卫星通信的系统和方法与流程

发明领域

本公开涉及卫星通信领域，尤其涉及光学卫星通信。

背景

为了向全球未连接的住宅提供高质量的互联网服务，实现高容量所需的基础设施实际需要在地面的、空中的(airborne)和宇宙空间的(spaceborne)电信技术方面取得重大进展。据估计，如果每个航天器的电信容量达到几太比特/秒(terabits-per-second，tbps)，通过卫星的互联网传输的成本就可以与最低成本的有线或无线连接技术相媲美。为了实现电信的这一技术进步，可能需要大幅提高当今卫星通信网络的容量，无论是在地球静止轨道(geo)还是中地球轨道(meo)、低地球轨道(leo)。

卫星数据通信系统从一个站的发射器(tx)向另一个站的接收器(rx)传输数据。tx或rx可以是基于地面的、空中的、或宇宙空间的。此外，多个基于地面的站(tx或rx)可以与一个或更多个空中或宇宙空间平台(rx或tx)进行通信。这些地面的/空中的/宇宙空间的电信系统支持大量和不断增加的数据量(例如互联网数据)的上行链路和下行链路。

为了解决高容量和高性能的需求，光纤行业开发了使用数字信号处理器(dsp)的相干光纤收发器技术，用于下一代高速率通信。基于dsp的相干收发器利用光学预放大提高了卫星系统的性能，并提供更高的光谱效率和更低的功耗。此外，相干收发器中采用的集成光子技术提供了具有竞争力的成本效益值。

特定实施例的概述

目前，无线或卫星互联网经常被用于农村、未开发或其他难以服务的地区，在这些地区不容易获得有线互联网。随着互联网接入的迅速发展，大量的数据通信可能需要高聚合的用户数据率。卫星数据通信系统可以在更长的距离上以非常高的数据速率向全球的偏远住宅提供高质量的互联网服务，而且比有线或无线通信更具成本效益。实现这种高容量所需的基础设施实际可能需要在地面的、空中的和宇宙空间的电信技术方面取得重大进展。据估计，每个航天器的几太比特/秒(tbps)的电信容量可以支持大量和不断增加的数据量(例如互联网数据)的上行链路和返回通道通信。当前用于自由空间光学/激光学通信(lasercom)的技术可以允许从地面站(groundstation)到meo或geo卫星的多tbps上行链路容量，以及经由几个光束的tbps规模的下行链路容量。然而，实现每颗卫星的多tbps网关链路容量所需的总的单一空间模式和纵向模式的上行链路激光功率是一个限制性因素。此外，由于大气影响，每个站的激光学通信上行链路和下行链路可用性可能受到限制(例如，对于高于平均水平的地面站点，大约为50％到60％)。

根据本发明的第一方面，提供了一种装置，包括：一个或更多个光学地面终端，其包括至少一个前向通道发射器(tx)和至少一个返回通道接收器(rx)，其中前向通道tx被配置为：在数据链路层接收多个数据帧；由数据链路层编码器对多个接收到的数据帧进行编码，其中数据链路层编码器是使用前向纠错(fec)码的包抹除编码器(packeterasureencoder)；由分配器将多个编码数据帧分配到多个数据通道，前向通道数据是由多个数据通道相对于编码数据帧生成的；以及由多个数据通道中的多个光学调制解调器将前向通道数据分别嵌入到一个或更多个上行链路光束中，其中一个或更多个上行链路光束被多个光功率放大器(pa)放大，并且一个或更多个上行链路光束通过空气/真空经由多个前向通道发射。

优选地，一个或更多个上行链路光束被相应的光学空间终端中的对应的前向通道接收器(rx)接收，并且相应的光学空间终端与光学地面终端中的一个光学地面终端配对以进行光学通信。

方便的是，前向通道tx还包括分别在多个数据通道中的多个光学低噪声放大器(lna)、物理层fec编码器、通道交错器以及调制器，多个光学低噪声放大器(lna)被配置为放大一个或更多个上行链路光束。

优选地，返回通道rx被配置为：通过空气/真空经由返回通道，由数据通道中的一个数据通道接收一个或更多个下行链路光束，其中数据通道中的一个数据通道由选择器选择；由数据通道中的一个数据通道中的光学调制解调器从一个或更多个下行链路光束中提取返回通道数据，其中该一个或更多个下行链路光束由数据通道中的一个数据通道中的光功率放大器(pa)放大，并且由数据通道中的一个数据通道相对于返回通道数据生成编码数据帧；在数据链路层，由数据链路层解码器对编码数据帧进行解码，其中，数据链路层解码器是使用前向纠错(fec)码的包抹除解码器。

优选地，该装置还包括以下中的一项或更多项：a)其中，一个或更多个下行链路光束从相应的光学空间终端中的对应的返回通道发射器(tx)发射，并且相应的光学空间终端与光学地面终端中的一个光学地面终端配对，以进行光学通信；或b)其中，返回通道rx还包括物理层fec解码器、通道去交错器和解调器。

根据本发明的另一个方面，提供了一种装置，包括：一个或更多个光学空间终端，其至少包括返回通道发射器(tx)和前向通道接收器(rx)，其中，返回通道tx被配置成：在物理层接收多个返回数据帧；由物理层编码器对多个接收到的返回数据帧进行编码，其中物理层编码器是前向纠错(fec)编码器；以及由数据通道中的光学调制解调器将多个编码的返回数据帧嵌入到一个或更多个下行链路光束中，其中一个或更多个下行链路光束由光功率放大器(pa)放大，并且一个或更多个下行链路光束通过空气/真空经由返回通道发射。

优选地，一个或更多个下行链路光束由相应的光学地面终端中的对应的返回通道接收器(rx)接收，并且相应的光学地面终端与光学空间终端中的一个配对以进行光学通信。

方便的是，返回通道tx包括通道交错器、调制器和被配置为放大一个或更多个下行链路光束的光学低噪声放大器(lna)。

优选地，前向通道rx被配置为：通过空气/真空经由多个前向通道中的一个接收一个或更多个上行链路光束；由数据通道中的光学调制解调器从一个或更多个上行链路光束中提取前向通道数据，其中一个或更多个上行链路光束被数据通道中的光功率放大器(pa)放大；以及由物理层解码器将前向通道数据解码为解码的数据帧，其中物理层解码器为前向纠错(fec)解码器。

优选地，该装置还包括以下中的一项或更多项：a)其中，一个或更多个上行链路光束从相应的光学地面终端中的对应前向通道发射器(tx)发射，并且相应的光学地面终端与光学空间终端中的一个配对以进行数据通信；或b)其中，前向通道rx包括多个物理层fec解码器、通道去交错器和解调器。

根据本发明的另一个方面，提供了一种系统，包括：一个或更多个光学地面终端以及具有空间交换单元和至少一个或更多个光学空间终端的航天器，其中航天器被配置为：由一个光学空间终端的前向通道rx通过空气/真空经由多个前向通道以1太比特/秒(tbps)或高于1太比特/秒的数据速率从相应的光学地面终端的对应前向通道tx接收多个编码数据帧，其中相应的光学地面终端与光学空间终端配对以进行数据通信，并且编码数据帧由相应的光学地面终端的对应前向通道tx编码；由光学空间终端的前向通道rx对多个编码数据帧进行解码；由空间交换单元基于多个解码的数据帧重新生成多个数据包，其中数据包处于数据链路层或更高的层；以及由空间交换单元将重新生成的数据包路由到另一个光学空间终端，其中另一个光学空间终端与另一个光学地面终端配对以进行数据通信。

优选地，空间交换单元至少包括空间交换机和rf通道形成器，其中rf通道形成器具有重新生成式多通道rf调制解调器。

方便地，该系统还包括以下中的一项或更多项：a)其中，重新生成式多通道rf调制解调器在每个通道中具有功率放大器(pa)和/或低噪声放大器(lna)；或者b)其中，空间交换机是在数据链路层或更高的层进行数据包交换的太比特交换机；或者c)其中，空间交换机是检测即将发生的通信中断并将正在进行的数据通信从一个光学空间终端重定向到另一个光学空间终端的先接后断(make-before-break，mbb)交换机。

优选地，航天器还被配置为：由光学空间终端中的一个的返回通道tx向相应的光学地面终端的对应返回通道rx以1太比特/秒(tbps)或高于1太比特/秒的数据速率通过空气/真空经由返回通道发射多个编码数据帧，其中光学空间终端与相应的光学地面终端配对以进行数据通信，并且编码数据帧由光学空间终端的返回通道tx进行编码；由相应的光学地面终端的对应返回通道rx对多个编码数据帧进行解码；以及由相应的光学地面终端的对应返回通道rx基于多个解码的数据帧重新生成多个数据包，其中，数据包处于数据链路层或更高的层。

方便的是，航天器还被配置为将多个数据包发射到网络层。

本文描述的实施例提供了一种装置、系统或方法，它针对的是通过空气和/或真空的高数据率(例如，1tbps或高于1tbps)卫星光学/激光学通信。具体来说，通过在数据链路层对与物理层的通道相对应的多个空间分离的光束应用数据纠正，来改善丢失的数据帧的恢复。该系统可包括一个或更多个光学地面终端、包括一个或更多个光学空间终端以及空间交换机和射频(rf)通道形成器的航天器、以及一个或更多个前向或返回大气通道。光学空间终端可以经由前向或返回大气通道，通过大气/真空空间与光学地面终端进行双向通信。

特定实施例可以利用光学馈线链路(opticalfeederlink，ofl)提供与地球轨道卫星的光学通信，以支持通过空气和/或空间的高数据速率光学卫星通信。光学馈线链路是地面站和电信卫星之间的连接，它利用激光和光学技术来发送和接收数据(例如，互联网流量)。光学馈线链路提供太比特/秒的吞吐量，具有无可比拟的每比特的低成本、安全和免于拥塞和干扰。光学卫星通信使用光束通过大气或大气和真空来发射数据。数据可以在两个地面终端、一个地面终端和一个空间终端、两个空间终端、或任何合适的终端配置之间进行传送。此外，本文所述的任何配置中的任何空间终端或地面终端可以作为发射器、接收器或收发器运行。

本文公开的实施例仅仅是示例，并且本公开的范围不限于它们。特定实施例可以包括上面公开的实施例的部件、元件、特征、功能、操作或步骤中的全部、一些或没有一个被包括。在所附的针对方法、装置、存储介质、系统和计算机程序产品的权利要求中具体公开了实施例，其中在一个权利要求类别(例如方法)中提到的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如系统)中被要求保护。在所附权利要求中的从属性或往回引用仅为了形式原因而被选择。然而，也可以要求保护由对任何先前权利要求的有意往回引用(特别是多项引用)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并且可以被要求保护，而不考虑在所附权利要求中选择的从属性。可以被要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括在权利要求中的特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与在权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的实施例和特征中的任一个可以在单独的权利要求中和/或以与本文描述或描绘的任何实施例或特征的任何组合或以与所附权利要求的任何特征的任何组合被要求保护。

附图简述

图1a示出了根据特定实施例的示例卫星通信系统。

图1b示出了根据特定实施例的卫星通信系统的示例数据传输。

图2是根据特定实施例的通过大气的光学数据传输的简化图。

图3a是根据特定实施例的在tx和rx之间进行数据传输的系统的示意图。

图3b是根据特定实施例的图3a中的系统的tx的示例示意图。

图3c是根据特定实施例的图3a所示系统的rx的示例示意图。

图4是根据特定实施例的图1所示的卫星通信系统的示例光学地面终端的框图。

图5是根据特定实施例的图1所示的卫星通信系统的示例光学空间终端的框图。

图6是根据特定实施例的图1所示的卫星通信系统的双向通信的示例的框图。

图7a是根据特定实施例的图1所示的卫星通信系统的光学空间终端之间的示例通信的框图。

图7b是根据特定实施例的图1所示的卫星通信系统的示例通信重定向的框图。

图8示出了根据特定实施例的光学卫星通信的示例方法。

图9示出了根据特定实施例的光学卫星通信的另一示例方法。

示例实施例的描述

下面描述了代表性的光学数据通信系统及其方法的特定实施例的具体细节。本发明技术针对的是地面站和空中或宇宙空间平台之间的通信链路，其数据速率在以前是不可能的，并且质量/功率/尺寸也大大低于使用传统技术的收发器。

简而言之，本发明技术使用多个光束，通过大气或通过大气和真空来传送数据。数据可以在两个地面站之间、一个地面站和一个空中平台之间、两个空中平台或两个宇宙空间平台之间、一个空中平台和一个宇宙空间平台之间、或其任何合适的组合被传送。此外，本文所述的任何配置中的任何站或平台可以作为发射器、接收器或收发器操作。各个光束(可对应于各个通道)可以携带独立的数据，以建立从发射器(tx)到接收器(rx)的多个独立链路，因此增加了系统的吞吐量。各个光束可以在不同的波长上操作。这些光束可以由诸如激光器或发光二极管的光学源产生。在至少一些实施例中，本发明技术使用先进的调制格式和相干检测(例如，双极化正交相移键控(dp-qpsk)、二进制psk(bpsk)或正交振幅调制(qam))与多个光束相结合，这在以前被认为是不兼容的。在其他实施例中，本发明技术使用直接检测(例如，强度调制的直接检测)。可以采用任何合适的调制格式或技术。

本发明技术的一些实施例使用相干光学通信。在相干光学通信系统中，要在链路上传递的信息作为根据要传递的数据从固定的振幅和相位对的字母表中选择的符号序列被调制到传输的光载波信号的振幅和相位上。由于信息现在被编码在接收到的光信号的相位上，因此它不能像在直接检测方案中那样，由测量强度的光电检测器直接恢复。为了恢复接收信号的相位，有几种不同类型的解调器结构可以使用。这些解调器可以是将接收到的光信号与本地参考信号混合的方法的变体，其结果是混合信号的强度是接收到的信号相位与本地参考之间的差的函数。然后，这可以由光电检测器测量，并进行处理以估计传输的符号和对应的传输数据序列。

本发明技术使用多个光束，这些光束在空间上相隔距离d，其中d＞＞ro，其中ro是一束光的半径，与相干通信兼容。我们使用在空间上分离的多个发射器。在特定实施例中，每个发射器发送的光可以与其他发射器发送的光分离。在特定实施例中，这种可分离性是通过让每个发射器使用不同的光载波频率来实现的，这样，每个发射器使用的频谱一般是不同的，而且不重叠。每个发射器可以与其他发射器有足够的空间分离，使得衰减过程在统计上对每个发射器是独立的。

在特定实施例中，每个发射器到接收器的链路可以实现独立的物理层前向纠错(fec)码和通道交错器(channelinterleaver)，这些物理层fec码和通道交错器是针对相干时间远小于频率非选择性衰减的相干时间的通道损伤而设计的。在某些情况下，这可能会导致当信号电平下降到接收器灵敏度阈值以下时(由于通道衰减)，物理层fec无法恢复的码字(codeword)块。为了纠正这些错误，引入了数据链路层fec。数据链路层fec编码器在各个通道上操作，并可能支持多通道相干时间。在物理层fec码和数据链路层fec码无法恢复传输的信息的情况下，传输层协议(例如tcp)可以根据需要利用arq方案重新传输丢失的数据帧。

在通过大气发送数据之前，一个或更多个数据帧用数据链路层fec码进行编码。在特定实施例中，数据链路层fec码是抹除码(erasurecode)。在特定实施例中，使用的抹除码可以是喷泉码(fountaincode)。在特定实施例中，每个数据链路层fec编码的数据帧(在本文中称为“编码数据帧”)然后可以被发送到多个通道中的一个(下文将进一步详细描述)。在通道内，编码数据帧的符号用物理层fec码编码，可以在接收器处利用该编码来纠正由于包括通道衰减在内的一些影响而产生的错误。在物理层，在发射器处使用码字交错且在接收器处使用对应的码字去交错，会将一串错误(aburstoferrors)分散到多个码字中，以由解码器来纠正。然后，特定通道的交错码字被调制到用于该通道的指定波长的光上(该波长对多个通道中的每一个都可能不同)，然后通过自由空间传输。在rx处，光被接收孔(aperture)或多个接收孔收集。然后，接收的信号可以通过解复用器，以从各个光束(例如，来自各个通道)产生数据。然后，每个单独通道中的数据可以被解调，被去交错以重新构成码字，以及然后被解码以重新构成编码数据帧。最后，一个或更多个重新构成的编码数据帧通过数据链路层fec解码器以产生重新构成的数据帧。因此，在rx处，特定的数据帧可以(i)被完全接收(例如，数据帧中没有错误)；(ii)使用该通道的纠错被恢复；或(iii)使用该通道的纠错不可恢复(例如，数据帧包括太多的错误，使其无法恢复)。本发明技术不是将不可恢复的数据帧宣布为丢失并重新传输它，而是在一个或更多个通道上应用额外的数据帧恢复，以改善整个帧的恢复。例如，在通过各通道将数据帧从tx传输到rx之前，可以在多个数据帧上实施抹除码(例如“喷泉码”)形式的数据链路层fec。如果通道内的恢复失败，则在许多情况下可以将应用于多个通道和数据帧的数据链路层fec抹除码用于恢复被抹除的数据帧，而不需要重新传输该数据帧，并且没有伴随的数据传输延迟的增加。

图1a示出了根据特定实施例的示例卫星通信系统。卫星通信系统100可以包括一个或更多个光学空间终端102a和102b，一个或更多个光学地面终端104a和104b，以及空间交换机和rf通道形成器106。光学空间终端102a和102b与各自的光学地面终端104a和104b之间的通信可以通过一个或更多个大气通道双向进行。光学空间终端102a和102b可以具有接收器(rx)，用于接收来自各自的光学地面终端104a和104b的上行链路数据，其中光学地面终端104a和104b可以具有对应的发射器(tx)，用于发射上行链路数据。在特定实施例中，tx可以驻留在光学空间终端102a和102b中，而对应的rx驻留在光学地面终端104a和104b中，其中tx对数据帧进行编码，而对应的rx对编码的数据帧进行解码。反之亦然，rx可以驻留在光学空间终端102a和102b中，而对应的tx驻留在光学地面终端104a和104b中，其中rx对数据帧进行解码，而对应的tx对编码的数据帧进行编码。

在特定的实施例中，光学地面终端104a和104b可以包括处于最低层级的物理层110、和/或数据链路层120。在数据链路层120之上的下一层级可以是网络层130，网络层130包括网络/流量管理接口132和光纤网络接口134。

网络层130以包(packet)的形式将数据从源传递到系统(例如，卫星系统)的目的地。一般来说，网络层130可以使用数据链路层和物理层来将包从源传递到目的地。数据可以在网络层130被接收，其中网络层130可以是卫星通信系统的高速率网络层(例如100gbe或高于100gbe)。接收到的数据可以通过光纤网络接口134连接到光纤网络。光纤网络接口134可以被集成到计算设备中，或被集成到光纤网络中的其他部件中。例如，在卫星通信系统的100gbe网络中可以使用10+gb光纤网络接口。光纤网络接口134可以是网关，允许计算设备连接到各种类型的光纤网络。

网络流量管理接口132可以过滤和路由网络流量到最佳资源，以显著提高网络性能。在特定实施例中，网络流量管理接口132可以将用户光束标签分配给接收到的协议包(例如，ip包)，并将标记的ip包路由到下一层(例如，数据链路层120)。

在数据链路层120，接收到的数据包的比特被排列成数据帧，以便交付给卫星系统。数据帧由数据链路层抹除编码器进行编码，并作为比特流通过物理层110发送。物理层110包含通过介质将数据比特流携带到光学空间终端102a和102b所必需的功能。物理层110可以包括光束控制部122、光功率放大器(pa)124、光学低噪声放大器(lna)126、光学调制解调器&通道编码/解码部件128。已编码的数据帧可由分配器分配到物理层110中的多个数据通道中的一个。在多个数据通道中的每一个中，已编码的数据帧可由物理层fec通道编码器再次编码为码字，并且码字可由光学调制解调器转换为光信号。在物理层110中，电信号可由光学调制解调器转换为光信号，其中电信号可被嵌入有光束或激光束。光束(例如携带电信号的激光)可由调制器调制，并由光学lna126中的一个和/或光pa124中的一个放大，其中光pa124可具有100瓦(w)的功率。放大的光束可以由光束控制部122通过介质发射。光束控制部122可确保激光束指向各自的航天器或光学空间终端。特别地，由于航天器或光学空间终端102a和102b可能是移动物体，光束控制部122可以跟踪移动物体的位置，并配置光学地面终端104a和104b以精确跟随移动物体。

在特定实施例中，光学空间终端102a和102b可以包括物理层，该物理层包括光束控制部112、光功率放大器(pa)114、光学低噪声放大器(lna)116、包括光学调制解调器和通道解码器或编码器的光学调制解调器&通道编码/解码部件118。在物理层中，光束控制部112可以确保各自的光学地面终端精确地指向和跟随光学空间终端以接收光束。光束可由光束控制部112接收，并由光pa114和/或光学lna116放大。放大的光束可由解调器解调，并由光学调制解调器转换为电信号。

在前向通道通信期间，光学地面终端104a可以通过多个上行链路大气通道140i(例如，四个上行链路通道)向光学空间终端102a发射携带编码数据的光束，其中接收到的光信号可以被解码并从光信号转换为电信号。在返回通道通信期间，光学空间终端102a可以通过下行链路大气通道150向光学地面终端104a发射携带编码数据的光束，其中接收到的光信号可以被解码并从光信号转换为电信号。光学地面终端104a和104b中的每一个可与各自的光学空间终端耦合。虽然前向通道通信可由一对光学地面终端(例如，光学地面终端104a)和光学空间终端(例如，光学地面终端102a)进行，但是返回通道通信可由不同的一对光学地面终端(例如，光学地面终端104b)和光学空间终端(例如，光学地面终端102b)同时进行。在特定实施例中，返回通道通信可以有多个返回大气通道。

此外，网络层130之上的传输层可以负责进程到进程的交付。例如，进程可能需要多个数据包以利用合适的数据包顺序、对包的无错误状态的确认等来传输完整的电子邮件消息。在传输层之上的下一个抽象层级是应用层，它规定了通信网络中的主机所使用的共享协议和接口方法。图1中没有示出传输层和应用层。

在特定实施例中，空间交换机和rf通道形成器106(其包括空间交换机160)可以控制光学空间终端102a和102b的操作，例如光学空间终端102a和102b与各自的光学地面终端104a和104b之间的通信，或者光学空间终端102a和102b之间的通信。此外，空间交换机160可以作为先接后断(mbb)交换机，它可以检测到即将发生的通信问题并将通信从一个光学空间终端重定向到另一个光学空间终端以避免通信中断。例如，在光学空间终端102a和光学地面终端104a之间的通信遇到问题(例如，恶劣天气)的情况下，空间交换机160可以将通信从光学空间终端102a重定向到在当前时刻可用的另一个光学空间终端102b。因此，通信可以在光学空间终端102b和光学地面终端104a之间继续，以防止中断。在特定实施例中，即将发生的通信问题可由光学空间终端102a和102b、光学地面终端104a和104b或卫星通信系统中的任何其他部件检测出来。

在特定的实施例中，卫星通信系统可以建立光学通信通道，使卫星通信系统能够在航天器上完全重新生成用户信息包，并在光学空间终端之间路由用户的信息包。安装有一个或更多个光学空间终端的航天器可以作为数据中心，用户的信息数据包可以在该数据中心上从一个目的地被路由到另一个目的地，例如从圣地亚哥(sandiego)到门洛帕克(menlopark)，其中每个目的地可以与对应的光学空间终端相关联。空间交换机和rf通道形成器106可以包括重新生成式多通道rf调制解调器162，该多通道rf调制解调器162可以包括编码器/解码器和调制器/解调器。多通道rf调制解调器162可以包括100-1000个通道，每个通道可以有每秒50-1000个msym(符号)的符号率和2-4w的功率。在空间交换机和rf通道形成器106上方，航天器可以包括pa/lna组合166和用于控制上行链路和返回通道通信的上/下行转换器164，其中多个通道中的每一个可以具有对应的pa/lan组合用于过滤噪声和增强信号。

图1b示出了根据特定实施例的卫星通信系统的示例数据传输。该数据传输可涉及多个层，包括图1a的物理层110、数据链路层120和网络层130。上行链路或下行链路数据的数据帧可以在传输数据链路层120a形成，以包括数据比特和帧头部/尾部。数据帧125a可以被传输到发送物理层110a，在那里数据帧125a可以被调制并通过传输介质105(例如，大气或光纤)发送。这个数据比特流可以通过光学空间终端102a和102b中的接收物理层110b在接收数据链路层120b被重新格式化为新的数据帧125b。在某些情况下，头部/尾部数据可以被移除，并且新的数据帧125b接下来被传递到网络层进行进一步路由。

图2是根据特定实施例的通过大气的光学数据传输的简化图。例如，通过大气的光学数据传输可以通过图1a的多个上行链路大气通道140i发生在光学空间终端102a和光学地面终端104a之间。tx210可以驻留在光学地面终端104a中，并且对应的rx可以驻留在光学空间终端102a中，或者反之亦然。

多通道系统20可以具有tx210，它包括多个孔212i，用于传输被编码在激光束214i中的数据流。激光束214i可以在不同的波长ai处工作。如图2的例子所示，每个光束214i可以携带对应于单个数据流或通道的单个波长的光。在其他实施例中，每个光束214i可以携带对应于多个数据流或通道的多个波长的光。虽然提供了激光束的具体例子，但是可以设想到，在特定实施例中，可以使用除激光器以外的光源，包括例如发光二极管。任意两个相邻光束214i之间的间隔被表示为d。在本发明技术的至少一些实施例中，激光束214i通过空气或真空发射独立的数据流，因此增加了系统20的吞吐量。激光束214i被一个或更多个rx220接收，这些rx220包括接收孔和合适的光学器件，以允许解调器将调制的光信号相干地解调成一连串的数值，这些数值估计所传输的符号或针对每个可能的符号实现的一组似然比。在特定实施例中，tx210和rx220中的一个可以驻留在地面站处，而它的rx/tx对应物在空中或在宇宙空间中。

在其他实施例中，tx和rx都可以是基于地面的或在空中的/在宇宙空间中的。在至少一些实施例中，湍流(turbulence)230导致沿激光束路径的空气密度不均匀。这些不均匀的空气密度反过来又改变了沿单个激光束214i的路径的折射率。沿光束路径穿过可变折射率的传播导致激光束214i到达rx220处的强度不同。因此，激光束214i的数据流经历不同程度的信号衰减。在至少一些实施例中，光束之间的间隔d足够大，以至于衰减过程在光束214i之间不相关。根据rx220的灵敏度，一些激光束214i中的信号强度可能低于rx的灵敏度水平，从而导致数据流中的错误。如上面所解释的，通道中适度的信号衰减和/或其他数据错误可使用物理层fec码和通道交错进行纠正。物理层fec方案可以基于例如低密度奇偶校验码(ldpc)、turbo乘积码、或编织或级联的代数码(例如bch或reedsolomon)。然而，在许多实际应用中，物理层fec码不能纠正严重的通道衰减引起的错误。在特定实施例中，当通道内的物理层纠错不能完全恢复丢失的数据帧时，使用在数据链路层120执行的跨通道的额外纠错，以避免数据帧的重新传输。下面参照图3a对数据链路层的纠错进行解释。

图3a是根据特定实施例的在tx30a和rx30b之间进行数据传输的系统的示意图。在特定实施例中，tx30a和/或rx30b中的每一个都可以在地面上、在空中或在宇宙空间中。多通道系统20的多个激光束可以在tx30a和rx30b之间传输独立的数据流以增加数据传输的吞吐量。tx30a和rx30b的细节及其功能将在以下章节讨论。

图3b是根据特定实施例的图3a中系统的tx的示例示意图。图3c是根据特定实施例的图3a所示系统的rx的示例示意图。图3b示出了处理k个数据帧310的tx30a。传入的数据帧310可以使用数据链路层fec编码器315进行编码。例如，数据链路层fec码可以应用于k个数据帧310的序列，以产生n个编码数据帧320的序列。在特定实施例中，前k个编码数据帧320可以与原始的k个数据帧310相同，以减少数据传输的平均延迟，而随后的n-k个编码数据帧320则作为修复帧使用。在本技术的特定实施例中，数据链路层fec编码器315是抹除码编码器，它使用喷泉码从k个数据帧310生成n个编码数据帧320。如下文参照图3c所解释的，rx可以使用喷泉码对接收到的编码数据帧进行解码，并恢复使用物理层fec解码无法恢复的丢失的数据帧。因此，编码数据帧320可用于在数据链路层恢复丢失的数据帧，从而避免了在具有更高数据延迟的更高网络层上重新传输丢失的数据帧的需要。

在特定实施例中，n个编码数据帧320中的每一个都通过分配器325传递并被路由到多个数据通道314i中的一个。在特定实施例中，系统30a包括g个并行的多个数据通道314i。n个编码数据帧320的序列可以分配在多个独立的数据通道314i上，其中编码数据帧320的子集被发送到每个独立的数据通道314i上。在特定实施例中，分配器325以轮流的(round-robin)方式将编码数据帧分配到数据通道。在特定实施例中，编码数据帧320使用每个数据通道中的物理层fec编码器330进行进一步编码，以将编码帧320编码为码字331i。在每个数据通道中，物理层fec编码器330将额外的纠错位编码到编码数据帧320，允许在rx的相应数据通道中收到码字后，在接收器处对一些通道错误进行校正。在物理层fec编码器330之后，码字331i的符号可以由通道交错器335交错成交错码字(interleavedcodeword)336i。在特定实施例中，对于每个数据通道，调制器340根据交错码字336i的符号/比特调制指定波长的激光。如上面所解释的，交错和调制的码字可以通过独立的传输介质通道(例如，使用跨越空气或空间的多个激光束214i)并行地从tx30a传输到rx30b，以增加数据传输的吞吐量。多个空间上分离的光束214i中的每一个都可以携带来自一个或更多个数据通道的数据。

在图3c中，交错和调制的码字可以通过单个或更多个孔350被接收，并被解复用为各个数据通道，每个数据通道对应于特定的波长。在每个数据通道内，解调器355可以将接收到的数据解调成交错码字356i。在特定实施例中，在每个数据通道中，去交错器360将各个交错码字356i的符号序列恢复到361i中它们的交错前的(pre-interleaved)顺序。接下来，物理层fec解码器365对数据通道的码字361i进行操作，以纠正特定数据通道的码字361i中的比特/符号错误。这可以在g个数据通道中的每个通道中并行地发生。在这一步骤中，编码数据帧由物理层fec解码的符号/信息位重新构成。如果在特定的码字361i中的错误数量低于物理层fec解码器365被设计用以纠正的阈值，则包含在该码字内的原始编码帧320或该码字所包含的部分被重建并作为编码数据帧375导出。然而，如果码字361i中的错误数量超过了物理层fec解码器365的纠正能力，则该码字被宣布为不可解码的，并且包含在该码字内的所有编码数据帧或具有该码字所包含的部分的所有编码数据帧可能具有不可纠正的错误，一旦检测到这些错误，将导致该编码数据帧被宣布为已抹除。一般来说，根据物理层fec解码器365可用的纠正位的数量，不是所有的通道错误都将是可纠正的，至少会导致一些丢失的编码数据帧。

为了恢复用物理层fec解码器365无法解码的被抹除的编码数据帧，可以使用数据链路层fec解码器380在多个编码数据帧375上执行额外的数据帧恢复，例如，数据链路层fec解码器380可以使用诸如喷泉码的抹除码。如果成功的话，则在数据链路层的这种数据帧恢复重建了原始数据帧310，而没有通过更高层(例如在传输层)重新传输数据帧的一般不期望的要求。在特定实施例中，在被数据链路层fec解码器380接收之前，编码数据帧的序列可以通过选择器370作为l个编码数据帧被发送。选择器370可以以接收器的帧速率操作。在特定实施例中，选择器370可以在将编码数据帧375一次一帧地发送到数据链路层fec解码器380之前，对它们进行缓冲和/或重新排序。数据链路层fec解码器380产生输出帧390，它可能与原始数据帧310相同，也可能不相同。只要l大于或等于k+o，数据链路层fec解码器380将成功恢复所有的原始帧310(即，输出帧390将与原始帧310相同)，其中o称为开销(overhead)，是数据链路层fec的属性。码参数n、k、o和数据帧的大小被选择以满足期望的性能水平，通常是比特错误或丢包率，同时衡量吞吐量和延迟。

图4是根据特定实施例的图1所示的卫星通信系统的示例光学地面终端的框图。光学地面终端400可以包括处于最低层级的物理层410、和/或数据链路层420、和/或网络层430。数据链路层420之上的层级可以是网络层430，其包括网络/流量管理接口432和光纤网络接口434。

如上所述，网络层430以包的形式将数据从源传递到接收系统(例如，卫星系统)的目的地。数据可以在网络层430被接收，接收到的数据可以通过光纤网络接口434连接到光纤网络。光纤网络接口434可以是允许计算设备连接到各种类型的光纤网络的网关。

在特定实施例中，网络流量管理接口432可以过滤网络流量并将网络流量路由到最佳资源，以显著提高网络性能。网络流量管理接口432可以将用户光束标签分配给接收到的协议包(例如，ip包)，并将标记的ip包路由到下一层(例如，数据链路层420)。例如，第一组ip包被标记为用户光束一，第二组ip包被标记为用户光束二，第三组ip包被标记为用户光束三，第四组ip包被标记为用户光束四，等等。网络流量管理接口432可以监测网络流量，并有效地将标记的ip包组路由到数据链路层420，以减少网络拥堵、延迟或包丢失，从而有效利用高速卫星通信系统的网络带宽。网络层430使用包的网络地址，例如ip地址，以将包传递到接收系统。

在数据链路层420，接收到的数据包的比特被排列成数据帧，以交付给接收系统。数据帧可以包括合适的头部和/或尾部(例如，源/目的地地址、错误检测信息、流控制指令(flowcontrolinstruction)等)。数据帧由数据链路层抹除编码器315编码，并作为比特流通过物理层410发送，其中数据链路层fec编码器315可以是抹除码编码器。图3b的数据链路层fec编码器或包抹除编码器/解码器315可以在发送期间进行数据链路层抹除编码，以及在接收程序期间进行数据链路层抹除解码。如上所述，用抹除码编码器编码的数据帧可以恢复使用物理层fec解码无法恢复的丢失的数据帧，从而避免了在具有更高数据延迟的更高网络层上重新传输丢失的数据帧的需要。

物理层410包含通过介质将数据比特流携带到光学空间终端102a所必需的功能。物理层410可以包括光束控制部422、光pa424、光学lna426和光学调制解调器&通道编码/解码部件428。编码数据帧可以由分配器分配到物理层410中的多个数据通道(例如，四个通道)中的一个。在多个数据通道中的每一个中，编码数据帧可由物理层fec通道编码器/解码器414i再次编码为码字，并且码字可通过各自单独的交错器通道(例如四个通道中的一个)被发送到调制器，并由光学调制解调器412i转换为光束。

光学调制解调器&通道编码/解码部件428可以包括用于图3b的多个数据通道314i的光学调制解调器412i和fec通道编码器/解码器414i，其中多个数据通道314i中的每一个都有各自的fec通道编码器/解码器414i。光学调制解调器412i可以提供电子通信和数据信号的电到光的转换，以便使用高速光缆进行传输。光学调制解调器412i可以同时接收传入的光信号并将其转换为原始电子信号，从而允许全双工传输。光学调制解调器412i可以具有单通道或多通道配置，并且可以安装在光学终端(包括在地面上的或空间中的光学终端)上。

光束，例如携带电信号的激光，可以由调制器340调制并由光学lna426i中的一个和/或光pa424i中的一个放大，并且可以通过多个上行链路大气通道140i传输到最佳空间终端102。调制器340可以根据交错码字336i对指定波长的激光进行调制。然后，调制的激光可以用光pa424i进行处理。光pa424i和光学lna426i可以通过消除噪声和增强编码/解码的数据来提高携带编码/解码的数据的激光束的强度。光pa是一种直接放大光信号而不需要先将其转换为电信号的设备。光pa通常用于激励调制的激光，并产生高功率激光系统。多个数据通道314i中的每一个都可以有自己的光pa。光pa424i是卫星通信系统中的重要部件，用于在长距离电信链路中(例如在整个大气/真空中)传输/接收数据。光学lna426i可以放大非常低功率的信号(例如，编码数据帧)，而不明显降低其信噪比，这可以被设计成最小化额外的噪声。例如，典型的lna可以提供100的功率增益(20分贝(db))，同时使信噪比降低不到二分之一(3db噪声系数(nf))。这种放大可以确保编码数据帧足够强以进行传输，从而在未来的过程中使数据损失最小化。有几种不同的物理机制可用于放大激光，这些物理机制对应于主要的光功率放大器类型，包括掺杂光纤放大器、半导体光放大器(soa)、拉曼(raman)放大器或参数放大器。用于通信的光束可以与位于地球轨道卫星上的通信终端(例如，光学空间终端102a和102b)和位于地面站上的终端(例如，光学地面终端104a和104b)对准。光学地面终端104a的光束获取部件可以包括一组子组件(agroupofsubassemblies)以及指向和跟踪控制部(pointingandtrackingcontrol)。

放大的光束可由光束控制部422i通过介质发射。光束控制部422i可确保激光束指向各自的航天器或光学空间终端。在特定实施例中，光束控制部422i用于控制多个孔212i，以将激光束214i瞄准光学空间终端102。光束控制部可以进行激光信号(例如，激光束214i)的采集、指向和跟踪。光束控制部422i可以具有使光束(lightbeam)有效地与光束(opticalbeam)耦合的功能，这是一项具有挑战性的任务，因为光束(lightbeam)中可能存在孔洞。光束控制部422i的另一个重要任务可以是准确地及时地将光束引导到目的地，例如光学空间终端102a和102b或航天器。特别地，由于航天器或光学空间终端102a和102b可能是移动物体，光束控制部422i可以跟踪移动物体的位置，并配置光学地面终端104a和104b以精确跟随移动物体。

图5是根据特定实施例的图1所示的卫星通信系统的示例光学空间终端的框图。光学空间终端500可以包括物理层，该物理层包括光束控制部502、光功率放大器(pa)504、光学低噪声放大器(lna)506、光学调制解调器&通道编码/解码508。在前向通道通信期间，最优空间终端500可以通过图1的多个上行链路大气通道140i接收光束，并对接收到的光束进行解码。在返回通道通信期间，最佳空间终端500可以对数据帧进行编码，并通过图1的返回通道150将光束传送到光学地面终端104a。光pa504和光学lna506可以通过消除噪声和增强编码/解码的数据来提高携带编码/解码的数据的激光束的强度。光束控制部502可以确保激光束被引导到各自的航天器或光学空间终端。

在特定实施例中，光束控制部502用于控制多个孔以接收来自光学地面终端104a的激光束，类似于上述的光束控制部422i。

在特定实施例中，接收到的光束然后可以由光pa504和/或光学lna506放大，类似于上述的光pa424i和/或光学lna426i。接收到的放大的光束可以由图3c的解复用器350、解调器355、通道去交错器360和物理层fec解码器365处理。

如上所述，光学调制解调器和通道编码器/解码器508可以提供电子通信和数据信号的光到电的转换，以便使用高速光缆进行接收。光学调制解调器510可以具有单通道或多通道配置，并且可以安装在光学终端上、地面上或空间中。例如，安装在光学空间终端500上的光学调制解调器510可以具有单通道150的配置。通道编码器/解码器512可以在接收前向通道通信期间进行物理层解码。光学调制解调器510和通道编码器/解码器512可以用可编程逻辑(例如，fpga)或集成电路(ic)技术实现。

图6是根据特定实施例的图1所示的卫星通信系统的双向通信的示例的框图。图1的光学空间终端102a和102b以及光学地面终端104a和104b可以进行双向通信，包括上行链路和下行链路通信。卫星通信系统的前向通道通信是指从地球站(earthstation)(例如，光学地面终端104a)向空间系统(例如，光学空间终端102a)或任何高空(high-altitude)平台站传输信号。返回通道通信可以是反向的前向通道通信。返回通道通信是指从空间系统(例如，光学空间终端102b或任何高空平台站)向地球站(例如，光学地面终端104b)传输信号。

在特定实施例中，卫星通信系统可以使用光纤技术通过大气或真空进行前向通道通信和返回通道通信。前向通道通信可以包括由光学地面终端104a对上行链路数据进行编码并将上行链路数据的电信号转换为光信号，通过多个自由空间衰减大气通道610(例如四个通道)将光束上携带的上行链路数据从光学地面终端104a传输到光学空间终端102a，并由光学空间终端102a将接收到的光束转换为上行链路数据的电信号并对接收到的上行链路数据进行解码。前向通道通信的细节在前面描述过。

在特定实施例中，卫星通信系统可以执行下行前向通道通信，其包括由光学空间终端102b对下行链路数据进行编码并将下行链路数据的电信号转换为光信号，通过单个自由空间衰减大气通道620将光束上携带的下行链路数据从光学空间终端102b传输到光学地面终端104b，并由光学地面终端104b将接收到的光束转换为下行链路数据的电信号并解码接收到的下行链路数据。

如图6所示，返回通道通信可以发生在光学空间终端102b和光学地面终端104b之间，而前向通道通信可以发生在光学空间终端102a和光学地面终端104a之间。光学空间终端和光学地面终端之间的一对一配对可以由卫星系统配置，并且可以随着实时的通信情况(例如通信中断或终端的可用性)动态更新。

图7a是根据特定实施例的图1所示的卫星通信系统的光学空间终端之间的示例通信的框图。卫星通信系统可以具有一个或更多个光学空间终端(包括光学空间终端702a和另一个光学空间终端702b)、空间交换机710和rf通道形成器720，其中光学空间终端702a和702b可以接收或发射物理层级数据。rf通道形成器720与空间交换机和fr通道形成器单元中的其他部件一起，可用于将物理层数据处理成数据链路层或更高层的数据包。数据路由操作的细节在前面描述过。

在特定实施例中，卫星通信系统可以建立光学通信通道，使卫星通信系统能够在航天器上完全重新生成用户信息包，并在光学空间终端之间路由用户的信息包。安装有一个或更多个光学空间终端的航天器可以作为数据中心，数据链路层或更高层的数据包可以在该数据中心上从一个目的地被路由到另一个目的地。例如，由光学空间终端702a接收的物理层级数据可以被转发到空间交换机和rf通道形成器单元，并且物理层级数据可以在航天器上被重新生成为数据链路层级数据包。重新生成的数据链路层级数据包可以被重新路由到光学空间终端702b。如果光学空间终端702a与目的地(例如圣地亚哥)处的地面终端相关联，而光学空间终端702b与另一目的地(例如门洛帕克)处的另一地面终端相关联，则卫星系统可作为数据中心操作，将数据包从圣地亚哥重新路由到门洛帕克。

图7b是根据特定实施例的图1所示的卫星通信系统的示例通信重定向的框图。在特定实施例中，空间交换机710可以是先接后断(mbb)交换机，并且可以在包到包的层级上对流量进行重定向，其中包可以是数据链路层级或更高层级的包。例如，空间交换机710可以是多协议标签交换(mpls)，其基于高性能电信网络(例如卫星通信系统)的短路径标签，将数据包从一个网络终端(例如光学空间终端702a)引导到下一个网络终端(例如光学空间终端702b)。虽然光学空间终端中的一个是主要的操作空间终端702a，但一个或更多个替代的光学空间终端可以被包括在系统中作为备用，例如替代的光学空间终端702b。当运行中的光学空间终端702a遇到潜在的通信问题时，替代的光学空间终端702b可以被定位为从运行中的光学空间终端702a接管正在进行的上行链路或返回通道通信。空间交换机710(例如，太比特交换机)可以将正在进行的通信重定向到替代的光学空间终端702b，以防止可能的通信故障。卫星系统可以确定哪个光学空间终端适合拾起正在进行的通信，并将通信重定向到那里。例如，卫星系统能够确定光学地面终端702b是可用的，并且有适当的能力来接管正在进行的通信，并且正在进行的通信可以从光学地面终端702a被重定向到光学地面终端702b。

例如，光学空间终端702a正在与相应的光学地面终端706a进行前向通道通信。光学空间终端702a可以与光学地面终端706a配对，这样就可以调整光学地面终端706a中的孔，以便准确地瞄准和发射光束到光学空间终端702a。如果卫星系统检测到可能的通信问题，例如可能的停电或由于恶劣天气造成的接收不良，卫星系统可以确定光学空间终端702b是可用的，并且可以成为从光学空间终端702a拾起正在进行的前向通道通信的理想候选。

在特定实施例中，空间交换机710可以命令相应的光学地面终端706a调整其孔，从瞄准光学空间终端702a调整到瞄准光学空间终端702b。同时，光学空间终端702b可以调整其孔以瞄准光学地面终端706a，以准备对光学地面终端706a进行前向通道通信。在完成孔的调整或光学空间终端702b准备好从光学地面终端706a接收新的上行链路数据之前，光学空间终端702a可以继续从光学地面终端706a接收上行链路数据并将接收到的上行链路数据转发到光学空间终端702b以实现平滑的通信过渡。在特定实施例中，光学地面终端706a可以将上行链路数据传送到光学空间终端702a和光学空间终端702b两者，同时调整孔以建立新的通信链路。空间交换机710可以使终端孔的调整和上行链路数据通信的重定向同步进行，使得从光学空间终端702a到光学空间终端702b的通信过渡可以平滑且无中断。替代地，在特定实施例中，光学地面终端706a可以缓冲上行链路数据的最后部分，并在光学空间终端702b准备好时将其重新发送至光学空间终端702b，以防止通信中断和可能的数据传输错误。

类似地，返回通道通信也可以按照同样的原则进行重定向。在特定实施例中，上面讨论的一种或更多种重定向机制可以被卫星系统利用，以实现平稳过渡，从而防止通信故障。

图8示出了根据特定实施例的光学卫星通信的示例方法。

在特定实施例中，卫星通信的双向数据传输可以包括前向通道通信和返回通道通信，其中前向通道通信800可以在步骤810开始，数据链路层数据包由光学地面终端的tx接收，其中接收到的数据链路层数据包由数据链路层包抹除前向纠错(fec)编码器进行编码。接收到的数据链路层数据包首先被排列成多个数据帧，并且多个数据帧由数据链路层包抹除fec编码器进行编码。编码前的数据帧的数量可能不同于编码的数据帧的数量。然后将编码的数据帧发送到物理层。

在步骤820，从数据链路层接收编码的数据帧。接收到的编码数据帧在物理层被处理。编码的数据帧由分配器分配到多个数据通道中的一个。在每个数据通道中，编码的数据帧由物理层fec编码器再次编码为码字。然后由通道交错器对码字进行交错。

在步骤830，交错的编码数据帧是光学调制解调器的输入，该光学调制解调器执行电信号和光信号之间的转换。光学调制解调器的输出是光信号，其中光信号被调制器调制。在被调制之后，光信号被光功率放大器(pa)和/或光学低噪声放大器(lna)放大。经调制和放大的光信号通过光束控制部与激光束耦合，其中光束控制部还确保光学地面终端的发射孔瞄准相应的光学空间终端的接收孔。

在步骤840，激光束通过空气或真空经由多个前向通道发射。每个激光束可以携带对应于数据通道之一的特定波长的光。因此，多个激光束可以通过空气或真空发射独立的数据流，以增加卫星系统的吞吐量。激光束由光学空间终端的rx接收，其中光学空间终端和光学地面终端由卫星系统配置配对，这样光学空间终端的接收孔和光学地面终端的发射孔被配置为相互瞄准以进行双向通信。

在步骤850，选择并接收多个前向通道中的一个的激光束，并且接收到的激光束由光功率放大器(pa)和/或光学低噪声放大器(lna)进行放大，并进一步由解调器进行解调。经调制和放大的光信号由光学调制解调器转换为交错码字。

在步骤860，交错码字由通道去交错器进行去交错，并进一步由物理层fec解码器解码为交错前的有序码字。

在步骤870，物理层数据帧可以被重新生成为数据链路层数据包，或比物理层更高的层的任何数据包。更高层的数据包可以从航天器上的一个光学空间终端传输到另一个光学空间终端，其中每个光学空间终端可以与特定的目的地(例如，对应的光学地面终端)相关联。因此，数据包从一个目的地被传输到另一个目的地。

图9示出了根据特定实施例的光学卫星通信的另一示例方法。

在特定实施例中，返回通道通信900可以在步骤910开始，数据链路层数据包由光学空间终端的tx接收，其中接收到的数据链路层数据包由数据链路层包抹除前向纠错(fec)编码器进行编码。接收到的数据链路层数据包首先被排列成多个数据帧，并且多个数据帧由数据链路层包抹除fec编码器进行编码。编码前的数据帧的数量可能不同于编码的数据帧的数量。然后将编码的数据帧发送到物理层。

在步骤920，从数据链路层接收编码的数据帧。接收到的编码数据帧在数据通道中的物理层被处理。在数据通道内，编码的数据帧由物理层fec编码器再次编码为码字。然后由通道交错器对码字进行交错。

在步骤930，交错编码的数据帧被输入到光学调制解调器，该光学调制解调器执行电信号和光信号之间的转换。光学调制解调器的输出是光信号，其中光信号由调制器调制。在被调制之后，光信号由光功率放大器(pa)和/或光学低噪声放大器(lna)放大。经调制和放大的光信号通过光束控制部与激光束耦合，其中光束控制部还确保光学地面终端的发射孔瞄准相应的光学地面终端的接收孔。

在步骤940，激光束通过空气或真空经由单个返回通道发射。激光束由光学地面终端的对应的rx接收，其中光学地面终端和光学地面终端由卫星系统配置配对，这样光学地面终端的接收孔和光学空间终端的发射孔被配置为相互瞄准以进行双向通信。

在步骤950，激光束被接收并由数据通道中的一个选择。在选定的数据通道中，接收到的激光束由光功率放大器(pa)和/或光学低噪声放大器(lna)放大，并进一步由解调器解调。经调制和放大的光信号由光学调制解调器转换成交错码字。

在步骤960，交错码字由通道去交错器进行去交错，并进一步由物理层fec解码器解码为交错前的有序码字。

在步骤970，物理层数据帧可以被重新生成为数据链路层数据包，或比物理层更高的层的任何数据包。更高层的数据包可以被传输到网络层。这样，从一个目的地到另一个目的地的数据传输周期就完成了。

在本文，在适当的情况下，一个或更多个计算机可读非暂时性存储介质可以包括一个或更多个基于半导体的或其他集成电路(ic)(例如，现场可编程门阵列(fpga)或专用ic(asic))、硬盘驱动器(hdd)、混合硬盘驱动器(hhd)、光盘、光盘驱动器(odd)、磁光盘、磁光盘驱动器、软盘、软盘驱动器(fdd)、磁带、固态驱动器(ssd)、ram驱动器、安全数字(securedigital)卡或驱动器、任何其他合适的计算机可读非暂时性存储介质、或这些中的两个或更多个的任何合适组合。在适当的情况下，计算机可读非暂时性存储介质可以是易失性的、非易失性的或者易失性和非易失性的组合。

本文中，除非另有明确指示或通过上下文另有指示，否则“或”是包括一切的而非排他性的。因此在本文，除非另有明确指示或通过上下文另有指示，否则“a或b”意指“a、b或两者”。此外，除非另有明确指示或通过上下文另有指示，否则“和”既是联合的又是各自的。因此在本文，除非另有明确指示或通过上下文另有指示，否则“a和b”意指“a和b，联合地或各自地”。

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