(57)【要約】ハイブリッドワイヤレスリンク中のノードは、自由空間光（ＦＳＯ）端末と無線周波数（ＲＦ）端末とを含む。ＦＳＯ端末は、ＦＳＯリンクを介してデータを送信するように構成され、ＲＦ端末は、自由空間ＲＦリンクを介してデータを送信するように構成される。ノードはまた、ＦＳＯ端末とＲＦ端末とに結合されたスイッチ／コントローラを含む。スイッチ／コントローラは、データを受信し、ＦＳＯリンク、ＲＦリンク、またはその両方を介してデータのデータフレームを送信すべきかどうかをデータリンクレイヤにおいて決定するように構成される。決定は、データフレームのコンテンツに基づき、決定が行われると、スイッチ／コントローラは、ＦＳＯ端末、ＲＦ端末、またはその両方にデータフレームを誘導する。いくつかの実施形態では、スイッチ／コントローラは、ネットワークレイヤにおいて決定を行う。
2021515506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッドワイヤレスリンクをリモートノードに提供するローカルノードであって、
自由空間光リンクを介して前記リモートノードにデータを送信するように構成される自由空間光（ＦＳＯ）端末と、
自由空間ＲＦリンクを介して前記リモートノードにデータを送信するように構成される無線周波数（ＲＦ）端末であって、前記自由空間光リンクおよび前記自由空間ＲＦリンクは共に、前記ローカルノードと前記リモートノードとの間に前記ハイブリッドワイヤレスリンクを形成する、無線周波数（ＲＦ）端末と、
前記ＦＳＯ端末および前記ＲＦ端末に結合されたスイッチ／コントローラであって、前記スイッチ／コントローラは、データを受信し、前記自由空間光リンクを介しておよび／または前記自由空間ＲＦリンクを介して前記データのデータフレームを送信すべきかをデータリンクレイヤにおいて決定し、決定は前記データフレームのコンテンツに基づき、前記決定に基づいて前記ＦＳＯ端末におよび／または前記ＲＦ端末に前記データフレームを誘導するように構成される、スイッチ／コントローラと
を備えたローカルノード。
【請求項２】
前記スイッチ／コントローラは、ハイブリッドワイヤレスリンクのためのデータリンクプロトコルを実装する、請求項１のローカルノード。
【請求項３】
前記データリンクプロトコルは、プロプライエタリプロトコルである、請求項２のローカルノード。
【請求項４】
前記スイッチ／コントローラは、入口ポート、出口ポート、ＭＡＣソースアドレス、ＭＡＣ宛先アドレス、ＥｔｈｅｒＴｙｐｅ、アウター８０２．１ＱタグＶＬＡＮ  ＩＤ、アウター８０２．１ＱタグＰＣＰ、アウター８０２．１ＱタグＤＥＩ、インナー８０２．１ＱタグＶＬＡＮ  ＩＤ、インナー８０２．１ＱタグＰＣＰ、インナー８０２．１ＱタグＤＥＩ、ＩＰｖ４ソースアドレス、ＩＰｖ４宛先アドレス、ＩＰｖ４  ＤＳＣＰ、ＩＰｖ４  ＥＣＮ、ＩＰｖ４プロトコルフィールド、ＩＰｖ６ソースアドレス、ＩＰｖ６宛先アドレス、ＩＰｖ６トラフィッククラス、ＩＰｖ６ネクストヘッダ、ＩＰｖ６フローラベル、ＩＰｖ６  ＳＲＨ、アウターＭＰＬＳタグラベル、アウターＭＰＬＳタグＥＸＰ（ＱｏＳ若しくはＥＣＮ）、１つ若しくは複数のインナーＭＰＬＳタグラベル、または１つ若しくは複数のインナーＭＰＬＳタグＥＸＰ（ＱｏＳまたはＥＣＮ）のうちの少なくとも１つに基づいて前記自由空間光リンクを介しておよび／または前記自由空間ＲＦリンクを介してデータフレームを送信すべきかを前記データリンクレイヤにおいて決定する、請求項１のローカルノード。
【請求項５】
前記スイッチ／コントローラは、前記ハイブリッドワイヤレスリンクの条件に基づいて前記自由空間光リンクを介しておよび／または前記自由空間ＲＦリンクを介してデータフレームを送信すべきかを前記データリンクレイヤにおいて決定し、前記ハイブリッドワイヤレスリンクの条件は、瞬時若しくは時間平均スループット、フレーム損失比、レイテンシ、ジッタ、リンク利用率、予想若しくは計算されたリンク利用可能性、リンク状態（リンクアップまたはダウン）、リンクロケーション、時刻、時期に基づく予測されたリンクパフォーマンス、または測定、報告、若しくは推定された大気条件のうちの少なくとも１つを含む、請求項１のローカルノード。
【請求項６】
前記スイッチ／コントローラは、前記自由空間光リンクにおよび前記自由空間ＲＦリンクに個々のデータフレームを交互に誘導するように構成される、請求項１のローカルノード。
【請求項７】
前記スイッチ／コントローラは、
前記データフレームを受信し、前記データフレームに対してデータリンクレイヤ機能を実行するように構成されるスイッチング構成要素と、
前記スイッチング構成要素から前記データフレームを受信し、前記ＦＳＯ端末におよび／または前記ＲＦ端末に前記データフレームを誘導するように構成されるデータリンクプロトコル構成要素と
を備える、請求項１のローカルノード。
【請求項８】
前記スイッチング構成要素によって実行される前記データリンクレイヤ機能のいずれも、ハイブリッドワイヤレスリンクに特有でない、請求項７のローカルノード。
【請求項９】
前記スイッチング構成要素は、トラフィックフローを識別すること、トラフィックフローのトラフィックポリシング、トラフィックフローをデータリンクプロトコル構成要素に切り替えること、およびトラフィックシェーピングのうちの少なくとも１つを実行する、請求項８のローカルノード。
【請求項１０】
前記スイッチング構成要素は、前記データフレームのコンテンツに基づいて前記データフレームのためのサービスのクラスを決定し、前記自由空間光リンクを介しておよび／または前記自由空間ＲＦリンクを介して前記データフレームを送信すべきかは、サービスの前記クラスに基づく、請求項７のローカルノード。
【請求項１１】
前記スイッチング構成要素は、前記データフレームのコンテンツに基づいて前記データフレームのためのサービスの品質を決定し、前記自由空間光リンクを介しておよび／または前記自由空間ＲＦリンクを介して前記データフレームを送信すべきかはサービスの前記品質に基づく、請求項７のローカルノード。
【請求項１２】
前記スイッチング構成要素は、前記データフレームのコンテンツに基づいて前記データフレームのためのトラフィック処理を決定し、前記自由空間光リンクを介しておよび／または前記自由空間ＲＦリンクを介して前記データフレームを送信すべきかは前記トラフィック処理に基づく、請求項７のローカルノード。
【請求項１３】
前記データリンクプロトコル構成要素は、ハイブリッドワイヤレスリンクに特有である前記データリンクレイヤ機能の全てを実行する、請求項７のローカルノード。
【請求項１４】
前記スイッチ／コントローラは、ハイブリッドワイヤレスリンクのためのデータリンクプロトコルを実装し、前記データリンクプロトコル構成要素は、前記データリンクプロトコルの全体を実装する、請求項７のローカルノード。
【請求項１５】
前記データリンクプロトコルは、前記データフレームに割り当てられた複数のトラフィック処理を実装し、前記データリンクプロトコル構成要素は、前記データフレームに割り当てられた前記トラフィック処理に基づいて前記ＦＳＯ端末におよび／または前記ＲＦ端末に前記データフレームを誘導する、請求項１４のローカルノード。
【請求項１６】
前記トラフィック処理は、ＶＬＡＮタグ、ポート番号、およびトラフィックタイプのうちの少なくとも１つに基づいてデータフレームに割り当てられる、請求項１５のローカルノード。
【請求項１７】
前記スイッチング構成要素は、それらのコンテンツに基づいて前記データフレームのためのタグを生成し、前記データリンクプロトコル構成要素は、前記ＦＳＯ端末および／または前記ＲＦ端末に前記タグをマッピングするルックアップテーブルに基づいて前記ＦＳＯ端末におよび／または前記ＲＦ端末に前記データフレームを誘導する、請求項７のローカルノード。
【請求項１８】
前記データリンクプロトコル構成要素は、失われたデータの場合のデータフレームの再送信を管理する、請求項７のローカルノード。
【請求項１９】
前記ハイブリッドワイヤレスリンクは双方向である、請求項１のローカルノード。
【請求項２０】
前記ローカルノードおよび前記リモートノードは、追加の他のノードをもつネットワークの部分である、請求項１９のローカルノード。
【請求項２１】
前記ＦＳＯ端末および前記ＲＦ端末は、お互いの１０フィート内にコロケートされる、請求項１のローカルノード。
【請求項２２】
前記自由空間光リンクは、少なくとも１０Ｇｂｐｓの公称データレートを有する、請求項１のローカルノード。
【請求項２３】
前記ローカルノードおよび前記リモートノードは、少なくとも４ｋｍ離れて位置する、請求項１のローカルノード。
【請求項２４】
前記自由空間光リンクは、赤外波長範囲中で動作し、前記自由空間ＲＦリンクは、Ｅバンド中で動作する、請求項１のローカルノード。
【請求項２５】
ハイブリッドワイヤレスリンクをリモートノードに提供するローカルノードであって、
自由空間光リンクを介してリモートノードにデータを送信するように構成される自由空間光（ＦＳＯ）端末と、
自由空間ＲＦリンクを介して前記リモートノードにデータを送信するように構成される無線周波数（ＲＦ）端末であって、前記自由空間光リンクおよび前記自由空間ＲＦリンクは共に、前記ローカルノードと前記リモートノードとの間に前記ハイブリッドワイヤレスリンクを形成する、無線周波数（ＲＦ）端末と
を備える物理レイヤと、
前記データのデータフレームが前記自由空間光リンクを介しておよび／または前記自由空間ＲＦリンクを介して前記リモートノードに送信されるのかを決定するデータリンクレイヤと
を備えたローカルノード。
【請求項２６】
請求項２乃至２４のいずれか一項に記載の限定事項をさらに備える、請求項２５のローカルノード。
【請求項２７】
ハイブリッドワイヤレスリンクをリモートノードに提供するローカルノードであって、  自由空間光リンクを介してリモートノードにデータを送信するように構成される自由空間光（ＦＳＯ）端末と、
自由空間ＲＦリンクを介して前記リモートノードにデータを送信するように構成される無線周波数（ＲＦ）であって、前記自由空間光リンクおよび前記自由空間ＲＦリンクは共に、前記ローカルノードと前記リモートノードとの間にハイブリッドワイヤレスリンクを形成する、無線周波数（ＲＦ）端末と、
前記ＦＳＯ端末および前記ＲＦ端末に結合されるコントローラであって、前記コントローラは、データを受信し、前記自由空間光リンクを介しておよび／または前記自由空間ＲＦリンクを介して前記データのデータフレームおよび／またはネットワークパケットを送信すべきであるかをデータリンクレイヤおよび／またはネットワークレイヤにおいて決定し、決定は前記データフレームおよび／または前記ネットワークパケットのコンテンツに基づき、前記決定に基づいて前記ＦＳＯ端末におよび／または前記ＲＦ端末に前記データフレームおよび／または前記ネットワークパケットを誘導するように構成される、コントローラと
を備えたローカルノード。
【請求項２８】
請求項２乃至２４のいずれか一項に記載の限定事項をさらに備える、請求項２７のローカルノード。
【請求項２９】
ハイブリッドワイヤレスリンクをリモートノードに提供する方法であって、
前記ハイブリッドワイヤレスリンクを介して前記リモートノードに送信されるデータを受信することと、
自由空間光リンクを介しておよび／または自由空間無線周波数（ＲＦ）リンクを介して前記データのデータフレームを送信すべきかをデータリンクレイヤにおいて決定することであって、前記自由空間光リンクおよび前記自由空間ＲＦリンクは共に、前記リモートノードへの前記ハイブリッドワイヤレスリンクを形成し、前記決定することは、前記データフレームのコンテンツに基づく、ことと、
前記決定に基づいて前記自由空間光リンクおよび／または前記自由空間ＲＦリンクに前記データフレームを誘導することと
を備える方法。
【請求項３０】
請求項２乃至２４のいずれか一項に記載の限定事項をさらに備える、請求項２９の方法。
【請求項３１】
双方向ハイブリッドワイヤレスリンクをリモートトランシーバに提供するローカルトランシーバであって、
双方向自由空間光リンクを介して前記リモートトランシーバにデータを送信し、および前記リモートトランシーバからデータを受信するように構成される自由空間光（ＦＳＯ）端末と、
双方向自由空間無線周波数（ＲＦ）リンクを介して前記リモートトランシーバにデータを送信し、および前記リモートトランシーバからデータを受信するように構成されるＲＦ端末であって、前記自由空間光リンクおよび前記自由空間ＲＦリンクは共に、前記ローカルトランシーバと前記リモートトランシーバとの間に前記双方向ハイブリッドワイヤレスリンクを形成する、ＲＦ端末と、
前記ＦＳＯ端末および前記ＲＦ端末に結合されたスイッチ／コントローラであって、前記スイッチ／コントローラは、前記リモートトランシーバに送信されるデータを受信し、前記自由空間光リンクを介しておよび／または前記自由空間ＲＦリンクを介して前記データのデータフレームを送信すべきかをデータリンクレイヤにおいて決定し、決定は前記データフレームのコンテンツに基づき、前記決定に基づいて前記ＦＳＯ端末におよび／または前記ＲＦ端末に前記データフレームを誘導するように構成される、スイッチ／コントローラと
を備えたローカルトランシーバ。
【請求項３２】
請求項２乃至２４のいずれか一項に記載の限定事項をさらに備える、請求項３１のローカルトランシーバ。
【請求項３３】
双方向ハイブリッドワイヤレスリンクを介して通信を行う２つのノードを備えるワイヤレス通信システムであって、各ノードは、
双方向自由空間光リンクを介して他のノードにデータを送信し、および前記他のノードからデータを受信するように構成される自由空間光（ＦＳＯ）端末と、
双方向自由空間無線周波数（ＲＦ）リンクを介して前記他のノードにデータを送信し、および前記他のノードからデータを受信するように構成されるＲＦ端末であって、前記自由空間光リンクおよび前記自由空間ＲＦリンクは共に、ノード間に前記双方向ハイブリッドワイヤレスリンクを形成する、ＲＦ端末と、
前記ＦＳＯ端末および前記ＲＦ端末に結合されたスイッチ／コントローラであって、前記スイッチ／コントローラは、データを受信し、前記自由空間光リンクを介しておよび／または前記自由空間ＲＦリンクを介して前記データのデータフレームを送信すべきかをデータリンクレイヤにおいて決定し、決定は前記データフレームのコンテンツに基づき、前記決定に基づいて前記ＦＳＯ端末におよび／または前記ＲＦ端末に前記データフレームを誘導するように構成される、スイッチ／コントローラと
を備えたワイヤレス通信システム。
【請求項３４】
各ノードが請求項２乃至２４のいずれか一項に記載の限定事項をさらに備える、請求項３３のワイヤレス通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、その主題の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2018年2月22日に出願された「Hybrid Wireless Link Employing Free-Space Optical Communication, E-Band Radio Frequency Communication, and Intelligent Packet Switching」と題する特許仮出願第62/634,126号および2018年8月17日に出願された「Traffic Steering for Hybrid Communication Links」と題する特許仮出願第62/719,561号の優先権を主張する。
【０００２】
本明細書は、ワイヤレスデジタル通信の方法に関する。詳細に言えば、本明細書は、２つのワイヤレスデジタル通信ノード間の通信に関する。詳細に言えば、本明細書は、インテリジェントデータスイッチ／コントローラと、一般にミリメートル波周波数帯域の周波数において送信および受信する高容量無線周波数（ＲＦ）端末と、光学的に送信および受信する高容量自由空間光通信（ＦＳＯ）端末とをそれぞれが含んでいる、２つのノード間のワイヤレスデジタル通信のための技法に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
ワイヤレス通信
ワイヤレスデータ送信は、電気導体または光ファイバによって接続されない２つのポイント間で情報を転送するための証明された技法である。現代の通信ネットワークが、光ファイバケーブル、同軸ケーブル、および他のワイヤード伝送媒体を広く利用するが、ワイヤレス通信リンクは多くのネットワークの重要な部分であり続ける。
【０００４】
無線周波数（ＲＦ）ワイヤレスリンクは、しばしば、通信ネットワークの端部おいて見られ、セルフォン、コンピュータ、プリンタ、自動車、機械、および多くの他のデバイスなどのデバイスを接続している。それらのワイヤレス接続は、メガビット毎秒（Ｍｂｐｓ）で測定される比較的低いデータレートで動作する傾向があり、ここで、１メガビットは、１，０００，０００ビットに等しい。
【０００５】
ＲＦワイヤレスリンクはまた、地上波通信ネットワークのコアのより近くに見られることがあり、ここで、データレートは、１，０００，０００，０００ビット毎秒または１ギガビット毎秒（１Ｇｂｐｓ）を超え得る。これらの高容量ワイヤレスリンクは、「セルラーバックホール」と一般に呼ばれる適用例であるコアネットワークに、セルサイトとしばしば呼ばれるセルラーネットワーク中のノードを接続する。高容量ＲＦワイヤレスリンクはまた、工業団地内の２つ以上の建築物、並びに個々のまたは複数の建築物をコアネットワークに接続する。それらはまた、メトロポリタンネットワークと長距離ブロードバンドネットワークとの両方におけるノードを接続する。
【０００６】
ＲＦワイヤレスリンクは、しばしば、光ファイバケーブルおよび／または同軸銅ケーブルを使用するものなどのワイヤードリンクが、（地理、敷設権の欠如、または他の障壁により）実現不可能であるか、（設置コスト、敷設権コスト、認可コスト、または他のコストにより）費用がかかりすぎるか、（ケーブルが設置中にまたはそれが設置された後に誤ってまたは故意に損傷または破損するリスクにより）危険すぎるか、または（延長された設置タイムラインにより）遅すぎるときに地上波通信ネットワーク中で使用される。ＲＦワイヤレスリンクはしばしば、地形により光ファイバまたは同軸銅ケーブルの設置が困難または不可能であるロケーションにおいて、敷設権の取得若しくはその代金を支払う必要なしに、はるかに低いコストで、および／または光ファイバ若しくは同軸銅ケーブルリンクよりもはるかに迅速に設置され得る。
【０００７】
ワイヤレスリンクはまた、空中通信ネットワークにおいて使用され、地上におよび互いに固定翼機、ヘリコプター、飛行船、気球、および他の空中プラットフォームなどの空中プラットフォームを接続する。同様に、ワイヤレスリンクは、衛星との間での通信のために使用される。空中および衛星通信ネットワークの性質を考慮すると、ワイヤードリンクは選択肢にならない。空中および衛星通信ネットワークにおけるすべてのリンクはワイヤレスである。
【０００８】
ＲＦワイヤレスリンクを介して達成可能なデータレートは、リンクのために利用可能な帯域幅（無線周波スペクトル中の周波数範囲）によって限定される。ワイヤレスリンクのために３００ＭＨｚ（３００，０００，０００Ｈｚ）と３０ＧＨｚ（３０，０００，０００，０００Ｈｚ）との間のマイクロ波帯域中の周波数が一般的に使用される。マイクロ波帯域は、異なるチャネルに分割され、これらは、しばしば（地上波ワイヤレス通信、無線またはテレビジョン放送、衛星通信、衛星放送、モバイルネットワーキング、航空無線ナビゲーション、および電波天文学などの）特定の使用のために指定され、米国の連邦通信委員会（ＦＣＣ）などの政府団体によって管理、認可される。ワイヤレス地上波ワイヤレス通信のために割り振られたチャネルは、一般に、２０ＭＨｚ（２０，０００，０００Ｈｚ）から８０ＭＨｚ（８０，０００，０００Ｈｚ）までにわたる。したがって、マイクロ波帯域（マイクロ波リンク）で動作するＲＦワイヤレスリンクによって達成可能なデータレートは、１Ｇｂｐｓ（１，０００，０００，０００ビット毎秒）未満に限定される。高容量ワイヤレスリンクのための典型的な全二重レートは、６００Ｍｂｐｓから８００Ｍｂｐｓまで（６００，０００，０００ビット毎秒から８００，０００，０００ビット毎秒まで）にわたる。
【０００９】
２５６ＱＡＭ（直交振幅変調）、１０２４ＱＡＭ、および２０４８ＱＡＭなどの高次の、帯域幅効率に優れた変調技法がマイクロ波リンクに関連するデータレートを増加させるために採用され得る。しかし、増加したデータレートおよび帯域幅効率は、雨などの気象の影響に対するリンクの耐性を著しく低減し、それによって、マイクロ波リンクによってカバーされ得る距離を限定する。
【００１０】
Ｅバンドワイヤレス通信
２００３年に、ＦＣＣは、地上波ＲＦワイヤレス使用のために７１ＧＨｚと８６ＧＨｚとの間のミリメートル波（ｍｍ波）周波数の２つの帯域、７１〜７６ＧＨｚと８１〜８６ＧＨｚとを認可した。集合的に、これらの帯域はＥバンドと呼ばれる。Ｅバンドは、世界中の多くの他の国によって地上波ＲＦワイヤレス通信のために利用可能にされており、今後数年でより多くの国によって利用可能にされることになる。Ｅバンドにおいて利用可能な総スペクトルの合計１０ＧＨｚを用いて、利用可能なスペクトルの一部分のみが利用される場合でも、全二重のより高いデータレートがＥバンドワイヤレスリンクによって可能になる。しかしながら、この周波数範囲中の電波は、雨の影響を受けやすい。雨滴は、Ｅバンド電波を吸収し、それを散乱する。したがって、リンクのエンドポイント間で雨が降っているとき、Ｅバンドワイヤレスリンクのパフォーマンスは著しく劣化され得る。
【００１１】
Ｅバンドリンクに対する雨の影響をなくすために、リンク距離が限定され得、中間ノードをリピータとして使用してより長い距離を複数のＥバンドリンクがカバーすることを必要とする。残念ながら、そのようなマルチホップＥバンドリンクのコストは、リピータを必要としないリンクよりもはるかに大きい。
【００１２】
世界のいくつかの部分では、Ｅバンドスペクトルの使用は、認可要件がない。米国を含む他の部分では、Ｅバンド周波数で送信するために認可が必要とされる。そのような認可のコストは、必要なとき、マイクロ波チャネルの使用のためのそれよりも著しく少ない傾向がある。
【００１３】
自由空間光通信
自由空間光通信（ＦＳＯ：Free Space Optics）とも呼ばれる自由空間光通信は、ＲＦワイヤレス通信の代替である。無線周波数波を介してデータを送信するのではなく、ＦＳＯ通信は、送信機においてレーザの出力を変調し、受信機において被変調信号を検出することによって光を介してデータを送信する。ＦＳＯ通信は、光ファイバ通信と同様である。光ケーブルを通して変調された光を送るのではなく、信号は、空気、すなわち自由空間を通して送られる。
【００１４】
ＦＳＯシステムは、８５０ナノメートル（ｎｍ）、９８０ｎｍを含む異なる波長で、１３００ｎｍ領域（１２８０ｎｍから１３１０ｎｍ）内で、および１５５０ｎｍ領域（１５３０ｎｍから１５６５ｎｍ）内で動作することができる。
【００１５】
ＦＳＯ通信は、Ｅバンドワイヤレス通信と比較して多くの利点を有する。ＦＳＯ信号は、雨の影響を受けにくく、ＦＳＯ送信は、認可を必要とせず、狭いＦＳＯ信号は、傍受することが困難である。
【００１６】
Ｅバンドワイヤレスリンクのように、ＦＳＯリンクは、１０Ｇｂｐｓ以上のデータレートで動作することができる。特定の波長で光信号を変調することによって作成される各光チャネルは、１０Ｇｂｐｓ以上のデータを搬送することができる。それぞれが固有の波長をもつ別個の光信号である複数の光チャネルが、さらに高いデータレートを与えるためにＦＳＯリンク中で組み合わされ得る。
【００１７】
残念ながら、ＦＳＯリンクは、霧、煙、または視程を制限する他の現象の存在下でうまく機能しない。ＦＳＯシステムは、８５０ナノメートル（ｎｍ）領域と１５５０ｎｍ領域とを含む異なる波長で動作することができる。１５５０ｎｍのまたはその周辺の波長をもつＦＳＯ信号は、８５０ｎｍのまたはその周辺の波長をもつ信号よりも劣った視程を許容することができる。
【００１８】
したがって、ＦＳＯリンクは、１ｋｍ未満に距離的に限定される傾向がある。より長い距離にわたるために、複数の個々のリンクが、中間ノードにリピータを用いて単一のマルチホップリンクに組み合わされなければならない。
【００１９】
ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）モデル
ＯＳＩモデルは、国際標準化機構（ＩＳＯ）および国際電信電話諮問委員会（ＣＣＩＴＴ）によって１９８３年に導入されたネットワークモデルである。概念モデルは、機能を実装するために使用される技術を顧慮せずに通信システムの通信機能を規格化し、モデルに従って構築された通信デバイス間の相互運用を可能にする。
【００２０】
ＯＳＩモデルは７つのレイヤを含む。レイヤ１は、機能が（光ファイバケーブル、銅ケーブル、銅線、または自由空間などの）物理媒体を介した未加工ビットストリームの送信および受信である物理レイヤである。レイヤ２は、機能が物理レイヤによって接続された２つのノード間でのデータフレームの信頼できる送信であるデータリンクレイヤである。レイヤ３は、機能がネットワークパケットのアドレス指定、ルーティングおよびトラフィック制御を含むマルチノードネットワークを構造化し、管理することであるネットワークレイヤである。レイヤ４は、機能がネットワーク上の２つのポイント間でのネットワークパケットの信頼できる送信であるトランスポートレイヤである。レイヤ５は、機能が通信セッション（２つのノードの間での複数の往復送信の形態での情報の連続交換）を管理しているセッションレイヤである。レイヤ６は、機能がネットワーキングサービスとアプリケーションとの間でのデータの変換であるプレゼンテーションレイヤである。また、レイヤ７は、通信インターフェースとユーザインターフェースとを含む、機能がネットワークにわたるプロセス間通信であるアプリケーションレイヤである。
【００２１】
増加する容量需要
セルフォンおよびコンピュータなどのデバイス、並びにＮｅｔｆｌｉｘのようなオーバージエアストリーミングアプリケーションなどのデータハングリーなアプリケーションの数、ネットワークが動作するデータレートの急激な増加は、ネットワークエッジからネットワーク  コアを通して、またデータセンターおよび他のデータソースへ／から増加している。従来のマイクロ波通信リンクは、増加したデータレート需要をサポートすることができず、ＦＳＯ通信リンクは、１〜２ｋｍよりも長い距離にわたって確実には動作することができない。
【発明の概要】
【００２２】
本明細書の方法およびシステムは、自由空間光通信（ＦＳＯ）ワイヤレスデータ通信リンクとＥバンド無線周波数（ＲＦ）ワイヤレスデータ通信リンクとの組合せを含むハイブリッドワイヤレスリンクに集中する。ハイブリッドワイヤレスリンクは、通信ネットワーク中の２つのノード間で自由空間チャネルを通して通信する手段を与える。ハイブリッドワイヤレスリンクにより、データを２〜５ｋｍかそれ以上の距離の間に濃い霧および雨を含む広範囲の気象条件において（例えば、２０Ｇｂｐｓまでのデータレートで）ハイブリッドワイヤレスリンクにわたって送信することを可能にする。
【００２３】
ハイブリッドワイヤレスリンクは、地上波通信ネットワーク中のまたは空中通信ネットワーク（空対地および／または空対空）中の２つのノード（ポイントツーポイント）を接続するために使用され得る。
【００２４】
ハイブリッドワイヤレス通信リンクは、第１のノードが自由空間（ワイヤレス）チャネルの一端にあり、第２のノードがある距離離れて自由空間チャネルのもう一方の端にある、２つのノードを接続する。ハイブリッドワイヤレス通信リンク中の各ノードは、ＦＳＯ端末と、ＥバンドＲＦ端末と、スイッチ／コントローラとの３つの主要なサブシステムを含む。各ノードはまた、ノード内のサブシステムの構成および管理を担当するノードコントローラ、スイッチング構成要素、データリンクプロトコル構成要素、通信ネットワークの残部との間でデータを受け入れ、配信するために使用されるネットワークインターフェース、スイッチ／コントローラと他の端末との間でデータおよびコマンド／制御トラフィックを受け入れ、配信するために使用される端末インターフェース、ノード／リンクを構成し、ノード／リンクを管理するためにオペレータまたは高位のコントローラによって使用される管理インターフェース、１つまたは複数の電源、並びに各々が塔、建築物または他のロケーション上に機器の１つまたは複数の部分を取り付けるために使用される１つまたは複数の機器マウントなどの他のサブシステムを含む。各ノードはまた、実施形態に応じて、スイッチ／コントローラと端末のうちの１つ若しくは複数との間でデータを配信する１つ若しくは複数のデータ配信ケーブル、スイッチ／コントローラと端末のうちの１つ若しくは複数との間で制御および管理トラフィックを配信する１つ若しくは複数の制御／管理配信ケーブル、電源と主要サブシステムのうちの１つ若しくは複数との間で電力を分配する１つ若しくは複数の電力分配ケーブル、並びに／または（単一ケーブルにデータ配信、制御／管理配信、および／若しくは電力分配を組み合わせる）１つ若しくは複数の統合ケーブルを含み得る。
【００２５】
単一ノードについて説明するとき、ノード内のサブシステムは「ローカル」と呼ばれ、一方、リンクの遠端にあるノード内のサブシステムは、「リモート」と呼ばれる。
【００２６】
スイッチ／コントローラは、ノードコントローラと、管理インターフェースと、ネットワークインターフェースと、スイッチング構成要素と、データリンクプロトコル構成要素と、端末インターフェースとを含む。
【００２７】
ノードコントローラは、それのサブシステムを含むローカルノードの構成および動作を制御する。ノードコントローラはまた、コマンドラインインターフェース（ＣＬＩ）、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）、シンプルネットワーク管理プロトコル（ＳＮＭＰ）インターフェース、およびネットワーク構成プロトコル（ＮＥＴＣＯＮＦ）インターフェースなどのいわゆるノースバウンド管理インターフェースを含み得る管理インターフェースを介してオペレータまたはより高いレベルのコントローラと通信する。
【００２８】
ネットワークインターフェースは、周囲の通信ネットワークとインターフェースし、リモートノードに送信されるべきデータを受け入れ、ローカルノードによって受信されたデータを配信する。ネットワークインターフェースは様々なインターフェースを含む。一実施形態では、ネットワークインターフェースは、（１．０Ｇｂｐｓで動作するＩＥＥＥ規格８０２．３ｚによって指定された）ギガビットイーサネット／ＧｉｇＥと（１０．０Ｇｂｐｓで動作するＩＥＥＥ規格８０２．３ａｅによって指定された）１０ギガビットイーサネットとの組合せを含む。
【００２９】
スイッチング構成要素は、（例えば、ポートおよびＶＬＡＮによる）トラフィックフローの識別と、それらのフロー上でトラフィックポリシングを実行することと、データリンクプロトコル構成要素にフローを切り替えることと、トラフィックシェーピングを実行することとを含む、データフレーム切り替え機能（レイヤ２機能）を実行することを担当する。データリンクプロトコル構成要素はまた、ＦＳＯまたは（ＲＦリンクとも呼ばれる）ＥバンドリンクＥのいずれかの利用可能な容量が劣化されるときにトラフィックシェーピングを実行する。
【００３０】
データリンクプロトコル構成要素は、データリンクプロトコルを実装し、どのデータフレーム、バイト、またはビットが送信のためにＥバンド端末に送られるのか、送信のためにＦＳＯ端末に送られるのか、または冗長送信のためにその両方に送られるのかを管理することを含む、リンクにわたるデータトラフィックの配信を管理することを担当する。データリンクプロトコルはまた、失われたデータフレームの場合の再送信を管理し得る。
【００３１】
スイッチ／コントローラ上の端末インターフェースは、ＦＳＯ端末とＥバンド端末との両方にユーザデータストリームと管理データストリームとを配信し得る。Ｅバンド端末は、ＲＦ端末と呼ばれることもあり、Ｅバンド端末は、Ｅバンド信号に限定されない。
【００３２】
各ＦＳＯ端末は、データインターフェース、管理インターフェース、および電力インターフェースとともに送信機と、受信機と、端末コントローラと、端末パワーユニットとを含み得る。各Ｅバンド端末は、データインターフェース、管理インターフェース、および電力インターフェースとともに送信機と、受信機と、端末コントローラと、端末パワーユニットとを含む。
【００３３】
各ＦＳＯ端末送信機は、処理されたユーザデータとオーバーヘッドデータとをもつ１つまたは複数の光キャリア（光信号）を変調し、送信する。オーバーヘッドデータは、ローカルスイッチ／コントローラからリモート端末のスイッチ／コントローラに送られているデータストリーム（コマンド／制御データ）とローカルＦＳＯ端末コントローラからリモートＦＳＯ端末コントローラに送られているデータストリーム（端末間データ）とを含む。送信機は、送信に備えてこれらの３つのデータストリーム（ユーザデータ、コマンド／制御データ、および端末間データ）を処理する。処理することは、単一の送信データストリームを作成するためにスクランブルすること、インターリーブすること、前方誤り訂正コーディングすること、および／またはデータフレーミングすることを含み得る。送信データストリームは、レーザによって生成されたコリメートされた光キャリアを変調するために使用され、これは、増幅され、光学プロセッサによって処理され、次いで、リモートＦＳＯ端末に空気（自由空間）を通して送信開口を通して送信される。
【００３４】
各ＦＳＯ端末受信機は、リモートＦＳＯ端末によって送信された光信号を受信し、復調する。受信された光信号は、受信開口を通して受け入れられ、光学プロセッサによって処理され、増幅され、受信されたデータストリームを回復するために復調される。受信されたデータストリームは、受信されたユーザデータストリーム、コマンド／制御データストリーム、および端末間データストリームを回復するために処理される。処理することは、フレーム化解除すること、前方誤り訂正復号すること、デインターリーブすることおよび／または逆スクランブルすることを含み得る。受信されたユーザデータストリームと制御コマンド／制御データストリームとは、スイッチ／コントローラにＦＳＯ端末受信機によって配信され、一方、受信された端末間データストリームは、ＦＳＯ端末コントローラに配信される。
【００３５】
各Ｅバンド端末送信機は、処理されたユーザデータとオーバーヘッドデータとをもつ１つまたは複数のＲＦキャリア（ＲＦ信号）を変調し、送信する。ＦＳＯ端末によって受信されたオーバーヘッドデータと同様に、オーバーヘッドデータは、ローカルスイッチ／コントローラからリモート端末のスイッチ／コントローラに送られているデータストリームとローカル端末コントローラからリモート端末コントローラに送られているデータストリームとを含む。送信機は、送信に備えて３つのデータストリーム（ユーザデータ、コマンド／制御データ、および端末間データ）を処理する。処理することは、単一の送信データストリームを作成するためにスクランブルすること、インターリーブすること、前方誤り訂正コーディングすること、および／またはデータフレーミングすることを含み得る。送信データストリームは、ＥバンドＲＦキャリア（または任意の他のＲＦキャリア）を変調するために使用され、これは、増幅され、次いで、リモートＥバンド端末に空気（自由空間）を通してＥバンドアンテナを介して送信される。
【００３６】
各Ｅバンド端末受信機は、リモートＥバンド端末によって送信されたＥバンドＲＦ信号を受信し、復調する。受信されたＥバンドＲＦ信号は、Ｅバンドアンテナを介して受け入れられ、増幅されて、受信されたデータストリームを回復するために復調される。受信されたデータストリームは、受信されたユーザデータストリーム、コマンド／制御データストリーム、および端末間データストリームを回復するために処理される。処理することは、フレーム化解除すること、前方誤り訂正復号すること、デインターリーブすることおよび／または逆スクランブルすることを含み得る。受信されたユーザデータストリームと制御コマンド／制御データストリームとは、スイッチ／コントローラにＥバンド端末受信機によって配信され、一方、受信された端末間データストリームは、Ｅバンド端末コントローラに配信される。
【００３７】
実施形態は、リモートノードにハイブリッドワイヤレスリンクを与えるローカルノードに関する。ローカルノードは、自由空間光（ＦＳＯ）端末と、無線周波数（ＲＦ）端末と、スイッチ／コントローラとを含む。ＦＳＯ端末は、自由空間光リンクを介してリモートノードにデータを送信するように構成される。ＲＦ端末は、自由空間ＲＦリンクを介してリモートノードにデータを送信するように構成される。自由空間光リンクと自由空間ＲＦリンクとは共に、ローカルノードとリモートノードとの間にハイブリッドワイヤレスリンクを形成する。スイッチ／コントローラは、ＦＳＯ端末とＲＦ端末とに結合される。スイッチ／コントローラは、データを受信するように構成される。スイッチ／コントローラはまた、自由空間光リンクを介しておよび／または自由空間ＲＦリンクを介してデータのデータフレームを送信すべきかをデータリンクレイヤにおいて決定するように構成され、ここで、決定は、データフレームのコンテンツに基づく。スイッチ／コントローラはまた、決定に基づいてＦＳＯ端末におよび／またはＲＦ端末にデータフレームを誘導する（steer）ように構成される。
【００３８】
いくつかの実施形態では、スイッチ／コントローラは、ハイブリッドワイヤレスリンクのためのデータリンクプロトコルを実装する。これらの実施形態では、データリンクプロトコルは、プロプライエタリプロトコルであり得る。いくつかの実施形態では、スイッチ／コントローラは、入口ポート、出口ポート、ＭＡＣソースアドレス、ＭＡＣ宛先アドレス、ＥｔｈｅｒＴｙｐｅ、アウター８０２．１ＱタグＶＬＡＮ  ＩＤ、アウター８０２．１ＱタグＰＣＰ、アウター８０２．１ＱタグＤＥＩ、インナー８０２．１ＱタグＶＬＡＮ  ＩＤ、インナー８０２．１ＱタグＰＣＰ、インナー８０２．１ＱタグＤＥＩ、ＩＰｖ４ソースアドレス、ＩＰｖ４宛先アドレス、ＩＰｖ４  ＤＳＣＰ、ＩＰｖ４  ＥＣＮ、ＩＰｖ４プロトコルフィールド、ＩＰｖ６ソースアドレス、ＩＰｖ６宛先アドレス、ＩＰｖ６トラフィッククラス、ＩＰｖ６ネクストヘッダ、ＩＰｖ６フローラベル、ＩＰｖ６  ＳＲＨ、アウターＭＰＬＳタグラベル、アウターＭＰＬＳタグＥＸＰ（ＱｏＳ若しくはＥＣＮ）、１つ若しくは複数のインナーＭＰＬＳタグラベル、または１つ若しくは複数のインナーＭＰＬＳタグＥＸＰ（ＱｏＳまたはＥＣＮ）のうちの少なくとも１つに基づいて自由空間光リンクを介しておよび／または自由空間ＲＦリンクを介してデータフレームを送信すべきかをデータリンクレイヤにおいて決定する。いくつかの実施形態では、スイッチ／コントローラは、ハイブリッドワイヤレスリンクの条件にさらに基づいて自由空間光リンクを介しておよび／または自由空間ＲＦリンクを介してデータフレームを送信すべきかをデータリンクレイヤにおいて決定し、ハイブリッドワイヤレスリンクの条件は、瞬時若しくは時間平均スループット、フレーム損失比、レイテンシ、ジッタ、リンク利用率、予想若しくは計算されたリンク利用可能性、リンク状態（リンクアップまたはダウン）、リンクロケーション、時刻、時期に基づく予測されたリンクパフォーマンス、または測定、報告、若しくは推定された大気条件のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、スイッチ／コントローラは、自由空間光リンクにおよび自由空間ＲＦリンクに個々のデータフレームを交互に誘導するように構成される。
【００３９】
いくつかの実施形態では、スイッチ／コントローラは、スイッチング構成要素とデータリンクプロトコル構成要素とを備える。スイッチング構成要素は、データフレームを受信し、データフレームに対してデータリンクレイヤ機能を実行するように構成される。データリンクプロトコル構成要素は、スイッチング構成要素からデータフレームを受信し、ＦＳＯ端末におよび／またはＲＦ端末にデータフレームを誘導するために結合される。いくつかの実施形態では、スイッチング構成要素によって実行されるデータリンクレイヤ機能のいずれも、ハイブリッドワイヤレスリンクに特有でない。いくつかの実施形態では、スイッチング構成要素は、トラフィックフローを識別すること、トラフィックフローのトラフィックポリシング、トラフィックフローをデータリンクプロトコル構成要素に切り替えること、およびトラフィックシェーピングのうちの少なくとも１つを実行する。いくつかの実施形態では、スイッチング構成要素は、データフレームのコンテンツに基づいてデータフレームのためのサービスのクラスを決定し、自由空間光リンクを介しておよび／または自由空間ＲＦリンクを介してデータフレームを送信すべきかは、サービスのクラスに基づく。いくつかの実施形態では、スイッチング構成要素は、データフレームのコンテンツに基づいてデータフレームのためのサービスの品質を決定し、自由空間光リンクを介しておよび／または自由空間ＲＦリンクを介してデータフレームを送信すべきかはサービスの品質に基づく。いくつかの実施形態では、スイッチング構成要素は、データフレームのコンテンツに基づいてデータフレームのためのトラフィック処理を決定し、自由空間光リンクを介しておよび／または自由空間ＲＦリンクを介してデータフレームを送信すべきかはトラフィック処理に基づく。いくつかの実施形態では、データリンクプロトコル構成要素は、ハイブリッドワイヤレスリンクに特有であるデータリンクレイヤ機能の全てを実行する。いくつかの実施形態では、データリンクプロトコルは、データフレームに割り当てられた複数のトラフィック処理を実装し、データリンクプロトコル構成要素は、データフレームに割り当てられたトラフィック処理に基づいてＦＳＯ端末におよび／またはＲＦ端末にデータフレームを誘導する。いくつかの実施形態では、トラフィック処理は、ＶＬＡＮタグ、ポート番号、およびトラフィックタイプのうちの少なくとも１つに基づいてデータフレームに割り当てられる。いくつかの実施形態では、スイッチング構成要素は、それらのコンテンツに基づいてデータフレームのためのタグを生成し、データリンクプロトコル構成要素は、ＦＳＯ端末および／またはＲＦ端末にタグをマッピングするルックアップテーブルに基づいてＦＳＯ端末におよび／またはＲＦ端末にデータフレームを誘導する。いくつかの実施形態では、データリンクプロトコル構成要素は、失われたデータの場合のデータフレームの再送信を管理する。
【００４０】
いくつかの実施形態では、ハイブリッドワイヤレスリンクは双方向である。いくつかの実施形態では、ローカルノードとリモートノードとは、追加の他のノードをもつネットワークの部分である。いくつかの実施形態では、ＦＳＯ端末とＲＦ端末とは、お互いの１０フィート（３．０４８ｍ）内にコロケートされる。いくつかの実施形態では、自由空間光リンクは、少なくとも１０Ｇｂｐｓの公称データレートを有する。いくつかの実施形態では、ローカルノードとリモートノードとは、少なくとも４ｋｍ離れて位置する。いくつかの実施形態では、自由空間光リンクは赤外波長範囲中で動作し、自由空間ＲＦリンクは、Ｅバンド中で動作する。
【００４１】
実施形態はまた、リモートノードにハイブリッドワイヤレスリンクを与えるローカルノードに関する。ローカルノードは、物理レイヤとデータリンクレイヤとを含む。物理レイヤは、自由空間光（ＦＳＯ）端末と無線周波数（ＲＦ）端末とを含む。ＦＳＯ端末は、自由空間光リンクを介してリモートノードにデータを送信するように構成される。ＲＦ端末は、自由空間ＲＦリンクを介してリモートノードにデータを送信するように構成される。自由空間光リンクと自由空間ＲＦリンクとは共に、ローカルノードとリモートノードとの間にハイブリッドワイヤレスリンクを形成する。データリンクレイヤは、データのデータフレームが自由空間光リンクを介しておよび／または自由空間ＲＦリンクを介してリモートノードに送信されるのかを決定する。
【００４２】
実施形態はまた、リモートノードにハイブリッドワイヤレスリンクを与えるローカルノードに関する。ローカルノードは、自由空間光（ＦＳＯ）端末と、無線周波数（ＲＦ）と、コントローラとを含む。ＦＳＯ端末は、自由空間光リンクを介してリモートノードにデータを送信するように構成される。ＲＦ端末は、自由空間ＲＦリンクを介してリモートノードにデータを送信するように構成される。自由空間光リンクと自由空間ＲＦリンクとは共に、ローカルノードとリモートノードとの間にハイブリッドワイヤレスリンクを形成する。コントローラは、ＦＳＯ端末とＲＦ端末とに結合される。コントローラは、データを受信するように構成される。コントローラはまた、自由空間光リンクを介しておよび／または自由空間ＲＦリンクを介してデータのデータフレームおよび／またはネットワークパケットを送信すべきであるかをデータリンクレイヤおよび／またはネットワークレイヤにおいて決定するように構成される。決定は、データフレームおよび／またはネットワークパケットのコンテンツに基づく。コントローラはまた、決定に基づいてＦＳＯ端末におよび／またはＲＦ端末にデータフレームおよび／またはネットワークパケットを誘導するように構成される。
【００４３】
他の態様は、上記のいずれかに関係する構成要素と、デバイスと、システムと、改善と、方法と、プロセスと、アプリケーションと、コンピュータ可読媒体と、他の技術とを含む。例は、トランシーバと双方向リンクとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
本開示の実施形態は、添付図面の例と併せて以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から直ちに明らかになるであろう他の利点および特徴を有する。
【図１】一実施形態による、光チャネルおよび無線周波数チャネルを介して通信するローカルノードとリモートノードとのブロック図である。
【図２】一実施形態による、スイッチ／コントローラユニットのブロック図である。
【図３】一実施形態による、自由空間光（ＦＳＯ）端末のブロック図である。
【図４】一実施形態による、Ｅバンド端末のブロック図である。
【図５】一実施形態による、各ノードのためのスイッチ／コントローラユニットが保護ロケーション中に設置され、各ノードのためのＦＳＯおよびＥバンド端末が外部構造上に取り付けられる、ローカルノードとリモートノードとのブロック図である。
【図６】一実施形態による、各ノードのためのスイッチ／コントローラユニットが外部構造上に設置される、ローカルノードとリモートノードとのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図および以下の説明は、単に例として好ましい実施形態に関する。以下の説明から、本明細書で開示する構造および方法の代替実施形態は、特許請求の範囲の原則から逸脱することなく採用され得る実行可能な代替として容易に認識されることに留意されたい。
【００４６】
本明細書は、ワイヤレスデジタル通信の方法に関する。詳細には、本明細書は、２つのワイヤレスデジタル通信ノード間の通信に関する。より詳細には、本明細書は、各々がスイッチ／コントローラと２つのワイヤレス通信端末とからなる２つのデジタル通信ノード間の通信に関する。より詳細には、本明細書は、各々が改善された気象耐性のために並行して動作する２つの異なるワイヤレスデジタル通信技術を採用する２つのデジタル通信ノード間の通信に関する。より詳細には、本明細書は、ワイヤレス通信に関する。より詳細には、本明細書は、建築物の側面、塔、他の構造、船舶、または飛行機、気球、飛行船、および他の固定若しくは非固定翼機などの空中プラットフォーム上に取り付けられるノード間のワイヤレス通信に関する。詳細には、明細書は、各々が、スイッチ／コントローラと、ミリメートル波周波数帯域中の周波数において送信および受信するミリメートル波（ｍｍ波）無線周波数端末と、光学的に送信および受信する自由空間光通信（ＦＳＯ）端末とを含む２つのノード間のワイヤレスデジタル通信のための技法に関する。
【００４７】
図１は、一実施形態による、光チャネル１６と無線周波数チャネル１８とを含むハイブリッドワイヤレスリンク１０を介して通信するローカルノード１２とリモートノード１４とのブロック図である。ローカルノード１２とリモートノード１４とは、セルラーネットワーク、ブロードバンドネットワーク、空対地ネットワーク、空対空ネットワーク、および高容量ワイヤレスリンクを採用する他のデータネットワークなどの高容量ワイヤレス通信ネットワークの部分であり得る。ハイブリッドワイヤレスリンク１０は、自由空間光（ＦＳＯ）通信と無線周波数（ＲＦ）通信との２つの自由空間通信技術を採用する。各技術は、銅線、同軸ケーブル、または光ファイバケーブルなどのワイヤード通信媒体を使用せずに装置（ノード）の２つのセット間でデータを送信および受信することが可能である。代替構成では、異なるおよび／または追加の構成要素が図１中に含まれ得る。更に、ブロック図中の構成要素は、１つまたは複数の物理デバイス中に展開され、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、または任意のそれらの組合せで実施され得る。
【００４８】
ＦＳＯ通信およびＲＦ通信はそれぞれ、伝送エラー（ビット誤り）を生じ、および／または通信を停止することができる気象によって影響を及ぼされる。ＦＳＯ通信は、概して、低減された視程を生じる気象（例えば、光波を妨害または吸収する気象）によって影響を及ぼされ、ＲＦ通信は、概して、特に、送信周波数が増加するにつれてＲＦ波の吸収または散乱を生じる気象によって影響を及ぼされる。
【００４９】
一緒に採用されると、ＦＳＯ通信とＲＦ通信とはいずれか単独の技術よりも通信リンクに対する気象の影響への改善された耐性を与える。
【００５０】
ハイブリッドワイヤレスリンク１０はまた、光チャネル１６と無線周波数チャネル１８との間のトラフィックフローを割り振るためにデータフレームスイッチング（レイヤ２）および／またはネットワークパケットルーティング（レイヤ３）を採用する。データフレームスイッチングとネットワークパケットルーティングとにより、１つまたは複数のリンクにわたってネットワーク中の２つのノード間でデータを配信することが可能になる。データフレームスイッチングとネットワークパケットルーティングとは、統計多重化または動的帯域幅割振り技法を使用して必要に応じて送信リソースを割り振るコンピュータまたはデータネットワークを介してデータフレームまたはネットワークパケットのシーケンスとして実現される可変ビットレートデータストリームの配信を起用する。これらのデータフレームまたはネットワークパケットの処理は、それらのコンテンツ、トラフィックタイプ、優先度、およびデータフレームまたはネットワークパケット内で搬送されるデータの他の属性に基づく。このスイッチングは、適切なレイテンシ、優先度、および保護を用いてデータフレームまたはネットワークパケットを配信するためにそれらの属性に基づいて異なるデータフレームまたはネットワークパケットに異なるルールを適用する。したがって、ＦＳＯ通信と、ＲＦ通信と、データフレームスイッチングおよび／またはネットワークパケットルーティングとの組合せは、ワイヤレス通信に有意な利点を与える。
【００５１】
ハイブリッドワイヤレスリンク１０は、ローカルノード１２として指定されたものとリモートノード１４として指定されたものとの２つのノードを含む。２つのノードは、光チャネル１６と無線周波数チャネル１８とによって接続される。デジタルデータは、光チャネル１６と無線周波数チャネル１８との両方にわたってローカルノード１２とリモートノード１４との間で送信され、リモートノード１４からローカルノード１２に送信される。ノード間で送信されるデータは、ユーザデータとオーバーヘッドデータとの組合せを含む。オーバーヘッドデータは、各ノード内のサブシステム間の通信を可能にする様々な管理データを含む。
【００５２】
一実施形態では、ＲＦ通信技術は、７１ギガヘルツ（ＧＨｚ）と８６ＧＨｚとの間の周波数で動作する。一実施形態では、ローカルノード１２のＲＦ通信技術は、７１ＧＨｚと７６ＧＨｚとの間の中心周波数（送信周波数）で送信し、８１ＧＨｚと８６ＧＨｚとの間の中心周波数（受信周波数）で受信し、一方、リモートノード１４は、ローカルノードの送信周波数に適合した受信周波数とローカルノードの受信周波数に適合した送信周波数とで動作する。
【００５３】
代替実施形態では、ＲＦ通信技術は、４０ＧＨｚと７１ＧＨｚとの間の周波数で動作することができる。代替実施形態では、ＲＦ通信技術は、７１ＧＨｚと１１０ＧＨｚとの間の周波数で動作することができる。
【００５４】
一実施形態では、ＦＳＯ通信技術（ＦＳＯリンク）とＲＦ通信技術（ＥバンドリンクまたはＲＦリンク）との両方は、１０ギガビット毎秒（Ｇｂｐｓ）の公称データレートで動作する。これらの実施形態では、リンクにわたって送信されるデータは、一般に、１０Ｇｂｐｓ以上（例えば、２Ｇｂｐｓ内）である。しかしながら、データがオーバーヘッドデータを含むので、ユーザデータのためのデータレートは、１０Ｇｂｐｓをわずかに下回ることがある（例えば、２Ｇｂｐｓ内であり得る）。別の実施形態では、ＦＳＯリンクは、１０Ｇｂｐｓの公称データレートで動作し、Ｅバンドリンクは、２．５Ｇｂｐｓと５Ｇｂｐｓとの間の公称データレートで動作する。いくつかの実施形態では、ＦＳＯリンクは赤外波長範囲中で動作し、ＲＦリンクは、Ｅバンド範囲中で動作する。
【００５５】
ローカルノード１２は、ネットワークインターフェース１９と管理インターフェース２０とを含む。同様に、リモートノード１４は、ネットワークインターフェース２２と管理インターフェース２４とを含む。両方のネットワークインターフェースは、ａ）ハイブリッドリンクにわたって送信されるべきデジタルデータを受け入れることと、ｂ）ハイブリッドリンクにわたって正常に送信されたデジタルデータを配信することとを行うように働く。管理インターフェースにより、ノードとリンクとを管理チャネルによって構成し、監視することが可能になる。例えば、管理インターフェースは、より大きいネットワークの部分として動作するのに必要なタイミング信号などの情報を与える。オーバーヘッドデータがノード間で通信され得るので、２つのノード間の管理チャネルにより、ローカルノード１２とリモートノード１４との両方をローカルノード１２における管理インターフェース２０とリモートノード１４における管理インターフェース２４とを介して構成し、監視する（管理する）ことが可能になる。
【００５６】
ローカルノード１２は、スイッチ／コントローラサブシステム３０と、ＦＳＯ端末３２と、Ｅバンド端末３４と、ＦＳＯ端末のための端末マウント３６と、Ｅバンド端末のための端末マウント３８とを含む。スイッチ／コントローラ３０は、ＦＳＯ端末３２とＥバンド端末３４とに通信可能に結合され、端末マウントは、端末が設置される建築物または構造に端末を物理的に接続する。
【００５７】
スイッチ／コントローラ３０は、ハイブリッドリンクにわたってリモートノードに送信されるべきユーザデータを受け入れ、ネットワークインターフェース１９を介してローカルノードによって正常に受信されたデータを配信する。スイッチ／コントローラ３０は、管理インターフェース２０を介して構成コマンドと、タイミング信号と、他の情報とを受け入れ、ステータスと、アラームと、他の情報とを与える。スイッチ／コントローラ３０はまた、２つのノードとの間でＦＳＯリンクとＥバンドリンクとの両方を介して搬送される同様の通信情報を管理チャネルを介して受け入れる。これにより、ローカルノード１２をローカルノードの管理インターフェース２０またはリモートノードの管理インターフェース２４を介して管理することが可能になる。
【００５８】
スイッチ／コントローラ３０は、端末インターフェース４０を介してＦＳＯ端末３２と通信する。スイッチ／コントローラ３０は、第２の端末インターフェース４２を介してＥバンド端末３４と通信する。ユーザデータと管理データとの組合せは、端末インターフェース４０および４２にわたってスイッチ／コントローラ３０とＦＳＯ端末３２とＥバンド端末３４との両方との間で両方向に転送される。
【００５９】
スイッチ／コントローラ３０は、リモートノード１４に送信されるべきデータを（例えば、ネットワークインターフェース１９と管理インターフェース２０とから）受信するように構成される。スイッチ／コントローラ３０は、データのフレームが光チャネル１６、ＲＦチャネル１８、またはその両方を介して送信されることになるのかをレイヤ２において決定する。決定は、データフレームのコンテンツに基づき、いくつかの実装形態では、決定は、データの個々のフレームごとに別個に行われ得る。決定が行われると、スイッチ／コントローラ３０は、ＦＳＯ端末に光チャネル１６に割り当てられたデータフレームを与え、Ｅバンド端末にＲＦチャネル１８に割り当てられた個々のフレームを与える。いくつかの実施形態では、スイッチ／コントローラ３０は、データの各ネットワークパケットがどのように送信されることになるのかをレイヤ３において決定する。これらの実施形態では、決定は、パケットのコンテンツに基づいて行われる。
【００６０】
レイヤ２またはレイヤ３の決定に影響を及ぼし得るデータフレームまたはネットワークパケットのコンテンツは、ユーザデータとオーバーヘッドデータとを含み得る。例えば、決定は、入口ポート、出口ポート、ＭＡＣソースアドレス、ＭＡＣ宛先アドレス、ＥｔｈｅｒＴｙｐｅ、アウター８０２．１ＱタグＶＬＡＮ  ＩＤ、アウター８０２．１ＱタグＰＣＰ、アウター８０２．１ＱタグＤＥＩ、インナー８０２．１ＱタグＶＬＡＮ  ＩＤ、インナー８０２．１ＱタグＰＣＰ、インナー８０２．１ＱタグＤＥＩ、ＩＰｖ４ソースアドレス、ＩＰｖ４宛先アドレス、ＩＰｖ４  ＤＳＣＰ、ＩＰｖ４  ＥＣＮ、ＩＰｖ４プロトコルフィールド、ＩＰｖ６ソースアドレス、ＩＰｖ６宛先アドレス、ＩＰｖ６トラフィッククラス、ＩＰｖ６ネクストヘッダ、ＩＰｖ６フローラベル、ＩＰｖ６  ＳＲＨ、アウターＭＰＬＳタグラベル、アウターＭＰＬＳタグＥＸＰ（ＱｏＳ若しくはＥＣＮ）、任意のインナーＭＰＬＳタグラベル、任意のインナーＭＰＬＳタグＥＸＰ（ＱｏＳ若しくはＥＣＮ）、または上位レイヤプロトコル情報に基づく。追加の例は、顧客が定義したリンク優先度と、オーバーヘッドリンク管理データと、データフレームまたはネットワークパケットがすでに送信されており、再送信される必要があるのかどうかとを含む。
【００６１】
データフレームまたはネットワークパケットのコンテンツに加えて、光チャネル１６、ＲＦチャネル１８、またはその両方を介して各フレームまたはパケットを送信するとの決定は、瞬時若しくは時間平均スループット、データフレーム損失比、レイテンシ、ジッタ、リンク利用率、予想若しくは計算されたリンク利用可能性、リンク状態（リンクアップまたはダウン）、リンクロケーション、時刻、時期に基づく予測されたリンクパフォーマンス、および測定、報告、若しくは推定された大気条件などのハイブリッドワイヤレスリンク１０の条件に基づき得る。追加の例は、ＲＦリンクおよびＦＳＯリンクの品質ステータス更新を含む。これらは、送信品質のリモートまたはローカルインジケータと再送信キューとに基づき得る。例えば、濃霧がローカルノードとリモートノードとの間にあることを大気条件が示す場合、データはＲＦチャネル１８を介して送信され得る。別の例では、ＲＦチャネル１８が日の出の間に低スループットを一貫して有する場合、データは日の出の間、光チャネル１６を介して送信され得る。
【００６２】
リモートノード１４は、スイッチ／コントローラ５０と、ＦＳＯ端末５２およびそれの端末マウント５６と、Ｅバンド端末５４およびそれの端末マウント５８とを含む同じ主要サブシステムを含む。ローカルノード１２と同様に、リモートノード１４中のスイッチ／コントローラ５０は、端末インターフェース６０および６２を介してＦＳＯ端末５２およびＥバンド端末５４と通信する。
【００６３】
一実施形態によるスイッチ／コントローラ３０のブロック図が図２に示されている。スイッチ／コントローラ３０は、ノードコントローラ７０と、スイッチング構成要素７２と、データリンクプロトコル構成要素７４と、パワーユニット７６とを含む。ハイブリッドリンク１０を介してリモートノード１４にローカルノード１２によって送信されるべきデータは、ネットワークインターフェース１９を介してスイッチ／コントローラ３０によって受け入れられる。リモートノード１４からローカルノード１２によって受信されたデータは、ネットワークインターフェース１９を介して配信される。構成コマンドは、スイッチ／コントローラ３０によって受け入れられ、ステータスと、パフォーマンスと、アラームとは管理インターフェース２０を介して与えられる。スイッチ／コントローラ３０は、端末インターフェース４０を介してＦＳＯ端末３２とインターフェースし、第２の端末インターフェース４２を介してＥバンド端末３４とインターフェースする。代替構成では、異なるおよび／または追加の構成要素が図２中に含まれ得る。更に、ブロック図中の構成要素は、１つまたは複数の物理デバイス中に展開され、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、または任意のそれらの組合せで実施され得る。
【００６４】
ノードコントローラ７０はまた、制御プレーンプロセッサとして機能し、制御プレーンフレームまたはパケットは、インターフェース１９を介して受信または送信され、専用インターフェース７８を介してノードコントローラとの間で転送され、ノードコントローラ７０中で処理され得る。
【００６５】
ノードコントローラ７０は、ローカルノードの構成および制御を担当する。ノードコントローラ７０はまた、ハイブリッドリンク１０にわたって送信されるデータストリームに多重化されるノード間管理チャネルを介してリモートノード１４中のノードコントローラと通信する。管理コマンドおよびステータス、パフォーマンス、並びにアラーム情報などの通信情報は、ローカル管理インターフェース２０を介してノードコントローラ７０によって受信され、送信される。ノードコントローラ７０はまた、ノード間管理チャネルを介してリモートノード１４との間で通信情報を受信し、送信し得る。ノードコントローラ７０によって与えられるインターフェースは、ノードのステータスおよび構成のためのインターネットエンジニアリングタスクフォース（ＩＥＴＦ）によって定義されたネットワーク構成プロトコル（ＮＥＴＣＯＮＦ）と、ステータス、パフォーマンスおよびアラームのためのシンプルネットワーク管理プロトコル（ＳＮＭＰ）と、コマンドラインインターフェース（ＣＬＩ）とを含む。ノードコントローラ７０はまた、管理インターフェース２０を介してウェブベースのグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を与える。
【００６６】
ノードコントローラ７０は、端末インターフェース８４を介してＦＳＯ端末３２に構成コマンドを送り、それからステータス、パフォーマンスおよびアラームを受信する。同様に、ノードコントローラ７０は、端末インターフェース９０を介してＥバンド端末３４に構成コマンドを送り、それからステータス、パフォーマンスおよびアラームを受信する。一実施形態では、管理インターフェース８４および９０は、少なくとも１Ｇｂｐｓのデータレートで動作する。更に、一実施形態では、管理インターフェース８４および９０のＧｉｇＥは、パワーオーバーイーサネット（ＰｏＥ：power-over-Ethernet）とインターフェースする。
【００６７】
ノードコントローラは、専用インターフェース７８を介してスイッチング構成要素７２にコマンドを送り、それからステータス、パフォーマンスおよびアラームを受信する。ノードコントローラは、専用インターフェース８０を介してデータプロトコルプロセッサにコマンドを送り、それからステータス、パフォーマンスおよびアラームを受信する。ローカルノードコントローラ７０からリモートノード１４中のノードコントローラまでのノード間管理チャネルはまた、インターフェース８０を介して配信／受信される。
【００６８】
一実施形態では、ノードコントローラ７０は、標準的な中央処理ユニット（ＣＰＵ）の特定用途向け標準製品（ＡＳＳＰ：application specific standard part）上で実行される複数のソフトウェアエンティティとして実装される。
【００６９】
スイッチング構成要素７２は、様々なデータフレームスイッチングおよびネットワークパケットルーティング機能（例えば、レイヤ２、レイヤ２．５、およびレイヤ３機能）を実行するように構成され得る。これらの機能は、ハイブリッドワイヤレスリンクに固有でないことがある。例えば、機能は、ポート番号またはＶＬＡＮ識別子によるトラフィックフローの識別、それらのトラフィックフローに対するトラフィックポリシング、データリンクプロトコルプロセッサとの間でトラフィックフローをスイッチングすること、およびトラフィックシェーピングを含み得る。スイッチング構成要素７２は、専用インターフェース７８を介してノードコントローラ７０から構成コマンドを受け入れ、それにステータス、パフォーマンス、およびアラーム情報を配信する。いくつかの実施形態では、スイッチング構成要素７２は、レイヤ２およびレイヤ３のＡＳＳＰとして実装される。いくつかの実施形態では、スイッチング構成要素７２は、ＦＳＯリンク、ＲＦリンク、またはその両方を介してデータフレームを送信すべきかを決定する。あるいは、データリンクプロトコル構成要素７４は、この決定を行い得る。
【００７０】
スイッチング構成要素７２は、フレームのコンテンツに基づいて１つまたは複数のデータフレームのためのサービスのクラス、サービスの品質、および／またはトラフィック処理を計算し、割り当て得る。そうである場合、ＦＳＯリンク、ＲＦリンク、またはその両方を介してデータフレームを送信すべきかの決定は、サービスのクラス、サービスの品質、および／またはトラフィック処理の決定に基づき得る。例えば、ＦＳＯリンクがＲＦリンクより高い信頼性を有する場合、より高い優先度が割り当てられたデータフレームが、ＦＳＯリンクを介して（または両方のリンクを介して）送信され、より低い優先度が割り当てられたデータフレームが、ＲＦリンクを介して送信される。
【００７１】
いくつかの実施形態では、スイッチング構成要素７２は、それらのコンテンツに従ってデータフレームをタグ付けする。これらの実施形態では、データリンクプロトコル構成要素７４は、１つまたは複数のリンクにタグをマッピングするルックアップテーブルに基づいてＦＳＯリンク、ＲＦリンク、またはその両方にデータフレームを誘導する。
【００７２】
スイッチング構成要素７２は、ネットワークインターフェース１９を介してリモートノード１４にハイブリッドワイヤレスリンクを介して送信されるべきユーザトラフィックを受け入れる。スイッチング構成要素７２はまた、ネットワークインターフェース１９を介してリモートノード１４からハイブリッドワイヤレスリンクを介して受信されたユーザトラフィックを配信する。ネットワークインターフェース１９は、複数の双方向データポートを含む。一実施形態では、ネットワークインターフェース１９は、複数のギガビットイーサネット（ＧｉｇＥ）データポートと複数の１０Ｇｂｐｓイーサネット（１０ＧｉｇＥ）データポートとを含む。一実施形態では、ネットワークインターフェース１９のデータポートの総容量は、ＦＳＯリンクとＥバンドリンクとを介して利用可能な２０Ｇｂｐｓの組み合わされた総容量よりも大きい。
【００７３】
スイッチング構成要素７２は、データ（例えば、データフレームまたはネットワークパケット）をリモートノード１４にハイブリッドリンクを介して送信するために専用インターフェース８２を介してデータリンクプロトコル構成要素７４にそのデータを配信する。スイッチング構成要素７２はまた、データがリモートノード１４からハイブリッドリンクを介して受信された後に同じ専用リンク８２を介してデータリンクプロトコル構成要素７４からデータを受信する。いくつかの実施形態では、スイッチング構成要素７２とデータリンクプロトコル構成要素７４との間のインターフェース８２は、各方向に（例えば、全二重で）２０Ｇｂｐｓ以上で動作する。
【００７４】
データリンクプロトコル構成要素７４は、ＦＳＯリンクとＥバンドリンクとの両方にわたってトラフィックフローを編成するためにデータリンクプロトコルを実装する。データリンクプロトコルは、プロプライエタリプロトコルであり得る。プロトコルを実行することによって、データリンクプロトコル構成要素７４は、ＦＳＯ端末３２とＥバンド端末３４とに個々のデータフレーム（またはネットワークパケット）を誘導し得る。データを送信するとき、データリンクプロトコル構成要素７４は、データフレームに割り当てられた、いくつかのトラフィック処理（例えば、フレーム優先度）を実装する。割り当てられたトラフィック処理に基づいて、データフレームは、ＦＳＯリンク、ＲＦリンク、またはその両方のリンクに誘導され得る。例えば、より高い優先度のトラフィック処理に割り当てられたデータフレームは、より低い優先度のトラフィック処理に割り当てられたフレームよりも優先される。データリンクプロトコル構成要素７４は、各フレームにトラフィック処理を割り当てるために多くのファクタを考慮する。これらのファクタは、特に、ＶＬＡＮタグと、ポート番号と、トラフィックタイプとを含み得る。データを受信すると、データリンクプロトコルは、受信されたフレームのタイムリーで正確な配信を保証するために割り当てられたトラフィック処理を考慮する。
【００７５】
データリンクプロトコル構成要素７４は、端末インターフェース８６を介してＦＳＯ端末３２にＦＳＯリンクを介して送信されるべきユーザデータと管理チャネルデータとを含むデータを送り、端末データインターフェース９２を介してＥバンド端末３４にＥバンドリンクを介して送信されるべきデータを送る。一実施形態では、インターフェース８６および９２は、少なくとも１０Ｇｂｐｓのピークデータレートで動作する。更に、一実施形態では、インターフェース８６および９２は、１０ＧｉｇＥインターフェースである。
【００７６】
一実施形態では、データリンクプロトコル構成要素７４は、マルチコアネットワークプロセッサユニット（ＮＰＵ）ＡＳＳＰ上で実行される複数のソフトウェアエンティティとして実装される。異なる実施形態では、データリンクプロトコル構成要素７４は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）中に実装される。異なる実施形態では、データリンクプロトコル構成要素７４は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）としてシリコン中に実装される。他の実施形態では、データリンクプロトコル構成要素７４は、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣとともにＮＰＵまたはＣＰＵ上で動作するソフトウェアエンティティの組合せとして実装される。
【００７７】
パワーユニット７６は、電源から電力を受け入れ、専用電力インターフェース８８を介してＦＳＯ端末３２と第２の専用電力インターフェース９４を介してＥバンド端末３４との両方に電力を与える。一実施形態では、パワーユニット７６は、１００ボルトと２４０ボルトとの間の電圧で動作する交流（ＡＣ）電源またはマイナス４８ボルトの公称電圧で動作する直流（ＤＣ）電源のいずれかから電力を受け入れる。一実施形態では、パワーユニット７６は、ＰｏＥを装備したＧｉｇＥ管理インターフェース８４を介してＦＳＯ端末３２と、ＰｏＥを装備したＧｉｇＥ管理インターフェース９０を介してＥバンド端末３４との両方にプラス４８ボルトの公称電圧で電力を与える。
【００７８】
図３は、一実施形態による、ＦＳＯ端末３２のブロック図を示す。ＦＳＯ端末３２は、端末コントローラ１００と、ＦＳＯ変調器／復調器（モデム）１０２と、光学プロセッサ１０４と、光送信開口１０６と、光受信開口１０８と、端末パワーユニット１１０とを含む。ＦＳＯ端末３２は、端末インターフェース４０を介してスイッチ／コントローラ３０とインターフェースする。ＦＳＯ端末３２は、リモートノード１４に自由空間光チャネル１６を介して変調されたＦＳＯ信号１２２を送信する。それはまた、自由空間光チャネル１６を介してリモートノード１４から送られた変調されたＦＳＯ信号１２４を受信する。代替構成では、異なるおよび／または追加の構成要素が図３中に含まれ得る。更に、ブロック図中の構成要素は、１つまたは複数の物理デバイス中に展開され、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、または任意のそれらの組合せで実施され得る。
【００７９】
ＦＳＯ端末コントローラ１００は、ＦＳＯ端末を構成し、監視することを担当する。それは、端末インターフェース４０の管理インターフェース８４部分を介してノードコントローラ７０から構成コマンドを受信し、それにステータス、パフォーマンス、およびアラーム情報を与える。端末コントローラ１００は、専用インターフェース１１２を介してＦＳＯモデム１０２に構成コマンドを配信し、それからステータス、パフォーマンス、およびアラーム情報を受信する。端末コントローラ１００はまた、ＦＳＯモデム１０２に送信されるデータへ多重化されるべきＦＳＯ管理データを与え、同じ専用インターフェース１１２を介してＦＳＯモデム１０２から受信されたデータから多重分離されるＦＳＯ管理データを受信する。端末コントローラ１００は、別の専用インターフェース１１４を介して光学プロセッサ１０４に構成コマンドを配信し、それからステータス、パフォーマンス、およびアラーム情報を受信する。
【００８０】
ＦＳＯモデム１０２は、レーザ源から放出された光を変調し、増幅することを担当する。一実施形態では、ＦＳＯモデム１０２は、レーザ光を変調する前にフレーミングすることと、インターリービングすることと、前方誤り訂正（ＦＥＣ）コーディングすることとを含むデータ処理機能を実行する。更に、一実施形態では、ＦＳＯモデム１０２は、レーザ光を変調するためにオンオフキーイング（ＯＯＫ）変調を採用する。代替実施形態では、ＦＳＯモデム１０２は、ＯＯＫ変調の代わりにコヒーレント直交振幅変調（ＱＡＭ）を採用する。一実施形態では、ＦＳＯモデム１０２は、少なくとも１０Ｇｂｐｓのユーザデータに加えて管理チャネルデータとＦＥＣオーバーヘッドとを含むオーバーヘッドデータを送信するのに十分なデータレートでレーザ光を変調する。
【００８１】
増幅され変調されたレーザ光は、光インターフェース１１６を介して光学プロセッサに配信される。
【００８２】
一実施形態では、ＦＳＯモデム１０２は、１５５０ナノメートル（ｎｍ）領域（１５３０ｎｍから１５６５ｎｍ）内の波長によって特徴づけられる光を変調する。より詳細には、一実施形態では、ＦＳＯモデム１０２は、１００ＧＨｚの間隔をもつＤＷＤＭグリッド上の波長のうちの１つとして国際電気通信連合（ＩＴＵ）によって指定された波長によって特徴づけられる光を変調する。代替実施形態では、ＦＳＯモデム１０２は、８５０ｎｍ、９８０ｎｍの波長または１３００ｎｍ領域（１２８０ｎｍから１３１０ｎｍ）内の波長で動作する。
【００８３】
一実施形態では、ＦＳＯモデム１０２は、変調されたレーザ光を増幅するためにエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を採用する。
【００８４】
ＦＳＯモデム１０２はまた、ＦＳＯ端末３２によって受信された光を増幅し、検出し、復調することを担当する。受信された信号は、光インターフェース１１６を介してＦＳＯモデム１０２に光学プロセッサ１０４によって与えられる。
【００８５】
いくつかの実施形態では、ＦＳＯモデム１０２は、検出および復調より前に受信された光を増幅するためにエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を採用する。いくつかの実施形態では、ＦＳＯモデム１０２は、復調より前に増幅された受信された光を検出するためにアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を採用する。いくつかの実施形態では、ＦＳＯモデム１０２は、受信された光を復調した後にフレーム化解除することと、デインターリーブすることと、前方誤り訂正（ＦＥＣ）復号することとを含むデータ処理機能を実行する。更に、いくつかの実施形態では、ＦＳＯモデム１０２は、受信された光を復調するためにオンオフキーイング（ＯＯＫ）復調を採用する。代替実施形態では、ＦＳＯモデム１０２は、ＯＯＫ復調の代わりにコヒーレント直交振幅復調（ＱＡＭ）を採用する。いくつかの実施形態では、ＦＳＯモデム１０２は、少なくとも１０Ｇｂｐｓのユーザデータに加えて管理チャネルデータとＦＥＣオーバーヘッドとを含むオーバーヘッドデータを送信するのに十分なデータレートでレーザ光を復調する。
【００８６】
ＦＳＯモデム１０２は、端末インターフェース４０のデータインターフェース８６部分を介してスイッチ／コントローラユニット３０から送信されるべきデータを受け入れる。それはまた、端末コントローラ１００からのＦＳＯ管理データを受け入れ、変調より前に送信データストリームへ管理データを多重化する。
【００８７】
光学プロセッサ１０４は、送信のために増幅され、変調されたレーザ光（送信信号）を準備し、ＦＳＯモデム１０２による増幅、検出、および復調より前に受信された光（受信信号）を準備する。光学プロセッサ１０４は、ＦＳＯモデム１０２から送信信号を受け入れ、光インターフェース１１６を介してＦＳＯモデム１０２に受信信号を配信する。準備の後に、送信信号は、光インターフェース１１８を介してリモートノード１４に向かって光送信開口１０６を通して光学プロセッサ１０４によって送られる。同様に、光学プロセッサ１０４は、最初に、光インターフェース１２０を介して光受信開口１０８を通してリモートノード１４から受信信号を受け入れる。
【００８８】
いくつかの実施形態では、光送信開口１０６と光受信開口１０８とは同じである（例えば、ＦＳＯ端末３２は、共通ボアサイトが行われる）。更に、いくつかの実施形態では、光学プロセッサ１０４は、ＦＳＯ端末３２とリモートノード１４との間で正確なポインティングを維持するためにアクティブポインティングおよび追跡を実行する。
【００８９】
いくつかの実施形態では、ＦＳＯ端末３２は、単一の光信号を生成し、それをリモートノード１４に送信（し、同様に、リモートノード１４から単一の光信号を受信し、処理）する。別の実施形態では、ＦＳＯ端末３２は、複数の光信号を生成し、それをリモートノード１４に送信（し、同様に、リモートノード１４から複数の光符号を受信し、処理）する。これらの実施形態では、上記で説明されたように、ＦＳＯ端末３２は、波長分割多重（ＷＤＭ）または高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）などの多重化（および多重分離）技法を使用し得る。
【００９０】
図４は、一実施形態による、Ｅバンド端末３４のブロック図を示す。Ｅバンド端末３４は、端末コントローラ１３０と、Ｅバンド変調器／復調器（モデム）１３２と、ＥバンドＲＦプロセッサ１３４と、Ｅバンドアンテナ１３６と、端末パワーユニット１３８とを含む。Ｅバンド端末３４は、端末インターフェース４２を介してスイッチ／コントローラ３０とインターフェースする。それは、リモートノード１４にＲＦチャネル１８を介して変調されたＥバンド信号を送信する。それはまた、ＲＦチャネル１８を介してリモートノード１４から送られた変調されたＥバンド信号を受信する。代替構成では、異なるおよび／または追加の構成要素が図４中に含まれ得る。更に、ブロック図中の構成要素は、１つまたは複数の物理デバイス中に展開され、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、または任意のそれらの組合せで実施され得る。
【００９１】
端末コントローラ１３０は、Ｅバンド端末を構成し、監視することを担当する。それは、端末インターフェース４２の管理インターフェース９０部分を介してノードコントローラ７０から構成コマンドを受信し、それにステータス、パフォーマンス、およびアラーム情報を与える。端末コントローラ１３０は、専用インターフェース１４０を介してＥバンドモデム１３２に構成コマンドを配信し、それからステータス、パフォーマンス、およびアラーム情報を受信する。端末コントローラ１３０はまた、Ｅバンドモデム１３２に送信されるデータへ多重化されるべきＥバンド管理データを与え、同じ専用インターフェース１４０を介してＥバンドモデム１３２から受信されたデータから多重分離されるＥバンド管理データを受信する。端末コントローラ１３０は、別の専用インターフェース１４２を介してＥバンドＲＦプロセッサ１３４に構成コマンドを配信し、それからステータス、パフォーマンス、およびアラーム情報を受信する。
【００９２】
Ｅバンドモデム１３２は、デジタルベースバンドキャリアを変調することを担当する。いくつかの実施形態では、Ｅバンドモデム１３２は、デジタルベースバンドキャリアを変調する前にフレーミングすることと、インターリービングすることと、前方誤り訂正（ＦＥＣ）コーディングすることとを含むデータ処理機能を実行する。更に、いくつかの実施形態では、Ｅバンドモデム１３２は、デジタルベースバンドキャリアを変調するために直交振幅変調（ＱＡＭ）を採用する。更に、いくつかの実施形態では、Ｅバンドモデム１３２は、２ＢＰＳＫ（シンボル当たり１ビット）から１２８ＱＡＭ（シンボル当たり７ビット）にわたるオーダーのＱＡＭを採用する。更に、いくつかの実施形態では、Ｅバンドモデムは、気象によるリンクの劣化を自動的に調整するために適応コーディング、変調およびボー（ＡＣＭＢ：adaptive coding, modulation and baud）技法を実行する。いくつかの実施形態では、Ｅバンドモデム１３２は、少なくとも１０Ｇｂｐｓのユーザデータに加えて管理チャネルデータとＦＥＣオーバーヘッドとを含むオーバーヘッドデータを送信するのに十分なデータレートでベースバンドキャリアを変調する。第２の実施形態では、Ｅバンドモデム１３２は、２．５Ｇｂｐｓと５Ｇｂｐｓとの間のユーザデータに加えて管理チャネルデータとＦＥＣオーバーヘッドとを含むオーバーヘッドデータを送信するのに十分なデータレートでベースバンドキャリアを変調する。更に、第２の実施形態では、Ｅバンドモデム１３２は、マルチパス影響に対するＥバンドリンクの耐性を改善するために直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調技法を採用する。
【００９３】
変調されたデジタルベースバンドキャリアは、デジタルベースバンドインターフェース１４６を介してＥバンドＲＦプロセッサ１３４に配信される。
【００９４】
Ｅバンドモデム１３２はまた、ＥバンドＲＦプロセッサ１３４によって与えられた受信されたデジタルベースバンド信号を等化し、復調することを担当する。受信されたデジタルベースバンド信号は、インターフェース１４６を介してＥバンドモデム１３２にＥバンドＲＦプロセッサ１３４によって与えられる。
【００９５】
いくつかの実施形態では、Ｅバンドモデム１３２は、デジタルベースバンド信号を復調した後にフレーム化解除すること、デインターリーブすること、前方誤り訂正（ＦＥＣ）復号することを含むデータ処理機能を実行する。更に、いくつかの実施形態では、Ｅバンドモデム１３２は、デジタルベースバンド信号を復調するために直交振幅変調（ＱＡＭ）を採用する。更に、いくつかの実施形態では、Ｅバンドモデム１３２は、２ＢＰＳＫ（シンボル当たり１ビット）から１２８ＱＡＭ（シンボル当たり７ビット）にわたるオーダーのＱＡＭ復調を採用する。更に、いくつかの実施形態では、Ｅバンドモデムは、気象によるリンクの劣化を自動的に調整するために適応コーディング、変調およびボー（ＡＣＭＢ）技法を実行する。いくつかの実施形態では、Ｅバンドモデム１３２は、少なくとも１０Ｇｂｐｓのユーザデータに加えて管理チャネルデータとＦＥＣオーバーヘッドとを含むオーバーヘッドデータを受信するのに十分なデータレートでデジタルベースバンド信号を復調する。第２の実施形態では、Ｅバンドモデム１３２は、２．５Ｇｂｐｓと５Ｇｂｐｓとの間のユーザデータに加えて管理チャネルデータとＦＥＣオーバーヘッドとを含むオーバーヘッドデータを受信するのに十分なデータレートでベースバンドキャリアを復調する。更に、第２の実施形態では、Ｅバンドモデム１３２は、マルチパス影響に対するＥバンドリンクの耐性を改善するために直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）復調技法を採用する。
【００９６】
Ｅバンドモデム１３２は、端末インターフェース４２のデータインターフェースを介してスイッチ／コントローラユニット３０から送信されるべきデータを受け入れる。それはまた、端末コントローラ１３０からのＥバンド管理データを受け入れ、変調より前に送信データストリームへ管理データを多重化する。
【００９７】
ＥバンドＲＦプロセッサ１３４は、インターフェース１４６を介してＥバンドモデム１３２によって与えられたデジタルベースバンド信号をアップコンバートし、ベースバンドから高い中心周波数に信号をシフトし、送信（Ｅバンド送信信号）より前に結果を増幅する。ＥバンドＲＦプロセッサはまた、Ｅバンドモデム１３２にそれを渡す前に高い中心周波数からベースバンド（ベースバンド受信信号）に受信Ｅバンド信号を増幅し、ダウンコンバートする。ＥバンドＲＦプロセッサ１３４は、Ｅバンドモデム１３２からベースバンド送信信号を受け入れ、デジタルベースバンドインターフェース１４６を介してＥバンドモデム１３２にベースバンド受信信号を配信する。増幅の後に、Ｅバンド送信信号は、ＲＦインターフェース１４８を介してリモートノード１４に向かってＥバンドアンテナ１３６を通してＥバンドＲＦプロセッサ１３４によって送られる。同様に、ＥバンドＲＦプロセッサ１３４は、最初に、ＲＦインターフェース１４８を介してＥバンドアンテナ１３６を通してリモートノード１４から受信Ｅバンド信号を受け入れる。
【００９８】
いくつかの実施形態では、ＥバンドＲＦプロセッサ１３４は、７１ＧＨｚと８６ＧＨｚとの間の中心周波数（Ｅバンド）にベースバンド送信信号をアップコンバートする。更に、いくつかの実施形態では、ＥバンドＲＦプロセッサ１３４は、７１ＧＨｚと８６ＧＨｚとの間の中心周波数（Ｅバンド）からベースバンドに受信信号をダウンコンバートする。更に、いくつかの実施形態では、ＥバンドＲＦプロセッサ１３４は、７１ＧＨｚと７６ＧＨｚとの間の中心周波数にベースバンド送信信号をアップコンバートし、８１ＧＨｚと８６ＧＨｚとの間の中心周波数から受信信号をダウンコンバートするか、またはＥバンドＲＦプロセッサ１３４は、８１ＧＨｚと８６ＧＨｚとの間の中心周波数にベースバンド送信信号をアップコンバートし、７１ＧＨｚと７６ＧＨｚとの間の中心周波数からベースバンドに受信信号をダウンコンバートする。ローカルノード１２とリモートノード１４とはそれらがそれぞれ他方の送信中心周波数のそれと一致する中心周波数をもつ信号を受信するように構成される。
【００９９】
いくつかの実施形態では、送信周波数と受信周波数とはプログラム可能である。
【０１００】
いくつかの実施形態では、Ｅバンド端末３４は、単一のＥバンド信号（Ｅバンド送信信号）を生成し、それを垂直偏波上で送信する。その実施形態では、Ｅバンド端末３４は、垂直偏波上で単一のＥバンド信号（Ｅバンド受信信号）を受信し、それを処理する。
【０１０１】
別の実施形態では、Ｅバンド端末３４は、単一のＥバンド信号（Ｅバンド送信信号）を生成し、それを水平偏波上で送信する。その実施形態では、Ｅバンド端末３４は、水平偏波上で単一のＥバンド信号（Ｅバンド受信信号）を受信し、それを処理する。
【０１０２】
別の実施形態では、Ｅバンド端末３４は、単一のＥバンド信号（Ｅバンド送信信号）を生成し、それを右回り円偏波上で送信する。その実施形態では、Ｅバンド端末３４は、右回り円偏波上で単一のＥバンド信号（Ｅバンド受信信号）を受信し、それを処理する。
【０１０３】
別の実施形態では、Ｅバンド端末３４は、単一のＥバンド信号（Ｅバンド送信信号）を生成し、それを左回り円偏波上で送信する。その実施形態では、Ｅバンド端末３４は、左回り円偏波上で単一のＥバンド信号（Ｅバンド受信信号）を受信し、それを処理する。
【０１０４】
別の実施形態では、Ｅバンド端末３４は、上記で説明されたように、各々が最高１０Ｇｂｐｓで動作する２つの独立したＥバンド送信信号を生成する。２つのＥバンド送信信号の第１のものは、水平偏波上でアンテナを介して送信され、一方、２つのＥバンド送信信号の第２のものは、垂直偏波上でアンテナを介して送信される。この実施形態では、Ｅバンド端末３４は、上記で説明されたように、各々が最高１０Ｇｂｐｓで動作する２つのＥバンド受信信号を受信し、処理する。２つのＥバンド受信信号の第１のものは、水平偏波上でアンテナを介して受信され、一方、２つのＥバンド受信信号の第２のものは、垂直偏波上でアンテナを介して受信される。
【０１０５】
別の実施形態では、Ｅバンド端末３４は、上記で説明されたように、各々が最高１０Ｇｂｐｓで動作する２つの独立したＥバンド送信信号を生成する。２つのＥバンド送信信号の第１のものは、右回り円偏波上でアンテナを介して送信され、一方、２つのＥバンド送信信号の第２のものは、左回り円偏波上でアンテナを介して送信される。この実施形態では、Ｅバンド端末３４は、上記で説明されたように、各々が最高１０Ｇｂｐｓで動作する２つのＥバンド受信信号を受信し、処理する。２つのＥバンド受信信号の第１のものは、右回り円偏波上でアンテナを介して受信され、一方、２つのＥバンド受信信号の第２のものは、左回り円偏波上でアンテナを介して受信される。
【０１０６】
図５は、一実施形態による、スイッチ／コントローラユニット３０および５０が保護ロケーション１５４および１５６中に設置され、ＦＳＯ端末３２および５３とＥバンド端末３４および５４とが外部構造１５０および１５２上に取り付けられた、ローカルノード１２とリモートノード１４とのブロック図である。図６は、一実施形態による、スイッチ／コントローラユニット３０および５０が外部構造１５０および１５２上に設置されることを除いて図５と同様のブロック図である。代替構成では、異なるおよび／または追加の構成要素が図５および図６中に含まれ得る。
【０１０７】
スイッチ／コントローラ３０は、スタンドアロン統合サブシステムである。いくつかの実施形態では、スイッチ／コントローラは、図５に示されているように、機器室、機器キャビネット若しくは機器小屋などの保護環境１５４中の電気通信機器ラック中に設置され得るか、または端末が設置される構造１５０中またはそれの近くに設置され得るラック搭載可能デバイスである。別の実施形態では、スイッチ／コントローラ１２は、図６に示すように、耐候性筐体中に密閉され、２つの端末の近くの構造１５０上に取り付けられる。
【０１０８】
ＦＳＯ端末３２とＥバンド端末３４とはそれぞれ、スタンドアロン統合サブシステムである。各々は、耐候性筐体中に密封され、リモート構造１５２上に設置されたリモートノード１４へのクリアな見通し線をもつ構造１５０上に端末マウント３６および３８を使用して取り付けられる。構造１５０および１５２は、建築物、電気通信タワー、またはそのような使用に好適な他の構造であり得る。リモート構造１５２は、ローカル構造１５０と同じタイプのものであり得るかまたはそれとは異なり得る。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、ＦＳＯ端末３２とＥバンド端末３４とは、互いにコロケートされる。例えば、端末は、互いから最高１０フィート（３．０４８ｍ）離れてあり得る。更に、ＦＳＯ端末３２とＥバンド端末３４とは、図５および図６では同じ構造１５０に取り付けられているが、端末は別個の構造に取り付けられ得る。
【０１１０】
端末マウント３６および３８は、各端末が設置中にリモートノード１４に正確に向けられることを可能にするために方位角および高度調整を与える。いくつかの実施形態では、ＦＳＯ端末３２のために使用される端末マウント３６は、Ｅバンド端末３４のために使用される端末マウント３８と同一である。代替実施形態では、Ｅバンド端末３４のために使用される端末マウント３８は、リモートノード１４への正確なポインティングを維持するためにアクティブな自動ポインティングおよび追跡システムを含む。
【０１１１】
図１〜図５を参照しながら説明した実施形態はローカルノード１２とリモートノード１４とのみを含むが、ノードは、ノードのネットワークに統合され得る。例えば、リモートノード１４は、リモートノード１４からデータを受信し、第４のノードにデータを送信する第３のノードに結合され得る。例えば、リモートノード１４の管理インターフェース２４とネットワークインターフェース２２とは、第３のノードのスイッチコントローラに接続される。あるいは、リモートノード１４と第３のノードとは、スイッチコントローラ５０がリモートノード１４と第３のノードとのためのスイッチコントローラであるように一緒に統合される。これらの実施形態では、スイッチコントローラ５０は、第４のノードに向けられた別のＦＳＯ端末とＥバンド端末とに結合され得る。
【図１】
2021515506.tif 000003
【図２】
2021515506.tif 000004
【図３】
2021515506.tif 000005
【図４】
2021515506.tif 000006
【図５】
2021515506.tif 000007
【図６】
2021515506.tif 000008
【国際調査報告】
2021515506.tif 000009
2021515506.tif 000010
2021515506.tif 000011