(位于鄰近衛(wèi)星上)將該信號(hào)再引導(dǎo)到地面終端收發(fā)器328。在該被接收的光信號(hào)被發(fā)送到用戶(hù)334進(jìn)行進(jìn)一步處理前，該被接收的光信號(hào)被光學(xué)前置放大器330和光學(xué)功率放大器332放大。在一些實(shí)施例中，地面收發(fā)器308和328在兩個(gè)不同的站點(diǎn)處。衛(wèi)星收發(fā)望遠(yuǎn)鏡310、鄰近衛(wèi)星收發(fā)望遠(yuǎn)鏡318和地面收發(fā)器(望遠(yuǎn)鏡)308和328均能夠指向并且追蹤他們的目標(biāo)望遠(yuǎn)鏡，正如在圖3中所示的“APT”(獲取、指向、追蹤)。該光通信信道體系有時(shí)也被稱(chēng)為彎管。如上所述，光信號(hào)沒(méi)有被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，所以就像光信號(hào)僅僅在一個(gè)彎管中穿過(guò)，該彎管接收該信號(hào)并該改變它到另一個(gè)地面站點(diǎn)或衛(wèi)星的傳播方向。
[0048]圖4是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的機(jī)載光學(xué)硬件系統(tǒng)400的簡(jiǎn)化方框圖。圖4被簡(jiǎn)化以?xún)H顯不光學(xué)開(kāi)關(guān)408的一個(gè)目的站(destinat1n)。如圖所不，輸入的光信號(hào)被光學(xué)擴(kuò)束器414接收，并被光學(xué)前置放大器412前置放大。在一些實(shí)施例中，基于鏈路預(yù)算，輸入的光信號(hào)中的每個(gè)進(jìn)入的比特包含約400個(gè)光子。無(wú)論是在地面或另一個(gè)衛(wèi)星，為了在下一個(gè)階段達(dá)到相同的水平，信號(hào)需要被放大大約4百萬(wàn)倍。前置放大的光信號(hào)可以接著通過(guò)復(fù)用器相合并。被末級(jí)功率放大器410放大后，單個(gè)信道的被合并的信號(hào)接著被光學(xué)主放大器404放大和被去復(fù)用器406去復(fù)用，然后被傳送到光學(xué)開(kāi)關(guān)(交叉開(kāi)關(guān))408，以通過(guò)擴(kuò)束器414被引導(dǎo)到特定的目的站。在一些實(shí)施例中，復(fù)用器和去復(fù)用器可以被移除，這是因?yàn)榉珠_(kāi)的主放大器被用于每一個(gè)前置放大器。
[0049]光學(xué)放大器被設(shè)計(jì)成極低噪音的，使得光子散粒噪聲成為主要的噪音來(lái)源。光學(xué)放大器可以包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)濾波器，以降低來(lái)自前一階段的光信號(hào)中可能包括的任何噪聲。三個(gè)放大階段是最優(yōu)選擇，即，前置放大器優(yōu)選用于低噪音，末級(jí)功率放大器優(yōu)選用于插墻式功率效率(電-光轉(zhuǎn)換效率)，而主放大器平衡了兩種需要。在一些實(shí)施例中，光學(xué)擴(kuò)束器被設(shè)置為使用密集波分復(fù)用(DWDM)為每個(gè)地面站點(diǎn)提供雙向的100Gbps(或者更高)的帶寬鏈接。
[0050]在一些實(shí)施例中，平面型波導(dǎo)(PWG)激光器被用于全部三種類(lèi)型的光學(xué)放大器，但是也可以使用其它選擇，例如，摻鉺光纖放大器(EDFA)和半導(dǎo)高縱橫比芯(SHARC)光纖激光放大器。例示性的SHARC激光放大器由于2007年8月9日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?009/0041061的共同擁有的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)，該申請(qǐng)的整體內(nèi)容在此被明確引用以作為參考。在一些實(shí)施例中，擴(kuò)束器414為具有萬(wàn)向架和快速轉(zhuǎn)向鏡(FSM)的1cm上/下擴(kuò)束器。在一些實(shí)施例中，光學(xué)前置放大器412能夠?qū)⑤斎氲男盘?hào)放大大約4000倍(增益)，并且由每個(gè)信道0.25 UW的輸入信號(hào)變成每個(gè)信道信號(hào)輸出ImW信號(hào)。在一些實(shí)施例中，光學(xué)主放大器404具有約250倍的增益，并且能夠?qū)?0個(gè)信道中的每個(gè)信道0.4mff的輸入信號(hào)放大到80個(gè)信道中每個(gè)信道為10mW或者80個(gè)信道一共8W的輸出信號(hào)。在其它的實(shí)施例中，設(shè)置有多個(gè)主放大器，每個(gè)主放大器與前置放大器配對(duì)，并且輸入到NxN光學(xué)交叉開(kāi)關(guān)，并且能夠獲得10個(gè)信道中每個(gè)信道大約0.4mff的輸入信號(hào)和10個(gè)信道中每個(gè)信道10mW或10個(gè)信道一共IW的輸出信號(hào)。在一些實(shí)施例中，光學(xué)功率放大器410具有大約25倍的增益，并且能夠?qū)?0個(gè)信道中每個(gè)信道0.4mff的輸入信號(hào)放大到10個(gè)信道中每個(gè)信道IW的輸出信號(hào)。
[0051]光學(xué)(交叉)開(kāi)關(guān)能夠執(zhí)行不同的開(kāi)關(guān)方法，允許完全透明的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接或者更加靈活的所有地面站點(diǎn)之間的網(wǎng)狀連接。每一個(gè)輸入都可以與任意輸出相連接而不會(huì)阻礙其它輸入。在一些實(shí)施例中，光學(xué)開(kāi)關(guān)使用微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)，將多個(gè)小反光鏡根據(jù)指令傾斜，從而將每個(gè)光信號(hào)從它的輸入反射到特定的輸出。在一些實(shí)施例中，使用低損耗壓電開(kāi)關(guān)。
[0052]圖5是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的機(jī)載光學(xué)硬件系統(tǒng)500的示例性方框圖。在此，擴(kuò)束器502用于與最近的相鄰衛(wèi)星的衛(wèi)星間通信，擴(kuò)束器504用于與下游下一個(gè)最近的鄰近衛(wèi)星的衛(wèi)星間通信。同樣地，擴(kuò)束器506用于與最近的相鄰衛(wèi)星的衛(wèi)星間通信，擴(kuò)束器508用于與上游下一個(gè)最近的鄰近衛(wèi)星的衛(wèi)星間通信。在一些實(shí)施例中，擴(kuò)束器502、504、506和508每一個(gè)都是多個(gè)位置安裝有FSM的30cm的ISL擴(kuò)束器。在一些實(shí)施例中，用于與最近的相鄰衛(wèi)星連接的ISL擴(kuò)束器(502和506)的直徑是所述尺寸的一半，即15cm。另夕卜，四個(gè)擴(kuò)束器510用于地面通信，并且兩個(gè)或更多個(gè)額外的光學(xué)擴(kuò)束器512用作冗余的目的。如圖所示，每個(gè)擴(kuò)束器都與功率放大器和前置放大器相關(guān)聯(lián)。
[0053]復(fù)用器、主放大器、去復(fù)用器和光學(xué)交叉開(kāi)關(guān)514的功能與圖4中所描述的相似。每個(gè)放大器可以包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)過(guò)濾器以降低信號(hào)噪音。在一些實(shí)施例中，機(jī)載光學(xué)硬件包括有效負(fù)載結(jié)構(gòu)和熱子系統(tǒng)516、有效負(fù)載電子裝置518和有效負(fù)載軟件520。有效負(fù)載結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)支持且熱子系統(tǒng)提供溫度控制，這些是有效負(fù)載的功能。有效負(fù)載電子裝置接收網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接指令并且控制對(duì)光學(xué)交叉開(kāi)關(guān)的設(shè)置，并且有效負(fù)載軟件解釋指令的字符串并將其翻譯成正確的開(kāi)關(guān)指令。如圖所示，光學(xué)放大器被分布有多個(gè)高增益前置放大器、一個(gè)或多個(gè)主放大器和多個(gè)功率放大器。在一些實(shí)施例中，一些重新生成的脈沖可以添加到有效負(fù)載硬件，但是錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正(EDAC)和多普勒修正被延遲直到信號(hào)到達(dá)地面上的目的站。
[0054]圖6是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的機(jī)載光學(xué)硬件系統(tǒng)600的示例性方框圖。在這些更簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，沒(méi)有用于將單個(gè)信道從信道束中分隔出去的復(fù)用器和去復(fù)用器。因此，處理(放大和轉(zhuǎn)接)在每一個(gè)信道束而非每個(gè)單獨(dú)的信道上執(zhí)行。擴(kuò)束器、前置放大器和功率放大器與圖5中所描述的相似。在這些實(shí)施例中，每一個(gè)通過(guò)衛(wèi)星中繼的連接都有單獨(dú)的主放大器，這樣主放大器的每個(gè)放大器可以被設(shè)計(jì)為有較低的功率需求和降低的熱負(fù)載。光學(xué)交叉開(kāi)關(guān)可以與圖5中所示的NxN方案相似。
[0055]將空間傳輸部分設(shè)計(jì)為全光中繼形式降低了有效負(fù)載的尺寸、重量和功率?？臻g中的光學(xué)開(kāi)關(guān)具有多種水平的轉(zhuǎn)接復(fù)雜性，允許全透明或完全靈活的世界范圍的網(wǎng)絡(luò)連接。使用多個(gè)衛(wèi)星間鏈接望遠(yuǎn)鏡增加了網(wǎng)絡(luò)冗余，同時(shí)為這些望遠(yuǎn)鏡增加仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)允許隨時(shí)在網(wǎng)絡(luò)中添加新衛(wèi)星、移除失效衛(wèi)星。使用多個(gè)上行/下行鏈路望遠(yuǎn)鏡允許每個(gè)衛(wèi)星支持其負(fù)責(zé)的運(yùn)行區(qū)域范圍內(nèi)的多個(gè)地面站點(diǎn)，而在每個(gè)望遠(yuǎn)鏡的視野區(qū)域內(nèi)使用雙視線控制回路增加了本地站址分集，以減少云的影響。這樣，每個(gè)上行/下行鏈路望遠(yuǎn)鏡可以同時(shí)跟蹤兩個(gè)本地站點(diǎn)，并且無(wú)論使用其中的哪一個(gè)都能夠具有更清楚的視線。
[0056]此外，本發(fā)明的機(jī)載光學(xué)硬件為輸入的比特流提供了透明的中繼，并且在主衛(wèi)星的使用年限內(nèi)適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的提高和修改，這是因?yàn)樵摴鈱W(xué)彎管獨(dú)立于任何標(biāo)準(zhǔn)，所以標(biāo)準(zhǔn)的任何變化都可以通過(guò)地面硬件的變化來(lái)調(diào)整。
[0057]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不背離本發(fā)明的寬泛創(chuàng)造性的范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的上述和其它實(shí)施例進(jìn)行各種修改。因此，將會(huì)理解的是本發(fā)明不限于所公開(kāi)的特定的實(shí)施例或結(jié)構(gòu)，而是覆蓋本發(fā)明權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍和精神內(nèi)的任何改變、重組或變形。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自由空間光通信系統(tǒng)，包括: 多個(gè)衛(wèi)星的衛(wèi)星群，所述多個(gè)衛(wèi)星中的每一個(gè)衛(wèi)星都包括: 多個(gè)衛(wèi)星間光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，所述多個(gè)衛(wèi)星間光學(xué)望遠(yuǎn)鏡用于與多個(gè)鄰近衛(wèi)星光通信，其中每個(gè)所述衛(wèi)星間光學(xué)望遠(yuǎn)鏡都能夠調(diào)節(jié)該衛(wèi)星間光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的傾斜角度以適應(yīng)所述衛(wèi)星群中衛(wèi)星數(shù)量的變化，和 多個(gè)上行/下行鏈路光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，所述多個(gè)上行/下行鏈路光學(xué)望遠(yuǎn)鏡用于與多個(gè)地面站點(diǎn)光通信，每個(gè)地面站點(diǎn)都具有兩個(gè)或更多個(gè)地面光學(xué)望遠(yuǎn)鏡， 其中，當(dāng)所述衛(wèi)星群通過(guò)給定地面站點(diǎn)時(shí)，給定衛(wèi)星的上行/下行鏈路望遠(yuǎn)鏡中的一個(gè)或多個(gè)被設(shè)置為追蹤所述給定地面站點(diǎn)的至少兩個(gè)相應(yīng)的地面光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，并且發(fā)送數(shù)據(jù)到與所述給定衛(wèi)星具有最清晰視線的地面光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)所述衛(wèi)星間光學(xué)望遠(yuǎn)鏡利用圓極化或者光譜多樣性提供雙向光信號(hào)路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，給定衛(wèi)星的所述上行/下行鏈路望遠(yuǎn)鏡中的一個(gè)或多個(gè)被設(shè)置為連續(xù)且實(shí)時(shí)地追蹤所述給定地