專利名稱：激光和微波混合通訊方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混合通訊方法及系統(tǒng)，由此可以采用激光通訊和微波通訊。具體地說，本發(fā)明涉及激光和微波混合通訊方法及系統(tǒng)，其中能夠根據(jù)天氣情況主要利用激光進行通訊，偶而利用微波進行通訊。
作為無線通訊方法，有微波通訊和激光通訊。微波通訊方法是一種利用微波包括射頻(RF)的無線通訊方法。激光通訊是另一種主要利用半導(dǎo)體激光的無線通訊方法。每種方法都有它們各自的優(yōu)點和缺點。
激光通訊因為使用范圍在萬億赫茲的超高頻半導(dǎo)體激光而不受無線干擾。并且，對于激光通訊沒有頻帶的行政管理，通訊質(zhì)量非常好。但是，激光通訊具有易于受天氣情況影響的缺點，比如說霧等等。例如，當(dāng)霧非常大時，激光通訊可能衰減到通訊會停止。這在構(gòu)筑使用激光通訊的中到長途無線通訊網(wǎng)絡(luò)時會引起嚴重的問題。
相反，微波通訊不容易受到霧的影響。但是，在微波通訊中經(jīng)常存在頻率干擾，降低通訊質(zhì)量。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種通訊方法和系統(tǒng)，它能補償易于受霧影響的激光通訊的缺點。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種激光和微波混合通訊方法和系統(tǒng)，為了補償激光通訊的缺點，它在激光通訊的質(zhì)量由于霧而惡化時偶而采用微波通訊。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2是說明激光通訊方法一般特征的圖；圖3是本發(fā)明系統(tǒng)的切換裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖4是一般激光通訊設(shè)備的光接收器的結(jié)構(gòu)圖；圖5是說明在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中的切換到微波通訊裝置的動作的時序圖。
為了達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的激光和微波混合通訊方法和系統(tǒng)，配備有激光通訊設(shè)備和微波通訊設(shè)備，一般使用激光通訊方法進行通訊，但在接收到的激光信號的幅度小于閾值時，通過切換裝置啟動轉(zhuǎn)換進行微波通訊。
下面參照附圖對本發(fā)明的激光和微波混合通訊方法和系統(tǒng)進行詳細的解釋。
圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖1描述了在“A”端和“B”端之間的通訊，兩端都使用根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的激光和微波混合通訊系統(tǒng)。
圖1中示出的本發(fā)明的激光和微波混合通訊系統(tǒng)包括一激光通訊設(shè)備(LA)，一微波通訊設(shè)備(NW)和一能夠選擇上述兩種通訊方法中的一種的切換裝置(SW)。
激光通訊設(shè)備(LA)將通訊信號調(diào)制成激光信號，并通過光發(fā)送器(Tx)將該信號發(fā)送到另一端。這種激光通訊設(shè)備(LA)在光接收器(Rx)接收從另一端發(fā)送來的激光信號，并調(diào)制該信號。微波通訊設(shè)備(NW)將通訊信號調(diào)制成微波，并將它們發(fā)送到另一端，并解調(diào)接收到的微波以生成通訊信號。
切換裝置(SW)根據(jù)霧的程度選擇激光通訊設(shè)備(LA)或微波通訊設(shè)備(NW)。該系統(tǒng)中，一般使用激光通訊設(shè)備(LA)通訊，但在通過激光通訊設(shè)備所接收到的信號的幅度低于閾值時，選擇微波通訊設(shè)備(NW)來使用微波進行通訊。用下面的方式利用切換裝置(SW)實現(xiàn)通訊設(shè)備的選擇。如果通過切換裝置(SW)選擇了激光通訊設(shè)備(LA)，激光通訊設(shè)備的輸入和輸出端連接到整個系統(tǒng)的輸入和輸出端。用相同的方式，如果通過切換裝置(SW)選擇微波通訊設(shè)備(NW)，微波通訊設(shè)備的輸入和輸出端連接到整個系統(tǒng)的輸入和輸出端。
另一方面，即使在沒有通過切換裝置(SW)選擇激光通訊設(shè)備(LA)通訊時，也將在激光通訊設(shè)備(LA)所接收到的信號輸入到切換裝置(SW)，用于在切換裝置(SW)內(nèi)利用接收信號強度指示器(下面將要描述)測量該信號的幅度。換句話說，本發(fā)明系統(tǒng)的切換裝置(SW)監(jiān)視通過激光通訊方法所接收到的信號幅度。
如果霧引起輸入到切換裝置(SW)的所接收激光信號的幅度低于預(yù)定的閾值，為了通過微波進行通訊，切換裝置(SW)將系統(tǒng)的輸入和輸出端連接到微波通訊設(shè)備(NW)的輸入和輸出端。如果霧消失而導(dǎo)致所接收的激光信號的幅度增加到高于閾值，切換裝置(SW)將系統(tǒng)的輸入和輸出端連接到激光通訊設(shè)備(LA)的輸入和輸出端用激光進行通訊。由于激光通訊的質(zhì)量通常非常好，在平時希望使用激光通訊，僅僅在由于霧而使激光信號的接收惡化時，才使用微波通訊。如果霧消失了，激光通訊的質(zhì)量恢復(fù)，希望再恢復(fù)到激光通訊。
圖2是說明激光通訊方法的一般特征的框圖。
當(dāng)激光信號通過含有霧的大氣時，信號嚴重衰減。由于這種衰減，激光通訊設(shè)備的有效覆蓋范圍受到限制，更嚴重的情況是，通訊可能會停止。
如圖2所示，如果激光通訊方法用于a點和b點間的通訊，從光發(fā)送器(Tx)發(fā)送到空氣中的激光由于空氣中的微粒，如灰塵和霧氣等，在傳播過程中損失一部分能量。并且，發(fā)送到空氣中的激光的能量的衰減依據(jù)于接收端的發(fā)散角(α)和透鏡的尺寸。由灰塵和霧氣等微粒引起的衰減被稱作“天氣情況衰減”，由于其它因素引起的衰減被稱作“接收區(qū)域衰減”。為了實現(xiàn)激光通訊，天氣情況衰減和接收區(qū)域衰減之和必須不少于-90dB。
接收區(qū)域衰減由下面的公式?jīng)Q定，如果發(fā)送和接收端之間的距離是1km，由在接收端的激光束的面積(或直徑)和光接收器透鏡的面積(或直徑)來決定。
(發(fā)送端的激光輸出)×[光接收器的透鏡的面積(或直徑)／激光束的面積(或直徑)]例如，如果當(dāng)發(fā)送端(a)和接收端(b)之間的距離是1km，發(fā)散角(α)是1mRd，從發(fā)送端(a)發(fā)送的激光束在離開(a)1km的接收端(b)的直徑(S)是1m。S是1m，如果激光輸出是20mW并且如果光接收器的透鏡的直徑是100mm，那么根據(jù)上述公式計算的“接收區(qū)域衰減”是-27dB。
如果能見范圍是270m，由于大霧引起的“天氣情況衰減”大約是-50dB／km，如果能見范圍是200m，由于大霧引起的“天氣情況衰減”大約是-70dB／km。這樣，在能見范圍從200m至270m的霧中，“接收區(qū)域衰減”和“天氣情況衰減”的總和大約在-77dB至-97dB之間。由于當(dāng)前的激光束信號檢測器的最小靈敏度是-90dB，對于激光通訊來說，“接收區(qū)域衰減”和“天氣情況衰減”的總和不能小于-90dB。
在市區(qū)，一年中只有幾天的霧大到影響激光通訊。因此，根據(jù)本發(fā)明的激光和微波混合通訊方法和系統(tǒng)在平時采用激光通訊，僅僅在激光通訊被霧削弱時才使用微波通訊。
下面參照圖3、圖4和圖5詳細解釋本發(fā)明的激光和微波混合通訊方法和系統(tǒng)的從激光通訊到微波通訊的切換動作和反過來的切換動作。
圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)的切換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
切換裝置(SW)包括一接收信號強度指示器(RSSI)，它接收在激光通訊設(shè)備(LA)的光接收器(Rx)接收和解調(diào)的電接收信號，并且生成一與該所接收到的信號強度成正比的電壓信號；一比較器(Comp．)，它將從所述接收信號強度指示器(RSSI)輸出的電壓信號的幅度和預(yù)定的閾值比較，并輸出一電壓信號(LOS，信號的LOS)，該電壓信號具有一由比較結(jié)果決定的邏輯電平；一控制單元(CC)，它根據(jù)從比較器(Comp．)輸出的電壓信號的邏輯電平生成一切換控制信號(SB)；和一切換單元(SB)，它根據(jù)從控制單元(CC)輸入的切換控制信號(SC)將通訊系統(tǒng)的輸入／輸出端連接到激光通訊設(shè)備(LA)的輸入／輸出端或微波通訊設(shè)備(MW)的輸入／輸出端。
接收信號強度指示器(RSSI)生成一正比于在激光通訊設(shè)備(LA)的光接收器(Rx)上所接收的信號的幅度的電壓信號。如圖4中的一般的激光通訊設(shè)備的光接收器(Rx)的結(jié)構(gòu)圖所示，在光接收器(Rx)的透鏡所接收的激光被通過APD模塊和限制器電路轉(zhuǎn)換成一電信號。該所接收到的信號輸入到切換裝置(SW)的接收信號強度指示器(RSSI)。
在接收信號強度指示器(RSSI)中，生成一正比與所接收到的信號強度的電壓信號，該電壓信號輸入到比較器(Comp．)。
比較器(Comp．)將從光接收器(Rx)輸入的所接收到的電信號的強度和閾值(預(yù)定的)進行比較，并生成一電壓信號(LOS)，其具有一由比較結(jié)果決定的邏輯電平值。該電壓信號輸入到控制單元(CC)。
控制單元(CC)根據(jù)從比較器(Comp．)輸出的電壓信號(LOS)生成一切換控制信號(SC)。切換控制信號(SC)在接收信號強度大于閾值時使整個通訊系統(tǒng)的輸入／輸出端連接到激光通訊設(shè)備(LA)的輸入／輸出端，或者在接收信號強度小于閾值時使整個通訊系統(tǒng)的輸入／輸出端連接到微波通訊設(shè)備(MW)的輸入／輸出端。
切換單元(SB)根據(jù)從上述控制單元(CC)發(fā)送的切換控制信號(SC)將用于通訊的輸入／輸出端連接到激光通訊設(shè)備(LA)的輸入／輸出端或微波通訊設(shè)備(MW)的輸入／輸出端。
下面詳細解釋具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明激光和微波混合通訊系統(tǒng)的操作。
在初始狀態(tài)，用于通訊的輸入／輸出端連接到激光通訊設(shè)備(LA)的輸入／輸出端。這樣，使用激光通訊設(shè)備(LA)進行通訊。如果有霧，在激光通訊設(shè)備(LA)所接收的信號強度由于霧而逐漸減少直到在接收信號強度指示器(RSSI)測量到的信號強度變得小于閾值時，從比較器(Comp．)輸出的電壓信號(LOS)改變。然后，從而決定將從控制單元(CC)輸出的切換控制信號(SC)。最后，在切換單元(SB)中，進行將用于通訊的輸入／輸出端從激光通訊設(shè)備(LA)到微波通訊設(shè)備(MW)的切換，使通訊能夠通過微波通訊設(shè)備(MW)進行。
即使在使用微波通訊設(shè)備(NW)通訊時，也在切換裝置(SW)的接收信號強度指示器(RSSI)中監(jiān)視在激光通訊設(shè)備(LA)的光接收器(Rx)接收到的激光通訊信號的強度。在監(jiān)視時，如果接收到的激光信號的強度變得大于閾值，生成從比較器(Comp．)輸出的電壓信號的電平，由此決定從控制單元(CC)輸出的切換控制信號(SC)，使切換裝置(SB)進行將用于通訊的輸入／輸出端從微波通訊設(shè)備(MW)到激光通訊設(shè)備(LA)的切換。因此，使能激光通訊設(shè)備(LA)。
圖5示出了在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中切換到微波通訊設(shè)備的動作的時序圖。
在圖5中的LOS是從切換(SW)的比較器(Comp．)輸出的作為電壓值的比較結(jié)果的電壓信號，表示從接收信號強度指示器(RSSI)輸出的信號強度，具有標(biāo)準電壓值。圖5示出了一個例子，其中如果接收的激光信號的強度小于閾值，LOS被轉(zhuǎn)換成“高電平”。在圖5中，“tp”是LOS轉(zhuǎn)換到“高電平”和切換到微波通訊設(shè)備(MW)完成之間的時間間隔。換句話說，在LOS轉(zhuǎn)換到“高電平”后直到經(jīng)過時間“tp”，才完成到微波通訊設(shè)備(MW)的切換。為了防止在激光信號強度暫時減小又馬上恢復(fù)的情況下，微波通訊設(shè)備(MW)不時啟動，切換動作在該時間間隔中進行?！皌p”的值可以由用戶在0．05ms至200ms的范圍內(nèi)指定。
本發(fā)明的激光和微波混合通訊方法及系統(tǒng)使用激光通訊設(shè)備和微波通訊設(shè)備。利用這種系統(tǒng)，正常條件下，由激光進行通訊。但是，當(dāng)由于天氣情況，如霧等，由激光通訊所接收到的信號的幅度低于閾值時，本發(fā)明能夠使能微波通訊，補償了激光通訊的缺點。
權(quán)利要求
1．一種激光和微波混合通訊系統(tǒng)，包括一激光通訊設(shè)備，它將電信號調(diào)制成激光信號，并發(fā)送該信號，它還接收從另一端發(fā)送來的激光信號，并將該信號解調(diào)成電信號；一微波通訊設(shè)備，它將電信號調(diào)制成微波信號，并發(fā)送該信號，它還接收從另一端發(fā)送來的微波信號，并將該信號解調(diào)成電信號；和一切換裝置，它設(shè)有接收信號強度指示器，用于監(jiān)視在激光通訊設(shè)備中接收到的信號的幅度，如果在所述接收信號強度指示器測量到的輸出值小于預(yù)定閾值時，將用于通訊的輸入／輸出端連接到通過微波通訊設(shè)備通訊的微波通訊設(shè)備的輸入／輸出端。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光和微波混合通訊系統(tǒng)，其中所述切換裝置包括一接收信號強度指示器，它接收在激光通訊設(shè)備的光接收器接收和解調(diào)的電接收信號，并生成一正比于該接收信號的強度的電壓信號；一比較器，它將從所述接收信號強度指示器輸出的電壓信號的幅度和預(yù)定閾值進行比較，并輸出一電壓信號，該電壓信號具有一由比較結(jié)果決定的邏輯電平；一控制單元，它根據(jù)從比較器輸出的電壓信號的邏輯電平(LOS)生成一切換控制信號；和一切換單元，它根據(jù)從控制單元輸入的切換控制信號將通訊系統(tǒng)的輸入／輸出端連接到激光通訊設(shè)備的輸入／輸出端或微波通訊設(shè)備的輸入／輸出端。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光和微波混合通訊系統(tǒng)，其中所述切換單元在初始狀態(tài)將用于通訊的輸入／輸出端連接到激光通訊設(shè)備的輸入輸出端。
4．一種激光和微波混合通訊方法，包括(a)激光通訊步驟，在該步驟中，將電信號調(diào)制成激光信號并發(fā)送，接收從另一端發(fā)送的激光信號并將它解調(diào)成電信號；(b)信號幅度測量步驟，在該步驟中，在激光通訊時，測量接收到的激光信號的幅度；(c)步驟，在該步驟中，如果在上述步驟(b)中測量到的接收到的激光信號的幅度小于閾值，將用于通訊的輸入／輸出端連接到微波通訊設(shè)備的輸入／輸出端，以能夠通過微波信號通訊；(d)監(jiān)視步驟，在該步驟中，即使在進行步驟(c)時也監(jiān)視接收到的激光信號的幅度；和(e)步驟，在該步驟中，如果在上述步驟(d)中測量到的接收到的激光信號的幅度變得大于閾值，將用于通訊的輸入／輸出端再次連接到激光通訊設(shè)備的輸入／輸出端。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光和微波混合通訊方法，其中當(dāng)在接收到的激光信號的強度變得小于閾值后經(jīng)過“tp”的時間間隔，再進行在上述步驟(c)中的將用于通訊的輸入輸出端連接到微波通訊設(shè)備的輸入／輸出端的切換動作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光和微波的混合通訊方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的混合通訊系統(tǒng)包括:一激光通訊設(shè)備;一微波通訊設(shè)備;和一切換裝置,它在接收信號強度值小于預(yù)定閾值時,將用于通訊的輸入/輸出端連接到通過微波通訊設(shè)備通訊的微波通訊設(shè)備的輸入/輸出端。利用這種系統(tǒng),正常條件下,由激光進行通訊。但是,當(dāng)由于天氣情況,如霧等,由激光通訊所接收到的信號的幅度低于閾值時,本發(fā)明能夠使能微波通訊,補償了激光通訊的缺點。
文檔編號H04B10/02GK1295384SQ0013221
公開日2001年5月16日 申請日期2000年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月9日
發(fā)明者安德遜·H·金 申請人:布達泰克有限公司