ES2330424T3 - Procedimiento y sistema de comunicacion inalambrico de banda ancha. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de transmisión de haz inalámbrico para la comunicación de información que comprende al menos dos transmisores (110) y que tiene todas o algunas partes del sistema de transmisión dispuestas para recibir al menos una longitud de onda, caracterizado porque, - al menos un transmisor (110) es un láser semiconductor y al menos un transmisor (110) es un láser de cascada cuántica o un máser.
Description
Procedimiento y sistema de comunicación
inalámbrico de banda ancha.
La invención se refiere al campo de la óptica de
espacio libre o, en general, a la comunicación por debajo de
radiofrecuencias. Más específicamente, la invención se refiere
también a un dispositivo y procedimiento para extender la gama y
fiabilidad de transmisores y receptores de alta frecuencia incluso
en condiciones climáticas inclementes. Además, la invención se
refiere también a un dispositivo y procedimiento de encaminamiento
de haz de radiación para proporcionar comunicación a un receptor
fuera de la línea de vista del transmisor.
En los últimos años un concepto conocido como
Óptica de Espacio Libre ha aparecido en el contexto del acceso de
banda ancha inalámbrico como un procedimiento para proporcionar
conexiones de comunicación de ancho de banda alto para ubicaciones
fijas, tales como viviendas y oficinas. En esquemas de FSO (óptica
de espacio libre) de la técnica anterior, un haz láser entre un
transmisor y un receptor se usa para conectar un edificio con una
red de comunicación. Un haz láser puede transportar información con
un ancho de banda alto y puede usarse para proporcionar
comunicación de IP y Ethernet, o cualquier comunicación de datos a
edificios.
Los sistemas de FSO actuales tienen también
conexiones muy cortas entre transmisores y receptores, normalmente
entre 200-1000 m. Esto se debe principalmente a la
divergencia y atenuación en enlaces de FSO de la técnica anterior.
Especialmente, unas condiciones climáticas inclementes tales como
niebla, lluvia, neblina o nieve aumentan la atenuación, provocan
perturbaciones, y reducen, por tanto, la fiabilidad del enlace de
FSO. Los enlaces de FSO de la técnica anterior utilizan normalmente
un láser estático en una longitud de onda fija.
Sin embargo, la técnica anterior también destaca
una publicación US 5966229 en la que longitudes de onda preferibles
se deducen de un simulador espectral atmosférico, que puede o bien
simular la atmósfera, o tomar una muestra de una muestra de gas de
10-50 cm próxima al transmisor. La longitud de onda
de transmisión se sintoniza entonces según el espectro medido.
Existe una grave deficiencia con este procedimiento de la técnica
anterior, la atmósfera es poco homogénea por naturaleza, por lo que
ninguna muestra de una trayectoria óptica local puede ser realmente
representativa del espectro de la trayectoria entre el transmisor y
el receptor, que está a cientos de metros o incluso kilómetros.
Este documento se cita en el presente documento como referencia. Un
procedimiento que utiliza el mismo concepto aparece también en la
publicación WO 02/061959 A2, que también se cita en el presente
documento como referencia.
Un problema adicional con los sistemas de FSO de
la técnica anterior es que debido a la corta longitud de onda del
láser, se requiere la línea de vista entre el transmisor y el
receptor. Este problema resalta especialmente en arquitecturas en
las que hay un concentrador central para varios receptores. Un
intento inadecuado de resolver este problema ha sido disponer los
transmisores y receptores en una configuración en malla, de modo que
cada receptor vería al menos a otro receptor, y por tanto tendría
al menos una conexión activa en la malla. El documento WO 00/25455
de Airfiber Inc es una buena muestra de algunos conceptos
descubiertos recientemente en FSO según la técnica anterior, y se
cita en el presente documento como referencia.
En la comunicación celular, el problema de la
línea de vista también se encuentra en ocasiones en frecuencias
altas, y se usan antenas repetidoras activas para dirigir los campos
de radiación hacia zonas en las que la cobertura de radio está
obstruida por una obstrucción tal como un edificio, rocas, etc. Un
diseño alternativo para una antena repetidora activa se expone en
el documento WO 01/17059 de Teligent Inc, que se cita en el
presente documento como referencia.
Los repetidores activos tienen muchas
deficiencias si se aplican a enlaces de FSO. La señal necesita
convertirse de óptica a eléctrica y, por tanto, reduce la velocidad
de la red. Los repetidores de la técnica anterior están diseñados
también para una longitud de onda particular, es decir, son
dispersivas. Es tedioso igualmente instalar los acordes de potencia
en una red que tiene conexiones cortas, en el orden de cientos de
metros.
El repetidor pasivo más evidente en longitudes
de onda cortas sería, por supuesto, un espejo. Sin embargo, un
espejo es difícil de diseñar, difícil de enfocar, y el
desplazamiento mecánico empuja muy fácilmente el espejo del enfoque
al desenfoque, interrumpiendo, por tanto, el enlace.
Por otro lado, los telescopios se conocen para
transmitir haces muy paralelos, mediante el proceso de expansión
del haz. Por ejemplo, un telescopio con una abertura de 1 m se
conoce para transmitir un haz láser hacia la luna, con un diámetro
de 1 kilómetro. (Optics and Photonics, F.
Graham-Smith, T.A. King 2000). Además, el documento
US5627669: transmisor-receptor óptico, caracteriza
un transmisor receptor en el que un expansor de haz se ha integrado
para proporcionar una comunicación óptica de capacidad general
pequeña dentro de una distancia corta. Lucent Technologies ha
mostrado telescopios en sistemas de FSO en su diario WWW "Bell
Labs Trends & Developments, June 22, 2001". Pueden usarse
telescopios y expansores de haz para minimizar la divergencia, pero
no reducen la atenuación del haz.
La invención bajo estudio está dirigida hacia un
sistema y un procedimiento para transmitir, repetir, encaminar y
recibir de manera eficaz haces luminosos e IR/microondas entre
transmisores y receptores principales incluso cuando las
condiciones climáticas sean malas, no haya conexión de línea de
vista entre ellos o estén demasiado alejados entre sí.
Un aspecto de la invención aumenta la gama de
conexiones ópticas actuales de manera significativa, reduciendo la
atenuación así como la divergencia. En la invención el espectro de
atenuación se registra a partir de la trayectoria óptica entre el
transmisor y el receptor, es decir, la trayectoria óptica de
comunicación. Cuando las longitudes de onda de comunicación se
seleccionan según este espectro que tiene en cuenta la
heterogeneidad de la atmósfera, las longitudes de onda de absorción
mínima se seleccionan de manera eficaz.
Otro aspecto de la invención permite las
conexiones para sortear las obstrucciones de línea de vista de
manera eficaz. El repetidor pasivo de la invención enfoca la
radiación hacia una guía de ondas que puede formar bucles para
redireccionar el haz. El haz no necesita amplificarse, el diseño
puede realizarse no dispersivo para recibir una banda ancha de
longitudes de onda, y la disposición es mucho más resistente al
desplazamiento mecánico que un espejo. El repetidor activo de la
invención es diferente y preferible en el sentido de que también es
no dispersivo y puede recibir varias longitudes de onda que
normalmente reivindica la invención.
Instalando y empleando el sistema y
procedimiento de la invención, es posible realizar conexiones
ópticas y de IR entre dos ubicaciones obstruidas que podrían estar
también muy alejadas. La presente invención permite la provisión de
conexiones de comunicación de ancho de banda alto en ubicaciones muy
complejas y actualmente inalcanzables técnica y económicamente. El
procedimiento de la invención para encaminar haces luminosos o de
IR a estos destinos es tanto técnicamente fácil de implementar en el
lugar como asequible.
Según un aspecto de la invención, se proporciona
acceso de banda ancha inalámbrico fijo óptico más fiable y eficaz a
edificios con haces luminosos y dispositivos según la invención.
Según otro aspecto de la invención, se realizan
conexiones de comunicación de larga distancia inalámbricas
terrestres más asequibles con haces luminosos y dispositivos según
la invención.
"Luz", "óptica" y "radiación" se
refieren en el presente documento a luz y radiación que no se
limitan a la banda visible o de IR, sino que consiste en la banda
desde UV a radiofrecuencia alta, o radiación de cualquier frecuencia
en la que la atenuación dependiente de la frecuencia por el medio de
transferencia es significativa.
Un sistema de transmisión de haz inalámbrico
según la invención para la comunicación de información que comprende
al menos dos transmisores y que tiene todas o algunas partes del
sistema de transmisión dispuestas para recibir al menos una longitud
de onda se caracteriza porque,
- al menos un transmisor es un láser
semiconductor y al menos un transmisor es un láser de cascada
cuántica o un máser.
Un sistema de recepción de haz inalámbrico según
la invención para la comunicación de información que comprende al
menos un detector óptico y que tiene todas o algunas partes del
sistema de recepción dispuestas para recibir al menos una longitud
de onda se caracteriza porque,
- las longitudes de onda de recepción del al
menos un detector óptico están dispuestas para poder aplicarse a
longitudes de onda transmitidas a partir de un láser semiconductor y
las longitudes de onda de recepción del al menos un detector óptico
están dispuestas para poder aplicarse a longitudes de onda
transmitidas desde un láser de cascada cuántica o un máser.
Un sistema de comunicación inalámbrico según la
invención que comprende al menos dos transmisores y al menos un
receptor se caracteriza porque,
- al menos un transmisor es un láser
semiconductor y al menos un transmisor es un láser de cascada
cuántica o un máser,
- las longitudes de onda de recepción de al
menos un detector óptico están dispuestas para poder aplicarse a
longitudes de onda transmitidas a partir de un láser semiconductor
y/o un láser de cascada cuántica o un máser.
Un procedimiento para transmitir una señal
óptica inalámbrica según la invención se caracteriza por las etapas
de,
- generar al menos un haz luminoso con un láser
semiconductor,
- transmitir al menos un haz a al menos un
receptor,
- transmitir al menos un haz luminoso con un
láser de cascada cuántica o máser.
Un procedimiento para recibir una señal óptica
inalámbrica según la invención se caracteriza por las etapas de,
- recibir al menos un haz luminoso a partir de
un láser semiconductor y un láser de cascada cuántica o un
máser,
- recibir al menos un haz luminoso con un láser
de cascada cuántica o detector máser.
La invención está dirigida al menos a resolver
el problema subyacente de proporcionar comunicación inalámbrica de
banda ancha óptica con alta disponibilidad incluso en condiciones
climáticas inclementes.
Además y con referencia a las realizaciones que
acumulan las ventajas anteriormente mencionadas, el mejor modo de la
invención se considera que es la aplicación al acceso y comunicación
de banda ancha inalámbrico.
En el presente mejor modo de la invención, las
señales se procesan ópticamente en cada oportunidad. En el presente
mejor modo de la invención, una parte de la radiación transmitida
desde el transmisor al receptor se refleja de vuelta con un
retrorreflector para realimentación óptica. El espectro de
atenuación se deduce de esta realimentación óptica, y la
realimentación óptica puede ser usada también para la
alineación.
A continuación, la invención se describirá con
mayor detalle con referencia a realizaciones ejemplares según los
dibujos adjuntos, en los que
la figura 1 muestra un espectro típico de
intensidad de IR cercano.
La figura 1A muestra una realización de un
transmisor 10 según la invención.
La figura 1B muestra una realización de un
receptor 11 según la invención.
La figura 1C muestra una realización del proceso
19 de exploración espectral según la invención.
La figura 2 muestra una realización del proceso
20 de transmisión según la invención como un diagrama de flujo.
La figura 2B muestra una realización del proceso
21 de recepción según la invención como un diagrama de flujo.
La figura 2C muestra una realización del proceso
22 de exploración espectral y transmisión según la invención como un
diagrama de flujo.
La figura 2D muestra una realización del proceso
23 de exploración espectral y recepción según la invención como un
diagrama de flujo.
La figura 3 muestra una realización de un
dispositivo 30 de encaminamiento y recepción de haz pasivo de la
invención.
La figura 3B muestra un escenario 31 de uso
ejemplar de un dispositivo 30 de encaminamiento y recepción de haz
pasivo de la invención.
La figura 4 muestra una realización de un
dispositivo 40 de transceptor de haz pasivo de la invención.
La figura 5 muestra una realización de un
dispositivo 50 de encaminamiento de haz activo de la invención.
La figura 6 muestra una realización de un
dispositivo 60 de encaminamiento de haz bidireccional activo según
la invención.
La figura 7 muestra una realización de un
dispositivo de encaminamiento de haz para varias conexiones 70 de
comunicación según la invención.
La figura 8 muestra una realización de un
dispositivo 80 de encaminamiento y recepción de haz
retrorreflectante según la invención.
La figura 9 muestra una realización de un
procedimiento para encaminamiento 90 de haz según la invención como
un diagrama de flujo.
La figura 10 muestra una realización de un
procedimiento para repetición 91 y encaminamiento de haz activo
según la invención como un diagrama de flujo.
La figura 11 muestra una realización de un
procedimiento 92 para enfocar un haz sobre el dispositivo 80 de
encaminamiento de haz retrorreflectante según la invención como un
diagrama de flujo.
La figura 12 presenta una realización más
desarrollada del enlace de comunicación según la invención.
Algunas de las realizaciones se describen en las
reivindicaciones dependientes.
La figura 1 visualiza un espectro típico de
intensidad de IR cercano para transmitancia atmosférica debida a la
radiación solar. La intensidad se muestra en el eje vertical como
unidades arbitrarias, y el número de onda se muestra en el eje
horizontal. Como es evidente, existen enormes variaciones en la
intensidad detectada en diversas longitudes de onda. Esto es
principalmente porque la mayor parte de la absorción tiene lugar en
longitudes de onda que están en frecuencias de resonancia de
moléculas en el aire. Especialmente, el vapor de agua desempeña un
papel importante en los procesos radiativos de la atmósfera, que se
refleja en la gran atenuación a la que se ve sometido un enlace
óptico en momentos de lluvia, niebla, neblina o nieve. Cerca de una
resonancia la absorción es alta, y, por lo tanto, es importante
registrar en un gráfico esas frecuencias en las que no tienen lugar
resonancias, y usarlas para la comunicación.
La figura 1 muestra sólo una banda limitada,
pero se conoce por fuentes literarias, por ejemplo, a partir de
Introduction to Astronomy, Tähtitieteen perusteet, Ursa,
1995, que toda la banda desde radio de longitud de onda visible
(\lambda = 800-1300 nm) hasta radio de longitud de
onda corta (\lambda = 10 mm) se ve perturbada por atenuación
atmosférica turbulenta. Se conoce y han revelado investigaciones
recientes que el espectro de atenuación en una trayectoria óptica
dada es único y cambia dinámicamente.
Las diferencias en intensidad y, por tanto, la
absorción pueden ser de varios órdenes de magnitud, y, por tanto,
una elección correcta de frecuencias puede mejorar la intensidad y
alcance de un enlace de comunicación de IR cercano u óptico de
manera significativa, o por incluso varios órdenes de magnitud.
La figura 1A muestra una disposición 10 de
transmisor óptico según la invención, en la que la radiación de IR o
luz se genera en el transmisor 110 óptico. La luz es normalmente luz
láser, y puede generarse mediante un LED (diodo emisor de luz),
cualquier láser semiconductor, o cualquier otro material para
emisión láser, por ejemplo, mediante un gas en una cavidad 120
láser. El transmisor 110 óptico puede ser, por ejemplo, un láser de
teodolito o un láser de helio-neón, láser de rubí,
láser Nd:Yag, láser de CO_{2}, láser de GaAs, láser de AlGaAs,
cualquier láser de cascada cuántica, o cualquier otro láser o máser
o una fuente de luz convencional según la invención. Normalmente,
el transmisor 110 óptico puede transmitir haces de luz UV, luz
visible o invisible, IR cercano, IR lejano, o haces de IR en
frecuencias variables.
En algunas realizaciones, el transmisor 10
comprende también un espectroscopio 105. El espectroscopio está
dispuesto para realizar una exploración de una banda ancha de
longitudes de onda de transmisión posibles y medir la absorción
atmosférica en esas longitudes de onda. El espectroscopio está
dispuesto para detectar las frecuencias de absorción mínima, puesto
que estas son normalmente las mejores longitudes de onda para la
comunicación ya que se atenúan al mínimo. El transmisor 110 óptico,
los sistemas 130, 140 de expansión de haz y el modulador 100 de
señal están dispuestos entonces para usar esta longitud de onda
mínima como la longitud de onda de transmisión.
El espectroscopio registra la absorción
espectral al aire libre. El espectrómetro 105 puede usar un haz de
referencia, que puede ser un haz luminoso convencional también
además de un láser, o puede usar el propio haz de portadora para
hacer una exploración a través de la banda para obtener datos
espectrales. La detección del espectro puede disponerse al final
del receptor, o una parte de la radiación incidente se refleja de
vuelta con un retrorreflector y el espectro se deduce de la
realimentación óptica. En algunas realizaciones, un espectroscopio
puede compartirse entre varios sistemas de transmisión, o pueden
usarse varios espectrómetros para proporcionar mediciones y datos
espectrales para un sistema de transmisión de haz particular. El
espectrómetro 105 puede realizarse también como un dispositivo
independiente, y las mediciones espectrales pueden comunicarse con
al menos un sistema de transmisión a través de una conexión de
comunicación independiente. Asimismo, el sistema 10 de transmisor o
el espectrómetro 105 puede establecer una conexión de comunicación
con el receptor o viceversa para comunicar frecuencias de
transmisión usadas y/o datos de medición. Esta conexión de
comunicación puede ser una conexión de radio, por ejemplo, GSM,
GPRS, UMTS, o cualquier conexión de radio por satélite.
En algunas realizaciones el transmisor usa
varias longitudes de onda que se eligen según un algoritmo que
minimiza la atenuación y la divergencia en estas longitudes de onda,
basándose en datos de absorción y los efectos de divergencia en
esas longitudes de onda.
Por ejemplo, normalmente el ángulo de
divergencia de un haz difractado de Fraunhofer para el modo
TEM_{00} con un perfil espacial de Gaussian es \theta =
\lambda/\piw_{0}. Por tanto, el ángulo de divergencia aumenta
con la longitud de onda. Entonces, es deseable elegir una longitud
de onda corta, con una absorción pequeña.
Naturalmente, la fuente 110 de luz puede ser
también un transmisor de luz sin emisión láser convencional. En una
realización, una señal de comunicación se modula en la señal de luz
tras haber sido generada por el modulador 100 de señal de
comunicación. La señal de luz abandona el transmisor óptico y se
enfoca hacia una lente 130 divergente, tras lo cual el haz o alguna
parte de éste se diverge en una lente 140 convergente que colima
los rayos incidentes. La agrupación de las lentes 130 y 140
constituye un expansor de haz, que está diseñado para expandir el
ancho de haz, colimar los rayos y reducir la divergencia angular.
Por ejemplo, un láser teodolito de observación expandido a una
cintura de haz de 25 mm tiene prácticamente un haz paralelo a
distancias de 3 km y superiores. Esta es una distancia suficiente
para conectar varios edificios mediante una conexión de
comunicación óptica.
En algunas realizaciones la invención incorpora
varias agrupaciones de sistemas (130, 140) de lentes de expansión
de haz en serie. En algunas realizaciones la luz transmitida se
difracta mediante una ranura 160 para producir varios rayos
redundantes idénticos, y en algunas realizaciones la disposición de
transmisor óptico comprende varias agrupaciones de expansor de haz
en paralelo para los haces redundantes. La redundancia es deseable
cuando el receptor puede recibir los rayos redundantes. Mediante la
redundancia, se mejora la calidad de señal.
En algunas realizaciones la disposición 10 de
transmisor puede recibir muchas longitudes de onda de señales de
transmisión que pueden ser bastante diferentes. Con el fin de
conseguir esto, los sistemas de lentes se eliminan o compensan
normalmente en cuanto a dispersión, aberración u otros defectos
asociados con la operación en una multitud de longitudes de onda.
Las distancias entre lentes y los radios y espesor de la lente
pueden ajustarse en algunas realizaciones. Asimismo, el transmisor
110 óptico puede sintonizarse normalmente en un intervalo de
longitudes de onda en algunas realizaciones, o puede haber varios
transmisores 110 ópticos diseñados para operar en diversas
longitudes de onda o intervalos. El transmisor 110 puede transmitir
radiación óptica, de IR y/o de microondas. El transmisor 110 óptico
puede estar dispuesto como una matriz de láseres separados unos
pocos nanómetros. Todos los láseres individuales exploran una banda
de pocos nanómetros de modo que la matriz puede transmitir en una
banda ancha. La sintonización puede ser térmica mediante elementos
de Peltier o similares en algunas realizaciones.
La figura 1B muestra una disposición 11 de
receptor óptico. El haz incidente se comprime mediante la
disposición (131, 141) de lentes de compresión de haz. El haz
incidente se enfoca en primer lugar mediante la lente convergente
hacia la lente 131 divergente que colima los rayos incidentes. Los
rayos se enfocan entonces sobre el receptor 111 óptico. El receptor
111 óptico puede ser cualquier detector de luz tal como un
fotodiodo, un fotodiodo de avalancha APD o cualquier dispositivo
CCD (detector acoplado por carga). El demodulador 101 de señal está
dispuesto para demodular la señal de comunicación a partir de la
señal de receptor óptico.
En algunas realizaciones, varios sistemas de
receptor óptico y sistemas (131, 141) de compresión de haz ópticos
pueden realizarse en paralelo para recibir haces redundantes, haces
de referencia u otros haces. Asimismo, en algunas realizaciones
varios conjuntos de sistemas (131, 141) de compresión de haz pueden
estar dispuestos en serie para proporcionar una compresión fuerte y
exacta. En algunas realizaciones varios sistemas 111 de receptor
óptico pueden realizarse para detectar rayos que emergen a partir de
un sistema (131, 141) de compresión de haz particular, o viceversa
varios sistemas (131, 141) de compresión de haz pueden estar
dispuestos para alimentar señales a un sistema (111) de receptor
óptico particular. El sistema (111) de receptor óptico normalmente
deduce también el espectro de atenuación de la trayectoria óptica,
en realizaciones en las que el espectro se deduce en el extremo de
receptor. La lente 141 o apertura de entrada óptica comprende
normalmente también una parte de retrorreflector, que se usa para
reflejar una parte de la luz incidente de vuelta al transmisor con
el fin de deducir el espectro de absorción.
En algunas realizaciones la disposición 11 de
receptor puede recibir muchas longitudes de onda de señales de
transmisión que pueden ser bastante diferentes. Con el fin de
conseguir esto, los sistemas de lente se eliminan o compensan
normalmente en cuanto a dispersión, aberración u otros defectos
asociados con la operación en una multitud de longitudes de onda.
Las distancias entre lentes y los radios y espesor de la lente
pueden ajustarse en algunas realizaciones. Asimismo, el receptor
111 óptico puede sintonizarse normalmente a un intervalo de
longitudes de onda en algunas realizaciones, o puede haber varios
receptores 111 ópticos diseñados para operar en diversas longitudes
de onda o intervalos. El transmisor 10 y el receptor 11 pueden
emplear también enlaces de comunicación entre sí para elegir
frecuencias adecuadas a las que puede(n) sintonizarse
el(los) haz(es). El receptor 111 puede recibir
radiación óptica, de IR y/o de microondas.
En algunas realizaciones el transmisor 10 óptico
y el receptor 11 se realizan en la misma unidad para establecer una
unidad de transceptor óptico activa.
La figura 1C muestra un procedimiento 19 de
exploración espectral según la invención como un diagrama de flujo.
En la fase 190 se genera el haz luminoso para las mediciones
espectrales. El espectroscopio registra la absorción espectral al
aire libre sobre la trayectoria de comunicación óptica y usa un haz
de referencia o el propio haz de portadora, dependiendo del diseño
del espectrómetro. En la fase 191 se mide la absorción espectral de
radiación, normalmente a través de las bandas visible, de IR
cercano, de IR o de microondas. En algunas realizaciones las bandas
UV también pueden ser posibles. Sin embargo, el uso de luz UV puede
limitarse en algunas realizaciones debido a cuestiones de
salud.
En la fase 192 se detectan las absorciones
mínimas. En algunas realizaciones, pueden detectarse varias
frecuencias con una absorción baja, o un intervalo de longitudes de
onda por debajo de una absorción umbral. La detección se lleva a
cabo o bien en el receptor a partir de la radiación incidente, un
impulso de luz blanca, haz de referencia o similar, o bien en el
transmisor a partir de la radiación retrorreflejada. En la fase 193
las frecuencias de absorción mínima se comunican al transmisor
óptico, o cualquier dispositivo informático dispuesto en asociación
con el transmisor óptico. En la fase 194 la frecuencia de
transmisión se ajusta a la absorción mínima. En algunas
realizaciones las frecuencias de transmisión se ajustan para
minimizar tanto la divergencia como la atenuación.
\newpage
En algunas realizaciones los transmisores 10 y
receptores 11 están dispuestos para comunicar datos o frecuencias
espectrales entre sí a través de radiocomunicación u otra
comunicación en algunas realizaciones. Esta conexión de
comunicación puede ser una conexión de radio, por ejemplo, GSM,
GPRS, UMTS, o cualquier conexión de radio por satélite.
Es evidente que varias longitudes de onda pueden
usarse en un modo de multiplexación por división de longitud de
onda, para comunicar de manera redundante con el fin de reducir la
tasa de error o proporcionar varios canales de comunicación
paralelos.
La figura 2 muestra un proceso 20 de transmisión
según la invención, en el que el láser o máser se genera en la fase
200. En la fase 210 el láser se enfoca sobre una lente divergente.
En la fase 220 el haz láser se diverge a partir de la lente
divergente hacia la lente de enfoque. El haz láser divergido se
colima mediante la lente de enfoque en la fase 230. Las fases 220 y
230 se usan para expandir el haz con el fin de colimar el haz y
minimizar su divergencia, y pueden repetirse varias veces con el fin
de conseguir la expansión de haz y la distancia de propagación en
paralelo deseadas. En la fase 240 una señal de comunicación se
modula a la señal de portadora. En algunas realizaciones la fase
240 puede tener lugar antes o después, por ejemplo antes, de manera
simultánea o después de cualquiera de las fases 200, 210, 220, 230,
250. Es evidente que es necesario usar componentes ópticos no
dispersivos en el sistema de modo que las fases 200, 210, 220, 230,
250 pueden ejecutarse en diversas longitudes de onda con el mismo
equipo.
La señal de comunicación puede ser, por ejemplo
una señal de OC-3C, STM-1,
OC-12C, STM 4, Ethernet, SONET, SDH, SS7, GSM,
H323, HTTP, UMTS, WAP, Teldesic, Inmarsat, Iridium, GPRS, datos de
CDMA, datos de WCDMA, correo electrónico LAN, TCP/IP, UDP, POTS,
PDC, NDC, imode, Globalstar y/o WLAN según la invención. El enlace
óptico y la señal de comunicación se usan normalmente para conectar
edificios a una MAN (Metropolitan Area Network, red de área
metropolitana) o cualquier otra red principal con el fin de
proporcionar servicios eficaces de Internet, datos y/o telefonía.
En algunas realizaciones se usa para proporcionar una red de retorno
por ejemplo, a estaciones base o transceptores radio de cualquier
red de radio, red celular o sistema de difusión de televisión y/o
radio.
En la fase 250 el haz láser expandido que
transporta una señal de comunicación se dirige a un receptor o a un
transceptor óptico. El receptor o transceptor pueden estar ubicados
en cualquier lugar dentro de la línea de vista y el alcance de
operación del transmisor. Con un expansor lo bastante fuerte, por
ejemplo, un expansor telescópico potente pueden proporcionarse
enlaces de comunicación transcontinental con el fin de sustituir el
uso de cables submarinos, satélites o enlaces radio.
Antes, durante o después de cualquiera de las
fases la potencia del láser generado puede controlarse para
conseguir un enlace de comunicación óptimo. Un enlace de
comunicación que opera en longitudes de onda ópticas o de IR puede
transportar cientos o incluso miles de Megabits por segundo por haz
según la invención. Es evidente que cualquiera de las fases del
proceso 19 de exploración espectral y el proceso 20 de transmisión
puede intercalarse según la invención, es decir, varias frecuencias
de transmisión pueden cambiarse de manera dinámica según los datos
del espectro de atenuación.
En la figura 2B se describe un proceso de
recepción según la invención. En la fase 201 se recibe el láser
como un diagrama de flujo. En la fase 211 el haz láser se enfoca
sobre una lente convergente. En la fase 221 el haz láser se enfoca
desde la lente convergente a una lente divergente. En la fase 231 el
haz láser se colima mediante la lente divergente. Las fases 211,
221, 231 pueden repetirse en secuencia varias veces en algunas
realizaciones preferentes con el fin de comprimir el haz más de lo
que sería posible mediante una agrupación de una única lente. En la
fase 241 el haz se dirige a al menos un detector óptico. El detector
óptico puede ser cualquier detector de luz tal como un fotodiodo,
un fotodiodo de avalancha APD o cualquier dispositivo de CCD
(detector acoplado por carga), o cualquier otro fotodetector. En la
fase 251 una señal de comunicación se demodula a partir de la señal
de receptor óptico. En algunas realizaciones varias señales de
comunicación pueden demodularse a partir de la señal, y la
demodulación puede tener lugar antes, después o de manera simultánea
con cualquiera de las fases 201, 211, 221, 231, 241, 251.
En algunas realizaciones los sistemas de lentes,
transmisores y receptores pueden adaptarse a un intervalo de
longitudes de onda, es decir, son no dispersivos, como la longitud
de onda de atenuación mínima mediante el material, es decir, el
aire se prueba con un espectro de longitudes de onda con el fin de
establecer un enlace óptico óptimo.
En algunas realizaciones los sistemas 130, 131,
140, 141 de lentes pueden comprender otros dispositivos ópticos
tales como espejos o espejos parabólicos y/o cóncavos junto con
lentes o sin ellas con el fin de conseguir el enfoque, dirección,
expansión y compresión de haz deseados. Es evidente que cualquiera
de estas fases del proceso 19 de exploración espectral y el proceso
21 de recepción puede intercalarse según la invención.
La figura 2C muestra un procedimiento 22 para
combinar la determinación de absorción espectral y la transmisión
de haz según la invención. En la fase 202 la absorción espectral de
aire se mide a partir de la trayectoria de comunicación óptica
mediante un impulso de luz de varias longitudes de onda, mediante la
exploración de la trayectoria con un haz de longitud de onda
variable o con el propio haz de portadora o un haz de referencia.
La detección espectral puede ser en el extremo del receptor o en el
transmisor cuando el espectro se detecta a partir de la
realimentación retrorreflectada. En la fase 212 las frecuencias de
transmisión se ajustan normalmente para minimizar la divergencia y
la atenuación. En la fase 222 se genera al menos un haz luminoso
para permitir la comunicación óptica. En la fase 232 se transmite
al menos un haz luminoso a un receptor, que es normalmente un
transceptor o receptor de comunicación de banda ancha
inalámbrico.
La figura 2D muestra un procedimiento 23 para
combinar la determinación de absorción espectral y la recepción de
haz según la invención. En la fase 203 los datos espectrales se
obtienen o miden a partir de la trayectoria de comunicación óptica
mediante un impulso de luz de varias longitudes de onda, mediante la
exploración de la trayectoria con un haz de longitud de onda
variable o con el propio haz de portadora o un haz de referencia.
En la fase 213 las frecuencias de recepción se ajustan en
consecuencia, normalmente con el fin de minimizar la divergencia y
la atenuación. En la fase 223 se recibe al menos un haz
luminoso.
Es evidente que ambos procedimientos 22 y 23
pueden ejecutarse de un modo dinámico, es decir, el salto de
frecuencia es continuo para las frecuencias que se prefieren en
cuanto a atenuación, divergencia u otros factores.
La figura 3 muestra un transceptor 30 pasivo
totalmente óptico según la invención. En algunas realizaciones un
haz luminoso impacta en la lente 300, desde la que entra a un cono
310 reflectante. La lente 300 enfoca el haz hacia la interfaz 320
de guía de ondas, que puede comprender también otra lente. El haz o
alguna parte de éste se dispone para entrar en la guía 330 de
ondas, que puede tener formas variables. El haz sale de la guía 330
de ondas hacia la interfaz 340 y a continuación hacia el cono 350.
El haz se enfoca entonces mediante la lente 360 hacia un receptor
adicional o un transceptor adicional. En algunas realizaciones el
transceptor 30 es bidireccional, los haces pueden pasarse desde la
lente 360 a la 300 y viceversa.
La guía 330, 331 de ondas puede curvarse o
ponerse recta o formarse bucles en la misma, con el fin de torcer y
redireccionar el haz para superar los obstáculos de línea de vista.
La guía 330, 331 de ondas se fabrica de fibra óptica, fibra de
vidrio o un tubo reflectante hueco en algunas realizaciones. La guía
de ondas tiene normalmente un revestimiento que impide la difusión
de rayos desde la guía de ondas excepto desde los extremos mediante
la reflexión interna total o de otro modo. En algunas realizaciones
la guía 330, 331 de ondas está hecha de fibra óptica dopada con
erbio, o dopada de otro modo.
El transceptor 30 es normalmente completamente
óptico, es decir, la señal no se modifica a una señal eléctrica en
modo alguno. Esto permite la comunicación ininterrumpida a la
velocidad de la luz. Además, el transceptor es también normalmente
pasivo, es decir, no requiere una fuente de energía. Con el fin de
instalar el transceptor según la invención sólo es necesario
colocarlo en una posición y ubicación desde la que tenga una
conexión de línea de vista con al menos un transmisor y al menos un
receptor o al menos un transceptor. Como se indicó anteriormente,
el transmisor 10 óptico según la invención puede producir un haz
paralelo de varios kilómetros de longitud. Empleando un grupo de
transceptores 30 según la invención, es posible proporcionar un haz
a varios edificios residenciales en un alcance de varios kilómetros
con el fin de proporcionar acceso de banda ancha inalámbrico. Es
deseable que los elementos del transceptor sean no dispersivos, con
el fin de recibir un intervalo amplio de longitudes de onda. Es
también evidente que el transceptor 30 puede comprender los sistemas
300, 360 de lente para la colimación, expansión y compresión de haz
y óptica de enfoque con el fin de dirigir los haces de manera
precisa entre los nodos entre los que está retransmitiendo
señales.
La figura 3B muestra cómo el transceptor pasivo
puede usarse para realizar una conexión de comunicación previamente
imposible entre los transceptores 1 y 2 que el edificio obstruía. Es
evidente que con agrupaciones de transceptores pasivos según la
invención pueden proveerse haces largos a diferentes topologías de
edificios o paisajes.
La figura 4 muestra una disposición alternativa
para transceptores pasivos totalmente ópticos. En esta realización
la radiación incidente se enfoca mediante un espejo 411 parabólico
sobre un espejo 401 reflectante semiplateado. Este espejo está
dispuesto entonces para reflejar la radiación enfocada hacia la
interfaz 421 de guía de ondas, y la radiación enfocada se dispone
para entrar en la guía 431 de ondas desde la interfaz 421. La guía
431 de ondas se fabrica de fibra óptica, fibra de vidrio o un tubo
reflectante hueco en algunas realizaciones, y la radiación sale de
la misma a través de la interfaz 441. Las interfaces 421, 441
comprenden también normalmente lentes, y la interfaz 441 está
dispuesta normalmente para enfocar la radiación hacia la parte
permeable del espejo 461 semiplateado, y finalmente hacia un
receptor y/o transceptor adicional. En algunas realizaciones el
transceptor es unidireccional, en otras realizaciones bidireccional
puesto que los haces pueden pasarse desde el espejo 461 al 401 y
viceversa. Es deseable también que los elementos del transceptor
sean no dispersivos, con el fin de recibir un intervalo amplio de
longitudes de onda.
En algunas realizaciones los transceptores 30 y
40 pasivos totalmente ópticos pueden aplicarse a otros usos además
de retransmitir señales de banda ancha de longitud de onda corta.
Los transceptores 30 ó 40 pueden implementarse también en el
interior para transportar señales ópticas o de IR desde controles
remotos u otros dispositivos a dispositivos objetivo, tales como
una televisión, un lavavajillas o una radio, por ejemplo, que están
dispuestos para comunicarse con dichos otros dispositivos. De hecho,
el cableado de comunicación puede sustituirse por el uso de haces
ópticos que se retransmiten por dichos transceptores 30 y 40 en
muchos escenarios: fábricas, oficinas, edificios residenciales,
etc. En algunas realizaciones los transceptores 30 y 40 comprenden
también una agrupación de lentes para la compresión o expansión de
haz. En algunas realizaciones pueden utilizarse ranuras de
difracción para realizar copias redundantes del haz incidente en el
transceptor 30, 40 para transmisión adicional. Asimismo, el
transceptor 30, 40 puede recibir en algunas realizaciones conjuntos
de haces redundantes y enfocar estos haces sobre la guía 330, 431 de
ondas.
\newpage
La figura 5 presenta un transceptor 50 óptico
activo unidireccional ejemplar según la invención. La lente 500
está dispuesta para enfocar el incidente a través del cono o el cono
reflectante hacia la interfaz 520 de guía de ondas. Después de la
interfaz 520, la radiación está dispuesta para entrar en la guía 530
de ondas. El fotorreceptor 540 recibe la radiación 540, que puede
ser un fotodiodo, un fotodiodo de avalancha APD o cualquier
dispositivo de CCD (detector acoplado por carga), o cualquier otro
fotodetector. En algunas realizaciones el receptor 540 incorpora
amplificación, por ejemplo, normalmente en el caso de un APD. Sin
embargo, en algunas realizaciones la señal de receptor se amplifica
mediante el amplificador 550, que es normalmente un amplificador
operacional en algunas realizaciones. La señal amplificada se
alimenta al fototransmisor 560. El fototransmisor es normalmente un
transmisor idéntico al transmisor que transmitió la radiación
incidente sobre el transceptor 50. Sin embargo en algunas
realizaciones el fototransmisor es un láser de teodolito o un láser
de helio-neón, láser de rubí, láser Nd:Yag, láser
de CO_{2}, láser de GaAs, láser de AlGaAs, cualquier láser de
cascada cuántica, o cualquier otro láser según la invención. El
extremo de transmisión está dispuesto para dirigir la lente de modo
que dirige y reenfoca la radiación amplificada hacia un receptor
adicional o un transceptor adicional.
En varias realizaciones la redundancia del haz
es una característica deseable para el transceptor. El transceptor
50 puede equiparse con ranuras 595, 596 de difracción con el fin de
difractar copias del haz original antes, durante o después del
proceso de
detección-amplificación-transmisión.
En algunas realizaciones las partes 530, 565 de guía de ondas
pueden ser variables en longitud y también presentar bucles, ser
curvadas o de diversas formas con el fin de dirigir los haces
retransmitidos en el modo y dirección deseados.
La figura 6 presenta una realización ejemplar de
un transceptor óptico activo bidireccional. La diferencia con el
transceptor 50 es que las guías 621, 682 de ondas se interconectan
con divisores 622, 681 de haz para los haces que atraviesan en dos
direcciones. Los divisores de haz están diseñados para dirigir los
haces no amplificados entrantes hacia las partes 640, 670 de
receptor. Respectivamente, se permite que la radiación amplificada
saliente transmitida por los transmisores 680, 630 entre en las
guías 682, 621 de ondas de modo que los dichos haces se dirigen y
enfocan hacia receptores y/o transceptores adicionales. Los
detectores, amplificadores, y transmisores pueden realizarse en
algunas realizaciones a lo largo de las mismas líneas que en
asociación con el transceptor 50. Es evidente que normalmente los
transceptores 50 y 60 pueden adaptarse a un intervalo amplio de
longitudes de onda ópticas y de IR cercano. Puede usarse según la
invención distancias entre lentes, radios y espesores de la lente,
tensiones de polarización diferentes, circuitos diferentes,
amplificación y cualquier dispositivo de la técnica anterior para
cambiar de una frecuencia a otra.
La figura 7 muestra una disposición 70 que
comprende una pluralidad de los receptores y transmisores. En
algunas realizaciones varios transceptores bidireccionales o
unidireccionales activos o pasivos pueden integrarse en una única
unidad, de modo que los haces pueden proveerse y retransmitirse
desde un nodo a varios nodos de recepción. En algunas realizaciones
la disposición 70 puede operar como un conmutador. Por ejemplo, los
sistemas 710 y 730 de cono-lente pueden conectarse
mediante una guía de ondas en una configuración particular, pero en
otra configuración la misma guía de ondas puede estar entre 730 y
760. Las conexiones con guía de ondas pueden manipularse, por
ejemplo, girando o moviendo los espejos 770, 771 dentro de la caja
700. En algunas realizaciones la cavidad 700 de múltiples guías de
ondas puede presentar ranuras de difracción para realizar rayos
redundantes o amplificadores para amplificar señales. En algunas
realizaciones puede usarse compresión de haz y o expansión de haz
para manipular los haces dentro de la cavidad 700 de múltiples guías
de ondas, los conos de transmisor y/o conos 710, 720, 730, 740,
750, 760 de receptor.
La figura 8 presenta una disposición ejemplar de
un transceptor 80 retrorreflectante pasivo. El transceptor 80
difiere del transceptor 30 en cuanto a que incorpora al menos una
parte de un espejo 880, 890 cóncavo retrorreflectante asociado con
al menos una lente 800, 860. Los espejos 880, 890 cóncavos están
diseñados para reflejar una parte del haz incidente de vuelta a la
dirección del transmisor original con fines de realimentación.
También es posible que un transceptor retrorreflectante según la
invención incorpore amplificación unidireccional o bidireccional
como se señaló anteriormente o de otro tipo.
La figura 9 muestra un proceso 90 de
retransmisión de haz pasivo según la invención. En la fase 900 se
transmite un haz. En la fase 910 el haz alcanza medios de enfoque,
por ejemplo una lente, sistema de lentes, espejo, sistema de
espejos o un sistema de lente-espejo. En la fase 920
el haz se enfoca hacia una interfaz de guía de ondas. Durante,
antes o después de las fases 910, 920 el haz puede comprimirse en
algunas realizaciones. En la fase 930 el haz entra en la guía de
ondas, que está hecha normalmente de fibra óptica, fibra dopada,
fibra óptica dopada con erbio, fibra de vidrio o un tubo reflectante
hueco, o cualquier guía de ondas totalmente reflectante de manera
interna en algunas realizaciones. En la fase 940 el haz emerge desde
el otro extremo de la guía de ondas, y entra en otro dispositivo de
enfoque en la fase 950. En la fase 960 el rayo se enfoca hacia un
receptor o un transceptor, que tienen normalmente medios de enfoque
como su interfaz periférica respecto también a la radiación
inalámbrica. Durante, antes o después de las fases 940, 950, 960 el
haz puede expandirse en algunas realizaciones.
La figura 10 muestra un proceso 91 de
retransmisión de haz activo según la invención. En la fase 1000 se
transmite un haz. En la fase 1010 el haz alcanza medios de enfoque,
por ejemplo, una lente, sistema de lentes, espejo, sistema de
espejos, o un sistema de lente-espejo. En la fase
1020 el haz se enfoca hacia una interfaz de guía de ondas. Durante,
antes o después de las fases 1010, 1020 el haz puede comprimirse en
algunas realizaciones. En la fase 1030 el haz entra en la guía de
ondas, y la guía de ondas canaliza el haz hacia un detector, que es
normalmente un APD o cualquier otro fotorreceptor. En algunas
realizaciones, la intensidad, amplitud, irradiancia, frecuencia o
cualquier otro atributo del haz y la radiación entrante se miden
durante la fase 1040. En algunas realizaciones, se filtran señales
no deseadas con un filtro de paso de banda, o un filtro de fase
sincronizada (basándose en la inversión e integración en algunas
realizaciones) en la fase 1040. Un haz amplificado adicional se
transmite a una guía de ondas, o varias guías de ondas en la fase
1060. En algunas realizaciones los haces redundantes se canalizan a
varias guías de ondas mediante la difracción del haz principal
amplificado en una ranura y mediante la recogida de las máximas
resultantes en las guías de ondas separadas en la fase 1050. En la
fase 1060 el haz entra desde el otro extremo de la guía de ondas, y
entra en un medio de enfoque, que puede comprender dispositivos de
expansión de haz en algunas realizaciones en la fase 1070. En la
fase 1080 el rayo se enfoca hacia un receptor o un transceptor, que
normalmente tienen medios de enfoque como su interfaz periférica
con respecto también a la radiación inalámbrica.
Durante, antes o después de cualquiera de las
fases de los procedimientos 90 y 91 el transceptor que ejecuta el
proceso puede sintonizarse a la frecuencia del haz o todas o algunas
partes del transceptor pueden sintonizarse para evitar la
dispersión, con respecto a las longitudes de onda obtenidas mediante
el análisis espectral de la trayectoria óptica de comunicación.
La figura 11 representa un procedimiento óptico
para la alineación del haz transmitido a una posición óptima con
receptores retrorreflectantes. En la fase 1100 se transmite al menos
un haz. En la fase 1110 se detectan rayos de retorno que se
reflejan desde el retrorreflector del receptor 92. En la fase 1120
el haz transmitido se desplaza y reenfoca, y en la fase 1130 se
detecta la intensidad del haz de retorno como realimentación. Si la
intensidad de haz de realimentación ha aumentado, el haz transmitido
está probablemente mejor enfocado sobre el receptor, puesto que el
retrorreflector cóncavo está diseñado para reflejar la intensidad de
realimentación máxima cuando está perfectamente centrado con un
ancho de haz del tamaño del diámetro de la agrupación
retrorreflectante de recepción. Si la intensidad de realimentación
se aumenta en la fase 1140, el transmisor se desplaza adicionalmente
en la fase 1150. Si no, se entra en la fase 1130. Mediante las
mediciones de intensidad de realimentación el haz de transmisor
puede enfocarse perfectamente sobre un transceptor o receptor
retrorreflectante totalmente óptico en la fase 1160. La adquisición
óptica o radiante de un receptor tiene muchas ventajas, una de las
cuales es que el dispositivo retrorreflectante puede ser
eléctricamente pasivo, es decir, no requiere energía eléctrica para
comunicar su estado.
La figura 12 muestra también una disposición
1200 preferente del enlace láser según la invención. 1210 representa
una red de cable o red de área local inalámbrica WLAN, o cualquier
otra red de comunicación convencional. El transceptor 1220 de SONET
puede ser también un transceptor de SDH o similar según la
invención. El transceptor 1220 acciona la unidad de chip láser para
producir una señal de comunicación modulada en amplitud según SONET,
SDH o norma similar.
Normalmente, los anchos de banda proporcionados
por tales transceptores son de varios gigabits por segundo. Además
de, por ejemplo, la modulación de. SONET, la potencia láser y la
elección de qué láser va a usarse en la unidad de chip se controlan
mediante la circuitería asociada. Con el fin de tomar estas
decisiones, se usa preferentemente información a partir de
detectores de retrorreflexión, que detectan la radiación
retrorreflejada desde el receptor.
La unidad 1230 de chip láser comprende, por
ejemplo, 50-150 láseres de semiconductor dopados en
un chip. En algunas realizaciones, cada láser transmite una
determinada longitud de onda, separada, por ejemplo,
1-2 nm. La unidad de chip láser es de tamaño
preferentemente moderado, por ejemplo, el área por láser podría ser,
por ejemplo, 0,5 mm*0,5 mm = 0,025 mm. Esto se traduciría en un
tamaño de chip del orden de varios centímetros cuadrados.
Los elementos 1240 ópticos difractantes pueden
comprender, por ejemplo, una ranura. La unidad 1250 de lente y
expansor de haz telescópico está dispuesta normalmente para expandir
y colimar el haz a aproximadamente 2,5 cm de diámetro, lo que se
traduce en una divergencia que puede controlarse en un intervalo de
varios kilómetros según la aproximación de Gaussian. La unidad 1250
de lente y expansor de haz es preferentemente no dispersiva, de
modo que al menos son innecesarios ajustes dinámicos en óptica para
la mayoría de los diferentes láseres usados.
Los detectores 1260 de retrorreflexión detectan
la realimentación óptica desde el retrorreflector del receptor.
Estos comprenden normalmente también una agrupación de APD que mide
la intensidad y la longitud de onda de la radiación de la radiación
de retorno. Los detectores 1260 de retrorreflexión están conectados
al control de transmisión del transmisor. El retrorreflector 1270
puede ser un espejo parabólico que refleja una parte del campo de
radiación incidente de vuelta hacia la fuente en algunas
realizaciones. El receptor 1280 de haz es preferentemente un
sistema de compresión de lente que recibe el haz expandido, y lo
comprime en el APD. El APD 1290 toma los fotones entrantes, los
convierte en corriente y alimenta la señal actual al dispositivo de
SONET. El APD puede conectarse también a un convertidor
corriente-tensión, que alimentará la señal de
tensión al dispositivo 1300 de SONET si así se requiere. El
receptor 1300 de SONET, SDH o similar toman la señal, la demodulan
y retransmiten la señal hacia delante en el cable de recepción o LAN
inalámbrica u otra red 1310.
El flujo de señal a través de las partes
anteriormente mencionadas de la realización 1200 según la invención
comprende una secuencia de etapas, alguna de las cuales pueden
incluir;
Alimentar una señal a la red de cable en el
punto 1210, por ejemplo, con un generador de señal. El tren de
impulsos generado entra en el transceptor de SONET en 1220 y se
modula según la norma SONET, u otra norma si el transceptor es de
un tipo diferente. Continúa una señal de corriente o tensión. La
corriente o tensión acciona los láseres de semiconductor en el chip
y se emite luz láser/máser en el punto 1230. Todos los láseres
pueden estar funcionando a la vez, sólo algunos de ellos, o
simplemente se seleccionan los láseres más penetrantes o los pocos
que sean penetrantes. Los láseres en el chip se usan para medir la
atenuación espectral, mediante la exploración de sus bandas
respectivas o de otro modo a lo largo de la trayectoria óptica de
comunicación, en algunas realizaciones. En otras realizaciones,
puede usarse un haz de referencia independiente, o un impulso de
luz blanca como la fuente de luz para componer el espectro.
En el punto 1240 la luz generada a partir de los
láseres se difracta para formar varios haces redundantes. La
redundancia puede conseguirse también a través de las longitudes de
onda en algunas realizaciones deseables. En el punto 1250 los haces
láser/máser se expanden con el expansor de haz telescópico con el
fin de reducir la divergencia. El haz se emite hacia el receptor.
En el punto 1260 una parte del haz transmitido se refleja de vuelta
mediante el retrorreflector. En el punto 1270 la transmisión
láser/máser se controla según las lecturas del detector de
retrorreflexión. El haz se optimiza con respecto a este
espectro.
En el punto 1280 el haz recibido se comprime y
enfoca hacia el APD. En el punto 1290 el APD convierte la señal
óptica en una eléctrica. En el punto 1300 la señal eléctrica se
recibe desde el APD mediante el receptor de SONET. El transceptor
de SONET convierte la señal de información en una interfaz favorable
deseada mediante la red de cable, la WLAN, o la red de retorno. Si
la comunicación va a continuar en SONET, la adaptación de la
interfaz se limita al mínimo en algunas realizaciones preferidas. En
el punto 1310 la señal entra en la red de terminal.
En algunas realizaciones los retrorreflectores
pueden usarse con cualquiera de los dispositivos 10, 11, 30, 40, 50,
60, 70. Cualquier transmisor, receptor o transceptor puede
comprender dispositivos de filtrado por ejemplo, filtros de paso de
banda o filtros de fase sincronizada.
En algunas realizaciones esta exploración de
posición y la exploración espectral se realizan antes o después de
la otra, de manera simultánea o periódica. En algunas realizaciones
muy especiales el medio de transmisión puede ser otro aparte del
aire, por ejemplo, agua para los enlaces de comunicaciones
submarinas.
La banda explorada o el intervalo de frecuencias
usado para la comunicación pueden estar en cualquier lugar en el que
la atenuación, difracción y/o refracción en función de la frecuencia
por el medio de transferencia sea significativa. Para la atmósfera
esta banda está desde radio de longitud de onda visible (\lambda =
800-1300 nm) hasta radio de longitud de onda corta
(\lambda = 10 cm-1 m).
La invención se ha explicado anteriormente con
referencia a las realizaciones anteriormente mencionadas y se han
demostrado varias ventajas comerciales e industriales. Los
procedimientos y disposiciones de la invención permiten la
provisión de haces colimados a distancias más largas de manera muy
superior y fiable en longitudes de onda en las que la atenuación de
señal y la divergencia de haz es pequeña, incluso en condiciones
climáticas inclementes tales como niebla, lluvia, nieve o
similar.
La invención hace posible retransmitir y
redireccionar haces entre dos puntos obstruidos con respecto a la
línea de vista con un transceptor de la invención. El largo alcance
de los haces de luz coherentes paralelos en frecuencias de
penetración según la invención y las soluciones de transcepción
totalmente ópticas y semiópticas permiten la provisión asequible de
conexiones de comunicación óptica de ancho de banda alto con
dispositivos y edificios que previamente estaban conectados de
manera muy costosa a las redes principales de fibra óptica, redes
de radio de ancho de banda bajo o de microondas costosas, o
inalcanzables mediante soluciones de óptica de espacio libre
tradicionales.
La invención se ha explicado anteriormente con
referencia a las realizaciones anteriormente mencionadas. Sin
embargo, es evidente que la invención no se limita sólo a estas
realizaciones, sino que comprende todas las realizaciones posibles
dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones de
patente.
Claims (14)
1. Un sistema de transmisión de haz inalámbrico
para la comunicación de información que comprende al menos dos
transmisores (110) y que tiene todas o algunas partes del sistema de
transmisión dispuestas para recibir al menos una longitud de onda,
caracterizado porque,
- -
- al menos un transmisor (110) es un láser semiconductor y al menos un transmisor (110) es un láser de cascada cuántica o un máser.
2. Un sistema de transmisión de haz inalámbrico
según la reivindicación 1, caracterizado porque, al menos una
longitud de onda de transmisión está dispuesta para elegirse
basándose en mediciones de absorción espectral de la atmósfera en la
trayectoria de haz de portadora óptica de comunicación.
3. Un sistema de transmisión de haz inalámbrico,
que comprende al menos un transmisor (110) de haz de portadora, al
menos un modulador (100) de señal de comunicación y al menos un
espectrómetro (105) según la reivindicación 1, caracterizado
porque, al menos un espectrómetro (105) está dispuesto para medir la
absorción espectral atmosférica de radiación.
4. Un sistema de transmisión de haz inalámbrico
que comprende al menos un transmisor (110) de haz de portadora, al
menos un modulador (100) de señal de comunicación y al menos un
espectrómetro (105) según la reivindicación 1, caracterizado
porque, al menos un modulador (100) de señal de comunicación está
dispuesto para modular una señal en al menos un haz de portadora
para la transferencia de información en el haz de portadora.
5. Un sistema de transmisión de haz inalámbrico
que comprende al menos un transmisor (110) de haz luminoso de
portadora, al menos un expansor (130, 140) de haz, y al menos un
espectrómetro (105) según la reivindicación 1, caracterizado
porque,
- -
- al menos un haz luminoso y/o un haz luminoso con información modulada al mismo se pasa a través de un expansor (130, 140) de haz,
- -
- al menos un haz luminoso expandido y/o un haz luminoso con información modulada al mismo se dispone para dirigirse hacia un transceptor o receptor de acceso de banda ancha inalámbrico.
6. Un sistema de transmisión de haz inalámbrico
según la reivindicación 1, caracterizado porque se usan el
espectro de absorción de radiación y la longitud de onda para
optimizar la atenuación y la divergencia de al menos dicho haz de
radiación.
7. Un sistema de transmisión de haz inalámbrico
según la reivindicación 1, caracterizado porque, al menos un
haz de referencia o al menos un haz de portadora está dispuesto para
usarse para explorar el espectro para absorción espectral dentro de
la trayectoria óptica de comunicación.
8. Un sistema de recepción de haz inalámbrico
para la comunicación de información que comprende al menos un
detector (111) óptico y que tiene todas o algunas partes del
sistema de recepción dispuestas para recibir al menos una longitud
de onda, caracterizado porque,
- -
- las longitudes de onda de recepción del al menos un detector (111) óptico están dispuestas para poder aplicarse a longitudes de onda transmitidas desde un láser semiconductor y las longitudes de onda de recepción del al menos un detector (111) óptico están dispuestas para poder aplicarse a longitudes de onda transmitidas desde un láser de cascada cuántica o un máser.
9. Un sistema de recepción de haz inalámbrico
según la reivindicación 8, caracterizado porque las
longitudes de onda de recepción se eligen basándose en mediciones
de absorción espectral de la atmósfera dentro de la trayectoria
óptica de comunicación.
10. Un sistema de comunicación inalámbrico que
comprende al menos dos transmisores (110) y al menos un receptor
(111), caracterizado porque,
- -
- al menos un transmisor (110) es un láser semiconductor y al menos un transmisor (110) es un láser de cascada cuántica o un máser,
- -
- las longitudes de onda de recepción de al menos un detector (111) óptico están dispuestas para poder aplicarse a longitudes de onda transmitidas desde un láser semiconductor y/o un láser de cascada cuántica o un máser.
11. Un procedimiento para transmitir una señal
óptica inalámbrica, caracterizado por las etapas de,
- -
- generar al menos un haz luminoso con un láser (222) semiconductor,
- -
- transmitir al menos un haz a al menos un receptor (232),
- -
- transmitir al menos un haz luminoso con un láser de cascada cuántica o un máser.
12. Un procedimiento para transmitir una señal
óptica inalámbrica según la reivindicación 11, caracterizado
porque la absorción espectral de aire se mide en la trayectoria
óptica de comunicación (202).
13. Un procedimiento para recibir una señal
óptica inalámbrica caracterizado por las etapas de,
- -
- recibir al menos un haz (223) luminoso desde un láser semiconductor y un láser de cascada cuántica o un máser,
- -
- recibir al menos un haz luminoso con un láser de cascada cuántica o un detector (111) máser.
14. Un procedimiento para recibir una señal
óptica inalámbrica según la reivindicación 13, caracterizado
porque se reciben datos de absorción espectral atmosférica y/o de
longitud de onda de la atmósfera de la trayectoria óptica de
comunicación (203).
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