特表 2024-535313 ワイヤレス光通信端末のための光学追跡モジュールチップ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-30

(54)【発明の名称】ワイヤレス光通信端末のための光学追跡モジュールチップ

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/112 20130101AFI20240920BHJP

   G02F 1/01 20060101ALN20240920BHJP

【ＦＩ】

H04B10/112

G02F1/01 C

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024517509

(86)(22)【出願日】2022-06-06

(85)【翻訳文提出日】2024-05-16

(86)【国際出願番号】 US2022032348

(87)【国際公開番号】W WO2023048785

(87)【国際公開日】2023-03-30

(31)【優先権主張番号】17/698,224

(32)【優先日】2022-03-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/246,605

(32)【優先日】2021-09-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/246,599

(32)【優先日】2021-09-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】516326438

【氏名又は名称】エックス デベロップメント エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100126480

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 睦

(72)【発明者】

【氏名】エルクメン，バリス，イブラヒム

(72)【発明者】

【氏名】ブリンクリー，デビン

(72)【発明者】

【氏名】テラー，エリック

(72)【発明者】

【氏名】ムーア，トーマス

(72)【発明者】

【氏名】プラトー，ジャン－ローラン

【テーマコード（参考）】

2K102

5K102

【Ｆターム（参考）】

2K102BB04

2K102BD09

2K102DC08

2K102DC09

2K102EA21

2K102EA25

2K102EB16

2K102EB22

5K102AA22

5K102AH01

5K102AL01

5K102AL02

5K102AL08

5K102AL10

5K102AL23

5K102LA52

5K102MB20

5K102MD03

5K102MH03

5K102MH14

5K102MH22

5K102PB02

5K102PB03

5K102PH31

5K102PH41

5K102RD05

5K102RD26

(57)【要約】

【課題】 １つ以上のフォトニック集積チップ上に集積され得るワイヤレス光通信端末のための光学追跡モジュールを提供することである。
【解決手段】 光学追跡モジュール（１０２、３０２）は、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）（１１２、３１２）と、アナログドライブ（１１６、３１６）と、集積光検出器（１１８、３１８）と、１つ以上のプロセッサ（１１４、３１４）と、を含む。ＯＰＡは、複数のアレイ素子と、複数の位相シフタ（１１３、３１３）と、を含む。アナログドライブは、複数の位相シフタを調整するように構成されている。集積光検出器は、ＯＰＡから光を受容するように構成されている。１つ以上のプロセッサは、ＯＰＡを介して入射ビームの信号情報を抽出し、信号情報に基づいてアナログドライブを使用して出射ビームを制御するように構成されている。ＯＰＡ、アナログドライブ、集積光検出器、及び１つ以上のプロセッサは、集積回路内にある。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学追跡モジュールであって、
光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）であって、
複数のアレイ素子と、
複数の位相シフタと、を含む、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）と、
前記複数の位相シフタを調整するように構成されたアナログドライブと、
前記ＯＰＡから光を受容するように構成された集積光検出器と、
１つ以上のプロセッサであって、
前記ＯＰＡを介して入射ビームの信号情報を抽出することと、
前記信号情報に基づいて、前記アナログドライブを使用して出射ビームを制御することと、を行うように構成されている、１つ以上のプロセッサと、を備え、
前記ＯＰＡ、前記アナログドライブ、前記集積光検出器、及び前記１つ以上のプロセッサが、集積回路内にある、光学追跡モジュール。

【請求項2】

前記光学追跡モジュールが、１つ以上のファイバを介してモデムに接続するように構成されている、請求項１に記載の光学追跡モジュール。

【請求項3】

第１のファイバから信号を受信するように構成された第１のポートと、前記集積回路に信号を送信し、前記集積回路から信号を受信するように構成された第２のポートと、第２のファイバに信号を送信するように構成された第３のポートと、を含む、サーキュレータを更に備える、請求項２に記載の光学追跡モジュール。

【請求項4】

電圧レギュレータを更に備える、請求項１に記載の光学追跡モジュール。

【請求項5】

前記電圧レギュレータが、前記集積回路に電力を提供するように構成されている、請求項４に記載の光学追跡モジュール。

【請求項6】

前記光学追跡モジュールが、前記光学追跡モジュールの外部にある１つ以上の別個のプロセッサに遠隔測定データを通信するように構成されている、請求項１に記載の光学追跡モジュール。

【請求項7】

前記光学追跡モジュールが、開口利得を増加させる別個の光学レンズアセンブリに接続するように構成されている、請求項１に記載の光学追跡モジュール。

【請求項8】

前記光学追跡モジュールが、１つ以上のトランシーバ及び１つ以上の増幅器を含む、別個のトランシーバモジュールに接続するように構成されている、請求項７に記載の光学追跡モジュール。

【請求項9】

前記光学追跡モジュールが、体積が１０００ｃｍ^３未満である、請求項１に記載の光学追跡モジュール。

【請求項10】

前記光学追跡モジュールが、任意の面の表面積が１００ｃｍ^２未満である、請求項９に記載の光学追跡モジュール。

【請求項11】

前記複数のアレイ素子が、３２×３２の配列である、請求項１に記載の光学追跡モジュール。

【請求項12】

前記アナログドライブが、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）及び増幅器を含み、
前記１つ以上のプロセッサが、前記ＤＡＣに接続されており、
前記ＤＡＣがまた、前記増幅器に接続されており、
前記増幅器がまた、前記ＯＰＡに接続されている、請求項１に記載の光学追跡モジュール。

【請求項13】

前記集積光検出器が、増幅器及びアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を介して前記１つ以上のプロセッサに接続されている、請求項１に記載の光学追跡モジュール。

【請求項14】

システムであって、
複数のポイントツーポイントリレーリンクを含むネットワーク配列内に複数の通信端末を備え、
前記複数の通信端末の各々が、光学追跡モジュールを含み、前記光学追跡モジュールが、
光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）であって、
複数のアレイ素子と、
複数の位相シフタと、を含む、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）と、
前記複数の位相シフタを調整するように構成されたアナログドライブと、
前記ＯＰＡから光を受容するように構成された集積光検出器と、
１つ以上のプロセッサであって、
前記ＯＰＡを介して入射ビームの信号情報を抽出することと、
前記信号情報に基づいて、前記アナログドライブを使用して出射ビームを制御することと、を行うように構成されている、１つ以上のプロセッサと、を有し、
前記複数の通信端末の各々が、前記ＯＰＡを除いてレンズレスである、システム。

【請求項15】

前記複数の通信端末の各通信端末が、前記複数の通信端末の別の通信端末から１００メートル以内に配置されており、
前記複数の通信端末の各通信端末が、前記複数の通信端末の別の通信端末に対して少なくとも１０Ｇｂｐｓのスループットを有する、請求項１４に記載のシステム。

【請求項16】

前記ネットワーク配列がまた、１つ以上のポイントツーマルチポイントリンクを含む、請求項１４に記載のシステム。

【請求項17】

前記ネットワーク配列が、メッシュ配列を少なくとも部分的に含む、請求項１４に記載のシステム。

【請求項18】

前記ネットワーク配列が、リング配列を少なくとも部分的に含む、請求項１４に記載のシステム。

【請求項19】

前記複数のポイントツーポイントリレーリンクが、少なくとも１つの建物間リンクを含む、請求項１４に記載のシステム。

【請求項20】

光フェーズドアレイを制御するための方法であって、
集積回路内の前記光フェーズドアレイにおいて第１の光通信ビームを受信することと、
前記集積回路内の光検出器において前記第１の光通信ビームを受信することと、
前記光検出器において、前記第１の光通信ビームに基づいて第１の信号を生成することと、
前記集積回路内の１つ以上のプロセッサによって、前記第１の信号に従って前記第１の光通信ビームの信号情報を決定することと、
前記１つ以上のプロセッサによって、第２の信号を送信して、前記決定された信号情報に基づいて前記集積回路内の１つ以上の位相シフタを調整することと、
前記光フェーズドアレイ及び前記１つ以上の位相シフタを使用して第２の光通信ビームを送信することと、を含む、方法。

【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、２０２１年９月２１日に出願された米国特許仮出願第６３／２４６，６０５号及び２０２１年９月２１日に出願された米国特許仮出願第６３／２４６，５９９号の利益を主張する、２０２２年３月１８日に出願された米国特許出願公開第１７／６９８，２２４号の継続出願である。これらの出願の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

ワイヤレス光通信は、送信ビームの狭い角度幅によって提供される高い利得に部分的に起因して、高スループット及び長距離通信を可能にする。しかしながら、狭いビームはまた、遠隔端で端末開口に位置合わせされたままにするために、正確かつ能動的に向けられなければならないことを必要とする。このポインティングは、ビームをステアリングするように作動される小型ミラー（例えば、ＭＥＭＳ又はボイスコイルベースの高速ステアリングミラー機構）によって達成され得る。他の実装形態では、可動部品のないビームの電気光学ステアリングが、ビームをステアリングするために使用され、これは、コスト、寿命、及び性能の利点を提供する。光フェーズドアレイ（Optical Phased Array、ＯＰＡ）は、適応光学、ポイントツーマルチポイントサポート、及びメッシュネットワークトポロジに対して追加の利点を有する重要な技術構成要素である。ＯＰＡ内の各能動素子は、電気光学位相シフト能力を必要とする。

【発明の概要】

【0003】

本開示の態様は、自由空間光通信システム、すなわち光学追跡モジュールを提供する。光学追跡モジュールは、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）、アナログドライブ、集積光検出器、及び１つ以上のプロセッサを含む。ＯＰＡは、複数のアレイ素子、及び複数の位相シフタを含む。アナログドライブは、複数の位相シフタを調整するように構成されている。集積光検出器は、ＯＰＡから光を受容するように構成されている。１つ以上のプロセッサは、ＯＰＡを介して入射ビームの信号情報を抽出し、信号情報に基づいて、アナログドライブを使用して出射ビームを制御するように構成されている。ＯＰＡ、アナログドライブ、集積光検出器、及び１つ以上のプロセッサは、集積回路内にある。

【0004】

一例では、光学追跡モジュールは、１つ以上のファイバを介してモデムに接続するように構成されている。この例では、光学追跡モジュールは、任意選択的に、第１のファイバから信号を受信するように構成された第１のポートと、集積回路に信号を送信し、集積回路から信号を受信するように構成された第２のポートと、第２のファイバに信号を送信するように構成された第３のポートと、を含む、サーキュレータを含む。別の例では、光学追跡モジュールは、電圧レギュレータを含む。この例では、電圧レギュレータは、任意選択的に、集積回路に電力を提供するように構成されている。

【0005】

更なる例では、光学追跡モジュールは、光学追跡モジュールの外部にある１つ以上の別個のプロセッサに遠隔測定データを通信するように構成されている。更に別の例では、光学追跡モジュールは、開口利得を増加させる別個の光学レンズアセンブリに接続するように構成されている。この例では、光学追跡モジュールはまた、任意選択的に、１つ以上のトランシーバ及び１つ以上の増幅器を含む別個のトランシーバモジュールに接続するように構成されている。なお更なる例では、光学追跡モジュールは、体積が３００ｃｍ^３未満である。この例では、光学追跡モジュールは、任意選択的に、任意の面の表面積が１００ｃｍ^２未満である。

【0006】

別の例では、複数のアレイ素子は、３２×３２の配列である。更なる例では、アナログドライブは、デジタルアナログ変換器（digital-to-analog converter、ＤＡＣ）及び増幅器を含み、１つ以上のプロセッサは、ＤＡＣに接続されており、ＤＡＣはまた、増幅器に接続されており、増幅器はまた、ＯＰＡに接続されている。更に別の例では、集積光検出器は、増幅器及びアナログデジタル変換器（analog-to-digital converter、ＡＤＣ）を介して１つ以上のプロセッサに接続されている。

【0007】

本開示の他の態様は、複数のポイントツーポイントリレーリンクを含むネットワーク配列内に複数の通信端末を含むシステムを提供する。複数の通信端末の各々は、複数のアレイ素子と、複数の位相シフタと、を含む、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）と、複数の位相シフタを調整するように構成されたアナログドライブと、ＯＰＡから光を受容するように構成された集積光検出器と、ＯＰＡを介して入射ビームの信号情報を抽出し、信号情報に基づいて、アナログドライブを使用して出射ビームを制御するように構成された１つ以上のプロセッサと、を有する、光学追跡モジュールを含み、複数の通信端末の各々は、ＯＰＡを除いてレンズレスである。

【0008】

一例では、複数の通信端末の各通信端末は、複数の通信端末の別の通信端末から１００メートル以内に配置されており、複数の通信端末の各通信端末は、複数の通信端末の別の通信端末に対して少なくとも１０Ｇｂｐｓのスループットを有する。別の例では、ネットワーク配列はまた、１つ以上のポイントツーマルチポイントリンクを含む。更なる例では、ネットワーク配列は、メッシュ配列を少なくとも部分的に含む。更に別の例では、ネットワーク配列は、リング配列を少なくとも部分的に含む。なお更なる例では、複数のポイントツーポイントリレーリンクは、少なくとも１つの建物間リンクを含む。

【0009】

本開示の更なる態様は、光フェーズドアレイを制御するための方法を提供する。本方法は、集積回路内の光フェーズドアレイにおいて第１の光通信ビームを受信することと、集積回路内の光検出器において第１の光通信ビームを受信することと、光検出器において、第１の光通信ビームに基づいて第１の信号を生成することと、集積回路内の１つ以上のプロセッサによって、第１の信号に従って第１の光通信ビームの信号情報を決定することと、１つ以上のプロセッサによって、第２の信号を送信して、決定された信号情報に基づいて集積回路内の１つ以上の位相シフタを調整することと、光フェーズドアレイ及び１つ以上の位相シフタを使用して第２の光通信ビームを送信することと、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の態様による、光学追跡モジュールのブロック図１００である。

【図2】本開示の態様による、光学追跡モジュールの機能フロー図２００である。

【図3】本開示の態様による、第１の光学追跡モジュール及び第２の光学追跡モジュールのブロック図３００である。

【図4A】本開示の態様による、第１の通信システム及び第２の通信システムのブロック図である。

【図4B】本開示の態様による、通信システムの絵図である。

【図5】本開示の態様による、ネットワークのブロック図である。

【図6A】本開示の態様による、ネットワークの一部の絵図である。

【図6B】本開示の態様による、ネットワークの一部の絵図である。

【図7】本開示の態様による、フロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

概要
本技術は、１つ以上のフォトニック集積チップ上に集積され得るワイヤレス光通信端末のための光学追跡モジュールに関する。光学追跡モジュールは、短距離の「ラストマイル」ネットワーク接続用に構成され得る。例えば、光学追跡モジュールは、可動部品なしでビーム制御及び波面抽出を実行し得る。加えて、追跡モジュールは、別個の光学アセンブリ、トランシーバモジュール、及び／又はモデムを含む、より大きい光通信システムにおいて使用され得る。

【0012】

光学追跡モジュールは、出射ビームのフォトニックビーム制御を提供する光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）を含み得る。特に、ＯＰＡは、本明細書で説明される補正を実行する能力を維持しながら、よりコンパクトなモジュールを達成するために、６４素子未満のなどの限られた数のアレイ素子を用いて設計され得る。ＯＰＡは、ＯＰＡのアレイ素子によって受信され、ＯＰＡのアレイ素子から送信される信号を制御するように構成された複数の位相シフタを含み得る。ＯＰＡはまた、光ビームを受信及び送信するためのトランシーバモジュールに接続するように構成された単一経路の完全相反光学設計を含み得、これにより、ＯＰＡを介した双方向通信が可能になる。光学追跡モジュールはまた、ＯＰＡを介して自由空間から入射するビームの信号情報を抽出し、ＯＰＡを介して自由空間から出射するビームを制御するためのドライブを提供するように構成されている、特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit、ＡＳＩＣ）又は他のハードウェアベースのプロセッサなどの１つ以上のプロセッサを含み得る。

【0013】

出射ビームを制御するために、光学追跡モジュールは、集積光検出器、信号処理構成要素、及びアナログドライブを含み得る。１つ以上のプロセッサは、光検出器及び信号処理構成要素を使用して、入射ビームに関連するポインティング情報を検出及び／又は決定し得る。アナログドライブは、物理的可動部品なしで出射ビームをステアリングするように構成される。例えば、アナログドライブは、ＯＰＡ内の位相シフタをドライブして、出射ビームを電子的にステアリングするように構成され得る。電子ステアリングは、出射ビームの先端及び傾斜のためのものであり得る。１つ以上のプロセッサは、フィードバックループにおいて提供され得るポインティング情報に従ってアナログドライブを制御し得る。

【0014】

光学追跡モジュールはまた、光検出器及び信号処理構成要素を使用して波面情報を抽出するように構成され得る。抽出された波面情報は、先端及び傾斜の項、並びに入射ビームにおける推定された到来角又は他の変動に関連付けられた高次の項を含み得る。例えば、ビームにおける変動は、環境外乱、大気の乱れ、又は他の外部要因によって引き起こされ得る。

【0015】

光学追跡モジュールの構成は、低コストかつコンパクトな設計を可能にし得る。例えば、光学追跡モジュールの面は、１００ｃｍ^２未満であり得、光学追跡モジュールの深さは、３ｃｍ未満であり得る。

【0016】

光学追跡モジュールは、光学アセンブリ、トランシーバモジュール、及びモデムを含む、より大きい光通信システムのための全体的なシステムアーキテクチャにおいて使用され得る。光学アセンブリは、開口利得を増加させるための望遠鏡光学系及び標的ビームステアリング範囲を維持するためのステアリング可能ミラーを含み得る。トランシーバモジュールは、フィルタ、マルチプレクサ、デマルチプレクサ、光増幅器、可変光減衰器、及び電子回路などのフォトニクスを含み得る。トランシーバモジュールの構成要素は、単一チップ上に集積され得る。トランシーバチップは、より大きい光通信システムによって受信され、より大きい光通信システムから送信される光ビームを受信し、処理するように構成される。モデムは、トラフィック集約及び分解のための統合されたスイッチング能力を伴う適応レートモデムを含み得る。いくつかの実装形態では、トランシーバモジュールはモデムの一部であり得る。

【0017】

追加の光学系又はステアリングなしでそれ自体が端末又はノードとして使用される場合、光学追跡モジュールは、電磁干渉を低減し、スケーラビリティの容易性を増加させるラストマイルトポロジで使用することができる。例えば、ラストマイルトポロジは、「ファイバ状」構成でデータ容量を分配するように構成されたポイントツーポイントリンクのリレーを含み得る。ポイントツーポイントリンクの各々は、１００メートル以下などの短距離及び１０Ｇｂｐｓ以上などの高スループットであり得、これはより高い可用性を提供し得る。例えば、より高い可用性は、９９％以上の可用性であり得る。リンクは、人口の多いエリアにおいて自然な経路を形成する、道路に沿って配置され得る。他の例では、ラストマイルトポロジは、第１の建物上の送信場所から、第１の建物から通りを横切る１つ以上の建物上の複数の受信場所へのポイントツーマルチポイント構成を含み得る。ポイントツーマルチポイント構成は、複数のリンク間のポインティング又はビームフォーミングの時分割によって達成することができる。建物において、ネットワークは、建物間ワイヤレスリンク又はファイバリンクを使用して拡張され得る。

【0018】

本明細書で説明される特徴は、接続性の「ラストマイル」への大きいネットワーク容量の効率的な分配を可能にし、これは、通常、無線周波数ワイヤレス分配及び固定ファイバインフラストラクチャのコストを制限する容量ボトルネックを克服する。短距離のポイントツーポイント／マルチポイントリレー配列における光学追跡モジュールの使用は、ファイバを展開することに共通するロジスティック問題を回避し、リンク間の干渉を低減し、より高いスループットを可能にし得る。光学追跡モジュールのコンパクトなサイズは、より安価でより迅速な展開を可能にし得るとともに、光学追跡モジュールの位置の調整又は更新を容易にし得る。本明細書で説明される光学追跡モジュールからの出力の特性を考慮すると、短距離配列内のリンクは、装着構造の動き又は環境要因に対してよりロバストであり得る。

【0019】

例示的なシステム
図１は、短距離高スループット光通信リンクに使用され得る光学追跡モジュール１０２のブロック図１００である。加えて、図２は、光学追跡モジュール１０２の機能フロー図２００である。光学追跡モジュールは、光フェーズドアレイ、１つ以上のプロセッサ、アナログドライブ及び光検出器を含み得る。これらの構成要素は、集積回路の一部であり得るか、又は入射光ビームを受信し、入射光ビームを処理し、出射ビームを送信するように接続された個別部品であり得る。光学追跡モジュールの構成は、低コストかつコンパクトな設計を可能にし得る。例えば、光学追跡モジュールの面は、１００ｃｍ^２未満であり得、光学追跡モジュールの深さは、３ｃｍ未満であり得る。

【0020】

図１に示されるように、光学追跡モジュール１０２は、出射ビームのフォトニックビーム制御を提供する光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）１１２を含む。ＯＰＡは、マイクロレンズアレイであり得る。ＯＰＡ１１２の複数のアレイ素子は、隣接する素子間に一貫したピッチ又は距離を有するグリッドパターンで配列され得る。加えて、ＯＰＡ１１２は、３２×３２光学アレイ以下など、限られた数のアレイ素子を有し得る。他の例では、アレイ素子は、異なる数の行及び列、異なる形状、及び／又は異なるピッチ（一貫性又は非一貫性）を有する異なる配列であり得る。

【0021】

ＯＰＡ１１２は、ＯＰＡ１１２のアレイ素子によって受信され、そこから送信される信号を制御するように構成された複数の位相シフタ１１３を含む。位相シフタ１１３は、入射光及び／又は出射光を変化させる。例えば、位相シフタは、各１つ以上の出射ビームについて振幅及び／又は位相の調整を提供するように設計され得る。位相シフタによって提供される調整は、マルチビーム形成及びポイントツーマルチポイント通信を可能にし得る。追加的又は代替的に、高帯域幅位相シフタ技術を使用して、ポイントツーマルチポイント通信における隣接するリンク間の高速ジャンプを可能にし得る。入射光は光検出器に提供され、出射光はＯＰＡ１１２のアレイ素子に提供される。複数の位相シフタのアーキテクチャは、複数のアレイ素子内の各アレイ素子に接続された１つの位相シフタを有する位相シフタのうちの少なくとも１つの層を含み得る。いくつかの例では、位相シフタアーキテクチャは位相シフタの複数の層を含み、第１の層内の位相シフタは、第２の層内の１つ以上の位相シフタと直列に接続され得る。光源に最も近い層内の各位相シフタはまた、光検出器に接続され得る。

【0022】

２つ以上の位相シフタからの出力は、コンバイナを用いて結合され得る。１つ以上のコンバイナを使用することにより、入射光ビームが狭められる。１つ以上のコンバイナは、２×２ＭＭＩ又は方向性結合器であり得る。例えば、所与のコンバイナは、第１の入力において第１の光検出器から、及び第２の入力において第２の光検出器から２つの入射ビーム部分を受信し、ビームを出力ビームに合併し得る。出力ビームは、光検出器、エッジカプラ、及び／又は別のコンバイナに向けられ得る。特に、出力ビームの位相外れ部分は、光検出器に向けられ得、出力ビームの残りの部分は、エッジカプラ又は別のコンバイナに向けられ得る。エッジカプラは、出力ビームの残りの部分をフォトニック処理のために光ファイバに向けることができる。

【0023】

加えて、ＯＰＡ１１２は、１つ以上の送信機構成要素から光を受信し、遠隔通信システムによって受信されるコヒーレント通信ビームとして光を出力するように構成され得る。ＯＰＡ１１２はまた、第２の通信システムからの通信ビームなどの、自由空間からの光を受信し得、その光を１つ以上の受信機構成要素に提供する。例えば、ＯＰＡの構成要素は、必要なフォトニック処理を提供して、入射光ビームを単一モード導波路に結合し得、単一モード導波路は、ビームを光学追跡モジュールから、別個のトランシーバモジュール又はモデムなどに向ける。ＯＰＡ１１２は、光ビームを受信及び送信するための別個のトランシーバモジュールに接続するように構成された単一経路の完全相反光学設計を含み得、これにより、ＯＰＡ１１２を介した双方向通信が可能になる。

【0024】

光学追跡モジュール１０２は、１つ以上のプロセッサ１１４を追加的に含む。１つ以上のプロセッサ１１４は、市販のＣＰＵなどの任意の従来のプロセッサであり得る。代替的に、１つ以上のプロセッサは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array、ＦＰＧＡ）などの他のハードウェアベースのプロセッサなどの専用のデバイスであり得る。１つ以上のプロセッサは、ＯＰＡを介して自由空間から入射するビームの信号情報を抽出し、ＯＰＡを介して自由空間から出射するビームを制御するためのドライブを提供するように構成され得る。

【0025】

光学追跡モジュール１０２は、アナログドライブ１１６を追加的に含む。アナログドライブ１１６は、１つ以上の位相シフタ１１３に提供される電圧を調整し得る。例えば、アナログドライブ１１６は、バイアス回路などの１つ以上のバイアス手段を含み得る。アナログドライブ１１６は、１つ以上のプロセッサ１１４によって決定された設定電圧に電圧を調整し得る。アナログドライブ１１６を使用して、出射ビームは、物理的可動部品なしでステアリングされ得る。例えば、アナログドライブ１１６は、ＯＰＡ１１２内の位相シフタ１１３をドライブして、出射ビームを電子的にステアリングするように構成され得る。電子ステアリングは、出射ビームの先端及び傾斜のためのものであり得る。設定電圧は、フィードバックループにおいて提供され得る抽出された信号情報に従って、１つ以上のプロセッサによって決定され得る。

【0026】

光学追跡モジュール１０２は、光検出器１１８を追加的に含む。光検出器１１８は、１つ以上のフォトダイオード、フォトレジスタ、フォトトランジスタ、又は受信した光ビーム、若しくは光信号を電気信号に変換するための他のタイプのセンサであり得る。いくつかの実装形態では、光検出器１１８は、光検出器のアレイであり得る。光検出器のアレイ内の各光検出器は、複数の位相シフタ１１３の位相シフタのうちの１つに接続され得る。光検出器１１８は、光検出器１１８によって生成された電気信号が１つ以上のプロセッサ１１４に送信され得るように、１つ以上のプロセッサ１１４に接続され得る。光検出器１１８と１つ以上のプロセッサ１１４との間の信号処理構成要素は、信号情報を抽出するために、生成された電気信号を更に処理し得る。抽出された信号情報は、先端及び傾斜の項、並びに、パワー値、強度値、推定された到来角、又は入射ビームにおける他の変動に関連付けられた高次の項を含み得る。ビームにおける変動は、環境外乱、大気の乱れ、又は他の外部要因によって引き起こされ得る。

【0027】

ＯＰＡ１１２、プロセッサ１１４、アナログドライブ１１６、及び光検出器１１８は、図１のＯＰＡ ＩＣ１１０などの集積回路であり得る。代替的に、それらは、本明細書で説明される機能を提供するように接続される個別構成要素であり得る。

【0028】

いくつかの実装形態では、光学追跡モジュールは、電圧レギュレータを含み得る。電圧レギュレータは、外部電源及び／又は別個のコンピューティングデバイスに接続され得る。他の実装形態では、光学追跡モジュールは、光学追跡モジュール又はその近くの温度を検出するための１つ以上の温度センサなどの熱管理構成要素を含み得る。図１及び図２に示されるように、光学追跡モジュール１０２は、電圧レギュレータ１２２及び温度センサ１２４を含む。電圧レギュレータ１２２及び温度センサ１２４は、図１において、ＯＰＡ ＩＣ１１０と同じプリント回路基板（printed circuit board、ＰＣＢ）１２０上に示されている。他の実装形態では、電圧レギュレータ及び温度センサは、ＯＰＡ、プロセッサ、アナログドライブ、及び光検出器とは別の基板又は他の支持ベース上にあり得る。電圧レギュレータ１２２は、モジュールポート１４４を介して、外部電源及び／又は光学追跡モジュール１０２とは別個のコンピューティングデバイスに接続される。

【0029】

光学追跡モジュールは、任意選択的に、光学追跡モジュール１０２上のサーキュレータ１３０などのサーキュレータを含み得るか、又は外部サーキュレータに接続され得る。サーキュレータは、第１のファイバを介して光学追跡モジュールとは別個のコンピューティングデバイスから信号を受信するように構成された第１のポートと、ＯＰＡに信号を送信し、ＯＰＡから信号を受信するように構成された第２のポートと、第２のファイバを介して別個のコンピューティングデバイスに信号を送信するように構成された第３のポートと、を有し得る。図１に示されるように、サーキュレータ１３０の第１のポートに向けられる第１のモジュールポート１４０におけるファイバ入力が存在し得、第２のモジュールポート１４２からのファイバ出力は、サーキュレータ１３０の第３のポートに接続される。ファイバ入力及びファイバ出力は、モデムなどの別個のコンピューティングデバイスに接続され得る。

【0030】

図２に示されるように、光学追跡モジュールの構成要素は、いくつかのブロックに分割され得る。光学追跡モジュール１０２は、例えば、フォトニクスブロック２０２と、送信／受信ブロック２０４と、制御ブロック２０６と、デジタル制御インターフェース２０８と、を含み得る。フォトニクスブロック２０２は、少なくともＯＰＡ１１２と、位相シフタ１１３と、光検出器１１８と、温度センサ１２４と、を含む。送信／受信ブロック２０４は、フォトニクスブロック２０２からの入力又は出力信号を処理する集積回路の一部を備える。例えば、光検出器１１８によって生成された第１の信号は、制御ブロック２０６に向けられる前に、第１の増幅器２１２及びアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２２２に向けられ得る。制御ブロック２０６からの第２の信号は、位相シフタ１１３に向けられる前に、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）２２０及び第２の増幅器２１０に向けられ得る。制御ブロック２０６は、図２に示されるようなデジタル信号プロセッサ、別のタイプの集積回路、又は１つ以上の個別構成要素などの、１つ以上のプロセッサ１１４を備え得る。デジタル制御インターフェース２０８は、図２に示されるような低速制御デジタルインターフェース２３０であり得る。デジタル制御インターフェース２０８は、遠隔測定データなどの光学追跡モジュールからのセンサ測定値を監視し、及び／又は初期化若しくは更新などの光学追跡モジュールのためのプログラミングを実行するように構成され得る。

【0031】

図３は、通信リンク２２を介して別の光学追跡モジュール３０２と通信している光学追跡モジュール１０２を示す。描写されるように、本明細書で説明する光学追跡モジュール１０２は、追加の光学系又はステアリング構成要素なしに、短距離高スループット自由空間光通信リンクにおいて信号を送信及び受信することができる。図１に示されるように、光学追跡モジュール１０２は、ファイバ入力、ファイバ出力、及び電力に接続されたとき、そのように機能することができる。通信リンク２２は、モジュール１０２によって光学追跡モジュール３０２に送信される第１の光ビーム２０ａと、光学追跡モジュール３０２によって光学追跡モジュール１０２に送信される第２の光ビーム２０ｂと、を含むものとして図３に示されている。

【0032】

光学追跡モジュール３０２は、本明細書に説明されるように、光学追跡モジュール１０２と同じ又は同様に構成され得る。例えば、光学追跡モジュール３０２は、ＯＰＡ ＩＣ１１０、ＯＰＡ１１２、位相シフタ１１３、１つ以上のプロセッサ１１４、アナログドライブ１１６、及び光検出器１１８と同等であり得る、ＯＰＡ３１２、位相シフタ３１３、１つ以上のプロセッサ３１４、アナログドライブ３１６、及び光検出器３１８を有するＯＰＡ ＩＣ３１０を含む。光学追跡モジュール３０２はまた、電圧レギュレータ１２２と同じ又は同様の電圧レギュレータ３２２と、温度センサ１２４と同じ又は同様の温度センサ３２４と、を含み得る。光学追跡モジュール３０２のこれらの構成要素は、ＰＣＢ１２０と同じ又は同様のＰＣＢ３２０上に配置され得る。いくつかの実装形態では、光学追跡モジュール３０２はまた、サーキュレータ１３０と同じ又は同様の様態でサーキュレータを含み得る。

【0033】

第１の追跡モジュール１０２と第２の追跡モジュール３０２との間の通信リンク２２は、追跡モジュールが位置合わせされるときに形成され得る。位置合わせは、光ビーム２０ａ、２０ｂを使用して、追跡モジュール１０２、３０２間に見通し線が確立されたときを決定することによって決定することができる。通信リンク２２を使用して、１つ以上のプロセッサ１１４は、光ビーム２０ａを使用して自由空間を通して第２の追跡モジュール３０２に通信信号を送信することができ、１つ以上のプロセッサ３１４は、光ビーム２０ｂを使用して自由空間を通して第１の追跡モジュール１０２に通信信号を送信することができる。第１及び第２の追跡モジュール１０２、３０２間の通信リンク２２は、２つの追跡モジュール間のデータの双方向送信を可能にする。特に、これらの例における通信リンク２２は、自由空間光通信（free-space optical communication、ＦＳＯＣ）リンクであり得る。他の実装形態では、通信リンク２２のうちの１つ以上は、無線周波数通信リンク又は自由空間を通って移動することができる他のタイプの通信リンクであり得る。いくつかの他の実装形態では、通信リンク２２は単方向であり得、及び／又は２つ以上のビームが１つの光学追跡モジュールから別の光学追跡モジュールに送信され得る。

【0034】

図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、光学追跡モジュールは、追加的又は代替的に、光学アセンブリ、トランシーバモジュール、及びモデムを含む長距離光通信システムのための全体的なモジュラシステムアーキテクチャにおいて使用され得る。このモデムは、それ自体で光学追跡モジュールに電力供給するために使用されるモデムよりも高い送信及び収集電力を提供するように構成され得る。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、光通信システム４００のアーキテクチャは、光学アセンブリ４０４、トランシーバモジュール４１０、及びモデム４１６を含むものとして描示されている。別の光通信システム４３０が、光学アセンブリ４３４、トランシーバモジュール４４０、及びモデム４４６を含むものとして図４Ａに描示されている。光通信システム４００は、通信リンク２２を介して光通信システム４３０と通信するように示されている。

【0035】

光学アセンブリ４０４は、開口利得を増加させるために望遠鏡光学系を含み得る。例えば、光通信システム４００は、望遠鏡を形成する１つ以上のレンズ４０６を含む。望遠鏡は、コリメートされた光を受容し、コリメートされた光を出力し得る。望遠鏡は、対物部分、接眼部分、又はリレー部分を含み得る。図４Ｂに示されるように、システムは、対物レンズ４７０、接眼レンズ４７２、及びリレーレンズ４７４、４７６を含み得る。

【0036】

光学アセンブリ４０４はまた、標的ビームステアリング範囲を維持するために、作動／ステアリングミラー４８２などの１つ以上の追加のステアリング機構４０８を含み得る。作動／ステアリングミラー４８２は、ＭＥＭＳ２軸ミラー、２軸ボイスコイルミラー、又はピエゾ電子２軸ミラーであり得る。光学アセンブリ４０４が光学追跡モジュール１０２に接続されるとき、光学追跡モジュール１０２の１つ以上のプロセッサ１１４は、ＯＰＡ ＩＣ１１０及び／又はミラー４８２を制御することによって出射ビームの指示方向及び／又は波面形状を調整するように構成され得る。いくつかの例では、１つ以上のプロセッサ１１４は、光学アセンブリ上に配置された１つ以上のセンサからなど、光学アセンブリ４０４から追加の信号を受信及び処理し得る。代替的な実装形態では、１つ以上の追加のプロセッサは、光学アセンブリ４０４のステアリングミラーの受信及び制御に専用であり得る。フィードバックループを使用して、ステアリング機構４０８は、高速ステアリングミラー又は粗いポインティングミラーとして制御され得る。

【0037】

トランシーバモジュール４１０は、出射ビームを提供するための光源などの送信機構成要素と、入射ビームを処理するためのセンサなどの受信機構成要素と、を含み得る。図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、トランシーバモジュール４１０は、シードレーザ４１２及びセンサ４１４を含む。シードレーザ４１２は、分布帰還型レーザ（distributed feedback laser、ＤＦＢ）、発光ダイオード（light-emitting diode、ＬＥＤ）、レーザダイオード、ファイバレーザ、又は固体レーザであり得る。シードレーザ４１２の光出力又は光信号は、受信した電気信号を変調する変調器からなどの、シードレーザに直接印加される電流又は電気信号によって制御され得る。シードレーザ４１２から送信された光は、ＯＰＡ１１２によって受信される。他の送信機構成要素は、高出力半導体光増幅器などの増幅器を含み得る。

【0038】

受信機構成要素は、少なくとも、追加の光検出器などのセンサ４１４を含み得る。光検出器１１８と同じ又は同様の様態で、センサ４１４は、受信した光又は光信号を、光学追跡モジュールの１つ以上のプロセッサ、モデム４１６、又は通信システム４００の他の部分によって更に処理することができる電気信号に変換し得る。他の受信機構成要素は、可変光減衰器などの減衰器、半導体光増幅器などの増幅器、又はフィルタを含み得る。

【0039】

トランシーバモジュール４１０は、追加のフォトニクス、フォトニクスの異なる組み合わせ、及び／又は電子回路を含み得る。トランシーバモジュールの構成要素は、単一チップ上に集積され得る。代替的に、トランシーバモジュールは、２つ以上のチップ及び／又は個別構成要素を備え得る。トランシーバモジュール４１０は、光学追跡モジュール１０２を介して光ビームを送受信し、またモデム４１６と通信するように構成される。いくつかの実装形態では、トランシーバモジュールは、モデムモジュール全体の一部であり得る。

【0040】

モデム４１６は、トラフィック集約及び分解のための統合されたスイッチング能力を伴う適応レートモデムを含み得る。モデム４１６の構成要素は、物理レイヤ拡張、並びに通信プロトコル及びスイッチング論理のためのデジタル処理を提供するように構成され得る。例えば、構成要素は、異なる入力／出力トラフィックソースを集約／分解するための統合イーサネットスイッチ、イーサネットパケット及び他のデータソースをワイヤレス光リンクにわたる送信のために最適化されたフレームにカプセル化するためのフレーマ機能、レートがチャネル状態に基づいて選択され得る符号化レート選択性前方誤り訂正（forward error correction、ＦＥＣ）符号化／復号機能、良好なＤＣバランスを提供し、クロック回復を助け得るデータのランダム化のためのスクランブリング／アンスクランブリング機能、再送信を使用することによる損失パケットの迅速な回復のための自動再送要求機能、チャネル状態に基づくボーレート及び／又は変調適応、又はスケジューラ及び媒体アクセス制御を通じたポイントツーマルチポイント通信サポートのための論理を含み得る。図４Ａに示されるように、モデム４１６は、１つ以上のプロセッサ４１８、メモリ４２０、データ４２２、及び命令４２４を含み得る。

【0041】

１つ以上のプロセッサ４１８は、市販のＣＰＵなどの任意の従来のプロセッサであり得る。代替的に、１つ以上のプロセッサは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの他のハードウェアベースのプロセッサなどの専用のデバイスであり得る。図４Ａは、１つ以上のプロセッサ４１８及びメモリ４２０を、モデム４１６内などの同じブロック内にあるものとして機能的に例解しているが、１つ以上のプロセッサ４１８及びメモリ４２０は、モデム４１６及び別個の処理ユニットの両方内など、同じ物理的筐体内に格納される場合又は格納されない場合がある多数のプロセッサ及びメモリを実際に備え得る。したがって、プロセッサ若しくはコンピュータへの言及は、並列に動作する場合又は動作しない場合があるプロセッサ若しくはコンピュータ又はメモリの集合への言及を含むと理解されよう。

【0042】

１つ以上のプロセッサ４１８は、トランシーバモジュール４１０と通信し得る。特に、１つ以上のプロセッサ４１８は、入射光信号を受信及び処理し、光信号を送信するための命令をトランシーバモジュール４１０に提供するように構成され得る。したがって、１つ以上のプロセッサ４１８は、送信機構成要素を介して、信号でデータを送信するように構成され得、また、受信機構成要素を介して、信号で通信及びデータを受信するように構成され得る。受信された信号は、１つ以上のプロセッサ４１８によって処理されて、通信及びデータを抽出し得る。追加的又は代替的に、受信された信号は、１つ以上のプロセッサ４１８によって処理されて、受信された信号を次のホップ又はクライアントインターフェースに向けることができる。

【0043】

メモリ４２０は、１つ以上のプロセッサ４１８によって実行され得るデータ４２２及び命令４２４を含む、１つ以上のプロセッサ４１８によってアクセス可能な情報を格納し得る。メモリは、ハードドライブ、メモリカード、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＤＶＤ、又は他の光ディスクなどのコンピュータ可読媒体、並びに他の書き込み可能及び読み取り専用メモリを含む、プロセッサによってアクセス可能な情報を格納することができる任意のタイプであり得る。システム及び方法は、前述の異なる組み合わせを含み得、これにより、データ４２２及び命令４２４の異なる部分が異なるタイプの媒体に格納される。

【0044】

データ４２２は、命令４２４に従って、１つ以上のプロセッサ４１８によって検索、格納、又は修正され得る。例えば、システム及び方法は、いずれの特定のデータ構造によっても制限されないが、データ４２２は、複数の異なるフィールド及びレコード、ＸＭＬ文書又はフラットファイルを有するテーブルとして、リレーショナルデータベースのコンピュータレジスタ内に格納され得る。データ４２２は、バイナリ値又はユニコードなどであるが、これらに限定されない、任意のコンピュータ可読フォーマットでフォーマットされ得る。更なる単なる例として、画像データがビットマップとして格納され得、ビットマップは、圧縮又は非圧縮、無損失（例えば、ＢＭＰ）又は損失（例えば、ＪＰＥＧ）、及びビットマップ又はベクトルベース（例えば、ＳＶＧ）、並びにグラフィックスを描画するためのコンピュータ命令であるフォーマットに従って格納されるピクセルのグリッドからなる。データ４２２は、番号、記述テキスト、専用コード、同じメモリ若しくは異なるメモリの他のエリア（他のネットワーク場所を含む）に格納されたデータへの参照、又は関連データを計算するために関数によって使用される情報などの、関連情報を識別するのに十分な任意の情報を含み得る。いくつかの実装形態では、データ４２２は、信号を追跡するために決定された１つ以上のオフセット、通信プロトコルデータ、及び／又はスイッチング論理データなどの較正情報を含み得る。

【0045】

命令４２４は、１つ以上のプロセッサ４１８によって直接実行される命令（機械コードなど）又は間接的に実行される命令（スクリプトなど）の任意のセットであり得る。例えば、命令４２４は、コンピュータ可読媒体にコンピュータコードとして格納され得る。この点に関して、「命令」及び「プログラム」という用語は、本明細書では交換可能に使用され得る。命令４２４は、１つ以上のプロセッサ４１８による直接処理のためにオブジェクトコードフォーマットで格納され得、オンデマンドで解釈されるか若しくは事前にコンパイルされるスクリプト又は独立したソースコードモジュールの集合を含む任意の他のコンピュータ言語で格納され得る。命令４２４の関数、方法、及びルーチンについては、以下でより詳しく説明する。命令は、較正命令、通信プロトコル命令、及び／又はスイッチング論理命令を含み得る。

【0046】

システムは、通信端末の機能をサポートする追加の構成要素を含み得る。例えば、システムは、光学構成要素を接続し、トランシーバモジュール４１０、光学追跡モジュール１０２、及び光学アセンブリ４０４の間に経路を作成する光ファイバ又は導波路を含み得、逆も同様である。

【0047】

図４Ａに示されるように、第２の通信システム４３０は、光学追跡モジュール３０２、光学アセンブリ４３４、トランシーバモジュール４４０、及びモデム４４６を含む。光学追跡モジュール３０２は、光学追跡モジュール１０２と同じ又は同様であり得る。光学アセンブリ４３４は、１つ以上のレンズ４０６及びステアリング機構４０８に匹敵する１つ以上のレンズ４３６及びステアリング機構４３８を含むなど、光学アセンブリ４０４と同じ又は同様であり得る。トランシーバモジュール４４０は、シードレーザ４１２及びセンサ４１４に匹敵するシードレーザ４４２及びセンサ４４４を含むなど、トランシーバモジュール４１０と同じ又は同様であり得る。モデム４４６は、１つ以上のプロセッサ４１８、メモリ４２０、データ４２２、及び４２４命令に匹敵する１つ以上のプロセッサ４４８、メモリ４５０、データ４５２、及び命令４５４を含むなど、モデム４１６と同じ又は同様であり得る。通信システム４３０の機能をサポートするための追加の構成要素が、通信システム４００について上で説明される追加の構成要素と同様に含まれ得る。加えて、通信システム４３０は、図４Ｂに示される通信システム４００のシステムアーキテクチャと同じ又は同様のシステムアーキテクチャを有し得る。

【0048】

第１の通信システム４００と第２の通信システム４３０との間の通信リンク２２は、第１及び第２の通信デバイスが位置合わせされたときに形成され得る。位置合わせは、光ビーム２０ａ、２０ｂを使用して、通信システム４００、４３０間に見通し線が確立されたときを決定することによって決定することができる。特に、第１の通信システム４００の光学アセンブリ４０４と第２の通信システム４３０の光学アセンブリ４３４との間に見通し線位置合わせが存在し得る。通信リンク２２を使用して、１つ以上のプロセッサ１１４及び／又は４１８は、光ビーム２０ａを使用して自由空間を通して第２の通信システム４３０に通信信号を送信することができ、１つ以上のプロセッサ３１４及び／又は４４８は、光ビーム２０ｂを使用して自由空間を通して第１の通信システム４００に通信信号を送信することができる。第１及び第２の通信システム４００、４３０の間の通信リンク２２は、２つのシステム間でデータの双方向送信を可能にする。特に、これらの例における通信リンク２２は、自由空間光通信（ＦＳＯＣ）リンクであり得る。他の実装形態では、通信リンク２２のうちの１つ以上は、無線周波数通信リンク又は自由空間を通って移動することができる他のタイプの通信リンクであり得る。いくつかの他の実装形態では、通信２２は単方向であり得、及び／又は２つ以上のビームが１つの光学追跡モジュールから別の光学追跡モジュールに送信され得る。

【0049】

図５及び図６Ａは、ネットワークノード又は端末として複数の光学追跡モジュール１０２、３０２、５２０、５２２、５２４、５２６、５２８、及び５３０を備えるネットワーク部分５００を示す。光学追跡モジュール５２０、５２２、５２４、５２６、５２８、及び５３０は、光学追跡モジュール１０２及び３０２と同じ又は同様の構成で構成され得る。ネットワーク部分５００内の光学追跡モジュールは、図５の矢印及び図６Ａのソリッド線によって示されるように、２つの隣接ノードと通信し得る。光学追跡モジュールは、光学追跡モジュール１０２と３０２との間の通信リンク２２など、１つ以上の通信リンクを介して互いに通信し得る。ポイントツーポイントリンクの各々は、１００メートル以下などの短距離及び１０Ｇｂｐｓ以上などの高スループットであり得、これはより高い可用性を提供し得る。他の実装形態では、需要がより少ない又は密度がより低いエリアなどにおいて、ポイントツーポイントリンクは、５００メートルなどのより大きい距離、及び１～１０Ｇｂｐｓなどのより低いスループットを有し得る。

【0050】

ネットワーク部分５００は、地理的エリアを通して「ファイバ状」構成でデータ容量を分配するように構成されたポイントツーポイントリンクのリレーを備えるラストマイルトポロジである。光学追跡モジュール５２４は、少なくともネットワーク部分５００によってサービスされる地理的エリアへの接続性を提供するために、バックホールリンク５４６に接続され得る。ネットワーク部分５００は、インターネットなどのより大きいネットワークに接続され得、より大きいコンピュータネットワーク上に格納された、又はより大きいコンピュータネットワークを通じて提供されるリソースへのアクセスをクライアントデバイスに提供するように構成され得る。光学追跡モジュール１０２、３０２、５２０、５２２、５２４、５２６、５２８、５３０のうちの１つ以上は、直接又はアクセスポイントを介してリモートデバイスに接続可能であり得る。例えば、光学追跡モジュール１０２は、クライアントデバイス５４０と直接通信し、光学追跡モジュール５２０は、サーバデバイス５４４と直接通信し、光学追跡モジュールは、クライアントデバイスがネットワーク部分５００に接続され得るアクセスポイント５４２に接続される。

【0051】

いくつかの実装形態では、ネットワーク部分５００は、携帯電話、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ウェアラブルデバイス、タブレットコンピュータなどのクライアントデバイスのためのアクセスネットワークとして機能し得る。他の実装形態では、ネットワーク部分５００は、バックホールリンク５４６を通してサーバコンピューティングデバイスに、又はネットワーク部分５００内の他のデバイスにアクセスを提供し得る。

【0052】

図６Ａに示されるように、リンクは、人口の多いエリアにおいて自然な経路を形成する道路に沿って配置され得る。これらの自然な経路は、有効な自由空間光通信に必要とされる遮られていない見通し線経路を含む。光学追跡モジュール１０２、３０２、５２０、５２２、５２４、５２６、５２８、５３０の各々は、道路に沿った建物に装着されている。他の例では、ラストマイルトポロジは、第１の建物上の送信場所から、第１の建物から通りを横切る１つ以上の建物上の複数の受信場所へのポイントツーマルチポイント構成を含み得る。図６Ｂに示されるように、ポイントツーマルチポイント構成は、光学追跡モジュール５２６と５２８との間、及び光学追跡モジュール５２８と５３０との間であり得る。光学追跡モジュール５２６の１つ以上のプロセッサは、１つ以上の位相シフタの放射照度又は位相を修正して、光学追跡モジュール５２６と５２８との間のリンクを指し示すマルチポイントビームパターン又は時分割を形成し得る。光学追跡モジュール５２８の１つ以上のプロセッサは、１つ以上の位相シフタの放射照度又は位相を修正して、光学追跡モジュール５２８と５３０との間のリンクを指し示すマルチポイントビームパターン又は時分割を形成し得る。

【0053】

建物において、ネットワークは、建物内ワイヤレス又はファイバリンクを使用して拡張され得る。例えば、ネットワーク部分５００内の所与の光学追跡モジュールは、ワイヤレス又はファイバリンクによって、それが装着されている建物のイーサネットスイッチ、ルータ、又はハブに接続され得る。次いで、スイッチ、ルータ、又はハブは、建物内のクライアントデバイスによってアクセス可能である建物内の建物内ノード及び／又はアクセスポイントに接続され得る。本明細書で説明される光学追跡モジュールはまた、そのような建物内ワイヤレスリンク又はアクセスポイントのために使用され得る。他の実装形態では、建物内ノード及び／又はアクセスポイントは、無線周波数技術などの非光通信技術を含む。

【0054】

いくつかの例では、追加の光学追跡モジュールが展開され、既存のネットワークに追加され得、既存のネットワークは、追加の光学追跡モジュールを含むように更新され得る。例えば、図６Ａに示されるように、ネットワーク部分５００が設置されて動作可能になった後に、追加の光学追跡モジュール６２０及び６２２が展開され得る。光学追跡モジュール６２０は、光学追跡モジュール３０２と５２０との間に位置しており、光学追跡モジュール６２２は、光学追跡モジュール５２０と５２２との間に位置している。１つ以上のプロセッサは、光学追跡モジュール３０２と６２０との間、光学追跡モジュール６２０と５２０との間、光学追跡モジュール５２０と６２２との間、及び光学追跡モジュール６２２と５２２との間のリンクを含むようにネットワークを再構成し得る。光学追跡モジュール３０２と５２０との間、及び光学追跡モジュール５２０と５２２との間のリンクは、除去、低減、又は維持され得る。ネットワーク内に展開された追加の光学追跡モジュールは、人口密度又は使用履歴に基づいて追加の帯域幅が必要とされるカバレッジを増加させ得る。追加的又は代替的に、追加の光学追跡モジュールを展開して、ネットワーク部分を道路に沿って、以前にカバーされていない地理的領域内に拡張することができる。

【0055】

図５、図６Ａ及び図６Ｂに示すネットワーク部分５００は、単なる例解であり、いくつかの実装形態では、ネットワーク部分５００は、追加の又は異なる通信端末を含み得る。例えば、他のネットワークでは、ノードのうちの１つ以上は、光学追跡モジュールがその一部である通信システム４００若しくは４３０などの通信システム、又は他のタイプの光端末を備え得る。しかしながら、本明細書で説明される光学追跡モジュールを、追加の光学系又はステアリングなしにそれ自体で端末又はノードとして使用することは、ネットワークのラストマイルトポロジにおいて、より大きい又はより伝統的な光端末に勝る利点を提供する。すなわち、光学追跡モジュールは、電磁干渉を低減することができ、スケーラビリティの容易性を増加させることができる。

【0056】

例示的な方法
動作において、１つ以上のプロセッサ１１４は、自由空間光通信のための光フェーズドアレイを制御し得る。図７に、第１の光学追跡モジュール１０２の１つ以上のプロセッサ１１４及び／又は第２の光学追跡モジュール３０２の１つ以上のプロセッサ３１４によって実行され得る上で説明される態様のうちのいくつかに従って、フロー図７００が示されている。追加的又は代替的に、フロー図７００内の１つ以上のステップは、通信システム４００又は４３０の一部であるモデム又は他の専用プロセッサの１つ以上のプロセッサ４１８又は４４８によって実行され得る。図７は、特定の順序でブロックを示しているが、順序は変更され得、複数の動作が同時に実行され得る。また、動作は、追加又は省略され得る。

【0057】

ブロック７０２において、第１の光通信ビームが、光学追跡モジュール１０２のＯＰＡ ＩＣ１１０などの集積回路内の光フェーズドアレイにおいて受信される。第１の光通信ビームは、遠隔光端末又はクライアントデバイスからのデータを搬送し得る。特に、第１の光通信ビームは、ＯＰＡ１１２などのＯＰＡの複数のアレイ素子において受信され、光検出器１１８などの集積回路内の光検出器に向けられ得る。いくつかの例では、第１の光通信ビームは、光検出器に向けられる前に、位相シフタ１１３などの１つ以上の位相シフタを通して最初に向けられる。いくつかの実装形態では、所与のアレイ素子において受信されたビーム部分は、少なくとも１つの位相シフタを通して向けられ得る。各ビーム部分の少なくとも一部は、光検出器に向けられ得る。追加的又は代替的に、各ビーム部分の少なくとも一部は、エッジカプラを介してなど、収集されたビーム部分を光検出器に向ける導波路に結合され得る。例えば、光ビーム２０ｂは、光学追跡モジュール１０２のＯＰＡ１１２において光フェーズドアレイで受信され得る。光ビーム２０ｂは、位相シフタ１１３を通って導かれ、光ビームを光検出器１１８に導く単一モード導波路に結合され得る。

【0058】

ブロック７０４において、第１の光通信ビームは、光検出器１１８などの集積回路の光検出器において受信される。ブロック７０６において、第１の光通信ビームに基づいて光検出器において第１の信号が生成される。第１の信号は、光検出器における第１の光通信ビームの位相、パワー、又は強度に関連し得る。いくつかの実装形態では、光検出器は、光検出器の異なる場所に対して信号を生成し得、各場所は、ＯＰＡの所与のアレイ素子において受信されたビーム部分に対応するか、又はそれに近似し得る。

【0059】

ブロック７０８において、１つ以上のプロセッサ１１４などの集積回路内の１つ以上のプロセッサは、第１の信号に従って第１の光通信ビームの信号情報を決定する。信号情報は、光検出器で受信された光通信ビームの位相値を含み得る。例えば、１つ以上のプロセッサ１１４は、光検出器１１８で生成された信号に基づいて、光検出器１１８上の様々な場所における位相値を決定し得る。位相値は、第１の光通信ビームの位相面を決定するために１つ以上のプロセッサによって使用され得る。位相面を決定することは、各位相シフタについての位相シフト設定を検出することを含み得る。代替的に、信号情報は、光検出器で受信された光通信ビームのパワー値又は強度値を含み得る。信号情報に基づいて、１つ以上のプロセッサ１１４は、第１の光通信ビームの到来角を決定し得る。到来角は、先端、傾斜、又はより高次の項を含む項で決定され得る。追加的又は代替的に、１つ以上のプロセッサ１１４は、光検出器で受信されたパワーの量を決定し得、これは、位相外れビーム部分の量に関連し得る。

【0060】

ブロック７１０において、１つ以上のプロセッサは、第２の信号を送信して、決定された信号情報に基づいて、位相シフタ１１３など、集積回路内の１つ以上の位相シフタを調整する。例えば、信号情報は、ＯＰＡ１１２において受信される第１の通信ビームの結合効率を低減させる波面誤差が存在することを示し得、これはまた、ＯＰＡ１１２から遠隔光端末に送信される第２の通信ビームの結合効率にも影響を及ぼし得る。１つ以上のプロセッサ１１４は、次いで、第２の信号を送信して、１つ以上の位相シフタ１１３を調整し得る。調整は、第１の光通信ビームの到来角に対して決定される先端、傾斜、及び／又は高次の項に対応し得る。いくつかの実装形態では、調整は、所与のコンバイナにおける出力ビームの同相部分を増加させる一方で、所与のコンバイナにおける出力ビームの位相外れ部分を減少させることによって、結合を改善し得る。出力ビームの位相外れ部分がゼロ強度に近ければ近いほど、出力ビームの同相部分への、したがって受信経路の残りの部分への結合が良好になる。

【0061】

代替的に、調整は、光検出器１１８上の第１の光通信ビームの最大パワー又は強度の場所と、光検出器１１８のゼロ点の場所との間の差に対応し得る。第２の信号は、アナログドライブ１１６などの集積回路のアナログドライブに送信され得、アナログドライブは次いで、１つ以上の位相シフタを調整するためのドライブを適用し得る。ドライブは、位相シフタを調整するために異なる量の電圧又は電流を印加することを含み得るか、又は別のバイアス手段を使用し得る。

【0062】

ブロック７１２において、１つ以上のプロセッサは、ＯＰＡ及び１つ以上の位相シフタを使用して第２の光通信ビームを送信し得る。例えば、１つ以上のプロセッサ１１４は、位相シフタ１１３がアナログドライブ１１６によって調整された後に、ＯＰＡ ＩＣ１１０のＯＰＡ１１２及び位相シフタ１１３を使用して光ビーム２０ａを送信し得る。局所的に調整された位相シフタに基づく波面及び指示方向のプレディストーションは、大気を通るビーム伝搬の相反性のために、通信リンクにわたる逆方向におけるパワー結合を最大化することを可能にし得る。いくつかの実装形態では、第２の光通信ビームは、この例示的な方法において説明される他のステップのうちの１つ以上が実行されている間に送信され得る。

【0063】

図７に示されるブロックは、光学追跡モジュール１０２において１つ以上の受信された光通信ビームの変化を追跡するためのフィードバックループを備え得る。変化は、大気擾乱によるものなど、ドリフト、フェージング又はシンチレーションなどの位置変化、又は他のタイプの変化を含み得る。追加的又は代替的に、フィードバックループは、光検出器において受信される位相外れ部分において測定されるパワーを最小化するように繰り返され得る。フィードバックループは、各サイクルにおいて位相シフタ調整を行うことを含み得る。

【0064】

本明細書で説明される特徴は、接続性の「ラストマイル」への大きいネットワーク容量の効率的な分配を可能にし、これは、通常、無線周波数ワイヤレス分配及び固定ファイバインフラストラクチャのコストを制限する容量ボトルネックを克服する。短距離のポイントツーポイントリレー配列における光学追跡モジュールの使用は、ファイバを展開することに共通するロジスティック問題を回避し、リンク間の干渉を低減し、より高いスループットを可能にし得る。光学追跡モジュールのコンパクトなサイズは、より安価でより迅速な展開を可能にし得るとともに、光学追跡モジュールの位置の調整又は更新を容易にし得る。本明細書で説明される光学追跡モジュールからの出力の特性を考慮すると、短距離配列内のリンクは、装着構造の動き又は環境要因に対してよりロバストであり得る。

【0065】

特に明記しない限り、前述の代替例は相互に排他的ではなく、独自の利点を達成するために様々な組み合わせで実施することができる。上で考察される特徴のこれら及び他の変形及び組み合わせは、特許請求の範囲によって定義される主題から逸脱することなく利用することができ、実施形態の前述の説明は、特許請求の範囲によって定義される主題の限定としてではなく、例解として解釈されるべきである。加えて、本明細書において説明される例の提供、並びに「など」、「含む」などの表現は、特許請求の範囲の主題を具体的な例に限定するものとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの例は、多くの可能な実施形態のうちの１つのみを例解することを意図している。更に、異なる図面の同じ参照符号は、同じ又は同様の要素を識別することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【国際調査報告】