[發(fā)明專利]一種基于動態(tài)中繼的自由空間光協(xié)作通信系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112187353A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設計）人: 何艷琴;劉業(yè)君;郭磊;宋嵩
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04B10/079
• 分類號: H04B10/079;H04B10/11;H04B10/293;H04B10/54
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

1.一種基于動態(tài)中繼的自由空間光協(xié)作通信系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括源節(jié)點S、中繼節(jié)點R_i、目的節(jié)點D、中繼決策模塊M_i以及信道判決反饋模塊CSI_i，其中i＝1,2......為中繼節(jié)點索引號；

所述源節(jié)點S是該系統(tǒng)光信號的發(fā)送節(jié)點，將光載波與電信號通過馬赫增德爾調制器進行調制生成已調光信號；源節(jié)點配有多個空間光發(fā)射器，能夠向多個方向按照點對點的方式同時發(fā)送相同的空間光信號；

所述中繼節(jié)點R_i該系統(tǒng)光信號的轉發(fā)節(jié)點，接收來自源節(jié)點的光信號，并采用譯碼轉發(fā)方式對接收到的光信號進行解調再重新調制后轉發(fā)；其轉發(fā)過程需要與源節(jié)點保持同步，以保證目的節(jié)點的接收端能同時接收到中繼節(jié)點和源節(jié)點的光信號；

所述目的節(jié)點D是該系統(tǒng)光信號的接收節(jié)點，其配有多個空間光接收器，能夠同時接收來自不同中繼、源節(jié)點的多路光信號，并進行合光和解調；

所述信道判決反饋模塊CSI_i的功能是對接收到的光信號進行功率監(jiān)測，并與解碼要求的功率閾值進行比較，根據功率比較結果，生成反饋信息；

所述中繼決策模塊M_i的功能是根據CSI_i的反饋信息決定對應的中繼節(jié)點R_i是否參與協(xié)作傳輸；若CSI_i的反饋信息顯示光信號功率滿足閾值要求，則通知中繼節(jié)點R_i對下一周期信號轉發(fā)；否則，中繼節(jié)點R_i不對信號進行轉發(fā)。

2.根據權利要求1所述的一種基于動態(tài)中繼的自由空間光協(xié)作通信系統(tǒng)，其特征在于：所述源節(jié)點S的內部結構為：馬赫增德爾調制器MZM對光載波信號和電脈沖信號進行強度調制，產生的光調制信號再經過偏振控制器，控制信號輸出偏振為固定方向，以減小偏振噪聲帶來的干擾，然后經過多個發(fā)射器，發(fā)射到對應的目的鏈路中。

3.根據權利要求1所述的一種基于動態(tài)中繼的自由空間光協(xié)作通信系統(tǒng)，其特征在于：所述中繼節(jié)點的內部結構為：對接收到的光信號通過光電轉換器APD進行解調，然后通過低通濾波器LPF濾掉相關高頻分量，再經過再生器3R恢復電脈沖信號；中繼節(jié)點采用譯碼轉發(fā)DF的方式進行協(xié)作，濾掉一部分中繼前鏈路S-R_i產生的噪聲，降低接收端解碼難度和整體系統(tǒng)信噪比。

4.根據權利要求1所述的一種基于動態(tài)中繼的自由空間光協(xié)作通信系統(tǒng)，其特征在于：所述目的節(jié)點的內部結構為：采用多路增益合并方式的合光器，通過偏振控制器彌補信道對信號造成的偏振變化，再經過光電轉換器APD進行光電轉換，然后通過低通濾波器LPF后進入再生器3R還原出電脈沖信號，最后通過示波器的眼圖觀測窗對信號進行分析。

5.根據權利要求1所述的一種基于動態(tài)中繼的自由空間光協(xié)作通信系統(tǒng)，其特征在于：所述中繼決策模塊M_i是根據CSI_i的反饋信息來決定是否讓對應的鏈路參與協(xié)作，信道判決反饋模塊CSI_i的功能是判斷此時的信號質量是否可以滿足對應目的節(jié)點接收端或者中繼節(jié)點接收端的解碼要求；

如果滿足，信號通過，且M_i得到反饋信號保持下一周期此鏈路開通；

若不滿足，則中斷信號，并通知M_i下一周期此路不通；

無需額外的信標光，讓信號按周期依次通過直接鏈路S-D；

如果直接鏈路S-D信道狀態(tài)已達到目的節(jié)點D的解碼要求，那么下一周期就不需要中繼前鏈路S-R_i和中繼后鏈路R_i-D參與協(xié)作；

如果S-D信道狀態(tài)較差，才調用S-R_i協(xié)作傳輸下一周期的信號，而R_i-D則會根據前面的CSI_i的判決結果，決定接下來是否參與協(xié)作。

6.根據權利要求1～5中任意一項所述系統(tǒng)的自由空間光協(xié)作通信方法，其特征在于：該方法包括以下信號處理流程：

1)源信號生成；

首先產生光調制信號和電信源信號，采用二進制強度調制(OOK)的方式，將電信號調制到光載波上，得到已調光信號；

2)S-D鏈路信道狀態(tài)判斷；

已調光信號直接通過S-D鏈路，在D處對接收到的光信號進行周期采樣，并判斷該周期內直接鏈路的信道狀態(tài)是否滿足解碼要求，將結果反饋給M₀；如果滿足系統(tǒng)能成功解碼的要求，則M₀結果為否，繼續(xù)使用直接鏈路S-D傳遞信息；如果不滿足，則結果為是，開通S-R_i鏈路，經過R_i對下一周期的光信號進行協(xié)作傳輸；直接鏈路S-D始終保持上述循環(huán)過程至信號傳輸完畢；為保證接收端的信號同步，S-D處設置了延時器，其信號延時長度與信號周期相同；

3)S-R_i鏈路選擇；

如果此時信號未進入中繼，則轉至第5)步；如果此時信號經過S-R_i鏈路，則在每個R_i節(jié)點處對各自接收到的信號進行判斷并反饋信息給M_i模塊；

若后續(xù)信號進入中繼，則由M_i模塊決定選擇哪些中繼參與協(xié)作；否則M_i模塊將接收到的反饋信息清空，轉向第4)步；

4)同步轉發(fā)；

中繼節(jié)點和源節(jié)點同時將光信號發(fā)送給目的節(jié)點；

5)如果只有一路信號，則直接解調，再還原出原始電信號，完成信息傳輸；

6)如果D節(jié)點收到來自多路的信號，則利用合光器合光再解調，接著還原出原始電信號，完成信息傳輸。