TW201528703A - 散光柱通訊系統 - Google Patents

Abstract

提供了一種裝置，其包括調變器以及耦合至調變器並被配置以發射光束的光發射器，調變器被配置以資料調變光束。光發射器可藉此被配置以發射攜帶資料的光束，且無人為限制地由被配置以檢測以及恢復來自光束的資料的光接收器接收。光發射器可被配置以大於0.1度的發散角度以及以少於0.05％的光子效率來發射光束。光子效率可使可由光接收器檢測的光束的一些光子與由光發射器發射的光束的一些光子有關。

Description

散光柱通訊系統

相關申請案的交互參考

本申請案主張於2014年1月10日申請，標題為：光束通訊系統（Beam Communications System ）的美國臨時專利申請案第61/925,889號的優先權，其全部內容併入於本文中以作為參考。

本揭露內容大致上與光學通訊有關，且特別地，與散光柱光學通訊有關。

使用雷射的自由空間光學（FSO）通訊回溯至雷射的發明。然而，產生以及調變高功率雷射的難度已限制了FSO對於使用緊密準直光束的視線系統的使用。具有發散光脈衝的非常低功率以及低調變率已用於一些利基應用中，例如電視以及其他裝置的遙控器。即使在當對零組件以及系統做出數十億元的投資時的1990年代晚期以及2000年代早期的電信迅速發展期間，FSO系統在視線配置中未到達超過準直的光束。有數個販售FSO視線系統的現有公司，但是這些系統需要精確的校直以及熟練的安裝。這些系統花費每鏈結大約$10,000美金，且每年只裝運數千個系統。

因此，想要的是具有考慮到並解決至少一些上述討論的問題以及可能的其他問題的系統以及方法。

本揭露內容大致上與FSO通訊的系統以及方法有關，且特別地與散光柱FSO通訊有關。兩種會聚的趨勢已導致本揭露內容的系統以及方法範例實施方式。第一個是對於頻寬的使用以及需求的指數上升，特別是家用以及行動裝置。即時傳送視訊至家庭以及行動裝置需要大量的頻寬，且這將隨著4K視訊、視訊會議、雲上（OTT）服務以及其他用途而增加。至今，此需求已藉由電纜、數位用戶線（DSL）、光纖到府（FTTH）以及用於手機的蜂巢式無線電技術。但是可用的頻寬在除了FTTH之外的所有例子中開始不足，FTTH對於鋪設至每個家庭以及建築仍太昂貴。第二個趨勢是由於技術發展以及在所有類型的應用中光子組件的增加使用造成的雷射以及檢測器組件的成本降低。組件的進步以及對於頻寬的市場需求的猛烈增加提供了本揭露內容範例實施方式的系統以及方法的舞台。

範例實施方式的FSO系統的起始點是光子產生以及檢測是在摩爾定律型式曲線上的前提。雷射輸出功率以及檢測器陣列尺寸以及靈敏度增加，同時成本降低。所有先前的以雷射為基礎的FSO系統是基於具有窄發散的準直光束以及發射器與接收器的緊密角度跟蹤。相較之下，對於範例實施方式的系統，價廉的光子可在一範圍的角度上廣播，且大型檢測器可從在發射器以及接收器之間導致增加角公差的角度範圍接收。發射器以及接收器之間的多光束路徑降低了天氣的衝擊，例如雨、霧以及雪。由於資訊的每個位元需要某個數目的光子，價廉的光子導致價廉的位元，其隨之導致更負擔得起的較高位元率系統。足夠的價廉光子導致了非視線（NLOS）系統，該非視線（NLOS）系統只有由發射器發出的微小部分光子到達接收器，同時仍足以達成非常高的位元率。光學頻率意指，有兆位元的頻寬可由系統使用。該系統可藉由發散雷射光束FSO通訊的革新來解決最後一哩路以及行動頻寬市場需求。

本揭露內容因此無限制地包括下述範例實施方式：

範例實施方式 1 ： 一種裝置，包含：調變器；以及耦合至調變器並被配置以發射光束的光發射器，調變器被配置以使用資料調變光束，光發射器藉此被配置以發射攜帶資料且無人為限制地（例如，在自由空間中）由光接收器接收的光束，光接收器被配置以檢測以及恢復來自光束的資料，其中光發射器被配置以大於0.1度的發散角度以及少於0.05％的光子效率來發射光束，光子效率將可由光接收器檢測的光束的一些光子與由光發射器發射的光束的一些光子相關聯。

範例實施方式 2 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的裝置，其中被配置以發射光束的光發射器包括被配置以發射導向反射器的入射光束，以藉由入射光束的反射產生反射光束，光發射器被配置以發射用於被光接收器接收反射光束的入射光束。

範例實施方式 3 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的裝置，其中光發射器包括被配置以發射光束的多個射極的陣列，該陣列具有大於光束在光發射器的一個點大小的尺寸。

範例實施方式 4 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的裝置，其中光發射器更包括光學元件，多個射極的陣列被配置以經由光學元件發射光束，陣列的多個射極被配置以由於陣列的空間範圍而以不同的角度發射各自的準直光束，陣列藉此被配置以產生由各自的準直光束構成的該光束，且其發散角度是由陣列的尺寸以及光學元件的焦距所設定。

範例實施方式 5 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的裝置，其中光發射器更包括光學元件，多個射極的陣列被配置以經由光學元件發射光束，陣列位在遠離光學元件的焦點，陣列的多個射極被配置以發射各自的發散光束，陣列藉此被配置以產生由各自的發散光束構成的光束，且其發散角度是由陣列的尺寸以及由於陣列的位置遠離光學元件的焦點所造成的失焦度所設定。

範例實施方式 6 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的裝置，其中光發射器被配置以執行多工，以供應多個光接收器。

範例實施方式 7 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式及其組合所述的裝置，其中光發射器被配置以以可調整焦點或散光發射光束，可調整焦點能夠在距離光發射器的一給定距離處調整光束的直徑，且散光導致光束具有不同的垂直以及水平發散。

範例實施方式 8 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式及其組合所述的裝置，其中該裝置更被配置以傳輸心跳訊號或一訊號，該心跳訊號用於光發射器以及光接收器的定向，心跳訊號被調變以攜帶或表明光發射器的位置，該訊號導致光接收器將其位置或其位置的指示傳回至光發射器。

範例實施方式 9 ： 一種裝置，包含：解調器；以及被耦合至解調器並被配置以檢測攜帶資料的光束的光接收器，解調器被配置以恢復資料，光接收器被配置以檢測被發射且沒有人為限制地來自光發射器的光束，光發射器被配置以發射以資料調變的光束，其中光接收器被配置以檢測以大於0.1度的發散角度以及以少於0.05％的光子效率發射的光束，光子效率將可由光接收器檢測的光束的一些光子與由光發射器發射的光束的一些光子相關聯。

範例實施方式 10 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式及其組合所述的裝置，其中光接收器被配置以至少在其中光接收器不具有到光發射器的視線的一些例子中檢測光束。

範例實施方式 11 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式及其組合所述的裝置，其中該裝置包含包括光接收器的光接收器陣列，或光接收器包括被配置以檢測光束的檢測器陣列，以及其中光接收器陣列的光接收器或檢測器陣列的檢測器被配置以基於它們相對於（例如，與其校直）光發射器的定向來選擇性地啟動以及停用（例如，打開以及關閉）。

範例實施方式 12 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式及其組合所述的裝置，其中光束包括入射光束以及藉由入射光束的反射所產生的反射光束，光接收器在至少一例子中被配置以優先地檢測反射光束，並避免入射光束的直接檢測。

範例實施方式 13 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式及其組合所述的裝置，其中光接收器包括被配置以檢測光束的檢測器陣列，陣列具有大於光束在光發射器的一個點大小的尺寸。

範例實施方式 14 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式及其組合所述的裝置，其中光束在空間上被多工以供應多個光接收器，檢測器陣列被排列為一檢測器圖型，該檢測器圖型相對應於獨立調變的光發射器的射極圖型。

範例實施方式 15 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的裝置，該裝置更包括特定波長或可調諧波長的濾波器，以能夠讓光接收器檢測在空間上被多工以供應多個光接收器的光束。

範例實施方式 16 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的裝置，其中光接收器被配置以以可調整焦點檢測光束，以幫助光接收器匹配光束的特徵，可調整焦點在至少一例子中包括在光發射器以及光接收器之間的某個中間點處的光接收器的焦點。

範例實施方式 17 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的裝置，其中該裝置更被配置以接收心跳訊號或一訊號，該心跳訊號用於光接收器以及光發射器的定向（例如，校直），心跳訊號被調變以攜帶或表明光發射器的位置，該訊號導致光接收器將其位置或其位置的指示傳回至光發射器。

範例實施方式 18 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的裝置，其中光接收器包括被配置以擷取一部分光束的相機以及電子裝置，相機被配置以與電子裝置通訊，以基於所擷取部分的光束來驅動粗或細操舵裝置，以至少部分地定向（例如，校直）光接收器以及光發射器。

範例實施方式 19 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式所述或其組合的裝置，其中光接收器包括位在光接收器的限制孔徑周圍且被限制孔徑遮蔽的多個光電二極體，該多個光電二極體被配置以檢測光束的相對功率，光接收器更包括電子裝置，光電二極體被配置以與電子裝置通訊，以基於光束的相對功率來驅動粗或細操舵裝置，以至少部分地定向光接收器以及光發射器。

範例實施方式 20 ： 一種方法，包含：以資料調變光束；以及由光發射器發射攜帶資料的光束，且無人為限制地由被配置以檢測以及恢復來自光束的資料的光接收器接收，其中光束以大於0.1度的發散角度以及少於0.05％的光子效率發射，光子效率將可由光接收器檢測的光束的一些光子與由光發射器發射的光束的一些光子相關聯。

範例實施方式 21 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的方法，其中發射該光束包括發射導向一反射器的入射光束，以藉由入射光束的反射產生反射光束，入射光束被發射用於由光接收器接收反射光束。

範例實施方式 22 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的方法，其中光束由光發射器的多個射極陣列所發射，陣列具有大於光束在光發射器的一個點大小的尺寸。

範例實施方式 23 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的方法，其中光束經由光學元件由多個射極的陣列發射，由於該陣列的空間範圍，陣列的多個射極發射各自但具有不同角度的準直光束，陣列藉此產生由各自的準直光束構成的光束，且其發散角度是由陣列的尺寸以及光學元件的焦距所設定。

範例實施方式 24 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的方法，其中光束經由光學元件由多個射極的陣列發射，該陣列位在遠離光學元件的焦點，陣列的多個射極發射各自的發散光束，該陣列藉此產生由各自的發散光束構成的光束，且其發散角度是由陣列的尺寸以及由於遠離光學元件的焦點的陣列位置造成的失焦度所設定。

範例實施方式 25 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的方法，該方法更包括執行多工以供應多個光接收器。

範例實施方式 26 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的方法，其中光束以可調整焦點或散光發射，可調整焦點能夠在距離光發射器的一給定距離處調整光束的直徑，且散光導致光束具有不同的垂直以及水平發散。

範例實施方式 27 ： 如任一前述或隨後的範例實施方式或其組合所述的方法，該方法更包括傳輸心跳訊號或一訊號，該心跳訊號用於光發射器以及光接收器的定向，心跳訊號被調變以攜帶或表明光發射器的位置，該訊號導致光接收器將其位置或其位置的指示傳回至光發射器。

從下述詳細描述的閱讀與下面簡短描述的附圖一起，本揭露內容的這些以及其他特徵、方面以及優勢將為顯而易見的。本揭露內容包括此揭露內容中提出的二、三、四或更多個特徵或元件的任何組合，不管這種特徵或元件是否明確地被組合或在本文中的特定實施描述中另外列舉。除非本揭露內容的上下文清楚地另外指出，意欲全部閱讀此揭露內容，使得本揭露內容的任何可分開的特徵或元件，在任何其方面以及實施中，應如所意欲的來檢視，即為可組合的。

因此將領略的是，上述發明內容僅提供用於概述某些範例實施方式的目的，以提供本揭露內容一些方面的基本了解。就其本身而言，將領略的是，上述的範例實施方式僅為某些實施方式的範例，且不應被理解為以任何方式限縮本揭露內容的範圍或精神。將領略的是，本揭露內容的範圍包含許多潛在的實施方式，除了那些在這裡概述的之外，其中一些將在下面進一步描述。此外，從下面詳細的描述，結合藉由範例方式示例所描述實施原理的附圖，本文中所揭露的實施方式的其他方面以及優勢將變得顯而易見。

此後參照其範例實施方式將更完整地描述本揭露內容。這些範例實施方式被描述，以至於此揭露內容將是徹底且完整的，且將會把本揭露內容的範圍完整地表達給本領域的技術人員。確實，本揭露內容可以不同的形式體現，且不應被理解為限於本文中提出的實施方式；更確切來說，這些實施方被提供，以至於此揭露內容將滿足適合的法律要求。如同在說明書以及附帶申請專利範圍中所使用的，例如，除非上下文清楚地另外指出，單數形式「一（a）」、「一（an）」、「該」以及諸如此類包括複數的指涉對象。同樣地，例如，在本文中可提及定量性測量、數值、關係或諸如此類。除非另外說明，如果不是這些的全部，任一或更多個可為絕對的或近似的，以說明可發生的可接受變化，例如那些由於工程上的公差或諸如此類造成的變化。

如此後所描述的，本揭露內容的範例實施方式與光學通訊有關，且更特別地與散光柱光學通訊有關。本揭露內容的範例實施方式主要在自由空間光學（FSO）通訊的上下文中描述。然而，應了解的是，範例實施方式可同等地應用在傳統上與FSO通訊有關之外的上下文中，也就是，經由空氣、外太空、真空或諸如此類的通訊。例如，範例實施方式可同等地應用於經由水或任何其他液體、溶液或懸浮液，以及光束可經由其傳遞而不需光纖電纜、波導或傳輸線的任何其他物質或介質的通訊。這些以及人為限制的其他類似裝置可呈現導致其模式限制的折射率對比，以攜帶或以其他方式引導光束。因此，範例實施方式可更一般地視為可應用於包括在發射器以及接收器之間的光束傳遞的光學通訊，而不需例如光纖電纜、波導、傳輸線或諸如此類的人為限制。

如下面更詳細解釋的，範例實施方式的散光柱通訊系統一般包括被配置以發射攜帶資料的發散光束的光發射器，以及被配置以檢測光束以及從它恢復資料的接收器。系統可在一些不同的情境中被配置，其中光發射器以及接收器可由一些不同類型的固定或行動通訊裝置以及被配置以傳輸及/或接收資料、或以其他方式支援資料的傳輸及/或接收的結構來配備。適合的通訊裝置以及結構的範例包括天線桿、伸縮桅、塔、柱、樹、建築物、氣球、風箏、陸地運輸工具（例如，汽車、火車）、船隻（例如，小船、大船）、太空船（例如，人造衛星）、天體（例如，行星、月亮）、航空器（例如，飛機、直昇機、無人航空載具、飛船）、電腦（例如，桌上電腦、膝上型電腦）、平板電腦、智慧型手機以及配備用於或以其他方式能夠無線通訊的任何一些其他類型的裝置。

來自光發射器的發散光束以及在光接收器的適當接收角度意指光發射器及/或接收器的位置可移動，同時維持通訊流通量。移動速度可由光束在光接收器處的點大小、光接收器的接收角度以及光發射器及/或接收器追蹤的回饋率限制。這對於一些情境可能是想要的，但可能也開放了現在不可達到或極度昂貴的額外FSO通訊應用。這些包括，例如，在例如天線桿或塔之類的地面基礎、固定結構以及航空器之間的FSO通訊。同樣能夠有的是在兩個航空器之間的通訊。也可能在太空船以及地面基礎、固定結構之間通訊，其中在一些範例中，太空船可在廣播模式中操作。非常高的功率射極（例如，數十至數千瓦特或更多）可在一些應用中使用。

發散光束的另一個好處可能是其容易對於名義上點對點情境的初始校直以及校直調整。一個範例情境牽涉了兩個地面基礎、固定結構之間（例如塔以及建築物之間）的光學通訊，其中光發射器以及接收器在一開始被設定。電子控制或手動的簡易追蹤可幫助更簡單的設定、最小化技術人員時間、或允許終端用戶來設定設備。這也可以能夠有特定類型的網路，其中散光柱通訊系統只可用於短時間，且需要快速地設定並卸下。一些範例的潛在情境包括體育活動、展覽會或其他集會，其中與Wi-Fi結合的系統可用以提供數百至數十萬使用者高流通量、較少設備以及快速設定與卸下時間的頻寬。災害應變情境也可由在網路設備已損害或摧毀的區域中的系統快速配置支援。此外，有許多在具有進行中戰爭的區域中以及在基地與營地中頻寬可能需要基於人員數目以及設備數量而改變的用於軍隊以及支援人員的軍事情境。系統可隨著頻寬需要隨時間改變的位置被輕易地卸下以及再配置。

當在光束中有散射體時，散光柱以及在一些範例中在光接收器的較大接收角度可具有一些優於準直光束的好處。對於準直光束而言，任何散射體可主要將光從光束散射出，且可因此只為衰減的來源。潛在的散射體包括天氣相關的散射體，例如雨、雪、冰、冰雹以及霧，以及非天氣的散射體，例如樹葉、樹枝、煙、線以及其他。

在範例實施方式的散光柱通訊系統中，散射不一定意指損失了光子。特別地，對於多重散射，可能有可在一開始在路徑上被散射的光子，那將把光子從到光接收器的光束路徑中取出，那然後可被散射回到光接收器的光束路徑中。這在於接近零向前角的角度有顯著散射的情況中可更常地發生，其是散射在光波長的強度等級內的例子，例如霧。在一個特定的範例中，霧的微滴大小可在大約2微米達到高峰，其可接近在某些範例中系統的關注波長，其範圍可從0.4微米上至1.6微米。就像在有霧的情況中，一個人在可清楚看到車子之前可從車子的頭燈清楚地看到光，範例實施方式的系統在成像或準直光束將是看不見的情況中仍可接收光。

對於例如霧的散射體的訊號衰退最後可到達不能維持資料率的一刻，在此刻散光柱通訊系統可增加輸出功率或減慢資料率，或修飾其調變方案、其錯誤更正方案、其編碼方案、其網路棧協定、或這些的任何組合，以維持充分的訊噪比（SNR）及/或資料完整性。在衰退是由於太低的光子數或光子效率造成的例子中，則增加輸出功率可足以維持資料率。在衰退是由於增加的多路徑色散造成的例子中，則可降低資料率。當情況改進時，系統可持續監控效能，然後增加資料率，降低輸出功率及/或調整任何其他的前述修飾。在某些範例中的系統可包括用於不同資料率的多組驅動以及檢測電子裝置。一般而言，給定驅動器的資料率動態範圍可大約為強度的一個等級或10的係數。因此一組電子裝置可支援1 Gb/s下至100 Mb/s，但額外的電子裝置可用於低於100 Mb/s下至1 Mb/s或甚至更慢的資料率。更一般而言，本揭露內容的某些範例實施方式可以在每秒百萬位元上至每秒兆位元或更多的範圍中的位元率來支援通訊，且其位元率有時可使用一些不同的技術而為動態可調整的。

第1圖示例了根據本揭露內容各種範例實施方式的散光柱通訊系統100。如所示出的，系統包括一或更多個每一組件，包括光發射器102（示出了一個，且有時意指為光源）以及被配置用於固定或行動通訊的光接收器104（兩個被示出為光接收器104a、104b，且有時意指為光檢測器）。在某些範例中，一或更多個光發射器以及接收器可以一或更多個光收發器的形式位於一處。且在某些範例中，一或更多個光收發器可作用為被配置用以接收（經由其接收器）攜帶資料的光束以及再傳輸（經由其發射器）攜帶相同或類似資料的另一光束的光學中繼節點。範例實施方式的系統可因此包括一或更多個光發射器、接收器及/或收發器（其中一些可作用為中繼節點）的各種組合。

如上所解釋，光發射器102、接收器104及/或收發器（包括發射器以及接收器二者）可由一些不同類型的固定或行動通訊裝置以及被配置以傳輸及/或接收資料、或以其他方式支援資料傳輸及/或接收的結構來配備。適合的通訊裝置以及結構的範例包括天線桿、伸縮桅、塔、柱、樹、建築物、氣球、風箏、陸地運輸工具、船隻、太空船、天體、航空器、電腦、平板電腦、智慧型手機以及配備用於或以其他方式能夠無線通訊的任何一些其他類型的裝置。

光發射器102可包括一或更多個射極，並與適當的支援電子裝置以及任何適當的光學元件耦合，可被配置以發射攜帶資料的光束。光接收器104可包括一或更多個檢測器，並與適當的支援電子裝置以及任何適當的光學元件耦合，可被配置以檢測光束並從它恢復資料。光發射器以及其支援電子裝置可為配件的部分，該配件在某些範例中也包括調變器106、指向系統108及/或控制系統110。光發射器可被配置以發射光束，調變器可被配置以使用來自資料來源112的資料調變該光束。光接收器可被配置以檢測光束，在其相關電子裝置中包括的解調器可被配置以解調該光束，以從它恢復資料。且雖然分開地示出，在某些範例中，在某些範例中的調變器可包括在光發射器的相關電子裝置中。

依照範例實施方式，光發射器102可被配置以發射光束，使得光束當從光發射器傳遞時發散。光束可稍微地發散，以產生窄發散光束114，或更強烈地發散，以產生寬發散光束116。更發散的光束對於移動的光接收器104是有用的，例如由運輸工具配備或由使用者手持的那些。

因為有效無限數目的離散通道的可得性以及多個光學訊號之間干擾的固有缺乏，在更簡單的範例實施方式中的散光柱通訊系統100可使用開關鍵控（OOK）作為其主要調變方案。基於任何某些因素，此調變方案可變得不足，例如光發射器102以及接收器104之間的增加距離、大氣狀態、增加的頻寬需求、光發射器功率限制以及諸如此類。系統可以一些不同方式來管理此不足，例如藉由使用在不同頻率操作的多個光發射器，及/或藉由使用額外的編碼方案。額外編碼方案的適合範例包括光學雙二元調變（ODB）、單極化狀態相調變（DPSK）、差分四相移鍵控（DQPSK）以及雙極化四狀態相調變（DP-QPSK）。

在光發射器102以及接收器104之間資料傳輸的錯誤可以一些不同的方式來控制，例如藉由使用傳統錯誤更正碼及/或向前錯誤更正。

在某些範例中，散光柱通訊系統100可使用任何一些不同的技術以達成日光條件中的足夠SNR。可幫助SNR的適合技術範例包括使用高傳輸功率、縮窄雷射線、過濾窄帶通接收器、偽隨機碼調變、平均訊號、適合的遮蔽以及諸如此類。

在某些範例中，單一光發射器102可供應位在其光束錐內的多個接收器，例如藉由使用任何數目的不同多工技術。適合技術的範例包括那些基於空間、時間、頻率（光譜）、極化、角動量、碼或其一或更多個的某種組合的技術。在更特定的範例中，可使用傳統的頻道存取方法，例如分碼多重存取（CDMA）、分時多重存取（TDMA）、頻率間隔以及諸如此類。在其他範例中，可使用分區多重存取（SDMA）–三自由度、分角多重存取（ADMA）–三自由度、分極多重存取（PDMA）–一自由度以及諸如此類。與具有可用無線電頻率的三自由度相比，範例實施方式的系統可因此提供上至十或更多度的維分離。

在某些範例中，光發射器102可被配置以在其傳輸之前加密資料。可由發射器使用於此目的之適合加密方案範例包括用於高速RF網路的傳統技術，例如具有UEA1或UEA2保密以及UIA1或UIA2完整性演算法的KASUMI區塊加密或SNOW 3G串流加密。光接收器104可由固定或可移除的信任硬體來識別。或者，例如，可使用現有的IEEE 802.11安全協定，尤其是與語音以及資料通訊相比的純資料通訊。

在某些範例中，光束發散可由在光發射器102處的電子控制聚焦機制來動態地改變。在其他的優勢中，這可在光束被鎖至固定的光接收器104、或如果在發射器以及接收器之間的至少某部分通訊期間有移動的話不預期移動太多的行動接收器上的例子中允許減少的發散。

在某些範例中，光束的功率可由光發射器102電子式地改變。在其他的優勢中，這可允許散光柱通訊系統100節省能源及/或提供增加的安全。在光束被鎖至固定光接收器104、或如果在發射器以及接收器之間的至少某部分通訊期間有移動的話不預期移動太多的行動接收器上的某些範例中，可降低光束發散及/或功率。

例如依照任何一些不同的技術，指向系統108可被配置以在一或更多個光接收器104的一般方向中指向光發射器102。指向系統可在被配置以指示指向系統的控制系統110的指示下操作，以在所選的方向中指向光發射器，以確保區域的寬覆蓋範圍可能包含一或更多個接收器。例如，光發射器可將代碼傳輸至指示服務可得性的一或更多個可能的接收器。在例如城市之類的環境中，一組一或更多個作用為心跳訊號的寬光束可遍佈於城市來廣播，以產生可藉由幫助檢測一或更多個接收器位置來提供定位並提供適當的定向（例如，校直）指示或導引的光學基礎。在另一範例中，無線電頻率（RF）系統可廣播心跳訊號，以產生RF基礎，並提供對於散光柱通訊系統100的控制。如本文中所描述的，光發射器以及光接收器之間的定向主要可在它們校直的上下文中描述。然而，應了解的是，光發射器以及光接收器可被定向或以被視為傳統校直之外的其他方式（例如在至少一些非視線（NLOS）例子中）來另外定位。

光接收器104可以一些不同的方式請求服務，例如經由寬光束及/或RF系統，對控制系統110提供或表明其位置（例如，經由GPS或其他地理位置定位方法，或使用嵌入於光學通訊頻道的時間戳記）。本文中所描述的這個以及其他位置可以任何一些不同的方式來代表，例如藉由地理位置定位或相對於散光柱通訊系統100的另一組件的位置（例如，光接收器相對於光發射器102的位置）。控制系統或許可從多個這種光發射器計算或選擇光發射器、計算或選擇用以指向所選光發射器的方向，並指導所選發射器以使用指向系統108在所選方向中指向它。此外，寬光束及/或RF系統可提供關於光發射器位置的引導，並將命令傳遞至接收器，用於適當的移動以獲得檢測、初始獲取/交握及/或用以最佳化接收。

在某些範例中，窄角度、高解析度指向成本可能相當高，但因為增加的功率需求，光束發散可導致增加的雷射（光學）成本。就其本身而言，在雷射成本以及指向成本以及具有足夠高傳輸效率的操作最佳範圍以及中等雷射以及指向成本之間有取捨。

關於指向成本，目前被配置以提供雙軸移動，例如那些在家用保全攝影機中使用的簡易追蹤系統，大約$20提供了0.2度的指向解析度。目前軍用系統大約$5M達到大約0.001度的指向精確度。關於光束發散，中等強力的雷射光束可被發散，以在幾百公尺至幾公里的距離產生100公尺點大小。可使用任何一些不同的技術來產生光束發散，包括經由光學、機械、光電以及光學機械式技術的光束發散，以及諸如此類。這些技術可包括經由孔徑或直接的光束發散以及光束控制（beam steering）。

作為一個適合的指向系統108的範例，可以合理的成本達成0.1度的追蹤準確度，且光發射器102（例如，雷射）產生可移動上至100 km的足夠強力的光束。在某些範例中，指向系統的效能可經由其他組件來改進，例如藉由將適當的光學元件加至光發射器或接收器104其中之一或兩者。用於此目的的適合光學元件的範例包括微機電系統（MEMS）鏡、例如可轉液態鏡頭的動態光學元件、可變形鏡以及諸如此類。這些裝置可具有相當小的角度調諧範圍，例如現有的可轉液態鏡頭調諧+/- 0.6度，但可具有精細控制以及相對低的成本。使用這種指向解析度，光發射器陣列可供應上至10,000個接收器104，且可達成遠優於目前蜂巢式資料系統的資料率。

在某些範例中，光發射器102或光接收器104其中之一或兩者可分別包括光發射器或光接收器陣列（或分別包括射極或檢測器陣列–如下面更詳細描述的）。光發射器（或射極）陣列可在多個方向中配置，在某些範例中，陣列形成二維（2D）或三維（3D）形狀（例如，立方體、球體、半球體）。類似地，光接收器（或檢測器）陣列可在多個方向中配置。在這些以及其他類似的範例中，指向系統108可省略被配置以基於它們關於所欲的光接收器或光發射器的定向（例如，校直）而選擇性地啟動以及停用的各自陣列的光發射器（射極）或光接收器（檢測器）。在某些範例中，此選擇性啟動以及停用可由被配置以選擇性地打開以及關閉的各自陣列的光發射器（射極）或光接收器（檢測器）來完成。且在某些範例中，它們的定向可基於所接收光束的相對功率或根據某些其他演算法來推斷。

在技術的某些配置中，例如霧的大氣條件可能是有問題的，尤其是如果完全水平地行經霧的話。在一個範例中，可使用備用的長波長紅外線（例如，8 -15µm）系統。在另一個範例中，可使用具有接收器的定時選通來以較高的功率使用較短的波長，以將光子距離閘成只有在直線或近乎直線上移動至光接收器104的那些，其可降低如果沒消除的散射光，並改進SNR。在另一範例中，RF系統可使用作為在較低資料率的備用。

在某些情境中（例如，追蹤運輸工具、行動裝置），寬的高度散光柱可能是必要的，因為窄光束可能不能夠準確地追蹤光接收器104。在這些範例中，反射光束的使用，反射從一或更多個表面發生，例如建築物的側面、地表或其他表面，那些反射基於足夠寬且強力的光束而發生。如本文中所描述的，反射的參考可同等地意指鏡面反射以及例如由於朗伯反射率（Lambertian reflectance）造成的漫射或散射。

直接接收可使用被配置以攔截入射光束的直接光接收器104a來完成。或者，反射光接收器104b可用以檢測從反射器118產生的反射光束（包括從散射體產生的散射光束的例子）。在一個範例中，單一接收器可被配置以作為直接接收器以及反射接收器的其中之一或兩者。接收器可檢測光束，並恢復資料。因為光束被發散，定向（例如，校直）可能不如此關鍵，且接收可在光束的廣域中獲得，或光束被反射的任何地方。在某些範例中，光發射器102可在反射器或預定反射器上的反射點處指引光束，以提供被一或更多個光接收器直接或反射接收的可接收可能性。在這些以及其他類似的範例中，一或更多個光接收器可（如果想要的話）提供回饋回光發射器，以使用各自的光接收器引導它至更想要的定向中。

現在更特別轉向光發射器102，在某些範例中，光發射器可包括為被配置以發射可見光、紫外光或紅外線的光束的一或更多個至少部分地相干（相干或部分地相干）雷射的一或更多個射極。也就是，光發射器可被配置以在電磁光譜的可見光範圍（例如，400 – 700 nm）、紫外光範圍（例如，200 – 400 nm的波長）或紅外線範圍（例如，700 nm – 1 mm）中操作以及發射光束。在紅外線的特定範例中，光發射器可被配置以在短波長紅外線範圍（例如，1.4 – 3 µm波長）或O、E、S、C、L或U紅外線譜帶中的任一或更多個中操作以及發射光束。適合的雷射範例包括固態雷射、雷射二極體、太陽能雷射以及諸如此類。在更特別的範例中，如下面更詳細解釋的，雷射可為垂直腔面發射雷射（VCSEL）。

在某些範例中，光發射器102可由一或更多個固定頻率或可調諧雷射組成。在任一例子中，藉由配置具有不同頻率的多個固定頻率雷射，或將多個可調諧雷射調諧成不同的頻率，散光柱通訊系統100可使用多個不連續的頻率。在某些範例中，系統可在具有0.1 MHz至1000 MHz的每頻道頻寬、跟500 THz一樣寬的頻率範圍上操作，其可提供500,000至5,000,000,000個之間的操作的離散頻道。

第2A圖示例了在某些範例中可相對應於多個光收發器202（有時候意指為收發器模組）的光收發器陣列200，每個光收發器202包括光發射器102以及接收器104，且其範例在第2B圖中更詳細示出。如所示，收發器陣列可具有沿著其寬度204以及其高度206的適合數目的單元。在一個範例，收發器陣列可包括m × n個收發器模組，m = 70以及n = 30。在一個範例中，在收發器模組中每個發射器以及接收器上的光學元件的直徑（例如，孔徑）可為3-4英吋，導致接近4-5英吋高以及7-8英吋寬的長方形收發器。在其他範例中，可使用較大或較小的光學元件。較大的光學元件一般可與較長的連接範圍相關聯。光學元件可有許多類型，包括低成本模製塑膠透鏡、菲涅爾透鏡、鏡子以及諸如此類。此外，除了示出的正方形或長方形之外的其他形狀可用於收發器陣列。在一個範例中，可使用三角形結構，而在另一個範例中，可使用八邊形結構。在其他範例中，如第2C圖中所示，不管它們的幾何學，可使用現有的網路基礎建設，例如蜂窩塔。

依照某些範例實施方式，第2B圖更詳細地示例了收發器模組202。如所示，例如，收發器可包括具有例如一或更多個雷射二極體（例如示出的射極208陣列）的一或更多個射極的光發射器102。一或更多個光學元件210、212（例如，一或更多個透鏡、鏡子）可用以分散來自射極的準直光束，並再聚焦光束，並產生相對寬且部分準直（例如，發散）的光束。在另一個範例中，光學元件可被配置以收歛來自射極的準直光束至光發射器以及光接收器104之間的一點，在此點光束可被分散而由光接收器接收。

也如所示出的，收發器模組202可包含具有一或更多個檢測器的光接收器104，例如一或更多個PIN光電二極體、突崩光電二極體（APD）、光電倍增管（PMT）或諸如此類（例如所示出的檢測器214陣列）。接收器可用以檢測進來的光學訊號，且一或更多個光學元件216（例如，一或更多個透鏡、鏡子）可用以將進來的光聚焦至接收器上。例如水平與垂直搖攝控制的指向系統108可用以移動光發射器以及接收器，並將它們瞄準到適當的區域。

指向系統108一般可被配置以指向收發器模組202。然而，在某些範例中，光發射器102或接收器104可彼此獨立地被指向。如第2C圖以及第2D圖中所示，在某些範例中，指向系統更可包括被配置以特別指向光接收器的接收器指向系統218。也如所示出的，在某些範例中，接收器指向系統可位在收發器模組內。接收器指向系統可允許光接收器到進來光束的校直，以最佳化訊號。光束可攜帶資料，或如下面解釋的，可攜帶心跳。

第3圖示例了修整至例如蜂窩塔的現有網路基礎建設300的一或更多個光收發器陣列202。在例如第3圖中所示的情境中，每個收發器陣列可提供120°的覆蓋範圍，且三個陣列可提供360°的覆蓋範圍。或在某些範例中，例如藉由配置在形成3D形狀的多個方向中的陣列，單一收發器陣列可被配置以提供360°的覆蓋範圍。這些陣列可包括寬廣範圍數目的光發射器102以及接收器104，從十個以下至數百個、至數千個以及上至百萬個或更多。在某些範例中，每個使用者可快速地在光發射器以及接收器之間切換，其可幫助系統的安全操作。

依照某些範例實施方式，第4A圖以及第4B圖示例了行動裝置400，例如可配備有包括光發射器102以及接收器104的光收發器402的智慧型手機。如所示，行動裝置可包括一或更多個上以及下收發器光學元件（孔徑），以能夠接收適當的反射光束。在所示出的範例中，主要的接收透鏡404以及主要的傳輸透鏡406可位在行動收發器的底部，而且次要的接收透鏡408以及次要的傳輸透鏡410可位在行動裝置的頂部。在一個範例中，光學雙工器412可與下光導管414以及上光導管416結合使用，以適當地將光從主要或次要透鏡引導至光收發器。

在某些範例中，行動裝置400可為現有、修整的行動裝置，或被製造為整合的行動裝置。某些範例的行動裝置可結合GPS定位以及具有光發射器102或光學中繼節點知識的裝置定向，以能夠讓行動裝置開始或對傳輸-接收交握協定的開始做出反應，以最佳化光發射器/光學中繼節點之間的光學連接。在某些範例中的行動裝置可包括數位介面、具有可轉日光遮蔽的接收器光學元件、雷射發射器/調變器、光束導向器以及接收器/解調器。

如上指出的，在散光柱通訊系統100中的光束發散可使用任何一些不同的技術來產生。在一個範例中，例如雷射二極體或光纖的點源射極可用於光發射器102，且散光柱可藉由使用適當的光學元件來產生，例如光源不在焦點上的凹透鏡、凸面鏡或凸透鏡。第5A圖以及第5B圖示例了用於使用例如VCSEL的射極208陣列的延伸來源來達成光束發散的範例技術，其中延伸來源大於在光束在光發射器的點大小。如第5A圖中所示，具有延伸來源的發射器可被放在可一或更多個光學元件502（例如，光學元件210、212）的焦點上。由於陣列的空間範圍，陣列的射極可發射各自但具有不同角度的準直光束504。這可產生整體的發散光束，其發散角度可由陣列的尺寸以及光學元件的焦距來設定。

如第5B圖中所示，射極208的陣列可位在較接近於或較遠離光學元件502，且藉此遠離其焦點506，以增加發散度。在此情況中，射極可再次以不同的角度發射各自的散光柱508。在此情況中的發散角度可由陣列尺寸以及由於陣列遠離光學元件焦點的位置造成的失焦度來設定。

在另一範例中，發射器102可使用具有接近所欲系統發散的固有發散的來源射極。例如，VCSEL雷射的發散角度可小於邊射型雷射二極體的發散，且可接近系統所需的發散。在此例子中，可不需額外的光學元件。應注意的是，前述方式的某種組合也可用以達成所欲的系統光束發散。也應注意的是，對於在垂直以及水平方向中的發散不同可能是有利的。

具有射極陣列的延伸來源的發射器102也可導致對於所欲操作的不同功率限制，其在某些範例中可至少部分與眼睛的安全有關。大部分的雷射功率限制計算取決於光可聚焦在20微米等級的非常小的點的準直光束上。在遠場中，這對於延伸來源可為正確的限制，由於其將顯現為幾乎是點源。在遠場中，由於光束是發散的，散光柱通訊系統100已經可在所欲的功率限制之下。在近場中，然而，較接近發射器，功率位準可大於用於準直光束的所欲功率限制。來源射極的延伸性質可增加此限制，因為延伸來源可不聚焦至單一點上，而可聚焦至一區域。此限制可取決於發射器與射極聚焦處之間的光束發散以及距離，但可增加所欲的功率限制。隨之，這可簡化系統設計，且如果不需要某些或所有的功率限制監控，可降低成本。

雖然發射器102可使用任何一些不同類型的射極，VCSEL陣列是也可自然地導致延伸來源的射極類型的特別適合的範例。VCSEL陣列具有可被並聯佈線的個別二極體的陣列，其可導致用於高頻率高資料率應用的高於所欲的輸入電容。一個目前的2W VCSEL陣列具有接近1000個並聯的二極體，每個具有象徵性的0.4 pF電容，其產生400 pF的輸入電容。在某些範例中，線路可被再配置以供電為以並聯配置連接的10個不同子陣列的VCSEL陣列，每個陣列具有100個二極體，且因此有40 pF的電容。連接的子陣列可使用10個分開的放大器調變器來驅動，每個驅動40 pF。

在另一範例中，線路可被再配置用以以串聯配置連接10個子陣列，其可降低電容至4 pF（40 pF/10），並允許以單一放大器調變器驅動所有的1000個二極體，消除同步化以及定相多個放大器的問題。用於串聯配置的驅動電壓也可增加十倍，由於比起在較高電流下的較低電壓負載，其可更輕易地在較低電流下驅動較高的電壓負載，其可增加驅動陣列的效率。也可減少功率損失。

依照範例實施方式，然後，例如VCSEL的射極陣列可以各種並聯及/或串聯配置來配置，以從最大資料流通量速率以及功率效率的觀點來最佳化電設計。也可裁製電驅動波形，以最小化打開及/或關閉超越量或由於鬆弛共振造成的振盪、截止狀態跳動以及其他作用的衝擊。波形可取決於有多少個別的VCSEL是串聯或並聯或其某種組合的。

除了上述之外，VCSEL可提供一些其他的益處給本揭露內容的範例實施方式。由於每個雷射元件固有地具有短腔室，VCSEL可較輕易直接調變。直接調變可導致較簡單且較不昂貴的系統設計。每個雷射的較高可靠性與陣列的並聯性質可導致非常高的系統可靠性以及長MTBF（平均故障間隔時間）。即使在陣列內的一些雷射故障，整體的功率減少可為最小的。VCSEL陣列的延伸性質以及高效率可最小化熱產生以及運輸出陣列的問題。這兩者對於高頻寬、低成本FSO系統都可能是重要的。

VCSEL陣列也可包括每陣列較大數目的元件、較高的整體輸出功率以及較高的調變頻寬。VCSEL典型地相當有效率，在某些例子中為40％以上。在某些範例中，相同的陣列可包括具有多個波長的VCSEL，且陣列可包括獨立控制或調變的子區段。可用的波長也可擴展。目前大部分的VCSEL陣列在800 nm至900 nm之間，但波長可在400 nm上至800 nm的可見範圍以及包括大約1310 nm以及大約1550 nm的一些更典型電信波長上變得可用。部分的VCSEL陣列可操作為心跳（在下面更詳細解釋），其中比起陣列的資料部分，其可以低很多的速率來調變，並產生所欲的功率位準。

現在轉向光接收器104，一些通訊系統已使用相當小的PIN光電二極體或APD，其在某些範例實施方式中可為適合的。小尺寸能夠有高頻寬，且也匹配了光纖的核心尺寸，其範圍從~5微米上至200微米或更多。依照範例實施方式，在檢測器處的光束可為數公分橫跨至許多公尺，其可從收集來自一公分橫跨上至許多公分的孔徑的光子而得到益處。這可使用例如透鏡、鏡子以及諸如此類的光學元件來完成，但在接收角度以及孔徑尺寸之間有取捨。這可使用具有較大檢測器的光接收器來緩和。檢測器可跟收集孔徑一樣大，且光接收器可不具有任何光學元件。在另一範例中，光接收器可包括非常大面積的檢測器，且只在檢測器前具有濾光，或可在組成檢測器陣列的個別檢測器前具有微透鏡。

第6A圖示例了依照本揭露內容一個範例實施方式的光接收器104。如所示，類似於發射器102，光接收器可包括檢測器214陣列的延伸來源以及一或更多個光學元件602（檢測器陣列具有大於光束在光發射器的點大小的尺寸）。檢測器陣列可具有類似於在光發射器處的射極陣列的優勢。例如，藉由基於許多小檢測器來建造檢測器，整體的系統頻寬可維持相當高。同樣地，如果一些檢測器故障，則可降低在整體系統效能上的衝擊。

第6B圖示例了類似的光接收器，但更包括一或更多個光學元件，例如高折射材料的一或更多個半球形透鏡604，例如紅寶石、藍寶石或某些塑膠或玻璃，放在接近檢測器214的陣列，以增加光學增益。此增加可到材料折射率的平方。示出為在檢測器陣列前的單一透鏡，在某些範例中，透鏡可反而是檢測器陣列的各自檢測器上的微透鏡陣列，其可降低陣列上填充因子的衝擊。這些微透鏡可被形成並配置以在檢測器陣列中檢測器之間以及之上覆蓋盡可能多的面積。

在具有額外光學元件的檢測器214陣列的例子中，如果不高於先前的FSO系統，光接收器104的接收角度可一樣高，因為光學增益不需要一樣大以維持相同或類似的光學孔徑。隨著檢測器的尺寸從200微米增加上至500微米，然後至1 mm以及更多，接收角度可從幾分之一度增加到上至幾度，同時維持0.1至100或更多公分的孔徑尺寸。

簡短地回到第1圖，在某些範例中，光束的發散性質以及在非視線（NLOS）例子中的改變條件可藉由在光發射器102及/或接收器104中具有可調整焦點、散光及/或指向調整來改進，其可以任何一些不同的方式來實施。在某些範例實施方式中，光發射器102及/或接收器104可包括被配置以能夠有一或更多個前述可調整焦點、散光或指向調整的一或更多個動態光學元件。這些動態光學元件可包括可隨時間改變且在某些範例中可被電性控制的一或更多個表面。適合的動態光學元件範例包括液態透鏡、可變形的鏡子以及諸如此類。更特別的範例包括由Varioptic或Optotune製造的液態透鏡。特別是，液態透鏡一般被設計用於例如手機相機的成像應用，但可被改造用於散光柱通訊系統100。它們相對地小且低成本，且可由跨越裝置中的膜的電壓或電流來操作。也有具有可用散光的液態透鏡，例如來自Varioptic的Visayan。

第7A圖示例了包括被配置以能夠有光束的可調整焦點的一或更多個動態光學元件702的光發射器102。對於光發射器，可調整焦點可以能夠在給定的距離，從光發射器、從發散702至似準直704、至收歛706，來調整光束直徑。例如，在100 m上至1 km的短範圍設定中，可能想要增加光束發散，以致於在盡可能多的光束路徑上，功率位準低於所欲的功率限制。相反地，在光束要移動多於1 km、上至10 km或更多的例子中，可能想要減少光束發散，以致於在接收器的功率位準停在給定資料率所需的閥值之上。同樣地，在例如霧的某些天氣條件中，可能想要減少光束發散，因為可能有由霧的散射所產生的額外光束發散。

第7B圖、第7C圖以及第7D圖示例了動態光學元件702的使用，以能夠在光發射器102中有散光，藉此垂直發散708可與水平發散710不同（在垂直軸中的聚焦與在水平軸中的不同）。這在例如塔至地面的情況的例子中可能是想要的，其中水平光束分散可多於垂直光束分散。光接收器104可在地面的垂直幾公尺內，但在水平數十或數百公尺之內、特別在離塔1 km或更多距離的任何地方。

第7E圖示例了動態光學元件702的使用，以能夠在光發射器102處有指向調整。如在上面指向系統108的上下文中所解釋的，動態光學元件可能能夠從直線712將光束調諧成+/- 0.6度714、716，雖然應了解的是，較大或較小的角度是可能的。在某些範例中，這可允許並調整~8位元或256次計數的解析度（1.2度/256 = 80微弧度的解析度）。

如第8圖中所示，在某些範例中，範例實施方式的散光柱通訊系統100以及方法可支援來自單一傳輸點的多個光束，例如來自多個光發射器102的陣列，或具有射極208陣列的發射器，其可支援快速光束漂移802。此光束漂移然後可隨之用以緩和降低窄光束服務品質的閃爍現象以及衰弱效應。寬光束可快速地以遠少於光束角度的顫動角度顫動，其可導致固定地到達所欲的光接收器104的光束，同時平均掉閃爍現象以及衰弱效應。此漂移或快速的光束路徑位移也可提供增加的安全性，光束被位移，則光束路徑永遠不會存在於一個區域中達不想要的時間量。

第9A圖示例了包括被配置以能夠有光束的可調整焦點的動態光學元件902的光接收器104。此可調整的焦點可幫助將光接收器匹配至光束的特徵。所以對於LOS例子而言，如第9B圖中所示，光接收器可能想要無限或近乎無限的焦點，因為進來的光束可在接收器處被有效地準直。對於在天氣中的LOS而言，由於雨、雪、霧或其他造成的散射可在光發射器以及接收器之間產生有效的來源點，可能想要聚焦在光發射器102以及接收器之間的某個中間點。如第9C圖中所示，這可同樣地為NLOS的例子，其中同樣地想要聚焦在光發射器以及接收器之間的某個中間點。

第9D圖以及第9E圖示例了動態光學元件902的使用，以能夠有在光接收器104處的指向調整。如所示，動態光學元件可允許似準直光束的調整，以致於其到達單一檢測器或光接收器的檢測器214陣列的子集合。這可與當在光接收器處調整焦點的同時完成。

用於通訊的光發射器102以及接收器104之間的至少一初始校直可以任何一些不同的方式來完成。第10圖示例了一些上面介紹的範例技術。如所示，散光柱通訊系統100可被配置以提供高功率、高速光學通訊1002。在某些範例中，RF系統可提供散光柱通訊系統基礎，並在光發射器以及接收器之間提供低功率RF通訊1004，以建立它們的位置，並幫助它們的校直。此RF通訊可包括由一組可幫助光發射器以及接收器的校直的一或更多個RF訊號組成的RF心跳訊號。且在下面更詳細描述的某些範例中，光發射器可被配置以發射由一組一或更多個寬光束組成的光學心跳1006（光學心跳訊號），其可幫助光發射器以及接收器的校直。在某些範例中，心跳訊號可被調變以攜帶或表明光發射器的位置（地理位置），及/或訊號可導致光接收器將其位置或其位置的指示傳回至光發射器，以致於光發射器以及接收器可被校直（或它們關於彼此的定向，或光束可以其他方式被調整）。光發射器以及接收器可知道它們的位置，或在某些範例中可例如經由GPS或其他地理位置定位方法來獲得它們的位置。或在某些範例中，光發射器或接收器可例如使用嵌入於心跳訊號中的時間戳記來決定另一個的位置。

依照範例實施方式，在所有的例子中，由光發射器102發射的光學心跳可為在所欲的功率限制或在所欲的功率限制之下的光束，且其可在比系統的高功率、高速光學通訊1002還慢的速率下被調變。對於校直的例子，光發射器可發射心跳（光學或RF）。光接收器104可檢測心跳，例如經由被配置以擷取至少一部分心跳、具有大視野（例如，10幾度上至180度或更多）的相機。光接收器可識別光發射器心跳，如果需要的話，並移動以與光發射器校直。或在包括光接收器陣列的某些範例中，與光發射器最緊密校直的陣列的一或更多個光接收器可為選擇性地啟動（例如，打開），其他光接收器為選擇性地停用（例如，關閉），而沒有移動任何光接收器。可使用用於選擇性啟動或停用光接收器的其他技術，包括基於所接收光束的相對功率、或經由心跳的技術。在任何事件中，光接收器然後可經由相關聯的發射器（光學或RF）將心跳傳輸回光發射器。光發射器可經由相關聯的接收器來接收該接收器心跳，並開始傳輸高速光學通訊。在某些範例中，接收器心跳也可例如在高速光學通訊的傳輸之前將光發射器引導成與光接收器增加校直。

在某些範例中，光發射器102可監控來自光接收器104的心跳。在光接收器心跳落在閥值位準或其他標準之下的例子中，光發射器可使高功率、高速光學通訊1002失效。光發射器然後可等到其再次獲得或另外檢測到接收器心跳（在閥值位準或其他標準之上），然後再次建立高功率、高速光學通訊。停機時間可足以維持光學曝露位準在所欲的功率限制之下，但可允許盡可能快速地建立高速光學通訊（例如，在毫秒或更快的等級上）。例如，樹枝在光束路徑中的來回揮動在每次它穿過光束時可中斷光束幾分之一秒，但足夠快的重新開始可最小化在通訊流通量上的任何衝擊。

在某些範例中，在光發射器102以及接收器104之間的校直可至少部分地在光接收器內並根據一些不同的技術來完成。第11A圖以及第11B圖示例了範例。如第11A圖中所示，光接收器可包括濾波器或被配置以反射一部分穿過適當光學元件1104至相機1106的所檢測光束的局部取樣鏡（partial-pickoff mirror）1102。相機可被配置以擷取光束的反射部分，並與光接收器的電子裝置通訊，以基於所擷取的光束反射部分來驅動粗操舵裝置（例如，馬達、接收指向系統218）及/或細操舵裝置（例如，MEMS鏡、動態光學元件或其他方法）。在某些範例中，光發射器的射極208陣列可包括一或更多個射極，或光發射器可包括一或更多個額外的射極，被配置用以以少於相機框速率的速率來發射光束，以允許追蹤、鎖定以及心跳。

如第11B圖中所示，在另一個範例中，光接收器可包括位在限制孔徑1110周圍且可被限制孔徑1110遮蔽的多個光電二極體1108（四個示例為光電二極體1108a、1108b、1108c、1108d）。在此範例中，光電二極體可被配置以在光電二極體處檢測所檢測光束的相對功率（相對於在檢測器214處的所檢測光束的整體功率），並與光接收器104的電子裝置通訊，以驅動粗操舵裝置（例如，馬達、接收指向系統218）及/或細操舵裝置（例如，MEMS鏡、動態光學元件）。在某些範例中，可僅使用三個光電二極體，例如位在一個圓圈周圍相隔接近120度的光電二極體1108a、1108b以及1108c。在一個更特別的範例中，對於在各自光電二極體檢測的相對功率，可將回饋控制總結如下： 如果〔光電二極體1108b ＞光電二極體1108c〕，則在第一方向（例如，右）中搖攝； 如果光電二極體1108b ＜光電二極體1108c，則在相對的第二方向（例如，左）中搖攝； 如果〔光電二極體1108a ＞（光電二極體1108b +光電二極體1108c）/2〕，則傾向第三方向（例如，下）；以及 如果〔光電二極體1108a ＜（光電二極體1108b +光電二極體1108c）/2〕，則傾向相對的第四方向（例如，上）。

如上所解釋，雖然在操舵或搖攝光接收器104的上下文中描述了在某些範例中包括了光接收器的陣列，可完成校直而沒有移動光接收器。在這些範例中，與光發射器最緊密校直的陣列的一或更多個光接收器可選擇性地啟動（例如，打開），其他的光接收器選擇性地停用（例如，關閉），而沒有移動任何的光接收器。

如上所解釋，在某些範例中，單一光發射器102可供應多個接收器，例如那些位在其光束錐內的接收器（對於LOS例子而言）。如上所解釋，這可例如根據一或更多個多工技術來以一些不同的方式完成。第12A圖示例了一個範例多工技術，即，光譜多工。如所示，可將光發射器的射極208的陣列劃分成具有不同、各自波長的一或更多個射極群組（示為l1、l2、l3、l4，且對於前述心跳具有分開的射極）。如所示，群組的射極可分區域被配置在陣列中；或在其他範例中，射極可彼此散佈。光接收器104可包括在一或更多個它們的檢測器214的全部或部分前的一或更多個波長特定或波長可調諧的濾波器1202。在某些範例中，由於各種條件，例如改變環境條件，特別是溫度，可調諧濾波器可隨著射極波長位移而為動態地可調諧的。

除了光譜多工之外或取代光譜多工，在某些範例中，散光柱通訊系統100可使用空間多工（SMX），例如以第12B圖中所示的方式。如所示，光發射器的射極208的陣列可被配置在可被獨立調變（示為區域1、區域2、區域3、區域4，並具有用於前述心跳的分開射極）的射極圖型中（例如，一或更多個射極群組的圖型）。在光接收器104處的檢測器214陣列可被類似地配置在相對應的檢測器圖型中。在某些範例中，系統可在明確的條件中使用空間多工。系統然後可在顯著散射的事件（例如，來自於天氣）或NLOS例子中關閉或降低空間多工，潛在地降低整體頻寬，但維持通訊容量。

在各種範例中的散光柱通訊系統100的進一步特徵包括嘗試多個路徑及/或發訊號給使用者的光發射器102，以轉動或移動它們的光接收器104以最佳化它們的校直，並增加接收訊號速度以及服務品質。此發訊號給使用者可以一些不同的方式來完成，例如藉由文字、符號、語音、聲調或其他光學、聽覺、觸覺或其他訊號。在更特別的範例中，光發射器可發訊號給使用者，以移動至窗戶，或移動至它們的前、後、左或右側。在另一特別的範例中，光發射器可發訊號給使用者，以交換循環，並發訊號給使用者關於何時要停止轉動。或在再另一個範例中，光發射器可發訊號給使用者，以移動、轉動或傾斜光接收器。

在某些範例中，回反射可用以幫助安全的功率位準。依照這些範例，光發射器102或光發射器的陣列可發射短脈衝，並包括被配置以監控任何傳回（反射）訊號的一或更多個檢測器或其他感測器。在非常短時間延遲的高強度反射可在接近的範圍表明在傳輸光束中的物體，其可導致光發射器或陣列停止發射有利於陣列的不同射極或不同發射器的那個光束。系統的回應速度可幫助安全的操作，因為光束可在達到某些已知且規範的能量閥值之前被切斷，那可只在經過足夠長的時間有足夠的光能累積時發生。

在某些範例中，散光柱通訊系統100的環境的3D成型可用以最佳化其流通量。這可使用現有地面以及城市建築資料庫以及影像、由系統收集的資料或其任何組合來完成。在更特別的範例中，回反射強度以及時間延遲可用以產生LIDAR類型的能力。可從環境的3D模型預測用於固定以及行動光發射器102以及接收器104的最佳光束路徑。在行動光接收器的例子中，接收器的路徑可被做成3D模型，以產生用於由行動用戶接收的最佳光束路徑。3D模型可為適合的，對改變做出反應，例如可靠的反射器118（例如，移動至不同位置的停泊卡車）。由系統獲得的光束反射以及傳輸強度資訊可用以改進初始3D模型，或用以產生新的3D模型。

在一個範例中，可使用固定延遲路由器（光學中繼節點），其中在大規模外部載體系統（例如，手機巨晶元（macrocell）位置）以及本地路由器系統中都可使用相同的組件以及頻率。這可提供規模經濟以及改進系統效率的通用性。

在某些範例中，可操舵中繼光束可由散光柱通訊系統100產生。共同操作使用者/路由器可中繼來自巨晶元至行動使用者或其他使用者的訊號。

在某些範例中，自主固定或行動光發射器、接收器或收發器（有時候意指為胞元節點）可例如以非常低重量以及低功率光學中繼節點的形式被配置。在這些範例中，重量輕的光學中繼節點可被配置在空中（例如，在氣球、無人航空載具、飛船中）或在建築物、塔、柱、樹或地面層之上的其他位置上。在一個範例中，這些自主光發射器、接收器或收發器可為太陽能的。

在某些範例中，外部、內部或兩者的光導可用以傳遞來自散光柱通訊系統的訊號。

在某些範例中，快速的光束頻率掃瞄可用於安全性、干擾抑制及/或SNR改進，以對抗太陽背景以及多路徑失真。在一個範例中，全半導體固定雷射可被電性調諧，並避免使用任何機械或電機組件。

在某些範例中，可產生隨建即連網路，具有活躍的使用者促成並形成網路。

在某些範例中，散光柱通訊系統100可藉由使用裝載裝置（類似某些行動電話電池）來整合至例如行動電話、平板電腦或個人電腦的現有行動資料傳輸裝置中，其中光學組件可與現有的行動裝置整合。

在某些範例中，可在光接收器結構中使用機械隔板，以允許來自光發射器的單一光束的選擇，因此降低多路徑問題以及在接收系統上入射陽光的效果。在另一個範例中，在光接收器104的光學視準儀可拒絕窄接受範圍之外的訊號，改善了多路徑效果。

在散光柱通訊系統100中的多路徑因子以及干擾可使用一些方式來對付。在一個範例中，在光發射器102以及接收器104之間可能的最強訊號路徑（無論是直接或反射）可夠短到具有在拒絕閥值之上的訊號強度的其他路徑不夠長於或短於較強的訊號路徑以造成符號間的干擾。此情況可應用至在相對低資料率的相對短的路徑。在一個範例中，編碼可用以緩和多路徑干擾的作用。在另一個範例中，光學訊號可被分頻編碼，以負責模糊多路徑環境中的脈衝，並降低符號間的干擾。接收器可重建訊號。就其本身而言，正交分頻多工（OFDM）可用以對抗多路徑問題。在另一個範例中，同步化接收器時間閘控可用以將光子限制於只有移動最短或最有效率路徑的那些光子。

為了進一步示例範例實施方式的散光柱通訊系統100，現在將參見第13圖至第17圖、第18A圖以及第18B圖，其示例了範例實施方式可被配置的各種情境。如上所解釋，某些光接收器104a可檢測來自光發射器102的入射光束，而其他光接收器104b（或甚至相同的接收器）可檢測來自反射器118（包括散射體）的反射光束（包括散射光束）。第13圖示例了建築物1302可阻擋從光接收器104b接收的發射光束（示為被阻擋的入射光束1304）的情境。如所示，雖然，在適當反射器上（例如地面或另一建築物）的反射點1306可產生可由光接收器104b接收的反射光束1308。在這裡光接收器可為固定或行動的，雖然對於行動接收器而言，可能想要或需要額外與入射或反射光束校直，且靈敏度問題可能需要額外的考慮。

第14圖示例了在固定接收器環境中散光柱通訊系統100的範例配置。如所示，可將光發射器陣列，例如光收發器陣列200，設置在主體建築物1402、塔或其他位置上。光發射器可產生光束，該光束包括具有到一或更多個光接收器104a（示出於建築物1406中）的直接視線（LOS）的入射光束1404、以及可被反射或散射以產生可被一或更多個光接收器104b（示於另一建築物1412中）檢測的反射/散射光束1410的另一第二入射光束1408。在另一個範例中，未示於圖中，反射/散射光束可由直接視線光束產生。光接收器104a可接收直接來自直接視線光束的光，且它也可接收來自第二光束的直接視線光。第二光束可用以產生反射/散射光束，其在本質上可為朗伯特（Lambertian）以及超過整個180度的散射光。此第二光束然後可由光接收器104b接收。在未示於圖式中的另一個範例中，固定的反射或散射表面或兩種類型的表面可被附接在第二光束入射的起始點，以產生可更有效率地將光引導至光接收器104b的反射/散射光束。

如上所指出，在第14圖情境中的光接收器104a、104b可被固定。在其他範例中，以及如同在範例情境中在下面更特別描述的，任一或兩個光接收器可能反而可在某個區域內移動或行動。在一個範例中，使用者可實際上將他們的接收器攜帶或放置至某個區域內的不同位置。在另一個範例中，任一或兩個接收器可配備有允許它們以一或更多的（例如，六）自由度來自主地移動的裝置，以改進接收。

第15A圖示例了穿透建築物（例如，建築物1410、1412）、運輸工具或其他結構的窗戶1504來接收入射光束1502，其光束可從天花板、地板或牆壁來反射，以產生反射光束1506。第15B圖示例了類似的情境，其中入射光束是由路由器（光學中繼節點）1508接收，用於作為另一入射光束的中繼，其類似地可從天花板、地板或牆壁來反射，以產生反射光束。在任一例子中，入射光束可被直接接收。反射光束也可被直接接收，或它們可導致為傳遞輻射形式的剩餘輻射1510，例如可穿過門檻縫隙1512的輻射。因為系統可適應於範圍為發生在直接接收的入射或反射光束中的那些到發生在傳遞輻射中的那些的各種功率位準，傳輸路徑並不重要，且系統可隨需要搭載入射、反射或剩餘輻射。

第15C圖更特別地示例了根據某些範例實施方式的路由器（光學中繼節點）1508。如所示，路由器可包括外部配置以及內部配置。外部配置可包括具有被配置以接收光束的一或更多個外部檢測器1514的一或更多個外部光接收器，且內部配置可包括具有被配置以再傳輸光束的一或更多個內部射極1516的一或更多個內部光發射器。雖然未分開地示出，在某些範例中，內部配置也可包括具有被配置以接收光束的一或更多個內部檢測器的一或更多個內部光接收器，且外部配置可包括具有被配置以再傳輸光束的一或更多個外部射極的一或更多個外部光發射器。在一個特定範例中，外部以及內部檢測器可覆蓋100 cm² 的面積，並提供1000個光子/位元；且內部以及外部射極可覆蓋± 45度。內部射極可以能夠有20度指向，而外部射極可以能夠有0.5度指向。

第16圖示例了在行動接收器環境中的散光柱通訊系統100的範例配置。如所示，再次地，光發射器陣列，例如光收發器陣列200，可被設置在主體建築物1402、塔或其他位置上。光發射器可產生包括產生建築物反射光束1604的入射光束1602以及地面反射光束1606的光束。包括入射以及反射光束的這些光束然後可被一或更多個光接收器104a、104b接收。在某些範例中，接收器可故意從入射光束「轉移視線」，以獲得更穩定、雖然比直接光束還低功率位準的光束。例如，從建築物或地面反射的輻射可比來自收發器陣列的直接輻射更不變。此決定可以一些不同的方式來做出，例如藉由SNR。就其本身而言，光接收器可優先地檢測或以其他方式鎖定至反射光束上，並避免入射光束的直接檢測。

第17圖示例了在城市以及農村（例如，樹林）環境中的散光柱通訊系統100的範例配置。而再次地，此範例包括光發射器陣列，例如設置在主體建築物1402、塔或其他位置的光收發器陣列200。如在此情境中所示例的，來自光發射器的入射光束1702可從正常相對同質的大氣微粒散射，並產生反射/散射光束1704。此外，入射光束可從非均質的大氣微粒散射，例如從屋頂通風口或霧、雲、煙或諸如此類產生的水氣1706，並藉此產生額外的反射/散射光束。這些反射/散射光束可由固定或行動光接收器來接收。在某些範例中，由於它們較大程度的散射，例如藍至紫外光波長的較短波長可為有利的。

第18A圖以及第18B圖示例了在城市以及農村（例如，樹林）環境中的散光柱通訊系統100的其他範例配置。在這些範例中，系統包括配備有光發射器或包括光發射器的收發器（未分開示出）的一或更多個人造衛星1802（例如在激增的衛星網路中）。在此情境中，衛星可被配置以傳輸城市環境及/或農村環境中幾乎或實際上垂直的光束。這些光束可由固定或行動光接收器接收。在某些範例中，如第18B圖中所示，由於它們對於雲1804的較好穿透力，例如紅至紅外線波長的較長波長可為有利的。

第19圖示例了在根據本揭露內容的範例實施方式的方法1900中的各種操作。如所示，在方塊1902以及1904，該方法可包括分別以資料調變的光束；以及藉由光發射器發射攜帶資料的光束，且無人為限制地由被配置以檢測並從光束恢復資料的光接收器接收。光束可以大於0.1度的發散角度以及少於0.05％的光子效率來發射。或在另一個範例中，光束可以大於0.1度的發散角度以及少於0.01％的光子效率來發射。且光子效率可使可由光接收器檢測的光束的一些光子與由光發射器發射的光束的一些光子相關聯。

本揭露內容的範例實施方式因此提供了一種散光柱通訊系統100以及用於光學通訊的方法，且更特別地提供了散光柱通訊。相比於傳統的FSO通訊，範例實施方式的系統以及方法使用寬很多的光束以及高很多的功率位準。相對於較傳統的FSO通訊，光束功率的顯著部分可被「浪費」，但較寬的光束使得指向以及追蹤變得完全不需要或簡單且負擔得起。這些高功率寬光束也能夠有對於行動使用者的彈性、較高的服務品質，以及非視線（NLOS）與被阻礙的視線應用的可行性，其中反射以及散射傳遞可以能夠有高資料率流通量以及高服務品質。

散光柱通訊系統100以及方法可使用高功率固態雷射或用於1 Gb/s以上、以及在某些範例中上至1 Tb/s或更高的高資料率無線通訊的其他射極。在某些範例中，系統也可最佳化用於每個通訊鏈結的光束發散。光束發散角度可為固定的或緩慢或快速改變的。系統不需要光發射器102以及光接收器104之間的視線。在散光柱通訊系統中使用的射極發射功率可使得可達成非常高的資料傳輸率，即使具有多個反射。

散光柱通訊系統100可以一些不同的方式來與傳統的FSO傳輸相對比，例如基於光子或傳輸效率以及其光束的發散。這裡，光子效率可將可由光檢測器檢測的一些光子與由光發射器發射的光束的一些光子相關聯。在這方面，可由光檢測器檢測的光子數目可被定義，或另外由其接收角度來限制。在某些範例中，光子效率可被代表為可由光接收器104檢測的光子數目（A_R ）除以由光發射器102發射的光子數目（A_T ）的比例（E）（E = A_R /A_T ）。因子E可被許多變數影響，包括光束發散或光束寬度。

雖然傳統的方式可達成高效率的傳輸（E = 10％– 90％），其需要具有0.0005 – 0.005度等級發散的非常窄的光束，其隨之需要以極精確、較高的成本來指向。另一方面，範例實施方式的散光柱通訊系統使用寬很多的光束。在某些範例中，其光束只可達成0.01％- 0.00001％的光子效率，但經由具有0.2–6度等級的光束發散的較寬光束，其可放寬指向需求，使得指向系統為極可負擔的。在其他範例中，光束發散角度可在0.02–20度、0.1–10度或諸如此類的範圍中。在更一般的例子中，在某些範例中，散光柱通訊系統可使用大於0.1度的光束發散以及使用少於0.01％的光子效率來操作。或在其他範例中，散光柱通訊系統可使用大於0.1度的光束發散以及使用少於0.05％的光子效率來操作。

在現有的FSO視線系統中，光發射器典型地只為0.01–10 mW，或者或許30–50 mW。這些FSO系統已被雷射成本以及安全考量所限制，其已意指，超過大約100 mW或超過1 W的功率位準已是經濟上不可行及/或不安全的。這些系統因此已尋求最小化雷射功率。相比之下，如果非最大可用的雷射功率，本揭露內容各種範例實施方式的散光柱通訊系統100尋求使用增加的雷射功率。

在散光柱通訊系統100中，光發射器102的功率可不為系統的限制，且可只呈現與能量消耗以及成本有關的經濟挑戰。現有的無線RF系統使用花費5 kW至50 kW高峰功率的巨蜂窩塔建築，以服務接近1000個顧客。這接近了每個顧客5-50高峰瓦特。此功率消耗的使用區段或工作迴路相當低，接近0.1 – 1％，由光譜使用所限制。目前無線RF系統的能量成本只在每個月每個消費者$0.1–1美元的範圍中。目前的高速無線RF系統收費接近每個月每個消費者$30–100美元。因此塔能量成本只由服務價格的大約0.1–1％所支付。

在經濟上，範例實施方式的散光柱通訊系統100可受到能量成本的挑戰，因為超過總服務成本的合理部分的能量成本，比如說10％，可能導致經濟的問題。因此，在某些範例中，基於在典型光譜利用率下的能量消耗，可在每個消費者大約100W – 1000W高峰功率下操作系統。較高終端功率輸出在較常具有濃霧的區域中可特別地有利，且較低終端可有用於較乾淨空氣的區域中。如上面展示的，這些功率位準可為現有FSO系統的十倍至超過一百萬倍。這可為，例如，系統只在必須穿過濃霧來驅動訊號時使用較高終端功率輸出的例子，其可能只發生在少部分百分比地理區域中，然後每個月只有少部分百分比的小時會發生。

範例實施方式的散光柱通訊系統100以及方法也可操作而沒有未受阻礙的直接LOS，能夠有光接收器104至光發射器102、具有高度受阻或甚至完全阻擋的LOS的通訊。在某些範例中，接收器可甚至故意從光發射器「轉移視線」，以改進服務品質，因為反射光束可具有遠少於直接、入射光束的變化。

範例實施方式的散光柱通訊系統100以及方法可支援來自單一傳輸點的多個光束，例如來自多個光發射器102的陣列或具有射極208陣列的發射器，其可改進可靠性以及服務品質。系統也可支援從一個發射器或射極快速位移或漂移至另一個的光束，使得光束路徑從不位在一個點久到足以呈現不想要的情況。此不斷位移的光束以及路徑也可能夠不斷地發現新的更多的最佳路徑，以維持不斷的高服務品質。此外，寬光束的此漂移可使用遠少於光束角度的顫動角度來完成，且可增加光束到達其意欲的光接收器並平均掉閃爍現象以及衰弱效應的可能性。

本揭露內容的範例實施方式可使用任何組合的硬體以及軟體來實施。如果被實施為電腦實施裝置，可使用用於執行一些或所有上述步驟以及功能的裝置來實施範例。

本揭露內容的範例實施方式可包括於具有，例如，電腦可讀取儲存媒體的製品（例如，一或更多個電腦程式產品）中，作為能夠儲存資訊的非暫態裝置，電腦可讀取儲存媒體可與電腦可讀取傳輸媒體區別，例如能夠從一個位置攜帶資訊至另一個位置的電子暫態訊號。如本文中所描述的電腦可讀取媒體一般可意指電腦可讀取儲存媒體或電腦可讀取傳輸媒體。電腦可讀取儲存媒體具有嵌入於其中的，例如，電腦可讀取程式碼裝置，包括用於執行以及幫助範例實施方式的機制的電腦可執行指示。在這方面，電腦可讀取儲存媒體可具有儲存於其中的電腦可讀取程式碼部分，其對處理器（硬體處理器）的執行做出反應，導致裝置執行本文中所描述的各種功能。製品可被包括為包括前述處理器的電腦系統的部分，或被分開提供。或在某些範例中，製品可被包括在散光柱通訊系統100的一或更多個組件的電子裝置中，例如光發射器102、光接收器104、調變器106、指向系統108、控制系統110及/或資料來源112。

本文中提出的揭露內容的許多修飾以及其他實施方式將由本領域的技術人員想到，這些揭露內容有關的修飾以及實施具有前述描述以及相關圖式中提出的教導的益處。因此，要了解的是，揭露內容不限於所揭露的特定實施方式，且修飾以及其他實施方式意欲被包括在所附申請專利範圍的範圍內。此外，雖然前述描述以及相關的圖式在元件及/或功能的某些範例組合的上下文中描述了範例實施方式，應領略的是，不同組合的元件及/或功能可由替代的實施方式來提供，而不悖離所附申請專利範圍的範圍。在這方面，例如，與上面明確描述的那些不同組合的元件及/或功能也可被考慮為可在所附申請專利範圍中提出。雖然在本文中使用了特定的用語，它們是只以通用且描述性的概念來使用，且不用於限制的目的。

100‧‧‧散光柱通訊系統
102‧‧‧光發射器
104、104a、104b‧‧‧光接收器
106‧‧‧調變器
108‧‧‧指向系統
110‧‧‧控制系統
112‧‧‧資料來源
114‧‧‧窄發散光束
116‧‧‧寬發散光束
118‧‧‧反射器
200‧‧‧光收發器陣列
202、402‧‧‧光收發器
204‧‧‧寬度
206‧‧‧高度
208‧‧‧射極
210、212、216、502、602、1104‧‧‧光學元件
214‧‧‧檢測器
218‧‧‧接收器指向系統
300‧‧‧現有網路基礎建設
400‧‧‧行動裝置
404‧‧‧主要的接收透鏡
406‧‧‧主要的傳輸透鏡
408‧‧‧次要的接收透鏡
410‧‧‧次要的傳輸透鏡
412‧‧‧光學雙工器
414‧‧‧下光導管
416‧‧‧上光導管
504‧‧‧準直光束
506‧‧‧焦點
508‧‧‧散光柱
604‧‧‧半球形透鏡
702‧‧‧動態光學元件、發散
704‧‧‧似準直
706‧‧‧收歛
708‧‧‧垂直發散
710‧‧‧水平發散
712‧‧‧直線
714‧‧‧+ 0.6度
716‧‧‧- 0.6度
802‧‧‧光束漂移
902‧‧‧動態光學元件
1002‧‧‧高功率、高速光學通訊
1004‧‧‧低功率RF通訊
1006‧‧‧光學心跳
1106‧‧‧相機
1102‧‧‧局部取樣鏡（partial-pickoff mirror）
1110‧‧‧限制孔徑
1108a、1108b、1108c、1108d‧‧‧光電二極體
1202‧‧‧濾波器
1302、1402、1406、1412‧‧‧建築物
1304‧‧‧被阻擋的入射光束
1306‧‧‧反射點
1308‧‧‧反射光束
1404‧‧‧直接視線（LOS）的入射光束
1408‧‧‧第二入射光束
1410、1704‧‧‧反射/散射光束
1504‧‧‧窗戶
1502、1602、1702‧‧‧入射光束
1506‧‧‧反射光束
1508‧‧‧路由器（光學中繼節點）
1510‧‧‧剩餘輻射
1512‧‧‧門檻縫隙
1514‧‧‧外部檢測器
1516‧‧‧內部射極
1604‧‧‧建築物反射光束
1606‧‧‧地面反射光束
1706‧‧‧水氣
1802‧‧‧人造衛星
1804‧‧‧雲
1900‧‧‧方法
1902、1904‧‧‧方塊

因此已描述了在前述一般條款中的揭露內容，現在將參照不一定按比例繪出的附圖，且其中： 第1圖示例了根據本揭露內容的各種範例實施方式的散光柱通訊系統； 第2A圖示例了根據各種範例實施方式，包括多個光收發器的光收發器陣列（有時意指為收發器模組）； 第2B圖示例了依照某些範例實施方式更詳細的收發器模組； 第2C圖以及第2D圖示例了依照某些範例實施方式之收發器模組並突顯出其指向系統； 第3圖示例了依照某些範例實施方式，修整成例如蜂窩塔的現有網路基礎建設的光收發器陣列； 第4A圖以及第4B圖示例了依照某些範例實施方式，配備有光收發器的行動裝置； 第5A圖以及第5B圖示例了依照某些範例實施方式，使用射極陣列的延伸來源之用於達成光束發散的示範技術； 第6A圖以及第6B圖示例了依照範例實施方式的光接收器； 第7A圖示例了依照某些範例實施方式，包括一或更多個被配置以能夠有光束的可調整焦點的光發射器的動態光學元件； 第7B圖、第7C圖以及第7D圖示例了依照某些範例實施方式之動態光學元件的使用，以能夠在光發射器中散光，藉此垂直發散可與水平發散不同； 第7E圖示例了依照某些範例實施方式之動態光學元件的使用，以能夠在光發射器指向調整； 第8圖示例了根據某些範例實施方式之光束漂移； 第9A圖、第9B圖以及第9C圖示例了根據某些範例實施方式，包括被配置以能夠有光束的可調整焦點（第9A圖）的動態光學元件、以及用於視線（LOS）例子（第9B圖）、以及非LOS（NLOS）（第9C圖）的光接收器； 第9D圖以及第9E圖示例了根據某些範例實施方式之動態光學元件的使用，以能夠有在光接收器的指向調整； 第10圖示例了根據某些範例實施方式，用於至少在用於通訊的光發射器以及接收器之間的初始校直的一些技術； 第11A圖以及第11B圖示例了根據某些範例實施方式，在光接收器內可被至少部分達成的光發射器以及接收器之間的校直的兩個範例； 第12A圖以及第12B圖分別示例了根據某些範例實施方式，可藉由散光柱通訊系統實施的光譜多工以及空間多工； 第13圖至第17圖、第18A圖以及第18B圖示例了根據某些範例實施方式之其中散光柱通訊系統可被部署的各種情境；以及 第19圖示例了在根據範例實施方式的方法中的各種操作。

100‧‧‧散光柱通訊系統

102‧‧‧光發射器

104a、104b‧‧‧光接收器

106‧‧‧調變器

108‧‧‧指向系統

110‧‧‧控制系統

112‧‧‧資料來源

114‧‧‧窄發散光束

116‧‧‧寬發散光束

118‧‧‧反射器

Claims (27)

1. 一種裝置，包含： 一調變器；以及 一光發射器，被耦合至該調變器並被配置以發射一光束，該調變器被配置以使用資料調變該光束，該光發射器藉此被配置以發射攜帶該資料且無人為限制地由一光接收器接收的該光束，該光接收器被配置以檢測以及恢復來自該光束的該資料， 其中該光發射器被配置以以大於0.1度的一發散角度以及以少於0.05％的一光子效率來發射該光束，該光子效率將可由該光接收器檢測的該光束的一些光子與由該光發射器發射的該光束的一些光子相關聯。
2. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中被配置以發射該光束的該光發射器包括被配置以發射導向一反射器的一入射光束，以藉由該入射光束的反射產生一反射光束，該光發射器被配置以發射用於被該光接收器接收的該反射光束的該入射光束。
3. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該光發射器包括被配置以發射該光束的多個射極的一陣列，該陣列具有大於該光束在該光發射器的一個點大小的一尺寸。
4. 如申請專利範圍第3項所述的裝置，其中該光發射器更包括一光學元件，該多個射極的該陣列被配置以經由該光學元件發射該光束，該陣列的該多個射極被配置以由於該陣列的一空間範圍而以不同的角度發射各自的準直光束，該陣列藉此被配置以產生由該各自的準直光束構成的該光束，且其發散角度是由該陣列的該尺寸以及該光學元件的焦距所設定。
5. 如申請專利範圍第3項所述的裝置，其中該光發射器更包括一光學元件，該多個射極的該陣列被配置以經由該光學元件發射該光束，該陣列位在遠離該光學元件的一焦點，該陣列的該多個射極被配置以發射各自的發散光束，該陣列藉此被配置以產生由該各自的發散光束構成的該光束，且其發散角度是由該陣列的該尺寸以及由於該陣列的位置遠離該光學元件的該焦點所造成的一失焦度所設定。
6. 如申請專利範圍第3項所述的裝置，其中該光發射器被配置以執行多工，以供應多個光接收器。
7. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該光發射器被配置以以一可調整焦點或散光發射該光束，該可調整焦點能夠在距離該光發射器的一給定距離處調整該光束的一直徑，且該散光導致該光束具有不同的垂直以及水平發散。
8. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，更被配置以傳輸一心跳訊號或一訊號，該心跳訊號用於該光發射器以及該光接收器的定向，該心跳訊號被調變以攜帶或表明該光發射器的一位置，該訊號導致該光接收器將其位置或其位置的一指示傳回至該光發射器。
9. 一種裝置，包含： 一解調器；以及 一光接收器，被耦合至該解調器並被配置以檢測攜帶資料的一光束，該解調器被配置以恢復該資料，該光接收器被配置以檢測被發射且沒有人為限制地來自一光發射器的該光束，該光發射器被配置以發射以該資料調變的該光束， 其中該光接收器被配置以檢測以大於0.1度的一發散角度以及以少於0.05％的一光子效率發射的該光束，該光子效率將可由該光接收器檢測的該光束的一些光子與由該光發射器發射的該光束的一些光子相關聯。
10. 如申請專利範圍第9項所述的裝置，其中該光接收器被配置以至少在其中該光接收器不具有到該光發射器的一視線的一些例子中檢測該光束。
11. 如申請專利範圍第9項所述的裝置，包含包括該光接收器的一光接收器陣列，或該光接收器包括被配置以檢測該光束的一檢測器陣列，以及 其中該光接收器陣列的光接收器或該檢測器陣列的檢測器被配置以基於它們相對於該光發射器的定向來選擇性地啟動以及停用。
12. 如申請專利範圍第9項所述的裝置，其中該光束包括一入射光束以及藉由該入射光束的反射所產生的一反射光束，該光接收器在至少一例子中被配置以優先地檢測該反射光束，並避免該入射光束的直接檢測。
13. 如申請專利範圍第9項所述的裝置，其中該光接收器包括被配置以檢測該光束的一檢測器陣列，該陣列具有大於該光束在該光發射器的一個點大小的一尺寸。
14. 如申請專利範圍第13項所述的裝置，其中該光束在空間上被多工以供應多個光接收器，該檢測器陣列被排列為一檢測器圖型，該檢測器圖型相對應於獨立調變的該光發射器的一射極圖型。
15. 如申請專利範圍第9項所述的裝置，更包括一特定波長或可調諧波長的濾波器，以能夠讓該光接收器檢測在空間上被多工以供應多個光接收器的該光束。
16. 如申請專利範圍第9項所述的裝置，其中該光接收器被配置以以一可調整焦點檢測該光束，以幫助該光接收器對該光束的特徵的一匹配，該可調整焦點在至少一例子中包括在該光發射器以及光接收器之間的某個中間點處的該光接收器的焦點。
17. 如申請專利範圍第9項所述的裝置，更被配置以接收一心跳訊號或一訊號，該心跳訊號用於該光接收器以及光發射器的定向，該心跳訊號被調變以攜帶或表明該光發射器的一位置，該訊號導致該光接收器將其位置或其位置的一指示傳回至該光發射器。
18. 如申請專利範圍第9項所述的裝置，其中該光接收器包括被配置以擷取的一部分的該光束的一相機以及電子裝置，該相機被配置以與該電子裝置通訊，以基於該光束的擷取部分來驅動粗或細操舵裝置，以至少部分地定向該光接收器以及光發射器。
19. 如申請專利範圍第9項所述的裝置，其中該光接收器包括位在該光接收器的一限制孔徑的一周圍且被該限制孔徑遮蔽的多個光電二極體，該多個光電二極體被配置以檢測該光束的相對功率，該光接收器更包括電子裝置，該光電二極體被配置以與該電子裝置通訊，以基於該光束的該相對功率來驅動粗或細操舵裝置，以至少部分地定向該光接收器以及光發射器。
20. 一種方法，包含： 以一資料調變一光束；以及 由一光發射器發射攜帶該資料的該光束，且無人為限制地由被配置以檢測以及恢復來自該光束的該資料的一光接收器接收， 其中該光束以大於0.1度的一發散角度以及以少於0.05％的一光子效率發射，該光子效率將可由該光接收器檢測的該光束的一些光子與由該光發射器發射的該光束的一些光子相關聯。
21. 如申請專利範圍第20項所述的方法，其中發射該光束包括發射導向一反射器的一入射光束，以藉由該入射光束的反射產生一反射光束，該入射光束被發射用於由該光接收器接收該反射光束。
22. 如申請專利範圍第20項所述的方法，其中該光束由該光發射器的多個射極的一陣列所發射，該陣列具有大於該光束在該光發射器的一個點大小的一尺寸。
23. 如申請專利範圍第22項所述的方法，其中該光束是經由一光學元件由該多個射極的該陣列發射，由於該陣列的一空間範圍，該陣列的該多個射極發射各自但具有不同角度的準直光束，該陣列藉此產生由該各自的準直光束構成的該光束，且其發散角度是由該陣列的該尺寸以及該光學元件的焦距所設定。
24. 如申請專利範圍第22項所述的方法，其中該光束是經由一光學元件由該多個射極的該陣列發射，該陣列位在遠離該光學元件的一焦點，該陣列的該多個射極發射各自的發散光束，該陣列藉此產生由該各自的發散光束構成的該光束，且其發散角度是由該陣列的該尺寸以及由於遠離該光學元件的該焦點的該陣列的位置造成的一失焦度所設定。
25. 如申請專利範圍第22項所述的方法，更包括： 執行多工以供應多個光接收器。
26. 如申請專利範圍第20項所述的方法，其中該光束以一可調整焦點或散光發射，該可調整焦點能夠在距離該光發射器的一給定距離處調整該光束的一直徑，且該散光導致該光束具有不同的垂直以及水平發散。
27. 如申請專利範圍第20項所述的方法，更包括： 傳輸一心跳訊號或一訊號，該心跳訊號用於該光發射器以及光接收器的定向，該心跳訊號被調變以攜帶或表明該光發射器的一位置，該訊號導致該光接收器將其位置或其位置的一指示傳回至該光發射器。