專利名稱：一種基于網(wǎng)格編碼調(diào)制的空間光通信模式切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于空間光通信系統(tǒng)的模式切換通信方法，尤其涉及一種基于網(wǎng)格編碼調(diào)制的模式切換方法。
背景技術(shù)：
空間光通信技術(shù)是一種基于光傳輸方式、采用紅外激光承載高速信號(hào)的無線傳輸技術(shù)，它以激光為載體，以空氣為介質(zhì)，大多采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)連接。相比較傳統(tǒng)的有線或無線通信方式，空間光通信技術(shù)具有保密性好、信息容量大、傳輸速率高、組網(wǎng)靈活、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在多種領(lǐng)域受到人們的關(guān)注。但另一方面，空間光通信系統(tǒng)是利用激光在空中傳輸信號(hào)，在空氣中傳輸?shù)募す獠豢杀苊獾氖艿诫S機(jī)大氣信道的嚴(yán)重影響大氣中的氣體分子、水霧、雪、霆、氣溶膠等粒子，其幾何尺寸與激光波長相近甚至更小，這就會(huì)引起光的吸收、散射，特別在強(qiáng)湍流的情況下，光信道將受到嚴(yán)重干擾。由于大氣信道的隨機(jī)特性，在通信的過程中大氣信道的狀態(tài)隨時(shí)可能發(fā)生改變?，F(xiàn)有的自由空間光通信技術(shù)通過增大光功率、降低信息速率來對(duì)抗大氣衰減；采用空間分集技術(shù)來對(duì)抗大氣閃爍以及在通信中斷的情況下采用微波通信備份等。這些措施雖然在一定程度上可以提高空間光通信的可靠性，但卻都相應(yīng)地受到地理?xiàng)l件、位置、環(huán)境、成本、激光安全等因素的制約。

發(fā)明內(nèi)容
為克服空間光信道的隨機(jī)噪聲的干擾對(duì)通信性能產(chǎn)生的嚴(yán)重影響，本發(fā)明提供了一種基于網(wǎng)格編碼調(diào)制的空間光模式切換通信方法。本發(fā)明還提供了一種上述空間光模式切換通信方法采用的空間光通信系統(tǒng)實(shí)例。本發(fā)明還提供了一種上述空間光模式切換通信方法中模式一采用的網(wǎng)格編碼調(diào)制方法的編碼器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供了一種上述空間光模式切換通信方法中模式二采用的網(wǎng)格編碼調(diào)制方法的編碼器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是:提供了一種基于網(wǎng)格編碼調(diào)制的空間光模式切換通信方法。該方法通過兩種模式間的自動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)模式切換通信。兩種通信模式采用不同冗余的網(wǎng)格編碼調(diào)制格式，各自適用于不用的信道環(huán)境。通信模式一采用的網(wǎng)格編碼調(diào)制方法信息傳輸速率較快；通信模式二采用的網(wǎng)格編碼調(diào)制方法抗干擾能力較強(qiáng)。每間隔固定的時(shí)間發(fā)送一段已知的檢測(cè)序列，根據(jù)接受到的檢測(cè)序列判斷信道情況，系統(tǒng)在通信模式一與通信模 式二之間切換。本發(fā)明還提供了一種上述空間光模式切換通信方法采用的空間光通信系統(tǒng)實(shí)例。包括第一端系統(tǒng)與第二端系統(tǒng)，該第一端系統(tǒng)包括發(fā)送模塊、切換模塊和網(wǎng)管；第二端系統(tǒng)包括接收模塊、檢測(cè)裝置和網(wǎng)管。當(dāng)?shù)诙私邮漳K接收到檢測(cè)序列時(shí)，將信號(hào)傳送給檢測(cè)裝置，檢測(cè)裝置做出判斷后將判斷結(jié)果通過第二端網(wǎng)管發(fā)送給第一端網(wǎng)管，第一端切換模塊根據(jù)判斷結(jié)果控制系統(tǒng)的通信模式。本發(fā)明還提供了一種上述空間光模式切換通信方法中模式一采用的網(wǎng)格編碼調(diào)制方法的編碼器結(jié)構(gòu)。網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)是一種將編碼與調(diào)制有機(jī)結(jié)合，以達(dá)到充分利用功率和頻譜資源的目的。信源序列首先通過串并變換裝置轉(zhuǎn)換為四路相同速率的信號(hào)，其中后二路信號(hào)通過碼率為2/3的卷積碼編碼器輸出為三路信號(hào)，這三路信號(hào)與前二路未編碼的信號(hào)一起進(jìn)行32QAM調(diào)制。其中，后三路信號(hào)從星座圖中選擇子集，前二路信號(hào)從子集中選擇信號(hào)點(diǎn)。本發(fā)明還提供了一種上述空間光模式切換通信方法中模式二采用的網(wǎng)格編碼調(diào)制方法的編碼器結(jié)構(gòu)。網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)是一種將編碼與調(diào)制有機(jī)結(jié)合，以達(dá)到充分利用功率和頻譜資源的目的。信源序列首先通過串并變換裝置轉(zhuǎn)換為三路相同速率的信號(hào)，其中最后一路信號(hào)通過碼率為1/2的卷積碼編碼器輸出為二路信號(hào)，這二路信號(hào)與前二路未編碼的信號(hào)一起進(jìn)行16QAM調(diào)制。其中，后二路信號(hào)從星座圖中選擇子集，前二路信號(hào)從子集中選擇信號(hào)點(diǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的基于網(wǎng)格編碼調(diào)制的空間模式切換通信方法，不需要改變光學(xué)接收天線與接收器端面的相對(duì)位置，無需改變光學(xué)天線上光束的大小、方向、位置就能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)環(huán)境的模式切換，保證通信的質(zhì)量。此外，在通信的調(diào)整過程由系統(tǒng)自動(dòng)完成，無需人的介入，方便實(shí)用。


圖1是本發(fā)明所采用的空間光通信系統(tǒng)的系統(tǒng)實(shí)例圖2是本發(fā)明模式一所采用的網(wǎng)格編碼調(diào)制方法的編碼器結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明模式二所采用的網(wǎng)格編碼調(diào)制方法的編碼器結(jié)構(gòu)
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，是本發(fā)明所采用的空間光通信系統(tǒng)的系統(tǒng)實(shí)例。該空間光系統(tǒng)包括第一端系統(tǒng)和第二端系統(tǒng)。第一端系統(tǒng)包括發(fā)送模塊10、模式切換模塊15、網(wǎng)管14 ;第二端系統(tǒng)包括接收模塊11、檢測(cè)裝置12、網(wǎng)管13。發(fā)送模塊10每間隔固定時(shí)間發(fā)送一段已知檢測(cè)序列，當(dāng)接收模塊11接收到由發(fā)送模塊10發(fā)送過來的包含檢測(cè)序列信息的光信號(hào)時(shí)，將光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)送入檢測(cè)裝置
12。然后，檢測(cè)裝置12對(duì)送入的電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估出此時(shí)的信道情況，并據(jù)此對(duì)采用何種通信模式進(jìn)行判斷。由網(wǎng)管13將該判斷結(jié)果發(fā)送給網(wǎng)管14，并經(jīng)由網(wǎng)管14把判斷結(jié)果送入模式切換模塊15。模式切換模塊15根據(jù)結(jié)果決定是否切換當(dāng)前模式，最后由發(fā)送模塊發(fā)送出相應(yīng)的信號(hào)。例如:假設(shè)系統(tǒng)現(xiàn)在處于通信模式一的工作狀態(tài)，若檢測(cè)裝置12通過檢測(cè)序列判斷出信道環(huán)境變差，則將這個(gè)判斷結(jié)果經(jīng)由網(wǎng)管13、網(wǎng)管14傳遞到模式切換模塊15，模式切換模塊15根據(jù)判斷結(jié)果作出模式切換的命令，控制發(fā)送模塊10采用通信模式二工作。若檢測(cè)裝置12通過檢測(cè)序列判斷出信道環(huán)境良好，則將這個(gè)判斷結(jié)果經(jīng)由網(wǎng)管
13、網(wǎng)管14傳遞到模式切換模塊15，模式切換模塊15根據(jù)判斷結(jié)果作出不切換模式的命令，控制發(fā)送模塊10仍然采用通信模式一工作。請(qǐng)參閱圖2，是本發(fā)明模式一所采用的網(wǎng)格編碼調(diào)制方法的編碼器結(jié)構(gòu)。該編碼器由串并變換裝置20、卷積編碼器21、32QAM調(diào)制裝置22組成。信源序列首先通過串并變換裝置20轉(zhuǎn)換為四路相同速率的信號(hào)，其中后二路信號(hào)通過碼率為2/3的卷積碼編碼器21輸出為三路信號(hào)，這三路信號(hào)與前二路未編碼的信號(hào)一起送入32QAM調(diào)制裝置22后輸出編碼后的信號(hào)。其中，后三路信號(hào)從星座圖中選擇子集，前二路信號(hào)從子集中選擇信號(hào)點(diǎn)。請(qǐng)參閱圖3，是本發(fā)明模式二所采用的網(wǎng)格編碼調(diào)制方法的編碼器結(jié)構(gòu)。該編碼器由串并變換裝置30、卷積編碼器31U6QAM調(diào)制裝置32組成。信源序列首先通過串并變換裝置30轉(zhuǎn)換為三路相同速率的信號(hào)，其中最后一路信號(hào)通過碼率為1/2的卷積碼編碼器31輸出為二路信號(hào)，這二路信號(hào)與前二路未編碼的信號(hào)一起送入16QAM調(diào)制裝置32后輸出編碼后的信號(hào)。其中，后二路信號(hào)從星座圖中選擇子集，前二路信號(hào)從子集中選擇信號(hào)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種空間光通信系統(tǒng)，其包括第一端系統(tǒng)與第二端系統(tǒng)，其特征在于:該第一端系統(tǒng)包括發(fā)送模塊、切換模塊和網(wǎng)管；第二端系統(tǒng)包括接收模塊、檢測(cè)裝置和網(wǎng)管；每間隔固定的時(shí)間由第一端系統(tǒng)發(fā)送模塊發(fā)送一段已知的檢測(cè)序列，當(dāng)?shù)诙讼到y(tǒng)接收模塊接收到檢測(cè)序列時(shí)，將信號(hào)傳送給檢測(cè)裝置，檢測(cè)裝置做出判斷后將判斷結(jié)果通過第二端網(wǎng)管發(fā)送給第一端網(wǎng)管，第一端切換模塊根據(jù)判斷結(jié)果控制系統(tǒng)的通信模式。
2.如權(quán)利要求1所述的空間光通信系統(tǒng)，其特征在于:已知的檢測(cè)序列為偽隨機(jī)序列。
3.一種空間光通信系統(tǒng)的發(fā)送端系統(tǒng)，其包括發(fā)送模塊，特征在于:其還包括模式切換模塊和網(wǎng)管系統(tǒng)，該模式切換模塊與發(fā)送模塊相連，網(wǎng)管系統(tǒng)與模式切換模塊相連，該網(wǎng)管系統(tǒng)接收到接收端系統(tǒng)傳送來的判斷結(jié)果后，將判斷結(jié)果發(fā)送給模式切換模塊，由模式切換模塊完成發(fā)送模塊的模式切換。
4.一種空間光通信系統(tǒng)的發(fā)送端系統(tǒng)，其包括接收模塊，特征在于:其還包括檢測(cè)裝置和網(wǎng)管系統(tǒng)，該檢測(cè)裝置與接收模塊相連，網(wǎng)管系統(tǒng)與檢測(cè)裝置相連，該接收模塊接收到發(fā)送端系統(tǒng)發(fā)送的檢測(cè)序列后，將檢測(cè)序列送入檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)判斷，并將判斷結(jié)果發(fā)送給網(wǎng)管系統(tǒng)，由該網(wǎng)管系統(tǒng)將該判斷結(jié)果回復(fù)給發(fā)送端系統(tǒng)。
5.一種空間光通信系統(tǒng)的模式切換方法，其特征在于包括如下步驟: 提供第一端系統(tǒng)，包括發(fā)送模塊、模式切換模塊和網(wǎng)管系統(tǒng)； 提供第二端系統(tǒng)，包括接收模塊、檢測(cè)裝置和網(wǎng)管系統(tǒng)； 接收模塊接收到發(fā)送模塊發(fā)送的檢測(cè)序列后，將該序列送入檢測(cè)裝置進(jìn)行判斷，檢測(cè)裝置將判斷結(jié)果發(fā)送給第二端網(wǎng)管系統(tǒng)，第二端網(wǎng)管系統(tǒng)將該檢測(cè)結(jié)果通過第一端網(wǎng)管系統(tǒng)發(fā)送給模式切換裝置，模式切換裝置根據(jù)判斷結(jié)果對(duì)發(fā)送端系統(tǒng)的發(fā)送模式進(jìn)行切換；發(fā)送端系統(tǒng)的發(fā)射模式分為模式一和模式二。
6.如權(quán)利要求5訴述的空間光通信系統(tǒng)模式切換方法，其特征在于:該檢測(cè)序列為偽隨機(jī)序列。
7.如權(quán)利要求5訴述的空間光通信系統(tǒng)模式切換方法，其特征在于:模式一采用的網(wǎng)格編碼調(diào)制方法的編碼器結(jié)構(gòu)；信源序列首先通過串并變換裝置轉(zhuǎn)換為四路相同速率的信號(hào)，其中后二路信號(hào)通過碼率為2/3的卷積碼編碼器輸出為三路信號(hào)，這三路信號(hào)與前二路未編碼的信號(hào)一起進(jìn)行32QAM調(diào)制；其中，后三路信號(hào)從星座圖中選擇子集，前二路信號(hào)從子集中選擇信號(hào)點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求5所述的空間光通信系統(tǒng)模式切換方法，其特征在于:模式二采用的網(wǎng)格編碼調(diào)制方法的編碼器結(jié)構(gòu)；信源序列首先通過串并變換裝置轉(zhuǎn)換為三路相同速率的信號(hào)，其中最后一路信號(hào)通過碼率為1/2的卷積碼編碼器輸出為二路信號(hào)，這二路信號(hào)與前二路未編碼的信號(hào)一起進(jìn)行16QAM調(diào)制；其中，后二路信號(hào)從星座圖中選擇子集，前二路信號(hào)從子集中選擇信號(hào)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于空間光通信系統(tǒng)的模式切換通信方法，該方法通過兩種模式間的自動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)模式切換通信。兩種通信模式均基于網(wǎng)格編碼調(diào)制格式，各自適用于不用的信道環(huán)境。每間隔固定的時(shí)間發(fā)送一段已知的檢測(cè)序列，根據(jù)接受到的檢測(cè)序列自動(dòng)切換合適的通信模式，使通信質(zhì)量不受空間光信道參數(shù)變化的影響，整個(gè)過程不用人工操作，使用方便。
文檔編號(hào)H04L1/00GK103166703SQ20131010650
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者忻向軍, 劉哲, 張麗佳, 劉博 , 張琦, 王擁軍, 薛道均, 胡善亭 申請(qǐng)人:武漢郵電科學(xué)研究院