运动数据存储系统和方法与流程
本申请要求2016年3月22日提交的美国临时专利申请第62/311,814号和2017年3月21日提交的美国实用新型专利申请第15/465,356号的优先权；所述申请中的每一个的全部内容均通过引用并入本文。
本发明涉及信息存储技术领域，并且具体地涉及一种系统，在所述系统中信息可以存储为运动中的电磁辐射，例如存储为承载数据的并在结构之间、或在结构内、腔室内和/或具有/使用不同的传输介质所传输和反射的激光或其他光束，所述传输介质包括真空、晶体、非线性介质、自由空间、光波导或光纤。
背景技术
在电磁通信系统中，信号(例如光束)的最大传输距离由以下因素决定：信号在自由空间或光纤或其他波导中经历的损耗、由于各种色散和非线性效应导致的承载数据的信号的传播、以及来自信号源的噪声，所述噪声包括但不限于系统的扰动、随机散射事件和光的自发发射。结果，当在较长距离范围内发送信号时，通常必须以各种距离间隔来再生信号。全数据信号再生通常被认为是“3r”过程，即再定时(retiming)、再整形(reshaping)和再放大(reamplification)(或放大(amplification))。
在空间中基于激光的数据通信是周知的。例如，欧洲航天局的artemis卫星已经提供了与cnes地球观测卫星spot4的光学数据传输链路。用于光通信的空间通信范围在数千公里内是可靠的。也可以实现比该距离大几个数量级的距离范围内的激光或光通信。nasa的激光通信科学光学载荷(opals)项目也成功地示范了地球站和国际空间站之间使用光通信的高数据传输速率。另一个例子是2013年1月nasa将表示蒙娜丽莎形象的激光传输到约39万公里远的月球侦察轨道器。
传统的数据中心具有各种缺点，包括其维护可能昂贵、可能需要各种类型的介质、以及在未经授权的情况下被以物理或远程方式入侵和访问，使得数据可能被复制、销毁、在未经授权访问的情况下以其他方式改变或攻击。另外，停电、自然灾害和各种灾害如火灾、洪水、地震和战争都可能影响常规的地面数据中心。此外，已经从这些数据中心之一擦除的数据可以被具有正确专业知识的人员恢复。这些数据中心还具有巨额间接费用如租金、冷却费用、电费、以及物理安全性方面的缺点。传统上，数据存储单元可以由多个机架构建而成，其中每个(数据)机架由多个硬盘驱动器(其可以基于各种技术)和计算机组成，例如路由器、交换机、防火墙和其他装置。这种设置存在诸多限制和挑战，包括但不限于如上所述的高运营费用，以及对非常大的物理位置、高电功率消耗、大量维护以及需要高冷却的要求。
可以使用万向节或光学相位阵列以及用于实现精细角精度的其他公知途径来完成激光环境中电磁束的定向和指向。可以选择性地操纵每个信号发射器以与目标(例如反射表面)进行光学通信。可与可调节仰角定位一起配合使用惯性参考系统来跟踪卫星群中的相邻卫星。可以使用波束控向镜来补偿主卫星抖动和轻微轨道差异。在由paulmcmanamon博士主持的美国国家科学院研究“激光雷达：有源电光学传感中的进展和机会”2014(“laserradar:progressandopportunitiesinactiveelectro-opticalsensing”2014)的讨论中提供了进一步的例子，该文献随附并通过引用全部并入本文。如下文献通过引用以其全文并入本文：kartalopoulos的us5,602,838、lynch的us6,002,916、bozzay等的us6,043,918、ionov等的us7,103,280、coleman等的us8,913,894、rabowsky的us2010/0269143、wood的us2010/0279604、passmore等的us4,856,862、desurview等的us4,815,804、d’auria等的us4,653,042、imanishi等的us5,862,286、2016年《纤维光学与光子学国际会议论文集》中pidishety的“investigationofscalabilityofall-fiberfusedmodeselectivecouplerforgeneratingmultipleoamstates”、suzaki的us4,136,929、mcdonald等的“spatialsolitary-waveopticalmemory”(journaloftheopticalsocietyofamericab(光学物理)，第7卷，第1328-1335，1990年)、leo等的“temporalcavitysolitonsinone-dimensionalkerrmediaasbitsinanall-opticalbuffer”(naturephotonics，第4卷，第471-476页，2010年)、modley的美国专利第7,199,343号、bona等人的美国专利第5,740,117号、boyd等的“applicationsofslowlightintelecommunications”(optics&photonicsnews，第17卷，第4期，第18-23页，2006年)、poustie等的g.b.1998/000821、newton等的us4,479,701、halemane等的us4,877,952、shaw等的us4,469,397、hays的us2007/0081785、desurvire等的us4,738,503、chen的us6,917,739、drayer的us6,172,926、smith的us5,533,154、hall等的us5,566,261、song的us6,647,163、su的us5,058,060、kanko等的us2003/0007230、myers的us2002/0196488、j.judenstein的us4,166,212、shaw的us4,473,270、small等的us8,582,972、ramachandran的us2009/0202191、ramachandran的us7,177,510、golwich等的us7,110,651、poole的us4,974,931和kish、jr等的us7,103,239。
技术实现要素：
本发明描述了一种数据存储系统和方法。在一个实施例中，根据本发明的一个方面的系统包括：数据管理系统，其配置为管理数据存储系统中的数字数据；地面发射器，其配置为将承载数字数据的射频信号发送至通信卫星；通信卫星，其配置为将射频信号转换为信号并将信号发送至第一激光卫星；第一激光卫星，其包括：激光信号发生器，其配置为产生承载数字数据的激光信号；和激光信号发生器，其配置为将数字数据发送至第二激光卫星；第二激光卫星，其配置为将从第一卫星发送的数字数据返回至第一激光卫星；和第一激光卫星，其配置为将从第二激光卫星发送的数字数据返回至第二激光卫星，使得数字数据可以在运动存储的再循环回路中传输，其中第一激光卫星和第二激光卫星中的至少一个可以配置为检索由数据管理系统识别的数字数据的数据块。根据本发明的一个方面，再循环回路可以包括信号回路，信号被保持所述信号回路中，直至系统被关闭或拆卸或直至信号被擦除。
在这样的系统中，数据管理系统可以响应于对所接收的数据块的请求来识别所述数据块，所述数据块小于整个数字数据。
根据本发明的另一方面，公开了一种包括再循环回路的数据存储系统，所述再循环回路配置为存储运动中的数据并且包括第一载器(vessel)和远离第一载器定位的第二载器；第一载器包括选自信号发生器和配置为将数据发送至第二载器的信号发射器中的至少一个；第二载器，其配置为将从第一载器发送的数据返回至第一载器；并且所述第一载器配置成将从第二载器发送的数据返回至第二载器。可以通过反射全部或部分信号来返回信号，或者可以通过再生信号并发送信号来返回信号。
这种数据存储系统的数据管理系统可以配置为管理数据存储系统中的数据，其中第一载器和第二载器中的至少一个可以配置为检索由数据管理系统响应于从数据存储系统外部接收的数据块的数据检索请求所识别的数据的数据块，所述数据块小于整个数据。
在这样的系统中，对于通过再循环回路进行的每次信号往返而言，可以使信号保持运动。
在这样的系统中，第一载器和第二载器中的至少一个可以是卫星。
在这样的系统中，第一载器和第二载器中的至少一个可以是围绕地球的地球同步轨道中的卫星。在这样的系统中，第一载器和第二载器中的至少一个可以是轮船、飞行器如飞机、热气球、或无人机、潜水艇或固定海洋结构如石油钻机。
在这样的系统中，再循环回路可以包括第三载器，并且第二载器可以配置成通过将数据发送到第三载器而经由第三载器将数据返回至第一载器。
在这样的系统中，再循环回路可以配置为在以连续顺序布置的载器之间再循环数据。
在这样的系统中，第一和载器中的至少一个可以包括定位并配置成返回信号的反射表面。
在这样的系统中，第二载器可包括定位并配置成返回信号的角隅棱镜。通向这种再循环链路的陆地站信号链路可以使用电磁信令(例如rf或光信号)或其他类型的信令。
在这样的系统中，信号发生器和信号发射器中的至少一个可以产生承载数据并将其发送到第二载器的电磁辐射信号。
在这样的系统中，信号发生器和信号发射器中的至少一个可以产生光束信号，例如承载数据并发送到第二载器的激光信号。
在这样的系统中，信号发生器和信号发射器中的至少一个可以配置为产生包括第一组多路复用信号的多路复用电磁信号，所述第一组多路复用电磁信号中的每个信号均包括利用与第一组多路复用信号不同的多路复用方案产生的第二组多路复用电磁信号。
在这样的系统中，第一载器包括系统资产跟踪器，其可以配置为保持关于第二载器的位置信息。
在这样的系统中，系统还可以包括错误校验器，其配置为执行循环冗余校验以确保数据完整性。
这样的系统还可以包括控制器，其配置为在第一时间从数据存储系统外部接收第一请求以执行第一操作，第一操作包括针对数据的第一数据块进行的读取操作、写入操作和删除操作中的一个；以及在第一时间之后的第二时间从数据存储系统外部接收第二请求以执行第二操作，第二操作包括针对数据的第二数据块进行的读取操作、写入操作和删除操作中的一个。
在这样的系统中，当第一操作是读取操作时，第二操作可以是读取操作；当第一操作是写入操作时，第二操作可以是写入操作；当第一操作是删除操作时，第二操作可以是删除操作。
在这样的系统中，信号发生器和信号发射器中的至少一个可以配置为产生码分多路复用信号作为信号，码分多路复用信号包括第一组多路复用信号，使得第一组的第一多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
在这样的系统中，信号发生器和信号发射器中的至少一个可以配置为产生轨道角动量分割多路复用信号作为信号，所述轨道角动量分割多路复用信号包括第一组多路复用信号，使得第一组的第一多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
在这样的系统中，信号发生器和信号发射器中的至少一个可以配置为产生空分多路复用信号作为信号，所述空分多路复用信号包括第一组复用信号，使得第一复用信号第一组的信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
在这样的系统中，信号发生器和信号发射器中的至少一个可以配置为产生偏分多路复用信号作为信号，所述偏分多路复用信号包括第一组多路复用信号，使得第一第一组的多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
在这样的系统中，信号发生器和信号发射器中的至少一个可以配置为产生频分多路复用信号作为信号，所述频分多路复用信号包括第一组多路复用信号，使得第一组的第一多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
这样的系统还可以包括数据管理系统，其配置为将由信号的一部分承载的数据块与信号的所述部分的物理特性和位置中的至少一个相关联；控制器，其配置为产生控制数据块操作的控制信号，所述控制信号可以参考信号的所述部分的物理特性和位置中的至少一个而基于时钟信号来产生。
这样的系统还可以包括数据管理系统，其配置为管理数据存储系统中的数据并且配置为从数据存储系统外部接收对数据中的数据块进行删除、写入和更新中的至少一者的请求；其中再循环回路包括擦除器，所述擦除器配置为基于从数据管理系统接收的信息擦除信号的第一部分，所述第一部分承载数据块，所述数据块小于整个数据。
根据本发明的另一方面，公开了一种数据存储系统，所述数据存储系统包括：再循环回路，其配置为保持承载运动中的数字数据的激光信号并且包括光波导、光波导耦合器和再生器；信号发生器，其配置为产生承载数字数据的激光信号并将激光信号发送至输入/输出光波导中；所述光波导耦合器在输入/输出光波导和光波导之间耦合激光信号；和再生器，其耦合至光波导并配置成通过光波导放大和/或再生激光信号。
这样的系统还可以包括：数据管理系统，其配置为管理数据存储系统中的数字数据，其中所述再循环回路可以包括：擦除器，其配置为根据基于数据管理系统提供的信息的定时擦除激光信号中承载数字数据的数据块的一部分，激光信号的所述部分小于整个激光信号。
在这样的系统中，信号发生器可以配置为产生多路复用信号作为激光信号，所述多路复用信号包括第一组多路复用激光信号，使得第一组的第一多路复用激光信号承载除第一组的第二多路复用激光信号之外的数据，所述第一组多路复用信号中的每个激光信号均包括使用与用于产生第一组多路复用信号的多路复用方案不同的多路复用方案产生的第二组多路复用激光信号。
在这样的系统中，第二组多路复用激光信号中的每个激光信号均可以包括第三组多路复用激光信号，所述第三组多路复用激光信号是利用与用于产生第一组多路复用信号的多路复用方案不同且来自用于产生第二组多路复用信号的多路复用方案的多路复用方案产生的。
根据本发明的另一方面，公开了一种数据存储系统，所述数据存储系统包括再循环回路，其配置为使承载数据的信号保持运动并且包括波导和波导耦合器；波导耦合器，其配置为将承载数据的信号耦合到波导中；和信号调节器，其配置为通过使信号放大和再生中的至少一个来调节通过波导传送的信号。
在这样的系统中，波导可以包括光纤。
这样的系统可以包括信号发生器，所述信号发生器配置为将信号发送至波导耦合器，其中由信号发生器产生的信号可以是电磁信号。
这样的系统可以包括信号发生器，所述信号发生器配置为将信号传输到波导耦合器，其中由信号发生器产生的信号可以是激光信号。
在这样的系统中，再循环回路还可以包括信号调节器，并且波导可以包括定位成在波导耦合器和信号调节器之间传送信号的第一段和连接到信号调节器的第二段，所述第一段与第二段没有直接的物理连接。
在这样的系统中，再循环回路可以包括信号调节器，并且所述信号调节器可以包括信号放大器，所述信号放大器配置为在每次信号通过信号调节器时放大信号的至少一部分。
这样的系统可以包括数据管理系统，所述数据管理系统配置为管理数据存储系统中的数据并且配置为从数据存储系统外部接收对数据中的数据块进行删除、写入和更新中的至少一个的请求；其中所述再循环回路可以包括擦除器，所述擦除器配置为基于从数据管理系统接收的信息擦除信号的第一部分，所述第一部分承载数据块，所述数据块小于整个数据。
在这样的系统中，数据管理系统可以配置为根据请求产生定时信息、以及由定时器信息中的数据管理系统从擦除器接收的信息。
这样的系统可以包括：信号发生器，其配置为将信号发送至波导耦合器，其中承载由信号发生器产生的数据的信号可以是由传播方向多路复用器多路复用的信号，所述传播方向多路复用器配置为沿第一方向通过再循环回路发送信号的第一部分，并且沿与第一方向不同的第二方向通过再循环回路发送信号的第二部分。
这样的系统可以包括信号再生器，其中信号调节器可以是配置为放大信号中的至少一些信号的信号放大器，其中所述信号再生器可以配置为在第一定时仅再生信号的第一部分，所述信号的第一部分小于整个信号；以及在第一定时之后的第二定时仅再生信号的第二部分，所述信号的第二部分小于整个信号。
在这样的系统中，系统可以异步地再生信号，使得第二部分是信号中最近最少再生的部分。
在这样的系统中，系统可以在第三定时仅再生信号的第一部分，并且可以在第四定时仅再生信号的第二部分，第一定时和第三定时之间的间隔大于第二定时和第四定时之间的间隔。
在这样的系统中，系统可以以与仅再生信号第二部分交替的方式仅再生信号的第一部分。
这样的系统还可以包括控制器，所述控制器配置为在第一时间从数据存储系统外部接收第一请求以执行第一操作，所述第一操作包括针对数据的第一数据块的读取操作、写入操作和删除操作；以及在第一时间之后的第二时间从数据存储系统外部接收第二请求以执行第二操作，第二操作包括针对数据的第二数据块的读取操作、写入操作和删除操作中的一个操作，其中所述系统在执行第二操作之后执行第一操作。
在这样的系统中，当第一操作是读取操作时，第二操作可以是读取操作；当第一操作是写入操作时，第二操作可以是写入操作；当第一操作是删除操作时，第二操作可以是删除操作。
这样的系统还可以包括数据完整性确定器，其配置为当信号再生器再生第一部分时仅确定第一部分的数据完整性，并且当信号再生器再生第二部分时仅确定第二部分的数据完整性。
在这样的系统中，系统还可以包括错误循环冗余校验器，其配置为执行循环冗余校验以确保数据完整性。
在这样的系统中，再循环回路还可以包括信号滤波器，其配置为根据信号的信号强度以非线性方式对信号施加信号损耗。
在这样的系统中，再循环回路还可以包括信号滤波器，其配置为滤除其信号强度低于第一值的信号部分。
在这样的系统中，再循环回路还可包括信号滤波器，其配置为向信号的第一部分提供信号损耗，所述信号的第一部分的信号强度大于信号的第二部分的信号强度，其中所提供的信号损耗可以是信号的第一部分的时变强度的数学函数。
在这样的系统中，再循环回路还可以包括信号滤波器，其配置为向信号的第一部分和信号的第二部分提供信号损耗，第一部分的信号强度大于第二部分的信号强度，其中提供给第一部分的信号损耗可大于往返增益，提供给第二部分的信号损耗可小于往返增益。
在这样的系统中，再循环回路还可以包括具有第一折射率的材料的信号滤波器，所述信号滤波器可以配置为向信号强度低于第一值的信号的第一部分提供信号损耗，并且改变材料的折射率，以便向具有高于第一值的第二强度的信号的第二部分提供信号损耗。
在这样的系统中，波导耦合器可以包括第一耦合器和第二耦合器，第一耦合器配置为仅耦合信号的第一部分，第二耦合器配置为仅耦合除第一部分之外的信号的第二部分，其中所述第一部分和第二部分作为第一多路复用方案的一部分而在信号中被多路复用。
在这样的系统中，第一耦合器可以包括第三耦合器和第四耦合器，第三耦合器配置为仅耦合除第二部分之外的信号的第三部分，并且第四耦合器配置为仅耦合除第二部分之外和除第三部分之外的信号的第四部分，其中第一部分可以包括第三部分和第四部分，并且第三部分和第四部分作为与第一多路复用方案不同的第二多路复用方案的一部分而在信号中被多路复用。
在这样的系统中，波导耦合器可以包括：信号进入耦合器(signalin-coupler)，其配置为将信号传输到波导中；以及信号移除耦合器(signalout-coupler)，其配置为从波导中移除信号，其中所述信号耦合器可以被定位在远离信号移除耦合器的再循环回路中。
在这样的系统中，波导可以是纳米结构光纤。
这样的系统还可以包括配置为将信号发送至波导耦合器的信号发生器，其中信号发生器可以配置为产生多路复用电磁信号作为信号，所述多路复用电磁信号包括第一组多路复用电磁信号，使得第一组的第一多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据，其中第一组多路复用电磁信号中的每个信号均可包括使用与用于产生第一组多路复用电磁信号的多路复用方案不同的多路复用方案产生的第二组多路复用电磁信号。
在这样的系统中，第二组多路复用电磁信号中的每个激光信号均可以包括使用与用于产生第一组多路复用电磁信号的多路复用方案不同且来自用于产生第二组多路复用电磁信号的多路复用方案的多路复用方案产生的第三组多路复用电磁信号。
这样的系统还可以包括：信号发生器，其配置为将信号发送至波导耦合器，其中信号发生器可以配置为产生码分多路复用信号作为信号，所述码分多路复用信号包括第一组多路复用信号，使得第一组的第一多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
这种系统还可以包括信号发生器，其配置为将信号发送至波导耦合器，其中信号发生器可以配置为产生轨道角动量分割多路复用信号作为信号，所述轨道角动量分割多路复用信号包括第一组多路复用信号，使得第一组的第一多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
这样的系统还可以包括：信号发生器，其配置为将信号发送至波导耦合器，其中信号发生器可以配置为产生空分多路复用信号作为信号，所述空分多路复用信号包括第一组多路复用信号，使得第一组的第一多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
这种系统还可以包括信号发生器，其配置为将信号发送至波导耦合器，其中信号发生器可以配置为产生偏分多路复用信号作为信号，所述偏分多路复用信号包括第一组多路复用信号，使得第一组的第一多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
这样的系统还可以包括信号发生器，其配置为将信号发送至波导耦合器，其中信号发生器可以配置为产生频分多路复用信号作为信号，所述频分多路复用信号包括第一组多路复用信号，使得第一组的第一多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
这样的系统还可以包括数据管理系统，其配置为将由信号的一部分承载的数据块与信号的所述部分的物理特性和位置中的至少一个相关联；控制器，其配置为产生控制数据块操作的控制信号，所述控制信号是在参考信号的所述部分的物理特性和位置中至少一者的情况下基于时钟信号产生的。
这样的系统还可以包括数据管理系统，其配置为管理数据存储系统中的数据并且其配置为从数据存储系统外部接收对数据中的数据块进行删除、写入和更新中的至少一个的请求，其中再循环回路可以包括擦除器，其配置为基于从数据管理系统接收的信息擦除信号的第一部分，所述第一部分承载数据块，所述数据块小于整个数据。
在这样的系统中，信号调节器可以配置为向信号的第一部分提供第一信号增益，其中可以根据与之前通过循环回路进行的信号往返所获得的信号强度相关的信息来提供第一信号增益。
在这样的系统中，信号调节器可以配置为通过向信号的第一部分提供信号放大来提供信号滤波，其中可以在第一部分满足相位匹配条件时向第一部分提供信号放大。
在这样的系统中，信号调节器可以配置为提供泵浦波束和闲频波束，所述泵浦波束和闲频波束配置为提供滤波。
这样的系统还可以包括光学腔，所述光学腔包括配置为维持承载运动数据的光信号的再循环回路，并且所述再循环回路包括信号耦合器、第一信号返回器和配置为通过放大和再生信号中的至少一者来调节信号的信号调节器；所述信号耦合器配置为通过将信号发送至第一信号返回器来将信号的至少一部分耦合到光学腔中；所述第一信号返回器定位并配置为将信号返回至信号耦合器；以及所述信号耦合器配置为将从第一信号返回器接收的信号返回至第一信号返回器。
在这样的系统中，信号耦合器可以包括：信号进入耦合器，其配置为将信号传输到光学腔中；以及信号移除耦合器，其配置为从光学腔移除信号，其中信号进入耦合器可以定位在远离信号移除耦合器的光学腔处。
在这样的系统中，所述回路包括第二信号返回器，并且第一信号返回器可以配置为通过将信号发送至第二信号返回器而将信号返回至信号耦合器。
在这样的系统中，光学腔可以包括连续反射表面，所述连续反射表面包括第一信号返回器和第二信号返回器。
在这样的系统中，第一信号返回器可以通过从反射表面反射信号来返回信号。
根据本发明的一个方面，还提供了一种对光信号进行滤波的方法，该方法包括通过提供信号增益来放大光信号；并且基于光信号的信号强度以非线性方式对光信号施加信号损耗，其中施加信号损耗包括向光信号的第一部分提供信号损耗，所述光信号的第一部分的信号强度大于所述光信号的第二部分的信号强度，提供给第一部分的信号损耗大于信号增益；以及向第二部分提供小于信号增益的信号损耗。
在这样的方法中，所提供的信号损耗可以是信号的第一部分的时变强度的数学函数。
在这样的方法中，所述信号滤波器可以包括具有第一折射率的材料，所述信号滤波器配置为向信号强度低于第一值的信号的第三部分提供信号损耗，并且该方法可以包括改变材料的折射率，以便向具有高于第一值的第二强度的信号的第一部分提供信号损耗。
本发明还描述了一种利用再循环回路的数据存储方法，所述再循环回路配置为使承载数据的信号保持运动并且包括信号导入器和信号返回器。该方法可以包括通过信号导入器将承载数据的信号引入再循环回路；通过信号返回器将信号返回至信号导入器；以及通过信号导入器将从信号返回器接收的信号返回至信号返回器。
在这样的方法中，信号返回器可以是波导，并且信号导引器可以是配置为在信号发生器和波导之间耦合信号的波导耦合器。
在这种方法中，信号返回器可以包括反射表面。
在这种方法中，信号导引器可以定位在载器上。
这种方法还可以包括使信号的第一部分沿第一方向再循环通过再循环回路；使信号的第二部分沿不同于第一方向的第二方向再循环通过再循环回路，所述第一部分不同于所述第二部分。
在这种方法中，信号发生器可以配置为产生多路复用电磁信号作为信号，所述多路复用电磁信号包括第一组多路复用电磁信号，使得第一组的第一多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据，其中第一组多路复用电磁信号中的每个信号均可以包括第二组多路复用电磁信号，所述第二组多路复用电磁信号是利用与用于产生第一组多路复用电磁信号的多路复用方案不同的多路复用方案产生的。
在这样的方法中，第二组多路复用电磁信号中的每个信号可以包括第三组多路复用电磁信号，所述第三组多路复用电磁信号是利用与用于产生第一组多路复用电磁信号的多路复用方案不同且来自用于产生第二组多路复用电磁信号的多路复用方案的多路复用方案产生的。
在这样的方法中，信号发生器可以配置为产生码分多路复用信号作为信号，所述码分多路复用信号包括第一组多路复用信号，使得第一组的第一多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
在这种方法中，信号发生器可以配置为产生轨道角动量分割多路复用信号作为信号，所述轨道角动量分割多路复用信号包括第一组多路复用信号，使得第一组多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
在这样的方法中，信号发生器可以配置为产生空分多路复用信号作为信号，所述空分多路复用信号包括第一组多路复用信号，使得第一组的第一多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
在这样的方法中，信号发生器可以配置为产生偏分多路复用信号作为信号，所述偏分多路复用信号包括第一组多路复用信号，使得第一组的第一多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
在这样的方法中，信号发生器可以配置为产生频分多路复用信号作为信号，所述频分多路复用信号包括第一组多路复用信号，使得第一组的第一多路复用信号承载除第一组的第二多路复用信号之外的数据。
在这样的方法中，数据管理系统可以配置为将由信号的一部分承载的数据块与信号的所述部分的物理特性和位置中的至少一者相关联；以及所述方法还可以包括产生控制数据块上的操作的控制信号，所述控制信号是参考所述信号的所述部分的物理特性和位置中的至少一者而基于时钟信号产生的。
在这样的方法中，数据管理系统可以配置为管理数据存储系统中的数据；并且所述方法还可以包括从所述数据存储系统外部接收对所述数据中的数据块进行删除、写入和更新中至少一者的请求；以及通过包括在再循环回路中的擦除器基于从数据管理系统接收的信息擦除信号的第一部分，所述第一部分承载数据块，所述数据块小于整个数据。
这样的方法还可以包括通过位于再循环回路中的信号调节器向信号的第一部分提供第一信号增益，其中可以根据关于信号强度的信息来提供第一信号增益，所述信号强度是针对通过再循环回路的信号的前一往返获得的。
这样的方法还可以包括在第一部分满足相位匹配条件时通过向信号的第一部分提供信号放大而利用信号调节器来提供信号的滤波。
通过参考附图进行的本发明以下描述，本发明的其他特征和优点将变得明显。
附图说明
图1示出了根据本发明一个示例的基于卫星的信息存储系统的主要组件。
图2a示出了根据本发明一个示例的与用户通信及与基于卫星的信息存储系统通信的地球站的组件。
图2b示出了根据本发明一个示例的系统，用户通过所述系统首先与卫星通信，在所述系统中可以或可以不使用地球站来保持全部或部分dms及其他组件。
图3-8示出了根据本发明一个方面的使卫星定位的附加示例。
图9是用于接收和返回信号的角隅棱镜的示例的图示。
图10和11示出了根据本发明一个方面的电磁信号卫星的示例，所述电磁信号卫星将电磁信号发送到反射结构(其在图10中显示为角隅棱镜)，并且所述卫星接收反射的信号。
图12示出了根据一个方面在第一电磁信号通信装置和第二电磁通信装置之间的通信系统的一个示例，所述第一电磁信号通信装置通过波导将电磁信号发送到第二电磁通信装置，所述第二电磁通信装置将所述信号发送回所述第一电磁通信装置。
图13是根据本发明一个方面的地面或地下配置的示例的图示，其中第一电磁通信信号装置将电磁通信信号发送至反射器表面，所述反射器表面可以是角隅棱镜或另一种类型的反射器，然后其将电磁通信信号反射回电磁信号通信装置。
图14是根据本发明一个方面的空基实施方式的示例的图示，其中飞行器或其他空中载器(airbornevessel)或车辆或结构具有向彼此反射、再生和再发送电磁信号的电磁信号通信装置。
图15是根据本发明一个方面的空基实施方式的示例图示，其中一个或多个结构或飞行器或空中车辆或载器包括第一电磁信号通信装置，所述第一电磁信号通信装置将电磁信号发送到安装在第二飞行器上或安装至第二飞行器(为举例说明之目的其显示为飞机)的第二电磁通信装置，然后所述电磁信号可以被反射回第一电磁信号通信装置；或者具有诸如角隅棱镜或其他类型的反射表面的结构，所述结构将电磁信号反射回第一电磁信号通信装置。
图16是类似于图14实施例的另一空基实施方式的示例的图示，但是电磁信号通信装置和/或反射结构安装在没有喷气发动机或螺旋桨的空中载器上，例如，所述空中载器显示为热气球、氦气球或飞艇。
图17是根据本发明一个方面的、本发明一些方面的海基实施方式的示例的图示，其中第一电磁信号通信装置安装在海基载器或车辆(作为举例说明的实例，其显示为潜水艇)上，所述海基载器或车辆将电磁信号发送至第二电磁信号通信装置(其可以附接至或容纳在载器中，所述载器作为举例说明的实例显示为轮船和潜水艇)，然后所述第二电磁信号通信装置可以将电磁信号反射回第一电磁信号通信装置或者可以再生信号并将电磁信号重新发送至第一电磁通信装置。
图18是根据本发明一个方面的用于利用激光通信在信号接收器a和b之间进行通信的系统的概要图示，其中接收器与反射器一起形成信号回路。
图19是根据本发明一个方面的用于利用激光通信在信号接收器a和b之间进行通信的系统的概要图示，其中接收器形成信号回路。
图20是通过回路(例如通过波导)移动的信号示例的示意图。
图21是根据本发明一个方面的电子控制系统的示例的示意图，所述电子控制系统能够管理数据，所述数据在使用波导的运动系统中的基于回路的存储中再循环。
图22是根据本发明一个方面的使用光纤线轴进行运动数据存储的循环示例的示意图。
图23是根据本发明的一个方面的用于调制信号的系统的示例的示意图。
图24a示出了用作具有连接发送和接收硬件的波导的光纤线轴，其可以位于相同的设施、载器中或彼此远离；
图24b示出了用作具有连接发送和接收硬件的波导的光纤线轴，其可以位于相同的设施、容器中或彼此远离；以及另一种这样的配置，其可以位于与第一配置相同的设施中，或可以定位成远离第一配置；
图24c示出了用作波导的光纤线轴，其第一端和第二端连接到同一电子系统以用于存储信息；
图25是根据本发明一个方面的系统的示例的示意图，所述系统用于利用再循环回路内的信号的波分多路复用/多路分解进行运动存储。
图26是根据本发明一个方面的信号放大调节示例的示意图。
图27是根据本发明一个方面的系统的示例的示意图，所述系统利用光波导回路中的空分多路复用系统进行运动存储。
图28是根据本发明一个方面的系统的示例的示意图，所述系统利用用于波导回路的传播方向分割多路复用(ddm)进行运动存储。
图29是根据本发明一个方面的系统的示例的示意图，所述系统利用再循环回路的自由空间实现形式中的波分多路复用和/或空分多路复用、以及方向分割多路复用。
图30是根据本发明一个方面的用于回路的无源非线性滤波器的示例的示意图，所述无源非线性滤波器提供了稳定性以控制信号增益和降噪。
图31a-f示出了根据本发明一个方面的、图31中所示非线性滤波器如何为信号再循环回路提供增益稳定性和降噪的示例。
图32a-c示出了根据本发明一个方面的再循环回路的示例，其中每个回路均由光学腔形成。
附图示出了本发明多个方面的示例。从本发明的以下描述和/或参考附图的一个或多个附图和本文的文字描述的组合本中发明的其他特征和优点将变得明显。
具体实施方式
本发明公开了一种用于将信息或任意种类的数据存储为电磁辐射或储存为一种或多种其他类型的运动信号的方法和系统。例如，再循环回路使承载数据的信号保持运动。再循环回路可以由卫星或其他载器形成，所述卫星或其他载器在自由空间中或通过波导如一个或多个光纤反射或以其他方式重发数据。再循环回路还可以包括耦合器，其将信号注入再循环回路并从其中移除信号；信号调节器，例如放大器，其放大在回路中再循环的信号并且可以对信号进行滤波。也可以使用光学腔将信号保持在再循环回路中。反射或以其他方式返回信号的节点可以以连续的顺序重复设置，或者节点的顺序可以随往返行程变化。可以作为地面或其他数据中心或作为独立的装置来提供波导实现方式和光学腔实现方式，并且信号可以是激光。
在一个示例中，基于卫星的激光、基于陆地或水上/水下的激光或光束、或任意其他电磁辐射都可用于发送和存储数据。本发明使用的电磁辐射或电磁束可以包括任意种类的电磁信号，其包括激光束或信号、微波激射束或信号、光束或信号、或任意类型的有线或无线信号，包括声波、无线电波、ir辐射、uv辐射、微波带传输、或前述多于一种的任意组合。虽然在本发明有时简称为激光束或信号，但其他类型的光信号和其他类型的电磁辐射传输(包括无线电波、微波、ir、uv和电磁辐射波长带宽的组合，无论其是否被引导、成形、分段、或不进行引导、成形、分段)也都应包括在本发明中。本发明使用的卫星可以包括人造或天然的卫星或共轨天体，其包括但不限于leo(低地球轨道)、meo(通常被理解为高于leo(约2000km)且低于geo(约35700公里-35800公里)的中地球轨道)、geo(地球静止或地球同步轨道)或更远的轨道或任意其他轨道或位置(包括但不限于围绕月球轨道运行)上的物体，以及其他天体，包括但不限于月球上、拉格朗日(拉格朗日)点处、空间站和/或地球、太空或水中/水上/水下任意其他位置上的反射器、角隅棱镜、电磁(射频、激光光学等)接收器和/或发射器。此外，本发明使用的术语“卫星”可以指结构，例如反射表面，其包括例如作为卫星单独部署的或在更常规的卫星结构上、附近或与之关联部署的角隅棱镜。本发明使用的信号可以指光束，例如激光或光信号或连续传输的一系列信号脉冲串。虽然在本发明中有时被称为“信息”或“数据”，但应理解，作为信号或波束的一部分传输的内容可包括任意类型的数据，包括非有效载荷数据、指令、页眉和页脚数据、加密数据、控制数据和其他数据。在一些实施例中，数据可以在运动中作为电磁辐射存储在特定“硬盘”单元或存储装置、安装数据机架的装置、盒式计算机系统、光纤电缆、自由空间或能够传递电磁信号的任意其他形式或物质内。根据本发明的一个方面，回路可以在不用对信号进行解调并将其存储为电信号的情况下使信号再循环。例如，即使在进行反射和/或放大和/或滤波的情况下，也可以使信号保持连续运动。根据本发明的另一方面，再循环回路可以包括临时电子数据缓冲器，通过所述临时电子数据缓冲器，部分或整个信号在每个往返路径上行进或者通过该回路。
如图1所示，地球站20a例如经由射频传输发送用于在基于卫星的存储系统中存储信息、更新和检索来自基于卫星的存储系统信息的命令。作为举例说明的示例，地球站20a可以与通信卫星30a通信，如图1所示的。在另一个实施例中，终端用户可以使用vsat(非常小的孔径终端)或任意其他技术或任意其他形式的电磁通信直接与数据存储系统的卫星通信。终端用户可以使用卫星或任意其他形式的通信与地球站20a、20b或直接与卫星30、40通信。数据管理系统可以包括或不包括压缩和/或加密能力，并且可以在地球站20a、20b中或在卫星30、40上和/或在任意其他位置或任意其他组件的一部分中。通信可以是rf通信或任意类型的电磁通信或多种电磁通信类型的任意组合。然后，地球站通信卫星30a可以将该信息中继到实现用于存储信息的信令的一组或一群卫星40a。然而，根据一些实施例，在一些实现形式中，地球站20a直接与该组电磁信号卫星40a通信。
该组电磁信号卫星40a彼此传递光束或其他承载数据的电磁信号以编码或存储数据。虽然显示为一组四个，但是该组电磁信号卫星40a可以包括两个或多个卫星、或者一个卫星和反射器卫星(位于卫星或其他地方的反射器)、或多个反射器。根据一些实施例，可以使用位于月球、地球或任意其他位置上的一个(或多个卫星)和反射器，或者可以使用月球、地球或其他天体、或大气、表面或它们的其他部分作为反射器。卫星30、40可以位于leo、meo、geo、拉格朗日点或其他轨道或位置中。卫星40可以具有反射表面，该反射表面将信号反射回发射卫星，然后将其发送回同一卫星，或者可以将其发送到第三卫星或第四卫星等等，从而产生回到第一颗卫星的再循环数据回路。此外，该组卫星40a的第一卫星可以将该信号发送到该组的第二卫星，所述第二卫星具有一个或多个天线或其他接收器以接收该信号，然后再生该信号并将其发送回第一卫星或到该组的另一颗卫星，而不是将其反射。信号可以被认为是连续运动或运动的，即使信号可以被反射表面(例如角隅棱镜)反射或者通过波导作为反射物传播也是如此，如下文所述的。可以通过反射信号和/或通过转向信号的某种其他方式(例如发送或重发)或通过放大和反射的组合来返回信号。
卫星40可以将波束瞄准角隅棱镜、反射器或电磁通信接收器/发射器(其可以在另一个卫星上、地球上或月球上或任意其他位置上)；所述角隅棱镜、反射器或电磁通信接收器/发射器可以是太空中部署的简单且相对便宜的装置。以这种方式，可以提供卫星40，所述卫星40将数据发送到一个或多个接收器卫星或角隅棱镜或其他反射器。如本发明使用的反射器不仅包括在技术物理意义上反射辐射的装置，例如镜子、布拉格反射器或类似的反射表面，而且还包括执行基本类似的反转或转向波束传播功能的系统或装置，其包括但不限于两个或多个镜子或反射表面的系统、一个或多个透镜、控制传播的波导和光纤、和吸收辐射且同时产生沿相反方向传播并具有相同或几乎相同性能和特性的新辐射的相位共轭反射镜的系统。角隅棱镜可以具有反射表面，所述反射表面的位置和尺寸选择为使得撞击角隅棱镜的光可以被反射回光源。任何这样的反射装置或系统均可以被认为“反射”所讨论的辐射而不丧失前述一般性。例如，卫星可以通过建立多个回路或网状传输网络而向不同的接收卫星或角隅棱镜发送不同的信号以实现大数据(存储)能力。卫星40和形成第二节点的另一终端上的装置(或其他反射器)可以相隔数万公里。例如，可以使用大约10000km或80000km的距离或任意其他距离。
位于发射卫星另一端的卫星40可以接收数据，然后将数据发送回始发卫星。如本领域技术人员所知，这可以以许多不同的方式进行。一个示例是检测光，将其转换成电，然后使用电子电路和另一组激光器或其他光源重新发送回始发卫星。另一种途径可以是使用孔径和空间模式转换器恢复光信号，使用光放大器放大数据信号以补偿传输损耗，然后将数据信号转换回不同的空间模式以重新发送回始发卫星。可以认为这是光学重发器(例如利用1r放大站)，如下文讨论的。
或者，反射来自发射卫星的波束的接收节点可以是或可以使用单独或靠近接收卫星定位的角隅棱镜(或其他反射器)。因此，尽管在本发明中有时描述并且在附图中示出为接收波束的卫星，但是接收节点可以是反射表面或其他反射装置，例如角隅棱镜。这种反射装置还可以包括收发器，其将反射装置的位置和/或取向传送到控制卫星、地球站或其他节点并从其接收操作指令，包括移动位置、改变方向、开始操作等指令。
角隅棱镜的横截面的尺寸可以设定成使得撞击角隅棱镜的光被反射回光源。角隅棱镜的示例如图9所示。光线撞击角隅棱镜，多次反弹，然后返回光初始发出的确切位置。返回的光可以是角度的delta函数。受衍射极限限制的波束的束宽在下面提供的等式(4)中确定。来自平坦表面的朗伯散射以余弦图案反映出来。
角隅棱镜可以是二面角，其具有两个平面，它们仅在一个维度上会合并聚光。或者，角隅棱镜可以是在两个维度上聚光的三面体。作为三面体的角隅棱镜将具有横截面：
其中a是角隅棱镜的直径，并且λ是光的波长，假定角隅棱镜包括反射率为1的完美镜子(其为典型角隅棱镜的合理近似值)。这相当于表面反射率可以为照射区域的3-20％或甚至更多的反射区域。平面的横截面通常规定为：
σ＝ρa(2)
其中ρ是表面反射率，a是照射面积。可以通过获得等式(1)中的横截面与等式(2)中的横截面之比来估算等效天线增益。角隅棱镜可使用例如高反射表面制成，因此对于角隅棱镜而言表面反射率ρ可近似为1。
在从角隅棱镜或其他反射表面返回信号时，始发卫星可以将波束再生到相同的角隅棱镜或不同的角隅棱镜。每个卫星可以具有多个电磁信号发生器，或者可能具有数百个电磁信号发生器，每个发生器均产生数据波束。产生数据波束可以包括产生电磁载波、调制信号、放大信号、多路复用信号、发送信号或前述操作的组合。
可以对发送到地球站20a、b和从地球站20a、b发送到卫星的信号进行加密，以确保数据的安全性。可以使用各种加密技术，其包括例如高级加密标准(aes，有时称为rijndael)或散列函数如md5信息-摘要算法或较新的sha-2(安全散列算法2)。设想管理数据的各种方法，其包括用于分布式存储和分布式处理的apachehadoop。如图2所示，地球站20可以与远程地面节点通信，例如，使用各种通信协议(例如tcp/ip)并使用任意的和所有的通信网络或装置如电话系统(包括蜂窝网络)或者使用任意的无线或有线通信系统或协议。
为了在长时间内保持相同的数据，可能需要对承载数据的信号进行再放大以在通信回路的每一端根据需要重新放大。然而，随着时间的推移，噪音将会逐步增加。可以放大接收信号，同时转移小部分放大信号以用于确定是否已经出现错误。
如果需要，可以使用用于替换损坏数据的错误检测和校正方法(例如通过可以周期性检查的错误校正码)，以长时间保持未损坏的数据。上图18和19显示了基本概念。
光可以从一个激光器(例如激光器a)发送到接收器b。如果采用oam调制/多路复用，可能需要在放大之前解调光。一旦光被放大，就可以分离出一部分信号并检查错误。可以使用标准错误检测和校正方案。然后可以在该往返或随后的往返中替换损坏的数据。
每次接收到对现有数据的更新时，可以发送指令到卫星，并且卫星(或多个卫星)可以使用信号接收器来搜索电磁信号波束以寻找相关数据文件，例如通过监视为了定期3r再生或在某些其他方面的目的而自动接收的数据、或通过其他方式来进行。因此，例如，在插入电磁信号数据流之前，可以为每条信息分配文件号或另一个指示符(其可以用作页眉或页脚)。监视转换成用于再生的电信号时的电磁信号数据流的适当文件号或一些其他指示符或一组信息，所述适当文件号或一些其他指示符或一组信息一起提供每个数据块的名称。在电磁信号再生时也可以将新数据添加到数据流中。因此，地球站20a、b可以将文件号或一些其他指示符分配给与存储系统的客户或用户相关联的一系列数据记录。在接收到改变或更新从用户接收的信息的请求时，地球站20a、b可以指示重写与该文件号相关联的数据记录以反映该改变或更新。例如，地球站20a、b可以指示通信卫星组将与文件号相关联的所有数据记录(其可以是请求用户的所有数据记录)发送到地球站20a、b，地球站20a、b可以对文件的数据记录进行改变或更新，然后将改变或更新的文件发送到通信卫星组。在替代方案中，通信信号卫星组的一个或多个主卫星可以接收改变或更新请求(连同文件号)，并执行与文件号相关联的数据记录的改变或更新。
可以使用各种类型的电磁信号发生器和各种类型的电磁辐射来承载数据。同一卫星可以具有一种以上类型的电磁信号发生器，并且使用多种类型的调制以按高数据速率编码。例如，可以使用利用半导体的二极管电磁信号发生器作为激光发生器的一部分。
可以从位于卫星上或卫星附近的太阳能电池板获得为电磁信号发生器和系统的其他部件以及卫星30、40供电的电力。然而，除了太阳能之外或代替太阳能，可以使用其他电源，包括核电、燃料或化学电力、电池电力、基于电载器的电荷、其他太阳能电源等、或者前述形式的组合。
发送的每个波束可以包括使用电磁信号的不同颜色或波长的多个不同信道，其可以通过多种方法(包括光栅)来区分。这被称为波分多路复用(“wdm”)或频分多路复用。例如，在一些情况下，可以定义多达160个或更多个不同的这种波长信道。对于其他类型的电磁辐射，可以使用类似的频分多路复用，例如用于无线电载波。
另外或者替代地，可以通过使用具有不同偏振(即通过将光“旋转”到不同的方向)的电磁信号来创建不同的数据信道。其他信道多路复用方案包括空分多路复用，其子集是多个波束的多路复用，其中每个波束均处于正交或接近正交的空间模式。它的一个例子是轨道角动量。注意，可以组合空间模式和偏振以增加被传输的数据的总量。如上所述，诸如空间(例如，轨道角动量)、偏振和波长多路复用以及高阶键控如qpsk或qam的方法可以扩展传输数据的量，从而在存储传输中的数据时扩展可用存储。
如图1，3-8所示，还可以提供冗余地球站20b、以及冗余地球站通信卫星30b和冗余电磁信号卫星组40b。在发生灾难性故障时，冗余系统可以提供所有数据的备份。因此，冗余系统可以存储与通信卫星组30a相同或几乎相同的信息或数据。在替代方案中，地球站20b、地球站通信卫星30b和第二组电磁信号卫星40b可以存储与由电磁信号卫星组40a存储的信息不同的信息。在替代方案中或另外地，可以通过使相同的卫星或卫星组将相同的波束发送到一个以上的接收节点和/或多于一次地发送(类似于多播)来实现冗余数据“存储”。也就是说，每个卫星可以将包含该信息的第一电磁信号发送到第一目标(例如第二卫星或反射结构或表面)，以及将包含相同信息的第二电磁信号发送到第二目标(例如第二卫星或反射结构或表面)，以为信息提供冗余和灾难恢复。
可以根据需要设置用于产生电磁信号的孔径，其取决于发射卫星与对其发送光束的反射器之间的距离、波束的波长和其他因素。
可以如下所述的方式计算接收终端所在的斑点的大小。
以下讨论将以激光为例来解释本发明的方面，然而也可以使用其他类型的电磁信号。将从一个端子或节点发射激光束并行进到第二端子或节点。关于波束宽度的表征，存在多种不同的约定。可以使用以下等式用于发散角
其中λ是波长，d是透射孔径。对于衍射极限的这种近似公式，
给定光子中的能量由下式给出：
ep＝hν，(5)
其中h是普朗克常数，ν是频率。lasercom终端接收的能量由下式给出：
其中ar是接收孔径的面积，aillum是被照射的面积。与接收孔径直径相同的发射孔径将产生之前的等式以获得：
其中n是所接收光子的数目。根据具体探测器的灵敏度，可以选择一个数目。可以变换这个等式并获得：
考虑激光器将要发出的所需功率量的问题，假设每秒传输b比特(其可以称为数据速率)。每个比特都需要et量的能量。因此，激光功率是et和b的乘积。我们可以定义
这将得到
利用用于发射和接收的激光孔径直径的该等式8，可以选择其他值来确定更多或更少的最佳直径。假设单站系统，或者至少相同的用于发射和接收的孔径直径，我们得到一些值，例如表1所提供的。表1仅是一个基本假设集的示例，孔径大小和波束扩散将基于多个参数而有所不同，其包括但不限于所使用的波长、波束和孔径大小、所使用的模式和传输距离。
表1：lasercom孔径直径
作为另一个例子，可以使用10000km的距离或一些其他距离，例如<10000km、10000-80000km、或>80000km。
对于这组假设，可以使用直径为约10cm或直径在上述值范围内的孔径。然而，也可以考虑具有更小和更大直径的孔径。在上面提供的一些值的情况下，可以使用约10瓦平均功率的激光进行传输，然而，这些值仅通过举例说明的方式提供，以显示一个特定示例的数量级。这是一个大的折衷空间，因此其他假设也是可能的。可以使用更大和更小直径的孔径以及更大和更小的功率激光器以及不同的距离。每个波束或传输可以与发射卫星和接收节点之间的距离一样长，或者可以比该距离更短或更长。
用户可能希望通过访问地球站20a、b来存储或检索数据。例如，用户可以使用互联网连接或其他手段来访问地球站20a、b或直接访问卫星，然后所述地球站20a、b或卫星将与数据管理系统通信，所述数据管理系统可能位于卫星中或卫星上的地球站中或任意其他位置处或任意其他组件的一部分中。地球站20a、b可以具有多个组件以将通信路由到适当的用户或组织组，提供防止免受攻击和黑客攻击的安全性、临时存储正在上传或下载的用户信息的缓冲器和数据管理系统。
地球站20a、b使用电磁信号收发器(例如使用rf信令)与卫星通信。当访问地球站时，将由dms或安全系统向用户查询凭证(包括标识和密码等)，或以其他方式验证。dms(数据管理系统)可以标记数据及其所有者或发送用户以用于将来的访问要求，以用于从卫星携带的“存储”中检索信息、用于计费目的、出于安全原因等。然后，使用地球站通信卫星，将数据移动到电磁信号卫星上，以便在卫星之间“运动”存储。如所讨论的，根据本发明的一个方面，可以省略地球站通信卫星，使得地球站20a、b可以直接与一个或多个电磁信号卫星通信。根据用户的要求，使用地球站访问之前存储的信息。数据管理系统或地球站的任何和所有其他组件可位于卫星中或卫星上的地球站中，或者位于任意其他位置或任意其他组件的一部分中。
因此，根据本发明的一个方面，数据可以通过保持连续运动、传输和反射来“存储”，同时有时也需要信号放大。根据本发明的一个方面，由于承载数据的电磁束的要求，可能仅在必要时才需要在每个往返或在节点的每次通过时对信号的选定部分进行信号再生。在卫星或其他传输节点之间的距离相等的情况下，波束容量可表示为：
bc＝(bbr*d*n)/c.
bc＝波束容量(以比特计)，
bbr＝波束比特率(每秒bps比特)
n＝波束路径中的卫星(或节点)之间的跳数
d＝光束路径中的卫星(或节点)之间的距离
c＝光速(km/秒)
如果卫星或节点之间的距离不相等，则：
bc＝(bbr*σd)/c.
其中σd是指波束路径中所有距离的总和。
例如，在其中卫星将波束发射到反射节点(例如角隅棱镜)的实施例中，反射节点将波束反射回卫星，然后卫星必须接收并再生波束；σd将正好为卫星和角隅棱镜之间的距离加上角隅棱镜内的任意距离(出于上述等式的目的可以被忽略不计)的两倍。
例如，可以使用公共数据网络。可以提供认证和批准子系统来用于验证和安全性。然后，通过到地球站20a、b的地球站通信卫星30a、b从卫星组获得或检索所请求的数据，并通过公共数据网络传送回dms设施和客户。也可以使用局域网(lan)等来访问地球站20a、b。
虽然本发明中有时参考基于卫星的实施例来进行描述，但是这样的电磁信号存储系统也可以部署在海上、水下、空中、陆上、地下，例如利用现有的光纤网络、新型光纤网络、数据机架、照明用暗光纤、陆地或外太空、以及使用上述组合的结构上。例如，海基轮船、载器或其他移动平台或固定结构可以来回传输这种电磁信令，例如在图17中示出的。作为另一个示例，陆基车辆或固定结构、光纤网络、暗光纤、网络的空中电磁信号系统可以传输电磁信号。基于飞行器的实现方式的示例在图14-16中示出。在图14-16中示出了使用空中载器如飞机、飞艇、热气球、通信塔、无人机或前述形式组合的附加通信配置，其也可以是用于电磁信号的发射器、接收器和反射器。或者，可以使用前述载器、车辆和结构的组合。
图29是使用利用波分多路复用(wdm)、空分多路复用(sdm)、偏振分割多路复用(pdm)和方向分割多路复用(ddm)的自由空间回路的存储系统99d的示例。第一载器如卫星65定位在与第二载器66的通信范围内。光束67或一些其他类型的电磁辐射可以通过包含l×n×4信道的自由空间传播，每个信道均具有独特的空间模式、偏振、传播方向和波长组合。尽管讨论的是在自由空间中传播，但是电磁信号可以全部或部分地通过大气，例如地球大气或另一行星的大气，或通过真空，或通过空间和/或通过其他介质(例如水)。然后信号67从第二载器66返回到第一载器65。还可以包括在之前的实施例中描述的系统的其他组件，例如针对波长范围产生波长为λi的光的光源1-i、将n个信号源中的每一个分成l*4个单独信道(针对每个空间模式、偏振和方向组合)的分束器69-i。例如，可以使用光纤分束器或多个熔接式光纤耦合器。可以提供例如图23中所示的调制器113-i，并且射频驱动器72-i可以使用电连接10在控制系统8和调制器113-i的组件之间形成接口。输入选择器73-i可以使用例如光学开关或一些其他这样的元件在信道中再循环数据或在信道中插入新的数据，并且因此可以用作擦除器103。
输入选择器73-i可以被实现为可以使用的由控制逻辑驱动的电光开关，但是也可以使用全光开关来代替全部或一些这样的开关。输入选择器73-i与分束器87-i协同工作以用作输入/输出耦合器，类似于图21中的耦合器101。准直器74-i准直从光纤90发出的光，其可以利用平移台上的非球面棱镜来实现。转换器75-i转换光的空间模式。以这种方式，可以给从n个光源中的每一个出射的每个l波束提供不同的空间模式或空间模式和偏振组合。这可以使用两个线性偏振器和空间光调制器(slm)来实现，其增加了空间变化的相位以将光束转换成不同的空间模式。
多路复用器116可以提供自由空间多路复用以对准4ln空间波束中每一个波束的传播轴，每个波束具有唯一的波长、空间顺序、传播方向和偏振组合。这可以通过例如log2(l×n×4)偏振分束器和随后的
自由空间多路分解器118a可以被定位成将每个波束多路分解成n个波束，每个波束具有一个不同的波长。这可以利用闪耀光栅或一些其他类型的类似装置来实现。另外的自由空间多路分解器118b可以被定位成将这些2*n波束中的每一个多路分解成具有1/2l倍初始功率的2*l波束。这可以实现为log22l偏振分束器、
可以提供耦合器85-i以将自由空间波束耦合到光纤90中。这可以利用平移台上的非球面透镜来实现。以该方式，可以通过有效地耦合该信道的空间模式来使用光纤作为空间滤波器，其中所述信道的方位角模式与空间模式转换器84-i上的模式正好相反。在图26中以示例的方式示出了1r再生器102-i，然而，在该自由空间实现方式中，可以使用与所使用的波长、空间模式、方向和偏振多路复用兼容的任意放大器或放大器组合。分束器87-i将导波分成基本相同的信号。该分束器87-i的输出可以被发送到接收器或解调系统88-i(例如光电二极管或相干光接收器)以及输入选择器73-i，以便使信号再循环。光电二极管或一些其他这样的装置可以用于适当选择的每个波长。控制系统8提供对系统元件的控制，例如其可以实现为数字逻辑、软件、fpga或前述方式的组合。也可以使用控制系统8的任意合适的其他实现方式。
根据本发明的另一方面，可以在载器2上提供多路分解器、slm、信号耦合器、光纤放大器和多路复用器以执行两级放大。在另一个实施例中，可以在载器2上提供具有控制逻辑、接收器和发射器的完整数字系统，以便在两个载器上执行完整的3r再生。
另外的变化方案可以包括在三个或更多个载器之间部署两个以上的载器和/或在其间传递信号，并且四个或任意数量的载器可以形成再循环回路；使用代替仅一个角隅棱镜或反射表面的指向方法；和/或使用不同的望远镜用于传输接收，包括使用一个或两个slm作为可变焦距的镜头以及其他功能。虽然被描述为第一载器和第二载器以及虽然有时参考卫星、飞行器、热气球、无人机、轮船、固定海洋结构如石油钻井平台和浮标等进行描述，但事实上第二载器可以是天然物体，例如行星或月球或行星大气或其中天然存在的介质，或者可以是现有人造结构的表面，例如现有的卫星等。而且，虽然被描述为两个载器，但是载器可以是地面数据中心等和自由空间中的节点，或者利用可提供在数据中心中的波导来实现，例如在包括计算机和其他电子组件的安装有机架的系统上、系统中或与其结合。
在另一实施例中，存储可以位于机架中。在这种情况下，将发送和接收设备放置在机架中、或放置在任何其他机器、介质和/或合适的结构中，并且将光纤或任意其他合适的传输介质连接到所述发送和接收设备，用于例如光波导。可以包括放大器、数据管理系统、加密系统和/或压缩系统。在一个优选实施例中，可以提供光纤回路，其中光纤的相反端彼此连接(例如通过光耦合器)。在这种情况下，可以将承载数据的激光、微波激射或其他光信号发送到再循环回路中，然后通过回路进行往返，使得数据在以激光束、微波激射束、或回路中的其他光信号的形式运动时被存储。
图20示出了信号的基本概念的示例，所述信号例如为激光、微波激射、光束或其他光信号(包括uv和ir信号)，其通过调制编码数据并通过光回路100传播。耦合器101将至少一部分信号耦合到再循环回路100中，所述再循环回路100可以由上文讨论的回路配置中的波导(例如光纤)形成。信号可以通过如下方式在回路中无限循环：将平衡其中包含的信号放大和丢失所需的设备结合到回路中，并偶尔再生以补偿光纤或任意其他光传输介质中所固有的其他误差或色散。然后，在每次往返行程中，将部分信号通过耦合器101从回路中耦合出来。为光回路100提供信号的耦合器101可包括多个组件。例如，为光回路100提供信号的输入耦合器可以是与从光回路100接收信号的输出耦合器不同的组件，并且这样的组件可以是集成的，或者可以定位成彼此相邻或远离，并且可以位于光回路100的不同部分处。信号可以沿逆时针方向(如图所示)或顺时针方向或两个方向循环，如下文将要讨论的。
如图24b所示，可以使用光纤线轴作为连接发送和接收硬件的波导，使得发送和接收硬件可以位于相同的设施中或彼此远离。第二种这样的基于光纤的配置可以位于与第一配置相同的设施中，以为存储在第一配置中的数据提供冗余安全性和备份。第二种这样的基于光纤的配置可以存储除第一配置之外的数据，或者可以与第一配置链接以形成信号再循环回路。第二种这样的基于光纤的配置可以定位成远离第一配置或者作为同一设施的一部分。这些配置中的一个或两个可以提供在计算机机架上或计算机机架处，或者可以单独提供。此外，这些配置中的一个或两个可以结合成存储数据的单元的整体部分。
图21示出了根据本发明实施例的电子控制系统的示例性实施例，所述电子控制系统能够管理在运动系统99中的基于连续回路的存储中再循环的数据，以将数据存储在再循环激光、微波激射或其他光信号中。可以通过控制逻辑104接收用于更新存储在系统99中的数据的各种请求，例如用于写入、读取和擦除数据的指令。
信号耦合器101可以具有输入a和b以及输出c和d。输入b从再循环回路100接收光信号和数据，而输入a从系统99的剩余部分接收数据。类似地，可以连接信号耦合器101的输出c以将光信号和数据插入连续回路100中，同时可以向多路复用器118提供输出d，所述多路复用器118将信号分离成多个单独的信道119，所述信道119被发送到数据采集部件120以从回路100检索数据。光信号的一部分可以是包括激光信号等的电磁辐射，其会被从信号耦合器101的输入a耦合至信号耦合器101的输出d，使得信号和数据可以被注入回路100中。类似地，进入输入b的信号的一部分可以继续到输出d上，从而在回路内再循环，而循环信号的剩余部分可以通过如上所述的信号耦合器101的输出c输出。可以选择该耦合器的耦合比以确保输出信号具有足够的强度以允许进行检测，并且再循环信号继续在回路中循环而不会劣化(否则会导致数据丢失)。
当信号通过再循环回路100再循环时，信号再放大器102(1r再生站)可以控制信号的峰值强度。通过信号再放大器102，信号通过增益保持在可接受的功率水平内，所述增益被选择用于平衡往返损耗。可能需要一个以上的这样的信号再放大器来实现增益稳定性，防止不希望的非线性相互作用，或者防止在再放大器之后立即出现由于高强度所导致的组件损害。如果信号由许多不同的光波长、光纤模式或其他可分离的波束组成，则可以为每个波长、波长范围、模式或波束提供单独的信号放大器102，同时结合多路分解和多路复用系统来引导每个波束、波长、波长范围或模式至适当的放大器。
图21中还示出了损耗调制器103，其破坏所通过的信号的一部分，以便擦除对应于特定数据块的信号部分。根据本发明的一个方面，可以通过使用损耗调制器(“擦除器”)调制再循环回路的损耗来擦除对应于特定存储器块的信号特定部分或脉冲以及其中承载的数据，使得可以擦除由延迟发生器107指示的在给定时刻通过回路100的信号。以这种方式，可以消除信号的一部分和其中承载的数据而不必清除整个信号。在多路复用信号的情况下，可以使用缓冲器如3r缓冲器126来恢复被擦除的信号信道，以及在它们通过擦除器103时打算被擦除的目标信号。也就是说，基于3r缓冲器126所提供的数据，可以恢复在由延迟发生器107提供的定时擦除的所有数据(但承载要擦除的数据块的信号信道除外)。或者，擦除器可以包括多路分解器、多个损耗调制器和多路复用器，其被配置为使得可以擦除信号波束而不擦除与该波束共享时隙的所有其他波束，从而避免需要使用3r缓冲器进行重写。虽然提供了损耗调制器103以擦除数据，但是可以根据需要使用任意其他合适的擦除元件。
控制逻辑104可以从系统99外部接收指令，例如写入、更新、读取和/或擦除；以及时钟信号，例如来自计算机时钟的信号(例如体现为例如芯片)，或来自其他类型的时钟(例如原子钟)。然后，控制逻辑104可以使用地址表106查找期望的再循环信号中的脉冲的定时，或者与要被擦除、读取或写入的数据块相对应的再循环信号部分。特别地，控制逻辑104可以向延迟发生器107发信号以向擦除器103产生定时信号如延迟脉冲，或者经由电连接127来控制所需数据块的输出。电连接145响应于该请求将目标数据输出到系统外部。因此，控制逻辑104的功能可以是控制电子设备以维护表106，例如地址或名称表。可以将存储在其中的信息提供给延迟发生器107以产生适当的定时信号，以执行操作(例如“写入”)，即，例如根据所收到的请求在下一个可用时隙或特定地址处将数据输入再循环回路100中。根据本发明的一个方面，写入指令可能需要将与目标地址共享时隙的所有数据块读取到3r缓冲器126中、擦除在循环100中共享相同时隙的所有存储器块、并将输入比特写入新的空时隙中。然后，可以利用3r缓冲器126重写数据块，原因是在写入过程期间已经擦除了数据块的信道；但是擦除器的替代实现方式可以避免如上所述的最后一步。
这种经由寻址的定时过程依赖于延迟发生器非常精确地跟踪通过回路循环脉冲的能力，以便估计何时应该将延迟脉冲或等效定时方法发送到各种装置。这可以通过航位推算来完成。另一种跟踪途径是使用卡尔曼滤波器，其将基于系统特征的航位推算和周期性检查系统中的数据位置进行结合。这种检查或重新同步可以通过存储在系统中的特定重新同步块来完成，或者通过周期性地轮询所存储的数据块来完成。另一个这样的操作是“读取”操作，其可以例如根据信号的一部分的定时读取对应于从地址表106检索的地址的指定数据块。此外，响应于图21所示的经由电连接129接收的清除指令，可以通过关闭1r再生站102或通过调制回路损耗(例如借助于擦除器103)永久地删除存储在回路100中的所有信息。
地址表106还可以存储用于将数据块的寻址与通过再循环回路100的脉冲的物理值相关联的信息。可以使信号多路复用，因此控制逻辑104可能必须考虑在任意给定时间均有一个以上的信息信道通过回路。例如，地址表106可以配置为随机存取存储器或其他类型的存储器。延迟发生器107可以是控制逻辑104的一部分，但是可以是单独的组件，其向与回路100交互的组件产生延迟的控制信号，以便适当地延迟控制信号以访问通过回路100的信号的正确脉冲或部分。或者，可以通过使用与所提供的时钟对准的位定时方案来省略该组件。在该方法中，可以利用正常时钟周期来执行所有操作，而不产生延迟。
可以计算延迟写入指令中的固定延迟109，使得其考虑通过回路路径到达信号调制器113和通过信号调制器113的传播延迟差异。
信号调制器113可以经由来自延迟发生器107的电连接111接收一系列延迟的电脉冲作为输入并且产生信号，例如通过调制来自图21中未示出的承载信号的源的提供光束来进行，所述信号在其调制115中编码数据的延迟定时与输入信号111中的脉冲相同。对于多路复用信号，信号调制器113可以包括一系列类似装置，每个装置均配置为将数据编码到不同的信道中，或者它可以是可独立配置为根据控制信号114来控制其产生哪个信号信道的一个或多个装置。
输入缓冲器110可以读取并存储输入位(待添加到循环100的新数据)，同时等待它们被编码，然后输入循环100中。当由来自延迟发生器107的脉冲108触发时，输入缓冲器110可以以适当的延迟通过电连接111发送信号，所述电连接111包含经由输入多路分解器112而被编码到调制器113的比特。输入缓冲器110可以是传统的电子存储器，例如ram。这样的电信号包含要经由输入多路分解器112从输入缓冲器110传送到信号调制器113的比特，其被延迟适当的时间量以与回路100中的期望数据块对准。
基于来自控制逻辑104的控制信号114，可以提供输入多路分解器112来控制延迟的input信号111被信号调制器113写入哪个信道(即，波长、空间模式、方向等)。在一些实施例中，可以将多路分解器112合并到信号调制器113中，或者可以完全不存在，在这种情况下，延迟发生器107针对不同的输入信道(即，针对不同的波长、空间模式、方向等)产生不同的延迟脉冲信号108。
输入多路复用器116将来自一个或多个不同信道(即，波长、空间模式、方向等)的信号115耦合到一个波束117中，所述波束117行进至信号耦合器101。在图21所示的示例中，每次可以仅多路复用一个信号，但是根据本发明的一个方面，可以将多个输入信号同时和/或异步地多路复用到信号耦合器101。然后，信号耦合器101将信号中承载在其调制过程中进行编码的信息的部分注入回路100中。根据本发明的一个方面，可以同时将以不同的方式(包括但不限于不同的波长、空间模式、方向等)承载信号的多个独立信道注入回路100中以增加可以存储在回路100中的数据量。
输出多路分解器118接收从信号耦合器101的输出c输出的信号，并且将由不同物理属性(包括但不限于波长、空间模式和方向)分开的每个信道分成单独的信号。
数据采集(daq)120可以通过光纤119从输出多路分解器118接收信号，并且可以将在光调制中编码的信息解调成以电信号编码的数字信息。daq120可以包括物理光电检测器(例如光电二极管)、以及采样模数转换器(adc)，其定时可以通过由延迟发生器107产生的一系列延迟脉冲121来确定。利用daq120，可以将一个或多个特定的存储器块以数字信息格式从回路100中读取出来。可以根据需要使用任意合适的装置或元件来解调数据。
可以作为一系列不同的daq系统提供daq120以解码多路分解的信号119的每个信道，在这种情况下，可以通过相应数量的不同数据线接收从延迟发生器107接收的延迟脉冲信号121，或者可以是将信号daq系统与由来自控制逻辑104或延迟发生器107的控制信号控制的可配置输出多路分解器118组合的信号系统。具体地，经由电连接121接收的延迟电脉冲触发特定的存储器块中的数据读取。这些脉冲对应于daq120应当对信号采样以捕获所需数据的时间点。取决于daq120的实现方式，电极121可以是连接到每一个daq的总线、或单线(例如，如果由输出多路分解器119执行信道选择的话)。
以这种方式，线122将以数字电信号编码的数据馈送到执行循环冗余校验(crc)的逻辑和/或软件、或等效纠错码或前向纠错方法123，它们所接收的数据检查数据完整性以纠正错误。
可以提供异步再生管理，使得可以不对整个信号同时执行信号的完全再生(3r)。相反，根据异步再生管理，可以利用图21中所示的控制逻辑104的延迟发生器107来使该过程交错进行。如所讨论的，这可能是必要的，因为3r再生可能耗费比整个信号穿过光纤所述耗费花费的时间更长的时间。
例如，用于异步再生的算法可以使用信号调度线程和单独操作线程，所述信号调度线程基于必要子组件的可用性来调度再生操作，所述单独的操作线程在要执行调度的再生任务时向延迟产生器107发出信号。调度线程可以在下一个可用机会时调度已经被最近最少再生的数据块的再生，然后继续调度下一个最近最少再生的数据块的再生，等等。如果因为例如当前没有调度再生、写入或擦除操作而使得所有的组件都可用的话，则下一个这样的机会可能是在下一次所关注的数据块穿过耦合器101时执行接收步骤，之后是在下一次数据块穿过擦除器103时擦除数据块并重新发送存储在3r缓冲器126中的数据以在下一个新的空时隙通过时到达。该最后步骤可以被分解为与每次通过对应的多个步骤，例如，因为信号调制器113包括比系统存储的多路复用信道的数量少的调制器，或者因为写入特定信道的调制器已经被调度用于另一操作。因此，调度器将利用适当地用信号通知延迟发生器107的操作线程来调度这些步骤。
调度线程调度进行再生的下一个数据块(“最少最近的数据块”)可以被调度为在被调度的前一数据块的再生之前执行、与前一数据块的再生同时执行、或者与两个数据块的再生步骤交错执行，而不用严格遵循前一数据块的成功再生。因此，可以以这种异步方式执行再生管理。还设想了用于调度再生的其他算法。可以通过对可以更直接执行的操作进行优先级排序而不是以上述连续调度顺序中的调度操作来获得对各种资源的更密集使用。这种算法的一个示例可以使用非线性拟合算法(例如levenberg-marquart法)，以使资源利用最大化，从而使再生所有数据块所需的时间最小化。类似地，可以使用其他线程结构，包括并行调度以及单线程组合调度和操作。用于将数据写入系统的算法可以类似地基于优化资源使用或基于最小化再生时间来选择要写入新数据的数据块。
crc123可以执行循环冗余校验以确保仅针对正在执行3r或正在读取的数据块的数据完整性。因此，系统有足够的时间进行完整性检查以及产生对应于数据块的信号部分。每次对数据块执行3r过程时，crc可以执行此操作。虽然是作为电连接或线路进行讨论的，但是应该理解，线路122和其他线路可以作为总线提供，或者可以经由射频或其他频率电磁辐射、光信号等进行通信。
根据本发明的一个方面，每个数据块可以用“标头”或对块进行标识的其他形式的标签来标记，并且标头可以用数据块编码成通过再循环回路100的信号路径的一部分。在该实施例中，对于与用户相关联的电子通信，地址表106优选地保持标签(例如写在数据块的标头中的标识号)和用户之间的关联。以这种方式，将具有正确标头的数据块从再循环回路100中读取出来并提供给输出以进行进一步处理。或者，可以将数据块临时存储在输出缓冲器47中，例如用于使输出与所提供的时钟相协调。可以在系统外部提供包括地址表106的这种数据管理，并且控制逻辑104可以仅接收标头信息，使得控制逻辑104可以返回与所请求的标头相对应的数据块。为了清楚起见，“标题”可以指任何其他形式的标记。
开关125可以基于经由电连接126接收的控制信号来控制数据124是否经由输出引脚145、146输出到数据存储系统99外部，例如，响应于从用户接收到的数据请求，或者基于控制信号126经由连接128馈送到3r缓冲器126以进行3r再生。代替直接输出数据，可以将数据存储在输出缓冲器47中，直到被请求为止。
3r缓冲器126可以在等待来自延迟发生器107的延迟脉冲127的同时保持数据，以适当地对3r再生(即“再放大、再定时和再整形”)的过程定时。在该实施例中，可以通过接收信号、擦除信号并将其作为新信号重发来完成3r再生。然而，可以考虑替代的3r方法，例如全光再生。对于共享时隙的每个数据块族(共享时隙的信号信道)，可以将整个族馈送到3r缓冲器126中。然后可以利用擦除延迟脉冲线128擦除针对该时隙的信号。经由电连接127发送的延迟脉冲可以在适当的时间触发重发。通过保持由于擦除时隙以清除用于写入的时隙所必须再生的数据(如果使用这样的擦除器实现形式)，3r缓冲器126也可以在write过程期间用于类似的目的。在这种情况下，可能不需要经由128发送擦除延迟脉冲，而是在完全发送输入位之后读出3r缓冲器126。另一变化方案包括在3r缓冲器126中使用寻址方案，使得3r缓冲器126中的数据可以以任意选定的顺序输出，从而使得能够实现更快地异步实现一次重写多个数据块。
如所讨论的，延迟脉冲可以经由电连接127从延迟发生器107发送以触发3r缓冲器126中的数据传输，以与经由线108传输的延迟脉冲相同的方式产生以触发来自输入缓冲器110的写入。这些可以在擦除延迟脉冲线108b上的延迟脉冲之前进行，以便擦除适当的时隙；但是完成write操作的情况除外，在这种情况下已经清除了时隙并且将产生脉冲以在完成所需输入比特的传输之后立即重传数据。
如所讨论的，也可以经由电连接108b从延迟发生器107发送延迟脉冲，以触发利用擦除器103进行的擦除期望时隙，以作为3r再生的一部分或者作为安全且永久地擦除数据的erase操作。数据可能在其不再使用后被擦除，或者由于色散引起的扩展而最终会干扰其他信号，但是这可通过在下一次其时隙被再生时不再执行3r再生而最容易地实现。
purge数据线129可以通过逆变器控制1r再生过程的功率。如果该线路设置为“1”，则1r再生将关闭，使得回路中的信号放大将会停止，并且其中承载的数据将被快速、安全和不可逆地破坏。
图22是用于数据存储的连续再循环回路的示例，例如图21中的回路100，其中使用光纤线轴13作为波导。可以通过光源1将未调制的光信号提供给信号调制器113，所述光源1可以是光纤激光器。或者，可以直接调制光源1，从而替代信号调制器113。例如，如果光源是半导体腔激光器，则可以通过调制泵浦电流来调制信号。
1r再生站102可以是光纤激光放大器，或者可以沿着光纤12的长度利用分布式增益系统来替换。例如，可以使用分布式拉曼放大或光学参量放大。光纤线轴13可以是纳米结构光纤波导。“纳米结构光纤”可以具有径向折射率分布，其设计使得模式被限制在相对小的区域且同时使用相对大的外半径，从而使得光纤不是单模的。设想为纳米结构光纤的是一系列技术，其包括例如具有第一区域、第二区域和第三区域的“环形光纤”，其中第一区域是圆柱体，第二区域是其半径大于第一区域半径并且包围第一区域的圆柱体，第三区域是其半径大于第二区域的半径并且包围第一区域和第二区域两者的圆柱体，使得第二区域具有大于第一区域和第二区域两者的光学折射率。第一区域可以是空气或光纤。“涡街光纤”具有第一区域、第二区域和第三区域、以及第四区域，其中第一区域是圆柱体，第二区域是其半径大于第一区域半径并且包围第一区域的圆柱体，第三区域是其半径大于第二区域半径并且包围第一区域和第二区域两者的圆柱体，以及第四区域是其半径大于第一区域半径和第二区域半径并且包围第一区域、第二区域和第三区域的圆柱体，并且其中第一区域和第三区域两者都具有大于第二区域和第四区域两者的光学折射率。“多芯光纤”(也称为超模光纤或光子灯笼光纤)具有至少两个不相交的芯区域和包层区域，其中芯区域都是圆柱形的并且包层区域是其半径大于芯区域中任意芯区域的半径的圆柱体且包层区域包围所有的芯区域，以及其中芯区域各自具有大于包层区域的光学折射率。“光学导线”具有第一区域，所述第一区域是其折射率大于空气折射率的圆柱体(其中空气起包层作用)。并且，“光子晶体光纤”由大量的开放圆柱体或其他开放形状(例如多边形或星形)制成，其通常具有充注有空气或低折射率玻璃的不同半径，以及通常具有充注有高折射率玻璃的中心区域。例如，光纤12或光纤线轴13可以是corningsmf28或其一些等效物，但也可以使用pm光纤，例如以增加调制器的消光比。控制系统8可以类似于图21中所示的系统。擦除器103和/或信号调制器113可以包括mach-zehnder(mz)强度调制器14和偏振控制器5，如图23所示的，其具有或不具有放大器，由控制系统8通过电连接10进行控制。控制系统8可以包括控制逻辑104、地址表106、延迟发生器107和其他这样的部件。
图23示出了信号调制的示例，例如作为信号调制器113和/或擦除器103。首先，输入光信号的偏振(即波导或光纤模式)可由偏振控制器5控制。在优选实施例中，这通过在线光纤偏振控制器来实现。如果光纤或波导9是pm光纤，则该元件可能不是必需的。类似地，如果系统被修改用于空分多路复用(sdm)或者如果使用不依赖于偏振的调制器14，则可以不需要偏振控制器5。
光强度调制器14可以是mach-zehnder(mz)强度调制器，其经由电连接22从rf驱动器24接收电子控制电压，所述电连接22由来自控制系统8的信号经由连接20驱动，其可以是图22中的电连接元件10的元件。这可由不同的电光调制器(eom)、声光调制器(aom)或其他调制器(例如电吸收调制器(eam))替代。对于其他键控方案(例如(psk))，可以替代地使用相位调制器。
光学放大器可以提供增益以控制信号的功率。可以使用光隔离器15和17来防止可能导致放大器不稳定的背反射。具有关联rf驱动器25和电连接21的第二光调制器18可以在调制信号中提供比单独一个调制器更大的消光比，例如以更好地区分“1”和“0”。
图25示出了利用用于系统99a的波分多路复用(wdm)进行运动中的数据存储的再循环连续回路的示例，并且示出了可以在不擦除相同时隙中的信道的情况下擦除各个信道的方案。波分多路分解器31对从光纤12(或其他波导)传递的信号进行多路分解。该信号包括n个不同的波长，λn代表n个不同的光纤信道，每个信道仅承载一个波长λi。这可以通过阵列波导光栅(awg)或通过n个不同的熔接式光纤耦合器来实现，所述n个不同的熔接式光纤耦合器是波长特异性的并且沿光纤12的长度串联级联。虽然在图25中示意性地显示为定位成再循环回路100的一部分，但是应当理解，wdm电路98a可以位于再循环回路外部，使得可以将wdm电路98a多路复用信号通过一个或多个信号耦合器注入再循环回路100中。
波分复用器32将n个不同的光纤信道组合或多路复用到一个光纤或波导中，其中每个信道用于一个波长λi。因此，多路复用信号可以存储n个不同波长λn的信息。这可以实现为例如n个不同的熔接式光纤耦合器101-1、101-2，......101-n，它们是波长特异性的并且沿光纤12的长度串联级联，或者作为类似于awg的集成装置、或等效技术。
图25示出了描述按元件号-信道号编索引的n个波长信道的元件。因此，第四信道中的第33个元件将被称为33-4。102-i是用于信道i中波长为λi的信号的1r再生站。在图26中可以看到其一些细节。根据图25中提供的示例，可以提供波长间的均衡，其中将每个信道归一化成预定功率，而与提供给其他信道的功率无关。这种信道归一化增益可以是有源的或无源的。信号控制系统可以利用另外的电连接来提供所有信道的有源均衡。
往返损耗调制器103-i可以是图21中所示的擦除器103的多路复用实现形式，并且可以在图23之后实现。往返损耗调制器103-i擦除信号的信道i中具有波长λi的数据。
信号耦合器101-i可以是图21中所示的信号耦合器101的组件，并且可以将承载波长λi的数据部分的信号注入信道i中并利用两个输入a和b将其从信道i中输出到输出c和d中。这可以使用利用导波渐逝耦合的熔接式光纤耦合器来实现，例如所述导波具有耦合波长λi。光源1-i可以提供波长为λi的经调制或未调制的光信号。
可以通过波长λi的调制器来执行每个信道的信号调制，其细节在图23中示出。daq120-i将信道i中的信号解调为电信号，例如利用光电二极管。或者，可以使用另一种解调方法。
图26是1r再生单元的一个示例的详细示意图，例如图21或图22中的102或图25中的102-i。光学放大器46(例如经掺杂光纤放大器)放大相关信道中的信号。该放大器的增益应选择为完全补偿往返损耗，并且可能需要以多个单独的阶段来提供。可以使用光隔离器来防止可能导致放大器不稳定的背反射。
可以使用非线性强度滤波器48、或等效的有源和/或无源控制和/或稳定装置。非线性强度滤波器48为非常低高强度或非常高强度的信号提供更高的损耗。这对信号强度提供了有源和/或无源控制以稳定1r再生过程，以便均匀、受控、无限地维持光纤回路中的信号峰值强度，如图30和31所示的。或者，滤波器48的有源实现形式的一个示例可包括99％/1％熔接式光纤耦合器、连接至所述耦合器的1％信道的功率计、以及由控制系统驱动的可变光衰减器，例如eam。例如，可以使用将给定数据块的当前和过去功率作为输入的离散比例-积分-微分(pid)控制器来控制放大器46的增益，例如通过调制放大器46的泵浦电流、或损耗(例如利用电吸收调制器(eam))。
图27是利用sdm(或模式分割多路复用，mdm)99b的存储系统的示例的示意性图示。多模光纤(mmf)52的线轴以不同的空间模式传播信号，例如轨道角动量(oam)承载模式，其方式为使得能够有效地区分具有足够低串扰的信道以使系统实际可用。这可以通过定制的纳米结构光纤来实现，所述光纤设计成使不同模式(即信道)之间的分布和扰动模式耦合最小化。例如，多模光纤53和多模光纤52的线轴可以是涡街光纤、多芯光纤(包括超模光纤和光子灯笼)、光导线、光子晶体光纤和/或具有所需性能的任意其他形式的光纤或波导。可以使用数字多输入多输出(mimo)技术来数字式多路分解已经在传播期间通过耦合而混合的空间模式。这样的途径可能需要在每次往返时转换为数字信号。或者，模式选择耦合器54-i可以设计成对波长不敏感和/或可以使用除熔接式光纤耦合器之外的另一种耦合方法。取决于耦合器54-i和多模光纤53的设计，每个耦合器54-i之前的偏振控制器5-i可能是必需的或可能不是必需的。例如，如果多模光纤能够通过防止传播期间的模式混合来区分模式，则偏振控制器5-i将不是必需的。然而，如果多模光纤能够通过mimo技术区分模式，则偏振控制器5-i可能是必要的，并且实际上偏振控制器5-i本身可以用作区分某些多模光纤中的模式的装置来代替纳米结构光纤和mimo技术两者。类似地，耦合器54-i的一些设计可能需要在耦合器输入a之前插入单模光纤9中的偏振控制器。如果多模光纤53或多模光纤52的线轴是设计用于防止模式耦合的偏振保持或纳米结构光纤，那么它们必须是相同类型的光纤。
熔接式光纤耦合器54-i包括两个输入(a和b)和两个输出(c和d)，以将由mmf53引导的特定空间模式以特定频率耦合到单模光纤(smf)9中，例如具有一定合理耦合比的corningsmf28(或其他类型的波导)。可以使用光强度调制器103来擦除目标信号或信号的一些部分。可以使用mach-zehnder干涉仪。通过控制系统8和电连接10来执行该组件的控制。
如图26所示，再放大器102可以基本上类似于在其他实施例中使用的再放大器。必须选择不同的组件，例如匹配光纤线轴53的多模光纤12而不是单模光纤。已经示范了基于该掺杂有增益介质(例如铒)的相同定制纳米结构mmf53的光纤放大器46并且可以将其用于为所有模式提供增益且同时具有低的差模增益(dmg)。然而，可以使用其他放大器，其包括但不限于与多路复用器和多路分解器一致的smfedfa。非线性滤波器48(或等效的有源或无源均衡控制装置)同样可以基本相似，但可能需要不同的组件选择和/或可能需要通过有源或无源装置进一步提供差模损耗(dml)以补偿放大器46中的dmg。
图28示出了根据本发明一个方面的基于传播方向分割多路复用(ddm)的存储系统99c的示例。可以在运动系统99c中提供更高的存储容量，从而平衡缺乏不同的再循环连续回路开始和结束的情况。
特别地，可以将待注入的信号分解成顺时针传播的第一部分和逆时针传播的信号的第二部分。因此，将组件复制成具有相应索引的两个反向传播信道，即顺时针信道1和逆时针信道2。除了一个或多个附加多路复用方案之外，还可以提供ddm。
如图28所示，第一耦合器61通过第一耦合器61的连接a将顺时针传播的信号注入波导回路12，并通过耦合器61的连接b从其移除逆时针方向传播的信号。可优选使用导波渐逝耦合的熔接式光纤耦合器。类似地，第二耦合器62通过第二耦合器的连接器a将逆时针传播的信号注入波导回路12中，并从波导回路12中移除顺时针方向传播的信号。耦合器61和62协同工作以同时多路复用ddm信号且共同用作图21的单独信号耦合器101。
此外，可以提供具有输入c、输出b和双向连接a的耦合器63以分离输入和输出组件。可以提供光隔离器64以防止信号信道串扰。
为了构建一个实施例，可以同时利用所有三种方案以及其他可能的方案将图25、27和28中所示的wdm、sdm和ddm技术组合成一个系统。为此，根据本发明的一个方面，可以用熔接式光纤耦合器阵列(例如在图27中示出的)替换图25中所示的每个波长信道中的信号耦合器101-i，其包括用针对每个模式的这些组件的阵列替换每个组件1-i到11-i。另外，可以使用方向分割多路复用(ddm)技术以及其他调制方法来添加附加的多路复用方案，以通过在每个信号中提供多个比特来提供额外的存储。例如，正交调制(qam)或正交相移键控(qpsk)。在自由空间实施例中，偏振复用和sdm的组合对于实现与sdm光纤模式多路复用等效的容量而言可能是必需的，因为自由空间中的空间模式缺乏固有偏振，例如波导模式(例如光纤模式等)。
图30示出了非线性滤波器的示例，其以无源方式提供稳定性，以便控制回路中信号的往返增益并减少噪声(否则其可能在回路中累积)。可以通过可饱和吸收器140来实现降噪。可以使用由具有高光学克尔效应的材料(例如，sbsi、zn、se或gaas)制成的低精细标准具141来提供增益稳定性。可以对标准具进行调整，使得在低强度下它具有100％的透射率，即波长或波长组是材料的共振波长。然而，随着脉冲强度增加，材料的折射率可能会改变，从而改变标准具的透射率。然后，反射功率可以被光学隔离器14吸收。
图31a-f示出了如图30中以举例方式示出的非线性滤波器如何为往返增益控制提供稳定性以及如何对其调谐的示例。在图31a中示出了典型激光放大器的信号增益。图31b示出了系统中的各种无源元件，其包括一个或多个信号耦合器、端面和提供线性损耗的调制器。图31c示出了可饱和吸收器以与信号放大器提供增益相同的方式提供损耗，但是由于如下所述的实际原因，可以选择具有比信号放大器的增益更高的损耗并且具有低得多的饱和点的可饱和吸收器。
图31d示出了根据下式提供反射率的非线性标准具：
图31e示出了在没有滤波器的情况下所有噪声被放大并且仅可以在放大器饱和区域中实现稳定性。通过调谐γa-lb＝0来控制较低电平增益的尝试可能固有地不稳定，因为即使稍微为正，其也可能带入放大器饱和区域中，并且如果它甚至略微为负，则信号脉冲可能会减小零。
图31f示出了增加有非线性滤波器的稳定性控制和降噪。在增加滤波器的情况下，首先，低于可饱和吸收器饱和ic的低电平噪声会遭受往返损耗。其次，可以在放大器饱和区域之前的强度点处达到稳定点，并且可以通过调整该滤波器来对其进行调整。相应地，可以通过以下方式调整滤波器：
可以通过提高应该超过γa-lb的可饱和吸收器损耗来调整噪声切割以更有效地去除噪声。然而，可以将其调低以减少可能限制系统性能的系统往返损耗，或者可以在噪声产生快于其减弱的情况下将其调高。
可以通过调整标准具精细度或标准具的克尔常数来调整稳定点。
如果使用多个等间隔波长，则可以调整标准具的长度，使得每个波长为标准具的共振波长。
以这种方式，可以以远低于激光放大器的饱和区域的可调谐方式来实现稳定的、对波长不敏感的放大(在特定的离散波长下)，或者同时可以降低信号噪声。
可以使用相敏滤波器或相敏放大器对相移键控或类似的相敏键控方案(例如qam)进行类似的滤波。根据一个实施例，可以使用具有相位匹配的泵和闲频器的光学参量放大(opa)来为满足由信号和闲频器设置的相位匹配条件的信号选择性地提供放大，同时为从相位匹配条件偏移大于
在另一实施例中，再循环回路可包括存储数据的光学腔。图32a示出一个示例，其中该腔可以由两个或更多个接收器-发射器对即“反射器a”和“反射器b”形成，其可以各自用作反射器以将数据存储在它们之间的光束156中。利用与上述系统类似的组件，可由光源1a和1b产生光信号，然后可由信号调制器113a和113b调制并发送到信号接收器120b或120a，所述信号接收器120b或120a可以解调信号和将其转换成电子数据。控制系统8a和8b可以选择性地控制数据的接收和重发，因此可以不需要擦除器103。类似地，在每次接收和重发信号时都可以完全地再生信号，因此可以不需要信号调节器102。可以使用与上述类似的方法在任一或两个反射器上执行如下操作：将数据作为电信号耦合输出和/或执行数据操作如读取、写入或擦除。类似地，可以在两个反射器、一个反射器上或间歇地进行纠错。可以使用接收器和发射器阵列或通过添加另外的多路复用和多路分解元件来添加多路复用，如图29所示的。
或者，可以通过镜子来完成信号转向，如图32b所示的。在该实施例中，信号光束156可以沿两个方向行进，并且在其他实施例中，可以沿多个方向或一个方向行进。可以利用两个镜子将152信号束156存储在反射腔中，以将波束保持在腔内。镜子152可以设计成以稳定的方式将波束保持在腔内，其方法中的多种方法是周知的。类似于光纤实施例，可以在腔内提供用于擦除信号的擦除器103和包括增益介质153和非线性滤波器48的信号调节器102。如上所述，非线性滤波器48可以是有源或无源的，并且可以提供增益和损耗的往返稳定性和/或降噪。
可以将输入信号158可以耦合到系统中，并且可以利用例如分束器160将输出信号159从系统中耦合出来，所述分束器160可以执行与图21、22、25和27中的耦合器101相同的功能。或者，一个或多个反射镜152可以是部分透射的，使得存储在腔中的信号156的适当部分在每次往返时通过所述部分透射的反射镜被耦合出来。利用激光源1和信号调制器113将数据写入系统以及利用信号解调器120解调输出信号159，可以以类似于图22的方式完成信号产生和信号检测。可以提供光隔离器64以防止后向反射波束进入信号发生器1。
设想了许多其他腔设计和尺寸。例如，腔可以包括许多平面镜和/或在每个端部具有抛物面镜的透镜，其可以为光束提供操纵稳定性。在另一个例子中，可以利用一个或多个非平面反射表面来形成腔，所述非平面反射表面在每次往返时多次反射信号束156。在图32c中示出了一个示例，其中腔可以是一个椭圆形弯曲的反射表面162。在该实施例中，输入/输出耦合器可以是反射表面162的部分透射部分161，其允许输入波束163进入腔内并且在每次往返时将腔内的适当功率部分作为输出波束164耦合出来，类似于图21中的耦合器101。可以使用与上述相同的方法产生和接收输入波束163和输出波束164。为了提供擦除和信号调节，可以在信号束的路径中的腔内插入元件，例如擦除器103和增益介质153。可以提供非线性滤波器48或多路复用元件，如上文所述的。
本系统、方法和设备可以利用实现为硬件、软件、固件或前述形式的组合的组件来实现，并且可以在一个或多个计算机系统或其他处理系统中实现，使得可以不需要人工操作。对于实现地球站20a、b的组件以及实现卫星的控制器、地球站20a、b上和卫星上的收发器的控制器、电磁信号发生器和再生器的控制器等的一种或多种计算机或计算机系统，每个系统均可以包括或者被提供为用于执行根据本发明方法的一个或多个单元中的一个或多个处理器。可以经由因特网或其他通信网络和/或装置来访问这些计算机或处理器中的一个或多个或全部。这些单元中的两个或更多个、或这些单元的组件可以在单个设备上或在一系列这样的设备上运行的过程中执行，或者由其执行，例如作为一个或多个安装有机架的设备来执行。本发明描述的与地球站20a、b的通信接口可以包括有线或无线接口通信，并且可以经由导线、电缆、火光元件(fireoptics)、电话线、蜂窝链路、卫星连接、射频链路(例如wifi)、或其他这样的通信信道和网络(包括无线或有线通信)、或者经由前述形式的组合进行通信。
尽管已经关于本发明的特定实施例描述了本发明，但是许多其他变化方案和修改方案以及其他用途对于本领域技术人员而言将变得明显。而且，关于一个实现形式(例如卫星或载器自由空间实现形式、无机架空间实现形式或波导实现形式)描述的组件或其他结构或系统、特征或步骤也可以关于另一实现形式来部署或使用。可以将作为相同结构的一部分提及的组件封装为单独的组件或结构，并且可以将被描述为单独封装的组件集成在一起或一起提供。此外，可以将组件提供为远离在逻辑上与其相关联或与其直接通信的结构。
按顺序概述的步骤不一定按顺序执行，不一定必须执行所有步骤，而是可以插入其他中间步骤。因此，本发明不受本文的具体公开内容限制。
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