(57)【要約】  安定化された超高帯域能力トランシーバシステムは、同時的なポイント・ツー・ポイントの商用通信のための組み合わせ装置として、Ｅバンド（７１〜７６ＧＨｚ，８１〜８６ＧＨｚ）のミリ波ＲＦトランシーバに、目に安全な適応光学系の光無線（ＦＳＯ）トランシーバを組み合わせてなる。該装置は、ストレスのある環境条件下での、高い信頼度のキャリアの利用可能性を有する。該装置は、近隣の見通せる装置間でのミリ波及びＦＳＯ光ビームの指向性と安定性を確立し維持する。該装置は、悪天候のために光学的キャリアリンクが損なわれた場合に、該ＦＳＯの光学的キャリアリンクを急速に取得し且つ再取得する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線データ送信のための統合化された装置であって、
アンテナを含み、遠隔の装置と無線周波数（ＲＦ）リンクを形成するミリ波無線周波数（ＲＦ）トランシーバと、
前記ミリ波ＲＦトランシーバの前記アンテナとほぼ同一方向に向けられる光源を含み、前記遠隔の装置と光無線リンクを形成する光無線トランシーバと、
前記ミリ波ＲＦトランシーバ及び前記光無線トランシーバを前記遠隔の装置の方に指向させるために、前記ミリ波ＲＦトランシーバと前記光無線トランシーバの両方に結合されたジンバルアセンブリと
を備える統合化された装置。
【請求項２】
前記ミリ波ＲＦトランシーバは、Ｅバンドの無線周波数波を送信する、請求項１の統合化された装置。
【請求項３】
前記ミリ波ＲＦトランシーバは、前記リンクの再取得を容易にするために拡散スペクトルデータ信号をバックチャンネルに送信し、前記バックチャンネルは、高いデータレートの波形に比べて感度強化された波形を含む、請求項１の統合化された装置。
【請求項４】
前記バックチャンネルを介して送られる前記データ信号は、前記ＲＦリンク及び前記ジンバルアセンブリの健康状態をリアルタイムに提供する、請求項３の統合化された装置。
【請求項５】
前記バックチャンネルを介して送られる前記データ信号は、第２の統合化された装置によって送信された光信号の送信強度のための制御情報を提供するものであり、該制御情報は、前記光無線トランシーバでの前記光信号の受信強度に基づいている、請求項３の統合化された装置。
【請求項６】
前記ミリ波ＲＦトランシーバは、前記リンクの取得を容易にするために、協調した走査技術を使用してデータ信号を送信する、請求項１の統合化された装置。
【請求項７】
前記光無線トランシーバは、目に安全なレーザ搬送波を含む、請求項１の統合化された装置。
【請求項８】
前記光無線トランシーバは、実質的にコリメート化された光信号を送信する、請求項１の統合化された装置。
【請求項９】
前記光無線トランシーバは、受信及び送信した光の波面を部分的に補正するための適応光学システムを具備する、請求項１の統合化された装置。
【請求項１０】
前記適応光学システムは、チップチルトを含む波面誤差を測定するための波面センサを具備する、請求項９の統合化された装置。
【請求項１１】
前記光無線トランシーバは、入射する光無線データストリームの振幅制御のための可変光減衰器を具備する、請求項１の統合化された装置。
【請求項１２】
前記光無線トランシーバは、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）を使用して複数チャンネルにわたるデータを送信する、請求項１の統合化された装置。
【請求項１３】
前記トランシーバは、複数のデータキャリアレートで動作する、請求項１の統合化された装置。
【請求項１４】
前記ミリ波ＲＦトランシーバと前記光無線トランシーバの少なくとも一方が前方誤り訂正を組み込んだデータを送信する、請求項１の統合化された装置。
【請求項１５】
前記光無線トランシーバは、高優先度データと低優先度データを送信し、前記ミリ波ＲＦトランシーバは、高優先度データを送信する、請求項１の統合化された装置。
【請求項１６】
ギガビットのイーサネット（登録商標）フォーマット若しくは光ファイバーフォーマットでデータを処理することができる回路ボードを更に具備する、請求項１の統合化された装置。
【請求項１７】
前記ミリ波ＲＦトランシーバ、前記光無線トランシーバ及び前記ジンバルアセンブリに結合する移動プラットフォームを具備し、前記ジンバルアセンブリが前記移動プラットフォームの動きを制御する、請求項１の統合化された装置。
【請求項１８】
前記ミリ波ＲＦトランシーバと、前記光無線トランシーバと、データ送信を可能にするように該光無線トランシーバに整列した開口とを包含する環境囲いを具備する、請求項１の統合化された装置。
【請求項１９】
前記ジンバルアセンブリは、前記環境囲いに対して内部に配置される、請求項１８の統合化された装置。
【請求項２０】
前記環境囲いの前記開口は、前記光無線トランシーバの送信を透過する光学的窓からなる、請求項１８の統合化された装置。
【請求項２１】
前記光学的窓は、該光学的窓の結露を防ぐヒーターを具備する、請求項２０の統合化された装置。
【請求項２２】
前記ジンバルアセンブリは、前記環境囲いに対して内部に配置される、請求項１８の統合化された装置。
【請求項２３】
第１の携帯電話基地局又は現存のネットワークポイントにおいて組み込まれる、請求項１の統合化された装置。
【請求項２４】
前記遠隔の装置が前記第１の携帯電話基地局から離れた第２の携帯電話基地局又は現存のネットワークポイントにおいて組み込まれている、請求項１の統合化された装置。
【請求項２５】
遠隔の装置との通信リンクを維持するための方法であって、
ミリ波無線周波数（ＲＦ）トランシーバから無線周波数信号を送信することと、
前記ミリ波ＲＦトランシーバにおいてＲＦ応答信号を受信することと、
前記ＲＦ応答信号に基づいてジンバルアセンブリの方向付けを調整することと、ここで、前記ジンバルアセンブリは、前記ミリ波ＲＦトランシーバと光無線トランシーバとを備える移動プラットフォームに結合されており、
前記光無線トランシーバから光無線信号を送信すること、
からなる方法。
【請求項２６】
前記無線周波数信号を送信することは、協調した走査技術を使用して監視チャンネル上にデータ信号を送信することを含む、請求項２５の方法。
【請求項２７】
前記無線周波数信号を送信することは、拡散スペクトル走査技術を使用して拡散スペクトルデータ信号をバックチャンネルに送信することを含む、請求項２５の方法。
【請求項２８】
前記光無線トランシーバにおいて光無線応答信号を受信することと、
前記光無線応答信号に基づいてジンバルアセンブリの方向付けを調整すること、
を更に含む請求項２５の方法。
【請求項２９】
前記光無線応答信号に基づいて前記ジンバルアセンブリの方向付けを調整することは、前記光無線応答信号に対して重心アルゴリズムを適用することを含む、請求項２８の方法。
【請求項３０】
前記光無線応答信号に基づいて前記ジンバルアセンブリの方向付けを調整することは、
波面センサを使用して前記光無線応答信号の波面を測定することと、ここで、前記波面はチップチルト成分を含み、
該測定された波面の前記チップチルト成分を使用して、ファーストステアリングミラー（ＦＳＭ）及び前記ジンバルアセンブリを制御すること、
からなる請求項２８の方法。
【請求項３１】
前記測定された波面を使用して、変形可能ミラーを制御することを更に含む、請求項３０の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線周波数（radio frequency: ラジオ周波数）のデータ通信及び光無線（free space optical: フリースペース光学的）のデータ通信の双方に関し、特に、Ｅバンドのミリ波無線周波数のデータ通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
２００３年に、Ｅバンドのミリ波無線周波数（ＲＦ）スペクトルとしても知られている、７０ＧＨｚ及び８０ＧＨｚ帯域内のスペクトルの１３ＧＨｚ使用について、ＦＣＣ（連邦通信委員会）はライセンスした。このスペクトル内の１０個の帯域が、ギガビットのデータ伝送レートで動作する広域固定無線用途のために商業的に利用可能とされた。この用途は、ポイント・ツー・ポイントのローカル無線ネットワークとブロードバンドのインターネットアクセスを含む。Ｅバンド信号を通したデータの通信は、特にファイバー敷設コストのために都市エリアにおいて、よりコストのかかるファイバー解決策とは別の安価なものとして、潜在的にサービスする。ＥバンドＲＦ伝送は、ネットワークサービスプロバイダーと顧客との間の所謂「ラストワンマイル」における短距離無線接続のためのギャップを充当するためにはコスト効率のよい解決策である。ＥバンドＲＦ伝送は、ファイバーベースの解決策で利用可能なレートの低い方の終わりに重なるデータレートを提供することもできる。
【０００３】
無線周波数におけるその配置（７１〜７６及び８１〜８６ＧＨｚ）のために、Ｅバンドデータ通信は、濃霧、埃のような風媒粒子、及び大気の乱れによる干渉に対してそれほど敏感ではない。しかし、Ｅバンドデータ通信は、雨による性能低下には敏感である。暴風雨中は、最も良くてもデータの再送信を繰り返す必要があり、最悪にはサービスを中断するなど、雨は、Ｅバンドにおけるラジオ波の送信を妨げる。
【０００４】
Ｅバンドにおけるラジオ波は、狭いペンシルビームのような特性を持ち、その結果、Ｅバンド信号を生成するアンテナは、隣接するチャンネルとの干渉に関係することなく、互いに密接して配置されることができる。しかし、ＥバンドＲＦビームの狭いペンシルビームのような特性のために、Ｅバンド送信器は、データ送信を確実にするために、その受信器に正確に指向されねばならない。風やその他の気象によるねじれ及び振れ運動が、Ｅバンド対データ送信におけるより低い周波数でのデータ送信を、より容易に中断させ得る。
【発明の概要】
【０００５】
無線データ送信のための統合化された装置を提供するために、本発明の実施例は、共通の安定化アセンブリ上で、ミリ波（ｎｍｍＷ）無線周波数（ＲＦ）データ送信に光無線（ＦＳＯ）データ送信を組み合わせる。この装置は、大規模商用ネットワークの一部として使用され得る。この装置は、ストレスのある環境条件下であっても、ハイレベルのキャリア利用可能性を保証する。更に、この装置は、雨と霧が一緒に起こるというありそうもない場合に、少なくともミリ波ＲＦ制御リンクが動作可能状態に留まることを補償する。
【０００６】
この装置の構成要素は、ミリ波トランシーバと光無線（ＦＳＯ）トランシーバとを含む。これらのトランシーバは、シェルター化された囲いの中のジンバルアセンブリに接続された安定化された取付用プラットフォーム上に取り付けられる。該シェルター化された囲いは、例えば携帯電話基地局又は現存のネットワークポイントにおいて、静止プラットフォーム上に搭載され、見通せる範囲内で離れて位置する近隣の携帯電話基地局と相並ぶように地上高くに位置される。一実施例において、該シェルター化された囲いは、前記安定化された取付用プラットフォームをサポートするための静止装置をも含んでいる。この静止装置は、前記ジンバルアセンブリ用の駆動制御装置と、電力調整及び分配のための電子機器と、信号処理用電子機器群とを含む。該安定化されたプラットフォーム上の電子機器は、その電力消費と荷重を減少するために、最小限のものとされる。
【０００７】
前記ジンバルアセンブリは、ミリ波アンテナとＦＳＯトランシーバの両方が、補完装置を含む近隣の携帯電話基地局を正確に指向することを保証する。ミリ波及びＦＳＯ搬送波ビームの両方の狭さのために、高度の安定性が移動プラットフォームに要求される。前記ジンバルアセンブリは、さもなければ前記トランシーバのどちらかの通信を中断させるかもしれないような環境の影響（例えば携帯電話基地局の振動及び揺れ）を修正することができる。該ジンバルアセンブリの粗い閉ループ動作は、最初に前記ミリ波ＲＦトランシーバによって提供され、その後、精密な取得が前記ＦＳＯトランシーバによって行われる。該ＦＳＯトランシーバは、ジンバルアセンブリの指向とトランシーバの安定性に対する方向付けされた修正を送るファーストステアリングミラーアセンブリを含む。
【０００８】
激しい雨と霧の同時発生のために前記ＲＦ及びＦＳＯの両方のキャリアリンク（搬送回線）が損なわれるというありそうもない場合には、本装置は通信リンクの急速な再取得が可能である。本装置は、ミリ波ＲＦキャリア上で低いデータレートのバックチャンネルを使用するものであり、それはスペクトル拡散コードを使用してベースバンドの搬送波（キャリア）信号を拡散させ、より大きな受信感度を可能にする。こうして、ミリ波ＲＦリンク（ミリ波無線回線）は、荒れ模様の天候においてさえも、粗い制御修正を提供するのに必要な連結性の少なくとも最小量を前記ジンバルアセンブリに提供することができる。
【０００９】
別の実施例によれば、ＦＳＯリンク（光無線回線）は、前記ＲＦリンクよりもかなり高いデータレートを持つように構成される。この場合、本装置は、また、データの送信を優先付けすることが可能である。一実施例において、該ＦＳＯリンク上でスループットの高レベルが利用可能なとき、より高い優先度のデータが両方のトランシーバによって送信され、より低い優先度のデータはＦＳＯトランシーバのみによって送信される。別の実施例では、もしＲＦリンクとＦＳＯリンクが同様なデータレートを持つならば、高い優先度のデータが両方のリンクによって送信され、低い優先度のデータはＲＦ及びＦＳＯの残余のデータ容量間で分割されるようにしてよい。
【００１０】
伝送経路が雨によって影響を受ける場合は、前記ＦＳＯトランシーバは雨による悪影響をそれほど受けないので、データ送信への悪影響は最小限とされる。反対に、伝送経路が霧又はその他の粒子によって影響を受ける場合は、前記ミリ波ＲＦトランシーバはそれらの気象状態による悪影響をそれほど受けないので、データ送信への悪影響は最小限とされる。
【００１１】
本発明の他の特徴及び目的は、以下の説明及び請求の範囲から明らかであり、かつ、図をもって本発明の好ましい実施例及びその原理を示している添付図面において説明される。同じ又は等価な原理を実施する本発明の他の実施例が使用されてよく、また、本発明又は添付の請求の範囲から逸脱することなく、当業者によって望まれるように、構成変更がなされてよい。
【００１２】
一実施例において、トランシーバによって送信されるデータは、データ保護及び損失緩和技術を組み込んでいる。一実施例において、送信されるべきデータは、パケット損失に対するロバスト性を改善するために前方誤り訂正を組み込むように予め処理されてよい。一実施例において、瞬間的接続停止から消えたデータを復旧するために、パケット再送信が使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の実施例の教示は、以下の詳細な説明を添付図面に関連して考慮することによって容易に理解され得る。
【００１４】
【図１】フリースペースを介して（無線）通信するために２つの統合化された通信装置を使用する、統合化された商用通信ネットワークのシステム図。
【００１５】
【図２】一実施例に従い、ジンバル制御されるプラットフォーム上に双方が搭載されたＥバンドミリ波トランシーバ及びＦＳＯトランシーバを含む１つの統合化された通信装置の側面図。
【００１６】
【図３】一実施例に従い、信号の取得及び再取得に関係する前記トランシーバの構成要素を示す図。
【００１７】
【図４】一実施例に従う、前記統合化された通信装置による通信リンクの取得及び再取得のための処理を示すフローチャート。
【００１８】
【図５】一実施例に従う、前記統合化された通信装置内の電子装置のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
全体的な概観及び利点
１つの統合化された通信装置は、もう１つの同様な装置との間で、完全に二重化されたデータの交換を容易にするために、商用通信ネットワークの一部として使用され得る。この装置は、悪い気象条件においてさえも、高いキャリア利用可能性若しくは動作可能時間を維持するように構成される。この装置は、２台のトランシーバ、つまり１台のミリ波（ｎｍｍＷ）無線周波数（ＲＦ）トランシーバ及び１台の光無線（ＦＳＯ：フリースペース光学的）トランシーバ、を含む。一実施例において、ミリ波ＲＦトランシーバは、ＥバンドのＲＦレンジ若しくは７０ＧＨｚ及び８０ＧＨｚ無線周波数帯域内のスペクトルの１３ＧＨｚで動作する。一実施例において、該ミリ波ＲＦトランシーバは、前記ＥバンドＲＦレンジ外で動作可能である。該ミリ波ＲＦトランシーバは、データを送信すること及び／又は近隣の装置とのリンクを確立することのために使用される。別の実施例において、該ＥバンドＲＦ用の電子装置は、高いデータレートの波形と、少なくとも２０ｄＢの改善された感度を持つ、追加的な低いデータレートの波形、の両方をサポートする。該低いデータレートの波形は、非常にロバストな命令と制御をバックチャンネルに提供し、かつ、最初のリンク（回線）取得又はリンク再取得をアシストすることを本来意図している。
【００２０】
ここに開示した装置の利点は、天候の影響による妨害を受けやすい現在利用可能なミリ波ＲＦシステムを増強することによって、商用通信の既存のシステムの機能向上を含む。ミリ波ＲＦトランシーバとＦＳＯトランシーバの組み合わせは相補的であり、それにより、該ＦＳＯは、ミリ波ＲＦ送信を妨害する雨のときに接続可能性をサポートし、反対に、該ミリ波ＲＦは、霧、雪、風媒粒子問題、及び大気の乱れが該ＦＳＯを妨害するような状態にあって接続可能性をサポートする。
【００２１】
ミリ波ＲＦトランシーバとＦＳＯトランシーバを統合化することは、大地ベースの光ファイバー通信システムに対する代替の解決策を提供する。ファイバーシステムは、都市エリア内で溝を掘ってファイバーを敷設することに関連してかなりのコストがかかるので、配置するのに高価なものとなる。この統合化された通信装置は、光ファイバーネットワークを構築するのに対する低コストな代替策を提供する。
【００２２】
この装置は２つの異なるトランシーバを組み込んでいるので、該装置は、１よりも多い接続を介してデータを送信することができる。これは、これらのトランシーバに悪影響を与える天候条件に基づいて採用し得る最も効率的な方法で、異なる優先度のデータが送信されることを可能にする。該装置は、また、データはＲＦとＦＳＯの両方の伝送媒体を介して送信され得るので、ジャミング、妨害、又はハッキングを通してデータ配信を無効化又は中断しようとする悪意の試みに抵抗する。
システム構成
【００２３】
図１は、自由空間を通じて通信するための２つの統合化された通信装置を用いた統合化された商業通信ネットワークを示すシステム図である。第１携帯電話基地局に設置された１つの統合化された通信装置１００ａは、前記第１携帯電話基地局から離れて位置する第２携帯電話基地局に在る別の統合化された通信装置１００ｂと通信するように構成される。２つの装置１００は、両装置が関連する周波数でミリ波ＲＦ１０１及びＦＳＯ１０２送信の双方を送信及び受信できさえすれば、同一である必要はない。統合化された装置１００は、独立型携帯電話基地局であるか、又は、別の通信又はネットワーク動作を実行する携帯電話基地局に付属したものであってよい。前記装置１００ａのトランシーバは、見通し距離内の遠隔地に位置する別の同様の装置１００ｂに向けられる。
【００２４】
装置間の距離は、サービス提供される地域の過去の気象データに依るだろう。例えば、サービス地域が頻繁に雨又は霧を被る場合、基地局間の距離は、それら気象条件がより少ない又は激しくない場合よりも、小さくなるだろう。多くの場合、或る装置は、建物や地形的特徴におり見通しがさえぎられるのを避けるために、地上の規定された高さに位置される。前記装置は、地上配備、海上配備（すなわち、海上船舶に取り付けされる）、又は、航空機上装置であってよい。
【００２５】
図２は、Ｅバンドミリ波ＲＦ及びＦＳＯトランシーバを含む統合化された通信装置の側面図であり、一実施形態によれば、Ｅバンドミリ波ＲＦ及びＦＳＯトランシーバの両方は、ジンバル制御されたプラットフォームに取り付けられる。装置１００は、環境囲い２０３を含む。環境囲い２０３の内部において、１つのミリ波ＲＦトランシーバ２０４及び１つのＦＳＯトランシーバ２０５が、ジンバルアセンブリ２０６に接続されている。一実施形態において、ジンバルアセンブリ２０６は、環境囲い２０３の外側に設置される。
【００２６】
一実施形態において、環境囲い２０３は、信号を送信するための１以上の開口を含む。各開口は、少なくとも１つのトランシーバの送信に対して透過性を有する。一実施形態において、各開口は、関連付けられたとトランシーバの送信に対する透過性を有する、それぞれ異なる素材を用いて形成される。一実施形態において、環境囲い２０３は、Ｅバンドミリ波ＲＦ１０１及びＦＳＯ１０送信の両方の伝達をできるようにする品質を持つ素材からなる、１つの共通の開口を有する。図２に示された実施形態において、装置１００は、単一の開口２１１のみを有する。この実施形態において、環境囲み２０３のハウジングは、ミリ波ＷＲＦ送信１０１を実質的に透過する。ＦＳＯトランシーバ用の開口２１１は、ＦＳＯ送信１０２を透過する光学的窓を含む。
【００２７】
環境囲い２０３は、環境悪化、又は、当該装置に備わる全ての内部的な電気的及び機械的構成要素に対する破壊、に抗する防護を提供する。一実施形態において、該環境囲み２０３は、また、内部環境に関して、例えば気温、湿度、結露及び水分など特質の管理を提供する。該環境囲み２０３は、開口２１１への降水又は着氷を妨げる又は制限するために、ヒーター、ワイパー又はその他機構２１２を用いる。
【００２８】
ミリ波トランシーバ２０４及びＦＳＯトランシーバ２０５の何れも、移動プラットフォーム２０９に取り付けられる。一実施形態において、該ＦＳＯトランシーバ２０５は、光学的ベンチに取り付けられ、その光学的ベンチは移動プラットフォーム２０９に取り付けられる。一実施形態において、該光学的ベンチ及び該移動プラットフォーム２０９は同一である。該移動プラットフォーム２０９は、ジンバルアセンブリ２０６を通じて環境囲み２０３に接続される。該ジンバルアセンブリ２０６は、前記複数のトランシーバが他の同種の複数装置と通信リンクを形成することを援助するために、該複数のトランシーバが２軸方向の可動範囲内で回転させる。移動プラットフォーム２０９での該複数のトランシーバの共通取り付けにより、それら両方の動きは、ジンバルアセンブリ２０６によって制御される。それら複数のトランシーバは、略共通のボアサイト（boresight）を共有する。
【００２９】
環境囲み２０３は、共にデータを送信、受信及び処理する静止プラットフォーム回路ボード２０７及び移動プラットフォーム回路ボード２０８を含む。該静止プラットフォーム回路ボード２０７は、移動プラットフォームから離れて設置されており、従って、ジンバル２０６の動きと共に移動しない。該静止プラットフォーム回路ボード２０７は、環境囲み２０３のポート２１０を通過するケーブル及び／又はファイバー２１３を通じて装置１００とは分離した外部の電子装置と電力及びデータを交換する。
【００３０】
移動プラットフォーム回路ボード２０８は、移動プラットフォームに接して設置される。移動プラットフォーム回路ボード２０８は、トランシーバに極めて近接してのみ機能可能となる、又は、トランシーバに極めて近接して最良に機能する複数電子装置を含む。一般に、ジンバルアセンブリ２０６への質量及び熱負荷は最少化するのが好ましい。従って、複数電子装置は、移動プラットフォーム回路ボード２０８の上にある必要はなく、その代わり、静止プラットフォーム回路ボード２０７の上に位置する。移動プラットフォーム回路ボード２０８の上から不必要な電子装置を取り外すことは、移動プラットフォーム２０９への温度付加を最小化するという利益を追加する。一実施形態において、トランシーバに極めて近接した電子装置が要求されず、したがって、該移動プラットフォーム回路ボード２０８が省略され、当該装置用の全ての電子装置が、該静止プラットフォーム回路ボード２０７の上に設置される。
【００３１】
複数トランシーバで受信されたデータは、移動プラットフォーム回路ボード２０８に通信され、移動プラットフォーム回路ボード２０８は、可能な更なる信号処理のために静止プラットフォーム回路ボード２０７にデータを送信する前に、幾つかのデータ処理を実行するだろう。静止プラットフォーム回路ボード２０７は、ケーブル２１３を通じて、外部伝送装置に前記データを送信する。
トランシーバ構造及び信号取得／再取得
【００３２】
装置１００のトランシーバ２０４及び２０５は、データ送信用の通信リンクを確立するために、ジンバルアセンブリ２０６と一体となって動く。図３は、一実施形態に従う、信号取得及び再取得に関する、複数のトランシーバの構成要素を示すブロック図である。ミリ波ＲＦトランシーバ２０４は、ミリ波ＲＦ送信を送信及び受信するためのミリ波ＲＦアンテナ３１４を含む。一実施形態において、該ミリ波ＲＦアンテナ３１４は、直径０．３メートルであり、角度約０．９度の領域を持つ。該ミリ波ＲＦアンテナ３１４は、また、ジンバルアセンブリ２０６の粗いステアリング補正に使用される。
【００３３】
前記ＦＳＯトランシーバ２０５は、フリースペース光学的（ＦＳＯ）望遠鏡３１９を含む。該ＦＳＯ望遠鏡３１９は、フリースペース光学的（ＦＳＯ）ボアサイトからなる。該ＦＳＯ望遠鏡３１９は、ＦＳＯ送信を送るためのレーザ３１５からなる。一実施例において、該レーザ３１５は、十分に二重化された目に安全な１５５０ｎｍ中央波長のレーザ搬送波からなる。前記ＦＳＯトランシーバ２０５は、適応光学系３１６を追加的に含む。一実施例において、該適応光学系３１６は、波面センサ３１７を含む。該波面センサ３１７は、波面チップチルト（tip-tilt: 先端傾き）補正のみを提供する低次のシステムを具えることができ、若しくは高次の波面収差補正（例えば焦点及び高次）を提供する高次のシステムを具えることができる。
【００３４】
前記適応光学系３１６は、大気の乱れにかかわらず、ＦＳＯ送信に対して改善された波面位相干渉性を提供する。該適応光学系３１６は、光学的点拡がり関数を改善し、それによりＦＳＯトランシーバ搬送波処理量を最大化するためにするために、光学的波面のインバウンド及びアウトバウンドの両方の補正を備えることにより、これを行う。該適応光学系３１６は、また、到着する光学的波面を測定し、且つ、その測定結果を、近隣の装置に向けて前記移動プラットフォーム２０９を最も良く方向づける方法を判定するためのデータとして、使用する。該適応光学系３１６は、ファーストステアリングアセンブリ３１８を含む。該ファーストステアリングアセンブリ３１８は、１つのファーストステアリングミラー（ＦＳＭ）３２１及び１つのＦＳＭ制御器３２０を含む。一実施形態において、前記ＦＳＭ制御器３２０は、移動プラットフォーム２０９に結合されたモータドライバからなる。
【００３５】
前記ＦＳＯトランシーバ２０５とジンバルアセンブリ２０６との間の制御システムは、リンクを確立し且つデータを通信するためにほぼコリメート化された光ビームを送信及び受信するという結果をもたらす。その結果、装置１００は、発散性の光ビームを使用せざるを得ないＦＳＯ装置に比べて、かなり遠い距離にわたってＦＳＯデータを通信することができる。一実施例において、該ＦＳＯ光ビームは、どの方向においても、「１／１０」度よりも小さな角度範囲でしか広がらない。一実施例において、該ＦＳＯは、４マイルの距離で、少なくとも９９．９９９９％のリンク使用可能時間を持つ。
【００３６】
トランシーバ２０４及び２０５の双方が共通の移動プラットフォーム２０９を共有しているので、両トランシーバは、通常は、ジンバル２０６の動きに応じて、一緒に移動する。しかし、一実施形態において、ＦＳＯトランシーバ２０５は、ＦＳＭ４０８を用いて、ミリ波ＲＦトランシーな２０４とは別個に操縦可能（ステア可能）である。波面センサ３１７は、到着する光学的ビームの強度共役を測定し、そして、前記ＦＳＭ制御器３２０に精密な制御データを提供する。該ＦＳＭ制御器３２０は移動プラットフォーム２０９の動きとは独立して、ＦＳＯ光学的ボアサイトを正確に配置するべく、ＦＳＭ３２１を移動及び／又は回転することに前記制御データを使用する。ＦＳＯ光学的ボアサイトは、到着する光学的ビームから波面センサ３１７で受信した光輝を最大化するように配置される。
【００３７】
ジンバルアセンブリ２０６は、前記トランシーバに安定性をもたせるものであり、それらのトランシーバを収容している移動プラットフォーム２０９のために粗い及び精密な動きを制御する。該ジンバルアセンブリ２０６は、両トランシーバに結合し、光無線（ＦＳＯ）及びミリ波のリンクを確立するために、遠隔の装置に向けて前記移動プラットフォーム２０９を方向づけるように遠隔の携帯電話基地局から受けた送信を使用する。該ジンバルアセンブリ２０６は、また、該移動プラットフォーム２０９の位置と方向付けに悪影響を与えるであろう外部天候の影響に反応する。該ジンバルアセンブリ２０６は、該ジンバルアセンブリ２０６の位置、速度、回転角度のための基準となるローカルフレームを提供する慣性測定ユニット（ＩＭＵ）３１３を含む。該ＩＭＵ３１３は、加速度計とジャイロスコープとを含む。従って、該ＩＭＵは、外部天候の力が該装置にもたらす、ねじれや揺れなどの移動プラットフォーム２０９の動きを検出することができる。
【００３８】
図４は、一実施形態に従う、統合化された通信装置１００通信リンク取得及び再取得処理を説明するフローチャートである。先ず、２つの携帯電話基地局の複数装置は、互いを指向するように、機械的に位置合わせされる（４３０）。一実施形態において、機械的位置合わせは、前記複数装置の最初の据え付けに際して、１度実行される必要があるだけである。
【００３９】
前記装置は、ミリ波監視チャンネル上にミリ波ＲＦ信号を送信（４３１）することにより別の遠隔の装置との最初の通信リンク取得する。ミリ波ＲＦトランシーバ２０４にとって、“チャンネル”は、例えばデータ伝送又はリンク取得／再取得など、特定の目的を実行するために前記装置１００の電子装置により認識される特定の時間及び無線周波数レンジを表す。前記監視チャンネルは、ＲＦデータチャンネルの一部分でありえるか、或いは、別の例として、この機能のために、感度強化バックチャンネルが使用されてもよい。
【００４０】
前記ミリ波ＲＦトランシーバ２０４が前記ミリ波監視チャンネル上に信号を送信する間（４３１）、前記ジンバルアセンブリ２０６は協調した走査技術を使用してサーチ領域にわたって掃引する（４３２）。この協調した走査技術は、前記遠隔の装置を見つけるために走査されるサーチ領域を最小にするる。前記送信（４３１）の目的は、別の遠隔の装置からのミリ波ＲＦ送信の受信を通して、該別の遠隔の装置の存在を検知することである。
【００４１】
前記ジンバルアセンブリ２０６によって走査又は掃引される前記サーチ領域は、走査される空間の様々なボリュームから受信されるミリ波ＲＦデータの分布に基づき収束する。或る特定の領域における受信されたＲＦ及びＦＳＯ信号の高い量は、該領域内に装置があることを示している。最初の通信リンクを得るための、前記ジンバルアセンブリ２０６に関連した前記ミリ波ＲＦトランシーバ２０４の動作は、「粗い補正」又は「粗い制御」と言われるものであってよい。
【００４２】
前記ミリ波監視チャンネル上への送信（４３１）と同時に、前記ＦＳＯトランシーバ２０５は、ＦＳＯ信号を送信してもよい（４３３）。典型的には、前記協調した走査技術が或る遠隔の装置に的を絞っているとき、該ＦＳＯトランシーバ２０５は該遠隔の装置から入射するＦＳＯ送信を波面センサ３１７で受信し始めるであろう。或る走査技術がＦＳＭ制御器３２０に対して適用され、該遠隔の装置の位置をより一層正確につきとめるために、或るサーチ領域にわたってＦＳＭ３２０を走査する。一実施例において、ファーストステアリングミラー（ＦＳＭ）３２１が該遠隔の装置の位置をより良く探し出すのを助けるために、重心アルゴリズムがＦＳＭ制御器３２０に対して適用される。該ＦＳＭ制御器３２０は、前記ジンバルアセンブリ２０６と通信し、通信リンク強度が最大になるように前記移動プラットフォーム２０９をより一層正確に指向させる。より一層強い通信リンクを得るための該ジンバルアセンブリ２０６及びＦＳＭ制御器３２０に関連する前記ＦＳＯトランシーバ２０５の動作は、「精密な補正」又は「精密な制御」と言われるものであってよい。
【００４３】
両トランシーバが遠隔の装置との接続を失った場合、ミリ波ＲＦトランシーバ２０４は、通信リンクを再取得するために、ミリ波バックチャンネルを通じて信号を送信（４３５）する。前記ミリ波バックチャンネルは、ＦＳＯトランシーバ２０５がその遠隔の対応物と接続できないときに、ジンバルアセンブリ２０６の粗い制御を維持するために使用される低帯域ミリ波ＲＦチャンネルである。前記送信（４３５）されたミリ波バックチャンネルは、拡散コードを用いるベースバンド信号から成り、該拡散コードは低帯域且つ広帯域の周波数範囲にベースバンド信号を拡散するものであり、前記周波数範囲は、前記ミリ波ＲＦデータチャンネルの周波数範囲に相関して低帯域且つ広帯域である。ベースバンド信号は、低周波数ノイズのような構造を持つ。広帯域且つ低帯域の周波数を通じて前記ベースバンド信号構造を順次に拡散することにより、大気障害に関連付けられた自然減衰生成原因に対して、高度の軽減が達成される。このことは、ミリ波ＲＦトランシーバの動作周波数において大気障害がノイズのようにみえる、という事実に、一部、起因する。一実施結滞において、ベースバンド信号送信は、データを含む。この実施形態において、近隣の装置から受信されたミリ波ＲＦベースバンド信号は、送信されたデータを回復するために、装置１００により処理される。
【００４４】
ＦＳＯトランシーバによるリンクの再取得の間、ミリ波ＲＦトランシーバ２０４は、ミリ波バックチャンネル上に信号を送信（４３５）し、前記ジンバルアセンブリ２０６はサーチ領域にわたって掃引する（４３６）。装置１００は、ミリ波バックチャンネルを通じて遠隔の装置からのＲＦ送信の受け取りによって提供されるフィードバックを用いて、スキャンされる前記サーチ領域を減少する。前記フィードバックは、ＦＳＯトランシーバが光学的リンクを再取得しようとする間に、ジンバルアセンブリ２０６の粗いポインティング制御を維持するために機能する。精密なフィードバックは、前記ＦＳＯトランシーバ２０５において受信されたデータにより、前記ジンバルアセンブリ２０６に供給される。
【００４５】
一実施形態において、前記装置は、ミリ波バックチャンネルを通じてリアルタイムでミリ波及びＦＳＯデータリンク両方の正常性を監視する。一実施形態において、正常性監視は、また、ジンバルアセンブリ２０６のリアルタイム状態に関する情報も含む。この情報は、通信ネットワークリンクの正常性を監視することに関心を持つユーザに対して、外部的に通信されてよい。一実施形態において、第１装置から第２装置へバックチャンネルを通じて送信されたデータ信号は、前記第２装置が該第２装置から該第１装置へＦＳＯトランシーバ経由で光学的信号を送信するべき強度のための制御情報を提供する。この実施形態において、前記制御情報は、前記第１装置の前記ＦＳＯトランシーバにおいて受信された光学的信号の強度に基づいている。
電子装置
【００４６】
図５は、一実施形態に従う、統合化された通信装置の中の複数電子装置のブロック図である。データは、装置１００の中で、トランシーバ２０４及び２０５の間を、前記複数電子装置を通って通信され、そして、例えばギガビットイーサネット(登録商標)フォーマット又は光学的フォーマットのどちらの電子フォーマットでも、外部インターフェースへ出力される。一実施形態において、装置１００の電子装置は、静止プラットフォーム回路ボード２０７及び移動プラットフォーム回路ボード２０８を含む。
【００４７】
前記静止プラットフォーム回路ボード２０７は、移動プラットフォーム回路ボード２０８との間で、及び、或るユーザに関連付けられた外部電子インターフェースと通信する。外部電源３０９は、静止プラットフォーム回路ボード２０７において受信され、移動プラットフォーム回路ボード２０８又は装置１００内の他の構成要素により使用するために、調節及び分配される。一実施形態において、静止プラットフォーム回路ボード２０７は、また、ジンバルアセンブリ２０６のための駆動電子装置（ＤＡＣ）３１９も含み、同様に、ＦＳＯトランシーバ２０５のファーストステアリングミラー制御器３２０のための駆動電子装置３１９も含む。
【００４８】
一実施形態において、静止プラットフォーム回路ボード２０７は、トランシーバデータ３１２及び光パワー制御３１３を処理するためのロジックを具備するデータパスＦＰＧＡ３１０を含む。データパスフィールドプログラミングゲートアレイ（ＦＰＧＡ）３１０は、マイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）３１１を含むか又ＭＰＵ３１１に付随してよい。ＦＰＧＡ３１０は、リンクシリアルインターコネクト３０８ａ及び３０８ｂを通じて、移動プラットフォーム回路ボード２０８を静止プラットフォーム回路ボード２０７にインターフェース接続する。インターコネクト３０８は、静止プラットフォーム回路ボード２０７がトランシーバ２０４及び２０５の動作機能を制御できるようにする。一実施形態において、リンクシリアルインターコネクト３０８は、同軸機能性を提供し且つＥバンドベースバンド及び中間周波数（ＩＦ）電子装置３０４を組み入れるインターコネクト３０８ｃを含む。ＥバンドベースバンドおよびＩＦ電子装置３０４は、移動プラットフォーム回路ボード２０８と静止プラットフォーム回路ボード２０７の間で、直交的に（in quadrature）ＲＦデータをポート（port）する。
【００４９】
前記静止プラットフォーム回路ボード２０７は、また、前記ＦＳＯトランシーバ２０５から光ファイバー出力３１４ａを介して受信されるデータの振幅を制御するための可変光減衰器（ＶＯＡ）３１５を含んでいてよい。この静止プラットフォーム回路ボード２０７は、また、該ＦＳＯトランシーバ２０５によって送信されるべき前記データの振幅を制御するためのエルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦＡ）３１６を含む。該ＥＤＦＡは、送信パワーレベルの急速な高精度制御ができるようにするために、或るＶＯＡによって後続されるようになっていてよい。該トランシーバによって受信されたデータ（Ｒｘ）及び送信されたデータ（Ｔｘ）は、接続３１４を通して、移動プラットフォーム回路ボード２０８へと、及び該移動プラットフォーム回路ボード２０８から該静止プラットフォーム回路ボード２０７へと、転送される。該接続３１４は、実施例に従い、電気的ケーブル又は光ファイバーであってよい。一実施例において、該ＦＳＯトランシーバ２０５を備えた該接続３１４ａは光ファイバーからなるが、前記ミリ波ＲＦトランシーバ２０４を備えた該接続３１４ｂはケーブルからなる。
【００５０】
移動プラットフォーム回路ボード２０８は、トランシーバ２０４及び０５において受信したデータを、静止プラットフォーム回路基板２０７へ通信し、且つ、外部インターフェースとも通信してよい。一実施形態において、移動プラットフォーム回路ボード２０８は、１つのＦＰＧＡ３０３からなる。移動プラットフォームＦＰＧＡ３０３は、また、リンク３０８ｂを通して双方向外部インターフェースを含む。前記移動プラットフォーム３０３は、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）３２２を含むか又はＤＳＰ３２２に接続されてよい。前記移動プラットフォームＦＰＡＧ３０３は、温度センサ３２０及びシリアル・ペリフェラル・インタフェース（ＳＰＩ）フラッシュセンサ３２１と通信し、該センサ３２０及び３２１は外部インターフェースに出力する。前記移動プラットフォームＦＰＡＧ３０３は、３つのセンサを通じてＦＳＯトランシーバ２０５と通信する。該３つのセンサは、ジンバルアセンブリ２０６にフィードバックを供給するために、移動プラットフォーム２０９の動きを測定することができる慣性安定化センサ３２５、ＦＳＯトランシーバ２０５の向きを制御するためのＦＳＭ制御器３２０に接続されたＦＳＭ駆動電子装置３２４、及び、閉ループ光学ビーム安定化のための直交セル制御電子装置３２３である。
【００５１】
装置１００の両トランシーバ２０４、２０５は、複数のデータキャリアレート（data carrier rate）でデータを送信することができ、同時に複数のチャンネルにわたって送信できる。一実施例において、前記ミリ波ＲＦトランシーバ２０４は、位相シフトキーイングデジタル変調（位相偏移変調）方式を使用して同時にいくつかのチャンネルにわたるデータを送信する。一実施例において、前記ＦＳＯトランシーバ２０５は、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）方式を使用して同時に複数チャンネルにわたるデータを送信し得る。
【００５２】
これらのトランシーバは、喪失ビットの再送信の必要性を減少するために、送出デーストリームに対して前方誤り訂正制御（ＦＥＣ）を施すようにしてよい。これらのトランシーバは、また、前記近隣の装置から受信した再送信信号に応じて、喪失データを再送信するように構成されていてよい。
【００５３】
前記装置１００は、異なる時に、及びリンク状態に応じた異なるトランシーバ間で、異なる優先度のデータを送信することができる。一実施例において、データは高優先度データと低優先度データに分けられる。
【００５４】
一実施例において、前記ＦＳＯトランシーバのリンクと前記ミリ波ＲＦトランシーバのリンクの両方がアクティブならば、高優先度データと低優先度データの両方が前記ＦＳＯトランシーバ２０５によって転送される。同時に、高優先度データのみが前記ミリ波ＲＦトランシーバ２０４によって送信されもする。この冗長性は、喪失された高優先度データの再送信の必要性を減少し、それによって、高優先度データの全体的な送信レートを増大する。これに対して、低優先度データは前記ＦＳＯトランシーバ２０５によってのみ送信される。ＦＳＯトランシーバ２０５は、一般にミリ波ＲＦトランシーバ２０４に比べて高い送信能力を持つので、高優先度データと低優先度データの両方を送信する。
【００５５】
雨の場合、ミリ波ＲＦトランシーバ２０４によって送信されたデータは受信されないかもしれないが、ＦＳＯトランシーバ２０５によって送信されたデータは受信されるであろう。該ＦＳＯトランシーバ２０５は、雨粒の半径は該ＦＳＯ光搬送波の波長よりもかなり大きく、伝播するレーザビーム放射の横断面散乱をより少なくできるようにするので、雨による性能低下は起こらない。霧又はその他の粒子性の気象現象の場合、ＦＳＯトランシーバ２０５によって送信されたデータは受信されないかもしれないが、ミリ波ＲＦトランシーバ２０４によって送信されたデータは受信されるであろう。ＦＳＯトランシーバ２０５の発光は、雲、濃霧、雪、風媒火山性粒子による干渉に対して敏感である。それらの半径は、伝播するＦＳＯ光ビームの横断面散乱が可能なほどに十分に小さいので、結果的に受信側のＦＳＯ開口におけるパワーの損失が引き起こされる。該ＦＳＯビームは、何らかの環境における非常に強力な大気の乱れによっても散乱され得る。これに対して、前記Ｅバンドの近くのミリ波放射は、それらの粒子よりも波長が大きいので、それらよる悪影響を受けない。該Ｅバンド波長は、また、大気の乱れによって引き起こされる如何なる動揺よりもかなり大きいので、乱れによって影響されない。従って、装置１００は、複数の異なる悪い気象条件の範囲にあって、少なくとも１つの接続を介してデータを送信することができる。一実施例において、高優先度データが両方のトランシーバを通して送信されるので、上述した気象条件の下であっても、高優先度データは遠隔の装置で受信されるであろう。
【００５６】
通信リンクが使用されない利用可能伝送帯域を持つ場合は、利用可能な伝送能力の最大使用を確実にし、かつ、伝送時間による遅れを最小にするために、低優先度データが高優先度データとして送信されてもよい。
付加的考察
【００５７】
上記詳細説明は多くの具体例を含んでいるが、これらは本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではなく、単に本発明の異なる例及び観点を説明するものとして解釈されるべきである。本発明の範囲は上記で詳述されていない他の実施指令をも含むと理解されたい。添付の請求の範囲で定義された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、ここで述べられた方法及び装置の配置構成、動作及び詳細において、当業者にとって明白な様々な変形、変更、変化が、なされ得るであろう。よって、本発明の範囲は、添付の請求の範囲及びその法的等価物によって決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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