DE102010041799A1

DE102010041799A1 - System und Verfahren zur Kommunikation über eine optische Verbindung und zugeordnetes Relaisterminal

Info

Publication number: DE102010041799A1
Application number: DE201010041799
Authority: DE
Inventors: Ludovic Vaillon; Gilles Planche
Original assignee: Astrium SAS
Current assignee: Airbus Defence and Space SAS
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2030-10-01
Also published as: IT1402631B1; ITRM20100503A1; FR2950763A1; FR2950763B1; DE102010041799B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Kommunikation und ein zugeordnetes Relaisterminal. Das Relaisterminal (4) ist dazu bestimmt, einerseits mit einem ersten Benutzerterminal (6) zu kommunizieren, das dazu geeignet ist, einen Strahl in einem ersten Spektralband zu übertragen, und andererseits mit einem zweiten Benutzerterminal (8), das dazu in der Lage ist, einen Strahl in einem zweiten Spektralband zu übertragen, wobei das Relaisterminal umfasst:
– einen ersten (30) und einen zweiten (32) Kommunikationsweg, die dazu in der Lage sind, die Strahlen zu verarbeiten, die vom ersten Benutzerterminal (6) bzw. vom zweiten Benutzerterminal (8) kommen;
– eine Übertragungseinheit (22), die dazu in der Lage ist, den Teil der Energie des von dem Empfangselement (37) empfangenen Strahls, der in dem ersten Spektralband enthalten ist, zu dem ersten Kommunikationsweg zu übertragen, und den übrigen Teil der Energie des empfangenen Strahls zu dem zweiten Kommunikationsweg.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Kommunikation über eine optische Verbindung, genauer auf ein Relais-System, um zu bewirken, dass ein Relaisterminal mit einer Mehrzahl von Benutzerterminals kommuniziert.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Relaisterminal, das dazu bestimmt ist, über eine optische Verbindung mit einem ersten Benutzerterminal und einem zweiten Benutzerterminal zu kommunizieren, wobei das erste Benutzerterminal dazu geeignet ist, einen Strahl in einem ersten Spektralband an das Relaisterminal zu übertragen, und das zweite Benutzerterminal dazu geeignet ist, einen Strahl in einem zweiten Spektralband, das sich vom ersten Spektralband unterscheidet, an das Relaisterminal zu übertragen.
Unter einer Kommunikation über eine optische Verbindung, ist eine Kommunikation über optische Mittel zwischen einem Relaisterminal, beispielsweise einem Terminal, das auf einem Satelliten auf einer geostationären Umlaufbahn installiert ist, und einem Benutzerterminal zu verstehen, das auf einem Satelliten auf einer niedrigen Umlaufbahn, auf einem Luftfahrzeug (Flugzeug, Drohne oder anderes), auf einem Wasserfahrzeug (Schiff, Unterseeboot oder anderes) oder auch auf dem Boden installiert ist. Um eine solche Kommunikation durchzuführen, richten sich die beiden Terminals aneinander aus, um einen Laserstrahl aussenden und empfangen zu können, beispielsweise eine Infrarotstrahlung.
Das Dokument EP 1 777 844 offenbart ein System zur Kommunikation über eine optische Verbindung, welches ein Relaisterminal umfasst, das dazu geeignet ist, mit mehreren Benutzerterminals zu kommunizieren. Jedes Benutzerterminal ist dazu geeignet, Strahlen in einem einzigen Spektralband auszusenden.
Nun werden derzeit wenigstens zwei Spektralbänder für Kommunikationen über eine optische Verbindung per Satellit verwendet. Die Benutzerterminals und die Relaisterminals im Orbit senden Strahlen in dem einen oder dem anderen der autorisierten Spektralbänder aus.
Folglich kann ein Relaisterminal, das eingerichtet ist, um in einem gegebenen Spektralband zu kommunizieren, nicht mit einem Benutzerterminal kommunizieren, welches eingerichtet ist, um in einem anderen Spektralband zu kommunizieren.
Die vorliegende Erfindung hat insbesondere zum Ziel, diesen Nachteil auszugleichen und dem Relaisterminal zu ermöglichen, mit Benutzerterminals zu kommunizieren, die eingerichtet sind, um in einem gegebenen Spektralband zu funktionieren, und mit Benutzerterminals, die dazu eingerichtet sind, um in einem anderen Spektralband zu funktionieren.
Zu diesem Zweck hat die Erfindung zum Gegenstand ein Relaisterminal nach Anspruch 1, ein Kommunikationssystem nach Anspruch 12 und ein Verfahren zur Kommunikation nach Anspruch 13.
Die Erfindung wird besser verstanden bei der Lektüre der folgenden Beschreibung, welche lediglich beispielhaft gegeben wird, und unter Bezugnahme auf die Figuren ausgeführt ist, auf welchen:
1 eine schematische Darstellung ist, welche das Kommunikationssystem nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt,
2 eine schematische Darstellung ist, welche die Übertragung eines optischen Bandpass-Filters darstellt, der zum in 1 illustrierten Kommunikationssystem gehört,
3 eine schematische Darstellung ist, welche den Durchlassbereich einer ersten dichroitischen Platte des in 1 illustrierten Kommunikationssystems darstellt
4 eine schematische Darstellung ist, welche den Durchlassbereich einer zweiten dichroitischen Platte des in 1 illustrierten Kommunikationssystems darstellt,
5 eine schematische Darstellung ist, welche einen Sende-/Empfangsblock eines ersten Kommunikationswegs des Kommunikationssystems darstellt, das in 1 illustriert ist,
6 eine schematische Darstellung ist, welche den Durchlassbereich eines Filters darstellt, das zu dem ersten Kommunikationsweg des Kommunikationssystems gehört, das in 1 illustriert ist,
7 eine schematische Darstellung ist, welche einen Sende-/Empfangs-Block eines zweiten Kommunikationswegs des Kommunikationssystems darstellt, das in 1 illustriert ist,
8 eine schematische Darstellung ist, welche den Durchlassbereich eines Filters darstellt, das zu dem zweiten Kommunikationsweg des in 1 illustrierten Kommunikationssystems gehört,
9 eine schematische Darstellung ist, welche einen Sende-/Empfangs-Block eines dritten Kommunikationswegs des in 1 illustrierten Kommunikationssystems darstellt,
10 eine schematische Darstellung ist, welche den Durchlassbereich eines Filters darstellt, das zu dem dritten Kommunikationsweg des in 1 illustrierten Kommunikationssystems gehört,
11 ein Diagramm des Verfahrens zur Kommunikation gemäß der Erfindung ist und
12 eine schematische Darstellung ist, welche ein Kommunikationssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf die 1 umfasst das Kommunikationssystem 2 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ein Relaisterminal 4, das beispielsweise von einem geostationären Satelliten getragen wird, ein erstes 6, ein zweites 8 und einen drittes 10 Benutzerterminal, die beispielsweise von Satelliten in niedriger Umlaufbahn getragen werden und dazu geeignet sind, mit dem Relaisterminal 4 zu kommunizieren.
Das erste Benutzerterminal 6 ist dazu geeignet, Kommunikationsstrahlen, die nur zu einem ersten Spektralband B1 gehören, an das Relaisterminal 4 zu übertragen. Das zweite Benutzerterminal 8 ist dazu geeignet, Kommunikationsstrahlen, welche nur zu dem zweiten Spektralband B2 gehören, an das Relaisterminal 4 zu übertragen. Das dritte Benutzerterminal 10 ist dazu geeignet, Kommunikationsstrahlen, welche nur zu dem dritten Spektralband B3 gehören, zu übertragen.
Das erste B1 das zweite B2 und das dritte B3 Spektralband sind ein Spektralband aus einem Spektralband, das zwischen 0,78 μm und 0,9 μm liegt, einem schmalen Band um die Nd:YAG Linie 1,064 μm herum, und einem Spektralband zwischen 1,51 μm und 1,62 μm. Der Abstand zwischen diesen Spektralbändern ist größer als 0,1 μm.
Das Relaisterminal 4 umfasst ein Teleskop 12, welches dazu geeignet ist, einen Lichtstrahl an die Benutzerterminals 6, 8 und 10 zu übertragen, und einen Lichtstrahl, der von diesen Terminals übertragen wird, zu empfangen, einen Ausrichtungsmechanismus 14, der dazu geeignet ist, das Verfolgen eines Kommunikationsstrahls durchzuführen, der von einem Benutzerterminal kommt, eine Bake 16, die dazu geeignet ist, einen divergenten Lichtstrahl auszusenden, der in der Phase der Erfassung der optischen Verbindung verwendet wird, und nachfolgend Bakenstrahl genannt wird, und einen halb-reflektierenden Spiegel 18, um den gesendeten Bakenstrahl von den empfangenen Strahlen zu trennen. Der Bakenstrahl wird in einem Baken-Spektralband B0 mit einer Breite von ungefähr 0,01 μm erzeugt. Dieses Spektralband B0 ist entweder auf 0,8 μm oder auf 0,98 μm zentriert.
Das Relaisterminal 4 umfasst weiter eine Erfassungs- und Verfolgungseinheit 20, eine Übertragungseinheit 22 und eine Verteilungseinheit 24, die dazu geeignet ist, einen Teil α der Kommunikationsstrahlen zu der Erfassungs- und Verfolgungseinheit 20 zu übertragen, und den anderen Teil 1 – α der Kommunikationsstrahlen zu der Übertragungseinheit 22 zu übertragen, mit 0 < α <1 und z. B. α = 0,2.
Ein optischer Bandpassfilter 28 ist weiter zwischen der Erfassungs- und Verfolgungseinheit 20 und der Verteilungseinheit 24 angeordnet. Wie in 2 zu sehen ist, ist dieser Verarbeitungsfilter 28 dazu geeignet, die Strahlen zu filtern, die nicht zu dem Baken-Spektralband B0 gehören, zu dem ersten Spektralband B1, zu dem zweiten Spektralband B2 und zu dem dritten Spektralband B3.
Die Erfassungs- und Verfolgungseinheit 20 ist dazu angepasst, um einen Kommunikationsstrahl, der von einem Benutzerterminal kommt, zu erfassen und zu verfolgen. Zu diesem Zweck umfasst sie einen Matrixdetektor 26, der dazu in der Lage ist, ein Fenster um den Inzidenzpunkt für jeden Kommunikationsstrahl zu bestimmen. Jedes Fenster wird überwacht und so verlagert, dass der Inzidenzpunkt des betreffenden Kommunikationsstrahls in seinem Fenster bleibt, um Daten über die Position von jedem der Strahlen zu übertragen.
Gemäß der Erfindung ist der Matrixdetektor 26 dazu in der Lage, Kommunikationsstrahlen zu erfassen die wenigstens zu dem Baken-Spektralband B0, zu dem ersten Spektralband B1, zu dem zweiten Spektralband B2 und zu dem dritten Spektralband B3 gehören.
Der Matrixdetektor 26 kann mehrere Strahlen gleichzeitig erfassen und überwachen. Er wird beispielsweise durch einen InGaAs-Matrixdetektor, hybridisiert mit einer CMOS-Ausleseschaltung, gebildet.
Das Relaisterminal 4 umfasst weiter einen ersten Kommunikationsweg 30, der dazu in der Lage ist, nur die Strahlen zu verarbeiten, die zum ersten Spektralband B1 gehören, einen zweiten Kommunikationsweg 32, der dazu in der Lage ist, die Strahlen zu verarbeiten, die nur zu dem zweiten Spektralband B2 gehören, und einen dritten Kommunikationsweg 34, der dazu in der Lage ist, die Strahlen zu verarbeiten, die nur zu dem dritten Spektralband B3 gehören.
Die Übertragungseinheit 22 umfasst ein Empfangselement 37, das dazu in der Lage ist, den Teil 1 – α der Kommunikationsstrahlen zu empfangen, und ein Steuer-/Regelelement, das eine erste dichroitische Platte 36 und eine zweite dichroitische Platte 38 umfasst.
Die erste dichroitische Platte 36 ist dazu in der Lage, während der gesamten Dauer der Kommunikation den Teil der Energie des von dem Empfangselement 37 empfangenen Strahls, der in dem ersten Spektralband B1 enthalten ist, zu dem ersten Kommunikationsweg 30 zu übertragen, und den übrigen Teil der Energie des einfallenden Strahls, d. h. den Teil der Energie, der nicht zum ersten Spektralband B1 gehört, zu der zweiten dichroitischen Platte 38 zu reflektieren.
Zu diesem Zweck weist die erste dichroitische Platte 36 einen Transmissions-Durchlassbereich B36 auf, der schematisch in 3 dargestellt ist.
Dieser Durchlassbereich B36 weist eine maximale Wellenlänge auf, die größer ist als die Wellenlängen des ersten Spektralbands B1 und kleiner als die Wellenlängen des zweiten Spektralbands B2.
Die zweite dichroitische Platte 38 ist dazu in der Lage, den Teil der Energie, der zum zweiten Spektralband B2 gehört, zu dem zweiten Kommunikationsweg 32 zu übertragen, und den übrigen Teil der Energie des einfallenden Strahls zu dem dritten Kommunikationsweg 34 zu überfragen, also den Teil der Energie, der nicht zum zweiten Spektralband B2 gehört.
Die zweite dichroitische Platte 38 weist einen Durchlassbereich B38 auf, der schematisch in 4 illustriert ist.
Dieser Durchlassbereich B38 weist eine maximale Wellenlänge auf, die größer ist als die Wellenlängen des zweiten Spektralbands B2 und kleiner als die Wellenlängen des dritten Spektralbands B3.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst das Relaisterminal 4 weiter einen Spiegel 40, der dazu geeignet ist, die Strahlen, die von der zweiten dichroitischen Platte 38 kommen, um 45 Grad zu verschwenken, um sie zu dem zweiten Kommunikationsweg 32 zu lenken.
Der erste Kommunikationsweg 30 umfasst einen Sende-/Empfangsblock 31, der in 5 dargestellt ist. Dieser Sende-/Empfangsblock 31 umfasst eine Sendeeinheit 44, die die numerischen Signale erzeugt, die an das erste Benutzerterminal 6 übertragen werden sollen, AlGaAs-Singlemode-Laserdioden 45, die dazu geeignet sind, die Kommunikationsstrahlen durch direkte Modulation durch die von der Sendeeinheit 44 empfangenen numerische Signale zu erzeugen, und eine Spektralfilter-Trenneinrichtung 46, die dazu geeignet ist, die Sendestrahlen zu dem Teleskop 12 und die Empfangsstrahlen zu einer Empfangseinheit 42 zu leiten.
In einer Abwandlung wird die Spektralfilter-Trenneinrichtung 46 durch ein Polarisationsfilter ersetzt. In diesem Fall, werden die empfangenen Kommunikationsstrahlen mit einer bestimmten Polarisation übertragen, wie einer rechts- oder linkszirkularen Polarisation oder einer linearen Polarisation, und die zu sendenden Kommunikationsstrahlen werden mit einer anderen Polarisation übertragen. Das Polarisationsfilter ist also dazu geeignet, die empfangenen Kommunikationsstrahlen von den zu sendenden Kommunikationsstrahlen zu trennen.
Der Sende-/Empfangsblock 31 umfasst weiter eine Empfangseinheit 42, die dazu geeignet ist, die von dem ersten Benutzerterminal 6 übertragenen numerischen Signale zu empfangen und zu verarbeiten, einen Detektor 49 (PIN-Fotodiode mit geringem Rauschen oder vorzugsweise eine Lawinen-Fotodiode für eine bessere Empfindlichkeit) und ein Filter 48. Das Filter 48 ist mit der Trenneinrichtung 46 verbunden.
Ein Beispiel für einen Durchlassbereich des Filters 48 des Sende-/Empfangsblocks 31 des ersten Kommunikationswegs ist in 6 illustriert. Er ermöglicht es, die Spektrallinie des ersten Spektralbands B1 auszuwählen, die von dem Benutzerterminal 6 verwendet wird. Er weist eine Breite von ungefähr 0,01 μm um die ausgewählte nominelle Wellenlänge in dem ersten Spektralband B1 auf.
Der zweite Kommunikationsweg 32 umfasst einen Sende-/Empfangsblock 33, der in 7 dargestellt ist. Dieser Block umfasst eine Sendeeinheit 44, die dazu geeignet ist, numerische Signale zu erzeugen, die an das zweite Benutzerterminal 8 übertragen werden sollen, Laserdioden 51 zum Pumpen bei 0,8 μm, einen Nd:YAG-Laser 53, der von den Dioden 51 über eine optische Multimode Faser gepumpt wird, und über eine polarisationserhaltende Singlemode Faser mit einem Modulator 55 verbunden ist, der dazu geeignet ist, das von dem Laser 53 abgegebene kontinuierliche Laser-Signal durch die von der Sendeeinheit 44 empfangenen Signale zu modulieren. Der Modulator 55 ist beispielsweise ein Mach-Zehnder-LiNbO3-Modulator.
Der Sende-/Empfangsblock 33 umfasst weiter am Ausgang des Modulators 55 einen Verstärker 57, 65, der dazu geeignet ist, die von dem Modulator 55 erzeugten optischen Signale zu verstärken. Dieser Verstärker 57, 65 ist beispielsweise durch einen Erbium- oder Ytterbium-dotierten Faserverstärker 57 gebildet, gepumpt von Laserdioden 65 mit 0,98 μm.
Schließlich umfasst der Sende-/Empfangsblock 33 eine Polarisations-Trenneinrichtung 46, die dazu geeignet ist, den von der dichroitischen Platte 38 übertragenen Strahl zu empfangen und den von dem Verstärker 57, 65 verstärkten Strahl zu übertragen, ein Filter mit einem schmalen Band 48, das mit der Trenneinrichtung 46 verbunden ist, einen kohärenten Synchron-Detektor 67, InPAsGa-PIN-Dioden 71, die dazu geeignet sind, das vom Detektor 67 abgegebene optische Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln, und eine Empfangseinheit 42, die dazu geeignet ist, die von dem zweiten Benutzerterminal 8 übertragenen Strahlen zu empfangen und zu verarbeiten.
Ein Beispiel für einen Durchlassbereich des Filters 48 des Sende-/Empfangsblocks 33 des zweiten Kommunikationswegs ist in 8 dargestellt. Der Filter 48 erlaubt es, die einzelne Spektrallinie des zweiten Spektralbands B2 auszuwählen (1,064 μm). Der Durchlassbereich des Filters 48 kann eine Breite haben, die sehr viel geringer ist als für das Band B1, aufgrund der sehr großen spektralen Reinheit der Laserlinie, z. B. kleiner als 1 nm.
Der dritte Kommunikationsweg 34 umfasst einen Sende-/Empfangsblock 37, der in 9 illustriert ist. Der letztere umfasst eine Sendeeinheit 44, die dazu geeignet ist, Signale zu erzeugen, die an das dritte Benutzerterminal 10 übertragen werden sollen, einen Laser 73 mit verteilter Rückkopplung, verbunden durch eine polarisationserhaltende Singlemode-Faser mit einem Modulator 75, der dazu geeignet ist, das kontinuierliche Lasersignal, das den Laser 73 verlässt, durch die von der Sendeeinheit 44 erzeugten numerischen Signale zu modulieren, einen dotierten Faserverstärker 76, 77, der dazu geeignet ist, das von dem Modulator 75 erzeugte optische Signal zu verstärken.
Der Laser 73 ist ein Halbleiterlaser vom Typ Fabry-Perot, der ein Gitter in seinem Hohlraum nutzt. Er liefert eine stabile Wellenlänge nahe an 1,55 μm und ist einstellbar in Schritten von weniger als 1 nm und bietet folglich große Kapazitäten für das Multiplexing.
Der dotierte Faserverstärker 76, 77 ist zum Beispiel ein Erbium- oder Ytterbium-dotierter Faserverstärker 76. Er wird von Pumpdioden bei Wellenlängen von 0,98 μm und 0,92 μm gepumpt.
Der Sende-/Empfangsblock 35 umfasst weiter eine Spektralfilter-Trenneinrichtung 46, die dazu geeignet ist, den von dem Spiegel 40 übertragenen Strahl zu empfangen und den den Verstärker 76 verlassenden Strahl zu empfangen, über eine optische polarisationserhaltende Singlemode-Faser, ein Filter 48, das mit der Trenneinrichtung 46 verbunden ist, einen Vorverstärker mit optischer Faser 78, der von den Pumpdioden 77 gepumpt wird, InPAsGa-PIN-Dioden 80, die dazu geeignet sind, das den Vorverstärker 78 verlassende optische Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln, und eine Empfangseinheit 42, die dazu geeignet ist, die von dem dritten Benutzerterminal 10 übertragenen Strahlen zu empfangen und zu verarbeiten.
Ein Beispiel für den Durchlassbereich des Filters 48 des Sende-/Empfangsblocks 35 des dritten Kommunikationswegs ist in 10 illustriert. Er ermöglicht es, die Spektrallinie des dritten Spektralbands B3, das von dem Benutzerterminal 10 verwendet wird, auszuwählen. Der Durchlassbereich des Filters 48 kann eine Breite haben, die sehr viel geringer ist als für das erste Spektralband B1, aufgrund der sehr hohen Reinheit der Laserlinie, zum Beispiel 1 nm.
In einer Abwandlung wird, wie für den Sende-/Empfangsblock 31 des ersten Kommunikationswegs die Spektralfilter-Trenneinrichtung 46 durch ein Polarisationsfilter ersetzt.
Unter Bezugnahme auf 11 beginnt ein Beispiel für eine Etablierung einer Kommunikation gemäß dem Verfahren der Erfindung mit einem Schritt 50, wenn ein Benutzerterminal, beispielsweise das erste Benutzerterminal 6, in Kommunikation mit dem Relaisterminal 4 treten möchte. Das erste Benutzerterminal 6 aktiviert seine Bake und fährt den Winkelbereich ab, der Unsicherheitskonus genannt wird, in dem sich das Relaisterminal 4 befinden muss. Dieses ist in Bereitschaft, ausgerichtet in die Richtung in der sich der oder die potentiellen Benutzer befinden müssen.
In einem Schritt 52 erreicht der Bakenstrahl das Relaisterminal 4, das diesen detektiert. Zu diesem Zweck, wird der Bakenstrahl, wenn er von dem Teleskop 12 erfasst wird, durch die Verteilungseinheit 24 an die Erfassungs- und Verfolgungseinheit 20 übertragen.
Der Bakenstrahl wird also auf dem Matrixdetektor 26 abgebildet, und die Richtung des ersten Benutzerterminals 6 kann abgeschätzt werden. Der Ausrichtungsmechanismus 14 wird geregelt/gesteuert, um das Bild des Bakenstrahls auf dem Matrixdetektor 26 zu zentrieren und diesen Strahl zu verfolgen.
In einem Schritt 54 überträgt die Bake 16 des Relaisterminals einen Bakenstrahl zu dem ersten Benutzerterminal 6, um diesem ihre Anwesenheit und Verfügbarkeit zu signalisieren.
In einem Schritt 56 empfängt das erste Benutzerterminal 6 den von dem Relaisterminal 4 gesendeten Bakenstrahl. Es stoppt also seine eigene Bake und überträgt einen Kommunikationsstrahl, der Wellenlängen aufweist, die zum ersten Spektralband B1 gehören.
In einem Schritt 58 empfängt das Relaisterminal 4 den von dem ersten Benutzerterminal 6 gesendeten Kommunikationsstrahl. Es stoppt seine Bake 16. Ein Teil α des Kommunikationsstrahls wird zu der Erfassungs- und Verfolgungseinheit 20 übertragen, um den von dem ersten Benutzerterminal 6 gesendeten Kommunikationsstrahl zu verfolgen.
In einem Schritt 59 wird ein Teil 1 – α des von dem ersten Benutzerterminal 6 übertragenen Kommunikationsstrahls von dem Empfangselement 37 empfangen. Dann durchläuft dieser Teil 1 – α die erste dichroitische Platte 36. Da die Wellenlänge dieses Strahls zum ersten Spektralband B1 gehört, überträgt die erste dichroitische Platte 36 die Gesamtheit des von der Verteilungseinheit 24 kommenden Strahls zu dem ersten Kommunikationsweg 30. Dieser Kommunikationsstrahl durchläuft die Trenneinrichtung 46 und wird durch das Filter 48 gefiltert und dann von der Empfangseinheit 42 empfangen und verarbeitet.
Wenn ein zweiter Benutzer mit dem Relaisterminal 4 kommunizieren möchte, beispielsweise der zweite Benutzerterminal 8, werden die Schritte 50 bis 59 wiederholt. Dann, in einem Schritt 60, reflektiert die erste dichroitische Platte 36 den Teil des empfangenen Signals, der außerhalb des Spektralbands B1 liegt, zu der zweiten dichroitischen Platte 38. Diese überträgt die Gesamtheit des Strahls, der von der ersten dichroitischen Platte 36 kommt, zu dem zweiten Kommunikationsweg 32, denn die Wellenlänge dieses Strahl gehört zu dem zweiten Spektralband B2.
Es ist festzuhalten, dass die beschriebene Strategie zur Erfassung diejenige ist, die anwendbar ist auf eine Gesamtheit von Benutzerterminals, die in einem hinreichend eingeschränkten Arbeitsgebiet konzentriert sind, um durch das Blickfeld des Relaisterminals abgedeckt zu sein (in der Praxis Terminals auf einer Drohne, auf einem Schiff oder auf dem Boden). Es sind nun die Benutzerterminals, welche die Verbindung mit ihrer Bake initiieren, diejenige des Relaisterminals wird nicht notwendigerweise benutzt. Dahingegen kann es für ein Benutzerterminal auf einem Satelliten nur einen Benutzer zur gleichen Zeit geben, und es ist das Relaisterminal, welches die Verbindung mit seiner Bake initiiert. Das Benutzerterminal hat also aus Gründen der verfügbaren Energie an Bord von Satelliten in niedriger Umlaufbahn keine Bake. Diese Strategien sind in dem Patent EP 1 777 844 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 12 ist das Kommunikationssystem 61 gemäß der zweiten Ausführungsform ähnlich dem Kommunikationssystem 2 gemäß der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme der Tatsache, dass das Relaisterminal 62 dazu geeignet ist, mit zwei Benutzerterminals zu kommunizieren, die dazu in der Lage sind, einen Strahl in dem gleichen Spektralband zu erzeugen.
Um diese Ausführungsform zu illustrieren, umfasst das in 12 dargestellte Kommunikationssystem 61 das erste Benutzerterminal 6 und ein viertes Benutzerterminal 63, wobei alle beide geeignet sind, einen Kommunikationsstrahl in dem ersten Spektralband B1 zu übertragen.
Das Kommunikationssystem 61 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst einen ersten Kommunikationsweg 64, der dazu in der Lage ist, nur die Strahlen zu verarbeiten, die zum ersten Spektralband B1 gehören.
Der erste Kommunikationsweg 64 umfasst einen Strahlteiler 66, der dazu in der Lage ist, den Kommunikationsstrahl, der von der ersten dichroitischen Platte 36 übertragen worden ist, zwischen einem ersten Sende-/Empfangsblock 31A, und einem zweiten Sende-/Empfangsblock 31B zu teilen. Diese Blocks sind dazu in der Lage, jeweils nur einen Teil dieses Kommunikationsstrahls zu empfangen und zu verarbeiten.
Der Strahlteiler 66 ist dazu in der Lage, die Strahlen, welche Wellenlängen haben, die in einem ersten Abschnitt des ersten Durchlassbands B1 liegen zu dem ersten Sende-/Empfangsblock 31A zu reflektieren, und die Strahlen, welche Wellenlängen haben, die in einem zweiten Abschnitt des ersten Durchlassbands B1 liegen, zu dem zweiten Sende-/Empfangsblock 31B zu reflektieren. Beispielsweise liegt, wenn das erste Durchlassband B1 zwischen 0,79 μm und 0,81 μm liegt, der erste Abschnitt des ersten Durchlassbands B1 zwischen 0,79 und 0,8 μm und der zweite Abschnitt des ersten Durchlassbands B1 liegt zwischen 0,8 μm und 0,81 μm; es wird also ein Frequenz-Multiplexing verwendet.
In einer Abwandlung ist der Strahlteiler 66 dazu geeignet, die Strahlen, welche eine gewisse Polarisation aufweisen, zu dem ersten Sende-/Empfangsblock 31A zu reflektieren, und die Strahlen, welche eine andere Polarisation aufweisen, zu dem zweiten Sende-/Empfangsblock 31B zu reflektieren.
Ebenfalls in einer Abwandlung ist der Strahlteiler 66 dazu geeignet, die während einer vorbestimmten Zeitdauer empfangenen Strahlen zu dem ersten Sende-/Empfangsblock 31A zu reflektieren, und die während einer anderen vordefinierten Zeitdauer empfangenen Strahlen zu dem zweiten Sende-/Empfangsblock 31B zu reflektieren. Dieses Mal wird ein zeitliches Multiplexing verwendet.
Der erste Kommunikationsweg 64 umfasst weiter eine erste Ausrichtungseinheit 68, die dazu in der Lage ist, den von der Erfassungs- und Verfolgungseinheit 20 detektierten Winkelversatz für das erste Benutzerterminal 6 zu kompensieren, und eine zweite Ausrichtungseinheit 70, die dazu in der Lage ist, den von der Erfassungs- und Verfolgungseinheit 20 erfassten Winkelversatz für das vierte Benutzerterminal 63 zu kompensieren
Der erste Sende-/Empfangsblock 31A und der zweite Sende-/Empfangsblock 31B sind ähnlich zu dem Sende-/Empfangsblock 31 der in der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist. Sie werden daher nicht ein zweites Mal beschrieben. Nur die Trenneinrichtung 46 und das Filter 48 sind an die verwendeten Typen des Multiplexing angepasst.
Das Kommunikationssystem 61 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst ebenfalls einen zweiten Kommunikationsweg 72, der dazu in der Lage ist, nur Strahlen zu verarbeiten, die zu dem zweiten Spektralband B2 gehören, und einen dritten Kommunikationsweg 74 der dazu geeignet ist, nur die Strahlen zu verarbeiten die zu dem dritten Spektralband B3 gehören. Diese Kommunikationswege sind ähnlich zu dem ersten Kommunikationsweg 30 und werden nicht ein zweites Mal beschrieben.
In einer Abwandlung umfasst das Kommunikationssystem 61 eine größere Anzahl von Strahlteilern und eine größere Anzahl von Sende-/Empfangsblocks, so dass es in der Lage ist mit einer größeren Anzahl von Benutzerterminals zu kommunizieren, welche Kommunikationsstrahlen in dem gleichen Spektralband übertragen.
Die Breite der Bänder B0, B1, B2 und B3, die in den 2 bis 10 dargestellt ist, ist nicht maßstabsgetreu.
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Kommunikation und ein zugeordnetes Relaisterminal. Das Relaisterminal (4) ist dazu bestimmt, einerseits mit einem ersten Benutzerterminal (6) zu kommunizieren, das dazu geeignet ist, einen Strahl in einem ersten Spektralband zu übertragen, und andererseits mit einem zweiten Benutzerterminal (8), das dazu in der Lage ist, einen Strahl in einem zweiten Spektralband zu übertragen, wobei das Relaisterminal umfasst:

– einen ersten (30) und einen zweiten (32) Kommunikationsweg, die dazu in der Lage sind, die Strahlen zu verarbeiten, die vom ersten Benutzerterminal (6) bzw. vom zweiten Benutzerterminal (8) kommen;
– eine Übertragungseinheit (22), die dazu in der Lage ist, den Teil der Energie des von dem Empfangselement (37) empfangenen Strahls, der in dem ersten Spektralband enthalten ist, zu dem ersten Kommunikationsweg zu übertragen, und den übrigen Teil der Energie des empfangenen Strahls zu dem zweiten Kommunikationsweg.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1777844 [0004, 0062]

Claims

Relaisterminal (4; 62), welches dazu bestimmt ist, über eine optische Verbindung mit einem ersten Benutzerterminal (6) und einem zweiten Benutzerterminal (8) zu kommunizieren; wobei das erste Benutzerterminal (6) dazu geeignet ist, einen Strahl in einem ersten Spektralband (B1) an das Relaisterminal (4; 62) zu übertragen, und wobei das zweite Benutzerterminal (8) dazu in der Lage ist, einen Strahl in einem zweiten Spektralband (B2), das sich vom ersten Spektralband (B1) unterscheidet, an das Relaisterminal (4; 62) zu übertragen; dadurch gekennzeichnet, dass das Relaisterminal (4; 62) umfasst: – einen ersten Kommunikationsweg (30; 64), der dazu in der Lage ist, die Strahlen zu verarbeiten, die zum ersten Spektralband (B1) gehören, – einen zweiten Kommunikationsweg (32; 72), der dazu in der Lage ist, die Strahlen zu verarbeiten, die zum zweiten Spektralband (B2) gehören, wobei das erste Spektralband (B1) und das zweite Spektralband (B2) zwischen 0,7 μm und 1,7 μm liegen; wobei das erste Spektralband (B1) und das zweite Spektralband (B2) durch einen spektralen Abstand von mehr als 0,1 μm getrennt sind; und – eine Übertragungseinheit (22), umfassend: – ein Empfangselement (37), das dazu in der Lage ist, wenigstens einen Teil des Strahls, der vom ersten Benutzerterminal (6) kommt, und wenigstens einen Teil des Strahls, der vom zweiten Benutzerterminal (8) kommt, zu empfangen, und – ein Steuer-/Regelelement (36, 38), das dazu geeignet ist, während der gesamten Dauer der Kommunikation den Teil der Energie des von dem Empfangselement (37) empfangenen Strahls, der in dem ersten Spektralband (B1) enthalten ist, zu dem ersten Kommunikationsweg (30; 64) zu übertragen, und den übrigen Teil der Energie des von dem Empfangselement (37) empfangenen Strahls zu dem zweiten Kommunikationsweg (32; 72) zu übertragen.
Relaisterminal (4; 62) nach Anspruch 1, wobei das Steuer-/Regel element (36, 38) wenigstens eine erste dichroitische Platte (36) umfasst.
Relaisterminal (4; 62) nach Anspruch 2, wobei die erste dichroitische Platte (36) einen Durchlassbereich (B36) mit einer maximalen Wellenlänge aufweist, die größer ist als die Wellenlängen des ersten Spektralbands (B1) und kleiner ist als die Wellenlängen des zweiten Spektralbands (B2).
Relaisterminal (4; 62) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Kommunikationsweg (30; 64) und der zweite Kommunikationsweg (32; 72) jeweils einen Laser (45) umfassen, der geeignet ist, ein optisches Signal zu senden mit einer Wellenlänge, die in einem Spektralband liegt, das ausgewählt ist aus einem Spektralband zwischen 0,78 μm und 0,9 μm, einem schmalen Spektralband um 1,064 μm herum und einem Spektralband zwischen 1,51 μm und 1,62 μm.
Relaisterminal (4; 62) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Relaisterminal (4; 62) dazu bestimmt ist, über eine optische Verbindung mit einem dritten Benutzerterminal (10) zu kommunizieren, wobei das dritte Benutzerterminal (10) dazu geeignet ist, Signale in einem dritten Spektralband (B3) zu übertragen, das sich von dem ersten Spektralband (B1) und dem zweiten Spektralband (B2) unterscheidet, wobei das Relaisterminal (4; 62) einen dritten Kommunikationsweg (34; 74) umfasst, der dazu in der Lage ist, die Strahlen zu verarbeiten, die zu dem dritten Spektralband (B3) gehören, und wobei das Steuer-/Regelelement (36, 38) dazu in der Lage ist, während der gesamten Dauer der Kommunikation den Teil der Energie des von dem Empfangselement (37) empfangenen Strahls, der in dem dritten Spektralband (B3) enthalten ist, zu dem dritten Kommunikationsweg (34; 74) zu übertragen.
Relaisterminal (4; 62) nach Anspruch 5, wobei das zweite Spektralband (B2) und das dritte Spektralband (B3) durch eine Bandbreite von mehr als 0,1 μm getrennt sind.
Relaisterminal (4; 62) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welches eine Erfassungs- und Verfolgungseinheit (20) umfasst, die einen Matrixdetektor (26) umfasst, welcher dazu in der Lage ist, wenigstens die Strahlen zu detektieren, die Wellenlängen haben, die zu dem ersten Spektralband (B1), zu dem zweiten Spektralband (B2) und dem dritten Spektralband (B3) gehören.
Relaisterminal (4; 62) nach Anspruch 7, wobei der Matrixdetektor (26) dazu imstande ist, Lichtsignale in einem Spektralbereich zu detektieren, der zwischen 0,7 und 1,7 μm liegt, beispielsweise ein InGaAs Matrixdetektor, hybridisiert mit einer CMOS-Ausleseschaltung.
Relaisterminal (4; 62) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Steuer-/Regelelement (36, 38) eine erste dichroitische Platte (36) und eine zweite dichroitische Platte (38) umfasst; wobei die erste dichroitische Platte (36) dazu in der Lage ist, die Gesamtheit des empfangenen Strahls auf dem ersten Kommunikationsweg (30; 64) zu übertragen, wenn wenigstens eine Wellenlänge des empfangenen Strahls im ersten Spektralband (B1) liegt, und die Gesamtheit des empfangenen Strahls zu der zweiten dichroitischen Platte (38) zu übertragen, wenn wenigstens eine Wellenlänge des empfangenen Strahls in dem zweiten Spektralband (B2) oder dem dritten Spektralband (B3) liegt; wobei die zweite dichroitische Platte (38) dazu in der Lage ist, die Gesamtheit des empfangenen Strahls auf dem zweiten Kommunikationsweg (32; 72) zu übertragen, wenn wenigstens eine Wellenlänge des empfangenen Strahl in dem zweiten Spektralband (B2) liegt, und die Gesamtheit des empfangenen Strahls auf dem dritten Kommunikationsweg (34; 74) zu übertragen, wenn wenigstens eine Wellenlänge des empfangenen Strahls in dem dritten Spektralband (B3) liegt.
Relaisterminal (4; 62) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der dritte Kommunikationsweg (34; 74) einen Laser (73) umfasst, der dazu geeignet ist, ein optisches Signal mit einer Wellenlänge zu senden, die in einem Spektralband liegt, das ausgewählt ist aus einem Spektralband zwischen 0,78 μm und 0,9 μm, einem schmalen Spektralband um 1,064 μm herum und einem Spektralband zwischen 1,51 μm und 1,62 μm.
Relaisterminal (62) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei wenigstens der erste Kommunikationsweg (64) einen ersten Sende-/Empfangsblock (31A) und einen zweiten Sende-/Empfangsblock (31B) umfasst, die geeignet sind, die Strahlen zu verarbeiten, die zum ersten Spektralband (B1) gehören, und einen Strahlteiler (66), der dazu geeignet ist, den Strahl zwischen dem ersten Sende-/Empfangsblock (31A) und dem zweiten Sende-/Empfangsblock (31B) aufzuteilen.
System (2; 61) zur Kommunikation über eine optische Verbindung, umfassend: – ein erstes Benutzerterminal (6), das dazu geeignet ist, einen Strahl in einem ersten Spektralband (B1) zu übertragen, – ein zweites Benutzerterminal (8), das dazu geeignet ist, einen Strahl in einem zweiten Spektralband (B2) zu übertragen, und – ein Relaisterminal (4; 62) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Verfahren zur Kommunikation, über eine optische Verbindung, zwischen einem Relaisterminal (4; 62) und wenigstens einem Benutzerterminal aus einem ersten Benutzerterminal (6) und einem zweiten Benutzerterminal (8), wobei das erste Benutzerterminal (6) dazu geeignet ist, einen Strahl in einem ersten Spektralband (B1) zu übertragen und das zweite Benutzerterminal (8) dazu geeignet ist, einen Strahl in einem zweiten Spektralband (B2) zu übertragen, das sich vom ersten Spektralband (B1) unterscheidet; wobei das Relaisterminal (4; 62) einen ersten (30; 64) und einen zweiten (32; 72) Kommunikationsweg umfasst, und eine Übertragungseinheit (22), die ein Empfangselement (37) umfasst, das dazu in der Lage ist, wenigstens einen Teil des vom ersten Benutzerterminal (6) oder vom zweiten Benutzerterminal (8) kommenden Strahls zu empfangen, und eine Steuer-/Regelelement (36, 38); wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Empfang (59) eines Strahls durch das Empfangselement (37); – Übertragung (60), während der gesamten Dauer der Kommunikation, des Teils der Energie des von dem Empfangselement (37) empfangenen Strahls, der in dem ersten Spektralband (B1) enthalten ist, zu dem ersten Kommunikationsweg (30; 64), und – Übertragung (60), während der gesamten Dauer der Kommunikation, des übrigen Teils der Energie des von dem Empfangselement (37) empfangenen Strahls zu dem zweiten Kommunikationsweg (32; 72); wobei das erste Spektralband (B1) und das zweite Spektralband (B2) zwischen 0,7 μm und 1,7 μm liegen; und wobei das erste Spektralband (B1) und das zweite Spektralband (B2) durch einen spektralen Abstand von mehr als 0,1 μm getrennt sind.