基於雲散射的無線光通信系統的製作方法

2023-04-29 05:08:41 1

專利名稱：基於雲散射的無線光通信系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於雲散射的無線光通信系統，該系統降低了無線光通信系統中對光學天線對準精度的要求，能在遠距離的兩點快速建立起非視距通信鏈路，實現高效的散射光通^[曰O
背景技術：
無線光通信技術是一種利用雷射為載體，空氣為傳輸介質，基於光傳輸的短距離點對點無線通信方式，也稱為自由空間光通信技術(Free Space Optic，FSO)。FSO技術不佔用無線電頻率資源，抗電磁幹擾能力強，保密性好，安裝便捷，使用方便。但是，當前的FSO 系統的工作方式採用LOS (Line Of Sight)鏈路，這要求通信鏈路上沒有障礙物，在開通之前必須實現光學對準，然後才能實現正常的通信，這往往為實際的使用帶來意想不到的困難和不便，並且通信性能會受到天氣狀況的影響，通信距離不遠，且無法實現機動性。可以說，目前的無線光通信面臨兩個應用短板一個是距離近；另一個是直視通信，建立聯繫前必須光學對準。為了解決無線光通信在使用上的局限性，研究人員提出了紫外散射光通信。紫外光的波長較短，根據瑞利散射的原理，紫外光可以通過光散射實現全方位的通信，而無須實現通信前對準。雖然大氣信道對紫外光同樣有影響，但是只要選擇合適的工作波段，比如日盲區紫外波段，就可以有效規避背景噪聲，獲得性能較好的通信效果。但是受限於器件等因素的影響，其散射傳輸距離一般在1公裡以內。

發明內容
技術問題本發明的的目的是提供一種基於雲散射的無線光通信系統，該系統包括光發送設備和光接收設備，實現遠距離散射通信。技術方案由於雲中存在大量的雲滴微粒，雲中的散射主要是由於光子與懸浮在傳輸媒介中的雲滴等微粒作用的結果。雲滴的尺寸通常在0.1到10微米的範圍之內，對於紅光、紅外光等長波長光源主要表現出米散射特性(信號光與氣溶膠粒子間的瑞利散射相比較於米散射來說要小得多)。信號光在大氣信道中傳輸時與這些尺寸和波長相當的微粒發生碰撞，表現出較強的米散射特性。對於非視距雲散射通信系統來說，散射是完成通信的依賴方式，信號光子與微粒間的散射作用強弱取決於米散射相函數和散射係數，這兩者又取決於微粒的尺度分布、粒子濃度以及散射媒介對給定波長光源的復折射係數。本發明涉及基於雲散射的無線光通信系統包括光發送設備和光接收設備，光發送設備由經過光學校準的多個光源陣列組成，光接收設備由大口徑接收透鏡作為接收天線， 並由光闌改變檢測器接收孔徑，該系統基於雲的散射建立無線光通信的非視距鏈路，在遠距離的兩點建立起非視距通信鏈路，實現快速、高效的散射光通信。所述的光發送設備包括光源、驅動模塊、光學發送透鏡，驅動模塊驅動光源發光， 通過光學發送透鏡發射到雲上。
所述的光接收設備包括光檢測器、信號處理模塊、光學接收透鏡和光闌，光學接收透鏡接收通過光學發送透鏡發射到雲上的光，並提供天線增益，經調整光闌提高光學信噪比後將光信號送光檢測器，光檢測器將光信號轉換為電信號，最後由信號處理模塊將其恢復為原始數據。有益效果本發明公開的這種基於雲散射的無線光通信系統，可工作於NLOS (Non-Line Of Sight)鏈路，無須精確對準，能在遠距離的兩點快速建立起非視距通信鏈路，實現高效的散射光通信。


圖1是基於雲散射的無線光通信系統應用示意圖。其中發送端發射光信號，將光照射到雲上，接收端檢測雲散射的信號，並通過光學組件以及信號處理模塊將原始信號恢復回來。圖2是於雲散射的無線光通信系統框圖。其中有光源1、驅動模塊2、光學發送透鏡3、光檢測器4、信號處理模塊5、光學接收透鏡6、光闌7。
具體實施例方式本發明的基於雲散射的無線光通信系統包括光發送設備和光接收設備，光發送設備由經過光學校準的多個光源陣列組成，光接收設備由大口徑接收透鏡作為接收天線，並由光闌改變檢測器接收孔徑，該系統基於雲的散射建立無線光通信的非視距鏈路，在遠距離的兩點建立起非視距通信鏈路，實現快速、高效的散射光通信。所述的光發送設備包括光源1、驅動模塊2、光學發送透鏡3，驅動模塊2驅動光源 1發光，通過光學發送透鏡3發射到雲上。所述的光接收設備包括光檢測器4、信號處理模塊5、光學接收透鏡6和光闌7，光學接收透鏡6接收通過光學發送透鏡3發射到雲上的光， 並提供天線增益，經調整光闌7提高光學信噪比後將光信號送光檢測器4，光檢測器4將光信號轉換為電信號，最後由信號處理模塊5將其恢復為原始數據。其中
光源1採用大功率LED或者雷射器， 驅動模塊2採用可提供3A電流的驅動模塊， 光學發送透鏡3採用凸透鏡， 光檢測器4採用雪崩光電二極體或者光電倍增管， 信號處理模塊5採用濾波和均衡處理電路， 光學接收透鏡6採用大孔徑凸透鏡， 光闌7採用小孔徑光闌。將發送端固定於一調整架上，將待發送信號輸入至驅動模塊2，此時光源1發光並投射到雲上，接收端同樣固定於調整架上，光學接收透鏡6將光信號匯聚後經過光闌7，調整光闌7的大小可以起到空間濾波的作用，以提高信噪比，光檢測器4將光信號還原為電信號，最後由信號處理模塊5處理後輸出原始數據。
權利要求
1.一種基於雲散射的無線光通信系統，其特徵在於該系統包括光發送設備和光接收設備，光發送設備由經過光學校準的多個光源陣列組成，光接收設備由大口徑接收透鏡作為接收天線，並由光闌改變檢測器接收孔徑，該系統基於雲的散射建立無線光通信的非視距鏈路，在遠距離的兩點建立起非視距通信鏈路，實現快速、高效的散射光通信。
2.按照權利要求1的基於雲散射的無線光通信系統，其特徵在於所述的光發送設備包括光源(1)、驅動模塊(2)、光學發送透鏡(3)，驅動模塊(2)驅動光源(1)發光，通過光學發送透鏡(3)發射到雲上。
3.按照權利要求1的基於雲散射的無線光通信系統，其特徵在於所述的光接收設備包括光檢測器(4)、信號處理模塊(5)、光學接收透鏡(6)和光闌(7)，光學接收透鏡(6)接收通過光學發送透鏡(3)發射到雲上的光，並提供天線增益，經調整光闌(7)提高光學信噪比後將光信號送光檢測器(4)，光檢測器(4)將光信號轉換為電信號，最後由信號處理模塊(5) 將其恢復為原始數據。
全文摘要
本發明公開一種基於雲散射的無線光通信系統，該系統包括光發送設備和光接收設備，光發送設備由經過光學校準的多個光源陣列組成，光接收設備由大口徑接收透鏡作為接收天線，並由光闌改變檢測器接收孔徑，該系統基於雲的散射建立無線光通信的非視距鏈路，在遠距離的兩點建立起非視距通信鏈路，實現快速、高效的散射光通信。系統中由光發送端發出光信號，通過天空中雲的散射，在接收端檢測散射光信號，實現實時通信。本發明降低了無線光通信系統中對光學天線對準精度的要求，能在遠距離的兩點快速建立起非視距通信鏈路，實現高效的散射光通信。
文檔編號H04B10/10GK102404049SQ20111043745
公開日2012年4月4日 申請日期2011年12月23日 優先權日2011年12月23日
發明者孫學金, 宋超, 張寶富, 徐智勇, 朱勇, 汪井源, 王榮, 蒲濤, 陳亦望, 韋毅梅 申請人:中國人民解放軍理工大學