一種用于自由空間光通信的幀定位方法
【技術領域】
[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，針對接收端在移動的情況下，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】
[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)。一個無線光通信系統(tǒng)包含三個基本部分:光發(fā)射端機、光接收端機、光學天線及光路系統(tǒng)。在點對點傳輸?shù)那闆r下，每一端都設有光發(fā)射機和光接收機，可以實現(xiàn)全雙工通信。光發(fā)射機的光源受到電信號的調制，通過作為天線的發(fā)射光學系統(tǒng)，將光信號通過大氣信道傳送到接收機望遠鏡；接收機望遠鏡收集接收到光信號并將它聚焦在光電檢測器中，光電檢測器將光信號轉換成電信號。由于大氣空間對不同光波長信號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，最常用的光學波長是近紅外光譜中的850nm;還有一些無線光通信系統(tǒng)使用1500nm波長頻段，可以支持更大的系統(tǒng)功率。
[0003]FSO技術與其他接入技術相比有如下優(yōu)點:(I)頻譜資源豐富，無需申請頻率使用權；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；(6)數(shù)據(jù)傳輸不易堵塞；(7)可重復利用。因此，其能夠在移動通信網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、城域網(wǎng)等領域發(fā)揮重要作用；可以作為預防服務中斷的光纖通信和微波通信的備份；可以應用于移動通信基站問的互連、近距離高速網(wǎng)的建設以及“最后一公里”接入；或建設于不宜布線、施工難度大、跨江跨河礦井等地方；用于軍事設施或其他要害部門需要嚴格保密的場合；及企業(yè)內部網(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，受到國內外眾多研宄者的關注，應用范圍不斷擴大。已商用的這類系統(tǒng)，容量從10Mbps?llOGbps。也有一些試驗采用波分復用達到160Gbps的速率。盡管受到氣象條件的限制，只能在較短的距離內使用，一般限于4km以下。但在許多場合之下，作為一種獨特的方式，F(xiàn)SO成為當前已有幾種寬帶接入方式很好的補充手段。

【發(fā)明內容】

[0005]技術問題:本發(fā)明要解決的技術問題是為接收端在自由空間移動時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]技術方案:為解決上述技術問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(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、串并轉換器、光源驅動電路、二維點陣式光源；所述的接收端依次包括二維點陣式光電檢測器、嵌入式處理機、并串轉換、信宿；
[0008]當信源經(jīng)過系列編碼后，采用光強度調制方式，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陣式光電檢測器接收，并通過嵌入式處理機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)，并記錄各點的光亮度數(shù)值，檢測輸入數(shù)據(jù)中是否包含與預置定位幀規(guī)則即定位幀字節(jié)長度、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)過自由空間到達接收端，由陣列式光電檢測器完成光電轉換恢復電信號，再由嵌入式處理機掃描陣列各點電壓值Vi,并與預存于處理機內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“0”，小于V aveMge為比特符號“I”;依次，對陣列各點\進行判決，得到輸入數(shù)據(jù)；
[0013]嵌入式處理機對輸入數(shù)據(jù)快速掃描，檢測輸入數(shù)據(jù)中是否包含與預置定位幀字節(jié)長度、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)，直到檢測到定位幀，來識別幀的開始，即使在接收端移動的情況下，也可以快速掃描到定位幀，保證了一幀內的數(shù)據(jù)可同時無誤的被恢復并檢測，從而實現(xiàn)了收發(fā)端幀同步的目的；此外，在保證幀同步的同時，也抑制了一幀數(shù)據(jù)內碼間竄擾的影響。
[0015]所述的幀同步是在陣列傳輸?shù)幕A上提出一種定位幀，當接收端掃描到定位幀時，即定義該幀為數(shù)據(jù)幀頭，并恢復此數(shù)據(jù)幀頭下的陣列信息，實現(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構，不定長幀，幀長由發(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，或以特殊圖形結構位于發(fā)射陣列中。
[0018]有益效果:本發(fā)明采用陣列發(fā)射、陣列接收結構，大大提高系統(tǒng)通信容量。
[0019]本發(fā)明可以在接收端移動的情況下，快速掃描到定位幀，獲取該定位幀下的信息，保證一幀內各點數(shù)據(jù)的同步，實現(xiàn)收發(fā)端幀同步的功能。
[0020]本發(fā)明保證幀內數(shù)據(jù)同步接收，抑制了一幀數(shù)據(jù)內的碼間串擾，提高通信可靠性。
[0021]本發(fā)明無復雜機械設備，有效利用已有智能軟件，結合算法模塊擴展現(xiàn)有功能，減少硬件資源的耗費。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明陣列發(fā)射、陣列接收結構系統(tǒng)框圖。
[0023]圖2是本發(fā)明發(fā)射機一幀數(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、串并轉換器、光源驅動電路、二維點陣式光源；所述的接收端依次包括二維點陣式光電檢測器、嵌入式處理機、并串轉換、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，當信源經(jīng)過系列編碼后，采用光強度調制方式，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，可形成傳輸陣列對陣列的并行通信，實現(xiàn)空分復用的功能。另外，這種陣列結構可以融合多種成熟的先進通信技術于一體，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上提出一種定位幀，當接收端掃描到定位幀時，即定義該幀為數(shù)據(jù)幀頭，并恢復此數(shù)據(jù)幀頭下的陣列信息，實現(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構，不定長幀，幀長由發(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，或以特殊圖形結構位于發(fā)射陣列中。
[0031]本發(fā)明中的幀定位過程如下:
[0032]當發(fā)射端發(fā)射一幀含有定位幀的陣列信息后，經(jīng)過自由空間到達接收端，由陣列式光電檢測器完成光電轉換恢復電信號，再由嵌入式處理機掃描陣列各點電壓值Vi,并與預存于處理機內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“0”，小于V aveMge為比特符號“I”。依次，對陣列各點\進行判決，得到輸入數(shù)據(jù)。
[0033]嵌入式處理機對輸入數(shù)據(jù)快速掃描，檢測輸入數(shù)據(jù)中是否包含與預置定位幀規(guī)則(定位幀字節(jié)長度、字節(jié)比特信息)相同的數(shù)據(jù)，若是，找出該相