[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

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011044263.4
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112187353A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何艷琴;劉業(yè)君;郭磊;宋嵩
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發(fā)明涉及一種基于動態(tài)中繼的自由空間光協(xié)作通信系統(tǒng)及方法，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。首先以固定時間周期的方式對直接鏈路上的光信號進(jìn)行采樣，判斷直接鏈路當(dāng)前的信道狀態(tài)，并以當(dāng)前周期內(nèi)的信道狀態(tài)信息作為反饋來判決中繼鏈路是否參與下一周期的協(xié)作傳輸；然后，根據(jù)中繼前鏈路的信道狀態(tài)動態(tài)地決定中繼后鏈路是否進(jìn)行信號的協(xié)作傳輸。按照上述步驟周期性地進(jìn)行中繼選擇和信號傳輸?shù)呐袥Q；最后，在目的節(jié)點(diǎn)，通過對接收到的源節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)的光信號進(jìn)行合并，進(jìn)而解調(diào)出原始電信號。本發(fā)明能在降低中繼鏈路負(fù)載占用率的情況下達(dá)到與全中繼協(xié)作方法近似的接收光功率，并且通過中繼的動態(tài)選擇可減少系統(tǒng)誤碼率，提高系統(tǒng)有效性和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于動態(tài)中繼的自由空間光協(xié)作通信系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

自由空間光通信是一種以激光作為載體通過大氣信道實(shí)現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、圖像等信息傳輸?shù)臒o線通信技術(shù)。與無線射頻(RadioFrequency，RF)通信技術(shù)相比，F(xiàn)SO具有高速率、大容量以及保密性好等優(yōu)勢，適用于信息安全要求高、電磁敏感的高速通信場景。與光纖通信等有線通信技術(shù)相比，F(xiàn)SO鏈路避免了管道施工的難度和建設(shè)成本，在通信連接靈活性與網(wǎng)絡(luò)覆蓋可達(dá)性方面具有明顯優(yōu)勢。尤其FSO通信的快速安裝和無需頻譜許可的特性，使其在運(yùn)動賽事、災(zāi)難救援、臨時集會等應(yīng)急通信場景中具有廣泛的應(yīng)用前景。同時，F(xiàn)SO通信系統(tǒng)可與現(xiàn)有的光纖通信網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)靈活的網(wǎng)絡(luò)融合。作為一種無線通信與光通信的融合通信技術(shù)，F(xiàn)SO通信對于下一代通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)具有重要的研究意義。

盡管如此，激光在空間中傳輸易受大氣損耗和湍流效應(yīng)的影響，且對光束對準(zhǔn)要求較高，限制了FSO通信的可靠性與傳輸距離?，F(xiàn)有技術(shù)主要通過自適應(yīng)光學(xué)、信道編碼、空間分集等方法解決大氣條件及對準(zhǔn)偏差對激光傳輸損耗的影響。這些技術(shù)為提升點(diǎn)對點(diǎn)FSO鏈路的傳輸速率及擴(kuò)展傳輸距離提供了有效的解決思路，但通常要求FSO通信節(jié)點(diǎn)復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號處理算法。在多節(jié)點(diǎn)FSO通信系統(tǒng)或FSO通信網(wǎng)絡(luò)化傳輸場景中，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與算法將為系統(tǒng)運(yùn)行帶來額外的成本和代價。針對此問題，中繼協(xié)作通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

中繼協(xié)作通信是利用中繼節(jié)點(diǎn)對源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的鏈路傳輸質(zhì)量和傳輸速率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)。中繼協(xié)作通信技術(shù)起源于無線移動通信系統(tǒng)，該技術(shù)的原理是當(dāng)小區(qū)內(nèi)所有用戶的工作頻段相同時，可將系統(tǒng)分解為三種類型的節(jié)點(diǎn)，以發(fā)送信息的用戶為源節(jié)點(diǎn)，接收信息的用戶為目的節(jié)點(diǎn)，其他用戶則為中繼節(jié)點(diǎn)。所有中繼節(jié)點(diǎn)都可以看作是接收信息用戶節(jié)點(diǎn)的收發(fā)機(jī)天線，因此網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一個虛擬的多輸入多輸出(Multi-InputMulti-Output，MIMO)天線系統(tǒng)，允許不同用戶共享天線，使得單個天線終端也能獲得分集增益，進(jìn)而在不增加系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的前提下為提高傳輸質(zhì)量和傳輸容量提供了技術(shù)途徑。

將協(xié)作通信應(yīng)用于FSO系統(tǒng)中，可以使兩者的優(yōu)勢在通信系統(tǒng)中得到充分的體現(xiàn)。通過將光束分路，經(jīng)由不同的中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，并在接收端進(jìn)行光束合并的方式可實(shí)現(xiàn)光信號的空間分集增益，進(jìn)而提高光信號在大氣信道中的抗衰落能力。目前已有少量研究從理論分析的角度開展了協(xié)作FSO通信的研究。然而，目前的協(xié)作FSO通信系統(tǒng)主要采取以下協(xié)作方式：

(1)全中繼協(xié)作方法：全部中繼直接參與協(xié)作傳輸，雖然其實(shí)現(xiàn)簡單，但當(dāng)有中繼鏈路信道狀態(tài)較差時，會增加系統(tǒng)的解碼難度和誤碼率等，而且會增加中繼鏈路的負(fù)載，造成不必要的鏈路帶寬浪費(fèi)；

(2)基于信標(biāo)光的協(xié)作方法：在信息序列中插入信標(biāo)光以探測信道狀態(tài)信息(Channel State Information，CSI)，據(jù)此進(jìn)行中繼選擇優(yōu)化的方法，雖然能降低無效中繼的影響和減少鏈路帶寬的浪費(fèi)，但插入信標(biāo)光會占據(jù)鏈路帶寬，引起額外的信道開銷。因此如何將上述兩種方法之間進(jìn)行折中，結(jié)合兩種協(xié)作傳輸方法的優(yōu)勢對提升協(xié)作FSO通信系統(tǒng)的性能尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于動態(tài)中繼的自由空間光協(xié)作通信系統(tǒng)及方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：