationssignal zurück, das der Signalschnittstelle 1012 zugeführt wird. Die Signalschnittstelle 1010 führt das Informationssignal dem Kommunikationsbus 1025 zu.
Das Empfängersystem 1000 aus 6A demonstriert das Prinzip des Hinzufügens multipler optischer Antenne, um die Menge des Lichts zu erhöhen, die gesammelt und dem Photodetektor zugeführt wird.
Bezugnehmend auf 7 ist eine abgewandelte Ausführungsform 1000B des Empfängersystems 1000 veranschaulicht. In der abgewandelten Ausführungsform 1000B wird die Mehrzahl optischer Fasern 1050 durch eine optische Faser 1052 mit 1–N Verzweigungen ersetzt, wobei N die Anzahl der passiven optischen Antennen 1060 ist. Die N Verzweigungen koppeln an die optischen Antennen 1060, während das einzelne gegenüberliegende Ende an das Empfängerelektronikmodul 1010B koppelt. Die Faser 1052 mit 1–N Verzweigungen kombiniert die Strahlabschnitte, die sich über die N Verzweigungen ausbreiten, physisch zu einer einzigen Faser. In dieser Ausführungsform koppelt die Faserkoppelungsschnittstelle 1020B an das einzelne vereinigte Ende der verzweigen Faser 1052, koppelt dann den kombinierten Strahl aus der verzweigten Faser 1052 heraus und führt den kombinierten Strahl dem Empfänger 1015 zu.
In einer Ausführungsform, die der Ausführungsform aus 8 ähnelt, wird die Faser mit 1–N Verzweigungen durch ein Netzwerk aus Fasern mit 1–2, 1–3 oder 1–K Verzweigungen ersetzt, wobei K eine Ganzzahl kleiner als N ist. Beispielsweise kann eine 1–4 Verzweigung durch drei Fasern mit 1–2 Verzweigungen erreicht werden.
Durch Verwenden der oben beschriebenen Prinzipien kann das Vollduplex-Transceiversystem 10 mit einer Antennengruppe konfiguriert werden, die der Antennengruppe 1060 aus 6A oder 8 ähnelt. Des Weiteren kann außerdem ein Dualsimplex-Transceiver-System 600 mit einer Antennengruppe konfiguriert werden, wobei eine oder mehr der Antennen der Gruppe zur Übertragung und die verbleibenden Antennen der Gruppe für den Empfang bestimmt sind.
Eine Rundfunknetzwerkausführungsform
Bezugnehmend auf 8 ist eine Ausführungsform eines Rundfunknetzwerks dargestellt, das der vorliegenden Erfindung entspricht. Ein optischer Transmitter 1100 überträgt einen Rundfunkstrahl (Broadcast Beam: BCB) an multiple optische Empfängersysteme 50-1 bis 50-N, die dem Empfängersystem 50 aus 3B ähneln. Die multiplen optischen Empfängersysteme 50-1 bis 50-N verfügen über ihre passiven optischen Antennen 560-1 bis 560-N, die auf die Übertragungsantenne 1160 gerichtet sind. Der optische Transmitter 1100 bettet ein Informationssignal auf den Rundfunkstrahl (BCB). In der Ausführungsform aus 8 ähnelt der optische Transmitter 1100 dem Übertragungssystem 40. Jede der passiven optischen Antennen 560-1 bis 560-N wird von einem Abschnitt des Rundfunkstrahls (BCB) angesprochen. So befinden sich die passiven optischen Antennen 560-1 bis 560-N in verhältnismäßig großer Nähe zueinander. Allerdings machen es die Faseroptikverbindungen 520-1 bis 520-N möglich, dass die Empfängerelektronikmodule 500-1 bis 500-N an weit verstreuten Stellen liegen, wie es den Wünschen der jeweiligen Benutzer entspricht.
Jedes der Empfängersysteme 50-1 bis 50-N demoduliert das gemeinsame Informationssignal aus dem abgefangenen Abschnitt des Rundfunkstrahls.
Optisches Zwischenverstärkersystem
Bezugnehmend auf 9 wird ein optisches Zwischenverstärkersystem 1200 veranschaulicht, und zwar in Entsprechung zu den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Der optische Zwischenverstärker 1200 umfasst eine passive optische Empfangsantenne 1210, ein Aktivelektronikmodul 1215 und eine passive optische Übertragungsantenne 1220. Die passive Empfangsantenne 1210 ist an das Aktivelektronikmodul 1215 durch eine erste optische Faser 1212 gekoppelt. Die passive Übertragungsantenne ist an das Aktivelektronikmodul durch eine zweite optische Faser 1217 gekoppelt.
Die Empfangsantenne 1210 ist in eine erste Richtung gerichtet, um einen ersten Lichtstrahl B1 von einem (nicht dargestellten) fernen Transmitter zu empfangen. Die Empfangsantenne 1210 koppelt den ersten Lichtstrahl B1 auf die erste optische Faser 1212. Das Aktivelektronikmodul 1215 koppelt den ersten Lichtstrahl B1 aus der ersten optischen Faser B1 aus. Ferner umfasst das Aktivelektronikmodul 1215 ein Schaltsystem, um (a) ein Informationssignal aus dem ersten Lichtstrahl zu demodulieren, (b) einen zweiten Lichtstrahl B2 entsprechend dem Informationssignal zu erzeugen und zu modulieren und (c) den zweiten Lichtstrahl B2 auf die zweite optische Faser 1217 zu koppeln. Die optische Übertragungsantenne 1220 koppelt den zweiten Lichtstrahl B2 aus der zweiten optischen Faser 1217 aus und überträgt den zweiten Lichtstrahl B2 zu einem (nicht dargestellten) fernen Empfänger. In einer Ausführungsform des Zwischenverstärkers 1200 ist die Übertragungswellenlänge gleich der Empfangswellenlänge. In einer weiteren Ausführungsform des Zwischenverstärkers 1200 unterscheiden sich die Übertragungs- und die Empfangswellenlänge voneinander.
Anzumerken gilt, dass eine Vielzahl von Ausführungsformen für den optischen Zwischenverstärker realisiert werden können, indem das Prinzip der Faseroptiktrennung von passiver Antenne und Aktivelektronik verfolgt wird. Insbesondere berücksichtigt die vorliegende Erfindung optische Zwischenverstärker in Vollduplex-, Halbduplex- und Dualsimplexausführung.
Der optische Zwischenverstärker 1200 lässt sich in vorteilhafter Weise in einem Rundfunknetzwerk einsetzen, um den effektiven Bereich eines Transmitters auszudehnen oder um ein Hindernis zu umgehen, welches eine direkte Sichtlinie zwischen einem Transmitter und einem oder mehr Empfängern verstopft.
Multicasting Transmitter mit multiplen Inline-Modulatoren
Bezugnehmend auf 10 wird ein optisches Übertragungssystem 1300 zum Übertragen multipler unabhängiger Datenströme an multiple räumlich verteilte Empfänger vorgestellt. Das optische Übertragungssystem 1300 umfasst eine Lichtquelle 1380, eine Aktivelektronikeinheit 1310 und eine Mehrzahl passiver optischer Übertragungsantennen 1360-1 bis 1360-N. Die optischen Antennen 1360 sind an das Aktivelektronikmodul 1310 durch eine entsprechende Mehrzahl optischer Fasern 1350-1 bis 1350-N gekoppelt, wie 10 zeigt. Bei der Lichtquelle 1380 handelt es sich vorzugsweise um einen Laser. Die Lichtquelle 1380 erzeugt einen ersten Lichtstrahl 1381, der dem Aktivelektronikmodul 1310 zur Verfügung gestellt wird.
Das Aktivelektronikmodul 1310 umfasst eine Signalsschnittstelle 1315, einen Strahlteiler 1320, eine Mehrzahl von Strahlmodulatoren 1330-1 bis 1330-N und eine Faserkoppelungsschnittstelle 1340. Der Strahlteiler 1320 teilt den ersten Lichtstrahl 1381, der von der Lichtquelle 1380 erzeugt wird, in eine Mehrzahl von Strahlkomponenten 1325-1 bis 1325-N. Jede der Strahlkomponenten 1325-1 wird einem entsprechenden Strahlmodulator 1330-1 zugeführt, wobei 1 ein generischer Wert im Bereich von 1 bis N ist. Strahlenmodulatoren 1330 empfangen eine entsprechende Mehrzahl von Informationssignalen aus der Signalschnittstelle 1315. Jeder Strahlmodulator 1330-1 moduliert die entsprechende Strahlkomponente 1325-1 gemäß dem entsprechenden Informationssignal, das durch die Signalschnittstelle 1315 zugeführt wird. Die modulierten Strahlkomponenten 1335-1 bis 1335-N werden einer Faserkoppelungsschnittstelle 1340 zugeführt. Die Faserkoppelungsschnittstelle umfasst eine Mehrzahl von Verbindungsstücken für die Mehrzahl optischer Fasern 1350-1 bis 1350-N. Die Faserkoppelungsschnittstelle 1340 koppelt jede der modulierten Strahlkomponenten 1335-1 bis 1335-N auf eine entsprechende der optischen Fasern 1350.
Jede passive optische Antenne 1360-1 koppelt eine entsprechende Strahlkomponente von der optischen Faser, an welche diese gekoppelt ist, ab und überträgt die Strahlkomponente in die Atmosphäre. Da sich jede der optischen Antennen 1360-I unabhängig ausrichten lässt, unterstützt das Übertragungssystem 1300 die Übertragung an eine Mehrzahl von Empfängern, die geographisch verstreut sind.
Die Signalschnittstelle 1370 ist so gestaltet, dass sie an den Kommunikationsbus 1370 koppelt. In einer Ausführungsform empfängt die Signalschnittstelle 1370 einen Datenstrom, der N unabhängige Informationssignale aus dem Kommunikationsbus 1370 enthält. Die Signalsschnittstelle 1370 trennt die Informationssignale und führt jedes der Informationssignale einem entsprechenden der Strahlenmodulatoren 1330-1 bis 1330-N zu. In einer weiteren Ausführungsform kann der Kommunikationsbus ein analoger Signalbus sein, und/oder er kann multiple unabhängige Leiter oder optische Fasern aufweisen.
Insgesamt sorgt das optische Übertragungssystem 1300 für die Übertragung multipler unabhängiger Informationsströme an multiple Empfänger.
Anzumerken gilt, dass das optische Übertragungssystem 1300 problemlos modifiziert werden kann, um optische Transceiversysteme mit Vollduplex-, Halbduplex- und Dualsimplexkonfigurationen zu realisieren.
In einer abgewandelten Ausführungsform des Aktivelektronikmoduls 1310 ist die Lichtquelle 1380 im Aktivelektronikmodul 1310 enthalten.
Broadcast Transmitter mit Inline-Leistungsteiler
Bezugnehmend auf 11 wird ein Broadcast-Übertragungssystem 1400 für die drahtlose Lichtstrahlübertragung eines Informationssignals an multiple geographisch verstreute Benutzer vorgestellt. Das Broadcast-Übertragungssystem 1400 umfasst einen Laser 1480, ein Aktivelektronikmodul 1405 und eine Mehrzahl passiver optischer Antennen 1460-1 bis 1460-N. Die optischen Antennen 1460 sind an das Aktivelektronikmodul 1405 mittels einer entsprechenden Mehrzahl optischer Fasern 1450-1 bis 1450-N gekoppelt, wie 11 darstellt. Bei der Lichtquelle 1480 handelt es sich vorzugsweise um einen Laser.
Das Aktivelektronikmodul 1405 umfasst eine Signalsschnittstelle 1410, einen Modulator 1420, einen Leistungsteiler 1430 und eine Faserkoppelungsschnittstelle 1440. Die Lichtquelle 1480 erzeugt einen ersten Lichtstrahl 1481. Der Modulator 1420 moduliert den ersten Lichtstrahl entsprechend einem Informationssignal, das durch die Signalschnittstelle 1410 zugeführt wird. Der modulierte Lichtstrahl 1425 wird an den Leistungsteiler 1430 geleitet, der den Lichtstrahl 1425 in eine Mehrzahl von Strahlkomponenten 1435-1 bis 1435-N teilt. Die Faserkoppelungsschnittfläche 1440 umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von Verbindungsstücken zur Koppelung an optische Fasern 1450-1 bis 1430-N. Die Fasserkoppelungsschnittstelle 1440 koppelt jede der Strahlkomponenten 1435-1 bis 1435-N auf eine entsprechende der optischen Fasern 1450-1 bis 1430-N. Jede der passiven optischen Antennen 1460 koppelt eine entsprechende Strahlkomponente von der entsprechenden optischen Faser ab und überträgt die entsprechende Strahlkomponente in die Atmosphäre.
Jede der optischen Antennen 1460 kann in eine andere Richtung gerichtet sein (Azimut- und Erhebungswinkel). Somit unterstützt das Übertragungssystem 1400 die Übertragung eines Informationssignals an multiple unabhängige Zielorte.
Switching-System für drahtlose Netzwerk-Interkonnektivität
Bezugnehmend auf 12 wird ein drahtloses Netzwerk 1500 zur Bereitstellung von Interkonnektivität unter einer Anzahl von Benutzern vorgestellt. Das drahtlose Netzwerk 1500 umfasst ein Switching-System 1505 und eine Mehrzahl von Transceivern 10-1 bis 10-L, die dem Transceiversystem 10 aus 1 ähneln.
Das Switching-System 1505 umfasst eine Mehrzahl passiver optischer Antennen 1560-1 bis 1560-L und ein Aktivelektronikmodul 1510. Passive optische Antennen 1560 sind an das Aktivelektronikmodul 1510 gekoppelt, und zwar durch eine entsprechende Mehrzahl optischer Fasern 1550-1 bis 1550-L, wie 12 veranschaulicht. Jede passive optische Antenne 1560-1 erhält eine Sichtlinie zu einer optischen Antenne 130-1 eines entsprechenden Transceivers 10-L. Die optische Antenne 130-1 des Transceivers 10-1 überträgt einen ersten Lichtstrahl an die optische Antenne 1560-1. Die optische Antenne 1560-1 empfängt den ersten Lichtstrahl und koppelt den ersten Lichtstrahl auf die entsprechende optische Faser 1550-1. Ferner <SHY>. Des Weiteren koppelt die optische Antenne 1550-1 einen zweiten Lichtstrahl von der optischen Faser 1550-1 ab und übertragt den zweiten Lichtstrahl durch die Atmosphäre zu der optischen Antenne 130-1.
Das Aktivelektronikmodul 1510 umfasst eine Mehrzahl von Transceivern 1520-1 bis 1520-L, die an das elektronische Switching-System 1530 gekoppelt sind. Jeder Transceiver 1520-1 ist an eine entsprechende optische Faser 1550-1 gekoppelt. Außerdem ist jeder Transceiver 1520-1 gestaltet, um (a) den ersten Lichtstrahl aus der entsprechenden optischen Faser zu empfangen, (b) ein erstes Datensignal aus dem ersten Lichtstrahl zu demodulieren, (c) den zweiten Lichtstrahl zu erzeugen, (d) ein zweites Datensignal auf den zweiten Lichtstrahl zu modulieren und (e) den zweiten Lichtstrahl auf die entsprechende optische Faser 1550-1 zu koppeln.
Das elektronische Switching-System 1530 ist für den Austausch von Datensignalen zwischen den Transceivern 1520-1 bis 1520-L konfiguriert. In einer Ausführungsform ist das elektronische Switching-System 1530 so gestaltet, dass es eine Anzahl bidirektionaler Datenkanäle zwischen Paaren (oder Untergruppen) von Transceivern 1520 einrichtet. Für jedes Transceiver-Paar (jede Untergruppe) mit Kanal tauscht (Broadcast) das elektronische Switching-System 1530 das erste Datensignal, das von jedem Transceiver erzeugt wird, mit dem/den anderen Transceiver(n) des Paars (der Untergruppe) aus. Jeder Transceiver des Paars nützt das erste Datensignal, das er von dem anderen Transceiver empfängt, als zweites Signal für die Strahlmodulation.
Netzwerk mit einem optischen Router und einem primären Transceiver
Bezugnehmend auf 14 wird ein Punkt-zu-Multipunkt Weitbereichstelekommunikationsnetzwerk 3100 veranschaulicht, das atmosphärischen Lichtstrahl oder atmosphärische Laserübertragung entsprechend der vorliegenden Erfindung nützt. Das Netzwerk 3100 umfasst vorzugsweise eine primäre Transceivereinheit 3120, einen optischen Router 3110 und eine Mehrzahl von Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130A–3130N (kollektiv als 3130 bezeichnet). In einer abgewandelten Ausführungsform weist das Netzwerk 3100 lediglich den optischen Router 3110 und die Mehrzahl von Teilnehmer- Transceivereinheiten auf. Die vorliegende Erfindung bietet ein bidirektionales Breitbandkommunikationsnetzwerk, für das geringere Infrastrukturkosten anfallen, d.h. es müssen weder Kabel, noch Faser im Teilnehmer-Loop, d.h. zu den Teilnehmern, verlegt werden.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des Netzwerks 3100 befinden sich die Teilnehmer-Transceivereinheiten auf den Örtlichkeiten der Teilnehmer, etwa in deren Haushalt oder Geschäft. Der optische Router 3110 ist in der Nähe der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 platziert, und der optische Router kommuniziert optisch mit den Teilnehmereinheiten 3130. Der optische Router 3110 hat einen ihm zugehörigen Zugänglichkeitsbereich, wobei der optische Router 3110 in der Lage ist, mit Teilnehmer-Transceivereinheiten zu kommunizieren, die innerhalb eines kreisförmigen Bereichs um den optischen Router 3110 angeordnet sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform des optischen Routers 3110 liegt der Zugänglichkeitsbereich annähernd zwischen 2000 und 4000 Fuß. Es ist jedoch auch vorgesehen, dass der optische Router 3110 mit größeren und kleineren Zugänglichkeitsbereichen konfiguriert werden kann. Jede der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 ist in einer Linie eines Sichtwegs in Bezug auf den optischen Router 3110 positioniert.
Der optische Router 3110 ist in einer Linie eines Sichtwegs in Bezug auf die primäre Transceivereinheit 3120 positioniert. Vorzugsweise ist der optische Router 3110 z.B. auf einem Mast, einem Gebäude oder einer anderen Struktur montiert, die sich annährend 75 Fuß über dem Boden befindet. Die Entfernung zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und dem optischen Router 3110 liegt etwa in dem Bereich von einer halben bis zu zehn Meilen. Allerdings ist auch vorgesehen, dass größere oder kleinere Entfernungen zwischen dem optischen Router 3110 und der primären Transceivereinheit 3120 des Netzwerks 3110 bestehen können.
Die primäre Transceivereinheit 3120 erzeugt einen ersten Lichtstrahl 3140 und überträgt den ersten Lichtstrahl 3140 auf atmosphärischem Weg zu dem optischen Router 3110. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist beabsichtigt, dass der Begriff „Lichtstrahl" jeden beliebigen verschiedener Typen von Lichtübertragung umfasst, einschließlich Laser, einer superfluoreszierenden Lichtquelle oder eines anderen kohärenten und/oder nicht-kohärenten Lichts und auch optischer Übertragung.
Die primäre Transceivereinheit 3120 mooduliert Daten auf dem ersten Lichtstrahl 3140 bevor sie den ersten Lichtstrahl 3140 an den optischen Router 3110 überträgt. Die Daten können auf dem ersten Lichtstrahl moduliert werden, und zwar unter Verwendung einer der zahlreichen Techniken, einschließlich Amplituden- und/oder Frequenzmodulationstechniken, wie auf diesem Gebiet wohlbekannt.
Der optische Router 3110 empfängt auf atmosphärischem Weg den ersten Lichtstrahl 3140, einschließlich der von der primären Transceivereinheit 3120 gesendeten Daten, und demoduliert die Daten; daraufhin moduliert er die Daten weiter und übertragt einen zweiten Lichtstrahl 3845-A–3845-N (kollektiv als 3845 bezeichnet. An die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130. Der zweite Lichtstrahl 3845 enthält zumindest einen Abschnitt der Daten, die von der primären Transceivereinheit 120 gesendet werden. Die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 empfangen den zweiten Lichtstrahl auf atmosphärischem Weg und demodulieren die von der primären Transceivereinheit 3120 aus dem zweiten Lichtstrahl 3845. Die vorliegende Erfindung unterscheidet zwischen verschiedenen Benutzern, d.h. teilt die Kommunikationsbandbreite unter Verwendung von Verfahren wie TDMA (Time-division Multiple Access) oder FDMA (Frequency-division Multiple Access). Auch CDMA (Codedivision Multiple Acces)-Verfahren kann die vorliegende Erfindung nützen.
Die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 übertragen auf atmosphärischem Weg einen dritten Lichtstrahl 3855A–3855N (kollektiv als 3855 bezeichnet) an den optischen Router 3110. Die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 modulieren Daten auf dem dritten Lichtstrahl 3855 und übertragen dann den dritten Lichtstrahl 3855 an den optischen Router 3110. Der optische Router 3110 empfängt auf atmosphärischem Weg den dritten Lichtstrahl 3855, einschließlich der von den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 gesendeten Daten, und demoduliert die Daten; daraufhin moduliert er die Daten weiter und überträgt auf atmosphärischem Weg einen vierten Lichtstrahl 3150 an die primäre Transceivereinheit 3120. Die primäre Transceivereinheit 3120 empfängt den vierten Lichtstrahl 3150 und demoduliert die Daten, die von den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 aus dem vierten Lichtstrahl 3150 gesendet werden.
Der optische Router 3110 routet Daten zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und jeder der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 und richtet so Kommunikationskanäle, d.h. Teilnehmerkanäle, auf den Lichtstrahlen zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 ein. Vorzugsweise baut der optische Router 3110 Teilnehmerkanäle in zeitgemultiplexter Weise auf. Während eines ersten Zeitraums richtet der optische Router 3110 eine erste Gruppe aus einem oder mehr Teilnehmerkanälen zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und einer ersten Gruppe aus einer oder mehr Teilnehmereinheiten 3130. Als Nächstes richtet der optische Router 3110 eine zweite Gruppe von Teilnehmerkanälen zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und einer zweiten Gruppe von Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 während eines zweiten Zeitraums ein. Der optische Router fährt in dieser Art fort und stellt eine Zwei-Wege oder bidirektionale Teilnehmerkanal her, wobei jeder der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 in dem Zugänglichkeitsbereichs des optischen Routers 3110 liegen.
Eine Ausführungsform des Netzwerks 3100 betrachtet einen beliebigen oder alle der ersten Lichtstrahlen 3140, der zweiten Lichtstrahlen 3845, der dritten Lichtstrahlen 3855 und der vierten Lichtstrahlen 3150, umfassend eine Mehrzahl unterschiedlicher Wellenlängen, wobei die Daten auf jeder Wellenlänge der Lichtstrahlen moduliert werden, wodurch die Bandbreite der Teilnehmerkanäle in vorteilhafter Weise vergrößert wird.
Das Netzwerk der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, eine große Zahl von Teilnehmern zu unterstützen. Eine Ausführungsform sieht eine Größenordnung von 1000 Teilnehmer-Transceivereinheiten vor, die von einem einzigen optischen Router unterstützt werden.
In einer alternativen Ausführungsform des Netzwerks 3100 empfängt die primäre Transceivereinheit 3120 den ersten Lichtstrahl 3140 von einem anderen (nicht dargestellten) Transceiver und leiten den ersten Lichtstrahl 3140 zu dem optischen Router 3110 um. Umgekehrt leitet der primäre Transceiver 3120 den vierten Lichtstrahl 3150 von dem optischen Router 3110 zu dem anderen Transceiver.
In einer zweiten alternativen Ausführungsform des Netzwerks 3100 empfängt die primäre Transceivereinheit 3120 einen Quellenlichtstrahl von einem anderen (nicht dargestellten) Transceiver und demoduliert Daten aus dem Quellenlichtstrahl, aus welchen dann die Datenquelle zum Modulieren des ersten Lichtstrahls wird. Umgekehrt demoduliert die primäre Transceivereinheit 3120 Daten, die von den Teilnehmer-Transceivereinheiten aus dem vierten Lichtstrahl 3150 gesendet werden. Die demodulierten Daten werden auf einem zurückkehrenden Lichtstrahl moduliert, der via die Atmosphäre an den anderen Transceiver übertragen wird.
In einer dritten alternativen Ausführungsform des Netzwerks 3100 kommuniziert der optische Router 3110 mit einem anderen (nicht dargestellten) Transceiver. Auf atmosphärischem Weg überträgt der optische Router 3110 den vierten Lichtstrahl 3150 an den anderen Transceiver zwecks Demodulation und empfängt den ersten Lichtstrahl 3140 von dem anderen Transceiver.
Daraus lässt sich unschwer erkennen, dass die obig erwähnten Elemente ein drahtloses Punkt-zu-Mulitpunkt Weitbereichstelekommunikationsnetzwerk bilden. Dadurch, dass Kommunikationskanäle für Teilnehmer in gemultiplexter Weise und unter Verwendung atmosphärisch übertragener Lichtstrahlen eingerichtet werden, bietet die vorliegende Erfindung vorteilhaft ein Telekommunikationsnetzwerk, welches über das Potential verfügt, weitaus weniger kostspielig zu sein als gegenwärtige verdrahtete Netzwerke, die auf Kupferdraht und/oder optischer Faser beruhen.
Außerdem bietet die vorliegende Erfindung vorteilhaft ein Telekommunikationsnetzwerk, das weitaus günstiger ist als ein Netzwerk, das eine Gruppe von atmosphärisch übertragenen Punkt-zu-Punkt Lichtstrahlen nützt.
Ferner vermeidet die vorliegende Erfindung durch Verwendung von Lichtstrahlen als Kommunikationswege vorteilhaft die Kosten, die mit der Lizenzierung und dem Erwerb von Bändern im Radiospektrum verbunden sind.
Schließlich bietet die vorliegende Erfindung vorteilhaft ein Kommunikationsnetzwerk, das erheblich weniger Energie verbraucht als ein System, das einen angular gestreuten Lichtstrahl einsetzt.
In der bevorzugten Ausführungsform des Netzwerks 3100 teilt die primäre Transceivereinheit 3120 dem optischen Router 3110 und den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 Steuerungsinformationen mit. Diese Steuerungsinformationen für den optischen Router 3110 enthalten Informationen über den angularen Ort der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130. Weiterhin beinhalten die Steuerungsinformationen Auskünfte zum zeitlichen Ablauf, um den optischen Router 3110 in Bezug auf das Multiplexen der Lichtstrahlen zu unterweisen und so die Kommunikationskanäle für die Teilnehmer herzustellen. Die Steuerungsinformationen für die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 enthalten Informationen zum zeitlichen Ablauf, welche die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 darüber unterrichten, wenn der dritte Lichtstrahl 3855 an den optischen Router 3110 zu übertragen ist. Die primäre Transceivereinheit 3120 überträgt den ersten Lichtstrahl 3140 und empfängt den vierten Lichtstrahl 3150 kooperativ in Entsprechung zu den Steuerungsinformationen, welche die primäre Transceivereinheit 3120 an den optischen Router 3110 und die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 weitergibt.
In der bevorzugten Ausführungsform des Netzwerks 3100 umfasst die primäre Transceivereinheit 3120, eine Hauptuhr und berechnet die Informationen zur zeitlichen Steuerung basierend auf zumindest einer Mehrzahl der folgenden Faktoren: Datenpaketgröße, örtliche Lichtgeschwindigkeit, Teilnehmeranzahl, Entfernung zwischen der primären Transceivereinheit und dem optischen Router, die Entfernung zwischen dem optischen Router und der jeweiligen Teilnehmer-Transceivereinheit, Verarbeitungszeit der Teilnehmer- Transceivereinheiten, die in Bezug zu dem elektronischen Router stehende (und nachstehend erläuterte) Zeit und die Switching-Geschwindigkeit der (unten behandelten) X-Y-Strahl-Deflektoren.
In der bevorzugten Ausführungsform des Netzwerks 3100 sind der erste Lichtstrahl 3140 und der vierte Lichtstrahl 3150 im Wesentlichen kolinear, genauso wie der zweite Lichtstrahl 3845 und der dritte Lichtstrahl 3855. Die Ausführungsform mit kolinearem Lichtstrahl ermöglicht vorteilhaft, dass sich die Lichtstrahlen viele der optischen Komponenten der primären Transceivereinheit, des optischen Routers und der Teilnehmer-Transceivereinheiten teilen. In dieser Ausführungsform haben der erste Lichtstrahl 3140 und der vierte Lichtstrahl 3150 unterschiedliche Frequenzen oder Polaritäten, genauso wie der zweite Lichtstrahl 3845 und der dritte Lichtstrahl 3855, um vorteilhaft Cross-Talk zwischen den beiden Lichtstrahlen zu vermeiden. In einer abgewandelten Ausführungsform sind der erste Lichtstrahl 3140 und der vierte Lichtstrahl 3150 zwar eng beieinander, aber nicht kollinear wie der zweite Lichtstrahl 3845 und der dritte Lichtstrahl 3855.
Bezugnehmend auf 15 ist ein Netzwerk dargestellt, das eine Mehrzahl optischer Router umfasst. Jeder optische Router verfügt über einen ihm zugehörigen Zugänglichkeitsbereich. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die optischen Router räumlich angeordnet, so dass sich die Zugänglichkeitsbereiche einiger der optischen Router überlappen. Dies bedeutet, dass mehr als ein Router in der Lage ist, einem gegebenen Teilnehmer dienlich zu sein. 15 veranschaulicht verschiedene Deckungsbereiche und gibt die Anzahl optischer Router an, die einem in diesem Bereich befindlichen Teilnehmer nützen können.
Erfasst in einer Ausführungsform des Netzwerks 3100 eine Teilnehmer-Transceivereinheit einen Empfangsverlust des ersten Lichtstrahls, sucht die Teilnehmer-Transceivereinheit nach einem anderen optischen Router, um durch diesen den Service zu erhalten. Indem mittels multipler optischer Router eine überlappendende Deckung eines gegebenen Teilnehmers zur Verfügung gestellt wird, bietet die vorliegende Erfindung vorteilhaft ein redundantes Element und daher einen zuverlässigeren Betrieb.
In 15 sind drei optische Router dargestellt. Allerdings besteht bei der vorliegenden Erfindung weder eine Beschränkung hinsichtlich der Zahl optischer Router, die von einer gegebenen primären Transceivereinheit 3120 bedient werden können, noch bezüglich der Zahl optischer Router, die eine gegebene Teilnehmer-Transceivereinheit 3130 bedienen können.
In einer Ausführungsform des Netzwerks 3100 umfasst die primäre Transceivereinheit 3120 eine Mehrzahl von Lichtquellen, um eine Mehrzahl erster Lichtstrahlen zu erzeugen, die an eine Mehrzahl optischer Router übertragen wird. In einer weiteren Ausführungsform des Netzwerks 3100 umfasst die primäre Transceiver-Einheit 3120 eine einzelne Lichtquelle, um einen einzelnen Lichtstrahl zu erzeugen, und die primäre Transceivereinheit 3120 ist so gestaltet, dass sie den Lichtstrahl, der durch die einzelne Lichtquelle erzeugt wird, in viele erste Lichtstrahlen spaltet, die an einer Mehrzahl optischer Router übertragen werden. In beiden Ausführungsformen moduliert die primäre Transceivereinheit 3120 Teilnehmerdaten auf jedem der ersten Lichtstrahlen.
Abgewandelte Ausführungsformen
Bezugnehmend auf 16 wird eine abgewandelte Ausführungsform des Netzwerks 3100 aus 14 veranschaulicht. Die Ausführungsform aus 16 ähnelt der Ausführungsform aus 14, und sich entsprechende Elemente sind aus Gründen der Einfachheit und der Klarheit mit identischen Ziffern versehen. Der optische Router 3110 aus 16 entspricht der abgewandelten Ausführungsform des optischen Routers 3110, der in 20 gezeigt und nachstehend beschrieben wird. In der abgewandelten Ausführungsform leitet der optische Router 3110 den Lichtstrahl von der primären Transceivereinheit 3120 zu den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 um und leitet die Lichtstrahlen von den Teilnehmereinheiten 3130 eher zu der primären Transceivereinheit 3120 um, als die Daten zu de- und zu remodulieren. Der optische Router 3110 empfängt den ersten Lichtstrahl 3140 und leitet den ersten Lichtstrahl 3140 zu den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 um. Die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 empfangen den ersten Lichtstrahl 3140 und demodulieren die Daten, die von der primären Transceivereinheit 3120 aus dem ersten Lichtstrahl 3140 gesandt werden. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet zwischen verschiedenen Benutzern, d.h. sie teilt die Kommunikationsbandbreite unter Verwendung von Techniken auf wie TDMA (Time Division Multiple Access) oder FDMA (Frequency Divison Multiple Access). Die vorliegende Ausführungsform kann auch CDMA (Code Division Multiple Access)-Verfahren einsetzen.
Die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 übertragen auf atmosphärischem Weg einen zweiten Lichtstrahl 3150A–3150N (kollektiv als 3150) bezeichnet zu dem optischen Router 3110. Die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 modulieren Daten auf dem zweiten Lichtstrahl 3150 und übertragen dann den zweiten Lichtstrahl 3150 an den optischen Router 3110. Der optische Router 3110 empfängt den zweiten Lichtstrahl 3150 und leitet den zweiten Lichtstrahl 3150 zu der primären Transceivereinheit 3120 weiter. Die primäre Transceivereinheit 3120 empfängt den zweiten Lichtstrahl 3150 und demoduliert die von den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 gesandten Daten aus dem zweiten Lichtstrahl 3150. Alternativ dazu stellen der optische Router 3110 und/oder die primäre Transceivereinheit 3120 den zweiten Lichtstrahl 3150 einem weiteren (nicht dargestellten) Transceiver zur Demodulation zur Verfügung, wobei dieser weitere Transceiver in Kommunikation mit der primären Transceivereinheit 3120 steht.
Der optische Router 3110 leitet den ersten und den zweiten Lichtstrahl zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und jeder der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 während unterschiedlicher Zeiträume, d.h. in Zeit-gemultiplexter Weise, weiter. Anders ausgedrückt, stellt der optische Router 3110 Kommunikationskanäle her, welche die Lichtstrahlen zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 in unterschiedlichen Zeitscheiben umfassen. Während eines ersten Zeitraums richtet der optische Router 3110 einen ersten Teilnehmerkanal ein, indem er den ersten Lichtstrahl 3140 von der primären Transceivereinheit 3120 zu einer ersten Teilnehmer-Transceivereinheit 3130 leitet und indem er den zweiten Lichtstrahl 3150 von der ersten Teilnehmer-Transceivereinheit 3130 zu der primären Transceivereinheit 3120 weiterleitet. Als Nächstes legt der optische Router 3110 einen zweiten Teilnehmerkanal an zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und einer zweiten Teilnehmer-Transceivereinheit 3130 während eines zweiten Zeitraums. Der optische Router 3110 geht in dieser Weise vor und richtet einen Zwei-Wege- oder bidirektionalen Teilnehmerkanal ein, wobei jede der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 in dem Zugänglichkeitsbereich des optischen Routers 3110 liegt.
Eine abgewandelte Ausführungsform des Netzwerks 3100 sieht ein abgewandeltes Multiplex-Schema vor, wobei die primäre Transceivereinheit 3120 so gestaltet ist, dass sie einen ersten Lichtstrahl 3140 erzeugt und/oder überträgt, der eine Mehrzahl unterschiedlicher Wellenlängen aufweist, die den Teilnehmern entsprechen. Der optische Router 3110 empfängt den ersten Lichtstrahl und stellt jeden der Wellenlängeabschnitte den jeweiligen Teilnehmer-Transceivereinheiten zur Verfügung. In dieser Ausführungsform enthält der optische Router 3110 ein Gitter, z.B. ein Beugungsgitter, welches die unterschiedlichen Frequenzen oder Spektra trennt und die unterschiedlichen Wellenlängeabschnitte den jeweiligen Teilnehmern zur Verfügung stellt. Zusätzlich ist jede Teilnehmer-Transceivereinheit so gestaltet, dass sie einen zweiten Lichtstrahl mit einer oder mehr jeweiligen einzigen Wellenlängen erzeugt. Der optische Router 3110 lenkt die jeweiligen Wellenlängelichtstrahlen des ersten und des zweiten Lichtstrahls zwischen die primäre Transceivereinheit 3120 und jeweilige Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130, d.h. in einer Frequenz-gemultiplexten Weise. Anders ausgedrückt, legt der optische Router 3110 Teilnehmerkanäle zur Kommunikation auf den Lichtstrahlen zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 an, und zwar basierend auf unterschiedlichen Wellenlängeabschnitten eines Lichtstrahls. Somit richtet der optische Router 3110 einen ersten Teilnehmerkanal ein, indem er einen ersten Wellenlängeabschnitt des ersten Lichtstrahls von der primären Transceivereinheit 3120 zu einer ersten Teilnehmer-Transceivereinheit 3130 lenkt und indem er den zweiten Lichtstrahl 3150, der die erste Wellenlänge aus der ersten Teilnehmer-Transceivereinheit 3130 umfasst, zu der primären Transceivereinheit 3120 leitet. Gleichzeitig stellt der optische Router 3110 einen zweiten Teilnehmerkanal zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und einer zweiten Teilnehmer-Transceivereinheit 3130 her, indem er einen zweiten Wellenlängeabschnitt des ersten Lichtstrahls 3140 und einen zweiten Lichtstrahl 3150 verwendet, der die zweite Wellenlänge aufweist. Der optische Router 3110 funktioniert auf diese Art und stellt einen Teilnehmerkanal mit Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 im Zugänglichkeitsbereich des optischen Routers 3110 her. Durch Einsatz von Lichtstrahlen multipler Wellenlänge und FDMA-Techniken erhöht die Erfindung vorteilhaft die für die Teilnehmer verfügbare Bandbreite.
Eine weitere abgewandelte Mulitplex-Ausführungsform ist vorgesehen, bei welcher der optische Router 3110 Teilnehmerkommunikationskanäle in kombinierter Zeit- und Frequenz-gemultiplexter Weise herstellt. Ein Teilnehmer, der eine erhöhte Datenbandbreite benötigt, benützt eine Teilnehmer-Transceivereinheit, die so gestaltet ist, dass sie multiple Lichtstrahlen sich unterscheidender Wellenlängen und/oder multiple Zeitschlitze enthält, wodurch die für den Teilnehmer verfügbare Bandbreite vervielfältigt wird. In einer weiteren Ausführungsform verwendet die vorliegende Erfindung CDMA (Code Division Multiple Access)-Verfahren, die bipolare Codes gebrauchen.
Die vorliegende Erfindung sieht eine abgewandelte Ausführungsform des Netzwerks 3100 vor, die unidirektionale Datenübertragung nützt, d.h. Broadcast oder Punkt-zu-Multipunkt Datenkommunikation findet nur von der primären Transceivereinheit 3120 und/oder von dem optischen Router 3110 zu den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 statt. In dieser Ausführungsform erzeugen die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 keine Lichtstrahlen, die zurück durch den optischen Router 3110 zu der primären Transceivereinheit 3120 propagieren. Weitere Aspekte dieser abgewandelten Ausführungsform verhalten sich, wie oben in der bevorzugten Ausführungsform aus 14 und der abgewandelten Ausführungsform aus 16 beschrieben. Diese abgewandelte Ausführungsform wird als eine vorteilhafte Alternative zu derzeitigen Implementierungen, z.B. von Broadcast-TV, insbesondere von HDTV, oder Kabelfernsehen erachtet. Daher kann diese Ausführungsform ein reines Broadcast (Ein-Weg)-Netzwerk umfassen. Alternativ dazu kann das Netzwerk 3100 einen anderen Rückweg aus den Teilnehmereinheiten 3130 zu der primären Transceivereinheit 3120 nehmen, z.B. mittels eines analogen Modems (POTS) oder ISDN.
Die vorliegende Erfindung sieht des Weiteren eine abgewandelte Ausführungsform des Netzwerks 3100 vor, in der die primäre Transceivereinheit 3120 im Wesentlichen an der gleichen Stelle liegt, wie der optische Router 3110. Anders ausgedrückt, sind die primäre Transceivereinheit 3120 und der optische Router 3110 im Wesentlichen in einer einzigen Einheit kombiniert. In dieser Ausführungsform überträgt die Lichtquelle der primären Transceivereinheit 3120 nur einige Inches oder Fuß in den optischen Router 3110 hinein. In einer solchen Ausführungsform können verschiedene Elemente der primären Transceivereinheit 3120 und des optischen Routers 3110 weggelassen oder kombiniert werden. In dieser Ausführungsform lässt sich Faseroptikkabel einsetzen, um den Lichtstrahl direkt zu dem optischen Router 3110 zu übertragen, weshalb ein separater primärer Transceiver nicht benötigt wird.
Der optische Router
Bezugnehmend auf 17 wird die bevorzugte Ausführungsform des optischen Routers 3110 in dem Netzwerk 3100 (aus 14) gezeigt. Der optische Router 3110 umfasst eine sekundäre Transceivereinheit 3700, die durch einen elektronischen Router 3790 an eine Mehrzahl von Transceivermodulen 3800A–3800M (kollektiv als 3800 bezeichnet) gekoppelt ist. Die Transceivermodule 3800 werden an eine kreisförmige Backplane 3889 gekoppelt. Der elektronische Router 3790 ist an die Transceivermodule 3800 durch die Backplane 3889 gekoppelt.
Das Transceivermodul 3800A (stellvertretend für die Transceivermodule 3800) besitzt ein Backplane-Verbindungsteil 3888, welches das Transceivermodul 3800A mit der Backplane verbindet. Das Transceivermodul 3800A ist so gestaltet, dass es den zweiten Lichtstrahl 3845 an einen Abschnitt der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 überträgt und von diesem den dritten Lichtstrahl 3855 erhält; bei diesen Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 handelt es sich um jene, die sich innerhalb eines Abschnitts des kreisrunden Bereichs um den optischen Router 3110 befinden. Die Transceivermodule 3800 versehen den optischen Router 3110 kollektiv mit einem Zugangsbereich von 360 Grad zu den Teilnehmer-Transceiver-Einheiten 3130.
Ein Strahldeflektorsteuerungssystem 3795 ist durch die Backplane 3889 an die Transceivermodule 3800 gekoppelt zur Steuerung der Ablenkung des zweiten Lichtstrahls 3845 und des dritten Lichtstrahls 3855 durch die Transceivermodule 3800. Das Strahldeflektorsteuerungssystem 3795 ist weiterhin an den elektronischen Router 3790 gekoppelt und empfängt Strahldeflektorsteuerungsinformationen von der primären Transceivereinheit 3120 durch den elektronischen Router 3790.
Der elektronische Router 3790 empfängt Routing-Steuerungsinformationen von der primären Transceivereinheit 3120. Die Routing-Steuerungsinformationen betreffen das Routing von Daten, die durch die primäre Transceivereinheit 3120 gesendet werden, von der sekundären Transceivereinheit 3700 zu den verschiedenen Transceivermodulen 3800 für atmosphärische Übertragung an die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130. Im umgekehrten Fall betreffen die Routing-Steuerungsinformationen das Routing von Daten die von den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 gesendet werden, von den verschiedenen Transceivermodulen 3800 zu der sekundären Transceivereinheit 700 für atmosphärische Übertragung an die primäre Transceivereinheit 3120.
Die sekundäre Transceivereinheit 3700 empfängt atmosphärisch den ersten Lichtstrahl 3140, einschließlich der von der primären Transceivereinheit 3120 gesandten Daten, und demoduliert die Daten. Die sekundäre Transceivereinheit 3700 teilt die von der primären Transceivereinheit 3120 gesandten Daten dem elektronischen Router 3790 mit. Der elektronische Router 3790 routet die Daten von der sekundären Transceivereinheit 3700 zu dem Geeigneten der Transceivermodule 3800. Für Anschauungszwecke sei davon ausgegangen, dass das Transceivermodul 3800A unter den Transceivermodulen 3800 das geeignete ist. Das Transceivermodul 3800A empfängt die Daten und moduliert die Daten auf den zweiten Lichtstrahl 3845, der atmosphärisch an die entsprechende Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A übertragen wird.
Im umgekehrten Fall empfängt das Transceivermodul 3800A den dritten Lichtstrahl 3855 einschließlich der Daten aus der Teilnehmer-Transceivereinheit 3130 und demoduliert die Daten. Das Transceivermodul 3800A teilt die von der Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A gesandten Daten dem elektronischen Router 3790 mit. Der elektronische Router 3790 routet die Daten aus dem Transceivermodul 3800A zu der sekundären Transceivereinheit 3700. Die sekundäre Transceivereinheit 700 moduliert die von der Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A gesandten Daten auf den vierten Lichtstrahl 3150 und überträgt den vierten Lichtstrahl 3150, einschließlich der von der Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A gesandten Daten, atmospärisch an die primäre Transceivereinheit 3120.
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Bezugnehmend auf 18 wird eine Draufsicht auf das Transceivermodul 3800A des optischen Routers 3110 aus 17 gezeigt. Das Transceivermodul 3800A umfasst eine Lichtquelle 3862, die so gestaltet ist, dass sie den zweiten Lichtstrahl 3845 erzeugt. Ein Strahlmodulator 3864 empfängt Daten, die von der primären Transceivereinheit 3120 gesandt wurden, aus dem elektronischen Router 3790 über das Backplane-Verbindungsteil 3888 und moduliert die Daten auf den zweiten Lichtstrahl 3845. Der zweite Lichtstrahl 3845 wird von einem X-Y-Strahldeflektor 3840 zu der Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A abgelenkt.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem X-Y-Strahldeflektor 3840 um ein Galvanometer-Spiegelpaar. Galvanometerspiegel sind wohlbekannt, insbesondere auf dem Gebiet der Laserdruckertechnologie und der Laserlichtshows. Alternativ dazu ist der X-Y-Strahldeflektor 3840 ein akusto-optischer oder Festkörper-Strahldeflektor. Die Lichtquelle 3862 des optischen Routers 3110 umfasst vorzugsweise einen oder mehr Dauerstrichlaser oder Laser mit gepulstem Strahl, welche auf diesem Gebiet wohlbekannt sind, z.B. Gas-, Festkörper- oder Diodenlaser. Der Strahlmodulator 3864 hat vorzugsweise eine elektrooptische Zelle. Alternativ dazu handelt es sich bei dem Strahlmodulator 3864 um einen Bulk-Modulator. Die Konfiguration von Lichtquelle und Strahlmodulator weist darauf hin, dass diese bei Faseroptiksystemen für Kommunikation, Verbindung und Übertragung wohlbekannt sind. Allerdings ist die ausgegebene Laserleistung typischerweise erheblich größer als jene, die in Faseroptiksystemen eingesetzt wird.
Während der X-Y-Strahldeflektor 3840 den zweiten Lichtstrahl 3845 zu der Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A ablenkt, lenkt der X-Y-Strahldeflektor 3840 gleichzeitig den dritten Lichtstrahl 3855 von der Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A zu einem Strahlteiler 3880. Der Strahlteiler 3880 teilt einen verhältnismäßig großen Abschnitt des dritten Lichtstrahls 3855 an einen Strahldemodulator 3872, der den dritten Lichtstrahl 3855 empfängt und die von der Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A gesendeten Daten aus dem dritten Lichtstrahl 3855 demoduliert. Der Strahldemodulator 3872 beinhaltet vorzugsweise eine Photodiode, wie auf diesem Gebiet üblich.
Während eines ersten Zeitraums lenkt der X-Y-Strahldeflektor 3840 den zweiten Lichtstrahl 3845 von der Lichtquelle 3862 zu einer ersten Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A und lenkt den dritten Lichtstrahl 3855 von der ersten Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A zu dem Strahldemodulator 3872. Daher richtet das Transceivermodul 3800A einen bidirektionalen Kommunikationskanal unter Verwendung des zweiten und des dritten Lichtstrahls zwischen dem Transceivermodul 3800A und der ersten Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A für einen ersten Zeitraum ein. Daher umfasst der bidirektionale Kommunikationskanal zwischen dem Transceivermodul 3800A und der ersten Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A einen Abschnitt des obig beschriebenen Teilnehmerkanals zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und der Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A. Während nachfolgenden Zeiträumen lenkt der X-Y-Strahldeflektor 3840 den zweiten und den dritten Lichtstrahl in einer Zeit-gemultiplexten Weise zu anderen Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 hin und von ihnen weg.
Jedes der Transceivermodule 3800 richtet, wie soeben beschrieben, bidirektionale Kommunikationskanäle ein zwischen dem gegebenen Transceivermodul und dem Abschnitt der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130, zugänglich durch das gegebene Transceivermodul in einer Zeit-gemultiplexten Weise und gleichzeitig mit den anderen Transceivermodulen. Auf diese Art wird ein Abschnitt eines drahtlosen Punkt-zu-Multipunkt bidirektionalen Weitbereichstelekommunikationsnetzwerks vorteilhaft zwischen dem optischen Router 3110 und den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 gebildet.
Der Strahlteiler 3880 teilt einen verhältnismäßig kleinen Abschnitt des dritten Lichtstrahls 3855 für einen Strahlausrichtungsdetektor 3852 ab, der den abgespalteten Abschnitt des dritten Lichtstrahls 3855 empfängt und eine Fehlanordnung oder ein Abschweifen des dritten Lichtstrahls 3855 aus der Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A nachweist, was auftreten kann, und die Informationen zur Strahlstabilisierung speichert. Der Strahlausrichtungsdetektor 3852 teilt die Strahlstabilisierungsinformationen durch die Backplane 888 via den elektronischen Router 3790 der sekundären Transceivereinheit 3700 mit. Die sekundäre Transceivereinheit 3700 überträgt die Strahlstabilisierungsinformationen an die primäre Transceivereinheit 3120. Die primäre Transceivereinheit 3120 teilt die Strahlstabilisierungsinformationen der gegebenen Teilnehmer-Transceivereinheit mit, so dass die Teilnehmer-Transceivereinheit den Strahl infolge Fehlanordnung oder Abschweifung passend ausrichten kann. Atmosphärische Turbulenzen und Veränderungen der Dichte entlang dem atmosphärischen Weg zwischen der Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A und dem optischen Router 3110 können für eine Fehlausrichtung des dritten Laserstrahls 3855 auf dem X-Y-Strahldeflektor 3840 des Transceivermoduls 3800A verantwortlich sein. Gleichfalls können Vorkommnisse, wie eine Verlagerung des Bodens oder das Schwanken eines Turms, Ursache dafür sein, dass sich die Position der Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A oder des optischen Routers 3110 in Bezug zueinander verändern.
19
Bezugnehmend auf 19 wird ein Blockdiagramm des optischen Routers 3110 aus 17 gezeigt, einschließlich eines detaillierten Blockdiagramms der sekundären Transceivereinheit 3700. Ein Transceivermodul 3000A ist an den elektronischen Router 3790 durch die Backplane 3889 gekoppelt. Der elektronische Router 3790 ist weiterhin an die anderen (nicht dargestellten) Transceivermodule 3800 gekoppelt. Der elektronische Router 3790 ist an das Strahldeflektorsteuerungssystem 3795 und an die sekundäre Transceivereinheit 3700 gekoppelt.
Die sekundäre Transceivereinheit 3700 umfasst eine optische Antenne 3210, die den ersten Lichtstrahl aus der primären Transceivereinheit 3120 empfängt. Die optische Antenne 3210 überträgt weiterhin den vierten Lichtstrahl 3150 an die primäre Transceivereinheit 3120. Vorzugsweise umfasst die optische Antenne 3210 ein optisches System mit einem konischen Spiegel, der auf diesem Gebiet wohlbekannt ist. Alternativ dazu ist die optische Antenne 3210 ein Sammellinsensystem, das ebenfalls auf diesem Gebiet wohlbekannt ist. Die optische Antenne 3210 und die zugehörige Optik konvergieren und re-kollimieren den eintreffenden ersten Lichtstrahl 3140 auf einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 3 Millimeter. Im ungekehrten Fall empfängt die optische Antenne 3210 einen vierten Lichtstrahl 3150 mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser, der durch eine Lichtquelle 3362 erzeugt wird; die Antenne 3210 dehnt und re-kollimiert den vierten Lichtstrahl 3150 zwecks atmosphärischer Übertragung an die primäre Transceivereinheit 3120.
Die optische Antenne 3210 empfängt atmosphärisch den ersten Lichtstrahl 3140, der von der primären Transceivereinheit 3120 (aus 1) gesandten Daten aus der primären Transceivereinheit 3120 und leiten den ersten Lichtstrahl 3140 zu einem Strahldemodulator 3372. Der Strahldemodulator demoduliert die Daten die von von der primären Transceivereinheit 3120 aus dem ersten Lichtstrahl 3140 und teilt die Daten dem elektronischen Router 3790 mit. Die von der primären Transceivereinheit 3120 gesandten Daten umfassen sowohl Teilnehmerdaten als auch Steuerungsdaten. Die Steuerungsdaten enthalten Routing-Steuerungsinformationen für den elektronischen Router 3790 Steuerungsinformationen für den zeitlichen Ablauf und Informationen zur Steuerung der angularen Position für die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 für das Strahlendeflektorsteuerungssystem 3795. Der elektronische Router 3790 nutzt die Routing-Steuerungsinformationen, um die Teilnehmerdaten zu den geeigneten Transceivermodulen 3800 zu routen. Der elektronische Router 3790 teilt die Steuerungsinformationen für den zeitlichen Ablauf und die Steuerungsinformationen für die angulare Position dem Strahlendeflektorsteuerungssystem 3795. Der Strahlendemodulator 3372 umfasst vorzugsweise eine Photodiode, wie auf diesem Gebiet üblich.
Die Lichtquelle 3362 erzeugt den vierten Lichtstrahl 3150. Der elektronische Router 3790 routet die von den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 gesandten Daten von den Transceivermodulen 3800 zu einem Strahlmodulator 3364. Der Strahlmodulator 3364 moduliert die von den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 gesandten Daten auf den vierten Lichtstrahls 3150 zwecks Übertragung an die optische Antenne 3210 und an die primäre Transceivereinheit 3120.
Die Lichtquelle 3362 umfasst vorzugsweise einen oder mehr Dauerstrichlaser oder Laser mit gepulstem Strahl, wie sie auf diesem Gebiet wohlbekannt sind, z.B. Gas-, Festkörper- oder Diodenlaser. Der Strahlmodulator 3364 weist vorzugsweise eine elektrooptische Zelle auf. Alternativ dazu ist der Strahlmodulator 3364 ein Bulk-Modulator. Die Konfiguration von Lichtquelle und Strahlmodulator weisen auf jene hin, die bei Faseroptiksystemen zur Kommunikation, Verbindung und Übertragung wohlbekannt sind. Allerdings ist die vom Laser ausgegebene Leistung typischerweise erheblich größer als jene, die bei Faseroptiksystemen verwendet wird.
Während der erste Lichtstrahl 3140 von der optischen Antenne 3210 zu dem Strahldemodulator 3372 gelangt, wird der erste Lichtstrahl 3140 durch einen Strahlseparator 3380 in Richtung des Strahldemodulators 3372 gelenkt. Im umgekehrten Fall passiert der vierte Lichtstrahl 3150 den Strahlseparator 3380, während der vierte Lichtstrahl 3150 von der Lichtquelle 3362 zu der optischen Antenne 3210 gelangt.
Der X-Y-Strahldeflektor 3840 ist durch die Backplane 3889 an das Strahldeflektorsteuerungssystem 3795 gekoppelt. Das Strahldeflektorsteuerungssystem 3795 steuert das Switching des X-Y-Strahldeflektors 3840, um den zweiten Lichtstrahl 3845 und den dritten Lichtstrahl 3855 zu einem gewünschten Zeitpunkt zu der gewünschten Teilnehmer-Transceivereinheit 3130 und davon weg zu lenken. So steuert das Strahldeflektorsteuerungssystem in Zeit-gemultiplexter Weise das Herstellen des Abschnitts der Teilnehmer-Kanäle zwischen den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 und den Transceivermodulen 3800.
Vorzugsweise erhält das Strahldeflektorsteuerungssystem 3795 Steuerungsinformationen von der primären Transceivereinheit 3120, um den X-Y-Strahldeflektor 3840 zu steuern. Die Steuerungsinformation für das Strahldeflektorsteuerungssystem 3795 enthalten Information über den angularen Ort der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130. Das Strahldeflektorsteuerungssystem 3795 nutzt die Informationen über den angularen Ort der Teilnehmer-Transceivereinheit, um die gewünschten Ablenkungswinkel des X-Y-Strahldeflektors 3840 zu bestimmen.
Wie in den Erläuterungen zu 14 erwähnt, überträgt die primäre Transceivereinheit 3120 weiterhin vorzugsweise Multiplexing-Steuerungsinformationen an den optischen Router 3110 und an die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130. die primäre Transceivereinheit 3120 überträgt die Steuerungsinformationen für einen oder mehr Teilnehmerkanäle, bevor sie die Teilnehmerdatenpakete überträgt, die zu dem einen oder zu mehreren gehören. Bei den Multiplexing-Informationen handelt es sich um Informationen zum zeitlichen Ablauf, die von dem Strahldeflektorsteuerungssytem 3795 genutzt werden, um den X-Y-Strahldeflektor 3840 im Hinblick darauf zu steuern, wenn der zweite und der dritte Lichtstrahl zu einer gegebenen Teilnehmer-Transceivereinheit 3130 hin und davon weg zu lenken sind.
Die Teilnehmer-Transceivereinheit überträgt den dritten Lichtstrahl 3855, der Daten für die primäre Transceivereinheit 3120 enthält, zu einem Zeitpunkt an den optischen Router 3110, der von der primären Transceivereinheit 3120 bestimmt wird. Dementsprechend überträgt das Transceivermodul, das der Teilnehmer-Transceivereinheit dient, den zweiten Lichtstrahl mit den für die Teilnehmer-Transceivereinheit modulierten Daten so, dass er an dem X-Y-Strahldeflektor im Wesentlichen zur selben Zeit ankommt, zu welcher der dritte Lichtstrahl 3855, der Daten von dem ersten Teilnehmer enthält, zu dem optischen Router 3110 gelangt, und zwar zu einem solchen Zeitpunkt, dass die Daten demoduliert, geroutet, auf den zweiten Lichtstrahl 3845 moduliert werden können und der zweite Lichtstrahl 3845, der übertragen wird, damit er an dem X-Y-Strahldeflektor 3840 zum im Wesentlichen selben Zeitpunkt ankommt, zu dem der dritte Lichtstrahl 3855, der Daten von dem ersten Teilnehmer enthält, an dem optischen Router 3110 eintrifft.
Durch Verwenden optischer Komponenten, um die Lichtstrahlen zu konvergieren und zu rekollimieren, wie zuvor beschrieben, die internen Komponenten des optischen Routers, z.B. Der Strahldeflektor, funktionieren vorteilhafterweise mit verhältnismäßig schmalen, leichten Strahlen. Dies verbessert die Akkuratesse bei der Strahlumlenkung. Im umgekehrten Fall, bei Verwendung optischer Komponenten, um Lichtstrahlen auszudehnen und zu rekollimieren, wie zuvor beschrieben, die Lichtstrahlen, die sich zwischen Netzwerkelementen durch die Atmosphäre ausbreiten, sind die vorteilhafterweise verhältnismäßig breiten Lichtstrahlen. Dies verbessert die Empfangscharakteristiken der Lichtstrahlen, wie sie von den Netzwerkomponenten empfangen werden.
Der optische Router 3110 weist weiterhin ein aktives Optikkontrollsystem 3350 auf, und zwar eines jener Systeme, die wohlbekannt sind, vor allem in der Verteidigungsindustrie. Das aktive Optikkontrollsystem 3350 sorgt für die Stabilisierung des ersten Lichtstrahls 3140 auf der optischen Antenne 3210 des optischen Routers 3110 und des vierten Lichtstrahls 3150 auf der optischen Antenne 3710 (aus 21) der primären Transceivereinheit 3120. Während sich der erste Lichtstrahl 3140 von der optischen Antenne 3210 in Richtung des Strahldemodulators ausbreitet, wird ein kleiner Abschnitt des ersten Lichtstrahls 3140 von einem Strahlseparator 3380 abgespaltet und zu einem Strahlausrichtungsdetektor 3352 umgeleitet. Der Strahlausrichtungsdetektor 3352 erfasst eine Fehlausrichtung oder ein Abschweifen bei dem ersten Lichtstrahl 3140, das auftreten kann, und speichert die Strahlstabilisierungsinformation. Atmosphärische Turbulenzen und Variationen bei der Dichte entlang dem atmosphärischen Weg zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und dem optischen Router 3110. Gleichermaßen können Vorkommnisse wie das Verlagern des Bodens oder das Schwanken eines Turms bewirken, dass sich die Position der primären Transceivereinheit 3120 oder des optischen Router in Bezug zueinander verändern.
Das aktive Optikkontrollsystem 3350 teilt die Strahlstabilisierungsinformationen dem elektronischen Router 3790 mit, der seinerseits die Strahlstabilisierungsinformationen an den Strahlmodulator 3364 weitergibt. Der Strahlmodulator 3364 moduliert die Strahlstabilisierungsinformationsdaten auf den vierten Lichtstrahl 3150, während eines festgelegten Zeitraums für atmosphärische Übertragung an die primäre Transceivereinheit 3120. Die primäre Transceivereinheit 3120 demoduliert die Strahlstabilisierungsinformationsdaten aus dem vierten Lichtstrahl 3150 und nutzt die Strahlstabilisierungsinformationen, um Korrekturen vorzunehmen und den ersten Lichtstrahl 3140 auf dem optischen Router 3110 zu stabilisieren.
Zusätzlich nutzt das aktive Optikkontrollsystem 3350 die Informationen über eine Strahlfehlausrichtung, um einen Strahlausrichter 3220, der zwischen der optischen Antenne 3210 und dem Strahlteiler 3230 positioniert ist, zu steuern, um den ersten Lichtstrahl 3140 optimal in den Strahldemodulator 3372 einzupassen.
Wie zuvor erwähnt, gibt die primäre Transceivereinheit 3120 Steuerungsinformationen an den optischen Router 3110 weiter. Ferner umfassen diese Steuerungsinformationen Strahlstabilisierungsinformationen. Das aktive Optikkontrollsystem 3350 verwendet die Strahlstabilisierungsinformationen aus der primären Transceivereinheit 3120 zwecks Steuerung der optischen Antenne 3210 und des Strahlausrichters 3220, um Korrekturen vorzunehmen und den vierten Lichtstrahl 3150 auf der primären Transceivereinheit 3120 zu stabilisieren.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Strahlseparator 3380 um einen dichroischen Spiegel. Alternativ dazu werden der erste Lichtstrahl 3140 und der vierte Lichtstrahl 3150 orthogonal polarisiert, und der Strahlseparator 3380 ist ein Polarisationsseparator.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fragt der optische Router 3110 periodisch die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 ab, indem er jedem der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 innerhalb des Zugänglichkeitsbereichs des optischen Routers 3110 einen Kommunikationskanal zuweist. Jedoch kann der optische Router 3110 den Empfang des dritten Lichtstrahls 3855 von einer gegebenen Teilnehmer-Transceivereinheit über einen erheblichen Zeitraum hinweg verlieren. Der gängigste Grund für den Empfangsverlust besteht darin, dass die Teilnehmer-Transceivereinheit nicht in Betrieb ist. Wenn der optische Router 3110 den Empfangsverlust erfasst, befragt der optische Router 3110 vorzugs- und vorteilhafterweise den Teilnehmer außer Betrieb weniger häufig als Teilnehmer-Transceivereinheiten, die aktiv einen dritten Lichtstrahl 3855 zu dem optischen Router 3110 übertragen.
Abgewandelte Ausführungsform
Bezugnehmend auf 20 ist eine abgewandelte Ausführungsform des optischen Routers 3110 in dem Netzwerk 3100 (aus 16) veranschaulicht. Der optische Router 3110 umfasst eine optische Antenne 3210, die den ersten Lichtstrahl 3140 von der primären Transceivereinheit 3120 erhält. Die optische Antenne 3210 überträgt außerdem den von einer Teilnehmer-Transceivereinheit erhaltenen zweiten Lichtstrahl 3150 an die primäre Transceivereinheit 3120. Die optische Antenne 3210 weist vorzugsweise ein optisches System mit einem konischen Spiegel auf, der auf diesem Gebiet wohlbekannt ist. In einer abgewandelten Ausführungsform ist die optische Antenne 3210 ein Sammellinsensystem, das ebenfalls wohlbekannt auf diesem Gebiet ist. Die optische Antenne 3210 und die dazugehörige Optik konvergieren und re-kollimieren den eintreffenden ersten Lichtstrahl 31 zu einem verhältnismäßig kleinen Durchmesser, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 3 Millimeter. Im umgekehrten Fall empfängt die optische Antenne 3210 den zweiten Lichtstrahl 3150, der einen verhältnismäßig geringem Durchmesser aufweist und von internen Komponenten des optischen Routers 3110 erhalten wird, und den zweiten Lichtstrahl 3150 zwecks atmosphärischer Übertragung an die primäre Transceivereinheit ausdehnt und re-kollimiert.
Die optische Antenne 3210 empfängt den ersten Lichtstrahl 3140 von der primären Transceivereinheit 3120 (aus 16) und leitet den ersten Lichtstrahl 3140 zu einem X-Y-Strahldeflektor 3240. Der Strahldeflektor 3240 empfängt den ersten Lichtstrahl 3140 und lenkt den ersten Lichtstrahl 3140 in Richtung eines Spiegels 3261. Dieser Spiegel 3261 reflektiert den ersten Lichtstrahl 3140 auf eine oder mehr der jeweiligen Teilnehmer-Transceivereinheiten (aus 16). Im umgekehrten Fall übertragen die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 jeweilige zweite Lichtstrahlen 3150 zu dem Spiegel 3261. Der Spiegel 3261 reflektiert einen erhaltenen zweiten Lichtstrahl 3150 zu dem Strahldeflektor 3240. Der Strahldeflektor 3240 lenkt den zweiten Lichtstrahl 3150 zu der optischen Antenne 3210 ab. Die optische Antenne 3210 empfängt den zweiten Lichtstrahl 3150 und überträgt den zweiten Lichtstrahl 3150 an die primäre Transceivereinheit 3120.
Vorzugsweise lenkt der Strahldeflektor 3240 während eines erstes Zeitraums den ersten Lichtstrahl 3140 von der optischen Antenne 32 zu einer Stelle auf dem Spiegel 3261 und lenkt den zweiten Lichtstrahl 3150 von im Wesentlichen der selben Stelle auf dem Spiegel zu der optischen Antenne 3210. Die Stelle auf dem Spiegel 3261 wird so berechnet, dass der erste Lichtstrahl 3140 auf eine bestimmte Teilnehmer-Transceivereinheit reflektiert wird und der zweite Lichtstrahl 3150 von der bestimmten Teilnehmer-Transceivereinheit reflektiert wird. Daher stellt der optische Router 3110 einen bidirektionalen Kommunikationskanal her unter Verwendung des ersten und des zweiten Lichtstrahls zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und einer der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3120 und einer der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 für einen gewissen Zeitraum. Während nachfolgender Zeiträume lenkt der Strahldeflektor 3240 die Lichtstrahlen zu weiteren Stellen auf dem Spiegel 3261, um Kanäle mit den anderen Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 einzurichten, die von dem optischen Router bedient werden. Auf diese Weise kommt ein drahtloses Punkt-zu-Multipunkt bidirektionales Weitbereichstelekommunikatiosnnetzwerk vorteilhaft zustande.
Der Strahldeflektor 3240 wird durch ein Strahldeflektorsteuerungssystem 3340 gesteuert, das an den Strahldeflektor 3240 gekoppelt ist. Das Strahldeflektorsteuerungssystem 3340 steuert den Strahldeflektor 3240, um die Lichtstrahlen während einer gewünschten Zeit zu den gewünschten Stellen auf dem Spiegel 3261 abzulenken. Vorzugsweise empfängt das Strahldeflektorsteuerungssystem 3340 Steuerungsinformationen von der primären Transceivereinheit 3120, um den Strahldeflektor 3240 zu steuern. Die Steuerungsinformationen für den optischen Router 3110 enthalten Informationen über den angularen Ort der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130. Das Strahldeflektorsteuerungssystem 3340 verwendet die Informationen zu dem angularen Ort der Teilnehmer-Transceivereinheit, um die gewünschten Stellen auf dem Spiegel 3261 festzulegen, der zum Ablenken der Lichtstrahlen verwendet wird.
Wie bei den Erläuterungen zu 16 erwähnt überträgt die primäre Transceivereinheit 3120 weiterhin vorzugsweise Multiplexing-Steuerungsinformationen an den optischen Router 3110 und an die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130. Die primäre Transceivereinheit 3120 überträgt die Steuerungsinformationen für einen oder Teilnehmerkanäle, bevor sie die Teilnehmer Datenpakete überträgt, die zu einem oder Mehr Teilnehmerkanälen gehören. Vorzugsweise handelt es sich bei den Multiplexing-Informationen um Informationen über den zeitlichen Ablauf, welche von dem Strahldeflektorsteuerungssystem 3340 verwendet werden, um den Strahldeflektor 3240 hinsichtlich dessen zu steuern, wenn die Lichtstrahlen zu einer bestimmten Stelle auf dem Spiegel 3261 oder davon fort zu lenken sind. Eine erste Teilnehmer-Transceivereinheit 3130 überträgt den zweiten Lichtstrahl, der Daten für die primäre Übertragungseinheit 3120 enthält zu dem optischen Router 3110 zu einem Zeitpunkt, der von der primären Transceivereinheit 3120 bestimmt wird. Dementsprechend überträgt die primäre Transceivereinheit 3120 den ersten Lichtstrahl 3140, der Daten für den ersten Teilnehmer enthält, an den optischen Router 3110 zu einem solchen Zeitpunkt überträgt, dass der erste Lichtstrahl 3140, der Daten für den ersten Teilnehmer enthält, den optischen Router 3110 im Wesentlichen zu jenem Zeitpunkt erreicht, wo der zweite Lichtstrahl 3150, der Daten für den ersten Teilnehmer enthält, den optischen Router 3110 erreicht. Zusätzlich steuert das Strahldeflektorsteuerungssyystem 3340 den Strahldeflektor 3240, um den ersten und den zweiten Lichtstrahl zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und der ersten Teilnehmer-Transceivereinheit 3130 während des Zeitpunkts umzulenken, wenn der erste und der zweite Lichtstrahl den optischen Router 3110 passieren, wie von der primären Transceivereinheit geregelt.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem X-Y-Strahldeflektor 3240 um ein Galvanometerspiegelpaar. Galvanometerspiegel sind wohlbekannt, insbesondere bei der Laserdrucktechnologie und bei Lasershows.
Eine Ausführungsform sieht einen Strahldeflektor 3240 vor, der eine Mehrzahl derartiger Galvanometerspiegelpaare aufweist. Jedes Galvanometerspiegelpaar lenkt einen anderen Lichtstrahl zwischen den Spiegel 3261 und die optische Antenne 3210. Die primäre Transceivereinheit 3120 überträgt den ersten Lichtstrahl 3140, der aus multiplen Lichtstrahlen besteht, von den jeder eine andere Wellenlänge besitzt, d.h. der erste Lichtstrahl 3140 umfasst eine Mehrzahl unterschiedlicher Wellenlängen. Der optische Router 3110 spaltet den ersten Lichtstrahl 3140 in jeweilige Wellenlängeabschnitte, die durch jeweilige Strahldeflektoren abgelenkt werden. Im umgekehrten Fall übertragen multiple Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 zweite Lichtstrahlen 3150 mit sich unterscheidenden Wellenlängen, die simultan beim optischen Router 3110 eintreffen. Der optische Router 3110 kombiniert die zweiten Lichtstrahlen 3150 mit multipler Wellenlänge und überträgt den zweiten Lichtstrahl 3150 mit multipler Wellenlänge an die primäre Transceivereinheit 3120.
Weitere Ausführungsformen sehen den Strahldeflektor 3240 mit einem oder mehr akusto-optischen Strahldeflektoren oder mit Festkörper-Strahldeflektoren vor.
Vorzugsweise ist der Spiegel 3261 ein konischer oder hemisphärischer Spiegel, wobei sich die Konusachse in einer vertikalen Ausrichtung befindet und so Teilnehmern ein 360 Grad Zugang zur Verfügung gestellt wird, wobei eine hochgelegene Öffnung den Zugangsbereich in einem Bereich von ungefähr 2000 und 4000 Fuß bedeckt. Der Spiegel 261 ist von einer Linsengruppe 32 umgeben. Die Linsengruppe 3262 umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl verhältnismäßig kleiner positiver Linsen, die in konischer oder hemisphärischer Art angeordnet sind. Während der erste Lichtstrahl 3140 mit relativ kleinem Durchmesser von dem Spiegel 3261 reflektiert wird, weitet sich der Durchmesser des ersten Lichtstrahls 3140 aus. Die Linsengruppe 3262 re-kollimiert den sich ausdehnenden ersten Lichtstrahl 3140 zurück zu einem geringfügig konvergierenden ersten Lichtstrahl 3140 zwecks atmosphärischer Übertragung an den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130. Im umgekehrten Fall fokusiert die Linsengruppe 3262 den zweiten Lichtstrahl 3150 aus den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 auf den Spiegel 3261. Eine Öffnung wird in der Linsengruppe 3262 gebildet, welche der verhältnismäßig kleine Durchmesser erster und zweite Lichtstrahlen zwischen dem X-Y-Strahldeflektor 3240 und dem Spiegel 3261 passieren. Der Spiegel 3261 und die Linsengruppe 3262 kollimieren den Strahl 3150 in einer Weise, die für den Zugangsbereich des optischen Routers 3261 optimiert ist.
Durch Verwenden optischer Komponenten zum Konvergieren und re-Kollimieren der Lichtstrahlen, wie zuvor beschrieben, arbeiten die internen Komponenten des optischen Routers 3110, wie z.B. der Strahlendeflektor, vorteilhaft an verhältnismäßig schmalen Lichtstrahlen. Dies verbessert die Genauigkeit beim Umlenken von Strahlen. Im umgekehrten Fall sind durch Verwenden optischer Komponenten zum Ausdehnen und re-Kollimieren der Lichtstrahlen, wie vorig beschrieben, die Lichtstrahlen, welche die Atmosphäre zwischen Netzwerkelementen passieren, vorteilhafterweise verhältnismäßig breit. Dies verbessert die Empfangscharakteristiken der Lichtstrahlen, wie sie von den Empfängern der Netzwerkkomponenten empfangen werden.
Der optische Router 3110 umfasst weiterhin einen Empfänger 3370 und einen Strahlseparator 3380. Vorzugsweise richtet der optische Router 3110 einen Kontrollkanal zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und dem optischen Router 3110 ein, und zwar zwecks Verwendung beim Übermitteln von Steuerungsinformationen, wie zuvor erläutert, von der primären Transceivereinheit 3120 aus zu dem optischen Router 3110. Der Kontrollkanal unterscheidet sich von den Teilnehmerkanälen. Vorzugsweise steuert das Strahldeflektorsteuerungssystem 3340 den Strahldeflektor 3240, um einen bestimmten ersten Lichtstrahl 3140 eher zu dem Strahlseparator 3380 umzuleiten, als zu den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130. Dieses bevorzugte Umlenken zu dem Strahlseparator 3380 auf Kosten der Teilnehmereinheiten findet vorzugsweise in vorgegeben Zeitabständen statt. Der Strahlseparator 3380 leitet den gewissen ersten Lichtstrahl 3140 zu dem Empfänger 3370 um, der den ersten Lichtstrahl 3140 empfängt. Die primäre Transceivereinheit 3120 moduliert die Steuerungsinformationsdaten entsprechend auf dem ersten Lichtstrahl 3140, der von dem Strahldemodulator 3372 in dem Empfänger 3370 empfangen und demoduliert wird. Der Empfänger 3370 ist an das Strahldeflektorsteuerungssystem 3340 gekoppelt und teilt dem Strahldeflektorsteuerungssystem 3340 die Steuerungsinformationsdaten mit. Der Strahldemodulator 3372 umfasst vorzugsweise eine Photodiode, wie auf diesem Gebiet üblich.
Vorzugsweise wird der Kontrollkanal in Zeit-gemultiplexter Weise hergestellt. Während eines Zeitraums, der sich von jenen Zeiträumen bezüglich der Teilnehmerkanäle unterscheidet, steuert das Strahlsteuerungssystem 3340 den Strahldeflektor 3240, um den ersten Lichtstrahl 3140 so zu einer Stelle auf dem Spiegel 3261 zu lenken, dass der erste Lichtstrahl 3140 eher zu dem Strahlseparator 3380 als zu den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 reflektiert wird. Die primäre Transceivereinheit 3120 weist den optischen Router 3110 an, diesen Kontrollkanal anzulegen, bevor es Zeit für den optischen Router 3110 ist, den Kontrollkanal einzurichten. Vorzugsweise macht der optische Router 3110 während der Initialisierung alle Kommunikationskanäle zu Kontrollkanälen, bis er von der primären Transceivereinheit 3120 angewiesen wird, Teilnehmerkanäle anzuordnen.
In einer abgewandelten Ausführungsform wird der Kontrollkanal in Frequenz-gemultiplexter Weise angelegt, wobei ein Lichtstrahl mit einer anderen Frequenz, die sich von den Frequenzen für die Teilnehmerkanäle unterscheidet, den Steuerungskanälen vorbehalten ist.
Der optische Router 3110 umfasst weiterhin ein aktives Optikkontrollsystem 3350, das insbesondere in der Verteidigungsindustrie wohlbekannt ist. Das aktive Optikkontrollsystem 3350 sorgt für die Stabilisierung des ersten Lichtstrahls 3140 auf der optischen Antenne 3210 des optischen Routers 3110 und des zweiten Lichtstrahls 3150 auf der optischen Antenne 3710 (aus 21) der primären Transceivereinheit 3120. Während der erste Lichtstrahl 3140 auf dem Weg von der optischen Antenne 3210 zum Strahldeflektor 3240 ist, wird ein kleiner Abschnitt des ersten Lichtstrahls 3140 von einem Strahlteiler 3230 abgetrennt und an einen Strahlausrichtungsdetektor 3352 umgeleitet. Der Strahlausrichtungsdetektor 3352 erfasst eine Fehlausrichtung oder ein Abschweifen beim ersten Lichtstrahl 3140, was auftreten kann, und speichert die Strahlstabilisierungsinformationen. Turbulenzen in der Atmosphäre und Variation in der Dichte entlang dem atmosphärischen Weg zwischen der primären Transceivereinheit 3120 und dem optischen Router 3110 können verantwortlich sein für eine Fehlausrichtung des ersten Lichtstrahls 3140 auf dem optischen Router 3110. Ebenfalls können Vorkommnisse wie eine Verlagerung des Untergrunds oder das Schwanken eines Turms bewirken, dass sich die Position der primären Transceivereinheit 3120 und des optischen Routers 3110 in Bezug aufeinander verändert.
Das aktive Optikkontrollsystem 3350 teilt der primären Transceivereinheit 3120 die Strahlstabilisierungsinformationen auf einem Kontrollkanal mit. Die primäre Transceivereinheit 3120 nutzt die Strahlstabilisierungsinformationen, um Korrekturen vorzunehmen und den ersten Lichtstrahl 3140 auf dem optischen Router 3110 zu stabilisieren.
Der optische Router 3110 umfasst weiterhin einen Transmitter 3360, der eine Lichtquelle 3362 und einen Strahlmodulator 3364 enthält. Das aktive Optikkontrollsystem 3350 stellt dem Transmitter 3360 die Strahlstabilisierungsinformationen für den ersten Lichtstrahl 3140 zur Verfügung. Die Lichtquelle 3362 erzeugt einen Kontrolllichtstrahl 3250 und überträgt diesen durch die Atmosphäre. Der Strahlmodulator 3364 moduliert die Positionsinformationen auf dem Kontrolllichtstrahl 3250, während dieser auf dem Weg zum Spiegel 3261 den Strahlseparator 3380 passiert. So wird ein Kontrollkanal zwischen dem optischen Router 3110 und der primären Transceivereinheit 3120 angelegt, ähnlich dem obig beschriebenen Kontrollkanal, in dem die primäre Transceivereinheit 3120 Steuerungsinformationen an den optischen Router 3110 überträgt, jedoch in die entgegengesetzte Richtung. Während der Strahldeflektor 3240 gesteuert wird, um den ersten Lichtstrahl 3140 so auf den Spiegel 3261 zu lenken, dass der Spiegel 3261 den ersten Lichtstrahl 3140 auf den Empfänger 3370 reflektiert, lenkt außerdem der Strahldeflektor 3240 den Kontrolllichtstrahl 3250 von dem Spiegel 3261 zu der optischen Antenne 3210. Diese verschafft einen Zwei-Wege- oder bidirektionalen Kontrollkanal.
Die Lichtquelle 3362 des optischen Routers 3110 umfasst vorzugsweise einen oder mehr fortlaufende Dauerstrichlaser oder Laser mit gepulstem Strahl, wie sie auf diesem Gebiet wohlbekannt sind, z.B. Gas-, Festkörper- oder Diodenlaser. Der Strahlmodulator 3364 enthält vorzugsweise eine elektro-optische Zelle. Alternativ dazu kann es sich bei dem Strahlmodulator 3364 um einen Bulk-Modulator handeln. Die Konfiguration der Lichtquelle und des Strahlmodulators weist darauf hin, dass diese in Faseoptiksystemen für Kommunikation, Verbindung und Übertragung wohlbekannt sind. Allerdings ist die von Laser ausgegebene Energie typischerweise erheblich stärker als jene die in Faseroptiksystemen verwendet wird.
Zusätzlich nutzt das aktive Optikkontrollsystem 3350 die Informationen über Strahlfehlausrichtung zur Steuerung des Strahlausrichters 3220, um den ersten Lichtstrahl 3140 optimal in den Strahldeflektor 3240 einzupassen.
Wie zuvor erwähnt, gibt die primäre Transceivereinheit 3120 Steuerungsinformationen an den optischen Router 3110 aus. Diese Steuerungsinformationen enthalten ferner Strahlstabilisierungsinformationen, die der optische Router 3110 auf den Kontrollkanälen erhält. Das aktive Optikkontrollsystem 3350 des optischen Routers 3110 nutzt die Strahlstabilisierungsinformationen aus der primären Transceivereinheit 3120 zur Steuerung der optischen Antenne 3210 und des Strahlausrichters 3220, um Korrekturen vorzunehmen und den zweiten Lichtstrahl 3150 auf der primären Transceivereinheit 3120 zu stabilisieren.
In einer abgewandelten Ausführungsform weist das aktive Optikkontrollsystem 3350 des optischen Routers weiterhin einen (nicht dargestellten) zweiten Strahlausrichtungsdetektor auf, der eine Fehlausrichtung oder ein Abschweifen bei dem zweiten Lichtstrahl 3150 aus den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 erfasst und die Strahlstabilisierungsinformationen speichert. Der optische Router 3110 teilt die Strahlstabilisierungsinformationen der primären Transceivereinheit 3120 mit. Die primäre Transceivereinheit 3120 gibt ihrerseits die Strahlstabilisierungsinformationen an die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 weiter. Die aktiven Optikkontrollsysteme in den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130, die nachstehend erläutert werden, verwenden die Strahlstabilisierungsinformationen aus der primären Transceivereinheit 3120, damit die optischen Antennen der Teilnehmer-Transceivereinheit und die Strahlausrichter gesteuert werden, um Korrekturen hinsichtlich Fehlausrichtung oder Abschweifen vorzunehmen und den zweiten Lichtstrahl 3150 auf dem optischen Router 3110 zu stabilisieren.
In einer Ausführungsform ist der Strahlseparator 3380 ein dichroischer Spiegel. In einer weiteren Ausführungsform sind der erste Lichtstrahl 3140 und der zweite Lichtstrahl 3150 orthogonal polarisiert, und der Strahlseparator 3380 ist ein Polarisationsseparator.
Vorzugsweise befragt der optische Router 3110 die Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 in periodischen Abständen durch Zuordnen eines Kommunikationskanals zu jeder der Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 innerhalb des Zugänglichkeitsbereichs des optischen Routers 3110. Allerdings kann der optische Router 3110 den Empfang des zweiten Lichtstrahls 3150 aus einer gegebenen Teilnehmer-Transceivereinheit für einen erheblichen Abstimmungszeitraum verlieren. Der Grund für den Empfangsverlust besteht meist darin, dass der Teilnehmer-Transceiver nicht in Betrieb ist. Wenn der optische Router 3110 den Empfangsverlust erfasst, befragt der optische Roter 3110 vorzugs- und vorteilhafterweise den nicht betriebsbereiten Teilnehmer weniger häufig als die Teilnehmer-Transceivereinheiten, die aktiv einen zweiten Lichtstrahl 3150 an den optischen Router 3110 übertragen.
Die primäre Transceivereinheit
Bezugnehmend auf 21 wird jetzt die bevorzugte Ausführungsform der primären Transceivereinheit 3120 im Netzwerk 3100 (s. 14) dargestellt. Die primäre Transceivereinheit 3120 beinhaltet eine optische Antenne 3710, die optisch an einen Transmitter 3750 und einen Empfänger 3770 gekoppelt ist.
Die optische Antenne überträgt den ersten Lichtstrahl 3140 zum optischen Router 3110 (s. 14). (Es muss angemerkt werden, dass beim Netzwerk 3110, bei dem die abgewandelte Ausführungsform des optischen Routers 3110 zum Einsatz kommt, d.h. das Netzwerk von 16, die optische Antenne 3710 den zweiten Lichtstrahl 3150 empfängt.) Die optische Antenne 3710 ist vorzugsweise gleich oder ähnlich ausgeführt wie die optische Antenne 3210 des optischen Routers 3110. Weiterhin wird eine optische Antenne 3710 der primären Transceivereinheit betrachtet, die andere Dimensionen und optische Charakteristika aufweist wie die optische Antenne 3210 des optischen Routers 3110.
Die optische Antenne 3710 der primären Transceivereinheit 3120 ist vorzugsweise größer als die optische Antenne der teilnehmerseitigen Transceivereinheit. Vorzugsweise ist der Empfänger 3770 der primären Transceivereinheit 3120 empfindlicher als der in der teilnehmerseitigen Transceivereinheit, d.h. er ist in der Lage, schwächere Lichtsignale zu demodulieren. Somit kann die unten beschriebene Lichtquelle der teilnehmerseitigen Transceivereinheit leistungsschwächer sein, wodurch die Kosten der teilnehmerseitigen Transceivereinheit reduziert werden. Mit anderen Worten: die Lichtquelle 3754 der primären Transceivereinheit 3120 ist vorzugsweise leistungsstärker als die Lichtquelle der teilnehmerseitigen Transceivereinheit. Dadurch ist es möglich, die unten beschriebene Antenne der teilnehmerseitigen Transceivereinheit relativ klein und deren unten beschriebenen Empfänger relativ unempfindlich zu gestalten. Damit werden die Kosten des gesamten Systems reduziert, da die Anzahl der teilnehmerseitigen Transceivereinheiten im Netz typischerweise wesentlich größer ist als die Anzahl primärer Transceivereinheiten.
Eine (nicht dargestellte) Quelle bzw. Senke stellt der primären Transceivereinheit 3120 Daten zum Senden an die teilnehmerseitigen Transceivereinheiten 3130 bereit. Die Daten-Quelle/Senke nutzt bestehende Kommunikationsstrukturen bzw. wird dort eingebracht; dabei handelt es sich um Telefon-Netze, Kabel-TV-Systeme oder andere Netzwerke auf der Basis von Asynchron Transfer Modes (ATM), Switched-Ethernet, SONNET, FD-DI, Fibrechannel, Serial Digital Hierarchy usw. Zahlreiche Methoden zum Einkoppeln der Quelle/Senke in die primäre Transceivereinheit 3120 werden betrachtet, wie z.B. Glasfaserkabel, Satellitenverbindungen (up-links and down-links), Lichtstrahlen in der Atmosphäre, Koaxialkabel, Mikrowellen-Verbindungen usw. Die Lichtquelle 3754 generiert und transportiert via Atmosphäre den ersten Lichtstrahl 3140, auf den der Strahlmodulator 3752 die Daten aufmoduliert, um sie zu den teilnehmerseitigen Transceivereinheiten 3130 zu senden. Ein Strahlausrichter 3720, der vorzugsweise einen einstellbaren Spiegel mit Feinsteuerung enthält, empfängt den ersten Lichtstrahl 3140 und reflektiert diesen zu einer Linsenanordnung 3780 und einer optischen Antenne 3710, die den ersten Lichtstrahl 3140 aufweiten, wieder parallel ausrichten und zu dem optischen Router 3110 übertragen.
Umgekehrt empfängt die optische Antenne 3710 der primären Transceivereinheit via Atmosphäre den vierten Lichtstrahl 3150 vom optischen Router 3110 und die Linsenanordnung fokussiert den vierten Lichtstrahl 3150 auf den Strahlausrichter 3726. Der Strahlausrichter 3720 reflektiert den verengten vierten Lichtstrahl 3150 auf einen Strahlseparator 3740. Der Strahlseparator 3740 ist ähnlich wie der des optischen Routers 3110. Der Strahlseparator 3740 leitet den vierten Lichtstrahl 3150 zum Empfänger 3770. Der Strahldemodulator 3772 empfängt den vierten Lichtstrahl 3150 und demoduliert die Daten, die von den Teilnehmer-Transceivereinheiten 3130 gesendet wurden. Diese Daten werden dann der Quelle/Senke zugeführt. Der Strahlmodulator 3772 enthält vorzugsweise – entsprechend dem Stand der Technik – eine Photo-Diode.
Die Lichtquelle 3754 der primären Transceivereinheit enthält vorzugsweise einen oder mehrere kontinuierlich strahlende oder gepulste Laser, wie sie gemäß dem Stand der Technik wohl bekannt sind: Gas-, Festkörper- oder Dioden-Laser. Der Strahlmodulator 3752 enthält vorzugsweise eine elektro-optische Zelle. Alternativ kann der Strahlmodulator 3752 ein Bulk Type-Modulator sein. Die Konfiguration von Lichtquelle und Strahlmodulator gleicht annähernd der wohlbekannten Ausgestaltung in Glasfaser Kommunikationsnetzwerken. Allerdings ist die Laserausgangsleistung normalerweise signifikant höher als die, die bei optischen Glasfasersystemen benutzt wird.
Die Wellenlängen der Lichtstrahlen, die von den in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Lichtquellen erzeugt werden, wurden so gewählt, dass die Leistungsverluste in der Atmosphäre minimal sind. Vorzugsweise liegen die Wellenlängen im nahen Infrarot.
Die Linsenanordnung 3780 und die optische Antenne 3710 sind dazu da, um den ersten Lichtstrahl zu übertragen, dessen Taille sich vorteilhafterweise am optischen Router 3110 befindet. Der Durchmesser des ersten Lichtstrahls 3140, der die optische Antenne 3710 verlässt, ist ein Vielfaches des Durchmessers des ersten Lichtstrahls 3140, wenn er die Lichtquelle 3754 verlässt. Dadurch ist die Energiedichte des Lasers über einen relativ großen Querschnitt verteilt, wodurch die Sicherheit für die Augen erhöht wird. Zusätzlich verbessern die relativ großen Durchmesser der Lichtstrahlen, die zwischen den Komponenten des Netzwerkes unterwegs sind, an den optischen Empfängern die Empfangcharakteristik für die Lichtstrahlen.
Die primäre Transceivereinheit 3120 beinhaltet ferner ein (nicht dargestelltes) Kontrollsystem, welches das oben besprochene Routing, die Strahlstabilisierung, das Timing, die Position des Teilnehmers und die Multiplex-Kontrollinformationen aufzeichnet.
Die primäre Transceivereinheit 3120 enthält des Weiteren ein aktives Optikkontrollsystem 3760, das ähnlich dem Optikkontrollsystem 3350 des optischen Routers 3110 ausgeführt ist. Das aktive Optikkontrollsystem 3760 der primären Transceivereinheit kooperiert mit dem aktiven Optikkontrollsystem 3350 des optischen Routers, um eine Stabilisierung des ersten Lichtstrahls 3140 an der optischen Antenne 3210 des optischen Routers 3110 und des vierten Lichtstrahls 3150 an der optischen Antenne 3710 der primären Transceivereinheit 3120 zu gewährleisten.
Wie zuvor kurz erwähnt, liefert der optische Router 3110 der primären Transceivereinheit 3120 Daten für die Stabilisierung. Das aktive Optik-Kontrollsystem 3760 nutzt die zum Zweck der Stabilisierung gelieferten Daten des optischen Routers 3110, um die optische Antenne 3710 und den Strahlausrichter 3720 zu kontrollieren, um Korrekturen vorzunehmen und den ersten Lichtstrahl 3140 am optischen Router 3110 zu stabilisieren.
Zusätzlich nutzt das aktive Optikkontrollsystem 3760 vom Strahlausrichtungsdetektor 3762 erkannte Informationen über eine Strahlfehlausrichtung, um der Strahlausrichter 3720 zu steuern, womit der vierte Lichtstrahl 3150 optimal auf den Empfänger 3770 ausgerichtet wird.
Die Transceivereinheiten der Teilnehmer (Subscriber Transceiver Units)
Nun wird mit Blick auf 22 eine Darstellung der bevorzugten Ausführungsform einer teilnehmerseitigen Transceivereinheit 3130A im Netzwerk 3100 (s. 14) gezeigt. Der Transceiver 3130A ist repräsentativ für die Mehrzahl der teilnehmerseitigen Transceivereinheiten 3130. Die Transceivereinheit 3130A besteht aus einer optischen Antenne 3510, die über ein Glasfaserkabel 3590 an ein Input/Output-Gerät 3600 gekoppelt ist, wie z.B. eine Set-Top-Box 3600. Das Input/Output-Gerät kann eines von verschiedenen Geräten sein, einschließlich einer Set-Top-Box, eines Computer-Systems, eines Fernsehers, eines Radios, eines Mehrplatz-Kommunikationssystems, eines Telefons oder eines anderen Gerätes, das sich über ein Glasfaserkabel 3590 an die optische Antenne 3510 anschließen lässt. Im verbleibenden Teil dieser Abhandlung wird das Input/Output-Gerät 3600 als Set-Top-Box bezeichnet. Die teilnehmerseitige optische Antenne 3510 und die Set-Top-Box sind auch über Energie- sowie (nicht dargestellte) Kontroll-Leitungen miteinander verbunden.
Die optische Antenne 3510 empfängt den zweiten Lichtstrahl 3845 vom optischen Router 3110 (s. 14) und überträgt den dritten Lichtstrahl 3855 zum optischen Router 3110. (Es ist anzumerken, dass beim Netzwerk 3100, bei dem die abgewandelte Ausführungsform des optischen Routers verwendet wird, d.h. beim Netzwerk in 16, die teilnehmerseitige Transceivereinheit 3130A den ersten Lichtstrahl 3140 vom optischen Router 3110 empfängt und den zweiten Lichtstrahl 3150 zum optischen Router 3110 sendet.) Die optische Antenne 3510 ist vorzugsweise ähnlich ausgeführt wie die optische Antenne 3210 des optischen Routers 3110. Für die teilnehmerseitige Transceivereinheit ist eine optische Antenne 3510 beabsichtigt, die andere Dimensionen und optische Eigenschaften aufweist als die optische Antenne 3210 des optischen Routers 3110.
Die optische Antenne 3510 empfängt den zweiten Lichtstrahl 3845 und fokussiert ihn auf eine Faserkopplungseinrichtung 3580. Die Faserkopplungseinrichtung 3580 koppelt den zweiten Lichtstrahl 3845 in das Glasfaserkabel 3590 ein. Das Glasfaserkabel 3590 transportiert den zweiten Lichtstrahl 3845 zu der Set-Top-Box 3600. Ein Strahlseparator 3570 in der Set-Top Box 3600 leitet den zweiten Lichtstrahl 3845 zu einem Empfänger 3550, der den zweiten Lichtstrahl 3845 empfängt. Ein Strahldemodulator 3552 im Empfänger 3550 demoduliert die Daten des zweiten Lichtstrahls 3845. Der Empfänger 3550 liefert die Daten an (nicht dargestellte) externe Verbindungsvorrichtungen der Set-Top Box 3600, die eine Verbindung zu den verschiedensten Geräten herstellt, wie beispielsweise Fernsehgeräten, Computern, Radiogeräten, Telefon-Konferenzeinrichtungen und Telefonen (ebenso nicht dargestellt). Der Strahldemodulator 3552 enthält vorzugsweise – entsprechend dem Stand der Technik – eine Photo-Diode.
Umgekehrt stellen die diversen digitalen Geräte Daten bereit, die an den Transmitter 3560 in der Set-Top Box 3600 der primären Transceivereinheit 3120 (s. 14) gesendet werden. Die Set-Top Box beinhaltet eine Lichtquelle 3564, die den dritten Lichtstrahl 3855 generiert. Ein Strahlmodulator 3562 in dem Transmitter 3560 moduliert die Daten, die auf dem dritten Lichtstrahl 3855 zur primären Transceivereinheit 3120 transportiert werden. Der dritte Lichtstrahl 3855 läuft durch das Glasfaserkabel 3590 zu der optischen Faserkopplungseinrichtung 3580. Die optische Faserkopplungseinrichtung 3580 koppelt den dritten Lichtstrahl 3855 aus dem Glasfaserkabel 3590 aus und leitet den dritten Lichtstrahl 3855 via Atmosphäre zu der optischen Antenne 3550. Die optische Antenne 3550 überträgt dann den dritten Lichtstrahl 3855 einschließlich der Daten zum optischen Router 3110.
Die Lichtquelle 3564 der primären Transceivereinheit 3130A enthält vorzugsweise einen oder mehrere kontinuierlich strahlende oder gepulste Laser, wie sie gemäß dem Stand der Technik wohlbekannt sind: Gas-, Festkörper- oder Dioden-Laser. Der Strahlmodulator 3562 enthält vorzugsweise eine elektro-optische Zelle. Alternativ kann der Strahlmodulator 3562 ein Bulk Type-Modulator sein. Die Konfiguration von Lichtquelle und Strahlmodulator gleicht annähernd der wohlbekannten Ausgestaltung in Glasfaser Kommunikationsnetzwerken. Allerdings ist die Laserausgangsleistung normalerweise signifikant höher als die, die bei optischen Glasfasersystemen benutzt wird.
In einer zuvor kurz erwähnten abgewandelten Ausführungsform ist die teilnehmerseitige Transceivereinheit 3130A für das Senden und Empfangen von Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge konfiguriert, um für den vorhandenen Teilnehmer die Bandbreite des Datenstroms zu erhöhen.
Die teilnehmerseitige Transceivereinheit 3130A enthält des Weiteren ein aktives Optik-Kontrollsystem 3540, das ähnlich dem Optikkontrollsystem des optischen Routers 3110 und der primären Transceivereinheit 3120 ausgeführt ist. Das aktive Optikkontrollsystem 3540 der teilnehmerseitigen Transceivereinheit kooperiert mit dem aktiven Optikkontrollsystem der primären Transceivereinheit 3120, um eine Stabilisierung des zweiten Lichtstrahls 3845 an der teilnehmerseitigen Transceivereinheit 3130A und des dritten Lichtstrahls 3855 am optischen Router 3110 zu gewährleisten.
Ein Strahlausrichtungsdetektor 3542 erkennt eine Fehlausrichtung oder ein Abschweifen im zweiten Lichtstrahl 3845 vom optischen Router 3110 und speichert die Informationen zur Strahlstabilisierung. Die teilnehmerseitige Transceivereinheit 3130A sendet diese Informationen, soweit sie den ersten Lichtstrahl 3150 betreffen, an die primäre Transceivereinheit 3120 mit Hilfe des Transmitters 3560. Bei der vorliegenden Erfindung ist beabsichtigt, die Informationen zur Strahlstabilisierung in einer Kopfzeile des teilnehmerseitigen Daten-Pakets an die primäre Transceivereinheit zu senden. Des weiteren ist erfindungsgemäß beabsichtigt, die Informationen zu Strahlstabilisierung der primären Transceivereinheit 3120 mittels einem diesem Zweck gewidmeten Kontrolldatenpaket zukommen zu lassen. Die primäre Transceivereinrichtung 3120 nutzt die Informationen zur Strahlstabilisierung zur Berechnung von Positions- und Multiplexkontroll-Daten.
Ein zwischen der optischen Antenne 3510 und dem Faseroptikkoppler 3580 positionierte Strahlausrichter 3520 wird vom aktiven Optikkontrollsystem 3540 überwacht, um eine effektive Einkopplung des zweiten Lichtstrahls 3845 in das Glasfaserkabel 3590 zu gewährleisten.
Die optische Antenne 3510 wird auf (nicht dargestellten) Kardanwellen montiert, die ein Drehen der Antenne 3510 und das Suchen nach einem optischen Router 3110 erlauben oder nach verschiedenen Transceivermodulen 3800 des bevorzugten optischen Routers 3110, über den Unterstützung bei der Installation oder bei Verlust des Empfangs von einem der gängigen optischen Router 3110 oder Transmittermodule 3800 empfangen werden kann.
Abgewandelte Ausführungsformen
Es wird eine abgewandelte Ausführungsform der teilnehmerseitigen Transceivereinheit 3130A vorgeschlagen, in welcher die Lichtstrahlen in der optischen Antenne 3510 aus elektromagnetischen Signalen generiert bzw. in solche umgewandelt werden und als elektronische Signale zu dem Input/Output-Gerät 3600 übertragen werden. Von nun an werden alternative Transceivermedien wie Koaxialkabel oder andere Ausführungen elektrischer Leitungen zur Ankopplung der optischen Antenne 3510 an das Input/Output-Gerät 3600 beschrieben.
Mit Blick auf 23 wird nun eine modifizierte Ausführung der Set-Top Box 3600 aus 9 gezeigt. Ein optisches Glasfaser-T-Stück 4020 ist an das Glasfaserkabel 3590 gekoppelt. Der zweite Lichtstrahl 3845 gelangt in das Glasfaser-T-Stück 4020 und läuft entlang dem Glasfaserkabel 3590 zu einem Strahldemodulator 4030. Der Strahldemodulator 4030 ist dem Strahldemodulator 3552 der bevorzugten Ausführung ähnlich und besitzt ähnliche Leistungsmerkmale. Danach durchläuft der zweite Lichtstrahl 3845 das Glasfaserkabel 3590 hin zu einem optischen Datenwandler 4040. Der optische Datenwandler 4040 beinhaltet vorzugsweise ein Mikro-Beugungsgitter. Der Datenwandler 4040 wandelt jegliche Daten, die auf den zweiten Lichtstrahl 3845 aufmoduliert sind. An diesem Punkt wird der zweite Lichtstrahl 3845 zum dritten Lichtstrahl 3855. Der dritte Lichtstrahl 3855 wird nun entlang dem Glasfaserkabel 3590 zu einem Strahlmodulator 4050 geführt. Der Strahlmodulator 4050 ist dem Strahlmodulator 3562 der bevorzugten Ausführung der teilnehmerseitigen Transceivereinheit 3130A ähnlich und weist ähnliche Leistungsmerkmale auf. Der dritte Lichtstrahl 3855 wird nun einschließlich den zweiten Daten zu dem optischen Glasfaser-T-Stück 4020 geleitet und weiter zu der optischen Faserkopplungseinrichtung zur Übertragung zum optischen Router 3110. Der Vorteil der modifizierten Ausführung besteht darin, dass die Kosten einer Lichtquelle vermieden werden.
Eine abgewandelte Ausführungsform der Teilnehmer-Transceivereinheit 3130A mit optischer Antenne wird näher betrachtet, wobei die Antenne omnidirektional ist. Die omnidirektionale Antenne ähnelt der Spiegel- und Linsengruppenanordnung der abgewandelten Ausführungsform des optischen Routers 3110. Zusätzlich ist ein Strahldeflektor vorgesehen, um die Lichtstrahlen in die Faseroptikkopplung 3580 hinein und aus ihr heraus zu koppeln. Alternativ dazu ist die Faseroptikkopplung 3580 rotierbar montiert. Die abgewandelte Ausführungsform ermöglicht der Teilnehmereinheit 3130 vorteilhaft, den Service von einem alternativen optischen Router 3110 zu erhalten, und zwar bei minimaler Unterbrechung der Datenübertragung. Darüber hinaus ist die Installation der Teilnehmer-Transceivereinheit 3130 dahingehend vereinfacht, dass nach der Installation nahezu keine Ausrichtung vorgenommen werden muss, außer das Zustandebringen eines Sichtlinienwegs für einen oder mehrere optische Router 3110.
Die vorliegende Erfindung betrachtet die Verwendung von Faseroptikverstärkern, z.B. EDFA (Erbium-doped Fiber Amplifier), in einem oder in mehreren der vielen Netzwerkelemente, und zwar zur Verstärkung der verschiedenen Lichtstrahlen, um die passenden die Signalstärkelevels für die unterschiedlichen Lichtstrahlen innerhalb des Netzwerks zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung erwägt den Einsatz von Atomic-Line-Filtern, die als optische Bandpassfilter für ausgewählte Lichtwellenlängen fungieren, und zwar in einem oder in mehreren der verschiedenen Netzwerkelementempfängern, um die notwendigen Lichtwellenlängen herauszufiltern, z.B. Sonnenlicht.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Verwendung von Lichtquellen in den verschiedenen Netzwerkelementtransmittern mit regulierbarer Kontrolle der Lichtstrahlstärke. Die Lichtstrahlstärke wird in Entsprechung zu Faktoren wie den Wetterbedingungen reguliert, um die richtige Fade Margin für die Signalstärke zu erreichen. Eine Fade Margin von 15 dB bei einer Reichweite von 1 km, um eine Fehlerrate von 10^–9 Bit zu erhalten, wird bevorzugt.

Claims

System (1300, 1400; 1500) zur Informationsübertragung mittels Lichtstrahl durch die Atmosphäre, umfassend: eine Lichtquelle (1380, 1480) zur Erzeugung eines ersten Lichtstrahls (1381, 1481); eine Mehrzahl optischer Fasern (1350-1 ... 1350-N, 1450-1 ... 1450-N, 1550-1 ... 1550-N); eine Aktivelektronikeinheit (1310, 1405; 1510), welche so gestaltet ist, dass sie den ersten Lichtstrahl empfängt, und welche an die Mehrzahl optischer Fasern und einen Kommunikationsbus (1370; 1530) gekoppelt ist, wobei die Aktivelektronikeinheit weiterhin so gestaltet ist, dass sie auf jede der optischen Fasern einen entsprechenden Abschnitt (1325-1 ... 1325-N, 1425-1 ... 1425-N) des ersten Lichtstrahls koppelt; eine Mehrzahl passiver optischer Antennen (1360-1 ... 1360-N; 1460-1 ... 1460-N, 1560-1 ... 1560-N), wobei jede der passiven optischen Antennen an eine entsprechende besagter optischer Fasern gekoppelt ist und so gestaltet ist, dass sie den entsprechenden Abschnitt des ersten Lichtstrahls (1381; 1481) von der entsprechenden optischen Faser abkoppelt und in die Atmosphäre überträgt.
System nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle (1380; 1480) ein Laser ist und der Lichtstrahl (1381; 1481) ein Laserstrahl ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eine Aktivelektronikeinheit ein Transceiver ist, wobei die entsprechende optische Faser und die passive optische Antenne für bidirektionalen Transfer von Lichtstrahlen gestaltet sind, und wobei der Transceiver so gestaltet ist, dass er einen durch die entsprechende passive optische Antenne empfangenen Abschnitt eines zweiten Lichtstrahls empfängt, um den Abschnitt des zweiten Lichtstrahls zu demodulieren und ein zweites Datensignal rückzugewinnen.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eine erste besagter passiver optischer Antennen (1350-1; 1450-1) weiterhin so gestaltet ist, dass sie einen zweiten Lichtstrahl aus der Atmosphäre empfängt und den zweiten Lichtstrahl auf eine entsprechende der optischen Fasern koppelt, wobei die Aktivelektronikeinheit so gestaltet ist, dass sie ein Datensignal aus dem zweiten Lichtstrahl demoduliert und das Datensignal dem Kommunikationsbus zur Verfügung stellt.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aktivelektronikeinheit (1310) Folgendes umfasst: einen Strahlenteiler (1320) zur Teilung des ersten Lichtstrahls (1381) in eine Mehrzahl von Strahlkomponenten (1325-1 ... 1325-N); eine Mehrzahl von Modulatoren (1330-1 ... 1330-N) zur Modulation einer entsprechenden Mehrzahl von Datensignalen auf die Mehrzahl von Strahlkomponenten, wobei jeder der Modulatoren ein entsprechendes der Datensignale auf einen entsprechenden der Strahlkomponenten moduliert; eine Koppelungseinrichtung (1340) zur Koppelung der modulierten Strahlkomponenten auf die Mehrzahl optischer Fasern (1350-1 ... 1350-N), wobei jede der modulierten Strahlkomponenten auf eine entsprechende der optischen Fasern gekoppelt wird; eine Datenschnittstelle (1315), welche so gestaltet ist, dass sie an den Kommunikationsbus (1370) koppelt, wobei die Datenschnittstelle so gestaltet ist, dass sie einen Datenstrom aus dem Kommunikationsbus empfängt, und weiterhin so gestaltet ist, dass sie der Mehrheit von Modulatoren (1330-1; 1330-N) die entsprechenden Datensignale zuführt; und wobei jede der passiven optischen Antennen (1360-1 ... 1360-N) die entsprechende modulierte Strahlkomponente von der entsprechenden optischen Faser abkoppelt, und die modulierte Strahlkomponente in die Atmosphäre überträgt.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aktivelektronikeinheit (1405) Folgendes umfasst: einen Modulator (1420) zur Modulation eines ersten Datensignals auf den ersten Lichtstrahl (1481); eine Leistungsteilereinheit (1430) zur Teilung des modulierten ersten Lichtstrahls in eine Mehrzahl von Strahlkomponenten (1425-1 ... 1425-N); einen Faserkoppler (1440) zur Koppelung jeder der Strahlkomponenten auf eine entsprechende der optischen Fasern (1450-1 ... 1450-N); eine Datenschnittstelle (1410), welche so gestaltet ist, dass sie an den Kommunikationsbus koppelt, wobei die Datenschnittstelle so gestaltet ist, dass sie das erste Datensignal aus dem Kommunikationsbus empfängt und das erste Datensignal dem Modulator zuführt (1420); und wobei jede der passiven optischen Antennen (1460-1 ... 1460-N) so gestaltet ist, dass sie die entsprechende Strahlkomponente von der entsprechenden optischen Faser abkoppelt und die entsprechende Strahlkomponente in die Atmosphäre überträgt.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aktivelektronikeinheit (1510) eine Mehrzahl von Transceivern (1520-1 ... 1520-N) aufweist, von denen jeder an eine entsprechende aus der Mehrzahl der optischen Fasern (1550-1 ... 1550-N) gekoppelt ist; wobei der Kommunikationsbus ein elektronisches Schaltsystem (1530) aufweist; wobei jeder Transceiver (1520-1 ... 1520-N) so gestaltet ist, dass er (a) einen zweiten Lichtstrahl aus der entsprechenden optischen Faser empfängt, (b) ein zweites Datensignal aus dem zweiten Lichtstrahl moduliert, (c) einen dritten Lichtstrahl erzeugt, (d) ein drittes Datensignal auf den dritten Lichtstrahl moduliert, und (e) den dritten Lichtstrahl auf die entsprechende optische Faser koppelt; und wobei das elektronische Schaltsystem (1530) an die Transceiver (1520-1 ... 1520-N) gekoppelt ist und so gestaltet ist, dass es Datensignale zwischen den Transceivern (1520-1 ... 1520-N) austauscht durch Herstellen bidirektionaler Datenkanäle zwischen Teilgruppen von Transceivern, und dadurch das von jedem Transceiver erzeugte zweite Datensignal an die anderen Elemente der Teilgruppe von Transceivern überträgt, und wodurch die anderen Transceiver das zweite Datensignal als das dritte Datensignal für Strahlmodulation verwenden.
System für auf Licht basierendem drahtlosen Datentransfer durch die Atmosphäre, welches Folgendes umfasst: eine Mehrzahl optischer Empfänger (50-1 ... 50-N), wobei jeder Empfänger eine optische Faser (520-i), eine an die optische Faser gekoppelte passive optische Antenne (560-i), und ein an die optische Faser gekoppeltes optisches Empfängersystem (500-i) aufweist, wobei sich jede aus der Mehrzahl optischer Antennen (560-i) auf eine selbe Übertragungsantenne (1160) richtet, um einen Abschnitt eines von der Übertragungsantenne übertragenen Rundfunkstrahls (Broadcast Beam/BCB) abzufangen; und wobei jeder optische Empfänger (500-i) so gestaltet ist, dass er Daten aus dem Abschnitt des Rundfunkstrahls (Broadcast Beam/BCB) demoduliert.
System nach Anspruch 8, wobei jeder optische Empfänger (500-I, 50) Folgendes umfasst: eine Faserkoppelungsschnittstelle (530), welche an die optische Faser (520-i) gekoppelt ist, einen Empfänger (520) und eine Signalschnittstelle (510); wobei die Faserkoppelungsschnittstelle den Abschnitt des Strahls (BCB) abkoppelt und diesen dem Empfänger zur Verfügung stellt; wobei der Empfänger den Abschnitt des Strahls demoduliert und besagte Daten aus dem Abschnitt des Strahls rückgewinnt.
Verfahren zur Bereitstellung von Punkt-zu-Mehrpunkt Kommunikationskapazität, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen eines Stroms digitaler Daten aus einem Kommunikationsbus an einem ersten Ort; Empfangen eines ersten Lichtstrahls (1381; 1481) an besagtem ersten Ort, Teilen des ersten Lichtstrahls in eine Mehrzahl von Abschnitten (1325-1 ... 1325-N; 1425-1 ... 1425-N), und Koppeln jedes aus besagter Mehrzahl von Abschnitten des ersten Lichtstrahls auf eine entsprechende aus einer Mehrzahl optischer Fasern (1350-1 ... 1350-N; 1450-1 ... 1450-N; 1550-1 ... 1550-N); Modulieren der digitalen Daten auf besagte Mehrzahl von Abschnitten des ersten Lichtstrahls; Transferieren der Mehrzahl von Abschnitten des ersten Lichtstrahls zu einer entsprechenden Mehrzahl passiver optischer Antennen durch besagte Mehrzahl optischer Fasern, wobei sich die Mehrzahl passiver optischer Antennen an einer jeweiligen Mehrzahl zweiter Orte befindet; wobei die Mehrzahl passiver optischer Antennen die Mehrzahl von Abschnitten der ersten Lichtstrahlen in eine oder mehr Richtungen durch die Atmosphäre zu einer Mehrzahl optischer Korrespondenten überträgt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei sich der erste Ort im Innern eines Gebäudes befindet, wobei die Mehrzahl zweiter Orte außerhalb des Gebäudes liegt.