(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由空間光通信ネットワーク（１００）における複数ノード（１１０、１２０）のための方法であって、
少なくとも幾つかのネットワークノード間でデータをリレーするようにベントパイプチャネル（１、２）を使用すること、
前記ベントパイプチャネルがアクティブでないときでも、全ノード間で見通し線を継続的に維持するように、指示、捕捉及び追尾のためパイロットチャネルを使用すること、
前記自由空間光通信ネットワークのノードで、前記ベントパイプチャネル上ではベントパイプイン信号を、前記パイロットチャネル上ではパイロットイン信号を第１のコンパニオンノードから受信すること、
指示、捕捉及び追尾を行うために、前記パイロットチャネル上のパイロットイン信号の一部を、開口部制御プロセッサへとブリードすること、
前記パイプイン信号の一部をブリードした後、前記ベントパイプイン信号とともに前記パイロットイン信号の残りを送信すること、
前記パイロットイン信号の残りを、前記ベントパイプイン信号から分離すること、
前記パイロットイン信号の残りを処理して、パイロットアウト信号を生成すること、
前記パイロットアウト信号を、前記ベントパイプイン信号と結合すること、及び
結合された前記パイロットアウト信号及び前記ベントパイプイン信号を、第２のコンパニオンノードに送信すること、
を含む、方法。
【請求項２】
前記ベントパイプチャネル上でリレーされる前記データは再増幅されるが、変調又は復調されない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記パイロットチャネルは、前記ベントパイプチャネルよりも大幅に低いデータ転送速度を有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
新しいベントパイプチャネルに対して新しい光リンクの組を特定するため前記パイロットチャネル上で前記パイロットイン信号を使用すること、及び
前記新しいベントパイプチャネルに切り替えること
を含む、前記ネットワークを再構成することを更に含み、
それによって、前記新しいベントパイプチャネルに対する空間捕捉が前記パイロットチャネル上の前記パイロットイン信号によって既に確立されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
各ノードに対して、前記パイロットチャネル上の前記パイロットイン信号は、近方コンパニオンノードとの受信見通し線（ＬＯＳ）を継続的に維持するための指示、捕捉及び追尾として使用される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記パイロットイン信号の残りにディザーを付加すること、前記ディザーから電力オンターゲットを導き出すこと、前記電力オンターゲットを使用して送信ＬＯＳと受信ＬＯＳとの間のずれを補正することを更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
自由空間光通信ネットワーク（１００）のためのノード（１１０、１２０）であって、
ネットワーク内の近方コンパニオンノードとの第１光リンクを確立するための第１ターミナル（２１０）、
前記ネットワーク内の遠方コンパニオンノードとの第２光リンクを確立するための第２ターミナル（２１０）を含み、
各ターミナルは、パイロットイン信号及びベントパイプイン信号を受信するための光開口部（２１２）、前記光開口部を介して受信したパイロットイン信号の一部をブリードするための電力タップ（２１４）、及びコンパニオンノードとの光見通し線を継続的に維持するように、指示、捕捉及び追尾のために前記パイロットイン信号の一部を使用する開口部制御プロセッサ（２１８）を含み、
各ターミナルは、前記パイロットイン信号の一部をブリードした後、前記ベントパイプイン信号とともに前記パイロットイン信号の残りを送信し、前記ベントパイプイン信号を前記パイロットイン信号の残りから分離し、前記ベントパイプイン信号を変調又は復調することなく前記ベントパイプイン信号を再増幅するための光回路を更に含み、
各ターミナルは、前記パイロットイン信号の残りを処理してパイロットアウト信号を生成し、前記光開口部によって送信するために前記パイロットアウト信号を前記ベントパイプイン信号と結合させるための光回路をさらに含む、ノード。
【請求項８】
前記第１ターミナルは、再増幅されたベントパイプイン信号及びパイロットアウト信号を、前記遠方コンパニオンノードへの光送信のための前記第２ターミナルへ送信し、前記第２ターミナルは、再増幅されたベントパイプイン信号及びパイロットアウト信号を、前記近方コンパニオンノードへの光送信のための前記第１ターミナルへ送信する、請求項７に記載のノード。
【請求項９】
前記第１及び第２ターミナルによって共有される中央プロセッサ（２４０）を更に含み、各ターミナルは、分離された前記パイロットイン信号の残りを復調し、電気パイロットイン信号を前記中央プロセッサへ送信するためのモデム（２３０）を更に含む、請求項７又は８に記載のノード。
【請求項１０】
各ターミナルは、前記ベントパイプイン信号からの光学的分離の前に、前記パイロットイン信号の残りにディザーを付加するための光カプラ／ニューテータ（２２２）と、電力オンターゲットを決定するための受信パイロット電力検出器（２２９）を更に含み、前記開口部制御プロセッサは、送信見通し線と受信見通し線との間のずれに対する修正に前記電力オンターゲットを使用する、請求項７から９のいずれか一項に記載のノード。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
ベントパイプアーキテクチャを有する自由空間光（ＦＳＯ）通信ネットワークでは、データは光空間リンクによってリレーノード間で転送される。各リレーノードでデータは再増幅されるが、変調又は復調されることはない。
【０００２】
地上局とリレー衛星との間の光リンク上では、大気の物理的な性質によって機能停止が起こりうる（例えば、雲による遮蔽、晴天乱気流は光リンクが正常に機能できないほどの影響を及ぼす）。高いビットエラー又はデータの完全欠損が、機能停止の特徴となりうる。単一地上局でのリンク機能停止の予測では、既存の光リンクを終了して、新しい光リンクを再構築することによって、ネットワークは再構成されうる。
【０００３】
最近の再構成アプローチは時間を要する。新しい光リンクを再構築するには空間及び信号の捕捉が必要で、その実行には数分間を要することがある。再構成が実行される際、データ損失を防ぐためデータはバッファされる。データ転送速度が１００Ｇｂｐｓで、スイッチング時間が１分間の場合には、６テラビットのデータをバッファしなければならない。バッファリングによる待ち時間の増加はネットワークトラフィックに影響を及ぼすため、データ損失の可能性は更に高まる。
【発明の概要】
【０００４】
本書に記載の実施形態によれば、自由空間光通信ネットワークにおける複数ノードのための方法は、少なくとも幾つかのネットワークノード間でデータをリレーするようにベントパイプチャネルを使用すること、及び、ベントパイプチャネルがアクティブでないときでも、全ノード間で見通し線を継続的に維持するように、指示（ｐｏｉｎｔｉｎｇ）、捕捉（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）及び追尾（ｔｒａｃｋｉｎｇ）のためパイロットチャネルを使用することを含む。
【０００５】
本書に記載の別の実施形態によれば、自由空間光通信ネットワークにおけるリレーノードのための方法は、ネットワーク内の近方コンパニオンノードと第１光リンクを構築するための第１光開口部、並びに、ネットワーク内の遠隔コンパニオンノードと第２光リンクを構築するための第２光開口部を使用することを含む。本方法は更に、第１光リンクを介してパイロットイン信号及びベントパイプイン信号を受信すること、近方コンパニオンノードとの光学的な見通し線を継続的に維持するように、指示、捕捉及び追尾のための第１光開口部を制御するパイロットイン信号を使用すること、並びに、ベントパイプイン信号を光学的に再増幅し、再増幅された信号を第２光リンクを介して遠隔のコンパニオンノードまで送信することを含む。
【０００６】
本書に記載の別の実施形態によれば、自由空間光通信ネットワークのためのノードは、ネットワーク内の近方コンパニオンノードと第１光リンクを構築するための第１ターミナル、並びに、ネットワーク内の遠隔コンパニオンノードと第２光リンクを構築するための第２ターミナルを含む。各ターミナルは、光開口部、光開口部を介して受信したパイロットイン信号の一部をブリードするための電力タップ、及び、コンパニオンノードとの光学的な見通し線を継続的に維持するように、指示、捕捉及び追尾のために信号の一部を使用する開口部プロセッサを含む。各ターミナルは更に、パイロットイン信号からベントパイプイン信号を分離し、ベントパイプイン信号を変調又は復調することなく、ベントパイプイン信号を再増幅するための光回路を含む。
【０００７】
これらの特徴及び機能は、種々の実施形態において単独で達成することができるか、又は他の実施形態において組み合わせることができる。実施形態の更なる詳細は、下記の説明及び図面を参照することによって理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】自由空間光通信ネットワーク及びネットワーク再構成の方法が図解されている。
【図２】自由空間光通信ネットワーク内のノードに対する光ペイロードの例が図解されている。
【図３】自由空間光通信ネットワーク内のノードに対する光ペイロードの別の例が図解されている。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１を参照すると、ベントパイプアーキテクチャを有する自由空間光通信ネットワーク１００が図解されている。ネットワーク１００はエンドノード１１０及びリレーノード１２０を含む。エンドノード１１０は地上局を含み、リレーノード１２０は地球周回軌道にあるリレー衛星を含む。図１は説明のため、エンドノード１１０として４つの地上局、及びリレーノード１２０として４つのリレー衛星を示している。しかしながら、ネットワーク１００はこれらの数に限定されない。
【００１０】
４つの地上局は位置Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに配置されている。４つのリレー衛星は位置Ｗ、Ｘ、Ｙ及びＺに配置されている。これらの位置は、例えば衛星が静止衛星でない場合、或いは地上局が移動式である場合には、移動することがありうる。
【００１１】
ノード１１０及び１２０はそれぞれ、レーザー通信（レーザーコム）を介して、ネットワーク１００内の一又は複数の他のノード１１０及び１２０と通信しうる。レーザーコムは、一又は複数の光リンク上で実施されうる。
【００１２】
ネットワーク１００は、ノード１１０とノード１２０との間でデータをリレーするため、ベントパイプチャネルを利用する。入射信号はリレーノード１２０によって受信され、再増幅され、別のノード１１０又は１２０（例えば、別のリレー衛星、又は地上局）までリレーされる。ベントパイプチャネル上のデータは、いかなるリレーノード１２０によっても変調又は復調されない。ベントパイプチャネルは、いつでもアクティブ又は非アクティブになりうる。例えば、データが送信されない期間がありうる。
【００１３】
実線で示されているエンドツーエンドベントパイプチャネル１について考察する。チャネル１は、Ａ／Ｗ、Ｗ／Ｘ、Ｘ／Ｚ及びＺ／Ｄの位置でのノード間の光リンクによって形成されている。ベントパイプチャネル１は双方向である。これにより、データは、位置Ａ及びＤの地上ノード間で、第１の波長（λ１）で一方向に、また、第２の波長（λ２）で対向方向にリレーされる。ベントパイプチャネル１はまた、各方向で付加的な波長をリレーしうる。
【００１４】
ネットワーク１００はまた、ノード１１０とノード１２０との間で光パイロット信号をリレーするため、パイロットチャネルを利用する。パイロットチャネルは遮るもののない（すなわち、雲や地上の物理的な障害物がない）見通し線を有する。パイロットチャネルは、指示、捕捉及び追尾（ＰＡＴ）のための専用となっている。パイロット信号は、ノード１１０及び１２０の各々で変調／復調されうる。パイロットチャネルは、ベントパイプチャネルがアクティブでないときでも、ノード１１０及び１２０のすべての間で見通し線を継続的に維持するよう、指示、捕捉及び追尾のために使用される。
【００１５】
パイロットチャネルは、ノード対間の光リンクによって形成される。これらの光リンクは、ネットワーク１００内のノード１１０及び１２０のすべてを網羅する。図１の例を考察する。光リンクは、Ａ／Ｗ、Ｗ／Ｘ、Ｂ／Ｘ、Ｃ／Ｘ、Ｘ／Ｙ、Ｘ／Ｚ、Ｃ／Ｙ、及びＤ／Ｚの位置でのノード対間に形成される。衛星上で十分なリソース（すなわち、十分な光ターミナル）が利用可能であり、衛星の見通し線が地球によって遮蔽されていないのであれば、他の光リンク（例えば、Ｙ／Ｚ及びＷ／Ｙ）が構築されうる。
【００１６】
配置マネージャ（例えば、分散コマンド及び制御施設）は、ネットワーク１００内のノード１１０及び１２０の各々と直接通信するためのパイロットチャネルを使用しうる。通信は直接（例えば、位置Ｂの地上局から位置Ｘのリレー衛星まで）であってもよく、或いはクロスチャネルリンク（例えば、位置Ｂの地上局から位置Ｙの衛星まで）を経由してもよい。
【００１７】
パイロットチャネルは双方向になりうる。各光リンク上で、第１パイロット信号は第１の波長（λＡ）で一方向に送信され、第２パイロット信号は第２の波長（λＢ）で対向方向に送信される。２つのパイロット信号は、波長分割マルチプレクシング（ＷＤＭ）、周波数分割マルチプレクシング（ＦＤＭ）、偏光又は他の何らかの方法によって、同一チャネル上に配置されうる。
【００１８】
ノード１１０又は１２０がパイロットチャネル光リンク上でパイロット信号を受信した後、受信されたパイロット信号は復調され処理される。変調形式には、限定するものではないが、オンオフ変調（ＯＯＫ）、差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）、及びパルス位置変調（ＰＰＭ）が含まれる。処理には、パイロット信号を送信したノード１１０又は１２０との見通し線接続性を構築し維持するために、ビーコンの捕捉及び追尾としてパイロット信号を使用することが含まれる。空間追尾は、象限検出器又は他の角度検出技術を使用して、受信した見通し線上で実行されうる。
【００１９】
ネットワーク１００の迅速な再構成を実行するため、パイロットチャネルが使用される。位置Ｄの地上局と位置Ｚのリレー衛星との間で予測される機能停止の例について考察する。機能停止は収集した情報（リンク条件など）に基づいて予測されうる。
【００２０】
機能停止が予測されるときには、新しいベントパイプチャネル２に対して新しい光リンクの組が、利用可能なリソースに基づいて特定される。図１に示したように、位置Ａ及びＢの地上局はエンドノード１１０として特定され、位置Ｗ及びＸの衛星は新しいベントパイプチャネル２のリレーノード１２０として特定される。新しいベントパイプチャネル２に切り替えるコマンドが始動されると、パイロットチャネルによって空間捕捉は既に確立されているため、新しいベントパイプチャネル２は自動的に動作する（光リンクの新しい組は特定され、切り替えコマンドは、ネットワークマネージャ又は衛星の外部に存在するネットワークマネージャ機能によって始動されうる）。その結果、再構成されたネットワーク１００は、光リンクＡ／Ｗ、Ｗ／Ｘ及びＸ／Ｂによって形成される、新しいベントパイプチャネル２（鎖線で示す）上でデータをリレーする。
【００２１】
空間の再捕捉は実行されないため、ネットワーク１００の再構成は迅速である。受信地上局でデータ受信器クロックを同期するため、（小さなバッファを必要とする）短い機能停止だけは起こりうる。しかしながら、バッファされるデータ量は従来の再構成よりも大幅に少ない。データ損失の可能性と同様に、待ち時間は少なくなる。
【００２２】
迅速な再構成のためにもパイロットチャネルは使用されうる。パイロットチャネルはテレメトリ及びコマンドデータを含みうる。パイロットチャネルは、リレーノード１２０とエンドノード１１０との間でコマンドと低速テレメトリを送信するために使用されうる。
【００２３】
パイロットチャネル上のデータは、リンクの健全性に関するデータを含みうる。リンク健全性データは、大気及び雲の影響、フェージング統計、及び信号強度などのリンク条件をモニタするために使用されうる。
【００２４】
パイロットチャネルは、ベントパイプチャネルステータス（例えば、受信した平均出力）をミッションマネージャに送信するために、或いは、エンドツーエンドチャネルの符号化及び復号化に使用されるデータを提供するために使用されうる。
【００２５】
パイロットチャネルは、ネットワーク１００内の全リレーノード１２０にデータを提供しうる。特定の衛星のデータは、それを必要とする個別の衛星によって取り除かれうる。パイロットチャネルからデータが取り除かれると、そのデータの残りの部分は再変調されて、別の衛星に送信される。別の方法では、データはすべての衛星に送信され、各衛星はその衛星に対して変調されたデータだけに基づいて動作する。この代替的な方法は、再変調を必要としないが、より大きな帯域幅を占める。
【００２６】
各リレーノード１２０は、パイロットチャネルにデータを付加しうる。パイロット信号にデータが付加されると、パイロット信号は再変調されてリレーされる。
【００２７】
パイロットチャネルは、ベントパイプチャネルよりも大幅に低いデータ転送速度を有しうる。例えば、ベントパイプチャネルのデータ転送速度は１００Ｇｂｐｓになりうるが、パイロットチャネルは１Ｍｂｐｓ未満のデータ転送速度を有する。
【００２８】
パイロットチャネルの付加は、最小の重量ペナルティで実現されうる。最小限のハードウェア重量が付加される。この付加には、光分岐／挿入マルチプレクサ及び導波管、モデム、並びにプロセッサなどの光スイッチング回路が含まれる。パイロットチャネル及びベントパイプチャネルは、同一の光リンクを共有しうる。入射光信号が受信された後、光スイッチング回路はベントパイプ信号からパイロット信号を分離する。モデムはパイロット信号を復調して電気パイロットイン信号を生成し、プロセッサはその電気パイロットイン信号を処理する。プロセッサがパイロットイン信号に対して情報を追加又は削除する場合には、モデムは電気信号を再変調して光パイロットアウト信号を生成し、光スイッチング回路はそのパイロットアウト信号とベントパイプ信号を結合する。
【００２９】
ここで図２を参照すると、ネットワーク１００のノード１１０又は１２０にのっている光ペイロード２００の例が示されている。太い実線は光の経路を示し、破線は電気信号経路を示している。光ペイロード２００を運んでいるノード１１０又は１２０は、ローカルノードと称される。
【００３０】
図２のペイロード２００は、第１及び第２の光ターミナル２１０を含む。第１ターミナル２１０は近方コンパニオンノードと通信し、第２ターミナル２１０は遠方コンパニオンノードと通信する。ペイロード２００は、付加ターミナル２１０及びターミナル間で信号をルーティングするためのＮｘＮスイッチ（図示せず）を含みうる。
【００３１】
図２では、各ターミナル２１０のパイロットチャネル及びベントパイプチャネルは共にアクティブであるように示されている。つまり、各ターミナル２１０は光パイロットイン信号及び光ベントパイプイン信号を受信し、光パイロットアウト信号及び光ベントパイプアウト信号を送信する。
【００３２】
第１ターミナル２１０は、ジンバル式光開口部２１２（例えば、ジンバル式望遠鏡）、捕捉電力タップ２１４、捕捉角度検出器２１６、及び制御プロセッサ２１８を含む。捕捉電力タップ２１４は光パイロットイン信号の一部をブリードし、その部分を捕捉角度検出器２１６に送信し、これにより光パイロットイン信号を空間的に捕捉する。捕捉角度検出器２１６は電気的なエラー信号を制御プロセッサ２１８に送信し、制御プロセッサは光開口部２１２を操縦して、近方のコンパニオンノードの見通し線を確立して維持する。
【００３３】
図２のペイロード２００では、光パイロットイン信号は更にＰＡＴ（指示、捕捉、追尾）の機能を果たす。光パイロットイン信号はまた、テレメトリデータ及びコマンドデータを運ぶ。
【００３４】
第１ターミナル２１０では、光ベントパイプイン信号及びパイロットイン信号は、捕捉電力タップ２１４から光経路をたどって、ダイクロイック送信／受信（Ｔｘ／Ｒｘ）ビームスプリッタ２２０、次にファイバーカプラ／ニューテータ（ｃｏｕｐｌｅｒ／ｎｕｔａｔｏｒ）２２２への自由空間までに至る。カプラ／ニューテータ２２２は、光パイロットイン信号（及びベントパイプイン信号）上での空間ニューテーション（ｎｕｔａｔｉｏｎ）によってディザー（ｄｉｔｈｅｒ）を与える。ベントパイプイン信号及び変調パイロットイン信号は、パイロットイン信号に対して低ノイズ受信器フロントエンドを確立するため、低ノイズ光増幅器２２４によって増幅される。低ノイズ増幅はまた、パイロットイン信号及びベントパイプイン信号を、ペイロード２００上でたどることができるレベルまで増幅する。
【００３５】
光デマルチプレクサ２２６は、パイロットイン信号からベントパイプイン信号を分離する。光デマルチプレクサ２２６は、クロストークが発生しないように、また、歪みが起こらないように、パイロット信号の波長がベントパイプの波長から充分に周波数分離されているという条件のもとで、波長デマルチプレクサであってもよい。
【００３６】
光パイロットイン信号は分割され、パイロット信号検出器２２８及び受信パイロット電力検出器２２９へ送信される。受信パイロット出力検出器２２９は、電力オンターゲットを導き出すため、パイロットイン信号上のディザーを直角位相で検知する。電力オンターゲットは、送信見通し線（ＬＯＳ）と受信ＬＯＳとの間のずれ（例えば、熱ドリフトによる）に対する補正に使用されうる。
【００３７】
以下の実施例を考察する。制御プロセッサ２１８は、光開口部２１２のビームスティアラ（ｂｅａｍ  ｓｔｅｅｒｅｒ）に対する高周波数内側ループ、及び光開口部２１２のジンバルに対する低周波数外側ループを有する制御を使用する。受信パイロット電力検出器２２９は、受信ＬＯＳに対するパイロットイン信号の角度オフセット値を測定するため、パイロットイン信号上のディザーを直角位相で検知する。パイロットイン信号の照準が正しく合わされていない場合には、送信ＬＯＳと受信ＬＯＳとの間のドリフトに対する修正を保持するため、この角度誤差は外側ループを閉じるために使用される。ドリフト修正は、パイロットリンクがアクティブなときに実行されうる。
【００３８】
パイロット信号検出器２２８は、光パイロットイン信号を検出し、電気パイロットイン信号をパイロットモデム２３０に送信する。パイロットモデム２３０は電気パイロットイン信号を復調し、中央プロセッサ２４０に送信される電気信号を生成する。パイロットイン信号は、大気フェージングチャネルを経由する送信を支援するため、インターリーブされ、前方誤り符号化されうる。中央プロセッサ２４０は、メッセージ内容を引き出すため、信号をデインターリーブして復号する。
【００３９】
中央プロセッサ２４０は、各ターミナル２１０に対して以下の機能を実行するように構成されうる。すなわち、ネットワーク内での衛星と地上局との間でのテレメトリ及びコマンド情報の送信、チャネル品質／ロバスト性の測定、チャネルフェージング統計、前方誤り訂正及び符号化、ＰＡＴ帰還チャネル電力オンターゲット信号伝達である。
【００４０】
テレメトリ及びコマンドデータは、ネットワーク再構成中に使用され、異なるコンパニオンノードとの光リンクを確立するよう、一又は複数のターミナル２１０に指示を行う。テレメトリ及びコマンドデータは異なるコンパニオンノードを特定し、中央プロセッサ２４０は制御プロセッサ２１８に光リンクを確立するよう命令する。中央プロセッサ２４０及び制御プロセッサ２１８は、コマンド及びテレメトリバス（図示せず）上で通信しうる。
【００４１】
チャネル品質は、信号強度及びモデムのビットエラーから推測される。チャネル品質は、帰還テレメトリとしてパイロットアウト信号に付加されうる。フェージング統計は、信号強度のサンプリングから推測される。フェージング統計はまた、帰還テレメトリとしてパイロットアウト信号に付加されうる。
【００４２】
チャネル品質／ロバスト性測定結果、チャネルフェージング統計公式、及び電力オンターゲット信号伝達が、電気パイロットアウト信号に付加されうる。コマンド及びテレメトリデータはまた、除外されうるローカルノードに固有のデータを除いて、電気パイロットアウト信号に付加されうる。
【００４３】
中央プロセッサ２４０は、変調のため電気パイロットアウト信号をパイロットモデム２３０へ送信する。パイロットモデム２３０では、パイロットチャネル上で起こりうるチャネルフェージングの影響を緩和するのに役立つ変調の前に、インターリーブ処理及び前方誤り訂正がパイロットアウト信号に付加されうる。
【００４４】
パイロットモデム２３０の信号はパイロットレーザー２３２を駆動し、これにより光パイロットアウト信号を生成する。光マルチプレクサ２３４は、光パイロットアウト信号を光デマルチプレクサ２２６の光出力（ベントパイプイン信号）に結合する。光マルチプレクサ２３４の出力は、高出力光増幅器２３６によって再増幅される。
【００４５】
高出力光増幅器２３６の光出力は、第２ターミナル２１０のダイクロイックＴｘ／Ｒｘビームスプリッタ２２０に送信される。再増幅された信号は、Ｔｘ／Ｒｘビームスプリッタ２２０及び捕捉電力タップ２１４を通って進み、ジンバル式光開口部２１２を介して遠方コンパニオンノードまで送信される。
【００４６】
各ターミナル２１０では、出射パイロット信号が入射パイロット信号と干渉しないように、送信と受信の分離が重要である。この分離は、波長分離によって実現されうるが、偏光、空間分離（個別の送信及び受信開口部を使用する）、及びタイミング（受信器が受信状態にあるときの送信器のブランキング）が使用可能である。
【００４７】
第１及び第２ターミナル２１０は同一のコンポーネントを利用するが、コンポーネントは異なるサイズの開口部及び異なる高出力増幅器によって、異なるように構成されうる。加えて、地上局は補償光学を有しうる。
【００４８】
光ペイロード２００は２つのターミナル２１０に限定されない。地上ノード又は衛星の構成が異なれば、ターミナルの数も異なりうる。しかしながら、コマンド及びテレメトリはすべて、中央のコマンド及びテレメトリプロセッサを介して処理され、経路決定される。
【００４９】
ここで図３を参照すると、パイロットイン信号がＰＡＴに対して単独で使用されるペイロード３００が描かれている。各ターミナル３１０は、パイロット信号検出器２２８及びパイロットモデム２３０を除いて、図２のターミナル２１０と同じコンポーネントを含む。
【００５０】
ダイクロイック送信／受信（Ｔｘ／Ｒｘ）ビームスプリッタ３２０は、光信号を再増幅のため高出力光増幅器３３６に送信する。高出力光増幅器３３６の光出力は、第２ターミナル３１０のダイクロイック送信／受信（Ｔｘ／Ｒｘ）ビームスプリッタ３２０に送信される。
【００５１】
図２のペイロード２００及び図３のペイロード３００では、ベントパイプチャネルがアクティブでないときでも、近方コンパニオンノード及び遠方コンパニオンノードとの見通し線が継続的に維持されている。
【００５２】
更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
【００５３】
条項１．  自由空間光通信ネットワークにおける複数ノードのための方法であって、少なくとも幾つかの前記ネットワークノード間でデータをリレーするようにベントパイプチャネルを使用すること、及び、前記ベントパイプチャネルがアクティブでないときでも、全ノード間で見通し線を継続的に維持するように、指示、捕捉及び追尾のためパイロットチャネルを使用することを含む方法。
【００５４】
条項２．  前記ベントパイプチャネル上でリレーされる前記データは再増幅されるが、変調又は復調されない、条項１に記載の方法。
【００５５】
条項３．  前記パイロットチャネルは、前記ベントパイプチャネルよりも大幅に低いデータ転送速度を有する、条項１に記載の方法。
【００５６】
条項４．  新しいベントパイプチャネルに対して新しい光リンクの組を特定するため前記パイロットチャネルを使用すること、及び前記新しいベントパイプチャネルに切り替えることを更に含む、前記ネットワークを再構成することを更に含み、それによって、前記新しいベントパイプチャネルに対する空間捕捉が前記パイロットチャネルによって既に確立されている、条項１に記載の方法。
【００５７】
条項５．  各ノードに対して、前記パイロットチャネル上のパイロットイン信号は、近方コンパニオンノードとの受信見通し線（ＬＯＳ）を継続的に維持するための指示、捕捉及び追尾として使用される、条項１に記載の方法。
【００５８】
条項６．  前記パイロットイン信号はテレメトリ及びコマンドデータを運び、ベントパイプイン信号は前記ベントパイプチャネル上のデータを運び、前記パイロットイン信号は前記ベントパイプイン信号から光学的に分離されて復調され、前記テレメトリ及びコマンドデータは処理される、条項５に記載の方法。
【００５９】
条項７．  電気パイロットアウト信号を生成するため、前記パイロットチャネルにデータを付加すること及び前記パイロットチャネルからデータを取り除くことのうちの少なくとも１つを更に含み、光パイロットアウト信号は前記電気パイロットアウト信号から形成され、前記ベントパイプイン信号と結合される、条項６に記載の方法。
【００６０】
条項８．  リンクが健全なデータ及びベントパイプチャネルステータスのうちの少なくとも１つは前記パイロットチャネルに付加される、条項７に記載の方法。
【００６１】
条項９．  前記パイロットイン信号にディザーを付加すること、前記ディザーから電力オンターゲットを導き出すこと、前記電力オンターゲットを使用して送信ＬＯＳと受信ＬＯＳとの間のずれを補正することを更に含む、条項５に記載の方法。
【００６２】
条項１０．  前記送信ＬＯＳは高周波数ループ及び低周波数ループによって制御され、前記電力オンターゲットは前記低周波数ループを閉じるために使用される、条項９に記載の方法。
【００６３】
条項１１．  自由空間光通信ネットワーク内のリレーノードのための方法であって、前記ネットワーク内の近方コンパニオンノードとの第１光リンクを確立するための第１光開口部及び前記ネットワーク内の遠方コンパニオンノードとの第２光リンクを確立するための第２光開口部を使用すること、前記第１光リンクを介してパイロットイン信号及びベントパイプイン信号を受信すること、前記近方コンパニオンノードとの光学的見通し線を継続的に維持するよう、指示、捕捉及び追尾のための前記第１光開口部を制御するため前記パイロットイン信号を使用すること、及び、前記ベントパイプイン信号を光学的に再増幅し、前記再増幅された信号を前記第２光リンクを介して前記遠方コンパニオンノードへ送信すること、を含む方法。
【００６４】
条項１２．  自由空間光通信ネットワークのためのノードであって、前記ネットワーク内の近方コンパニオンノードとの第１光リンクを確立するための第１ターミナル、及び前記ネットワーク内の遠方コンパニオンノードとの第２光リンクを確立するための第２ターミナルを含み、各ターミナルは、光開口部、前記光開口部を介して受信したパイロットイン信号の一部をブリードするための電力タップ、及びコンパニオンノードとの見通し線を継続的に維持するように、指示、捕捉及び追尾のために一部を使用する開口部制御プロセッサを含み、各ターミナルは、ベントパイプイン信号をパイロットイン信号から分離し、前記ベントパイプイン信号を変調又は復調することなく前記ベントパイプイン信号を再増幅するための光回路を更に含むノード。
【００６５】
条項１３．  前記第１ターミナルは、再増幅されたベントパイプイン信号を、前記遠方コンパニオンノードへの光送信のための前記第２ターミナルへ送信し、前記第２ターミナルは、再増幅されたベントパイプイン信号を、前記近方コンパニオンノードへの光送信のための前記第１ターミナルへ送信する、条項１２に記載のノード。
【００６６】
条項１４．  前記第１及び第２ターミナルによって共有される中央プロセッサを更に含み、各ターミナルは、前記分離されたパイロットイン信号を復調し、電気パイロットイン信号を前記中央プロセッサへ送信するためのモデムを更に含む、条項１２に記載のノード。
【００６７】
条項１５．  前記電気パイロットイン信号はテレメトリ及びコマンドデータを運び、前記中央プロセッサは、ネットワーク再構成を実行するため、前記コマンド及びテレメトリデータを処理するように構成されている、条項１４に記載のノード。
【００６８】
条項１６．  前記中央プロセッサは前記電気パイロットイン信号を修正してデータを付加及び／又は除去するように構成され、各ターミナルは、光パイロットアウト信号を生成するため修正された信号を再変調するためのモデム、及び前記光パイロットアウト信号と前記再増幅されたベントパイプ信号を結合するための光回路を含む、条項１４に記載のノード。
【００６９】
条項１７．  前記中央プロセッサは、リンクが健全なデータ及びベントパイプチャネルステータスのうちの少なくとも１つを付加するように構成されている、条項１６に記載のノード。
【００７０】
条項１８．  前記中央プロセッサは、ノード固有のデータを除去するように構成されている、条項１６に記載のノード。
【００７１】
条項１９：  各ターミナルは、前記ベントパイプイン信号からの光学的分離の前に、前記光パイロットイン信号にディザーを付加するための光カプラ／ニューテータ、電力オンターゲットを決定するための受信パイロット電力検出器を更に含み、前記開口部制御プロセッサは、送信見通し線と受信見通し線との間のずれに対する修正に前記電力オンターゲットを使用する、条項１２に記載のノード。
【００７２】
条項２０：  前記開口部制御プロセッサは、高周波数内側ループ及び低周波数外側ループを有する制御を使用し、前記電力オンターゲットは前記低周波数ループを閉じるために使用される、条項１９に記載のノード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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