DE102017109807B4

DE102017109807B4 - Verfahren und Kommunikationsendgerät zur optischen Kommunikation im freien Raum

Info

Publication number: DE102017109807B4
Application number: DE102017109807.0A
Authority: DE
Inventors: Chiachi Wang; Sheng-hui Yang; Romain CLEMENT; Michael Sholl
Original assignee: X Development LLC
Current assignee: X Development LLC
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2037-05-09
Also published as: US10039103B2; DE202017102724U1; CN107395273A; US20190021087A1; CN107395273B; DE102017012318B3; US10420108B2; WO2017200726A1; GB201707737D0; GB2552869B; DE102017109807A1; US20170339695A1; GB2552869A

Abstract

Verfahren (900) zur optischen Kommunikation im freien Raum, aufweisend: Empfangen, an einem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a), eines optischen Signals (320, 320a, 320b) von einem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) über eine optische Verbindung (322) im freien Raum, wobei das empfangene optische Signal (320, 320a, 320b) einen modulierten eindeutigen Frequenzton (318, 318a) enthält;Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) mit einem Referenzsignal (411) durch eine Steuerungshardware (800, 800a, 800b) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a), um ein gemischtes Ausgabesignal (413) bereitzustellen, wobei das Referenzsignal (411) dieselbe Frequenz wie der modulierte eindeutige Frequenzton (318, 318a, 318b) aufweist;Bestimmen einer Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) auf der Basis des gemischten Ausgabesignals (413) durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b);Anpassen eines optischen Kopfes (310, 310a, 310b) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a) durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b), damit, basierend auf der Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b), der von zweitem Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfangen wird, eine Erfassung und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) erfolgt;Bestimmen, durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b), einer empfangenen Leistung des optischen Signals (320, 320a, 320b), das von dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) an jedem von drei oder mehr Photodetektoren empfangen wird, die mit einer Empfangsoptik des ersten Kommunikationsendgeräts (302, 302a) verbunden sind;Bestimmen, durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b), ob die empfangene Leistung an jedem der Photodetektoren ausgeglichen ist; undwenn die empfangene Leistung an den Photodetektoren unausgeglichen ist,Einstellen der Ausrichtung der Empfangsoptik des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a) durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b), bis die Empfangsoptik mit dem vom zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfangenen optischen Signal (320, 320a, 320b) zentriert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft die Erfassung und Verfolgung einer optischen Kommunikation zwischen Kommunikationsendgeräten im freien Raum.
HINTERGRUND
Kommunikationsendgeräte können optische Signale über optische Verbindungen im freien Raum senden und empfangen. Kommunizierende Endgeräte verwenden in der Regel Erfassungs- und Verfolgungssysteme zum Aufbau der optischen Verbindung, indem optische Strahlen aufeinander ausgerichtet werden. Beispielsweise kann ein Sendeendgerät einen Signal-Laser verwenden, um ein Empfangsendgerät anzustrahlen, während das Empfangsendgerät einen Positionssensor zum Lokalisieren und zur Überwachung des Signal-Lasers des Sendeendgerätes verwenden kann. Zusätzlich können Ausrichtmechanismen Endgeräte aufeinander ausrichten und die Ausrichtung nach erfolgter Erfassung verfolgen. Bei sich mit hohen Geschwindigkeiten relativ zueinander bewegenden Kommunikationsendgeräten, wie z. B. Satelliten- oder Höhenkommunikationsgeräten, wird im Allgemeinen ein schneller ausrichtbarer Spiegel oder ein schneller Kardanrahmen als Ausrichtmechanismus verwendet. Solche zum Verbinden von bewegten Kommunikationsendgeräten verwendeten Erfassungs- und Verfolgungssysteme sind aufgrund des hohen Maßes an hohem technischen Stand, die für das Ausrichten der Endgeräte erforderlich sind, kostspielig. An Gebäuden installierte Kommunikationsendgeräte sind jedoch relativ stabil und können daher die optische Verbindung unter Verwendung einer einfacheren Erfassungs- und Verfolgungsfunktionalität herstellen, als diejenigen, die mit Kommunikationsendgeräten verbunden sind, die sich relativ zueinander bewegen.
Aus der US-Patentschrift US 6 483 621 B1 und der internationalen Offenlegungsschrift WO 02/011 319 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tonverfolgung in drahtlosen optischen Kommunikationssystemen bekannt. Die US- Patentschrift US 6 504 634 B1 betrifft ein System und ein Verfahren zum Verbessern der Zeigegenauigkeit eines Senders in einem Kommunikationskanal. Die internationale Offenlegungsschrift WO 00/25 454 A1 beschreibt ein System und ein Verfahren zur Integration mindestens eines Kommunikationsknotens von mehreren Kommunikationsknoten in ein Kommunikationsnetz. Die US-amerikanische Offenlegungsschrift US 2003/0 207 697 A1 offenbart Verfahren und Vorrichtungen zur Verbesserung der Leistung von drahtlosen lokalen Netzwerken.
KURZDARSTELLUNG
Ein Aspekt der Offenbarung stellt ein Verfahren zum Erfassen und Verfolgen freier spezifischer optischer Kommunikationen bereit. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines optischen Signals eines ersten Kommunikationsendgerätes auf einem zweiten Kommunikationsendgerät durch eine optische Verbindung im freien Raum, wobei das empfangene optische Signal einen modulierten eindeutigen Frequenzton enthält. Das Verfahren beinhaltet zudem das Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons mit einem Referenzsignal zur Bereitstellung eines gemischten Ausgabesignals durch die Steuerungshardware des ersten Kommunikationsendgerätes. Das Referenzsignal weist dieselbe Frequenz auf wie der modulierte eindeutige Frequenzton. Das Verfahren beinhaltet ferner die Ermittlung einer Signalstärke des modulierten eindeutigen Frequenztons auf Basis des gemischten Ausgabesignals durch die Steuerungshardware. Das Verfahren beinhaltet zudem das Einstellen eines optischen Kopfes des ersten Kommunikationsendgerätes durch die Steuerungshardware, um eine Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Kommunikationsendgerät auf Grundlage der von dem zweiten Kommunikationsendgerät empfangenen Signalstärke des modulierten, eindeutigen Frequenztons vorzunehmen.
Implementierungen der Offenbarung können eines oder mehrere der folgenden optionalen Merkmale beinhalten. In einigen Implementierungen kombiniert das zweite Kommunikationsendgerät ein Datensignal, das ein oder mehrere Datenpakete beinhaltet und ein Leitsignal, das mit dem eindeutigen Frequenzton auf einen überlagertenüberlagerten optischen Träger moduliert ist, der das optische Signal für die Übertragung an das erste Kommunikationsendgerät beinhaltet. Das zweite Kommunikationsendgerät kann entweder einen Wellenlängenmultiplexer oder einen Polarisationsmultiplexer zum Kombinieren des Datensignals und des Leitsignals auf dem überlagerten überlagertenoptischen Träger verwenden.
In einigen Beispielen beinhaltet das Verfahren, wenn das erste Kommunikationsendgerät das optische Signal von dem zweiten Kommunikationsendgerät empfängt, das Demultiplexieren des empfangenen optischen Signals in das Datensignal und das Leitsignal durch die Steuerungshardware. In diesen Beispielen beinhaltet das Mischen des modulierten einzigartigen Frequenztons das Mischen des empfangenen Leitsignals mit dem Referenzsignal von einem lokalen Oszillator des ersten Kommunikationsendgerätes zur Bereitstellung des gemischten Ausgabesignals. Das zweite Kommunikationsendgerät kann den modulierten eindeutigen Frequenzton mit einem modulierten Datensignal kombinieren, welches einen Strom von Datenpaketen enthält, um das optische Signal für die Übertragung an das erste Kommunikationsendgerät zu erzeugen. Der modulierte eindeutige Frequenzton kann eine niedrigere Frequenz als eine Frequenz des modulierten Datensignals beinhalten. Der modulierte eindeutige Frequenzton kann zudem eine geringere Leistungsmodulationstiefe als das modulierte Datensignal beinhalten.
In einigen Implementierungen beinhaltet das Verfahren, wenn das erste Kommunikationsendgerät das optische Signal von dem zweiten Kommunikationsendgerät empfängt, das Aufteilen des optischen Signals durch die Steuerungshardware in das modulierte Datensignal und in den modulierten eindeutigen Frequenzton, sowie die Kodierung des Stroms von Datenpaketen auf das modulierte Datensignal durch die Steuerungshardware. Zum Bereitstellen des gemischten Ausgabesignals kann das Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons das Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons mit dem Referenzsignal von einem lokalen Oszillator des ersten Kommunikationsendgerätes beinhalten. Darüber hinaus kann durch das Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons mit dem Referenzsignal nach dem Empfang des optischen Signals durch das erste Kommunikationsendgerät Rauschen im modulierten eindeutigen Frequenzton eliminiert werden.
Das Ermitteln der Signalstärke des modulierten eindeutigen Frequenztons kann das Filtern des gemischten Ausgabesignals beinhalten, um eine Gleichstromkomponente aus dem gemischten Ausgabesignal zu extrahieren und um die Signalstärke des modulierten eindeutigen Frequenztons, basierend auf einem aus dem gemischten Ausgabesignal extrahierten Wert der Gleichstromkomponente, zu bestimmen. Durch das Einstellen des optischen Kopfes des ersten Kommunikationsendgerätes kann die Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Kommunikationsendgerät durch Erhöhen der Signalstärke des modulierten eindeutigen Frequenztons des von dem zweiten Kommunikationsendgerät empfangenen optischen Signals erfolgen.
Nach dem Einrichten der Erfassung des optischen Strahls und der Ausrichtung zwischen dem ersten Kommunikationsendgerät und dem zweiten Kommunikationsendgerät kann das Verfahren die Übertragung eines ersten Telemetriesignals von dem ersten Kommunikationsendgerät zu dem zweiten Kommunikationsendgerät über die optische Verbindung beinhalten. Das erste Telemetriesignal kann das zweite Kommunikationsendgerät während nachfolgender Übertragungen über die optische Verbindung informieren, einen Divergenzwinkel des optischen Signals zu dem ersten Kommunikationsendgerät zu reduzieren. Das Verfahren kann zudem das Empfangen eines zweiten Telemetriesignals auf dem ersten Kommunikationsendgerät von dem zweiten Kommunikationsendgerät über die optische Verbindung beinhalten. Das zweite Telemetriesignal kann das erste Kommunikationsendgerät informieren, einen Divergenzwinkel der optischen Strahlübertragungen zu dem zweiten Kommunikationsendgerät über die optische Verbindung zu reduzieren. Das erste Telemetriesignal kann zusätzlich oder alternativ dazu das zweite Kommunikationsendgerät informieren, einen Sendewinkel des optischen Signals während nachfolgender Übertragungen über die optische Verbindung zu dem ersten Kommunikationsendgerät umzuleiten. Durch das Umleiten des Sendewinkels des optischen Signals während nachfolgender Übertragungen an das erste Kommunikationsendgerät kann ein empfangenes Datensignal bzw. ein empfangener modulierter eindeutiger Frequenzton auf dem ersten Kommunikationsendgerät maximiert werden. Ähnlich kann das zweite Telemetriesignal zusätzlich oder alternativ dazu das zweite Kommunikationsendgerät informieren, einen Sendewinkel nachfolgender optischer Strahlübertragungen zu dem zweiten Kommunikationsendgerät über die optische Verbindung umzuleiten. Durch das Umleiten des Sendewinkels nachfolgender optischer Strahlübertragungen zum zweiten Kommunikationsendgerät kann ein empfangenes Datensignal bzw. ein empfangener modulierter eindeutiger Frequenzton auf dem zweiten Kommunikationsendgerät maximiert werden.
Das Verfahren kann zudem die empfangene Leistung des optischen Signals, das von dem zweiten Kommunikationsendgerät an jedem von drei oder mehr Fotodetektoren empfangen wird, die mit der Empfangsoptik des ersten Kommunikationsendgerätes verbunden sind, mittels der Steuerungshardware bestimmen und über die Steuerungshardware ermitteln, ob die empfangene Leistung an jedem der Fotodetektoren abgeglichen ist. Ist die empfangene Leistung an den Fotodetektoren nicht abgeglichen, kann das Verfahren das Einstellen der Ausrichtung der Empfangsoptik des ersten Kommunikationsendgerätes durch die Steuerungshardware beinalten, bis die Empfangsoptik auf das von dem zweiten Kommunikationsendgerät empfangene optische Signal zentriert ist. Das erste Kommunikationsendgerät und das zweite Kommunikationsendgerät können stationäre optische Endgeräte sein.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung stellt ein erstes Kommunikationsendgerät bereit. Das Kommunikationsendgerät beinhaltet einen optischen Kopf mit einer Sende- und einer Empfangsoptik, eine Steuerungshardware zur Kommunikation mit dem optischen Kopf und eine Speicherhardware in Kommunikation mit der Steuerungshardware. Die Empfangsoptik ist so konfiguriert, dass diese ein optisches Signal von einem zweiten Kommunikationsendgerät über eine optische Verbindung im freien Raum empfangen kann. Das empfangene optische Signal beinhaltet einen modulierten eindeutigen Frequenzton. Die Speicherhardware speichert Anweisungen, die, wenn diese auf der Steuerungshardware ausgeführt werden, die Steuerungshardware dazu veranlassen, Operationen auszuführen. Die Operationen umfassen: Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons mit einem Referenzsignal zur Bereitstellung eines gemischten Ausgabesignals, Bestimmen einer Signalstärke des modulierten eindeutigen Frequenztons basierend auf dem gemischten Ausgabesignal und Einstellen eines optischen Kopfes des ersten Kommunikationsendgerätes zur Erfassung von und Ausrichtung eines optischen Strahls auf das zweite Kommunikationsendgerät auf Grundlage der Signalstärke des modulierten, von dem zweiten Kommunikationsendgerät empfangenen eindeutigen Frequenztons. Das Referenzsignal weist dieselbe Frequenz auf wie der modulierte einzigartige Frequenzton.
Implementierungen der Offenbarung können eines oder mehrere der folgenden optionalen Merkmale beinhalten. In einigen Implementierungen kombiniert das zweite Kommunikationsendgerät ein Datensignal, das ein oder mehrere Datenpakete beinhaltet und ein Leitsignal, das mit dem eindeutigen Frequenzton auf einen überlagertenüberlagerten optischen Träger moduliert ist, der das optische Signal für die Übertragung an das erste Kommunikationsendgerät umfasst. Das zweite Kommunikationsendgerät kann entweder einen Wellenlängenmultiplexer oder einen Polarisationsmultiplexer zum Kombinieren des Datensignals und des Leitsignals auf dem überlagerten überlagertenoptischen Träger verwenden.
In einigen Beispielen beinhalten Operationen bei Empfang des optischen Signals von dem zweiten Kommunikationsendgerät das Demultiplexieren des empfangenen optischen Signals in das Datensignal und das Leitsignal auf dem ersten Kommunikationsendgerät. In diesen Beispielen beinhaltet das Mischen des modulierten einzigartigen Frequenztons das Mischen des empfangenen Leitsignals mit dem Referenzsignal von einem lokalen Oszillator des ersten Kommunikationsendgerätes zur Bereitstellung des gemischten Ausgabesignals. Das zweite Kommunikationsendgerät kann den modulierten eindeutigen Frequenzton mit einem modulierten Datensignal kombinieren, das einen Strom von Datenpaketen enthält, um das optische Signal für die Übertragung an das erste Kommunikationsendgerät zu erzeugen. Der modulierte eindeutige Frequenzton kann eine niedrigere Frequenz als eine Frequenz des modulierten Datensignals enthalten. Der modulierte eindeutige Frequenzton kann eine geringere Leistungsmodulationstiefe als das modulierte Datensignal aufweisen.
Wenn das erste Kommunikationsendgerät das optische Signal von dem zweiten Kommunikationsendgerät empfängt, umfassen Operationen das Aufteilen des optischen Signals in das modulierte Datensignal und den modulierten eindeutigen Frequenzton und das Kodieren des Stroms von Datenpaketen auf dem modulierten Datensignal. Zum Bereitstellen des gemischten Ausgabesignals kann das Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons das Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons mit dem Referenzsignal von einem lokalen Oszillator des ersten Kommunikationsendgerätes umfassen. Durch das Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons mit dem Referenzsignal kann nach dem Empfang des optischen Signals durch das erste Kommunikationsendgerät Rauschen im modulierten eindeutigen Frequenzton eliminierten werden.
In einigen Implementierungen umfasst das Bestimmen der Signalstärke des modulierten eindeutigen Frequenztons das Filtern des gemischten Ausgabesignals, um eine Gleichstromkomponente aus dem gemischten Ausgabesignal zu extrahieren und um die Signalstärke des modulierten eindeutigen Frequenztons, basierend auf einem aus dem gemischten Ausgabesignal extrahierten Wert der Gleichstromkomponente, zu bestimmen. Das Einstellen des optischen Kopfes des ersten Kommunikationsendgerätes kann die Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Kommunikationsendgerät durch Erhöhen der Signalstärke des modulierten eindeutigen Frequenztons des von dem zweiten Kommunikationsendgerät empfangenen optischen Signals erfolgen.
In einigen Beispielen umfassen Operationen, nachdem die optische Strahlerfassung und die Ausrichtung zwischen dem ersten Kommunikationsendgerät und dem zweiten Kommunikationsendgerät hergestellt wurden, das Senden eines ersten Telemetriesignals über die optische Verbindung von dem ersten Kommunikationsendgerät zu dem zweiten Kommunikationsendgerät und der Empfang eines zweiten Telemetriesignals über die optische Verbindung auf dem ersten Kommunikationsendgerät von dem zweiten Kommunikationsendgerät. Das erste Telemetriesignal kann das zweite Kommunikationsendgerät während nachfolgender Übertragungen über die optische Verbindung informieren, einen Divergenzwinkel des optischen Signals zu dem ersten Kommunikationsendgerät zu reduzieren. Das zweite Telemetriesignal kann das erste Kommunikationsendgerät informieren, einen Divergenzwinkel der optischen Strahlübertragungen zu dem zweiten Kommunikationsendgerät über die optische Verbindung zu reduzieren. Das erste Telemetriesignal kann zusätzlich oder alternativ das zweite Kommunikationsendgerät informieren, einen Sendewinkel des optischen Signals während nachfolgender Übertragungen über die optische Verbindung zu dem ersten Kommunikationsendgerät zu ändern. Durch das Umleiten des Sendewinkels des optischen Signals während nachfolgender Übertragungen an das erste Kommunikationsendgerät kann ein empfangenes Datensignal bzw. ein empfangener modulierter eindeutiger Frequenzton auf dem ersten Kommunikationsendgerät maximiert werden. Ähnlich kann das zweite Telemetriesignal zusätzlich oder alternativ das zweite Kommunikationsendgerät informieren, einen Sendewinkel nachfolgender optischer Strahlübertragungen zu dem zweiten Kommunikationsendgerät über die optische Verbindung umzuleiten. Durch das Umleiten des Sendewinkels nachfolgender optischer Strahlübertragungen zum zweiten Kommunikationsendgerät kann ein empfangenes Datensignal bzw. ein empfangener modulierter eindeutiger Frequenzton auf dem zweiten Kommunikationsendgerät maximiert werden.
Operationen können zudem die Bestimmung der empfangenen Leistung des optischen Signals, das von dem zweiten Kommunikationsendgerät an jedem von drei oder mehr, mit der Empfangsoptik des ersten Kommunikationsendgerätes verbundenen Fotodetektoren empfangen wird und die Bestimmung, ob die empfangene Leistung an jedem der Fotodetektoren abgeglichen ist, umfassen. Ist die empfangene Leistung an den Fotodetektoren nicht abgeglichen, umfassen Operationen das Einstellen der Ausrichtung der Empfangsoptik des ersten Kommunikationsendgerätes, bis die Empfangsoptik auf das von dem zweiten Kommunikationsendgerät empfangene optische Signal zentriert ist. Das erste Kommunikationsendgerät und das zweite Kommunikationsendgerät können stationäre optische Endgeräte sein.
Details von einer oder mehreren Implementierungen der Offenbarung sind in den zugehörigen Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Andere Aspekte, Objekte und Vorteile sind aus der Beschreibung und den Zeichnungen, sowie aus den Patentansprüchen, ersichtlich.
Figurenliste

1 zeigt ein Blockdiagramm eines exemplarischen Kommunikationssystems.
Die 2A und 2B sind perspektivische Ansichten exemplarischer stationärer Kommunikationsendgeräte.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines exemplarischen Kommunikationssystems, das optische Signale über eine optische Verbindung im freien Raum zwischen einem ersten Kommunikationsendgerät und einem zweiten Kommunikationsendgerät bereitstellt.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines exemplarischen Kommunikationssystems, das optische Signale bereitstellt, die jeweils ein Leitsignal beinhalten, das mit einem eindeutigen Frequenzton für eine optische Verbindung im freien Raum zwischen einem ersten Kommunikationsendgerät und einem zweiten Kommunikationsendgerät moduliert ist.
5 zeigt eine schematische Ansicht eines exemplarischen Kommunikationssystems, das optische Signale bereitstellt, die jeweils einen modulierten eindeutigen Frequenzton für eine optische Verbindung im freien Raum zwischen einem ersten Kommunikationsendgerät und einem zweiten Kommunikationsendgerät beinhalten.
6 zeigt eine schematische Ansicht eines exemplarischen Kommunikationssystems, das Telemetriesignale für eine optische Verbindung im freien Raum zwischen einem ersten Kommunikationsendgerät und einem zweiten Kommunikationsendgerät bereitstellt.
7 zeigt eine schematische Ansicht eines exemplarischen Pfadverfolgungsanalysators, der einen Phasenregelkreis verwendet, um die Erfassungsempfindlichkeit der Empfangsoptik eines Kommunikationsendgerätes zu erhöhen.
8 zeigt eine schematische Ansicht der exemplarischen Steuerungshardware eines Kommunikationsendgerätes.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines exemplarischen Verfahrens zum Einstellen eines optischen Kopfes eines Kommunikationsendgerätes, basierend auf einer Signalstärke eines empfangenen modulierten eindeutigen Frequenztons.

Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen verweisen auf gleiche Elemente.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie unter Bezugnahme auf 1 ersichtlich, enthält ein globales Kommunikationssystem 100 in einigen Implementierungen stationäre Kommunikationsendgeräte 200 (z. B. Ziel-Bodenstationen 200a und Quell-Bodenstationen 200b) und Satelliten 301. Die stationären Kommunikationsendgeräte 200 können miteinander kommunizieren, und in einigen Beispielen fungieren die stationären Kommunikationsendgeräte 200 auch als verbundene Gateways zwischen zwei oder mehr Satelliten 301. Die Ziel-Bodenstationen 200a können Benutzergeräte (z. B. Mobilgeräte, Heim-WiFi-Geräte, Heimnetzwerke usw.) sein, und die Quell-Bodenstationen 200b können mit einem oder mehreren Dienstanbietern verbunden sein. Stationäre Kommunikationsendgeräte 200 können eine Kommunikation 20 von einem der Satelliten 301 empfangen und die Kommunikation 20 zu einem anderen Kommunikationsendgerät 200 weiterleiten. Das System 100 kann auch Höhenplattformen (HAPs) beinhalten, die Antennenkommunikationsvorrichtungen beinhalten, die in großen Höhen (z. B. 17-22 km) betrieben werden können. Zum Beispiel können HAPs, z. B. durch ein Flugzeug, in die Erdatmosphäre ausgesetzt oder in die gewünschte Höhe geflogen werden. Der Satellit 301 kann sich in erdnaher Umlaufbahn (LEO - Low Earth Orbit), mittlerer Erdumlaufbahn (MEO - Medium Earth Orbit) oder erdferner Umlaufbahn (HEO - High Earth Orbit), unter anderem auch in einer geostationären Erdumlaufbahn (GEO - Geosynchronous Earth Orbit), befinden.
Wie unter Bezugnahme auf 2A und 2B ersichtlich, beinhaltet das Kommunikationsendgerät 200 in einigen Implementierungen einen Sendeempfänger 210, der die Kommunikation 20 von einem anderen Kommunikationsendgerät 200, einer HAP oder dem Satelliten 301 empfängt und die Kommunikation 20 an ein anderes Kommunikationsendgerät 200, HAP oder einen Satelliten 301 überträgt. Das Kommunikationsendgerät 200 kann eine Steuerungshardware 800 beinhalten, die die empfangene Kommunikation 20 verarbeitet und eine Erfassung und Verfolgung mit dem anderen Kommunikationsendgerät 200 oder dem Satelliten 301 vornimmt. In einigen Implementierungen sind zwei stationäre Kommunikationsendgeräte 200 in der Lage, miteinander zu kommunizieren, indem optische Signale 320 (3) über eine optische Verbindung im freien Raum 322 (3) übertragen werden. Stationäre Kommunikationsendgeräte 200 können eine Erfassung und Verfolgung miteinander ermöglichen, ohne Verwendung von Positionssensoren, schnellen Lenkspiegeln bzw. schnellen Kardangelenken, die von anspruchsvollen Erfassungs- und Verfolgungssystemen verwendet werden, die für Kommunikationsendgeräte erforderlich sind und sich schnell und relativ zueinander bewegen.
2A zeigt eine exemplarische Ziel-Bodenstation 200a, die eine Basis 214 und einen von der Basis 214 getragenen Reflektor 212 beinhaltet. Die Bodenstation 200a beinhaltet zudem einen Sendeempfänger 210, wie z. B. eine Senderoptik 306 (3) und eine Empfangsoptik 308 (3), sowie eine mit dem Sendeempfänger 210 kommunizierende Steuerungshardware 800. Die Steuerungshardware 800 führt Algorithmen aus, um eine Signalstärke 415 (4) eines modulierten eindeutigen Frequenztons 318 (3) zu bestimmen, der in einem von einem anderen Kommunikationsendgerät 200 empfangenen optischen Signal 320 enthalten ist, und um anschließend den Sendeempfänger 210 einzustellen, um eine Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls auf das andere Endgerät 200 auf Grundlage der Signalstärke 415 des von dem anderen Endgerät 200 empfangenen modulierten eindeutigen Frequenztons 318 vorzunehmen. In einigen Beispielen ist die Steuerungshardware 800 mit der Strahlausrichtungshardware 420 (z. B. einem Kardanring) verbunden, um den Sendeempfänger 210 so einzustellen, dass dieser auf das andere Endgerät 200 zeigt. Bei der Basis 214 kann die Ziel-Bodenstation 200a an einem Gebäude oder anderweitig angebracht werden und der Ziel-Bodenstation 200a ermöglichen, in Bezug auf das Gebäude stationär zu bleiben.
2B veranschaulicht eine exemplarische Quell-Bodenstation 200b, die auch den Sendeempfänger 212 und die Steuerungshardware 800 zum Bestimmen der Signalstärken von modulierten, in optischen Signalen 320 enthaltenen eindeutigen Frequenztönen 318 beinhaltet, die von anderen Kommunikationsendgeräten 200 empfangen werden. Darüber hinaus kann die Steuerungshardware 800 der Quell-Bodenstation 200b den Sendeempfänger 210 einstellen, um eine Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls auf andere Endgeräte 200 auf Grundlage der Signalstärke des modulierten eindeutigen Frequenztons 318, der von dem anderen Endgerät 200 empfangen wird, vorzunehmen.
Unter Bezugnahme auf 3, in einigen Implementierungen stellt ein Kommunikationssystem 300, 300a optische Signale 320, 320a-b zwischen einem ersten Kommunikationsendgerät 302a (nachfolgend „erstes Endgerät 302a“) und einem zweiten Kommunikationsendgerät 302b (nachfolgend „zweites Endgerät 302b“) über die optische Verbindung im freien Raum 322 bereit. Optische Signale 320 können Daten 321, wie z. B. Internet-Pakete, umfassen, die durch das globale Kommunikationssystem 100 weitergeleitet werden. Endgeräte 302a, 302b können stationäre Endgeräte sein, die an Gebäuden oder anderen unbeweglichen oder sich langsam bewegenden Objekten angebracht sind, die keine anspruchsvollen Erfassungs- und optischen Strahlausrichtungssysteme erfordern, wie diese für sich schnell bewegende Endgeräte wie HAPs und Satelliten erforderlich sind. Jedes Endgerät 302a, 302b kann ein Frequenztonmodul 330, 330a-b, ein Sendermodul 400, 400a-b, einen optischen Kopf 310, 310a-b, ein Empfängermodul 500, 500a-b, die Steuerungshardware 800, 800a-b sowie Speicherhardware 802, 802a-b umfassen. Der optische Kopf 310 umfasst eine Senderoptik 306, 306a-b und eine Empfängeroptik 308, 308a-b. Die Speicherhardware 802 speichert nicht flüchtige Informationen, wie beispielsweise von der Steuerungshardware 800 ausführbare Anweisungen, auf der Steuerungshardware 800. Die Speicherhardware 802 kann als ein von einem Computer lesbares Medium, eine/mehrere Einheiten mit flüchtigen oder nicht flüchtigen Speicher implementiert werden. Speicherhardware 802 kann physikalische Vorrichtungen zum Speichern von Programmen (z. B. Sequenzen von Anweisungen) oder Daten (z. B. Programmzustandsinformationen) auf einer temporären oder permanenten Basis zur Verwendung durch die Steuerungshardware 800 sein. Beispiele für nicht flüchtigen Speicher umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Flash-Speicher und Nur-Lese-Speicher (ROM), programmierbarer Nur-Lese-Speicher (PROM), löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM), elektronisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM) (wird typischerweise z. B. für Firmware, wie beispielsweise Bootprogramme, verwendet). Beispiele für flüchtigen Speicher umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), dynamische Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM), statische Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM), Phasenänderungsspeicher (PCM) sowie Festplatten/Disketten oder Bänder. Die Steuerungshardware 800 kann beispielsweise ein Prozessor sein, der auf der Speicherhardware 802 gespeicherte computerlesbare Anweisungen ausführt, ein feldprogrammierbares Gate-Array (FGPA), ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder irgendeine andere geeignete Schaltung.
In einigen Implementierungen nehmen die Endgeräte 302 eine Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls aufeinander auf der Grundlage von Signalstärken 415 von in den optischen Signalen 320 enthaltenen modulierten eindeutigen Frequenztönen 318, die zwischen Endgeräten 302 über die optische Verbindung 322 kommuniziert werden, vor. Zum Beispiel kann jedes, von einem der empfangenden Endgeräte 302 empfangene optische Signal 320 einen modulierten eindeutigen Frequenzton 318 umfassen, der mit einem der sendenden Endgeräte 302 verknüpft ist. Das Empfangsgerät 302 kann eine Signalstärke 415 des modulierten eindeutigen Frequenztons 318 bestimmen und dann den optischen Kopf 310 einstellen, um die Signalstärke 415 des modulierten eindeutigen Frequenztons 318 zu erhöhen, wodurch eine Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls auf das sendende Kommunikationsendgerät 302 erfolgt. Dementsprechend kann das Empfangsendgerät 302 den optischen Raum durchsuchen, um auf den durch das Sendeendgerät 302 übertragenen modulierten, eindeutigen Frequenzton 318 zu hören und um die Signalstärke des modulierten eindeutigen Frequenztons 318 durch Einstellen des optischen Kopfes 310 zu maximieren.
Die Senderoptik 306 überträgt die optischen Signale 320, und die Empfängeroptik 308 empfängt die optischen Signale 320 über die optische Verbindung 322. Beispielsweise kann die Senderoptik 306b des zweiten Endgerätes 302b ein erstes optisches Signal 320a über die optische Verbindung 322 an die Empfängeroptik 308a des ersten Endgerätes 302a senden. Dementsprechend kann die Senderoptik 306a des ersten Endgerätes 302a ein zweites optisches Signal 320b über die optische Verbindung 322 an die Empfängeroptik 308b des zweiten Endgerätes 302b senden. In einigen Implementierungen umfasst die Senderoptik 306 einen einstellbaren Linsensatz, um einen Divergenzwinkel des optischen Signals 320 anzupassen, wenn das optische Signal 320 gesendet wird. Beispielsweise kann das optische Signal 320 einen stark divergenten Pilotstrahl für die Übertragung vor dem Herstellen einer Erfassung von und einer Ausrichtung des optischen Strahls auf die Endgeräte 302 umfassen. Sobald die Erfassung und die Ausrichtung des optischen Strahls hergestellt sind, kann die Senderoptik 306 den dem Pilotstrahl zugeordneten Divergenzwinkel reduzieren, um die Ausrichtung des optischen Strahls zwischen den Endgeräten 302 zu optimieren.
Die Empfängeroptik 308 kann das empfangene optische Signal 320 dem Empfängermodul 500 zuführen. Die Empfängeroptik 308 und das Empfängermodul 500 können (sind aber nicht begrenzt auf) einen Demultiplexer, einen optischen Vorverstärker, Fotodioden, den Fotoempfänger, Transimpedanzverstärker, Takt-/Phasenwiederherstellungsschaltungen, Entscheidungsschaltungen und/oder Vorwärtsfehlerkorrekturschaltungen umfassen, um die optischen Signale 320 in den modulierten eindeutigen Frequenzton 318 und in elektrische Binärbits zu trennen (z. B. Demultiplexieren oder Aufteilen), um die Daten 321 zu interpretieren. Die Steuerungshardware 800 kann mit dem Empfängermodul 500 und der Empfängeroptik 308 kommunizieren. In einigen Implementierungen bestimmt die Steuerungshardware 800 die Signalstärke 415 des modulierten eindeutigen Frequenztons 318, der in dem optischen Signal 320 empfangen wird, das zuletzt von der zugeordneten Empfängeroptik 308 empfangen wurde, und liefert Ausrichtungseinstellung 324 an die Empfängeroptik 308 und/oder die Senderoptik 306 des optischen Kopfes 310, um eine Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls auf das andere Endgerät 302 vorzunehmen. Dementsprechend kann die Steuerungshardware 800 einen geschlossenen Regelkreis für den optischen Kopf 310 bereitstellen, um die Ausrichtung des optischen Strahls auf das zugehörige Endgerät 302, basierend auf der Signalstärke 415 des über die optische Verbindung 322 von dem anderen Endgerät 302 empfangenen modulierten eindeutigen Frequenztons, einzustellen.
Das Frequenztonmodul 330 kann den modulierten eindeutigen Frequenzton 318 für das Sendermodul 400 bereitstellen, und das Sendermodul 400 kann den eindeutigen Frequenzton 318 und die Daten 321 kombinieren, um das optische Signal 320 für die Übertragung durch die Senderoptik 306 des entsprechenden Endgerätes 302 an das andere Endgerät 302 zu erzeugen. Beispielsweise kann das Sendermodul 400b des zweiten Endgerätes 400b ein erstes optisches Signal 320a durch das Kombinieren der Daten 321 und eines eindeutigen Frequenztons f₁ erzeugen, der dem zweiten Endgerät 302b von dem Frequenztonmodul 330b des zweiten Endgerätes 302b zugeordnet ist. Ähnlich kann das Sendermodul 400a des ersten Endgerätes 400a ein zweites optisches Signal 320b durch Kombinieren der Daten 321 und eines eindeutigen Frequenztons f₂ erzeugen, der dem ersten Endgerät 302a des Frequenztonmoduls 330a des ersten Endgerätes 302a zugeordnet ist. Die eindeutigen Frequenztöne f₁ und f₂ , die den jeweiligen Endgeräten 302 zugeordnet sind, können gleich oder verschieden sein. In einigen Beispielen ändern die Endgeräte 302 periodisch die Werte der modulierten eindeutigen Frequenztöne f₁ und f₂ zur Sicherheit bzw. um zu vermeiden, dass diese auf eine falsche Quelle mit demselben Frequenzton ausgerichtet werden.
In einigen Implementierungen sendet die Senderoptik 306b des zweiten Endgerätes 302b das erste optische Signal 320a über die optische Verbindung 322 zu der Empfängeroptik 308a des ersten Endgerätes 302a. Nach Empfang des ersten optischen Signals 320a kann die Empfängeroptik 308a des ersten Endgerätes 302a das optische Signal 320a oder die dem optischen Signal 320a zugeordneten Informationen dem Empfängermodul 500a zur Trennung des modulierten eindeutigen Frequenztons f₁ 318a und der Daten 321 von dem ersten optischen Signal 320a bereitstellen. Das Steuerungsmodul 800a des ersten Endgerätes 302a bestimmt die Signalstärke 415 des modulierten eindeutigen Frequenztons f₁ 318a und ermöglicht eine Ausrichtungseinstellung 324 des optischen Kopfes 310a zur Erhöhung der Signalstärke 415 des von dem zweiten Endgerät 302b empfangenen modulierten eindeutigen Frequenztons f₁ 318a und um hierdurch eine Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Endgerät 302b vorzunehmen. In einigen Beispielen bestimmt die Steuerungshardware 800a die Signalstärke 415 des dem zweiten Endgerät 302b zugeordneten modulierten eindeutigen Frequenztons f₁ 318a durch Extrahieren einer Gleichstromkomponente 335 (4) aus dem modulierten eindeutigen Frequenzton f₁ 318a, wobei die Gleichstromkomponente proportional zur Signalstärke 415 ist. Bei einigen Implementierungen richten die Ausrichtungseinstellungen 324 einen Kardanrahmen aus, um den gesamten optischen Kopf 310a oder eine Strahlausrichtungsvorrichtung, wie einen Siderostat oder Lenkspiegel zu steuern und um die optischen Strahlen an der Empfängeroptik 308a und/oder der Senderoptik 306a zu lenken. In einigen Szenarien kommuniziert die Steuerungshardware 800 mit einem dem Sendermodul 400 nachgeschalteten optischen Verstärker, um eine Ausgabeverstärkung eines nachfolgend übertragenen optischen Signals 320, basierend auf dem empfangenen modulierten eindeutigen Frequenzton 318, einzustellen.
Ähnlich der Senderoptik 306b des zweiten Endgerätes 302b kann die Senderoptik 306a des ersten Endgerätes 302a das zweite optische Signal 320b über die optische Verbindung 322 zu der Empfängeroptik 308b des zweiten Endgerätes 302b senden. Nach Empfang des zweiten optischen Signals 320b kann die Empfängeroptik 308b des zweiten Endgerätes 302b das optische Signal 320b oder die dem optischen Signal 320b zugeordneten Informationen dem Empfängermodul 500b zur Trennung des modulierten eindeutigen Frequenztons f₂ 318b und der Daten 321 von dem zweiten optischen Signal 320b bereitstellen. Das Steuerungsmodul 800b des zweiten Endgerätes 302b bestimmt die Signalstärke 415 (4) des modulierten eindeutigen Frequenztons f₂ 318b und ermöglicht eine Ausrichtungseinstellung 324 des optischen Kopfes 310b, um die Signalstärke 415 des von dem ersten Endgerät 302a empfangenen modulierten eindeutigen Frequenztons f₂ 318b zu erhöhen und um hierdurch eine Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls auf das erste Endgerät 302a vorzunehmen.
Unter Bezugnahme auf 4, in einigen Implementierungen stellt ein Kommunikationssystem 300, 300b die optischen Signale 320 zwischen dem ersten Endgerät 302a und dem zweiten Endgerät 302b über die optische Verbindung im freien Raum 322 bereit. Ein Frequenzmodul 332, ein Gleichstrom-Vorspannungsmodul 334, ein Kombinierer 336 und ein Leitsignaltreiber 338 sind jedem der Frequenztonmodule 330a, 330b zugeordnet.
Der Kombinierer 336 empfängt den entsprechenden eindeutigen Frequenzton f₁ oder f₂ von dem Frequenzmodul 332 und eine Gleichstromkomponente 335 von dem Gleichstrom-Vorspannungsmodul 334 zur Erzeugung eines vom Leitsignaltreiber 338 verwendeten Ausgabesignals 337, um ein Leitsignal 318 mit dem entsprechenden eindeutigen Frequenzton f₁ oder f₂ zu modulieren. Der Leitsignaltreiber 338 stellt das mit dem eindeutigen Frequenzton modulierte Leitsignal 318 für das Sendermodul 400 bereit. Beispielsweise stellt der Leitsignaltreiber 338 des ersten Endgerätes 302a das mit dem eindeutigen Frequenzton f₂ modulierte Leitsignal 318b für das Sendermodul 400b bereit.
In einigen Beispielen sind jedem der Sendermodule 400a, 400b jeweils ein oder mehrere Datensender 402, ein Leitsignalsender 404 und ein Multiplexer 406 zugeordnet. Jeder Datensender 402 kann eine direkt modulierte Laserdiode für jede geeignete Wellenlänge oder eine Laserdiode, gefolgt von einem Modulator, umfassen. Der Leitsignalsender 404 kann zudem eine Laserdiode umfassen. In einigen Implementierungen überträgt jeder Datensender Teile der Daten 321a-n (z. B. Datenpakete) an den Multiplexer 406, während der Leitsignalsender 404 das mit dem von dem Leitsignaltreiber 338 bereitgestellten eindeutigen Frequenzton f₁ , f₂ modulierte Leitsignal 318 an den Multiplexer 406 überträgt. In diesen Beispielen kombiniert der Multiplexer 406 das Datensignal 321, einschließlich des einen oder der mehreren Datenpakete 321 a-n und des Leitsignals 318, das mit dem eindeutigen Frequenzton f₁ , f₂ auf einen überlagerten optischen Träger moduliert ist, der das optische Signal 320 für die Übertragung an das andere Endgerät 302 umfasst. Der Multiplexer 406 kann einen Wellenlängenmultiplexer (WDM - Wavelength Division Multiplexer) oder einen Polarisationsmultiplexer umfassen. In einigen Beispielen umfassen die Sender 402 optische Sender, die optische Signale einschließlich zugehöriger Datenabschnitte 321 a-n übertragen. Der Multiplexer 406 multiplext die Datenabschnitte 321a-n und das Leitsignal 318 zur Verbreitung des optischen Signals 320 mit den Daten 321 und dem Leitsignal 318. In einigen Beispielen stellt der Multiplexer 406 dem optischen Signal 320 einen dedizierten Kanal für die Übertragung über die optische Verbindung 322 bereit. Dem Multiplexer 406 folgt ein Verstärker zum Einstellen einer Ausgabeverstärkung des optischen Signals 320 vor Übertragung durch die Senderoptik 306.
4 zeigt die Senderoptik 306b des zweiten Endgerätes 302b, das ein sich mit den Daten 321 fortpflanzendes erstes optisches Signal 320a und das mit dem eindeutigen Frequenzton f₁ modulierte Leitsignal 318a über die optische Verbindung 322 zu der Empfängeroptik 308a des ersten Endgerätes 302a überträgt. Ähnlich zeigt die Senderoptik 306a des ersten Endgerätes 302a, das ein sich mit den Daten 321 fortpflanzendes zweites optisches Signal 320b und das mit dem eindeutigen Frequenzton f₂ modulierte Leitsignal 318b über die optische Verbindung 322 zu der Empfängeroptik 308b des zweiten Endgerätes 302b überträgt.
In einigen Beispielen sind jedem der Empfängermodule 500a, 500b ein Datenempfänger 502, ein Leitsignalempfänger 504 und ein Demultiplexer 506 zugeordnet. Empfängt die Empfangsoptik 308 ein optisches Signal 320 über die optische Verbindung 322, demultiplext der Demultiplexer 506 das empfangene optische Signal 320 in das Datensignal 321 und das mit dem eindeutigen Frequenzton f₁ , f₂ modulierte Leitsignal 318. In einigen Beispielen zerlegt der Demultiplexer 506 das Datensignal 321 in die entsprechenden Datenabschnitte 321a-n und stellt die Datenabschnitte 321a-n dem Datenempfänger 502 zur Umwandlung in elektrische Binärbits zur Interpretation der Daten 321 zur Verfügung. Andererseits empfängt der Leitsignalempfänger 504 das Leitsignal 318 und stellt das Leitsignal 318 der Steuerungshardware 800 zur Bestimmung einer Signalstärke 415 des empfangenen, mit dem eindeutigen Frequenzton f₁ , f₂ modulierten Leitsignals 318 zur Verfügung. Beispielsweise kann der Demultiplexer 506 des ersten Endgerätes 302a das empfangene erste optische Signal 320a des zweiten Endgerätes 302b in das Datensignal 321 und das mit dem eindeutigen Frequenzton f1 modulierte Leitsignal 318a Demultiplexieren, und der Leitsignalempfänger 504 kann das Leitsignal 318a für die Steuerungshardware 800a des ersten Endgerätes 302a bereitstellen.
In einigen Implementierungen sind jeder Steuerungshardware 800a, 800b ein Mischer 410, ein lokaler Oszillator (LO) 412, ein Tiefpassfilter (LPF) 414 und ein Strahl-Ausrichtungseinstellungsmodul 416 zugeordnet. Der Mischer 410 mischt das empfangene Leitsignal 318 von dem Leitsignalempfänger 504 mit einem Referenzsignal 411 von dem LO 412 zur Bereitstellung eines gemischten Ausgabesignals 413. In einigen Beispielen umfasst das Referenzsignal 411 dieselbe Frequenz wie der modulierte, eindeutige Frequenzton, der dem empfangenen Leitsignal 318 zugeordnet ist, um das Rauschen bei Empfang des das Leitsignal 318 enthaltenden optischen Signals 320 durch das zugeordnete Endgerät 302 zu eliminieren. Beispielsweise stellt der LO 412 der Steuerungshardware 800a des ersten Endgerätes 302a ein Referenzsignal 411 zur Verfügung, das die gleiche Frequenz wie der modulierte eindeutige Frequenzton f₁ des empfangenen Leitsignals 318a von dem zweiten Endgerät 302b besitzt. Dementsprechend arbeiten der Mischer 410, LO 412 und der LPF 414 zusammen, um ein Phasenregelkreissystem zu bilden, das das gemischte Ausgabesignal 413 mit der gleichen Phase/Frequenz erzeugt, die der modulierte eindeutige Frequenzton f₁ oder f₂ des Leitsignals 318 aufweist. Vorteilhafterweise ist das gemischte Ausgabesignal 413 wirksam, um den dem empfangenen Leitsignal 318 zugeordneten eindeutigen Frequenzton f₁ oder f₂ wiederzugewinnen, da das Leitsignal aufgrund von Rauschen über die optische Verbindung 322 beeinträchtigt werden kann.
Der Mischer 410 stellt das gemischte Ausgabesignal 413 LPF 414 bereit, und LPF 414 filtert das gemischte Ausgabesignal 413, um daraus die Gleichstromkomponente 335 zu extrahieren. In einigen Beispielen ist der Wert der dem empfangenen Leitsignal 318 zugeordneten Gleichstromkomponente 335 proportional zu der Signalstärke 415 des empfangenen Leitsignals. Dementsprechend kann die Steuerungshardware 800 die Signalstärke 415 des mit dem eindeutigen Frequenzton f₁ , f₂ modulierten Leitsignals 318, basierend auf einem Wert der aus dem gemischten Ausgabesignal 413 extrahierten Gleichstromkomponente 335, bestimmen. Zusätzlich zur enthaltenen Gleichstromkomponente 335 umfasst das gemischte Ausgabesignal 413 zudem zweite harmonische Komponenten und andere harmonische Komponenten höherer Ordnung. Dementsprechend kann der Mischer 410 zudem das gemischte Ausgabesignal 413 einem zweiten harmonischen Filter (nicht gezeigt) oder einem harmonischen Filter höherer Ordnung zur Verfügung stellen, um daraus ein zweites harmonisches Signal zu extrahieren. Wie bei der Gleichstromkomponente 334 ist ein Wert des zweiten harmonischen Signals (oder des höherwertigen harmonischen Signals) proportional zur Signalstärke 415 des empfangenen Leitsignals.
Unter Verwendung der Signalstärke 415, die aus dem empfangenen Leitsignal 318 zugeordneten Wert der Gleichstromkomponente 335 bestimmt wird, liefert das Strahl-Ausrichtungseinstellungsmodul 416 Strahl-Ausrichtungseinstellungen 324 an den optischen Kopf 310, um die Signalstärke 415 des mit dem eindeutigen Frequenzton modulierten empfangenen Leitsignals 318 zu erhöhen, um hierdurch eine Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls auf das Sendeendgerät 302 vorzunehmen. Beispielsweise kann das Strahl-Ausrichtungseinstellungsmodul 416 der Steuerungshardware 800a des ersten Endgerätes 302a eine Strahl-Ausrichtungseinstellung 324 für den optischen Kopf 310a vornehmen, um die Signalstärke 415 des von dem zweiten Endgerät 302b empfangenen und mit dem eindeutigen Frequenzton f₁ modulierten Leitsignals 318a zu erhöhen, um dadurch eine Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Endgerät 302b in einem geschlossenen Regelkreis vorzunehmen. Das Strahl-Ausrichtungseinstellungsmodul 416 in jedem der Endgeräte 302a, 302b kann eine Ausrichtungselektronik 418 bzw. eine Ausrichtungshardware 420 umfassen. In einigen Beispielen enthält die Ausrichtungshardware 420 einen Kardanrahmen, um den gesamten optischen Kopf 310 des entsprechenden Endgerätes 302 auszurichten. In anderen Beispielen umfasst die Ausrichtungshardware 420 eine Strahl-Ausrichtungsvorrichtung, wie beispielsweise einen Siderostat oder einen Ausrichtungsspiegel, um die optischen Strahlen zu lenken. Dementsprechend können die Ausrichtungselektronik 418 bzw. die Ausrichtungshardware 420 einen geschlossenen Regelkreis bereitstellen, um die ermittelte, dem empfangenen Leitsignal 318 zugeordnete Signalstärke 415 zu maximieren.
Unter Bezugnahme auf 5, in einigen Implementierungen stellt ein Kommunikationssystem 300, 300c die optischen Signale 320 zwischen dem ersten Endgerät 302a und dem zweiten Endgerät 302b über die optische Verbindung im freien Raum 322 bereit. In einigen Implementierungen sind das Frequenzmodul 332, das Gleichstrom-Vorspannungsmodul 334, ein Hochgeschwindigkeitsdatenmodul 354, ein Kombinierer 356 und ein Sendertreiber 558 jedem der Frequenztonmodule 330a, 330b zugeordnet. Während der Kombinierer 336 des Kommunikationssystems 300b von 4 den zugehörigen eindeutigen Frequenzton f₁ oder f₂ und die Gleichstromkomponente 335 zur Erzeugung des Ausgabesignals 337 empfängt, das der Leitsignaltreiber 338 verwendet, um das Leitsignal 318 mit dem zugeordneten eindeutigen Frequenzton f₁ oder f₂ zu modulieren, empfängt der Kombinierer 356 des Kommunikationssystems 300c Hochgeschwindigkeitsdaten 321 von dem Hochgeschwindigkeitsdatenmodul 354, den entsprechenden eindeutigen Frequenzton f₁ oder f₂ und die Gleichstromkomponente 335 zur Erzeugung eines Ausgabesignals 357, das der Sendertreiber 558 verwendet, um den zugeordneten eindeutigen Frequenzton f₁ oder f₂ als eine Leistungsmodulation 318 auf die Hochgeschwindigkeitsdaten 321 anzuwenden.
In einigen Beispielen umfassen die Hochgeschwindigkeitsdaten 321 einen Hochgeschwindigkeitsdatenstrom von Datenpaketen 321a-n, und der Sendertreiber 558 fügt den zugehörigen eindeutigen Frequenzton f₁ oder f₂ als eine Leistungsmodulation 318 des Hochgeschwindigkeitsdatenstroms von Datenpaketen 321 a-n zur Verwendung durch den Datensender 402 des Sendermoduls 400 hinzu. Beispielsweise kann der Sendertreiber 558 des ersten Endgerätes 302a den eindeutigen Frequenzton f₂ als eine Leistungsmodulation 318b auf die Hochgeschwindigkeitsdaten 321 zur Verwendung durch den Datensender 402 des Sendermoduls 400a anwenden. In einigen Beispielen ist die Leistungsmodulation 318 bei dem zugehörigen eindeutigen Frequenzton f₁ oder f₂ niedriger als eine Rate der Hochgeschwindigkeitsdaten 321. Zusätzlich ist die Tiefe der Leistungsmodulation 318 bei dem zugehörigen eindeutigen Frequenzton f₁ oder f₂ relativ gering, sodass die Leistungsmodulation 318 keine signifikanten negativen Auswirkungen auf Entscheidungsschaltungen am Empfängermodul 500 verursacht, wenn diese von dem Empfangsendgerät 302 empfangen wird.
In einigen Implementierungen ist der Datensender 402 eine direkt modulierte Laserdiode, die eingesetzt wird, um die Hochgeschwindigkeitsdaten 321 mit dem zu den Daten 321 hinzugefügten entsprechenden eindeutigen Frequenzton f₁ oder f₂ zu transportieren, indem die Gleichstromkomponente 335 mit einer geringeren Tiefe moduliert wird. Werden die Hochgeschwindigkeitsdaten 321 durch einen externen Modulator codiert, wird der zugehörige eindeutige Frequenzton f₁ oder f₂ auf die Hochgeschwindigkeitsdaten 321 durch Modulieren einer Vorspannung oder eines Stroms des externen Modulators mit einer geringen Tiefe hinzugefügt. Dementsprechend überträgt der Datensender 402 das optische Signal 320, einschließlich der Hochgeschwindigkeitsdaten 321, mit dem zugehörigen eindeutigen Frequenzton f₁ oder f₂ , der zu den Daten 321 als eine geringe Leistungsmodulationstiefe 318 für die Übertragung an das andere Endgerät 302 aufmoduliert wird. 5 zeigt die Senderoptik 306b des zweiten Endgerätes 302b, die ein erstes optisches Signal 320a mit dem eindeutigen Frequenzton f₁ , der als eine geringe Leistungsmodulationtiefe 318a auf die Hochgeschwindigkeitsdaten 321 aufmoduliert wurde, über die optische Verbindung 322 zu der Empfängeroptik 308a des ersten Endgerätes 302a überträgt.
In einigen Beispielen sind jedem der Empfängermodule 500a, 500b ein Strahlenteiler (BS - Beam Splitter) 550, ein Hochgeschwindigkeitsdatenempfänger 552 und ein Mittelwertleistungsmodul 554 zugeordnet. Empfängt die Empfangsoptik 308 ein optisches Signal 320 über die optische Verbindung 322, leitet BS 550 die Hochgeschwindigkeitsdaten 321 des empfangenen optischen Signals 320 zu dem Hochgeschwindigkeitsdatenempfänger 552 weiter, der über eine Elektronik zum Umwandeln der Hochgeschwindigkeitsdaten 321 in elektrische Binärbits zur Interpretation der Daten 321 verfügt. Gleichzeitig erfasst das Mittelwertleistungsmodul 554 die mittlere Leistung der geringen Leistungsmodulationstiefe 318, und die Steuerungshardware 800 bestimmt die Signalstärke 415 der geringen Leistungsmodulationstiefe 318 des zugeordneten eindeutigen Frequenztons f₁ oder f₂ , um die Strahl-Ausrichtungseinstellungen 324 für den optischen Kopf 310 des zugehörigen Endgerätes 302 bereitzustellen. In einigen Beispielen ermittelt der BS 550 die mit den Hochgeschwindigkeitsdaten 321 des empfangenen optischen Signals 320 verbundenen höheren Raten oder Geschwindigkeiten, um die Daten 321 von der mit einer niedrigeren Rate oder Frequenz verbundenen geringen Leistungsmodulationstiefe 318 zu trennen. Beispielsweise kann das Mittelwertleistungsmodul 554 des ersten Endgerätes 302a die mittlere Leistung der geringen Leistungsmodulationstiefe 318a bei dem eindeutigen Frequenzton f₁ ermitteln und die geringe Leistungsmodulationstiefe 318a für die Steuerungshardware 800a bereitstellen.
Wie bei der Steuerungshardware 800a, 800b des exemplarischen Kommunikationssystems 300b von 4, umfasst die Steuerungshardware 800a, 800b des exemplarischen Kommunikationssystems 300c von 5 jeweils den Mischer 410, den LO 412 und den LPF 414 zur Bereitstellung des Phasenregelkreissystems zur Wiederherstellung des zugehörigen eindeutigen Frequenztons f₁ oder f₂ , der den Daten 321 des empfangenen optischen Signals 320 als geringe Leistungsmodulationstiefe 318 hinzugefügt wurde. Somit mischt der Mischer 410 die empfangene geringe Leistungsmodulationstiefe 318 mit dem Referenzsignal 411 von dem LO 412 zur Bereitstellung des gemischten Ausgabesignals 413. In einigen Beispielen stellt der LO 412 der Steuerungshardware 800a des ersten Endgerätes 302a das Referenzsignal 411 zur Verfügung, das die gleiche Frequenz wie der eindeutige Frequenzton f₁ der empfangenen geringen Leistungsmodulationstiefe 318 von dem zweiten Endgerät 302b enthält, um das Rauschen des die geringe Leistungsmodulationstiefe 318 aufweisenden und von dem ersten Endgerät 302a empfangenen ersten optischen Signals 320a zu eliminieren. Anschließend empfängt und filtert der LPF 414 das gemischte Ausgabesignal 413 zur Extraktion der Gleichstromkomponente 335 zur Bestimmung der Signalstärke 415 der geringen Leistungsmodulationstiefe 318 des eindeutigen Frequenztons f₁ . Der Wert der aus dem gemischten Ausgabesignal 413 extrahierten Gleichstromkomponente 335 kann proportional zur Signalstärke 415 der empfangenen geringen Leistungsmodulationstiefe 318 sein. Dementsprechend bestimmt die Steuerungshardware 800 die Signalstärke 415 der geringen Leistungsmodulationstiefe 318 des eindeutigen Frequenztons f₁ , f₂ auf Grundlage eines Wertes der aus dem gemischten Ausgabesignal 413 extrahierten Gleichstromkomponente 335. Zusätzlich zur enthaltenen Gleichstromkomponente 335 umfasst das gemischte Ausgabesignal 413 zudem zweite harmonische Komponenten und andere harmonische Komponenten höherer Ordnung. Dementsprechend kann der Mischer 410 zudem das gemischte Ausgabesignal 413 einem zweiten harmonischen Filter (nicht gezeigt) oder einem harmonischen Filter höherer Ordnung zur Verfügung stellen, um daraus ein zweites harmonisches Signal zu extrahieren. Wie bei der Gleichstromkomponente 334 ist ein Wert des zweiten harmonischen Signals (oder eines höherwertigen harmonischen Signals) proportional zu der Signalstärke 415 der geringen Leistungsmodulationstiefe 318 des eindeutigen Frequenztons f₁ , f₂ .
Unter Verwendung der Signalstärke 415, die aus dem Wert der dem empfangenen optischen Signal 320 zugeordneten Gleichstromkomponente 335 bestimmt wird, stellt das Strahl-Ausrichtungseinstellungsmodul 416 Strahl-Ausrichtungseinstellungen 324 für den optischen Kopf 310 bereit, um die Signalstärke 415 der geringen Leistungsmodulationstiefe 318 bei dem eindeutigen Frequenzton, der über die optische Verbindung 322 empfangen wird, zu erhöhen und um hierdurch eine Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls auf das Sendeendgerät 302 vorzunehmen. Beispielsweise kann das Strahl-Ausrichtungseinstellungsmodul 416 der Steuerungshardware 800a des ersten Endgerätes 302a eine Strahl-Ausrichtungseinstellung 324 für den optischen Kopf 310a bereitstellen, um die Signalstärke 415 der geringen Leistungsmodulationstiefe 318 bei dem von dem zweiten Endgerät 302b empfangenen eindeutigen Frequenzton f₁ zu erhöhen. Das Strahl-Ausrichtungseinstellungsmodul 416 in jedem der Endgeräte 302a, 302b kann eine Ausrichtungselektronik 418 und/oder eine Ausrichtungshardware 420 umfassen. Die Ausrichtungselektronik 418 und/oder die Ausrichtungshardware 420 stellen zur Maximierung der bestimmten Signalstärke 415 der geringen Leistungsmodulationstiefe 318 eine Regelung im geschlossenen Regelkreis bereit.
Unter Bezugnahme auf 6, in einigen Implementierungen stellt ein Kommunikationssystem 300, 300d eine Optimierung und eine kontinuierliche Verfolgung der Ausrichtung eines optischen Strahls zwischen dem ersten Endgerät 302a und dem zweiten Endgerät 302b bereit, nachdem die Erfassung der und die Ausrichtung des optischen Strahls auf die Endgeräte 302a und 302b erfolgt ist. Die Erfassung und die Ausrichtung des optischen Strahls auf die Endgeräte 302a und 302b kann unter Verwendung irgendeines der oben beschriebenen Kommunikationssysteme 300a-c unter Bezugnahme auf die 3-6 erfolgen. In einigen Implementierungen umfasst die Senderoptik 306 einen einstellbaren Linsensatz, um einen Divergenzwinkel des optischen Signals 320 anzupassen, wenn das optische Signal 320 gesendet wird. Beispielsweise kann das optische Signal 320 einen stark divergierenden Pilotstrahl bei der Übertragung, vor der Vornahme einer Erfassung von und einer Ausrichtung des optischen Strahls auf die Endgeräte 302, aufweisen, und nach der Vornahme der Erfassung und der Ausrichtung des optischen Strahls kann die Senderoptik 306 den mit dem Pilotstrahl verbundenen Divergenzwinkel zur Optimierung der Ausrichtung des optischen Strahls zwischen den Endgeräten 302 reduzieren. Wie hierin verwendet, kann sich der Divergenzwinkel des „Pilotstrahls“ auf den Divergenzwinkel des Leitsignals 318 des Kommunikationssystems 300b von 4 oder auf das von dem Datensender 402 des Kommunikationssystems 300c von 3 ausgegebene optische Signal 320 beziehen.
In einigen Szenarien überträgt jedes Endgerät 302 nach Vornahme der Erfassung und dem Ausrichten des optischen Strahls ein Telemetriesignal 720, 720a-b über die optische Verbindung 322 an das andere Endgerät, die das andere Endgerät 302 informiert, den Divergenzwinkel des optischen Signals 320 während nachfolgender Übertragungen zu reduzieren. Beispielsweise kann das zweite Endgerät 302b ein erstes Telemetriesignal 720a an das erste Endgerät 302a übertragen, das das erste Endgerät 302a informiert, den Divergenzwinkel des optischen Signals 320 während nachfolgender Übertragungen über die optische Verbindung 322 zu dem zweiten Endgerät 302b zu reduzieren. Darüber hinaus kann das zweite Endgerät 302b ein zweites Telemetriesignal 720b von dem ersten Endgerät 302a empfangen, das das zweite Endgerät informiert, den Divergenzwinkel der optischen Strahlübertragungen zu dem ersten Endgerät 302a über die optische Verbindung 322 zu reduzieren. Durch Verringerung des Divergenzwinkels der optischen Strahlübertragungen zwischen den Endgeräten 302a, 302b optimiert das Kommunikationssystem 300d die Ausrichtung des optischen Strahls.
Das exemplarische Kommunikationssystem 300d stellt eine Kommunikation 20 über die optische Verbindung im freien Raum 322 zwischen dem ersten Endgerät 302a und dem zweiten Endgerät 302b bereit. Jede Kommunikation 20 kann das Telemetriesignal 720, 720a-b und das optische Signal 320 umfassen. Das optische Signal 320 kann die Daten 321 und den das optische Signal 320 übertragenden modulierten eindeutigen Frequenzton 318, der dem Endgerät 302 zugeordnet ist, umfassen. Sobald die Endgeräte 302 den Divergenzwinkel ihrer optischen Strahlübertragungen zur Optimierung der aufeinander zeigenden Ausrichtung des optischen Strahls reduzieren, können die Endgeräte 302 die Übertragung der Telemetriesignale 720 einstellen. In einigen Beispielen koordinieren die Endgeräte die Divergenz zwischen optischen Strahlübertragungen auf Grundlage von Echtzeittakten innerhalb vorbestimmter Zeitfenster.
In einigen Implementierungen enthält die Empfängeroptik 308 in jedem der Endgeräte 302 eine primäre Blende 701 (z. B. eine Linse), einen oder mehrere Fotodetektoren 702, 702a-n und einen Telemetrieempfänger 712. In einigen Beispielen sind mehr als drei Fotodetektoren 702 um den Umfang der primären Blende 701 verteilt. Beispielsweise können vier Fotodetektoren 702a - 702d gleichmäßig um den Umfang der primären Blende 701 der Empfangsoptik 308 verteilt sein. In anderen Beispielen sind mehr als drei Fotodetektoren 702 in die Empfangsoptik 308 eingebettet, um einen optischen Pfad der von der Empfangsoptik 308 empfangenen optischen Signale 320 zu umgeben. Die Steuerungshardware 800 in jedem der Endgeräte 302a, 302b kann einen Pfadverfolgungsanalysator 700, einen Telemetrieanalysator 714 und das Strahl-Ausrichtungseinstellungsmodul 416 umfassen.
In einigen Konfigurationen werden das Telemetriesignal 720 und das der Kommunikation 20 zugeordnete optische Signal 320 durch das Sendermodul 400 bei der Übertragung eines der Endgeräte gemeinsam übertragen. Beispielsweise zeigt 6 die das Telemetriesignal 720 für das Sendermodul 400 bereitstellende Steuerungshardware 800 und das das Telemetriesignal 720 und das optische Signal 320 der Kommunikation 20 weiter verbreitende Sendermodul 400, bevor die Senderoptik 306 die Kommunikation 20 an eines der empfangenden Endgeräte 302 überträgt. In anderen Konfigurationen kann die Senderoptik 306 das Telemetriesignal 720 und das zugehörige optische Signal 320 bei der Übertragung der Kommunikation 20 miteinander koppeln. In diesen Konfigurationen umfassen die Endgeräte 302 jeweils einen für die Übertragung des Telemetriesignals 720 an die Senderoptik 306 konfigurierten zugeordneten Telemetriesender. Hier enthält das Telemetriesignal 720 einen dedizierten, sich von einem Signalkanal unterscheidenden Kanal, der dem optischen Signal 320 der Kommunikation 20 zugeordnet ist.
Der Telemetrieempfänger 712 empfängt an einem der empfangenden Endgeräte 302 das in der Kommunikation 20 enthaltene Telemetriesignal 720 von dem sendenden Endgerät 302 und stellt das Telemetriesignal 720 für den Telemetrieanalysator 714 der Steuerungshardware 800 bereit. In einigen Implementierungen liefert das Telemetriesignal 720 einen Divergenzwinkelbefehl 715 für nachfolgende optische Signalübertragungen 320 an das sendende Endgerät 302. Das Sendermodul 400 empfängt den Divergenzwinkelbefehl 715 zur Bereitstellung eines nachfolgend übertragenen optischen Signals 320 mit einem reduzierten Divergenzwinkel zur Optimierung und Aufrechterhaltung der optischen Verbindung 322. Beispielsweise kann der Telemetrieanalysator 714 des ersten Endgerätes 302a das Telemetriesignal 720a von dem zweiten Endgerät 302b empfangen und den Divergenzwinkelbefehl 715 an das Sendermodul 400a des ersten Endgerätes 302b zur Verringerung des Divergenzwinkels eines nachfolgend übertragenen optischen Signals 320 dem zweiten Endgerät 302b zur Verfügung stellen.
Zusätzlich oder alternativ kann das Telemetriesignal 720 einen Sendewinkelbefehl 717 für nachfolgende Übertragungen der optischen Signale 320 für das sendende Endgerät 302 bereitstellen. Hier empfängt das Sendermodul 400 den Sendewinkelbefehl 717, um ein nachfolgend übertragenes optisches Signal 320 mit einem korrigierten Sendewinkel (z. B. Höhe und Azimut) zum Maximieren des empfangenen Datensignals 321 bzw. des empfangenen modulierten eindeutigen Frequenztons 318 bereitzustellen. Beispielsweise kann der Telemetrieanalysator 714 des ersten Endgerätes 302a das Telemetriesignal 720a von dem zweiten Endgerät 302b empfangen und den Sendewinkelbefehl 717 an das Sendermodul 400a des ersten Endgerätes 302b zur Korrektur des Sendewinkels eines nachfolgend übertragenen optischen Signals 320 dem zweiten Endgerät 302b zur Verfügung stellen.
In einigen Implementierungen stellen der eine oder die mehreren Fotodetektoren 702 jeweils eine entsprechende Fotodetektorausgabe 704, 704a-n für den Pfadverfolgungsanalysator 700 der zugehörigen Steuerungshardware 800 bereit. Jede Fotodetektorausgabe 704 zeigt eine empfangene Leistung 725 (7) des optischen Signals 320 an, wie diese von dem entsprechenden Fotodetektor 702 ermittelt wird, wenn das empfangende Endgerät 302 die Kommunikation 20 einschließlich des optischen Signals 320 empfängt. In einigen Beispielen bestimmt der Pfadverfolgungsanalysator 700, ob die an jedem der Fotodetektoren 702 empfangene Leistung 725, basierend auf jedem der empfangenen Fotodetektorausgaben 704, abgeglichen ist. Eine Ermittlung einer nicht abgeglichenen empfangenen Leistung 725 an den Fotodetektoren 702 durch den Pfadverfolgungsanalysator 700 zeigt an, dass eine Mitte des empfangenen optischen Signals 320 von einer Mitte der primären Blende 702 abweicht. Ist dementsprechend die empfangene Leistung 725 an den Fotodetektoren 702 nicht abgeglichen, stellt der Pfadverfolgungsanalysator 700 ein nicht abgeglichenes Leistungssignal 716 für das Strahl-Ausrichtungseinstellungsmodul 416 bereit, und das Strahl-Ausrichtungseinstellungsmodul 416 stellt die Strahl-Ausrichtungseinstellung 324 bereit, um die Ausrichtung der Empfangsoptik 308 einzustellen, bis die Empfangsoptik (z. B. die primäre Blende 701) auf das von dem anderen Endgerät 302 empfangene optische Signal 320 zentriert ist. Das Strahl-Ausrichtungseinstellungsmodul 416 kann die Strahl-Ausrichtungselektronik 418 bzw. die Ausrichtungshardware 420 umfassen, die oben unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben ist.
Unter Bezugnahme auf 7, der Pfadverfolgungsanalysator 700 verwendet bei einigen Implementierungen ein Phasenregelkreissystem zur Erhöhung der Erfassungsempfindlichkeit bzw. zur Vermeidung, dass die Empfangsoptik 308 auf fehlerhafte optische Strahlübertragungen ausgerichtet wird. Der Pfadverfolgungsanalysator 700 kann Fotodetektorschaltungen 722, Mischer 410, lokalen Oszillator (LO) 412, LPF 414 und Strahl-Ausrichtungsschaltungen 724 umfassen. Die Fotodetektorschaltungen 722 empfangen entsprechende Fotodetektoreingaben 704, 704an von den Fotodetektoren 702 und stellen jede Fotodetektoreingabe 704 dem Mischer 410 zum Mischen mit einem Interferenzsignal 721 von dem LO 412 bereit. Das Interferenzsignal 721 kann zum Eliminieren jeglichen Rauschens in dem optischen Signal 320 dieselbe Frequenz wie eine Frequenz des empfangenen optischen Signals 320 aufweisen, wenn dieses von dem zugeordneten Endgerät 302 empfangen wird. In einigen Beispielen liefert der Mischer 410 ein gemischtes Ausgabesignal 723 für jede Fotodetektoreingabe 704 an den LPF 414, und der LPF 414 filtert das gemischte Ausgabesignal 723 zur Bestimmung der empfangenen Leistung 725, 725a-n des optischen Signals 320, wie durch jeden der entsprechenden Fotodetektoren 702 ermittelt. In diesen Beispielen bestimmen die Strahl-Ausrichtungsschaltungen 724, ob die empfangene Leistung 725 an jedem der Fotodetektoren 702 abgeglichen ist. Das Beispiel von 7 zeigt die das nicht abgeglichene Leistungssignal 716 für das Strahl-Ausrichtungseinstellungsmodul 416 bereitstellenden Strahl-Ausrichtungsschaltungen 724. Das Strahl-Ausrichtungseinstellungsmodul 416 kann die Strahl-Ausrichtungselektronik 418 bzw. die Ausrichtungshardware 420 umfassen, die oben unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben ist.
8 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels der Steuerungshardware 800, die verwendet werden kann, um die in diesem Dokument beschriebenen Systeme und Verfahren zu implementieren. Die Steuerungshardware 800 ist vorgesehen, verschiedene Formen digitaler Computer, wie etwa Laptops, Desktops, Workstations, persönliche digitale Assistenten, Server, Blade-Server, Großrechner und andere geeignete Computer zu repräsentieren. Die hier gezeigten Komponenten, ihre Verbindungen und Beziehungen sowie ihre Funktionen sollen nur exemplarisch sein und sollen Implementierungen der in diesem Dokument beschriebenen und/oder beanspruchten Erfindungen nicht einschränken.
Die Steuerungshardware 800 umfasst einen Prozessor 850, einen Speicher 820, ein Speichergerät 830, eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle/Controller 840, verbunden mit dem Speicher 820 und Hochgeschwindigkeits-Erweiterungsanschlüsse 850 sowie eine Niedriggeschwindigkeitsschnittstelle/Controller 860 zum Anschluss an den Niedriggeschwindigkeitsbus 870 und das Speichergerät 830. Die Komponenten 810, 820, 830, 840, 850 und 860 sind jeweils mithilfe mehrerer Busse miteinander verbunden und können auf einer gemeinsamen Mutterplatine oder auf andere Weise entsprechend montiert werden. Der Prozessor 810 kann Anweisungen zur Ausführung innerhalb der Rechenvorrichtung 800 verarbeiten, einschließlich Anweisungen, die im Speicher 820 oder auf dem Speichergerät 830 gespeichert sind, um grafische Informationen für eine GUI auf einem externen Ein-/Ausgabegerät anzuzeigen, wie Anzeige 880, die mit der Hochgeschwindigkeitsschnittstelle 840 gekoppelt ist. In anderen Implementierungen können, je nach Eignung, mehrere Prozessoren bzw. mehrere Busse gemeinsam mit mehreren Speichern und Speichertypen verwendet werden. Außerdem können mehrere Steuerungshardware-Geräte 800 verbunden sein, wobei jedes Gerät Teile der nötigen Operationen bereitstellt (z. B. als eine Serverbank, eine Gruppe von Blade-Servern oder ein Multiprozessorsystem).
Der Speicher 820 umfasst Hardware zum nicht-transitorischen Speichern von Informationen innerhalb der Steuerungshardware 800. Der Speicher 820 kann als ein computerlesbares Medium und als eine/mehrere Einheiten mit flüchtigen oder nicht flüchtigen Speicher implementiert werden. Der nicht- transitorische Speicher 820 kann physikalische Vorrichtungen zum Speichern von Programmen (z. B. Sequenzen von Anweisungen) oder Daten (z. B. Programmzustandsinformationen) auf einer temporären oder permanenten Basis zur Verwendung durch die Steuerungshardware 800 sein. Beispiele für nicht flüchtigen Speicher umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Flash-Speicher und Nur-Lese-Speicher (ROM), programmierbarer Nur-Lese-Speicher (PROM), löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM), elektronisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM) (wird typischerweise z. B. für Firmware, wie beispielsweise Bootprogramme, verwendet) sowie Festplatten und Bänder. Beispiele für flüchtigen Speicher umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM), statische Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM), Phasenänderungsspeicher (PCM).
Das Speichergerät 830 kann Massenspeicher für die Steuerungshardware 800 bereitstellen. In einigen Implementierungen ist das Speichergerät 830 ein computerlesbares Medium. In verschiedenen Implementierungen kann das Speichergerät 830 ein Diskettenlaufwerk, eine Festplatte, ein optisches Laufwerk oder ein Bandlaufwerk, ein Flash-Speicher oder andere ähnliche Halbleiter-Speichervorrichtung oder ein Array von Geräten umfassen, einschließlich Geräte in einem Speichernetzwerk oder anderen Konfigurationen. In zusätzlichen Implementierungen ist ein Computerprogrammprodukt physisch in einem Informationsträger verkörpert. Das Computerprogrammprodukt enthält Anweisungen, die bei ihrer Ausführung ein oder mehrere Verfahren wie die oben beschriebenen ausführen. Der Informationsträger ist ein computer- oder maschinenlesbares Medium, wie beispielsweise der Speicher 820, das Speichergerät 830 oder Speicher des Prozessors 810.
Der Hochgeschwindigkeits-Controller 840 verwaltet bandbreitenintensive Operationen für die Rechenvorrichtung 800, während der Niedriggeschwindigkeits-Controller 860 weniger bandbreitenintensive Operationen verwaltet. Diese Zuweisung von Funktionen ist lediglich exemplarisch. In einigen Implementierungen ist der Hochgeschwindigkeits-Controller 840 mit dem Speicher 820, dem Bildschirm 880 (z. B. durch einen Grafikprozessor oder -Beschleuniger) und die Hochgeschwindigkeits-Erweiterungsanschlüsse 850, die gegebenenfalls verschiedene Erweiterungskarten (nicht dargestellt) akzeptieren, gekoppelt. In einigen Implementierungen ist der Niedriggeschwindigkeits-Controller 860 an das Speichergerät 830 und an den Niedriggeschwindigkeits-Erweiterungsanschluss 870 gekoppelt. Der Niedriggeschwindigkeits-Erweiterungsanschluss 870, der verschiedene Kommunikationsanschlüsse (z. B. USB, Bluetooth, Ethernet, drahtloses Ethernet) umfassen kann, kann an ein oder mehrere Eingabe-/Ausgabevorrichtungen, wie eine Tastatur, ein Zeigegerät, einen Scanner oder ein Netzwerkgerät, wie einen Switch oder Router, z. B. über einen Netzwerkadapter gekoppelt sein.
Die Steuerungshardware 800 kann, wie in der Figur dargestellt, in einer Reihe von verschiedenen Formen implementiert sein. Zum Beispiel kann diese als Standardserver oder mehrmals in einer Gruppe solcher Server, als ein Laptop-Computer oder als Teil eines Rack-Server-Systems implementiert sein. In anderen Implementierungen umfasst die Steuerungshardware ein feldprogrammierbares Gate-Array (FGPA), einen digitalen Signalprozessor (DSP) oder irgendeine andere geeignete Schaltung.
In einigen Implementierungen steht die Steuerungshardware 800 mit der Speicherhardware 802 (z. B. in dem Speicher 820) in Verbindung. Die Steuerungshardware 800 des ersten Kommunikationsendgerätes 302a kann eine Signalstärke 415 eines modulierten eindeutigen Frequenztons 318a innerhalb des ersten, von dem zweiten Kommunikationsendgerät 302b empfangenen optischen Signals 320a über die optische Verbindung 322 bestimmen. In einigen Beispielen stellt die Steuerungshardware 800 einen optischen Kopf 310a des ersten Kommunikationsendgerätes 302a ein, um eine Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Kommunikationsendgerät 302b auf Grundlage der Signalstärke 415 des von dem zweiten Kommunikationsendgerät 302b empfangenen modulierten eindeutigen Frequenztons 318a vorzunehmen.
Eine Softwareanwendung (d. h., eine Softwareressource 110s) kann sich auf eine Computersoftware beziehen, die eine Rechenvorrichtung veranlasst, eine Aufgabe auszuführen. In einigen Beispielen kann eine Softwareanwendung als „Anwendung“, „App“ oder „Programm“ bezeichnet werden. Beispielanwendungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf mobile Anwendungen, Systemdiagnoseanwendungen, Systemverwaltungsanwendungen, Systemwartungsanwendungen, Textverarbeitungsanwendungen, Tabellenkalkulationsanwendungen, Messaginganwendungen, Medienstreaminganwendungen, Anwendungen für soziale Netzwerke und Spieleanwendungen.
Die Speicherhardware 110hm kann eine physikalische Vorrichtung sein, die zum Speichern von Programmen (z. B. Sequenzen von Befehlen) oder Daten (z. B. Programmzustandsinformationen) auf einer temporären oder permanenten Basis zur Verwendung durch eine Rechenvorrichtung 110hc verwendet wird. Der nichttransitorische Speicher 110hm kann ein flüchtiger bzw. nichtflüchtiger adressierbarer Halbleiterspeicher sein. Beispiele für nicht flüchtigen Speicher umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Flash-Speicher und Nur-Lese-Speicher (ROM), programmierbarer Nur-Lese-Speicher (PROM), löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM), elektronisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM) (wird typischerweise z. B. für Firmware, wie beispielsweise Bootprogramme, verwendet). Beispiele für flüchtigen Speicher umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), dynamische Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM), statische Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM), Phasenänderungsspeicher (PCM) sowie Festplatten/Disketten oder Bänder.
9 ist ein Ablaufdiagramm eines exemplarischen Verfahrens 900 zur Einstellung eines optischen Kopfes 310a eines ersten Kommunikationsendgerätes 302a zur Vornahme einer Erfassung von und Ausrichtung eines optischen Strahls auf ein zweites Kommunikationsendgerät. Das Ablaufdiagramm beginnt bei Operation 902, bei dem das erste Kommunikationsendgerät 302a ein optisches Signal 320a von dem zweiten Kommunikationsendgerät 302b für eine optische Verbindung im freien Raum 322 empfängt. Das empfangene optische Signal 320a enthält einen modulierten eindeutigen Frequenzton 318a. In einigen Beispielen kombiniert das zweite Endgerät 302b von 4 ein Datensignal 321 mit einem oder mehreren Datenpaketen 321 a-n und ein mit dem eindeutigen Frequenzton 318a moduliertes Leitsignal 318a auf einen überlagerten optischen Träger, einschließlich des optischen Signals 320a für die Übertragung an das erste Endgerät 302a. In diesen Beispielen demultiplext die Steuerungshardware 800a des ersten Endgerätes 302a von 4 das empfangene optische Signal 320a in Datensignal 321 und Leitsignal 318a. In anderen Beispielen kombiniert das zweite Endgerät 302b von 5 den modulierten eindeutigen Frequenzton 318a mit einem modulierten Datensignal 321, das einen Strom von Datenpaketen 321 a-n zur Erzeugung des optischen Signals 320a für die Übertragung an das erste Endgerät 302 umfasst. Hier kann der modulierte eindeutige Frequenzton 318a eine niedrigere Frequenz als eine Frequenz des modulierten Datensignals 321 umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann der modulierte eindeutige Frequenzton 318a eine geringere Leistungsmodulationstiefe als das modulierte Datensignal 321 umfassen.
Bei Operation 904 mischt die Steuerungshardware 800a des ersten Endgerätes 302a zur Bereitstellung eines gemischten Ausgabesignals 413 den modulierten eindeutigen Frequenzton 318a mit einem Referenzsignal 411. Hierbei enthält das Referenzsignal 411 die gleiche Frequenz wie der modulierte eindeutige Frequenzton 318, und ein lokaler Oszillator 412 kann das Referenzsignal 411 bereitstellen. Das gemischte Ausgabesignal 413 kann das Rauschen des modulierten eindeutigen Frequenztons 318a eliminieren, wenn das optische Signal 320a von dem ersten Endgerät 302a empfangen wird. Bei Operation 906 bestimmt die Steuerungshardware 800a des ersten Endgerätes 302a die Signalstärke 415 des modulierten eindeutigen Frequenztons 318a basierend auf dem gemischten Ausgabesignal 413, und bei Operation 908 stellt die Steuerungshardware 800a den optischen Kopf 310a des ersten Endgerätes 302a ein, um die Erfassung von und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Endgerät 302b vorzunehmen, basierend auf der von dem zweiten Endgerät 302b empfangen Signalstärke 415 des modulierten eindeutigen Frequenztons 318a.
Verschiedene Implementierungen der hier beschriebenen Systeme und Techniken können in digitalen elektronischen Schaltungen und/oder optischen Schaltungen, integrierten Schaltungen, speziell konzipierten ASICs (anwendungsorientierten integrierten Schaltungen), Computerhardware, Firmware, Software und/oder Kombinationen von diesen realisiert sein. Diese verschiedenen Implementierungen können eine Implementierung in einem oder mehreren Computerprogrammen umfassen, die auf einem programmierbaren System ausführbar und/oder interpretierbar sind, das mindestens einen programmierbaren Prozessor umfasst, der ein spezieller oder für allgemeine Zwecke sein kann und der zum Empfangen von Daten und Anweisungen von und zum Übertragen von Daten und Anweisungen an ein Speichersystem, mindestens eine Eingabevorrichtung und mindestens eine Ausgabevorrichtung gekoppelt ist.
Diese Computerprogramme (auch bekannt als Programme, Software, Softwareanwendungen oder Code) umfassen Maschinenbefehle für einen programmierbaren Prozessor und können in einer höheren prozeduralen und/oder objektorientierten Programmiersprache und/oder in Assembler-/Maschinensprache implementiert sein. Wie hierin verwendet, bezeichnen die Begriffe „maschinenlesbares Medium“, „computerlesbares Medium“ ein beliebiges Computerprogrammprodukt, ein nicht flüchtiges, von einer beliebigen Vorrichtung und/oder einem beliebigen Gerät lesbares Medium (z. B. Magnetplatten, optische Platten, Speicher, programmierbare Logikbausteine (PLDs)), die verwendet werden, um Maschinenanweisungen und/oder Daten für einen programmierbaren Prozessor bereitzustellen, einschließlich eines maschinenlesbaren Mediums, das Maschinenanweisungen als ein maschinenlesbares Signal empfängt. Der Begriff „maschinenlesbares Signal“ bezeichnet ein beliebiges Signal, das verwendet wird, um einem programmierbaren Prozessor Maschinenanweisungen und/oder Daten bereitzustellen.
Implementierungen des Gegenstands sowie die in dieser Spezifikation beschriebenen Vorgänge können in einer digitalen elektronischen Schaltung oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware, darunter auch in aus dieser Spezifikation hervorgehenden Strukturen und deren strukturellen Entsprechungen oder in Kombinationen daraus, implementiert werden. Darüber hinaus kann der in dieser Spezifikation beschriebene Gegenstand als ein oder mehrere Computerprogrammprodukte implementiert werden, d. h., als ein oder mehrere Module von Computerprogrammanweisungen, die auf einem computerlesbaren Medium zur Ausführung kodiert sind, durch oder zur Kontrolle von datenverarbeitenden Apparaten. Das maschinenlesbare Speichermedium kann ein maschinenlesbares Speichergerät, ein maschinenlesbares Speichersubstrat, eine Speichervorrichtung, eine Stoffzusammensetzung, die ein maschinenlesbares verbreitetes Signal bewirkt, oder eine Kombination aus einem oder mehreren davon sein. Die Begriffe „datenverarbeitender Apparat“, „Computergerät“ und „Computerprozessor“ beinhalten jegliche Apparate, Vorrichtungen und Maschinen zur Verarbeitung von Daten, einschließlich beispielsweise eines programmierbaren Prozessors, eines Computers oder mehrerer Prozessoren oder Computer. Der Apparat kann neben der Hardware auch einen Code umfassen, der eine Ausführungsumgebung für das betreffende Computerprogramm bildet, z. B. einen Code, der Prozessor-Firmware, einen Protokollstapel, ein Datenbank-Managementsystem, ein Betriebssystem oder eine Kombination einer oder mehrerer der genannten darstellt. Ein propagiertes Signal ist ein künstlich erzeugtes Signal, z. B. ein maschinengeneriertes elektrisches, optisches oder elektromagnetisches Signal, das erzeugt wird, um Informationen für die Übertragung zur geeigneten Empfangsvorrichtung zu Kodieren.
Ein Computerprogramm (auch als Anwendung, Programm, Software, Software-Anwendung, Skript oder Code bekannt) kann in jeder Form von Programmiersprache geschrieben werden, einschließlich kompilierter oder interpretierter Sprachen, und es kann in jeder Form angewendet werden, einschließlich als eigenständiges Programm oder als Modul, Komponente, Unterroutine oder andere Einheit, die für die Verwendung in einer Computerumgebung geeignet ist. Ein Computerprogramm entspricht nicht unbedingt einer Datei in einem Dateisystem. Ein Programm kann in einem Teil einer Datei gespeichert sein, die andere Programme oder Daten enthält (z.°B. ein oder mehrere Scripts, die in einem Dokument in Markup-Sprache gespeichert sind), in einer einzelnen Datei speziell für das betreffende Programm oder in mehreren koordinierten Dateien (z.°B. Dateien, die ein oder mehrere Module, Unterprogramme oder Teile von Code speichern). Ein Computerprogramm kann auf einem Computer oder auf mehreren Computern bereitgestellt und ausgeführt werden, die sich an einem Standort oder auf mehrere Standorte verteilt befinden und über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind.
Die in dieser Beschreibung beschriebenen Prozesse und Logikabläufe können durch einen oder mehrere programmierbare Prozessoren ausgeführt werden, die ein oder mehrere Computerprogramme ausführen, um Funktionen durch Verarbeiten von Eingabedaten und Erzeugen von Ausgaben auszuführen. Die Prozesse und Logikabläufe können auch durch eine vorhabensgebundene Logikschaltung, wie z.°B. einen FPGA (Universalschaltkreis) oder eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) ausgeführt, und das Gerät in Form derselben implementiert werden.
Prozessoren, die für die Ausführung eines Computerprogramms geeignet sind, umfassen beispielsweise sowohl allgemeine als auch Spezialmikroprozessoren sowie alle Arten von einem oder mehreren Prozessoren von jeglicher Art digitaler Computer. Ein Prozessor nimmt im Allgemeinen Befehle und Daten von einem Festspeicher oder Arbeitsspeicher bzw. beiden entgegen. Die wesentlichen Elemente eines Computers sind ein Prozessor für das Ausführen von Befehlen und ein oder mehrere Speichervorrichtungen für das Speichern von Befehlen und Daten. In der Regel beinhaltet ein Computer auch ein oder mehrere Massenspeichergeräte zum Speichern von Daten, wie z. B. magnetische, magneto-optische oder optische Festplatten, bzw. wird operativ gekoppelt, um Daten von diesen zu empfangen oder an dieselben zu übertragen. Jedoch muss ein Computer nicht über solche Geräte verfügen. Außerdem kann ein Computer in ein anderes Gerät eingebettet sein, z. B. in ein Mobiltelefon, einen Organizer (Personal Digital Assistant - PDA), einen mobilen Audioplayer, einen GPS(Global Positioning System)-Empfänger, um nur einige zu nennen. Computerlesbare Medien, die zum Speichern von Computerprogrammanweisungen und Daten geeignet sind, umfassen alle Formen von nicht flüchtigem Speicher, Medien und Speichervorrichtungen, einschließlich beispielsweise Halbleiterspeichervorrichtungen, wie z. B. EPROM, EEPROM und Flash-Speichervorrichtungen, Magnetplatten, wie z. B. eingebaute Festplattenlaufwerke oder Wechselplatten, magneto-optische Platten sowie CD-ROMs und DVD-ROMs. Der Prozessor und der Speicher können durch eine vorhabensgebundene Logikschaltung ergänzt oder in dieselbe integriert werden.
Zur Interaktion mit einem Benutzer können in dieser Spezifikation beschriebene Ausführungsformen der Offenbarung auf einem Computer mit einem Anzeigegerät implementiert werden, z. B. einem CRT- (Kathodenstrahlröhre) oder LCD (Flüssigkristallanzeige)-Monitor oder Touchscreen, auf dem Benutzer Informationen angezeigt werden und optional eine Tastatur und ein Zeigegerät, z. B. einer Maus oder einem Trackball, mit denen der Benutzer Eingaben in den Computer vornehmen kann. Es können auch andere Arten von Geräten verwendet werden, um für eine Interaktion mit einem Benutzer zu sorgen; beispielsweise kann eine dem Benutzer gelieferte Rückkopplung beliebiger Form von sensorischer Rückkopplung vorliegen, z. B. eine visuelle Rückkopplung, auditive Rückkopplung oder taktile Rückkopplung, und die Eingabe vom Benutzer kann in beliebiger Form empfangen werden, einschließlich akustischer, Sprach- oder taktiler Eingabe. Darüber hinaus kann ein Computer über das Senden von Dokumenten an und das Empfangen von Dokumenten von einer Vorrichtung, die vom Benutzer verwendet wird, mit einem Benutzer interagieren, beispielsweise über das Senden von Web-Seiten an einen Web-Browser auf dem Client-Gerät des Benutzers als Antwort auf die vom Web-Browser empfangenen Aufforderungen.
Eine oder mehrere Ausführungsformen der Offenbarung können in ein Computersystem implementiert werden, das eine Backend-Komponente umfasst, z. B. als ein Datenserver, oder das eine Middleware-Komponente umfasst, z. B. ein Anwendungsserver, oder das eine Frontend-Komponente umfasst, z. B. Client-Computer mit graphischer Benutzeroberfläche, oder ein Web-Browser, worüber der Benutzer mit einer Implementierung des in dieser Spezifizierung betrachteten Gegenstands interagieren kann, oder eine beliebige Kombination aus solchen Backend-, Middleware- oder Frontend-Komponenten. Die Komponenten des Systems können durch eine beliebige Form oder ein beliebiges Medium digitaler Datenkommunikation, wie z. B. ein Kommunikationsnetzwerk, miteinander verbunden sein. Beispiele für Kommunikationsnetze schließen ein lokales Netz („LAN“) und ein Weitverkehrsnetz („WAN“), ein Inter-Netzwerk (z. B. das Internet) und Peer-to-Peer-Netze ein (z. B. ad hoc Peer-to-Peer-Netze).
Das Rechensystem kann Client und Server beinhalten. Ein Client und Server befinden sich im Allgemeinen entfernt voneinander und interagieren typischerweise über ein Kommunikationsnetzwerk. Die Beziehung von Client und Server ergibt sich durch Computerprogramme, die auf den jeweiligen Computern ausgeführt werden und in einer Client-Server-Beziehung zueinander stehen. In einigen Implementierungen überträgt ein Server Daten (z. B. eine HTML-Seite) an ein Benutzergerät (z. B. zu Zwecken des Anzeigens von Daten und Empfangen von Benutzereingaben von einem Benutzer, der mit dem Client-Gerät interagiert). Daten, die am Client-Gerät erzeugt werden (z. B. ein Ergebnis der Benutzerinteraktion) können vom Benutzergerät auf dem Server empfangen werden.
Während diese Spezifikation viele Spezifika enthält, sollen diese nicht als Beschränkung des Umfangs der Offenbarung oder des Patentanspruchs verstanden werden, sondern vielmehr als besondere Merkmale bestimmter Implementierungen dieser Offenbarung. Bestimmte Merkmale, die in dieser Spezifikation im Zusammenhang mit separaten Implementierungen beschrieben werden, können darüber hinaus in Kombination in einer einzelnen Implementierung implementiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Zusammenhang mit einer einzelnen Implementierung beschrieben werden, auch in mehreren Implementierungen separat oder in einer geeigneten Teilkombination implementiert werden. Außerdem können, auch wenn die Merkmale weiter oben ggf. als in bestimmten Kombinationen wirkend beschrieben und sogar zunächst als solche beansprucht werden, in einigen Fällen ein oder mehrere Merkmale einer beanspruchten Kombination aus der Kombination herausgeschnitten und die beanspruchte Kombination auf eine Teilkombination oder eine Variante einer Teilkombination gerichtet werden.
Gleichermaßen soll dies, obwohl die Operationen in den Zeichnungen in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, nicht so verstanden werden, dass die besagten Operationen in der dargestellten Reihenfolge oder in fortlaufender Reihenfolge durchgeführt werden müssen bzw. alle veranschaulichten Operationen durchgeführt werden müssen, um die erwünschten Ergebnisse zu erzielen. Unter bestimmten Umständen können Multitasking und Parallelverarbeitung vorteilhaft sein. Darüber hinaus sollte die Trennung verschiedener Systemkomponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht in allen Ausführungsformen als erforderlich aufgefasst werden, und es versteht sich, dass die beschriebenen Programmkomponenten und Systeme im Allgemeinen zusammen in ein einziges Softwareprodukt integriert oder in mehrere Softwareprodukte zusammengefasst werden können.
Es wurde eine Anzahl von Implementierungen beschrieben. Trotzdem versteht es sich, dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend liegen andere Implementierungen im Geltungsbereich der folgenden Ansprüche. Die in den Ansprüchen ausgeführten Vorgänge können beispielsweise in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden und dennoch gewünschte Ergebnisse erzielen.

Claims

Verfahren (900) zur optischen Kommunikation im freien Raum, aufweisend: Empfangen, an einem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a), eines optischen Signals (320, 320a, 320b) von einem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) über eine optische Verbindung (322) im freien Raum, wobei das empfangene optische Signal (320, 320a, 320b) einen modulierten eindeutigen Frequenzton (318, 318a) enthält; Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) mit einem Referenzsignal (411) durch eine Steuerungshardware (800, 800a, 800b) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a), um ein gemischtes Ausgabesignal (413) bereitzustellen, wobei das Referenzsignal (411) dieselbe Frequenz wie der modulierte eindeutige Frequenzton (318, 318a, 318b) aufweist; Bestimmen einer Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) auf der Basis des gemischten Ausgabesignals (413) durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b); Anpassen eines optischen Kopfes (310, 310a, 310b) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a) durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b), damit, basierend auf der Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b), der von zweitem Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfangen wird, eine Erfassung und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) erfolgt; Bestimmen, durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b), einer empfangenen Leistung des optischen Signals (320, 320a, 320b), das von dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) an jedem von drei oder mehr Photodetektoren empfangen wird, die mit einer Empfangsoptik des ersten Kommunikationsendgeräts (302, 302a) verbunden sind; Bestimmen, durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b), ob die empfangene Leistung an jedem der Photodetektoren ausgeglichen ist; und wenn die empfangene Leistung an den Photodetektoren unausgeglichen ist, Einstellen der Ausrichtung der Empfangsoptik des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a) durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b), bis die Empfangsoptik mit dem vom zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfangenen optischen Signal (320, 320a, 320b) zentriert ist.
Verfahren (900) nach Anspruch 1, wobei das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) ein Datensignal (321), das ein oder mehrere Datenpakete (321a -n) aufweist und ein Leitsignal (318, 318a, 318b), das mit dem eindeutigen Frequenzton (318, 318a, 318b) moduliert ist, auf einen überlagerten optischen Träger kombiniert, der das optische Signal (320, 320a, 320b) für die Übertragung an das erste Kommunikationsendgerät (302, 302a) aufweist
Verfahren (900) nach Anspruch 2, wobei das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) einen von einem Wellenlängenmultiplexer (406) oder einem Polarisationsmultiplexer (406) verwendet, um das Datensignal (321) und das Leitsignal (318, 318a, 318b) auf dem überlagerten optischen Träger zu kombinieren.
Verfahren (900) nach Anspruch 2, aufweisend: wenn das erste Kommunikationsendgerät (302, 302a) das optische Signal (320, 320a, 320b) von dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfängt: Demultiplexieren, durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b), des empfangenen optischen Signals (320, 320a, 320b) in das Datensignal (321) und das Leitsignal (318, 318a, 318b), wobei ein Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) ein Mischen des empfangenen Leitsignals (318, 318a, 318b) mit dem Referenzsignal (411) von einem lokalen Oszillator (412) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a) aufweist, um das gemischte Ausgabesignal (413) bereitzustellen.
Verfahren (900) nach Anspruch 1, wobei das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) den modulierten eindeutigen Frequenzton (318, 318a, 318b) mit einem modulierten Datensignal (321), das einen Strom von Datenpaketen (321a -n) enthält, kombiniert, um das optische Signal (320, 320a, 320b) für die Übertragung an das erste Kommunikationsendgerät (302, 302a) zu erzeugen.
Verfahren (900) nach Anspruch 5, wobei der modulierte eindeutige Frequenzton (318, 318a, 318b) eine niedrigere Frequenz als eine Frequenz des modulierten Datensignals (321) aufeist.
Verfahren (900) nach Anspruch 5, wobei der modulierte eindeutige Frequenzton (318, 318a, 318b) eine geringere Leistungsmodulationstiefe als das modulierte Datensignal (321) aufweist.
Verfahren (900) nach Anspruch 5, aufweisend: wenn das erste Kommunikationsendgerät (302, 302a) das optische Signal (320, 320a, 320b) von dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfängt: Aufteilen des optischen Signals (320, 320a, 320b) durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b) in das modulierte Datensignal (321) und den modulierten eindeutigen Frequenzton (318, 318a, 318b); und Kodieren des Stroms von Datenpaketen (321a -n) auf dem modulierten Datensignal (321) durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b), wobei das Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) ein Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) mit dem Referenzsignal (411) von einem lokalen Oszillator (412) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a) umfasst, um das gemischte Ausgabesignal (413) bereitzustellen.
Verfahren (900) nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) mit dem Referenzsignal (411) Rauschen aus dem modulierten eindeutigen Frequenzton (318, 318a, 318b) eliminiert, wenn das optische Signal (320, 320a, 320b) von dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a) empfangen wird.
Verfahren (900) nach einem der Ansprüche 1-9, wobei das Bestimmen der Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) Folgendes aufweist: Filtern des gemischten Ausgabesignals (413), um eine Gleichstromkomponente aus dem gemischten Ausgabesignal (413) zu extrahieren; und Bestimmen der Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) auf Grundlage eines Wertes der aus dem gemischten Ausgabesignal (413) extrahierten Gleichstromkomponente.
Verfahren (900) nach einem der Ansprüche 1-10, wobei durch das Anpassen des optischen Kopfes (310, 310a, 310b) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a) die Erfassung und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) durch Erhöhen der Signalstärke (415) des modulierten, eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) des von dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfangenen optischen Signals (320, 320a, 320b) erfolgt.
Verfahren (900), aufweisend: Empfangen, an einem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a), eines optischen Signals (320, 320a, 320b) von einem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) über eine optische Verbindung (322) im freien Raum, wobei das empfangene optische Signal (320, 320a, 320b) einen modulierten eindeutigen Frequenzton (318, 318a) enthält; Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) mit einem Referenzsignal (411) durch eine Steuerungshardware (800, 800a, 800b) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a), um ein gemischtes Ausgabesignal (413) bereitzustellen, wobei das Referenzsignal (411) dieselbe Frequenz wie der modulierte eindeutige Frequenzton (318, 318a, 318b) aufweist; Bestimmen einer Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) auf der Basis des gemischten Ausgabesignals (413) durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b); Anpassen eines optischen Kopfes (310, 310a, 310b) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a) durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b), damit, basierend auf der Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b), der von zweitem Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfangen wird, eine Erfassung und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) erfolgt; und nachdem die Erfassung und Ausrichtung des optischen Strahls zwischen dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a) und dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) erfolgt ist: Übertragen eines ersten Telemetriesignals (720, 720a) von dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a) an das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) über die optische Verbindung (322), wobei das erste Telemetriesignal (720, 720a) dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) mitteilt, einen Divergenzwinkel des optischen Signals (320, 320a, 320b) während nachfolgender Übertragungen an das erste Kommunikationsendgerät (302, 302a) über die optische Verbindung (322) zu reduzieren; und Empfangen eines zweiten Telemetriesignals (720, 720b) von dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) über die optische Verbindung (322) auf dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a), wobei das zweite Telemetriesignal (720, 720b) dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a) mitteilt, einen Divergenzwinkel der optischen Strahlübertragungen an das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) über die optische Verbindung (322) zu reduzieren.
Verfahren (900), aufweisend: Empfangen, an einem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a), eines optischen Signals (320, 320a, 320b) von einem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) über eine optische Verbindung (322) im freien Raum, wobei das empfangene optische Signal (320, 320a, 320b) einen modulierten eindeutigen Frequenzton (318, 318a) enthält; Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) mit einem Referenzsignal (411) durch eine Steuerungshardware (800, 800a, 800b) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a), um ein gemischtes Ausgabesignal (413) bereitzustellen, wobei das Referenzsignal (411) dieselbe Frequenz wie der modulierte eindeutige Frequenzton (318, 318a, 318b) aufweist; Bestimmen einer Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) auf der Basis des gemischten Ausgabesignals (413) durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b); Anpassen eines optischen Kopfes (310, 310a, 310b) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a) durch die Steuerungshardware (800, 800a, 800b), damit, basierend auf der Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b), der von zweitem Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfangen wird, eine Erfassung und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) erfolgt; und nachdem die Erfassung und Ausrichtung des optischen Strahls zwischen dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a) und dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) erfolgt ist: Übertragen eines ersten Telemetriesignals (720, 720a) von dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a) an das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) über die optische Verbindung (322), wobei das erste Telemetriesignal (720, 720a) dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) mitteilt, einen Sendewinkel des optischen Signals (320, 320a, 320b) während nachfolgender Übertragungen an das erste Kommunikationsendgerät (302, 302a) über die optische Verbindung (322) umzuleiten; und Empfangen eines zweiten Telemetriesignals (720, 720b) von dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) über die optische Verbindung (322) auf dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a), wobei das zweite Telemetriesignal (720, 720b) dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a) mitteilt, einen Sendewinkel der optischen Strahlübertragungen an das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) über die optische Verbindung (322) umzuleiten.
Verfahren (900) nach einem der Ansprüche 1-13, wobei das erste Kommunikationsendgerät (302, 302a) und das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) stationäre optische Endgeräte sind.
Erstes Kommunikationsendgerät (302, 302a) zur optischen Kommunikation im freien Raum, aufweisend: einen optischen Kopf (310, 310a, 310b), der Senderoptik (306, 306a, 306b) und Empfangsoptik (308) aufweist, wobei die Empfangsoptik (308) konfiguriert ist, ein optisches Signal (320, 320a, 320b) von einem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) über eine optische Verbindung im freien Raum (322) zu empfangen, wobei das empfangene optische Signal (320, 320a, 320b) einen modulierten eindeutigen Frequenzton (318, 318a, 318b) enthält; Steuerungshardware (800, 800a, 800b) in Verbindung mit dem optischen Kopf (310, 310a, 310b); Speicherhardware (802) in Verbindung mit der Steuerungshardware (800, 800a, 800b), wobei die Speicherhardware (802) Anweisungen speichert, die bei Ausführung auf der Steuerungshardware (800, 800a, 800b) die Steuerungshardware (800, 800a, 800b) zur Ausführung von Operationen veranlassen, die Folgendes aufweisen: Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) mit einem Referenzsignal (411), um ein gemischtes Ausgabesignal (413) bereitzustellen, wobei das Referenzsignal (411) dieselbe Frequenz wie der modulierte eindeutige Frequenzton (318, 318a, 318b) aufweist, Bestimmen einer Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) basierend auf dem gemischten Ausgabesignal (413); Anpassen eines optischen Kopfes (310, 310a, 310b) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a), damit basierend auf der Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b), der von zweitem Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfangen wird, eine Erfassung und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) erfolgt; Bestimmen einer empfangenen Leistung des optischen Signals (320, 320a, 320b), das von dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) an jedem von drei oder mehr Photodetektoren empfangen wird, die mit der Empfangsoptik des ersten Kommunikationsendgeräts (302, 302a) verbunden sind; Bestimmen, ob die empfangene Leistung an jedem der Photodetektoren ausgeglichen ist; und wenn die empfangene Leistung an den Photodetektoren unausgeglichen ist, Einstellen der Ausrichtung der Empfangsoptik des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a), bis die Empfangsoptik mit dem vom zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfangenen optischen Signal (320, 320a, 320b) zentriert ist.
Erstes Kommunikationsendgerät (302, 302a) nach Anspruch 15, wobei das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) ein Datensignal (321), das ein oder mehrere Datenpakete (321a -n) aufweist, und ein Leitsignal (318, 318a, 318b), das mit dem eindeutigen Frequenzton (318, 318a, 318b) moduliert ist, auf einen überlagerten optischen Träger kombiniert, der das optische Signal (320, 320a, 320b) für die Übertragung an das erste Kommunikationsendgerät (302, 302a) aufweist.
Erstes Kommunikationsendgerät (302, 302a) nach Anspruch 16, wobei das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) einen Wellenlängenmultiplexer (406) oder einen Polarisationsmultiplexer (406) verwendet, um das Datensignal (321) und das Leitsignal (318, 318a, 318b) auf dem überlagerten optischen Träger zu kombinieren.
Erstes Kommunikationsendgerät (302, 302a) nach Anspruch 16, wobei die Operationen Folgendes wenn das erste Kommunikationsendgerät (302, 302a) das optische Signal (320, 320a, 320b) von dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfängt: Demultiplexieren des empfangenen optischen Signals (320, 320a, 320b) in das Datensignal (321) und das Leitsignal (318, 318a, 318b), wobei ein Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) ein Mischen des empfangenen Leitsignals (318, 318a, 318b) mit dem Referenzsignal (411) von einem lokalen Oszillator (412) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a) aufweist, um das gemischte Ausgabesignal (413) bereitzustellen.
Erstes Kommunikationsendgerät (302, 302a) nach Anspruch 15, wobei das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) den modulierten eindeutigen Frequenzton (318, 318a, 318b) mit einem modulierten Datensignal (321), das einen Strom von Datenpaketen (321a -n) enthält, kombiniert, um das optische Signal (320, 320a, 320b) für die Übertragung an das erste Kommunikationsendgerät (302, 302a) zu erzeugen.
Erstes Kommunikationsendgerät (302, 302a) nach Anspruch 19, wobei der modulierte eindeutige Frequenzton (318, 318a, 318b) eine niedrigere Frequenz als eine Frequenz des modulierten Datensignals (321) aufweist.
Erstes Kommunikationsendgerät (302, 302a) nach Anspruch 19, wobei der modulierte eindeutige Frequenzton (318, 318a) eine geringere Leistungsmodulationstiefe als das modulierte Datensignal (321) aufweist.
Erstes Kommunikationsendgerät (302, 302a) nach Anspruch 19, wobei die Operationen Folgendes aufweisen: wenn das erste Kommunikationsendgerät (302, 302a) das optische Signal (320, 320a, 320b) von dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfängt: Aufteilen des optischen Signals (320, 320a, 320b) in das modulierte Datensignal (321) und den modulierten eindeutigen Frequenzton (318, 318a, 318b); und Kodieren des Stroms von Datenpaketen (321a -n) auf dem modulierten Datensignal (321), wobei das Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) ein Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) mit dem Referenzsignal (411) von einem lokalen Oszillator (412) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a) aufweist, um das gemischte Ausgabesignal (413) bereitzustellen.
Erstes Kommunikationsendgerät (302, 302a) nach einem der Ansprüche 15-22, wobei das Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) mit dem Referenzsignal (411) Rauschen aus dem modulierten eindeutigen Frequenzton (318, 318a) eliminiert, 318b), wenn das optische Signal (320, 320a, 320b) von erstem Kommunikationsendgerät (302, 302a) empfangen wird.
Erstes Kommunikationsendgerät (302, 302a) nach einem der Ansprüche 15-23, wobei das Bestimmen der Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) Folgendes aufweist: Filtern des gemischten Ausgabesignals (413), um eine Gleichstromkomponente aus dem gemischten Ausgabesignal (413) zu extrahieren; und Bestimmen der Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) auf Grundlage eines Wertes der aus dem gemischtem Ausgabesignal (413) extrahierten Gleichstromkomponente.
Erstes Kommunikationsendgerät (302, 302a) nach einem der Ansprüche 15-24, wobei durch das Anpassen des optischen Kopfes (310, 310a, 310b) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a) die Erfassung und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) durch Erhöhen der Signalstärke (415) des modulierten, eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) des von dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfangenen optischen Signals (320, 320a, 320b) erfolgt.
Erstes Kommunikationsendgerät (302, 302a) zur optischen Kommunikation im freien Raum, aufweisend: einen optischen Kopf (310, 310a, 310b), der Senderoptik (306, 306a, 306b) und Empfangsoptik (308) umfasst, wobei die Empfangsoptik (308) konfiguriert ist, ein optisches Signal (320, 320a, 320b) von einem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) über eine optische Verbindung im freien Raum (322) zu empfangen, wobei das empfangene optische Signal (320, 320a, 320b) einen modulierten eindeutigen Frequenzton (318, 318a, 318b) enthält; Steuerungshardware (800, 800a, 800b) in Verbindung mit dem optischen Kopf (310, 310a, 310b); Speicherhardware (802) in Verbindung mit der Steuerungshardware (800, 800a, 800b), wobei die Speicherhardware (802) Anweisungen speichert, die bei Ausführung auf der Steuerungshardware (800, 800a, 800b) die Steuerungshardware (800, 800a, 800b) zur Ausführung von Operationen veranlassen, die Folgendes aufweisen: Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) mit einem Referenzsignal (411), um ein gemischtes Ausgabesignal (413) bereitzustellen, wobei das Referenzsignal (411) dieselbe Frequenz wie der modulierte eindeutige Frequenzton (318, 318a, 318b) aufweist; Bestimmen einer Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) basierend auf dem gemischten Ausgabesignal (413); Anpassen eines optischen Kopfes (310, 310a, 310b) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a), damit basierend auf der Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b), der von zweitem Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfangen wird, eine Erfassung und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) erfolgt; und nachdem die Erfassung und Ausrichtung des optischen Strahls zwischen dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a) und dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) erfolgt ist: Übertragen eines ersten Telemetriesignals (720, 720a) von dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a) an das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) über die optische Verbindung (322), wobei das erste Telemetriesignal (720, 720a) dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) mitteilt, einen Divergenzwinkel des optischen Signals (320, 320a, 320b) während nachfolgender Übertragungen an das erste Kommunikationsendgerät (302, 302a) über die optische Verbindung (322) zu reduzieren; und Empfangen eines zweiten Telemetriesignals (720, 720b) von dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) über die optische Verbindung (322) auf dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a), wobei das zweite Telemetriesignal (720, 720b) dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a) mitteilt, einen Divergenzwinkel der optischen Strahlübertragungen an das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) über die optische Verbindung (322) zu reduzieren.
Erstes Kommunikationsendgerät (302, 302a) zur optischen Kommunikation im freien Raum, aufweisend: einen optischen Kopf (310, 310a, 310b), der Senderoptik (306, 306a, 306b) und Empfangsoptik (308) aufweist wobei die Empfangsoptik (308) konfiguriert ist, ein optisches Signal (320, 320a, 320b) von einem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) über eine optische Verbindung im freien Raum (322) zu empfangen, wobei das empfangene optische Signal (320, 320a, 320b) einen modulierten eindeutigen Frequenzton (318, 318a, 318b) enthält; Steuerungshardware (800, 800a, 800b) in Verbindung mit dem optischen Kopf (310, 310a, 310b); Speicherhardware (802) in Verbindung mit der Steuerungshardware (800, 800a, 800b), wobei die Speicherhardware (802) Anweisungen speichert, die bei Ausführung auf der Steuerungshardware (800, 800a, 800b) die Steuerungshardware (800, 800a, 800b) zur Ausführung von Operationen veranlassen, die Folgendes umfassen: Mischen des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) mit einem Referenzsignal (411), um ein gemischtes Ausgabesignal (413) bereitzustellen, wobei das Referenzsignal (411) dieselbe Frequenz wie der modulierte eindeutige Frequenzton (318, 318a, 318b) aufweist; Bestimmen einer Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b) basierend auf dem gemischten Ausgabesignal (413); Anpassen eines optischen Kopfes (310, 310a, 310b) des ersten Kommunikationsendgerätes (302, 302a), damit basierend auf der Signalstärke (415) des modulierten eindeutigen Frequenztons (318, 318a, 318b), der von zweitem Kommunikationsendgerät (302, 302b) empfangen wird, eine Erfassung und Ausrichtung des optischen Strahls auf das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) erfolgt; und nachdem die Erfassung und Ausrichtung des optischen Strahls zwischen dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a) und dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) erfolgt ist: Übertragen eines ersten Telemetriesignals (720, 720a) von dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a) an das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) über die optische Verbindung (322), wobei das erste Telemetriesignal (720, 720a) dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) mitteilt, einen Sendewinkel des optischen Signals (320, 320a, 320b) während nachfolgender Übertragungen an das erste Kommunikationsendgerät (302, 302a) über die optische Verbindung (322) umzuleiten; und Empfangen eines zweiten Telemetriesignals (720, 720b) von dem zweiten Kommunikationsendgerät (302, 302b) über die optische Verbindung (322) auf dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a), wobei das zweite Telemetriesignal (720, 720b) dem ersten Kommunikationsendgerät (302, 302a) mitteilt, einen Sendewinkel der optischen Strahlübertragungen an das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) über die optische Verbindung (322) umzuleiten.
Erstes Kommunikationsendgerät (302, 302a) nach einem der Ansprüche 15-27, wobei das erste Kommunikationsendgerät (302, 302a) und das zweite Kommunikationsendgerät (302, 302b) stationäre optische Endgeräte sind.