CN1117435C - 激光和微波混合通讯方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光和微波的混合通讯方法及系统。本发明的混合通讯系统包括：一激光通讯设备；一微波通讯设备；和一切换装置，它在接收信号强度值小于预定阈值时，将用于通讯的输入/输出端连接到通过微波通讯设备通讯的微波通讯设备的输入/输出端。利用这种系统，正常条件下，由激光进行通讯。但是，当由于天气情况，如雾等，由激光通讯所接收到的信号的幅度低于阈值时，本发明能够使能微波通讯，补偿了激光通讯的缺点。

Description

激光和微波混合通讯方法及系统
技术领域
本发明涉及一种混合通讯方法及系统，由此可以采用激光通讯和微波通讯。具体地说，本发明涉及激光和微波混合通讯方法及系统，其中能够根据天气情况主要利用激光进行通讯，偶而利用微波进行通讯。
背景技术
作为无线通讯方法，有微波通讯和激光通讯。微波通讯方法是一种利用微波包括射频(RF)的无线通讯方法。激光通讯是另一种主要利用半导体激光的无线通讯方法。每种方法都有它们各自的优点和缺点。
激光通讯因为使用范围在万亿赫兹的超高频半导体激光而不受无线干扰。并且，对于激光通讯没有频带的行政管理，通讯质量非常好。但是，激光通讯具有易于受天气情况影响的缺点，比如说雾等等。例如，当雾非常大时，激光通讯可能衰减到通讯会停止。这在构筑使用激光通讯的中到长途无线通讯网络时会引起严重的问题。
相反，微波通讯不容易受到雾的影响。但是，在微波通讯中经常存在频率干扰，降低通讯质量。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种通讯方法和系统，它能补偿易于受雾影响的激光通讯的缺点。
本发明的另一个目的在于提供一种激光和微波混合通讯方法和系统，为了补偿激光通讯的缺点，它在激光通讯的质量由于雾而恶化时偶而采用微波通讯。
附图说明
图1是本发明系统的结构图；
图2是说明激光通讯方法一般特征的图；
图3是本发明系统的切换装置的结构图；
图4是一般激光通讯设备的光接收器的结构图；
图5是说明在根据本发明的系统中的切换到微波通讯装置的动作的时序图。
具体实施方式
为了达到上述目的，根据本发明的激光和微波混合通讯方法和系统，配备有激光通讯设备和微波通讯设备，一般使用激光通讯方法进行通讯，但在接收到的激光信号的幅度小于阈值时，通过切换装置启动转换进行微波通讯。
下面参照附图对本发明的激光和微波混合通讯方法和系统进行详细的解释。
图1是本发明的系统结构图。
图1描述了在“A”端和“B”端之间的通讯，两端都使用根据本发明实现的激光和微波混合通讯系统。
图1中示出的本发明的激光和微波混合通讯系统包括：一激光通讯设备(LA)，一微波通讯设备(NW)和一能够选择上述两种通讯方法中的一种的切换装置(SW)。
激光通讯设备(LA)将通讯信号调制成激光信号，并通过光发送器(Tx)将该信号发送到另一端。这种激光通讯设备(LA)在光接收器(Rx)接收从另一端发送来的激光信号，并调制该信号。微波通讯设备(NW)将通讯信号调制成微波，并将它们发送到另一端，并解调接收到的微波以生成通讯信号。
切换装置(SW)根据雾的程度选择激光通讯设备(LA)或微波通讯设备(NW)。该系统中，一般使用激光通讯设备(LA)通讯，但在通过激光通讯设备所接收到的信号的幅度低于阈值时，选择微波通讯设备(NW)来使用微波进行通讯。用下面的方式利用切换装置(SW)实现通讯设备的选择。如果通过切换装置(SW)选择了激光通讯设备(LA)，激光通讯设备的输入和输出端连接到整个系统的输入和输出端。用相同的方式，如果通过切换装置(SW)选择微波通讯设备(NW)，微波通讯设备的输入和输出端连接到整个系统的输入和输出端。
另一方面，即使在没有通过切换装置(SW)选择激光通讯设备(LA)通讯时，也将在激光通讯设备(LA)所接收到的信号输入到切换装置(SW)，用于在切换装置(SW)内利用接收信号强度指示器(下面将要描述)测量该信号的幅度。换句话说，本发明系统的切换装置(SW)监视通过激光通讯方法所接收到的信号幅度。
如果雾引起输入到切换装置(SW)的所接收激光信号的幅度低于预定的阈值，为了通过微波进行通讯，切换装置(SW)将系统的输入和输出端连接到微波通讯设备(NW)的输入和输出端。如果雾消失而导致所接收的激光信号的幅度增加到高于阈值，切换装置(SW)将系统的输入和输出端连接到激光通讯设备(LA)的输入和输出端用激光进行通讯。由于激光通讯的质量通常非常好，在平时希望使用激光通讯，仅仅在由于雾而使激光信号的接收恶化时，才使用微波通讯。如果雾消失了，激光通讯的质量恢复，希望再恢复到激光通讯。
图2是说明激光通讯方法的一般特征的框图。
当激光信号通过含有雾的大气时，信号严重衰减。由于这种衰减，激光通讯设备的有效覆盖范围受到限制，更严重的情况是，通讯可能会停止。
如图2所示，如果激光通讯方法用于a点和b点间的通讯，从光发送器(Tx)发送到空气中的激光由于空气中的微粒，如灰尘和雾气等，在传播过程中损失一部分能量。并且，发送到空气中的激光的能量的衰减依据于接收端的发散角(α)和透镜的尺寸。由灰尘和雾气等微粒引起的衰减被称作“天气情况衰减”，由于其它因素引起的衰减被称作“接收区域衰减”。为了实现激光通讯，天气情况衰减和接收区域衰减之和必须不少于-90dB。
接收区域衰减由下面的公式决定，如果发送和接收端之间的距离是1km，由在接收端的激光束的面积(或直径)和光接收器透镜的面积(或直径)来决定。
(发送端的激光输出)×[光接收器的透镜的面积(或直径)/激光束的面积(或直径)]
例如，如果当发送端(a)和接收端(b)之间的距离是1km，发散角(α)是1mRd，从发送端(a)发送的激光束在离开(a)1km的接收端(b)的直径(S)是1m。S是1m，如果激光输出是20mW并且如果光接收器的透镜的直径是100mm，那么根据上述公式计算的“接收区域衰减”是-27dB。
如果能见范围是270m，由于大雾引起的“天气情况衰减”大约是-50dB/km，如果能见范围是200m，由于大雾引起的“天气情况衰减”大约是-70dB/km。这样，在能见范围从200m至270m的雾中，“接收区域衰减”和“天气情况衰减”的总和大约在-77dB至-97dB之间。由于当前的激光束信号检测器的最小灵敏度是-90dB，对于激光通讯来说，“接收区域衰减”和“天气情况衰减”的总和不能小于-90dB。
在市区，一年中只有几天的雾大到影响激光通讯。因此，根据本发明的激光和微波混合通讯方法和系统在平时采用激光通讯，仅仅在激光通讯被雾削弱时才使用微波通讯。
下面参照图3、图4和图5详细解释本发明的激光和微波混合通讯方法和系统的从激光通讯到微波通讯的切换动作和反过来的切换动作。
图3是本发明的系统的切换装置的结构图。
切换装置(SW)包括一接收信号强度指示器(RSSI)，它接收在激光通讯设备(LA)的光接收器(Rx)接收和解调的电接收信号，并且生成一与该所接收到的信号强度成正比的电压信号；一比较器(Comp.)，它将从所述接收信号强度指示器(RSSI)输出的电压信号的幅度和预定的阈值比较，并输出一电压信号(LOS，信号的LOS)，该电压信号具有一由比较结果决定的逻辑电平；一控制单元(CC)，它根据从比较器(Comp.)输出的电压信号的逻辑电平生成一切换控制信号(SC)；和一切换单元(SB)，它根据从控制单元(CC)输入的切换控制信号(SC)将通讯系统的输入/输出端连接到激光通讯设备(LA)的输入/输出端或微波通讯设备(MW)的输入/输出端。
接收信号强度指示器(RSSI)生成一正比于在激光通讯设备(LA)的光接收器(Rx)上所接收的信号的幅度的电压信号。如图4中的一般的激光通讯设备的光接收器(Rx)的结构图所示，在光接收器(Rx)的透镜所接收的激光被通过APD模块和限制器电路转换成一电信号。该所接收到的信号输入到切换装置(SW)的接收信号强度指示器(RSSI)。
在接收信号强度指示器(RSSI)中，生成一正比与所接收到的信号强度的电压信号，该电压信号输入到比较器(Comp.)。
比较器(Comp.)将从光接收器(Rx)输入的所接收到的电信号的强度和阈值(预定的)进行比较，并生成一电压信号(LOS)，其具有一由比较结果决定的逻辑电平值。该电压信号输入到控制单元(CC)。
控制单元(CC)根据从比较器(Comp.)输出的电压信号(LOS)生成一切换控制信号(SC)。切换控制信号(SC)在接收信号强度大于阈值时使整个通讯系统的输入/输出端连接到激光通讯设备(LA)的输入/输出端，或者在接收信号强度小于阈值时使整个通讯系统的输入/输出端连接到微波通讯设备(MW)的输入/输出端。
切换单元(SB)根据从上述控制单元(CC)发送的切换控制信号(SC)将用于通讯的输入/输出端连接到激光通讯设备(LA)的输入/输出端或微波通讯设备(MW)的输入/输出端。
下面详细解释具有上述结构的本发明激光和微波混合通讯系统的操作。
在初始状态，用于通讯的输入/输出端连接到激光通讯设备(LA)的输入/输出端。这样，使用激光通讯设备(LA)进行通讯。如果有雾，在激光通讯设备(LA)所接收的信号强度由于雾而逐渐减少直到在接收信号强度指示器(RSSI)测量到的信号强度变得小于阈值时，从比较器(Comp.)输出的电压信号(LOS)改变。然后，从而决定将从控制单元(CC)输出的切换控制信号(SC)。最后，在切换单元(SB)中，进行将用于通讯的输入/输出端从激光通讯设备(LA)到微波通讯设备(MW)的切换，使通讯能够通过微波通讯设备(MW)进行。
即使在使用微波通讯设备(NW)通讯时，也在切换装置(SW)的接收信号强度指示器(RSSI)中监视在激光通讯设备(LA)的光接收器(Rx)接收到的激光通讯信号的强度。在监视时，如果接收到的激光信号的强度变得大于阈值，生成从比较器(Comp.)输出的电压信号的电平，由此决定从控制单元(CC)输出的切换控制信号(SC)，使切换装置(SB)进行将用于通讯的输入/输出端从微波通讯设备(MW)到激光通讯设备(LA)的切换。因此，使能激光通讯设备(LA)。
图5示出了在根据本发明的系统中切换到微波通讯设备的动作的时序图。
在图5中的LOS是从切换(SW)的比较器(Comp.)输出的作为电压值的比较结果的电压信号，表示从接收信号强度指示(RSSI)输出的信号强度，具有标准电压值。图5示出了一个例子，其中如果接收的激光信号的强度小于阈值，LOS被转换成“高电平”。在图5中，“tp”是LOS转换到“高电平”和切换到微波通讯设备(MW)完成之间的时间间隔。换句话说，在LOS转换到“高电平”后直到经过时间“tp”，才完成到微波通讯设备(MW)的切换。为了防止在激光信号强度暂时减小又马上恢复的情况下，微波通讯设备(MW)不时启动，切换动作在该时间间隔中进行。“tp”的值可以由用户在0.05ms至200ms的范围内指定。
本发明的激光和微波混合通讯方法及系统使用激光通讯设备和微波通讯设备。利用这种系统，正常条件下，由激光进行通讯。但是，当由于天气情况，如雾等，由激光通讯所接收到的信号的幅度低于阈值时，本发明能够使能微波通讯，补偿了激光通讯的缺点。

Claims (5)

1.一种激光和微波混合通讯系统，包括：
一激光通讯设备，它将电信号调制成激光信号，并发送该信号，它还接收从另一端发送来的激光信号，并将该信号解调成电信号；
一微波通讯设备，它将电信号调制成微波信号，并发送该信号，它还接收从另一端发送来的微波信号，并将该信号解调成电信号；和
一切换装置，它设有接收信号强度指示器，用于监视在激光通讯设备中接收到的信号的幅度，如果在所述接收信号强度指示器测量到的输出值小于预定阈值时，将用于通讯的输入/输出端连接到通过微波通讯设备通讯的微波通讯设备的输入/输出端。
2.根据权利要求1所述的激光和微波混合通讯系统，其中所述切换装置包括：
一接收信号强度指示器，它接收在激光通讯设备的光接收器接收和解调的电接收信号，并生成一正比于该接收信号的强度的电压信号；
一比较器，它将从所述接收信号强度指示器输出的电压信号的幅度和预定阈值进行比较，并输出一电压信号，该电压信号具有一由比较结果决定的逻辑电平；
一控制单元，它根据从比较器输出的电压信号的逻辑电平(LOS)生成一切换控制信号；和
一切换单元，它根据从控制单元输入的切换控制信号将通讯系统的输入/输出端连接到激光通讯设备的输入/输出端或微波通讯设备的输入/输出端。
3.根据权利要求2所述的激光和微波混合通讯系统，其中所述切换单元在初始状态将用于通讯的输入/输出端连接到激光通讯设备的输入输出端。
4.一种激光和微波混合通讯方法，包括：
(a)激光通讯步骤，在该步骤中，将电信号调制成激光信号并发送，接收从另一端发送的激光信号并将它解调成电信号；
(b)信号幅度测量步骤，在该步骤中，在激光通讯时，测量接收到的激光信号的幅度；
(c)步骤，在该步骤中，如果在上述步骤(b)中测量到的接收到的激光信号的幅度小于阈值，将用于通讯的输入/输出端连接到微波通讯设备的输入/输出端，以能够通过微波信号通讯；
(d)监视步骤，在该步骤中，即使在进行步骤(c)时也监视接收到的激光信号的幅度；和
(e)步骤，在该步骤中，如果在上述步骤(d)中测量到的接收到的激光信号的幅度变得大于阈值，将用于通迅的输入/输出端再次连接到激光通讯设备的输入/输出端。
5.根据权利要求4所述的激光和微波混合通讯方法，其中当在接收到的激光信号的强度变得小于阈值后经过时间间隔(tp)，再进行在上述步骤(c)中的将用于通讯的输入端连接到微波通讯设备的输入/输出端的切换动作。
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