一種用于自由空間光通信的幀定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于自由空間光通信的幀定位的方法，針對(duì)接收端在移動(dòng)的情況下，仍能快速尋找到信源、定位數(shù)據(jù)幀頭的方法，極大的提高通信系統(tǒng)的通信速率及可靠性。
【背景技術(shù)】
[0002]自由空間光通信FSO(Free Space Optics)，又稱光無線通信。FSO利用高度集中的光束穿越大氣空間作為信息的傳輸載體。自由空間中傳輸光的光譜可分為紅外光譜(10um?700nm)，可見光譜(700nm?400nm)和紫外光譜(400nm?lnm)。一個(gè)無線光通信系統(tǒng)包含三個(gè)基本部分:光發(fā)射端機(jī)、光接收端機(jī)、光學(xué)天線及光路系統(tǒng)。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)那闆r下，每一端都設(shè)有光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。光發(fā)射機(jī)的光源受到電信號(hào)的調(diào)制，通過作為天線的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，將光信號(hào)通過大氣信道傳送到接收機(jī)望遠(yuǎn)鏡；接收機(jī)望遠(yuǎn)鏡收集接收到光信號(hào)并將它聚焦在光電檢測(cè)器中，光電檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于大氣空間對(duì)不同光波長(zhǎng)信號(hào)的透過率有較大的差別，無線光通信系統(tǒng)一般選用透過率較好的波段窗口，最常用的光學(xué)波長(zhǎng)是近紅外光譜中的850nm;還有一些無線光通信系統(tǒng)使用1500nm波長(zhǎng)頻段，可以支持更大的系統(tǒng)功率。
[0003]FSO技術(shù)與其他接入技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn):(I)頻譜資源豐富，無需申請(qǐng)頻率使用權(quán)；⑵頻帶寬，速率高；(3)協(xié)議透明；⑷快速鏈路部署；(5)安全保密性強(qiáng)；(6)數(shù)據(jù)傳輸不易堵塞；(7)可重復(fù)利用。因此，其能夠在移動(dòng)通信網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、城域網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用；可以作為預(yù)防服務(wù)中斷的光纖通信和微波通信的備份；可以應(yīng)用于移動(dòng)通信基站問的互連、近距離高速網(wǎng)的建設(shè)以及“最后一公里”接入；或建設(shè)于不宜布線、施工難度大、跨江跨河礦井等地方；用于軍事設(shè)施或其他要害部門需要嚴(yán)格保密的場(chǎng)合；及企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)互連和數(shù)據(jù)傳輸。
[0004]FSO以其容量、環(huán)保、靈活等優(yōu)勢(shì)，受到國(guó)內(nèi)外眾多研宄者的關(guān)注，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。已商用的這類系統(tǒng)，容量從10Mbps?llOGbps。也有一些試驗(yàn)采用波分復(fù)用達(dá)到160Gbps的速率。盡管受到氣象條件的限制，只能在較短的距離內(nèi)使用，一般限于4km以下。但在許多場(chǎng)合之下，作為一種獨(dú)特的方式，F(xiàn)SO成為當(dāng)前已有幾種寬帶接入方式很好的補(bǔ)充手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為接收端在自由空間移動(dòng)時(shí)提供一種基于光載波(紅外光、可見光、紫外光)無線通信的用于自由空間光通信的幀定位方法，可以快速定位數(shù)據(jù)幀頭，提高通信可靠性。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]該幀定位方法所采用的自由空間光通信系統(tǒng)包括發(fā)射端和接收端，所述發(fā)射端依次包括信源、串并轉(zhuǎn)換器、光源驅(qū)動(dòng)電路、二維點(diǎn)陣式光源；所述的接收端依次包括二維點(diǎn)陣式光電檢測(cè)器、嵌入式處理機(jī)、并串轉(zhuǎn)換、信宿；
[0008]當(dāng)信源經(jīng)過系列編碼后，采用光強(qiáng)度調(diào)制方式，以光亮度“明”、“暗”區(qū)分0、1信息，通過陣列光源發(fā)射；
[0009]陣列光源通過自由空間的漫反射后被二維點(diǎn)陣式光電檢測(cè)器接收，并通過嵌入式處理機(jī)按照奈奎斯特速率即2倍的發(fā)射陣列速率采集二維光信息數(shù)據(jù)；
[0010]嵌入式處理機(jī)分別從橫向、縱向方向掃描二維光信息數(shù)據(jù)，并記錄各點(diǎn)的光亮度數(shù)值，檢測(cè)輸入數(shù)據(jù)中是否包含與預(yù)置定位幀規(guī)則即定位幀字節(jié)長(zhǎng)度、字節(jié)比特信息相同的數(shù)據(jù)，若是，找出該相同的數(shù)據(jù)并作為數(shù)據(jù)幀頭；若否，則放棄該輸入數(shù)據(jù)。
[0011]所述的幀定位過程如下:
[0012]當(dāng)發(fā)射端發(fā)射一幀含有定位幀的陣列信息后，經(jīng)過自由空間到達(dá)接收端，由陣列式光電檢測(cè)器完成光電轉(zhuǎn)換恢復(fù)電信號(hào)，再由嵌入式處理機(jī)掃描陣列各點(diǎn)電壓值Vi,并與預(yù)存于處理機(jī)內(nèi)的衰減后的電壓范圍Vmin，Vmax作比較，去除冗余光干擾；取最大和最小電壓值V_、Vmin的均值V average作為閾值，記大于V average為比特符號(hào)“0”，小于V aveMge為比特符號(hào)“I”;依次，對(duì)陣列各點(diǎn)\進(jìn)行判決，得到輸入數(shù)據(jù)；
[0013]嵌入式處理機(jī)對(duì)輸入數(shù)據(jù)快速掃描，檢測(cè)輸入數(shù)據(jù)中是否包含與預(yù)置定位幀字節(jié)長(zhǎng)度、字節(jié)比特信息相同的數(shù)據(jù)，若是，找出該相同的數(shù)據(jù)并作為數(shù)據(jù)幀頭；若否，則放棄該輸入數(shù)據(jù)；
[0014]接收端連續(xù)掃描輸入數(shù)據(jù)，直到檢測(cè)到定位幀，來識(shí)別幀的開始，即使在接收端移動(dòng)的情況下，也可以快速掃描到定位幀，保證了一幀內(nèi)的數(shù)據(jù)可同時(shí)無誤的被恢復(fù)并檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了收發(fā)端幀同步的目的；此外，在保證幀同步的同時(shí)，也抑制了一幀數(shù)據(jù)內(nèi)碼間竄擾的影響。
[0015]所述的幀同步是在陣列傳輸?shù)幕A(chǔ)上提出一種定位幀，當(dāng)接收端掃描到定位幀時(shí)，即定義該幀為數(shù)據(jù)幀頭，并恢復(fù)此數(shù)據(jù)幀頭下的陣列信息，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射端和接收端的幀同步。
[0016]所述的定位幀為一串特殊比特或特殊圖形結(jié)構(gòu)，不定長(zhǎng)幀，幀長(zhǎng)由發(fā)射陣列大小決定。
[0017]所述的定位幀位于發(fā)射陣列首行或四條邊長(zhǎng)，或以特殊圖形結(jié)構(gòu)位于發(fā)射陣列中。
[0018]有益效果:本發(fā)明采用陣列發(fā)射、陣列接收結(jié)構(gòu)，大大提高系統(tǒng)通信容量。
[0019]本發(fā)明可以在接收端移動(dòng)的情況下，快速掃描到定位幀，獲取該定位幀下的信息，保證一幀內(nèi)各點(diǎn)數(shù)據(jù)的同步，實(shí)現(xiàn)收發(fā)端幀同步的功能。
[0020]本發(fā)明保證幀內(nèi)數(shù)據(jù)同步接收，抑制了一幀數(shù)據(jù)內(nèi)的碼間串?dāng)_，提高通信可靠性。
[0021]本發(fā)明無復(fù)雜機(jī)械設(shè)備，有效利用已有智能軟件，結(jié)合算法模塊擴(kuò)展現(xiàn)有功能，減少硬件資源的耗費(fèi)。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明陣列發(fā)射、陣列接收結(jié)構(gòu)系統(tǒng)框圖。
[0023]圖2是本發(fā)明發(fā)射機(jī)一幀數(shù)據(jù)信息示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明定位幀示意圖。
[0025]圖4是本發(fā)明自由空間光通信系統(tǒng)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明中提出的一種自由空間光通信系統(tǒng)包括發(fā)射端和接收端，所述發(fā)射端依次包括信源、串并轉(zhuǎn)換器、光源驅(qū)動(dòng)電路、二維點(diǎn)陣式光源；所述的接收端依次包括二維點(diǎn)陣式光電檢測(cè)器、嵌入式處理機(jī)、并串轉(zhuǎn)換、信宿。
[0027]從本發(fā)明提出的自由空間光通信系統(tǒng)可以看出，當(dāng)信源經(jīng)過系列編碼后，采用光強(qiáng)度調(diào)制方式，以光亮度“明”、“暗”區(qū)分0、1信息，通過陣列光源發(fā)射，再經(jīng)陣列檢測(cè)，可形成傳輸陣列對(duì)陣列的并行通信，實(shí)現(xiàn)空分復(fù)用的功能。另外，這種陣列結(jié)構(gòu)可以融合多種成熟的先進(jìn)通信技術(shù)于一體，如采用模式編碼通信則可以提高通信的可靠性和保密性。
[0028]本發(fā)明在上述陣列傳輸?shù)幕A(chǔ)上提出一種定位幀，當(dāng)接收端掃描到定位幀時(shí)，即定義該幀為數(shù)據(jù)幀頭，并恢復(fù)此數(shù)據(jù)幀頭下的陣列信息，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射端和接收端的幀同步。
[0029]本發(fā)明中的定位幀為一串特殊比特或特殊圖形結(jié)構(gòu)，不定長(zhǎng)幀，幀長(zhǎng)由發(fā)射陣列大小決定。
[0030]本發(fā)明中的定位幀位于發(fā)射陣列首行或四條邊長(zhǎng)，或以特殊圖形結(jié)構(gòu)位于發(fā)射陣列中。
[0031]本發(fā)明中的幀定位過程如下:
[0032]當(dāng)發(fā)射端發(fā)射一幀含有定位幀的陣列信息后，經(jīng)過自由空間到達(dá)接收端，由陣列式光電檢測(cè)器完成光電轉(zhuǎn)換恢復(fù)電信號(hào)，再由嵌入式處理機(jī)掃描陣列各點(diǎn)電壓值Vi,并與預(yù)存于處理機(jī)內(nèi)的衰減后的電壓范圍(vmin，vmax)作比較，去除冗余光干擾。取最大和最小電壓值Vmax、Vmin的均值V average作為閾值，記大于V average為比特符號(hào)“0”，小于V aveMge為比特符號(hào)“I”。依次，對(duì)陣列各點(diǎn)\進(jìn)行判決，得到輸入數(shù)據(jù)。
[0033]嵌入式處理機(jī)對(duì)輸入數(shù)據(jù)快速掃描，檢測(cè)輸入數(shù)據(jù)中是否包含與預(yù)置定位幀規(guī)則(定位幀字節(jié)長(zhǎng)度、字節(jié)比特信息)相同的數(shù)據(jù)，若是，找出該相