CN105814813A - 多光束自由空间光学端点 - Google Patents

Abstract

自由空间光通信(FSO)是一种利用光频率的无线技术。先前可用的FSO收发器由于用于发送数据的激光的高指向性而被局限于点到点链路。相反，这里公开的各种实施方式包括一种多光束FSO装置，该多光束FSO装置不太依赖于点到点链路并且包括镜头组件和光通信器件的平面阵列。镜头组件包括被成形为将基本在第一角度范围内接收到的入射光引导向聚光平面并且将离开聚光平面的出射光引导到第一角度范围内的至少一个表面。平面矩阵包括与镜头组件的聚焦平面相关联地布置的多个光通信器件，其中该多个光通信器件中的每个光通信器件表征多个光通信链路端点中的至少一个。

Description

多光束自由空间光学端点

相关申请

本申请要求于2013年12月3日递交的美国专利申请No.14/095,247的权益。

技术领域

本公开涉及数据通信，尤其涉及使能多光束自由空间光学端点的系统、方法、和装置。

背景技术

数据网络的不断发展包括改善对于可用带宽的无线接入。无线接入例如，使能移动通信和运营商维护的物理网络基础架构资产的更集中的管理。使用射频(RF)技术(例如，蜂窝网络、WiFi)的无线数据网络通常在所定义的频谱频带内是带宽受限的。在相对于接入点(例如，蜂窝基站)管理的带宽分配具有高集中度的客户端设备的区域中，每个客户端设备可以被限制到数千比特(kb)的数据吞吐量。另外，为蜂窝数据流量指定的频谱带一般被特许给运营商，而运营商将特许费用传递给订户。

自由空间光通信(FSO)是利用光频率的无线技术。FSO数据链路可以比RF数据链路提供更大数量级的带宽。但是，以前可用的FSO收发器由于用于发送数据的光束的高指向性而被限制到点到点链路。相应地，以前可用的FSO数据链路包括处于点到点链路每端的离散FSO收发器。为了增加单个FSO收发器可以服务的数据链路的数目提出了扫描系统，该扫描系统包括机械地改变收发器瞄准以及使用主动光束偏转器来追踪运动的客户端，和/或系统地连接到它们视野中的一系列的多个客户端。但是，以前可用的FSO收发器非常大并且依赖于精确的瞄准，所以扫描系统非常昂贵、精细、慢速、麻烦、机械复杂、以及耗电。替代地，以前可用的多光束FSO端点组件包括与离散FSO收发器阵列嵌在一起的弯曲面。每个FSO收发器覆盖从弯曲面上的相应点散发出来的空间立体角。这样的组件非常巨大和昂贵，难以组装和修理，并且难以对准从而使得各个光束被从弯曲面上的期望点发送或者接收。鉴于上述问题，使用以前可用的多光束FSO收发器的FSO网络的可扩展性非常有限。

附图说明

参考一些说明性实施方式的多个方面可以做出更多详细描述，从而使得本领域普通技术人员可以理解本公开，其中，一些说明性实施方式的某些方面在附图中被示出。

图1是根据一些实施方式的自由空间光学(FSO)数据通信环境的框图。

图2是根据一些实施方式的多光束FSO装置的截面图。

图3是根据一些实施方式的多光束FSO装置中包括的光通信器件的平面阵列的平面图。

图4是根据一些实施方式的多光束FSO装置中包括的通信电子器件的配置的框图。

图5是根据一些实施方式的另一多光束FSO装置的截面图。

图6是根据一些实施方式的使用多光束FSO装置接收光数据信号的方法的流程图。

图7是根据一些实施方式的使用多光束FSO装置发送光数据信号的方法的流程图。

图8是根据一些实施方式的多光束FSO系统的框图。

根据惯例，附图中示出的各种特征并不是按比例描画的，因为各种特征的尺寸可以为了清楚被任意放大或者缩小。另外，附图没有描绘出说明书中收录的给定系统、方法、或者装置的所有方面和/或变体。最后，贯穿附图，相似的参考标号被用来表示相同的特征。

具体实施方式

这里描述了很多细节，以提供对于附图中示出的说明性实施方式的透彻理解。但是，附图仅示出了本公开的某些示例方面，因此不应该被看作限制性的。本领域普通技术人员从本公开将明白的是，其他有效方面和/或变形不包括这里描述的所有具体细节。另外，公知的系统、方法、部件、器件、以及电路没有被穷尽详细地描述，以避免不必要地模糊这里描述的实施方式的更为相关的方面。

概述

先前可用的自由空间光学(FSO)收发器由于用于发送数据的光束的高指向性，而被限制到点到点链路。相反，这里公开的各种实施方式包括一种多光束FSO装置，该多光束FSO装置可以同时在一个或多个点到点链路上操作，并且可以包括镜头组件和光通信器件的平面阵列。镜头组件包括至少一个这样的表面，该表面被成形为将基本在第一角度范围内接收到的入射光引导向聚焦平面并且将离开聚焦平面的出射光引导到第一角度范围中。平面阵列包括与镜头组件相关联地布置的多个光通信器件，其中多个光通信器件中的每个光通信器件表征多个光通信链路端点中的至少一个光通信链路端点。

图1是根据一些实施方式的FSO数据通信环境100的框图。尽管示出了相关特征，但是本领域普通技术人员将从本公开明白的是，为了简洁、以及不模糊这里公开的示例实施方式的更为相关的方面，没有示出各种其他特征。为此，作为非限制性示例，FSO数据通信环境100包括多个客户端设备141-1、141-2、141-3、…、141-n、多光束FSO端点130、网关节点120、以及网络110。

网关节点120将多光束FSO端点130耦合到网络110。为了简洁和方便，图1示出了与单个多光束FSO端点结合在一起的单个网关节点。本领域普通技术人员将明白的是，在各种实施方式中，任意数目的网关节点可以分别通信地耦合到任意数目的多光束FSO端点，以建立FSO数据通信环境的至少一部分。另外，在各种实施方式中，网关节点120向多光束FSO端点130提供对于包括RF无线网络、光缆网络、有线网络、局域网(LAN)、和/或广域网(例如，内联网、外联网、虚拟专用网、或者互联网)在内的多个通信网络中的任意一个的接入。另外和/或替代地，在一些实施方式中，多个网关节点被提供给多光束FSO端点，并且每个网关节点为多光束FSO端点提供对于相应的通信网络和/或服务的接入。在一些实施方式中，网关节点120被与多光束FSO端点130集成在一起。在一些实施方式中，网关节点120包括一个或多个计算和/或路由设备，这些计算和/或路由设备基于与特定部署有关的运算和资源分配因素而被分布开来或者处于相同的位置。

如图1中所示，多光束FSO端点130包括控制和接口模块131、光通信器件的平面阵列132、以及镜头组件133。如下面参考图2和图3更详细地描述的，多光束FSO端点130在某角度范围135中通过多个光束数据信道。每个光束数据信道使能与多个客户端设备141-1、141-2、141-3、…、141-n中的一个或多个客户端设备的自由空间光通信。每个光束数据信道具有镜头组件133上的相应角度部分，光束数据信道从该角度部分被引导至或者引导离开光通信器件的平面矩阵132。更具体地，镜头组件133包括至少一个这样的平面，该平面被成形为将基本在角度范围135中接收到的入射光引导向光通信器件的平面矩阵132、以及将离开光通信器件的平面矩阵的出射光朝向一个或多个客户端设备141-1、141-2、141-3、…、141-n引导到第一角度范围135中。这样，多光束FSO端点130通过网关节点120将多个客户端设备141-1、141-2、141-3、…、141-n耦合到网络110。再一次地为了简洁和方便，图1示出了与一组客户端设备结合在一起的单个多光束FSO端点。另外，本领域普通技术人员将明白的是，在各种实施方式中，任意数目的多光束FSO端点被分别通信地耦合到任意数目的客户端设备，以建立FSO数据通信环境的至少一部分。

多个客户端设备141-1、141-2、141-3、…、141-n中的每个客户端设备一般包括诸如计算机、膝上型计算机、平板设备、上网本、互联网亭、个人数字助理、移动电话、智能电话、游戏设备、计算机服务器、或者任何其他计算设备之类的任何适当的计算机设备。在一些实施方式中，每个客户端设备141-1、141-2、141-3、…、141-n包括一个或多个处理器、一种或多种类型的存储器、显示器和/或诸如键盘、触摸屏显示器、鼠标、跟踪板、数字相机之类的其他用户接口设备、和/或任意数目的添加功能的补充设备。

网络110是任意LAN和/或WAN，例如，内联网、外联网、虚拟专用网、或者互联网。在一些实施方式中，网络110提供客户端设备141-1、141-2、141-3、…、141-n中的任意一个与一个或多个第三方内容服务器和/或服务服务器(未示出)之间的通信能力。在一些实施方式中，网络110使用超文本传输协议(HTTP)，来使用传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)传输信息。HTTP允许客户端设备访问经由网络110可用的各种资源。但是，这些实施方式不限于使用任何特定协议。贯穿本说明书使用的术语“资源”是指经由统一资源定位符(URL)可访问的任何信息或服务，并且包括例如，网页、文档、电子邮件消息、即时通讯(IM)消息、短消息服务(SMS)消息、转录的语音消息、数据库、图像、视频流、云交易、以及计算对象。

在一些实施方式中，FSO数据通信环境包括图1中所示的元件的子集或者扩展集(superset)。所以，尽管图1将FSO数据通信环境100示出为多个离散元件，但是图1更多地用于对可以存在于FSO数据通信环境100中的各种特征的功能描述，而不是各种实施方式的结构示意图。例如，单独示出的一些元件可以被结合在一起，并且一些元件可以被进一步划分为子元件或者并列元件。另外，图1中的一些单独元件可以由单个服务器或者模块实现，并且一些单个元件可以由一个或多个服务器或模块实现。FSO数据通信环境100中的服务器的实际数目、以及特征在这些服务器中间如何分配将随着实施方式的不同而变化，并且可以部分地取决于在使用高峰期和平均使用期期间系统必须处理的通信量。例如，在一些实施方式中，如果FSO数据通信环境100管理与大量客户端设备相关联的大量数据通信量，则网关节点120是使用多个服务器实现的。

图2是根据一些实施方式的多光束FSO装置200的截面图，该多光束FSO装置类似于以上参考图1描述的多光束FSO装置并且是对参考图1描述的多光束FSO端点进行适应修改得出的。尽管示出了相关特征，但是本领域普通技术人员将从本公开明白的是，为了简洁以及不模糊这里公开的实施方式的更为相关的方面，没有示出各种其他特征。因此，作为非限制性示例，多光束FSO装置200包括镜头组件250、光学带通过滤器240、平面光学器件模块230、第一基底220、以及第二基底210。

在一些实施方式中，平面光学器件模块230被布置在镜头组件250和多个光传输器件221之间，从而使得平面光学器件被配置为提供出射光束的几何成形以及光束校正中的至少一者。如图1中所示，在一些实施方式中，光学带通过滤器240和平面光学器件模块230被布置在镜头组件250和第一基底220之间，从而使得平面光学器件模块230邻近第一基底220。但是，在一些实施方式中，光学带通过滤器邻近第一基底220。另外，如图1中所示，第一基底220被布置在镜头组件250和第二基底210之间。光学带通过滤器240、平面光学器件模块230、第一基底220、以及第二基底210的组合基本被布置在镜头组件250的聚焦平面上。

第一基底220包括这样的布置，该布置包括制造在第一基底220上的多个光传输器件221和多个穿孔222。多个穿孔222部分地定义机械地支持并连接与第一基底220相关联的多个光传输器件221的基底材料网。在一些实施方式中，第一基底220被划分为分别被结合在第二基底210上的两个或更多个分段，这可以改善多光束FSO装置200的产品和/或装配。第二基底210包括被相应地布置在多个穿孔222下方的多个光探测器211。在操作中，来自镜头组件250的入射光束通过穿孔222到达光探测器211。即，在一些实施方式中，第一基底220被钻孔以包括穿孔，从而允许多个入射光束通过这些穿孔到达第二基底210上的多个光探测器211。另外，在一些实施方式中，第一基底220包括适用于制造光发射器(例如，制造激光设备)的材料系统。在一些实施方式中，多个光探测器211中的每个光探测器可以被控制从对应的光通信链路接收包括接收数据的经调制的入射光。在一些实施方式中，光传输器件的数目基本匹配光探测器的数目。在一些实施方式中，存在比光传输器件更多或更少的光探测器。

在一些实施方式中，多个光传输器件221中的每个光传输器件可以被控制对相应的入射光束进行调制，以将传输数据包括到占据第一角度范围的特定部分的相应光传输链路上。因此，在一些实施方式中，多个光传输器件221中的一些光传输器件包括一个或多个焊盘(未示出)。在一些实施方式中，第一基底220适用于III-V半导体激光制造。在一些实施方式中，第一基底220适于使用碳化硅和碳纳米管中的至少一种制造光发射器件。在一些实施方式中，多个光传输器件221中的一些光传输器件包括激光和发光二极管(LED)中的一者。在一些实施方式中，多个光传输器件221中的一些光传输器件分别包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)。在一些实施方式中，VCSEL是使用不同的制造工艺和/或不同材料，从第二基底210上的多个光探测器211产生的。

镜头组件250包括被成形为将基本在第一角度范围260中接收到的入射光引导向镜头组件250的聚焦平面、以及将离开聚焦平面的出射光引导到第一角度范围260内的至少一个平面。在一些实施方式中，镜头组件250包括滤光膜251。在一些实施方式中，滤光膜251具有以下特征中的至少一者：波长敏感和抗反射。在一些实施方式中，滤光膜251被配置为执行以下处理中的至少一项：减少反射到聚焦平面的出射光量、排除环境光、以及调节入射光以引导至多个光探测器。在一些实施方式中，过滤器的特征在于以下各项中的至少一项：影响光束形成、波长敏感、抗反射、包括四分之一波板、以及镜头组件的至少一个表面上的涂层。另外，尽管图1将镜头组件250示出为单个元件，但是在一些实施方式中，镜头组件包括多个透镜元件和/或多个透镜元件群组。

在一些实施方式中，第一角度范围260包括横跨至少一个维度的10到200度之间的范围。在一些实施方式中，镜头组件250包括鱼眼光学透镜元件。一些鱼眼光学透镜元件提供延展超过200度的视场。在一些实施方式中，鱼眼光学透镜元件被用于在贯穿半球延展的方向中发送和接收光束，并且将光束引导至和引导离开聚焦平面。

在一些实施方式中，平面光学器件模块230被提供，以执行光束几何成形和校正。因此，在一些实施方式中，平面光学器件模块230包括多个微透镜231。多个微透镜231中的每个微透镜被布置为截取并调节在镜头组件250与多个光探测器211中的一个和/或多个光传输器件221中的一个之间行进的光。在一些实施方式中，多个微透镜231包括菲涅耳透镜、微机械透镜、模压透镜、以及全息光学器件中的至少一种。在一些实施方式中，光学带通过滤器240被提供，以减少来自周围环境的多余的外部波长，从而减小对于太阳能超载、环境光等级、和/或蓄意干扰的敏感性。

在一些实施方式中，多个光探测器211和多个光传输器件221中的至少一些包括平面阵列，该平面阵列包括与镜头组件250的聚焦平面相关联地布置的多个光通信器件。如下面更详细地描述的，多个光通信器件中的每个光通信器件表征多个光通信链路端点中的至少一个。第一角度范围260的每个相应部分和聚焦平面上的相应区域表征与多个光通信链路端点中的至少一个相关联的相应光通信链路的至少一部分。这样，在一些实施方式中，光束信道被布置在第一基底220和第二基底210的中心和外围之间的同心圆中，从而使得光束重叠并且镶嵌由第一角度范围260限定的半球。

例如，每个光传输器件221提供光束261a，该光束被镜头组件250轻微扩展以产生被伸展进第一角度范围260的相应部分的发散传输光束261b。换言之，镜头组件250(可选地，平面光学器件模块230)将入射光束从多个光通信器件中的至少一个引导到第一角度范围260的相应部分中。如上所述，由每个光传输器件221发送的光束可以被调制，以包括相应光束数据信道的传输数据。相反，镜头组件250将在第一角度范围260的多个部分262a中接收的入射光集中在一起，以产生相应的光束262b。各个光束262b中的每个光束被引导到第二基底210上的多个光探测器211中的相应的一个。换言之，镜头组件250将在第一角度范围的相应部分中接收到的入射光束引导至与多个光通信器件中的至少一个相关联的聚焦平面上的相应区域。

在一些实施方式中，所发送和接收的光束故意分开约光束中心之间的角距的1.5倍(例如，在一些实施方式中大约为15度)。这会在远场中产生重叠，确保多光束FSO装置200的第一角度范围260在一些实施方式中被至少一个接收光束和一个发送光束覆盖。另外，与给定信道相关联的相应的发送光束和接收光束由于每个光探测器与表征信道的邻近光传输器件之间的偏置而不是精确一致的。这又在给定信道的远场中的发送光束位置与接收光束位置之间造成了轻微的偏差。在一些实施方式中，平面光学器件模块230被配置为一定程度上减轻这种角误差。

图3是图2的第一和第二基底220、210上包括的光通信器件的平面阵列的平面图。因此，为了简洁起见，它们共有的元件包括共有的参考标号，并仅参考图3描述图2中无法看到的方面。另外，尽管示出了某些具体特征，但是本领域技术人员将从本公开明白的是，为了简洁示出了各种其他特征，以不模糊这里公开的示例实施方式的更为相关的方面。

因此，图3示出多个光传输器件221和多个光探测器211被布置为多个器件群组320。多个器件群组中的每个器件群组包括多个光传输器件221和多个光探测器211中的每种的至少一个。更具体地，图3示出了一种具体实施方式中的约300个器件群组。器件群组的数目至少部分是用于布置多个光传输期间221和多个光探测器211的六角形镶嵌图案的结果。六角形镶嵌图案仅是用在各种实施方式中的很多可能布置中的一种。本领域普通技术人员将明白的是，在各种其他实施方式中也可以使用其他镶嵌图案(例如，网格、同心环、以及分形图案)。

另外，图3示出了集成在第二基底210上的多个功能通信模块，这些模块包括存储器模块315、处理和/或逻辑模块314、以及接口模块312。第二基底210还包括有助于去往和来自第二基底210上的器件和/或模块的电气连接的多个连接焊盘310。在一些实施方式中，为了方便去往和来自第二基底210上的器件和/或模块的电气连接，第一基底220包括接近基底210的表面上的连接焊盘(未示出)。在一些实施方式中，基底210包括控制模块的至少一部分、和多个光通信器件的至少一部分。

图4是根据一些实施方式的包括在多光束FSO装置中的通信电子设备400的示例配置的框图。再一次地，尽管示出了相关特征，但是本领域普通技术人员将从本公开明白的是，为了简洁没有示出各种其他特征，以不模糊这里公开的示例实施方式的更为相关的方面。在一些实施方式中，通信电子设备400包括耦合到多个光通信器件的控制模块。在一些实施方式中，控制模块被配置为管理并提供用于多个光通信链路端点的外部接口，并且包括处理器、数字逻辑、可编程固件、以及存储器分配中的至少一者。在一些实施方式中，控制模块被配置为提供协议处理、调制、解调、数据缓存、功率控制、路由、交换、时钟恢复、放大、解码、以及误差控制中的至少一者。在一些实施方式中，控制模块的至少一部分和多个光通信器件的至少一部分被提供在第一基底上。

更具体地，作为非限制性示例，通信电子设备400包括多个发送器410、多个接收器420、发送器功率控制模块418、链路控制逻辑419、接收功率监控模块432、闪存模块434、RAM存储器模块436、系统控制处理器438、数据端口接口440、缓存表448、以及本地端口442、444和446。发送器功率控制模块418被耦合到多个发送器410和链路控制逻辑419之间。接收功率监控模块432被耦合到多个接收器420和链路控制逻辑419之间。多个发送器410和多个接收器420被耦合到数据端口接口440，该数据端口接口440又耦合到系统控制处理器438、缓存表448、以及本地端口442、444和446。系统控制处理器438被耦合到闪存模块434和RAM存储器模块436。在一些实施方式中，系统控制处理器438包括雾计算节点。

每个发送器410包括相应的光传输器件221(例如，VCSEL、LED等)、偏置模块414、以及调制器416。偏置模块414进行操作以设置相应的光传输器件221的静息条件。调制器416进行操作以从数据端口接口440接收数据并控制相应的光传输器件221，从而使得数据流被调制到所发送的光束上。发送器功率控制模块418进行操作，以响应于来自链路控制逻辑419的控制信号来控制来自每个光传输器件221的发送功率。

每个接收器420包括相应的光探测器211、自动增益控制(AGC)模块426、放大器428、时钟恢复模块422b、以及解调器和解码模块422a。AGC模块426感测所接收的功率指示符，并将所接收的功率指示符从相应的光探测器211提供到链路控制逻辑419。放大器428被提供，以放大并设置来自相应的光探测器211的接收信号的背景噪声。时钟恢复电路422b被提供，以获取比特定时并使能所接收的数据信号的同步，从而使得所接收的数据信号可以被解调器和解码模块422a解调并解码。相应的经过解调和解码的信号随后被传递到数据端口接口440，该数据端口接口将一个或多个经过解调和解码的信号路由至本地端口442、444、以及446中的适当的一个或多个。

在操作中，系统控制处理器438协调通信电子设备400的操作。在一些实施方式中，系统控制处理器438被配置为管理并提供用于多个光通信链路端点的外部接口，并且包括处理器、数字逻辑、可编程固件、以及存储器分配中的至少一者。例如，在一些实施方式中，系统控制处理器438的功能包括：基于所接收的功率监控器432提供的一个或多个指示符来确定哪些链路是有效的。另外和/或替代地，在一些实施方式中，系统控制处理器438进行操作以协调激光功率控制设置，从而使能一个或多个传输信道。另外和/或替代地，在一些实施方式中，系统控制处理器438进行操作以在本地端口442、444、446与发送器410和接收器420之间的数据端口接口440中引导数据流量。

图5是根据一些实施方式的另一多光束FSO装置500的截面图。多光束FSO装置500类似于图2的多光束FSO装置，并且是对图2的多光束FSO装置200进行适应修改得出的。这些多光束FSO装置共有的元件包括共有的参考标号，并且为了简洁这里仅描述图2和图5之间的不同。因此，相比较于多光束FSO装置200，多光束FSO装置500不包括两个基底。相反，基底510包括多个光传输器件521和多个光探测器511二者。在一些实施方式中，基底510是基于硅的基底，并且多个光传输器件521被结合到基底510。在一些实施方式中，多个光传输器件521被制造在基底510上。在一些实施方式中，多个光传输器件521、以及多个光探测器511中的一些光探测器被基本均匀地布置在平面阵列中。在一些实施方式中，多个光传输器件521中的一些光传输器件、和多个光探测器511中的一些光探测器被基本均匀地布置在平面阵列中，形成六角形环布置、分形图案、以及网格图案中的至少一者。

图6是根据一些实施方式的使用多光束FSO装置接收光数据信号的方法600的流程图。简言之，方法600包括：从多光束FSO装置的第一角度范围内接收一个或多个经调制的光束；解调数据流；以及通过多光束FSO装置的端口路由数据流。

因此，如块6-1所示，方法600包括：从多光束FSO装置的第一角度范围内的各个非并行路径接收多个光信号。例如，参考图2，入射光信号262a首先在镜头组件250的第一角度范围260内被接收。镜头组件250将入射光信号262a集中到光束262b中，并且将每个光束引导至相应的光探测器211。

如块6-2所示，方法600包括：放大所接收的多个光信号中的一个或多个。例如，参考图4，在一些实施方式中，对于多个光信号中的一些光信号，相应的放大器428和AGC模块426至少基于所接收的光信号的接收功率的指示来实现适当的增益等级。

如块6-3所示，方法600包括：对所接收的多个光信号中的每一个执行时钟恢复和同步。例如，参考图4，每个接收器420中的相应时钟恢复模块422b执行时钟恢复和同步。如块6-4所示，该方法包括：解调和/或解码所接收的多个光信号中的每个光信号，以产生多个数据信号或流中的相应的一个数据信号或流。例如，参考图4，解调器和解码模块422a执行所接收的多个光信号中的每个光信号的解调和/或解码，以产生多个数据信号或数据流中的相应的一个数据信号或数据流。如块6-5所示，方法600包括使用一个或多个网络接口从多个端口发送多个数据信号或流。例如，参考图4，数据端口接口440将一个或多个经解调和解码的信号路由至本地端口442、444、以及446中的适当的一个或多个，以将这些信号发送到一个或多个网络接口(例如，蜂窝网络网关)。

图7是根据一些实施方式的使用多光束FSO装置发送光数据信号的方法700的流程图。简而言之，方法700包括：接收寻址到客户端设备的数据分组；识别将所寻址的客户端设备耦合到多光束自由空间光学装置的特定光束数据信道，其中每个光束数据信道是由多光束自由空间光学装置提供的；以及在所识别的信道上将数据分组从多光束自由空间光学装置发送到所寻址的客户端设备。在一些实施方式中，每个光束数据信道是在多光束自由空间光学装置的第一角度范围内进行接收和发送中的至少一者，并且是由包括多光束自由空间光学装置的多个光通信器件的平面阵列发送和接收中的至少一者。

因此，如块7-1所示，方法700包括接收寻址到多个设备之一的数据分组。例如，参考图4，数据端口接口440接收数据分组。如块7-2所示，方法700包括通过执行查表操作，识别通信地将所寻址的客户端设备耦合到多光束FSO装置的特定光束数据信道。例如，参考图4，系统控制处理器438通过取回和/或访问存储在闪存434和RAM436中的至少一者中的查找表(包括客户端设备信道分配)来识别特定的光束数据信道。

如块7-3所示，该方法包括：在所识别的光束数据信道上向所寻址的客户端设备发送证实消息，以证实设备信道指派是有效的。如块7-4所示，方法700包括：从所寻址的客户端设备接收响应于证实消息的确认消息。如块7-5所示，方法700包括：在所识别的光束数据信道上建立和/或协商用于所寻址的客户端设备与多光束FSO装置之间的数据传输的自由空间光信道接入。如块7-6所示，方法700包括在所识别的光束数据信道上向所寻址的客户端设备发送寻址的数据分组。

图8是根据一些实施方式的多光束FSO端点系统800的框图。尽管示出了某些具体特征，但是本领域技术人员将从本公开明白的是，为了简洁没有示出各种其他特征，以便不模糊这里公开的实施方式的更为相关的方面。因此，作为非限制性示例，在一些实施方式中，多光束FSO端点系统800包括多光束FSO装置200、一个或多个处理单元(CPU)802、一个或多个输出接口803、存储器806、编程接口808、以及用于互连这些及各种其他部件的一个或多个通信总线804。

为了简洁和方便，多光束FSO装置200包括以上参考图2描述的特征。但是，本领域普通技术人员将明白的是，包括图5中示出的多光束FSO装置500在内的多光束FSO装置的各种实施方式可以被预见。

在一些实施方式中，通信总线804包括互连并且控制系统部件之间的通信的电路。存储器806包括诸如DRAM、SRAM、DDRRAM、或者其他随机存取固态存储器设备之类的高速随机存取存储器；并且可以包括诸如一个或多个磁盘存储设备、光盘存储设备、闪存设备、或者其他非易失性固态存储设备之类的非易失性存储器。存储器806可选地包括远离一个或多个CPU802的一个或多个存储设备。存储器806包括非暂态计算机可读存储介质。另外，在一些实施方式中，存储器806或者存储器806的非暂态计算机可读存储介质存储包括可选的操作系统830、链路控制模块820、接收控制模块840、发送控制模块850、以及端口控制模块860在内的下列程序、模块和数据结构、或者它们的子集。

操作系统830包括用于处理各种基础系统服务以及用于执行硬件相关任务的进程。

在一些实施方式中，链路控制模块820被配置为控制和/或调节由多光束FOS装置200发送的多个光束数据信道上的传输功率；并且控制和/或均衡由多光束FSO装置200接收的多个光束数据信道上的接收器增益。因此，在一些实施方式中，链路控制模块820包括发送器指令集821、接收器指令集822、以及探索和元数据823。在一些实施方式中，探索和元数据823包括例如，以前设置的日志，以及与一个或多个客户端设备相关联的通信参数的查找表。

在一些实施方式中，接收控制模块840被配置为恢复由多光束FSO装置200从一个或多个光束数据信道接收的数据。因此，在一些实施方式中，接收控制模块840包括接收器功率监控器841(例如，包括数据结构)、时钟恢复模块842、以及解调器843。

在一些实施方式中，发送控制模块850被配置为准备用于多光束FSO装置200发送的一个或多个光束数据信道的传输数据。因此，在一些实施方式中，发送控制模块850包括发送功率监控器851(例如，包括数据结构)、调制器852、以及数据缓冲器853。

在一些实施方式中，端口控制模块860被配置路由数据流去往本地端口，以及从本地端口路由数据流量。因此，在一些实施方式中，端口控制模块860包括指令集861、端口缓冲器862、以及探索和元数据863。

在一些实施方式中，具有这里描述的一个或多个特征的设备和/或电路可以被包括在任意数目的通信设备中。这样的设备和/或电路可以直接被以通信设备实现，被以这里描述的模块形式实现，或者被以它们的一些组合实现。在一些实施例中，这样的通信设备可以包括例如，蜂窝电话、智能电话、具有或者不具有电话功能的手持无线设备、平板电脑、路由器、接入点、基站、服务器等。即，本领域技术人员还将从本公开明白的是，在各种实施方式中，多光束FSO装置被包括在诸如，计算机、膝上型计算机、平板电脑设备、上网本、互联网亭、个人数字助理、光调制解调器、基站、中继器、无线路由器、移动电话、智能电话、游戏设备、计算机服务器、或者任何其他计算设备之类的各种设备中。在各种实施方式中，这些设备包括一个或多个处理器、一个或多个类型的存储器、显示器、和/或诸如键盘、触摸屏显示器、鼠标、跟踪板、数字相机之类的其他用户接口部件、和/或添加功能的任何数目的补充设备。

多个其他设备配置可以利用这里描述的一个或多个特征。例如，设备不需要成为多频带设备。在另一示例中，设备可以包括一个或多个多光束FSO装置、以及诸如Wi-Fi、蓝牙、和GPS之类的其他连接特征。

尽管以上描述了所附权利要求的范围内的各个方面的实施方式，但是应该明白的是，以上描述的实施方式的各种特征可以被具体化为各种形式，并且以上描述的任意具体结构和/或功能仅是说明性的。基于本公开，本领域技术人员应该明白的是，这里描述的某个方面可以独立于任意其他方面被实现，并且两个或者更多方面可以被以各种方式结合在一起。例如，可以使用这里提出的任意数目的方面来实施方法和/或实现装置。另外，除了这里提出的一个或多个方面以外，还可以使用其他结构和/或功能来实施方法和/或实现装置。

还将理解的是，尽管这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应该收这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件区别于另一个元件。例如，第一触点可以被称为第二触点，并且类似地，第二触点可以被称为第一触点，只要所有出现的“第一触点”被统一重命名并且所有出现的第二触点被统一重命名，就不会改变描述的含义。第一触点和第二触点均为触点，但是它们不是相同的触点。

这里使用的术语仅用于描述特定实施例，而不用于限制权利要求。如实施例和所附权利要求的描述中所使用的，单数形式“一”、“一个”、以及“该”也用于包括复数形式，除非上下文明确指示相反的含义。还应该理解的是，这里使用的术语“和/或”指代并且覆盖一个或多个相关联地列出的条目的任意以及所有的可能组合。还应该理解的是，术语“包括”和/或“包含”在被用在说明书中时，表示所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件、和/或群组的存在或添加。

如这里所使用的，术语“如果”可以被构建为表示“当…时”、“当…时候”、“响应于判定”、“根据判定结果”、或者“响应于检测”根据上下文判定所陈述的先决条件为真时。类似地，短语“如果确定所陈述的先决条件为真”、“如果所陈述的先决条件为真”、“当所陈述的先决条件为真时”可以被勾建为表示“当基于上下文判定所陈述的先决条件为真的时候”、“响应于基于上下文判定所陈述的先决条件为真”、“根据基于上下文的判定结果为所陈述的先决条件为真”、或者“当基于上下文检测到所陈述的先决条件为真的时候”、或者“响应于检测到所陈述的先决条件为真”。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

镜头组件，包括被成形为将基本在第一角度范围内接收到的入射光引导向聚焦平面并且将离开所述聚焦平面的出射光引导到所述第一角度范围内的至少一个表面；以及

平面阵列，包括与所述镜头组件的聚焦平面相关联地布置的多个光通信器件，其中，所述多个光通信器件中的每个光通信器件表征多个光通信链路端点中的至少一个。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一角度范围包括横跨至少一个维度的10到200度之间的范围。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述镜头组件将在所述第一角度范围中的相应部分内接收到的入射光束引导到所述聚焦平面上与所述多个光通信器件中的至少一个光通信器件相关联的对应区域，并且将离开所述多个光通信器件中的所述至少一个光通信器件的出射光束引导到所述第一角度范围中对应的相应部分中。

4.如权利要求3所述的装置，其中，所述第一角度范围中的每个相应部分和所述聚焦平面上对应的相应区域表征与所述多个光通信链路端点中的至少一个光通信链路端点相关联的相应光通信链路的至少一部分。

5.如权利要求1所述的装置，还包括过滤器，该过滤器被配置为执行以下处理中的至少一项：减少反射回所述聚焦平面的出射光的数量、基本排除环境光、以及调节被引导到所述多个光探测器的入射光。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述过滤器具有以下各项特征中的至少一项：被配置为影响波束形成、波长敏感、抗反射、包括四分之一波片、以及所述镜头组件的所述至少一个表面上的涂层。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述多个光通信器件包括多个光传输器件，其中，所述多个光传输器件中的每个光传输器件能够被控制为调制相应的出射光束以在占据所述第一角度范围中的特定部分的对应光通信链路上包括传输数据。

8.如权利要求7所述的装置，还包括第一基底，其中所述多个光传输器件被制造在所述第一基底上。

9.如权利要求8所述的装置，还包括第二基底，该第二基底包括多个光探测器，并且其中所述第一基底被打孔以包括穿孔，所述穿孔允许多个入射光束通过所述穿孔到达所述第二基底上的多个光探测器，并且所述第一基底适用于光传输器件制造。

10.如权利要求9所述的装置，其中，所述多个光传输器件和所述多个光探测器被布置为多个器件群组，其中所述多个器件群组中的每个器件群组包括所述多个光传输器件和所述多个光探测器中的每种的至少一个。

11.如权利要求9所述的装置，其中，所述多个光传输器件中的一些光传输器件和所述多个光探测器中的一些光探测器基本均匀地布置在所述平面阵列中，以形成六边形环布置、分形图案、及网格图案中的至少一种。

12.如权利要求8所述的装置，其中，所述第一基底是基于硅的基底，并且所述多个光传输器件被结合到所述基于硅的基底上。

13.如权利要求8所述的装置，还包括平面光学器件，该平面光学器件被布置在所述镜头组件和所述多个光传输器件之间，其中，所述平面光学器件被配置为提供出射光束几何成形和光束校正中的至少一者。

14.如权利要求1所述的装置，其中，所述多个光通信器件包括多个光探测器，其中，所述多个光探测器中的每个光探测器能够被控制为接收来自对应光通信链路中的包括接收数据的经调制的入射光。

15.如权利要求1所述的装置，还包括被耦合到所述多个光通信器件的控制模块，其中所述控制模块被配置为管理并提供用于所述多个光通信链路端点的外部接口，并且包括处理器、数字逻辑、可编程固件、以及存储器分配中的至少一者。

16.如权利要求15所述的装置，其中，所述控制模块被配置为提供协议处理、调制、解调、数据缓冲、功率控制、路由、交换、时钟恢复、放大、解码、以及误差控制中的至少一者。

17.如权利要求15所述的装置，还包括第一基底，该第一基底包括所述控制模块的至少一部分和所述多个光通信器件的至少一部分。

18.一种方法，包括：

接收寻址到客户端设备的数据分组；

识别将所寻址的客户端设备耦合到多光束自由空间光学装置的特定光束数据信道，其中每个光束数据信道由多光束自由空间光学装置提供；以及

在所识别的信道上将所述数据分组从所述多光束自由空间光学装置发送到所寻址的客户端设备。

19.如权利要求18所述的方法，其中，每个光束数据信道在所述多光束自由空间光学装置的第一角度范围内进行发送和接收中的至少一者，并且是由包括所述多光束自由空间光学装置的多个光通信器件的平面阵列发送和接收中的至少一者。

20.如权利要求18所述的方法，其中，识别所述光束数据信道包括：

执行查表操作以识别所述客户端设备最后使用的特定光束数据信道；以及

在所述特定光束数据信道上发送证实消息以便于部分地证实设备信道指派是有效的；以及

从所寻址的客户端设备接收响应于所述证实消息的确认消息，所述确认消息证实所述设备信道指派是有效的。