CN106209163B

CN106209163B - 基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统

Info

Publication number: CN106209163B
Application number: CN201610451844.7A
Authority: CN
Inventors: 祝宁华; 刘大畅; 刘建国; 陈伟
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2018-06-08
Anticipated expiration: 2036-06-21
Also published as: CN106209163A

Abstract

本发明公开了一种基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统，系统由加密端、发射端、接收端和解密端组成。发射端主要由光波源，微波源，调制单元和发射天线组成，接收端主要由接收天线，解调单元组成，加密端和解密端分别由编码单元和解码单元组成。双链路各提供一个稳定的通信信道，在加密端通过编码单元对信号混入随机信号后在载波之间实现跳变，使数据不规律的分布在信道内，提高了通信数据的保密性，在接收端通过解码单元将加密信号解出，完成高效率，高保密性的信号传输。

Description

基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统。

背景技术

微波通信和空间无线光通信作为目前主要的通信手段，在现代社会中的军事和民用领域都具有重要作用。微波通信和空间无线光通信均属于无线光通信，其区别在于载波频率不同，也可分别称为射频通信和光通信。微波通信是目前大面积采用的稳定可靠通信方式，具有覆盖面积广，频带宽，信息容量大，抗干扰能力强等优势，需要设中继通讯站，而空间无线光通信作为新生通信方式，具有更大的通信频带宽，更大的信息容量，更高的通信速率，抗干扰，抗捕获能力更强，体积小，质量轻，功耗低，免无线电频率更高使用许可，组网灵活等优势。两中通信方式利弊参半，缺一不可，所以本专利是基于微波通信和空间无线光通信双链路的通信系统。

随着对通信容量扩充需求的爆炸式发展，信息的安全性也引起高度重视。无论是微波通信还是空间无线光通信链路都存在信息泄密的风险，目前普遍采用对信源进行算法加密的方法提高通信安全性，然而高性能的计算技术发展已严峻威胁着普通算法的安全性能，依靠大量运算的算法加密同时也耗费了大量的成本，如何实现低成本高效率的加密及解密技术已然迫在眉睫。此时源于无线电通信的跳频技术应运而生，该技术使信息流在不同的载波之间按一定序列跳变，弥补算法加密的不足。本发明提出了一种基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统，通过跳频技术对信息进行加密，而后在两条链路的四条信道内传输，也可以在微波通信或空间无线光通信系统内的两条信道内单独传输，实现高效率，高保密性的信号传输。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统，其加密端、发射端、接收端和解密端，均可布置在地面平台、航空平台、热气球平台、卫星空间平台等平台，在不同平台之间构成地对地，地对空或者空对空之间的数据传输。在微波通信和空间无线光通信链路中，通过调制器和混频器将加密信号和载波分别调制成光信息和微波信号，通过带有放大、捕获、跟踪定位、瞄准、准直聚焦功能的发射天线和接收天线建立两个稳定的不同波长的链路。利用跳频技术将电信号与随机信号混合组成新的加密信号，并且控制信号在不同载波之间快速跳变，使数据不规律的分布在信道内，提高了通信数据的保密性，在接收端再将信号解出，完成高效率，高保密性的信号传输。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统，该系统由加密端、发射端、接收端和解密端连接而成，其中：

上述方案中，所述加密端包括：一信号源，用于提供待传输的电信号；一编码单元，用于将电信号碎片化，使待传输的电信号与随机信号混合组成两路新的加密信号，控制加密信号在载波之间实现跳变；

上述方案中，所述发射端包括：一光波源，用于提供光载波；一微波源，用于提供微波载波；一调制单元，用于将光载波与加密信号调制成光信号，并进行放大及滤波；一调制单元，用于将微波载波与加密信号进行调制，滤波，混频，放大；一发射天线，用于将光信号发射出去；一发射天线，用于将微波信号发射出去；

上述方案中，所述接收端包括：一接收天线，用于接收光信号；一接收天线，用于接收微波信号；一解调单元，用于将接收到的光信号进行放大及滤波，并解调制成电信号；一解调单元，用于将接收到的微波信号进行放大、滤波及混频，并解调成电信号；

上述方案中，所述解密端包括：一解码单元，用于去除两路加密信号中的随机信号，将加密信号解密后整合成一路完整的信号；一信号输出，用于输出电信号。

上述方案中，所述的跳频通信系统，其中信号源可以产生数字信号或模拟信号。

上述方案中，所述的跳频通信系统，其中编码单元、解码单元，用于实现跳频通信的加密及解密过程，通过FPGA芯片及相关电路配套或电开关或时分复用实现。

上述方案中，所述的跳频通信系统，其中光波源是半导体激光器或光纤激光器，其波长选择在大气窗口范围之内或任意波长。

上述方案中，所述的跳频通信系统，其中微波源是任意类型的的微波源，其频率任意。

上述方案中，所述的跳频通信系统，其中调制单元，包括调制器、放大器和滤波器，其中调制器是铌酸锂晶体的、半导体聚合物的，或有机聚合物的；是强度调制器、BPSK、DPSK、QPSK或QAM相位调制器，放大器是半导体光放大器或光纤放大器。

上述方案中，所述的跳频通信系统，其中光波源和调制单元是外调类型或直调类型激光器。

上述方案中，所述的跳频通信系统，其中调制单元，包括放大器、滤波器、混频器及调制器，其中放大器包括低噪声放大器或射频放大器，滤波器包括射频滤波器或带宽滤波器。

上述方案中，所述的跳频通信系统，其中发射天线与接收天线，主要包括放大、捕获、跟踪定位、瞄准、准直聚焦功能，实现远距离的信号发射与接收，建立稳定的通信信道，发射天线与接收天线之间的传输介质为大气或真空。

上述方案中，所述的跳频通信系统，其中解调单元是强度解调器或BPSK、DPSK、QPSK或QAM相位解调器。

上述方案中，所述的跳频通信系统，其中解调单元，包括放大器、滤波器、混频器及解调器，其中放大器包括任何类型的低噪声放大器或射频放大器，滤波器射频滤波器或带宽滤波器。

上述方案中，所述的跳频通信系统，其中加密端、发射端、接收端和解密端，均可布置在地面平台、航空平台、热气球平台或卫星空间平台，在不同平台之间构成地对地，地对空或者空对空之间的数据传输，且可建立至少两条通信链路。

上述方案中，所述跳频通信系统，其中加密过程为：在加密端，待发射的电信号进入编码单元，将电信号碎片化，使待传输的电信号与随机信号混合组成两路新的加密信号，控制加密信号在载波之间实现跳变，在发射端将电信号调制到载波上后，使数据不规律的分布在两个通信信道内，再通过发射天线进行传输。

上述方案中，所述跳频通信系统，其中解密过程为：在接收端，通过解调器单元将信号解调成电信号，传输到解密端的解码单元中，与加密端的过程相反，实行去除随机信号，将加密信号解密后重新整合成一路完整信号，最后再将高保密性的信号输出。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1)通过建立微波通信和空间光通信的双链路系统，可以在不同应用场景下选择合适的通信链路，互不干扰，建立可靠有效的通信信道。

2)通过FPGA对信号的高速准确处理能力，使信号在不同载波之间快速跳变，增加信息被截获的难度，提高通信安全性。

3)在双链路系统中利用跳频技术进行加密及解密，操作过程快速、方便、简单。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1是本发明提供的基于微波通信和空间光通信双链路的跳频通信系统的结构示意图；

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，图1是本发明提供的基于微波通信和空间光通信双链路的跳频通信系统的结构示意图，该系统由加密端、发射端、接收端和解密端连接而成，其中：

加密端包括：一信号源(1)，用于提供待传输的电信号；一编码单元(2)，用于将电信号碎片化，使待传输的电信号与随机信号混合组成两路新的加密信号，控制加密信号在载波之间实现跳变；

发射端包括：一光波源(3)，用于提供光载波；一微波源(4)，用于提供微波载波；一调制单元(5)，用于将光载波与加密信号调制成光信号，并进行放大及滤波；一调制单元(6)，用于将微波载波与加密信号进行调制，滤波，混频，放大；一发射天线(7)，用于将光信号发射出去；一发射天线8，用于将微波信号发射出去；

接收端包括：一接收天线(9)，用于接收光信号；一接收天线(10)，用于接收微波信号；一解调单元(11)，用于将接收到的光信号进行放大及滤波，并解调制成电信号；一解调单元(12)，用于将接收到的微波信号进行放大、滤波及混频，并解调成电信号；

解密端包括：一解码单元(13)，用于去除两路加密信号中的随机信号，将加密信号解密后整合成一路完整的信号；一信号输出(14)，用于输出电信号。

所述的跳频通信系统，其中信号源(1)可以产生数字信号或模拟信号。

所述的跳频通信系统，其中编码单元(2)、解码单元(13)，用于实现跳频通信的加密及解密过程，通过FPGA芯片及相关电路配套或电开关或时分复用实现。

所述的跳频通信系统，其中光波源(3)是半导体激光器或光纤激光器，其波长选择在大气窗口范围之内或任意波长。

所述的跳频通信系统，其中微波源(4)是任意类型的的微波源，其频率任意。

所述的跳频通信系统，其中调制单元(5)，包括调制器、放大器和滤波器，其中调制器是铌酸锂晶体的、半导体聚合物的，或有机聚合物的；是强度调制器、BPSK、DPSK、QPSK或QAM相位调制器，放大器是半导体光放大器或光纤放大器。

所述的跳频通信系统，其中光波源(3)和调制单元(5)是外调类型或直调类型激光器。

所述的跳频通信系统，其中调制单元(6)，包括放大器、滤波器、混频器及调制器，其中放大器包括低噪声放大器或射频放大器，滤波器包括射频滤波器或带宽滤波器。

所述的跳频通信系统，其中发射天线(7)、(8)与接收天线(9)、(10)，主要包括放大、捕获、跟踪定位、瞄准、准直聚焦功能，实现远距离的信号发射与接收，建立稳定的通信信道，发射天线与接收天线之间的传输介质为大气或真空。

所述的跳频通信系统，其中解调单元(11)是强度解调器或BPSK、DPSK、QPSK或QAM相位解调器。

所述的跳频通信系统，其中解调单元(12)，包括放大器、滤波器、混频器及解调器，其中放大器包括任何类型的低噪声放大器或射频放大器，滤波器射频滤波器或带宽滤波器。

所述的跳频通信系统，其中加密端、发射端、接收端和解密端，均可布置在地面平台、航空平台、热气球平台或卫星空间平台，在不同平台之间构成地对地，地对空或者空对空之间的数据传输，且可建立至少两条通信链路。

所述跳频通信系统，其中加密过程为：在加密端，待发射的电信号进入编码单元，将电信号碎片化，使待传输的电信号与随机信号混合组成两路新的加密信号，控制加密信号在载波之间实现跳变，在发射端将电信号调制到载波上后，使数据不规律的分布在两个通信信道内，再通过发射天线进行传输。

所述跳频通信系统，其中解密过程为：在接收端，通过解调器单元将信号解调成电信号，传输到解密端的解码单元中，与加密端的过程相反，实行去除随机信号，将加密信号解密后重新整合成一路完整信号，最后再将高保密性的信号输出。

以上说明书的具体实施例，对本发明的技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统，该系统由加密端、发射端、接收端和解密端四部分组成，

其中加密端包括：

一信号源(1)，用于提供待传输的电信号；

一编码单元(2)，用于将电信号碎片化，使待传输的电信号与随机信号混合组成两路新的加密信号，控制加密信号在载波之间实现跳变；

发射端包括：

一光波源(3)，用于提供光载波；

一微波源(4)，用于提供微波载波；

一光信号调制单元(5)，用于将光载波与加密信号调制成光信号，并进行放大及滤波；

一微波信号调制单元(6)，用于将微波载波与加密信号进行调制，滤波，混频，放大；

一光信号发射天线(7)，用于将光信号发射出去；

一微波信号发射天线(8)，用于将微波信号发射出去；

接收端包括：

一光信号接收天线(9)，用于接收光信号；

一微波信号接收天线(10)，用于接收微波信号；

一光信号解调单元(11)，用于将接收到的光信号进行放大及滤波，并解调制成电信号；

一微波信号解调单元(12)，用于将接收到的微波信号进行放大、滤波及混频，并解调成电信号；

解密端包括：

一解码单元(13)，用于去除两路加密信号中的随机信号，将加密信号解密后整合成一路完整的信号；

一信号输出(14)，用于输出电信号；

其中加密端、发射端、接收端和解密端，均可布置在地面平台、航空平台、热气球平台或卫星空间平台，在不同平台之间构成地对地，地对空或者空对空之间的数据传输，且建立至少两条通信链路；在加密端，待发射的电信号进入编码单元，将电信号碎片化，使待传输的电信号与随机信号混合组成两路新的加密信号，控制加密信号在载波之间实现跳变，在发射端将电信号调制到载波上后，使数据不规律的分布在两个通信信道内，再通过发射天线进行传输；在接收端，通过解调器单元将信号解调成电信号，传输到解密端的解码单元中，与加密端的过程相反，实行去除随机信号，将加密信号解密后重新整合成一路完整信号，最后再将高保密性的信号输出。

2.根据权利要求1所述的基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统，其中信号源(1)产生数字信号或模拟信号。

3.根据权利要求1所述的基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统，其中编码单元(2)、解码单元(13)实现跳频通信的加密及解密过程，通过FPGA芯片及相关电路配套，或电开关，或时分复用实现。

4.根据权利要求1所述的基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统，其中光波源(3)是半导体激光器或光纤激光器，其波长选择在大气窗口范围之内或任意波长，该光波源(3)和光信号调制单元(5)是外调类型或直调类型激光器。

5.根据权利要求1所述的基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统，其中微波源(4)是任意类型的微波源，其频率任意。

6.根据权利要求1所述的基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统，其中光信号调制单元(5)，包括调制器、放大器和滤波器，调制器是铌酸锂晶体的、半导体聚合物的、或有机聚合物的；是强度调制器、BPSK、DPSK、QPSK或QAM相位调制器，放大器是半导体光放大器或光纤放大器。

7.根据权利要求1所述的基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统，其中微波信号调制单元(6)，包括放大器、滤波器、混频器及调制器，其中放大器包括低噪声放大器或射频放大器，滤波器包括射频滤波器或带宽滤波器。

8.根据权利要求1所述的基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统，其中光信号发射天线(7)、微波信号发射天线(8)与光信号接收天线(9)、微波信号接收天线(10)之间的传输介质为大气或真空。

9.根据权利要求1所述的基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统，其中光信号解调单元(11)是强度解调器或BPSK、DPSK、QPSK或QAM相位解调器。

10.根据权利要求1所述的基于微波通信和空间无线光通信双链路的跳频通信系统，其中微波信号解调单元(12)，包括放大器、滤波器、混频器及解调器，放大器包括任何类型的低噪声放大器或射频放大器，滤波器包含射频滤波器或带宽滤波器。