CN102404049A - 基于云散射的无线光通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于云散射的无线光通信系统，该系统包括光发送设备和光接收设备，光发送设备由经过光学校准的多个光源阵列组成，光接收设备由大口径接收透镜作为接收天线，并由光阑改变检测器接收孔径，该系统基于云的散射建立无线光通信的非视距链路，在远距离的两点建立起非视距通信链路，实现快速、高效的散射光通信。系统中由光发送端发出光信号，通过天空中云的散射，在接收端检测散射光信号，实现实时通信。本发明降低了无线光通信系统中对光学天线对准精度的要求，能在远距离的两点快速建立起非视距通信链路，实现高效的散射光通信。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于云散射的无线光通信系统，该系统降低了无线光通信系统中对光学天线对准精度的要求，能在远距离的两点快速建立起非视距通信链路，实现高效的散射光通信。
背景技术
无线光通信技术是一种利用激光为载体，空气为传输介质，基于光传输的短距离点对点无线通信方式，也称为自由空间光通信技术（Free Space Optic，FSO）。FSO技术不占用无线电频率资源，抗电磁干扰能力强，保密性好，安装便捷，使用方便。但是，当前的FSO系统的工作方式采用LOS（Line Of Sight）链路，这要求通信链路上没有障碍物，在开通之前必须实现光学对准，然后才能实现正常的通信，这往往为实际的使用带来意想不到的困难和不便，并且通信性能会受到天气状况的影响，通信距离不远，且无法实现机动性。可以说，目前的无线光通信面临两个应用短板：一个是距离近；另一个是直视通信，建立联系前必须光学对准。
为了解决无线光通信在使用上的局限性，研究人员提出了紫外散射光通信。紫外光的波长较短，根据瑞利散射的原理，紫外光可以通过光散射实现全方位的通信，而无须实现通信前对准。虽然大气信道对紫外光同样有影响，但是只要选择合适的工作波段，比如日盲区紫外波段，就可以有效规避背景噪声，获得性能较好的通信效果。但是受限于器件等因素的影响，其散射传输距离一般在1公里以内。
发明内容
技术问题： 本发明的的目的是提供一种基于云散射的无线光通信系统，该系统包括光发送设备和光接收设备，实现远距离散射通信。
技术方案： 由于云中存在大量的云滴微粒，云中的散射主要是由于光子与悬浮在传输媒介中的云滴等微粒作用的结果。云滴的尺寸通常在0.1到10微米的范围之内，对于红光、红外光等长波长光源主要表现出米散射特性（信号光与气溶胶粒子间的瑞利散射相比较于米散射来说要小得多）。信号光在大气信道中传输时与这些尺寸和波长相当的微粒发生碰撞，表现出较强的米散射特性。对于非视距云散射通信系统来说，散射是完成通信的依赖方式，信号光子与微粒间的散射作用强弱取决于米散射相函数和散射系数，这两者又取决于微粒的尺度分布、粒子浓度以及散射媒介对给定波长光源的复折射系数。
本发明涉及基于云散射的无线光通信系统包括光发送设备和光接收设备，光发送设备由经过光学校准的多个光源阵列组成，光接收设备由大口径接收透镜作为接收天线，并由光阑改变检测器接收孔径，该系统基于云的散射建立无线光通信的非视距链路，在远距离的两点建立起非视距通信链路，实现快速、高效的散射光通信。
所述的光发送设备包括光源、驱动模块、光学发送透镜，驱动模块驱动光源发光，通过光学发送透镜发射到云上。
所述的光接收设备包括光检测器、信号处理模块、光学接收透镜和光阑，光学接收透镜接收通过光学发送透镜发射到云上的光，并提供天线增益，经调整光阑提高光学信噪比后将光信号送光检测器，光检测器将光信号转换为电信号，最后由信号处理模块将其恢复为原始数据。
有益效果： 本发明公开的这种基于云散射的无线光通信系统，可工作于NLOS (Non-Line Of Sight)链路，无须精确对准，能在远距离的两点快速建立起非视距通信链路，实现高效的散射光通信。
附图说明
图1是基于云散射的无线光通信系统应用示意图。其中发送端发射光信号，将光照射到云上，接收端检测云散射的信号，并通过光学组件以及信号处理模块将原始信号恢复回来。
图2 是于云散射的无线光通信系统框图。
其中有：光源1、驱动模块2、光学发送透镜3、光检测器4、信号处理模块5、光学接收透镜6、光阑7。
具体实施方式
本发明的基于云散射的无线光通信系统包括光发送设备和光接收设备，光发送设备由经过光学校准的多个光源阵列组成，光接收设备由大口径接收透镜作为接收天线，并由光阑改变检测器接收孔径，该系统基于云的散射建立无线光通信的非视距链路，在远距离的两点建立起非视距通信链路，实现快速、高效的散射光通信。
所述的光发送设备包括光源1、驱动模块2、光学发送透镜3，驱动模块2驱动光源1发光，通过光学发送透镜3发射到云上。所述的光接收设备包括光检测器4、信号处理模块5、光学接收透镜6和光阑7，光学接收透镜6接收通过光学发送透镜3发射到云上的光，并提供天线增益，经调整光阑7提高光学信噪比后将光信号送光检测器4，光检测器4将光信号转换为电信号，最后由信号处理模块5将其恢复为原始数据。
其中：
光源1采用大功率LED或者激光器，
驱动模块2采用可提供3A电流的驱动模块，
光学发送透镜3采用凸透镜，
光检测器4采用雪崩光电二极管或者光电倍增管 ，
信号处理模块5采用滤波和均衡处理电路 ，
光学接收透镜6采用大孔径凸透镜，
光阑7采用小孔径光阑。
将发送端固定于一调整架上，将待发送信号输入至驱动模块2，此时光源1发光并投射到云上，接收端同样固定于调整架上，光学接收透镜6将光信号汇聚后经过光阑7，调整光阑7的大小可以起到空间滤波的作用，以提高信噪比，光检测器4将光信号还原为电信号，最后由信号处理模块5处理后输出原始数据。
Claims (3)
1.一种基于云散射的无线光通信系统，其特征在于该系统包括光发送设备和光接收设备，光发送设备由经过光学校准的多个光源阵列组成，光接收设备由大口径接收透镜作为接收天线，并由光阑改变检测器接收孔径，该系统基于云的散射建立无线光通信的非视距链路，在远距离的两点建立起非视距通信链路，实现快速、高效的散射光通信。
2.按照权利要求1的基于云散射的无线光通信系统，其特征在于所述的光发送设备包括光源（1）、驱动模块（2）、光学发送透镜（3），驱动模块（2）驱动光源（1）发光，通过光学发送透镜（3）发射到云上。
3.按照权利要求1的基于云散射的无线光通信系统，其特征在于所述的光接收设备包括光检测器（4）、信号处理模块（5）、光学接收透镜（6）和光阑（7），光学接收透镜（6）接收通过光学发送透镜（3）发射到云上的光，并提供天线增益，经调整光阑（7）提高光学信噪比后将光信号送光检测器（4），光检测器（4）将光信号转换为电信号，最后由信号处理模块（5）将其恢复为原始数据。
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