WO2017108808A1 - Verfahren zur aufrechterhaltung der übertragung von daten in einem optischen freistrahlkanal im falle verschlechterter übertragungseigenschaften des freistrahlkanals - Google Patents

Verfahren zur aufrechterhaltung der übertragung von daten in einem optischen freistrahlkanal im falle verschlechterter übertragungseigenschaften des freistrahlkanals Download PDF

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Dirk Giggenbach
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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    • H04B10/118—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum specially adapted for satellite communication

Definitions

  • the invention relates to a method for maintaining the transmission of data in a free-jet optical channel in the case of degraded transmission characteristics of the free-jet channel, the effect of the channel reciprocity is used.
  • Optical point-to-point free-space optics suffer from signal fading caused by refractive index turbulence. This fading leads to interruptions of the data stream and thus to data loss and poor transmission quality.
  • the fading losses can be compensated by conventional Error Control (EC), such.
  • EC Error Control
  • FEC Forward Error Correction
  • ARQ Automatic Repeat Request
  • each EC-secured FSO link delays data transfer by typically 50 to 100 milliseconds. If a data network consists of several such FSO links one behind the other, total delays of a few 100 ms occur, which is unacceptable for many communication applications (telephony, videoconferencing, online gaming).
  • an efficient FEC-based EC method requires influence lengths, and hence delays, which are much longer than the actual fading event to be compensated.
  • the delay is based on the duration of the actual fade event.
  • this leads to unpredictable jitter of the delay which is also disadvantageous in many applications.
  • the Repeat Requesf packets in the return channel may also be lost, resulting in further unpredictable transmission delays and reduced data transmission performance.
  • a common way of detecting and compensating for fading is as an additional communication channel between the partners through which the current quality of the received signal is exchanged (Channel State Information, CSI).
  • the partners can react accordingly with this knowledge. If affiliate "A” knows that its signal is perturbed by refractive index fading and "B" is receiving a small signal amplitude, “A” may e.g. increase the FEC overhead (more bit errors can then be corrected, but the net data rate will temporarily decrease slightly,), or reduce its data rate or stop sending data altogether (since "A” must anyway assume that, depending on fading strength) nothing arrives at “B”). Further adaptation methods exist. The disadvantage here is that such an additional communication channel must be physically set up. If one takes instead the already existing FSO data link, then the exchange of the CSI is also affected by the fading - the CSI thus does not arrive at the partner.
  • the object of the invention is to reduce the delay times for error correction in the case of deteriorating transmission properties of an optical beam. channel.
  • a new EC procedure is to be specified.
  • the invention proposes a method for maintaining the transmission of data in an optical free-jet channel in the case of deteriorated transmission characteristics of the free-jet channel, comprising the following steps:
  • taking in each terminal on the transmitter side measures when sending data in the case of reducing the received power detected and / or falling below at least one vorgebaren threshold by the receiving power to maintain secure data transmission and / or transmission of data, in particular with the Objective of the reception-side implementation of a correction of the received data.
  • the use of the phenomenon of reciprocity of a free-jet optical channel between two terminals having the same terminal geometry, that is, the terminal geometry is used.
  • same terminal construction wherein transmit and receive beams in both terminals each pass the same aperture, to maintain the data transmission in deteriorating transmission characteristics of the free-jet channel by
  • the reception power of the receive beam is determined in each terminal and
  • each terminal in the case of reduction of the detected received power and / or falling below at least one predetermined threshold by the receiving power to maintain a secure Data transmission and / or a transmission of data measures are taken, in particular with the aim of the receiving end of a correction of the received data,
  • Threshold exceeds.
  • the invention utilizes the effect of "channel reciprocity” (for "channel reciprocity” see Dirk Giggenbach, William Cowley, Ken Grant, and Nicolas Perlot, "Experimental verification of the limits of optical channel intensity reciprocity", Appl. Opt. 51, 3145 -3152, May 2012; Nicolas Perlot, Dirk
  • the two signals are not absolutely identical in reality (correlation coefficient less than 1). This is caused by:
  • the correlation coefficient decreases when the receive aperture becomes larger than the intensity speckle, since non-identical intensity areas are then also received. • Different pointing quality of the two terminal mechanics different fades generated by insufficient beam alignment control.
  • Strong asymmetric refractive index structure along the link path e.g., strong turbulence near a partner can affect intensity structure sizes to such an extent that only very small apertures produce good reciprocity.
  • the invention thus relates to an adaptive transmission format: Since "A” knows when the reception quality drops at "B”, "A” can react proactively in order to maintain the data transmission without delay and to optimize the data rate:
  • vDR method - (Variation 2): together with an optical transmitter amplifier which generates a constant average power (Fiber Amplifier, as in the opt. Telecommunications common), the pulse energy of the data stream can be increased when the timeouts are extended in the data stream.
  • the RZ modulation can be used in a modification:
  • the "ON" phase in the binary data stream is shortened here (the signal returns to zero - does not remain as in conventional on / off). Keying throughout the "1" bit). Accordingly, the pulse contains the same energy but a higher peak power, resulting in a better bit error rate.
  • you now leave the on-pulse length equal, but change the off-time after the pulse.
  • the energy (and peak power) in the pulse of constant duration thus increases at the transmitter. This can be used to keep the transmitter's pulse power constant during a fade.
  • the receiver thus always sees equally strong pulses, only the off-times afterwards vary - and thus the effective data rate.
  • the blanking ratio during a surge can be changed to reduce the peak power and thus generate a higher effective data rate.
  • the channel capacity is thus used optimally.
  • the application of the invention is particularly advantageous for communications networks consisting of many HAPs networked by FSO links over several hundreds of kilometers of distance.
  • HAP networks are currently being planned by z. For example, companies like Google and Facebook.
  • one aspect of the invention is in taking measures to maintain the free jet data communication worsening Channel properties (eg., Weather or atmospheric conditions) to see what can be done spontaneously because of the channel reciprocity, which exploited according to the invention, as each terminal at any time "from their own current experience knows” how large the power of the received signal at each other Terminal is.
  • Channel properties eg., Weather or atmospheric conditions
  • FSO communication terminals for optical Inter-HAP data links have for
  • the aperture sizes are moderately large for weight reasons (about 5 to 10 cm in diameter) and thus in any case smaller than the intensity structure sizes in the stratosphere.
  • the optical path between two widely spaced HAPS in the stratosphere has the strongest refractive index turbulence in the center, maximizing the reciprocity quality (correlation coefficient very close to 1).
  • Areas of the invention may be:
  • Any atmospheric FSO links through monostatic terminal structures (Ground-Ground, Aircraft-Aircraft, Aircraft-Ground, Ship-Ship, etc.).
  • a terminal Due to the channel reciprocity, a terminal can thus assume, based on the received power with which it is currently receiving a signal, that a transmission steel transmitted by it is received at the terminal at the other end of the free-jet channel with the same reception power.
  • the terminal can already make arrangements on the transmitter side to ensure a substantially error-free data transmission.
  • the receive power fallsing short of several different thresholds
  • correspondingly more costly measures can be taken to ensure the error-free data transmission are made. If the reception power subsequently increases again, then the measures can be adjusted again (if necessary gradually).

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Abstract

Verfahren zur Aufrechterhaltung der Übertragung von Daten in einem optischen Freistrahlkanal im Falle verschlechterter Übertragungseigenschaften des Freistrahlkanals, mit den folgenden Schritten : Bereitstellen von Terminals mit symmetrischer Terminalgeometrie, bei der über dieselbe Apertur längs einer gemeinsamen Strahlachse ein Sendestrahl gesendet und ein Empfangsstrahl empfangen wird, in jedem Terminal empfangsseitig erfolgendes Ermitteln der Empfangsleistung und in jedem Terminal senderseitig erfolgendes Ergreifen von Maßnahmen beim Senden von Daten in dem Fall der Verringerung der ermittelten Empfangsleistung und/oder des Unterschreitens mindestens eines vorgebaren Schwellwerts zur Aufrechterhaltung einer sicheren Datenübertragung und/oder einer Übertragung von Daten mit dem Ziel der empfangsseitigen Durchführung einer Korrektur der empfangenen Daten.

Description

Verfahren zur Aufrechterhaltuna der Übertragung von Daten in einem optischen Freistrahlkanal im Falle verschlechterter
Übertragungseigenschaften des Freistrahlkanals
Die vorliegende Erfindung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 226 346.0 vom 21. Dezember 2015 in Anspruch, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufrechterhaltung der Übertragung von Daten in einem optischen Freistrahlkanal im Falle verschlechterter Übertragungseigenschaften des Freistrahlkanals, wobei der Effekt der Kanalreziprozität genutzt wird.
Optische Punkt-zu-Punkt Freistrahl-Datenlinks (Free-Space Optics, FSO) leiden unter Signalfading, welches durch Brechungsindexturbulenz verursacht wird. Dieses Fading führt zu Unterbrechungen des Datenstroms und damit zur Datenverlusten und schlechter Übermittlungsqualität. Die Fadingverluste können durch konventionelle Fehlersicherungsverfahren (Error Control, EC) kompensiert werden, wie z. B. FEC (Forward Error Correction) oder ARQ (Automated Repeat Request). Damit verbunden ist aber immer eine Verzögerung in der Datenübermittlung, da mit diesen EC-Verfahren Einflusslängen verbunden sind, welche die Fadingzeiten überbrücken müssen (zum Erreichen eines "ergodischen Kanals"). Die Datenübermittlung wird daher typisch um das drei- bis zehn-fache (je nach EC-Effizienz) der Kanal-Fadedauern verzögert. Diese dauern typisch 1 bis 10 Millisekunden, jeder EC-gesicherte FSO Link verzögert also die Datenübertragung um typisch 50 bis 100 Millisekunden. Besteht ein Datennetzwerk aus mehreren solcher FSO-Links hintereinander, so entstehen Gesamtverzögerung von einigen 100ms, was für viele Kommunikationsanwendungen (Telefonie, Videokonferenz, Online-Gaming) unakzeptabel ist. Wie zuvor beschrieben, erfordert ein effizientes FEC-basiertes EC-Verfahren Einflusslängen und damit Verzögerungen, die sehr viel länger sind als das eigentlich zu kompensierende Fading-Ereignis. Bei ARQ orientiert sich die Verzögerung zwar an der Dauer des tatsächlichen aktuellen Fade Ereignisses. Es kommt dadurch aber zu unvorhersagbaren Variationen (Jitter) der Verzögerung, was ebenfalls in vielen Anwendungen nachteilig ist. Zudem können die "Repeat-Requesf'-Pakete im Rückkanal ebenfalls verloren gehen, was zu weiteren unvorher-sagbaren Übermittlungsverzögerungen und Verringerung der Datenübertragungsleistung führt.
Ein üblicher Weg zur Erfassung und Kompensation von Fading ist ein zusätzlicher Kommunikationskanal zwischen den Partnern, über den die aktuelle Qualität des empfangenen Signals ausgetauscht wird (Channel State Information, CSI). Die Partner können mit diesem Wissen entsprechend reagieren . Wenn Partner "A" weiß, dass sein Signal durch Brechungsindexfading gestört wird und bei "B" gerade eine geringe Signalamplitude empfangen wird, so kann "A" z.B. den FEC-Overhead erhöhen (mehr Bitfehler können dann korrigiert werden, allerdings verringert sich die Nettodatenrate dadurch vorübergehend etwas,) oder seine Datenrate verringern oder das Senden von Daten ganz einstellen (da "A" je nach Fading-Stärke sowieso davon ausgehen muss, dass nichts bei "B" ankommt). Weitere Adaptionsmethoden existieren. Der Nachteil hierbei ist aber, dass solch ein zusätzlicher Kommunikationskanal physikalisch eingerichtet werden muss. Nimmt man stattdessen den sowieso bestehenden FSO-Datenlink, so ist der Austausch der CSI ebenfalls vom Fading betroffen - die CSI kommt damit gar nicht erst beim Partner an.
In US-A-2005/0005225, US-A-2005/0238357, US-A-2015/0171961 und DE-B- 2014 208 075 B3 sind Einrichtungen und Verfahren für die optische Freistrahldatenübertragung beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Verzögerungszeiten zur Fehlerkorrektur bei sich verschlechternden Übertragungseigenschaften eines optischen Freistrahl- kanals zu verringern. Außerdem soll ein neues EC-Verfahren angegeben werden.
Zu Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Aufrechterhaltung der Übertragung von Daten in einem optischen Freistrahlkanal im Falle verschlechterter Übertragungseigenschaften des Freistrahlkanals vorgeschlagen, mit den folgenden Schritten :
Bereitstellen von Terminals mit symmetrischer Terminalgeometrie d.h. mit gleicher Terminalkonstruktion, bei der über dieselbe Apertur längs einer gemeinsamen Strahlachse ein Sendestrahl gesendet und ein Empfangsstrahl empfangen wird,
in jedem Terminal empfangsseitig erfolgendes Ermitteln der Empfangsleistung und
in jedem Terminal senderseitig erfolgendes Ergreifen von Maßnahmen beim Senden von Daten in dem Fall der Verringerung der ermittelten Empfangsleistung und/oder des Unterschreitens mindestens eines vorgebaren Schwellwerts seitens der Empfangsleistung zur Aufrechterhaltung einer sicheren Datenübertragung und/oder einer Übertragung von Daten, und zwar insbesondere mit dem Ziel der empfangsseitigen Durchführung einer Korrektur der empfangenen Daten.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe dient darüber hinaus erfindungsgemäß die Verwendung des Phänomens der Reziprozität eines optischen Freistrahlkanals zwischen zwei Terminals mit gleicher Terminalgeometrie, d. h. gleicher Terminalkonstruktion, wobei Sende- und Empfangsstrahlen in beiden Terminals jeweils dieselbe Apertur passieren, zur Aufrechterhaltung der Datenübertragung bei sich verschlechternden Übertragungseigenschaften des Freistrahlkanals, indem
in jedem Terminal die Empfangsleistung des Empfangsstrahls ermittelt wird und
in jedem Terminal im Falle der Verringerung der ermittelten Empfangsleistung und/oder des Unterschreitens mindestens eines vorgebaren Schwellwerts seitens der Empfangsleistung zur Aufrechterhaltung einer sicheren Datenübertragung und/oder einer Übertragung von Daten Maßnahmen ergriffen werden, und zwar insbesondere mit dem Ziel der empfangsseitigen Durchführung einer Korrektur der empfangenen Daten,
wobei ergriffene Maßnahmen wieder beendet werden, wenn die ermittelte Empfangsleistung wieder ansteigt und/oder den mindestens einen
Schwellwert übersteigt.
Einzelne Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Die Erfindung macht sich den Effekt der "Kanalreziprozität" zunutze (zur "Kanalreziprozität" siehe Dirk Giggenbach, William Cowley, Ken Grant, and Nicolas Perlot, "Experimental verification of the limits of optical Channel intensity reciprocity", Appl. Opt. 51, 3145-3152, May 2012; Nicolas Perlot, Dirk
Giggenbach, "Scintillation correlation between forward and return spherical waves", Appl. Opt. 51, 2888-2893, May 2012). Die Kanalreziprozität beruht auf der Tatsache, dass bei symmetrischen Terminalgeometrien (wie sie bei bidirektionalen Inter-HAP (High Altitude Plattform)-Links der Fall sind) und wenn Sende- und Empfangsstrahl über die selbe Apertur gesendet bzw. empfangen werden ("mono-static terminal layout"), die Intensität des Signals auf der Strahlachse bei beiden Partner gleich ist. Das bedeutet, dass beide Partner dieselbe Empfangsleistungsamplitude detektieren, und damit der eine Partner bereits ohne jegliche zusätzliche Kommunikation und Verzögerung weiß, dass das Signal beim anderen Partner fadet.
Wie in der Zeichnung ersichtlich, sind die beiden Signale in der Realität nicht absolut identisch (Korrelationskoeffizient kleiner 1). Dies wird verursacht durch :
• zu große Empfangsapertur: der Korrelationskoeffizient sinkt wenn die Empfangsapertur größer als die Intensitätsspeckle wird, da dann auch nicht-identische Intensitätsflächen empfangen werden. • Unterschiedliche Pointingqualität der beiden Terminalmechaniken unterschiedliche Fades erzeugt durch ungenügende Strahlausrichtesteuerung.
• Stark asymmetrische Brechungsindexstruktur entlang des Linkpfades; z.B. können starke Turbulenzen in der Nähe eines Partners die Intensitätsstrukturgrößen so stark beeinflussen, dass nur noch sehr kleine Aperturen gute Reziprozität erzeugen.
• Zu hohe Time-of-Flight (-> Distanz) lässt die Brechungsindexstruktur entlang des Pfades ändern während die Strahlen noch in beiden Richtungen unterwegs sind. Rechnet man mit der Lichtgeschwindigkeit c=300 km/ms und nimmt einer Änderung der Brechungsindexstruktur durch Seitenwind von etwa 30 m/s an so lässt sich abschätzen, dass dies im ungünstigen Fall ab 300 km Distanz ein Problem werden kann. Hierbei ist noch zu unterscheiden, ob die HAPs durch Antrieb geostationär gehalten werden und somit gegen den Seitenwind stehen (wodurch es zu einer großen Relativgeschwindigkeit des Links im Seitenwind kommen kann), oder ob die HAPs antrieblos mit dem Wind driften (wie bei "Loon", einem Forschungsprojekt von Google, bei dem die HAPs als Ballons ausgeführt sind) - dann ist der virtuelle Seitenwind sehr viel geringer und es dürfte kaum zu einer Verringerung der Signalkorrelation kommen.
Die Erfindung betrifft also ein adaptive Übertragungsformat: Da "A" weiß, wann bei "B" die Empfangsqualität sinkt, kann "A" proaktiv reagieren, um die Datenübertragung verzögerungsfrei aufrechtzuerhalten und die Datenrate zu optimieren :
1) z.B. sendet "A" in diesem Zeitraum zusätzliche FEC-Information (FEC- Code mit erhöhter Rate), sichert also die Daten robuster ab. "B" nutzt diese zusätzliche Information, um die Datenpakete trotz erhöhter
Fehlerrate korrekt zu korrigieren .
2) Eine weitere Möglichkeit ist, dass "A" seine Datenpakete während eines Fades mehrfach sendet (umso öfter je stärker der Fade ist), und somit "B" die mehrfach empfangenen verschlechterten Daten mit entsprechenden Algorithmen kombiniert, um sie letztendlich wieder korrekt darzustellen. Hierzu können Standard-Diversitätsempfangsverfahren wie z. B. "Se- lection Combining", "Equal Gain Combining" oder "Maximum Ratio
Combining" angewandt werden, und zwar auf Bit-Ebene (dazu müssen analoge Samples der Bits gespeichert werden, bis die Wiederholung des Bits vorliegt und somit die Kombination erfolgen kann) oder auf Basis der bereits entschiedenen Bits oder Bytes (z.B. Mehrheitsentscheidung von einer ungeraden Anzahl von Bits). ) "A" kann zudem proaktiv FEC-Redundanzinformationen (eigene FEC- Pakete) nachschicken; dies ist quasi ein Hybrid-ARQ, und zwar ohne die Verzögerung, welche normalerweise bei hybrid-ARQ durch die FEC- Anforderungskommunikation entsteht. ) Mit einem variablen Datenraten-Verfahren (vDR) kann "A" weiterhin zusätzlich die Signal-Surges (Amplitudenerhöhungen) ausnutzen, um während eines Surges mehr Daten zu senden als im Mittel möglich wäre (wenn man sich sonst an der mittleren Empfangsleistung orientiert). Die Kanalkapazität wird also besser ausgenutzt. ) vDR-Verfahren - (Variation 1) : Eine frei variable Datenrate kann zusammen mit entsprechenden Empfängertypen ("schrotrauschbegrenzt") dazu genutzt werden, dass die Empfangsenergie pro Datenbit konstant ist. D.h. wenn die Empfangsleistung niedrig ist, verlängert der Sender die Bitdauer (bei konstanter Sendeleistung), damit beim Empfänger dieselbe Energie pro Bit wie bei größerer Empfangsleistung erzeugt wird. So bleibt die "Bitqualität" bzw. die Bitfehlerrate konstant. Entsprechende hier nicht behandelte Synchronisierungsalgorithmen stellen sicher, dass der Empfänger die jeweilige Datenrate korrekt identifiziert. ) vDR- Verfahren -(Variation 2) : zusammen mit einem optischen Sendeverstärker, der eine konstante mittlere Leistung erzeugt (Fiber Amplifier, wie in der opt. Telekommunikation üblich) kann die Pulsenergie des Datenstroms erhöht werden, wenn die Auszeiten im Datenstrom verlängert werden. Hierzu kann die RZ-Modulation (Return-to-Zero) in einer Abwandlung eingesetzt werden : Standardmäßig wird hier die "ON"-Phase im binären Datenstrom verkürzt (das Signal kehrt zur Null zurück - bleibt also nicht wie beim konventionellen On/Off-Keying während des ganzen "1"-Bits an). Entsprechend enthält der Puls dieselbe Energie, aber eine höhere Spitzenleistung, was zu einer besseren Bitfehlerrate führt. Zur Datenratenvariation belässt man nun die On-Puls-Länge gleich, aber ändert die Off-Zeit nach dem Puls. Die Energie (und Peakleistung) im Puls konstanter Dauer nimmt somit beim Sender zu. Dies kann damit genutzt werden, um die Pulsleistung beim Sender während eines Fades konstant zu halten. Der Empfänger sieht somit immer gleich starke Pulse, nur die Off-Zeiten danach variieren - und somit die effektive Datenrate. Umgekehrt kann das Austastverhältnis während eines Surges so geändert werden, dass die Peakleistung verringert wird und somit eine höhere effektive Datenrate erzeugt wird. Die Kanalkapazität wird somit optimal genutzt.
Allen diesen Verfahren gemeinsam ist, dass sie praktisch keine Übermittlungsverzögerung erzeugen. Zusätzlich wird die Datenübertragungskapazität des optischen Kanals besser ausgenutzt.
Mit der Erfindung wird also erreicht, dass die Verzögerungszeiten in Folge aufwendigerer Fehlerkorrekturen bei verschlechterten Kanalbedingungen verringert werden können. Die Anwendung der Erfindung ist insbesondere vorteilhaft für Kommunikationsnetzwerke, die aus vielen HAP besteht, welche durch FSO- Links über mehrere Hundertkilometer Distanz miteinander vernetzt sind. Solche HAP-Netzte befinden sich derzeit in Planung durch z. B. Unternehmen wie Google und Facebook.
Ein Aspekt der Erfindung ist also in dem Ergreifen von Maßnahmen zur Aufrechterhaltung der Freistrahldatenkommunikation bei sich verschlechternden Kanaleigenschaften (z. B. witterungs- bzw. atmosphärenbedingt) zu sehen, was wegen der Kanalreziprozität, die erfindungsgemäß ausgenutzt wird, spontan erfolgen kann, da jedes Terminal jederzeit "aus eigenen aktuellen Erfahrungen weiß", wie groß die Leistung des Empfangssignals beim jeweils anderen Terminal ist.
FSO-Kommunikationsterminals für optische Inter-HAP Datenlinks haben für
Reziprozität ideale Eigenschaften :
Sende- und Empfangsstrahl werden normalerweise schon aus Platz- und Gewichtsgründen durch dieselbe Apertur geführt (monostatisch).
Die Aperturgrößen sind aus Gewichtsgründen moderat groß (ca. 5 bis 10 cm Durchmesser) und damit in jeden Fall kleiner als die Intensitätsstrukturgrößen in der Stratosphäre.
Der optische Pfad zwischen zwei weit auseinander liegenden HAPS in der Stratosphäre hat die stärkste Brechungsindexturbulenz in der Mitte, was die Reziprozitätsqualität maximiert (Korrelationskoeffizient sehr nahe bei 1).
Gebiete der Erfindung können sein :
Optische (stratosphärische) Inter-Platform Links in HAP- Kommunikationsnetzwerken
Jegliche atmosphärische FSO-Links durch monostatische Terminalstrukturen (Ground-Ground, Aircraft-Aircraft, Aircraft-Ground, Schiff-Schiff, etc.).
Aufgrund der Kanalreziprozität kann ein Terminal also anhand der Empfangsleistung, mit der es aktuell ein Signal empfängt, davon ausgehen, dass ein von ihm ausgesendeter Sendestahl an dem Terminal am anderen Enden des Freistrahlkanals mit der gleichen Empfangsleistung empfangen wird. Somit kann das Terminal senderseitig bereits Vorkehrungen zur Sicherstellung einer im Wesentlichen fehlerfreien Datenübertragung treffen. Je nachdem, wie gering die Empfangsleistung ist (Unterschreitung mehrerer unterschiedlicher Schwellenwerte), können entsprechend aufwändigere Maßnahmen zur Sicherstellung der fehlerfreien Datenübertragung getroffen werden. Wenn die Empfangsleistung anschließend wieder größer wird, so können die Maßnahmen wieder eingestellt werden(,ggf. nach und nach).
ABKURZUNGSVERZEICHNIS
Free-Space Optics FSO
Error Control EC
Forward Error Correction FEC
Automated Repeat Request ARQ
Channel State Information CSI
High Altitude Plattform HAP
Variabel-Datenratenverfahren vDR

Claims

ANSPRUCHE
Verfahren zur Aufrechterhaltung der Übertragung von Daten in einem optischen Freistrahlkanal im Falle verschlechterter Übertragungseigenschaften des Freistrahlkanals, mit den folgenden Schritten :
Bereitstellen von Terminals mit symmetrischer Terminalgeometrie, bei der über dieselbe Apertur längs einer gemeinsamen Strahlachse ein Sendestrahl gesendet und ein Empfangsstrahl empfangen wird, in jedem Terminal empfangsseitig erfolgendes Ermitteln der Empfangsleistung und
in jedem Terminal senderseitig erfolgendes Ergreifen von Maßnahmen beim Senden von Daten in dem Fall der Verringerung der ermittelten Empfangsleistung und/oder des Unterschreitens mindestens eines vorgebaren Schwellwerts seitens der Empfangsleistung zur Aufrechterhaltung einer sicheren Datenübertragung und/oder einer Übertragung von Daten, und zwar insbesondere mit dem Ziel der empfangs- seitigen Durchführung einer Korrektur der empfangenen Daten.
Verfahren zur Aufrechterhaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als senderseitig zu ergreifende Maßnahme zusätzliche Fehlerkor rekturcod es pro Datenpaket und/oder zusätzlich zu Datenpakten Fehlerkorrekturcodepakete gesendet werden.
Verfahren zur Aufrechterhaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als senderseitig zu ergreifende Maßnahme ein oder mehrere Datenpakete mit oder ohne Fehlerkorrekturcode mehrfach gesendet werden.
Verfahren zur Aufrechterhaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als senderseitig zu ergreifende Maßnahme die Datenübertragungsrate herabgesetzt wird, wobei die Empfangsenergie pro Datenbit größer als ein vorgebbarer Mindestwert ist. Verfahren zur Aufrechterhaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als senderseitig zu ergreifende Maßnahme Auszeiten im zusendenden Datenstrom verlängert werden, wobei die Pulsleistung erhöht wird.
Verfahren zur Aufrechterhaltung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass senderseitig ergriffene Maßnahmen wieder beendet werden, wenn die ermittelte Empfangsleistung wieder ansteigt und/oder den mindestens einen Schwellwert übersteigt.
Verwendung der Reziprozität eines optischen Freistrahlkanals zwischen zwei Terminals mit gleicher Terminalgeometrie, wobei Sende- und Empfangsstrahlen in beiden Terminals jeweils dieselbe Apertur passieren, zur Aufrechterhaltung der Datenübertragung bei sich verschlechternden Übertragungseigenschaften des Freistrahlkanals, indem
in jedem Terminal die Empfangsleistung des Empfangsstrahls ermittelt wird und
in jedem Terminal im Falle der Verringerung der ermittelten Empfangsleistung und/oder des Unterschreitens mindestens eines vorgebaren Schwellwerts seitens der Empfangsleistung zur Aufrechterhaltung einer sicheren Datenübertragung und/oder einer Übertragung von Daten Maßnahmen ergriffen werden, und zwar insbesondere mit dem Ziel der empfangsseitigen Durchführung einer Korrektur der empfangenen Daten, wobei
ergriffene Maßnahmen wieder beendet werden, wenn die ermittelte Empfangsleistung wieder ansteigt und/oder den mindestens einen Schwellwert übersteigt.
Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als senderseitig zu ergreifende Maßnahme zusätzliche Fehlerkorrekturcodes pro Datenpaket und/oder zusätzlich zu Datenpakten Fehlerkorrekturcodepakete gesendet werden .
9. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als sender- seitig zu ergreifende Maßnahme ein oder mehrere Datenpakete mit oder ohne Fehlerkorrekturcode mehrfach gesendet werden.
10. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als sender- seitig zu ergreifende Maßnahme die Datenübertragungsrate herabgesetzt wird, wobei die Empfangsenergie pro Datenbit größer als ein vorgebbarer Mindestwert ist.
11. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als sender- seitig zu ergreifende Maßnahme Auszeiten im zusendenden Datenstrom verlängert werden, wobei die Pulsleistung erhöht wird.
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