CN105656507A - 一种无线光与射频混合通信系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种无线光与射频混合通信系统及使用方法，系统包括至少2台相同的混合通信设备，每台设备包括监测和控制单元和与之连接的无线光处理单元、无线射频处理单元，第一、二数据收发缓存单元及分包重组单元。第一、二数据收发缓存单元与分包重组单元连接。其使用方法为A和B端经射频互发通信信息，先建立射频通信链路。两端光天线再精确对准，建立光通信链路。A根据光通信链路质量对数据分包，经光链路发送。B接收数据后校验，经射频反馈结果，若无误A继续发送，有误A经射频重发。数据发送完成。B端将暂存的数据包组合还原。本发明只有出错的少量数据包经射频传送，充分发挥光通信的大带宽高速率优势，射频又提高了系统的可靠性。

Description

一种无线光与射频混合通信系统及使用方法

技术领域

本发明涉及无线光通信技术和无线射频通信技术，具体为一种无线光与射频混合通信系统及使用方法。

背景技术

无线光FSO(FreeSpaceOptical)传输技术是一种以自由空间为传输信道的光传输技术，其经过激光束实现信号的发射和接收，它具有保密性强、传输速率高、机动性强的特点。FSO以红外激光束为载体传输数据，红外波段比微波波段更小，更加灵活和方便。FSO系统的工作频段在300GHz以上，该频段的应用在全球不受管制，可以免费使用。FSO系统可传输数据、视频、语音等的信息，具有抗干扰能力强、极高的带宽、安装简便快捷、安全及成本低的特点。它同光纤通信一起构建的高质量的通信系统，广泛应用于军事保密通信、城域网路由保护和接入、基站连接等。

射频(RFRadioFrequency)一般指几十到几百兆赫频段，即VHF-UHF频段的电磁波，射频的载波功率能通过天线发射或接收，以交变的电磁场形式在自由空间以光速传播，碰到不同介质时射频传播速率发生变化，也会发生反射、折射、绕射、穿透等，引起各种电磁波损耗。在金属线传输时具有趋肤效应现象。射频在各种无源和有源电路中R、L、C各参数反映出是分布参数。

无线射频通信是在通信点之间广播携带通信数据的射频信号。一般射频广播的传输速率比光信号低，但射频广播信号可靠。自由空间的大气条件质量降低时，光发射将同步降质，而射频广播信号质量不受大气条件影响。虽然某些射频系统要求具备无阻挡的视距发送路径，但是空气中的粒子和杂质不会导致射频信号明显降质。在自由空间的条件导致光发射信号质量不可靠的情况下，射频通信仍可以可靠地进行。虽然射频通信的数据传递速率比光通信稍低，但是射频通信比光通信的数据发送具有更的可靠正确度和有效性。

现有的无线光与射频混合传输系统中无线光链路与射频链路的使用是1:1保护的。当无线光链路传输出现误码时，即由无线光链路切换为无线射频通信链路，以保障通信链路的可用。但这样的系统中无线光链路的利用效率不高，不能充分发挥无线光通信大带宽的优势，因为无线射频链路的带宽一般远远小于无线光链路带宽。

发明内容

本发明的目的是设计一种无线光与射频混合通信系统。本系统至少包括2台相同的无线光与射频混合通信设备，每台设备包括监测和控制单元和与之连接的无线光处理单元、无线射频处理单元，还包括与监测和控制单元连接的第一数据收发缓存单元、分包重组单元及第二数据收发缓存单元。第一数据收发缓存单元和第二数据收发缓存单元均与分包重组单元连接。

本发明的另一目的是设计一种无线光与射频混合通信系统的使用方法，相互通信的A端和B端设备先建立无线射频通信链路和无线光通信链路，A端将待发送数据分成固定长度的数据包，正常情况下通过无线光通信链路向B端发送，B端对接收的数据包校验，校验正确则要求A端发送下一数据包；校验有误要求A端重发，A端将由无线射频通信链路重发该数据包，B端再次校验，至A端全部数据发送完成，B端将缓存的数据包重新组合还原为A端发送的数据。

本发明设计的一种无线光与射频混合通信系统，包括至少2台相同的无线光与射频混合通信设备，2台无线光与射频混合通信设备互为发送端和接收端，向对方发送信息和接收对方的信息。

每台无线光与射频混合通信设备包括监测和控制单元和与之连接的无线光处理单元、无线射频处理单元，无线光处理单元配有无线光天线，进行无线光信号的收发处理；无线射频处理单元配有射频天线，进行无线射频信号的收发处理。监测和控制单元监测系统的无线光通信链路工作状态、校验接受数据、选择无线光处理单元或无线射频处理单元完成数据的发送或接收。还包括与监测和控制单元连接的第一数据收发缓存单元、分包重组单元及第二数据收发缓存单元。第一数据收发缓存单元和第二数据收发缓存单元均与分包重组单元连接。

本发明设计的一种无线光与射频混合通信系统的使用方法，包括如下主要步骤：

步骤Ⅰ、建立通信连接

无线光与射频混合通信系统包括至少2台无线光与射频混合通信设备，分别称为A端设备和B端设备。

A端设备和B端设备分别通过各自的无线射频处理单元将本设备的主要通信信息发送给对端，主要通信信息包括本设备的GPS坐标、射频天线和无线光天线的方向及俯仰角度，建立符合要求的A、B两端设备的无线射频处理单元之间的无线射频通信链路。因为无线射频通信对方向性和信道要求不高，故两端间的无线射频通信链路的建立较易。

之后A、B两端设备的无线光处理单元相互进行信标光螺旋扫描，实现A、B两端设备的无线光天线的精确对准，建立符合要求的A、B两端设备的无线光处理单元之间的无线光通信链路。在A、B两端无线光天线对准的过程中，A、B两端设备的通信和控制数据由各自的无线射频处理单元经二者之间的无线射频链路传输。

步骤Ⅱ、数据分包

A端设备的待发送数据接入A端的第一数据收发缓存单元暂存，监测和控制单元检测当前A、B两端设备的无线光处理单元之间的无线光通信链路质量，确定发送数据包的长度，即确定分包参数，分包重组单元根据监测和控制单元的分包参数将待发送数据分拆为长度固定的数据包，送入第二数据收发缓存单元暂存。

待发送数据分拆的包长为64～2048字节。所述监测控制单元检测的相互通信的二设备之间无线光通信链路通信质量越高数据包越大，反之数据包越小。

步骤Ⅲ、数据发送和检测接收

A端监测和控制单元接通无线光处理单元，由第二数据收发缓存单元内依次取出待发送数据包，A端无线光处理单元经A、B端之间的无线光通信链路向B端设备发送。

B端设备接收到A端发送的数据包后，送入B端的第二数据收发缓存单元暂存，监测和控制单元校验第二数据收发缓存单元内暂存的当前由A端接收的数据包，如果接收的数据校验结果正确，B端设备的监测和控制单元通过无线射频处理单元向A端设备发送信息，要求A端设备发送下一个数据包，A端设备接收到B端要求继续发送数据包的信息后，继续由无线光处理单元依序发送第二数据收发缓存单元内缓暂存的数据包；如果接收的数据校验结果有误，B端设备的监测和控制单元通过无线射频处理单元向A端设备发送信息，要求A端设备重新发送此出错的数据包；A端设备接收到B端要求重新发送的信息后，A端的监测和控制单元接通无线射频处理单元，由第二数据收发缓存单元内取出该数据包，由无线射频处理单元向B端设备发送；B端设备接收到A端重新发送的数据包后，送入B端的第二数据收发缓存单元，覆盖前次接收的出错数据包，B端监测和控制单元再次校验其第二数据收发缓存单元内暂存的当前由A端接收的该数据包，当接收的数据校验结果正确，要求A端设备发送下一个数据包。

本步骤A端的数据发送和B端的数据接收、校验及信息反馈反复进行，至A端设备的全部待发送数据发送完成。

步骤Ⅳ、组合还原

A端设备的全部待发送数据发送完成后，由A端无线射频处理单元向B端设备发送信息，告之B端本次数据发送完成。

B端的监测控制单元接收到A端设备的数据发送完成信息后，通过分包重组单元将第二数据收发缓存单元内缓存的全部数据包组合还原，还原数据送入B端的第一数据收发缓存单元内暂存。

与现有技术相比，本发明一种无线光与射频混合通信系统及使用方法的优点在于：1、待发送的数据分拆成多个数据包，接收端完成接收后进行重组；大部分数据包是通过无线光通信链路传输，只有出错的少量数据包经无线射频通信链路传送，充分利用了本系统无线光通信链路的大带宽传输和速率高的优势，又通过无线射频通信的高可靠性弥补了无线光传输受大气信道影响可靠性下降的缺陷，本发明将原有无线光通信链路的可靠性由99％提高到99.99％，传输速率却不会明显降低，仍与现有无线光通信相近；2、本系统开始使用时，先采用无线射频波束进行大范围扫描，建立无线射频通信链路，再用无线光波束进行精确对准，实现两端光学天线的对准，显著提高本系统的快速部署能力。

附图说明

图1本无线光与射频混合通信系统实施例中一台设备的结构示意图；

图2为本无线光与射频混合通信系统的使用方法实施例流程图。

具体实施方式

无线光射频混合通信系统实施例

本无线光与射频混合通信系统实施例，包括2台相同的无线光与射频混合通信设备，本例2台无线光与射频混合通信设备为A端发送端和B端接收端，相互向对方发送信息和接收对方的信息。

一台无线光与射频混合通信设备如图1所示，包括监测和控制单元、与之连接的无线光处理单元、无线射频处理单元、第一数据收发缓存单元、分包重组单元及第二数据收发缓存单元，无线光处理单元配有无线光天线，进行无线光信号的收发处理；无线射频处理单元配有射频天线，进行无线射频信号的收发处理。监测和控制单元监测系统的无线光通信链路工作状态、校验接受数据、选择无线光处理单元或无线射频处理单元完成数据的发送或接收。第一数据收发缓存单元和第二数据收发缓存单元均与分包重组单元连接。

无线光与射频混合通信系统的使用方法实施例

本使用方法实施例流程如图2所示，包括如下主要步骤：

步骤Ⅰ、建立通信连接

本例无线光与射频混合通信系统包括2台无线光与射频混合通信设备，分别称为A端设备和B端设备，其结构与上述的无线光与射频混合通信系统实施例的设备相同。

A端设备和B端设备分别通过各自的无线射频处理单元将本设备的主要通信信息发送给对端，主要通信信息包括本设备的GPS坐标、射频天线和无线光天线的方向及俯仰角度，建立符合要求的A、B两端设备的无线射频处理单元之间的无线射频通信链路。

之后A、B两端设备的无线光处理单元相互进行信标光螺旋扫描，实现A、B两端设备的无线光天线的精确对准，建立符合要求的A、B两端设备的无线光处理单元之间的无线光通信链路。在A、B两端无线光天线对准的过程中，A、B两端设备的通信和控制数据通过无线射频处理单元形成的无线射频链路传输。

步骤Ⅱ、数据分包

A端设备的待发送数据接入A端的第一数据收发缓存单元暂存，监测和控制单元检测当前A、B两端设备的无线光处理单元之间的无线光通信链路质量，确定发送数据包的长度，即确定分包参数，分包重组单元根据监测和控制单元的分包参数将待发送数据分拆为长度固定的数据包，送入第二数据收发缓存单元暂存。

待发送数据分拆的包长为64～2048字节。所述监测控制单元检测的相互通信的二设备之间无线光通信链路通信质量越高数据包越大，反之数据包越小。

步骤Ⅲ、数据发送和检测接收

A端监测和控制单元接通无线光处理单元，由第二数据收发缓存单元内依次取出待发送数据包，由无线光处理单元向B端设备发送，图2中经A、B端之间的无线光通信链路的数据发送用虚线表示。

B端设备接收到A端发送的数据包后，送入B端的第二数据收发缓存单元暂存，B端监测和控制单元校验其第二数据收发缓存单元内暂存的当前由A端接收的数据包，

如果接收的数据校验结果正确，B端设备的监测和控制单元通过无线射频处理单元向A端设备发送信息，要求A端设备发送下一个数据包，此信息的发送通过A、B端之间的无线射频通信链路完成，图2中用点划线表示；A端设备接收到B端要求继续发送数据包的信息后，继续由无线光处理单元依序发送第二数据收发缓存单元内暂存的数据包；

如果接收的数据校验结果有误，B端设备的监测和控制单元通过无线射频处理单元向A端设备发送信息，要求A端设备重新发送此出错的数据包，此信息的发送通过A、B端之间的无线射频通信链路完成，图2中用点划线表示；A端设备接收到B端要求重新发送的信息后，A端的监测和控制单元接通无线射频处理单元，由第二数据收发缓存单元内取出该数据包，由无线射频处理单元向B端设备发送，通过A、B端之间的无线射频通信链路重发有误数据包，图2中用点划线表示；B端设备接收到A端重新发送的数据包后，送入B端的第二数据收发缓存单元，覆盖前次接收的出错数据包，B端监测和控制单元再次校验其第二数据收发缓存单元内暂存的当前由A端接收的该数据包，至接收的数据校验结果正确，要求A端设备发送下一个数据包。

本步骤的A端发送和B端校验接收反复进行，至A端设备的全部待发送数据发送完成。

步骤Ⅳ、组合还原

A端设备的全部待发送数据发送完成后，由A端无线射频处理单元向B端设备发送信息，告之B端本次数据发送完成，此信息的发送通过A、B端之间的无线射频通信链路完成，图2中用点划线表示。

B端的监测控制单元接收到A端设备的数据发送完成信息后，通过分包重组单元将第二数据收发缓存单元内暂存的全部数据包组合还原，还原数据送入B端的第一数据收发缓存单元内暂存。

本系统的使用方法实施例在通信过程中高效地利用了无线光通信链路的大带宽，也充分利用了无线射频通信链路的高可靠性。

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无线光与射频混合通信系统，包括至少2台相同的无线光与射频混合通信设备，2台无线光与射频混合通信设备互为发送端和接收端，向对方发送信息和接收对方的信息；每台无线光与射频混合通信设备包括监测和控制单元和与之连接的无线光处理单元、无线射频处理单元，无线光处理单元配有无线光天线，进行无线光信号的收发处理；无线射频处理单元配有射频天线，进行无线射频信号的收发处理；其特征在于：

所述监测和控制单元监测系统的无线光通信链路工作状态、校验接受数据、选择无线光处理单元或无线射频处理单元完成数据的发送或接收；

本系统还包括与监测和控制单元连接的第一数据收发缓存单元、分包重组单元及第二数据收发缓存单元；第一数据收发缓存单元和第二数据收发缓存单元均与分包重组单元连接。

2.根据权利要求1所述的无线光与射频混合通信系统的使用方法，其特征在于包括如下主要步骤：

步骤Ⅰ、建立通信连接

无线光与射频混合通信系统包括至少2台无线光与射频混合通信设备，分别称为A端设备和B端设备；

A端设备和B端设备分别通过各自的无线射频处理单元将本设备的主要通信信息发送给对端，主要通信信息包括本设备的GPS坐标、射频天线和无线光天线的方向及俯仰角度，建立符合要求的A、B两端设备的无线射频处理单元之间的无线射频通信链路；

之后A、B两端设备的无线光处理单元相互进行信标光螺旋扫描，实现A、B两端设备的无线光天线的精确对准，建立符合要求的A、B两端设备的无线光处理单元之间的无线光通信链路；在A、B两端无线光天线对准的过程中，A、B两端设备的通信和控制数据由各自的无线射频处理单元经二者之间的无线射频链路传输；

步骤Ⅱ、数据分包

A端设备的待发送数据接入A端的第一数据收发缓存单元缓存，监测和控制单元检测当前A、B两端设备的无线光处理单元之间的无线光通信链路质量，确定发送数据包的长度，即确定分包参数，分包重组单元根据监测和控制单元的分包参数将待发送数据分拆为长度固定的数据包，送入第二数据收发缓存单元暂存；

步骤Ⅲ、数据发送和检测接收

A端监测和控制单元接通无线光处理单元，由第二数据收发缓存单元内依次取出待发送数据包，由A端无线光处理单元经A、B端之间的无线光通信链路向B端设备发送；

B端设备接收到A端发送的数据包后，送入B端的第二数据收发缓存单元暂存，监测和控制单元校验第二数据收发缓存单元内暂存的当前由A端接收的数据包：

如果接收的数据校验结果正确，B端设备的监测和控制单元通过无线射频处理单元向A端设备发送信息，要求A端设备发送下一个数据包，A端设备接收到B端要求继续发送数据包的信息后，继续由无线光处理单元依序发送第二数据收发缓存单元内暂存的数据包；

如果接收的数据校验结果有误，B端设备的监测和控制单元通过无线射频处理单元向A端设备发送信息，要求A端设备重新发送此出错的数据包；A端设备接收到B端要求重新发送的信息后，A端的监测和控制单元接通无线射频处理单元，由第二数据收发缓存单元内取出该数据包，由无线射频处理单元向B端设备发送；B端设备接收到A端重新发送的数据包后，送入B端的第二数据收发缓存单元，覆盖前次接收的出错数据包，B端监测和控制单元再次校验其第二数据收发缓存单元内暂存的当前由A端接收的该数据包，当接收的数据校验结果正确，要求A端设备发送下一个数据包；

本步骤A端的数据发送和B端的数据接收、校验及信息反馈反复进行，至A端设备的全部待发送数据发送完成；

步骤Ⅳ、组合还原

A端设备的全部待发送数据发送完成后，由A端无线射频处理单元向B端设备发送信息，告之B端本次数据发送完成；

B端的监测控制单元接收到A端设备的数据发送完成信息后，通过分包重组单元将第二数据收发缓存单元内缓存的全部数据包组合还原，还原数据送入B端的第一数据收发缓存单元内暂存。

3.根据权利要求2所述的无线光与射频混合通信系统的使用方法，其特征在于：

待发送数据分拆的数据包包长为64～2048字节。

4.根据权利要求3所述的无线光与射频混合通信系统的使用方法，其特征在于：

所述监测控制单元检测的相互通信的二设备之间无线光通信链路通信质量越高数据包越大，反之数据包越小。