CN112291001A - 电光双载波互校验自由空间通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电光双载波互校验自由空间通信方法、系统及存储介质，对无线电通信模块和自由空间光通信模块做紧耦合功能集成，通过双载波信息传输、同源信息互校验等手段提升自由空间通信系统可靠性。本发明紧密结合了无线电通信系统随遇接入、灵活可控的内生属性和自由空间光通信抗电磁干扰、抗路径截获的信道优势；通过双载波信息传输拓展了自由空间通信适用范围，通过信息互校验提升了自由空间通信可靠性，为无线通信网络体系换代升级提供全新技术思路。

Description

电光双载波互校验自由空间通信方法

技术领域

本发明无线电通信、自由空间光通信等学科领域，具体是指一种通过无线电载波和自由空间光载波同时传递信息并相互校验以提升系统可靠性的自由空间通信方法，尤其涉及一种电光双载波互校验自由空间通信方法、系统及存储介质。

背景技术

自由空间通信是外场环境下各种机动平台协同联络的重要手段，主要通过无线电载波实现。无线电通信系统具有随遇接入、灵活可控、毋须跟瞄等诸多优势，是自由空间通信的首选技术方案。然而当前无线电信号主要以广播(非定向)方式传输，极易受到组播窃听攻击。此外，无线电通信会在强电磁干扰下失灵。

另一方面，自由空间光通信具有通信容量大、频谱不受限、抗电磁干扰、抗组播窃听等优点，可作为无线电通信的重要补充，为各类机动平台提供可靠通信保障，并在一些特殊应用诸如强电磁干扰下深空激光通信、水下蓝绿光通信和自由空间量子通信等发挥不可替代的作用。然而，自由空间光通信需要持久稳定的光学传输信道，除要求通信双方互相可视外，对跟踪瞄准系统性能也提出了严格要求，这一特性限制了自由空间光通信的广泛运用。

现阶段无线电通信系统和自由空间光通信系统总是(非此即彼地)独立使用，难以弥补固有性能短板并在各种复杂环境中稳定运行。

发明内容

针对现有技术，本发明要解决的技术问题是如何将无线电通信模块和自由空间光通信模块做紧耦合功能集成；自由空间光通信模块搜索跟踪视距范围内的固定接入站或无线通信系统，建立持久稳定的自由空间光学信道；无线电通信模块通过固定接入站接入无线通信网络或直接与另一无线通信系统连接；通信双方分别通过无线电通信链路和光通信链路(中间可包含光纤通信链路)传输信息，并对两路载波携带的同源信息做互校验操作。

为了达到上述效果，本发明提供的电光双载波互校验自由空间通信方法，通过发送方和接收方实现，包括以下步骤，

步骤一、自由空间光通信信号传输，即无线电通信模块通过固定接入站接入无线通信网络或直接与另一无线通信系统连接，通过自由空间光载波传输信息；

步骤二、无线电通信信号传输，即无线电通信模块通过固定接入站接入无线通信网络或直接与另一无线通信系统连接，通过无线电载波传输信息；

步骤三、同源信息互校验，即通过比较双载波携带的同源信息实现传输误码纠错、加密信息交互、冒充接入识别功能，实现安全可靠自由空间通信。

优选的，上述方法对无线电通信模块和自由空间光通信系统做紧耦合功能集成，通过双载波信息传输、同源信息互校验提升自由空间通信系统可靠性。

优选的，上述信息传输载体为电磁波(非光频段)，所述发送方和接收方通过无线电通信链路连接并采用相同的载波频段、通信协议和加密方案。

优选的，上述信息传输载体为光波，所述发送方和接收方通过自由空间光学信道连接并采用相同的工作波长、通信协议和加密方案。

优选的，上述无线电通信模块通过无线电通信链路传输信息，自由空间光通信模块通过自由空间光学信道传输信息，无线电通信和自由空间光通信独立运行互不影响。

优选的，上述无线电通信链路和自由空间光通信链路是直连链路或是含中继链路。

优选的，上述中继链路中包含光纤信道；所述两条链路传输的信息可以相同也可以不同。

优选的，上述方法中的互校验将无线电载波携带的信息和自由空间光载波携带的信息做比对校验；发送方将相同信息调制于电光双载波时，信息互校验主要用于执行误码检查；当发送方将不同信息调制于不同载波时，信息互校验主要用于执行数据还原。

一种实现电光双载波互校验自由空间通信方法的系统，包括发送方、接收方、无线电通信模块、自由空间光通信系统、无线电通信链路、自由空间光学信道，系统还包括：

自由空间光通信信号传输模块，用于无线电通信模块通过固定接入站接入无线通信网络或直接与另一无线通信系统连接，通过自由空间光载波传输信息；

无线电通信信号传输模块，用于无线电通信模块通过固定接入站接入无线通信网络或直接与另一无线通信系统连接，通过无线电载波传输信息；

同源信息互校验模块，用于通过比较双载波携带的同源信息实现传输误码纠错、加密信息交互、冒充接入识别功能，实现安全可靠自由空间通信。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1、本发明对无线电通信模块和自由空间光通信模块做紧耦合功能集成，通过双载波信息传输、同源信息互校验等手段提升自由空间通信系统可靠性；

2、本发明紧密结合了无线电通信随遇接入、灵活可控的内生属性和自由空间光通信抗电磁干扰、抗路径截获的信道优势；

3、本发明通过双载波信息传输拓展了自由空间通信适用范围，通过信息互校验提升了自由空间通信可靠性，为无线通信网络体系换代升级提供全新的技术思路；

4、本发明可解决无线电通信系统在强电磁干扰下的失灵问题(此时自由空间光通信模块仍保有信息传输能力)和自由空间光通信系统的脱瞄失联问题(此时无线电通信模块仍保有信息传输能力)，同时可通过同源信息互校验降低误码风险，大幅提升自由空间通信可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明电光双载波互校验自由空间通信系统的原理示意图；

图2示出了本发明电光双载波互校验自由空间通信典型应用模式示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本实施例提供一种电光双载波互校验自由空间通信方法，通过发送方和接收方实现，方法包括以下步骤，

步骤一、自由空间光通信信号传输，即无线电通信模块通过固定接入站接入无线通信网络或直接与另一无线通信系统连接，通过自由空间光载波传输信息；

步骤二、无线电通信信号传输，即无线电通信模块通过固定接入站接入无线通信网络或直接与另一无线通信系统连接，通过无线电载波传输信息；

步骤三、同源信息互校验，即通过比较双载波携带的同源信息实现传输误码纠错、加密信息交互、冒充接入识别功能，实现安全可靠自由空间通信。

在一些实施例中，对无线电通信模块和自由空间光通信系统做紧耦合功能集成，通过双载波信息传输、同源信息互校验提升自由空间通信系统可靠性。

在一些实施例中，信息传输载体为电磁波(非光频段)，所述发送方和接收方通过无线电通信链路连接并采用相同的载波频段、通信协议和加密方案。

在一些实施例中，系统结构包括但不限于信号源、调制器、变频器、放大器、天线、混频器、解调器、滤波器等。

在一些实施例中，应用模式包括但不限于蜂窝移动通信、宽带无线接入、数字集群、短距离通信等，不限制载波频段、不限制通信协议、不限制参考标准、不限制应用平台。

在一些实施例中，信息传输载体为光波，所述发送方和接收方通过自由空间光学信道连接并采用相同的工作波长、通信协议和加密方案。

在一些实施例中，系统结构包括但不限于光源、调制器、滤波器、放大器、解调器、探测器、跟踪瞄准系统等，不限制具体工作波长、不限制通信协议、不限制行业标准、不限制应用平台。

在一些实施例中，无线电通信模块通过无线电通信链路传输信息，自由空间光通信模块通过自由空间光学信道传输信息，无线电通信和自由空间光通信独立运行互不影响。

在一些实施例中，无线电通信链路和自由空间光通信链路是直连链路或是含中继链路。

在一些实施例中，中继链路中包含光纤信道；所述两条链路传输的信息可以相同也可以不同。

在一些实施例中，方法中的互校验将无线电载波携带的信息和自由空间光载波携带的信息做比对校验；发送方将相同信息调制于电光双载波时，信息互校验主要用于执行误码检查；当发送方将不同信息(如同一信息的不同片段、或同一信息的密钥和密文)调制于不同载波时，信息互校验主要用于执行数据还原。

在一些实施例中，主要工作模式包括但不限于双载波互校验模式、双载波加密模式、无线电模式和自由空间光模式，不限制各种工作模式的应用场景和优先级，不限制各种工作模式切换的控制方式，不限制本发明所述自由空间通信系统和传统无线电通信系统、自由空间光通信系统的互通互联实施方式。

本发明提供一种实现上述电光双载波互校验自由空间通信方法的系统，包括发送方、接收方、无线电通信模块、自由空间光通信系统、无线电通信链路、自由空间光学信道，系统还包括：

自由空间光通信信号传输模块，用于无线电通信模块通过固定接入站接入无线通信网络或直接与另一无线通信系统连接，通过自由空间光载波传输信息；

无线电通信信号传输模块，用于无线电通信模块通过固定接入站接入无线通信网络或直接与另一无线通信系统连接，通过无线电载波传输信息；

同源信息互校验模块，用于通过比较双载波携带的同源信息实现传输误码纠错、加密信息交互、冒充接入识别功能，实现安全可靠自由空间通信。

如图1所示，为本发明提供的一种电光双载波互校验自由空间通信方法实施例，阐述了基本的电光双载波自由空间通信工作原理，通信双方(运动中的无线通信系统和静止的固定接入站)均由无线电通信模块、自由空间光通信模块和信息校验模块组成。无线电通信模块基于无线电载波建立通信链路，自由空间光通信模块通过跟踪瞄准系统建立自由空间光学信道；无线通信系统分别通过无线电载波和自由空间光载波将调制后的通信信号传输至固定接入站；固定接入站的信息校验模块比较两组同源信息，确认无误后生成通信明文。

在一些实施例中，无线通信系统包括但不限于四种典型工作模式：

1.双载波互校验模式：通信双方长期保有可靠的无线电通信链路和自由空间光学信道，无线通信系统通过电光双载波传输相同信息，通过同源信息校验修正误码风险，借助冗余传输机制提升无线通信系统可靠性和抗干扰能力。

2.双载波加密模式：通信双方长期保有可靠的无线电通信链路和自由空间光学信道，无线通信系统通过电光双载波传输不同信息(可以将明文信息拆解成两部分并交由不同载波传输、或者将密文和密钥交由不同载波传输)，提升无线通信系统抗截获能力。

3.无线电模式：通信双方只能保有可靠无线电通信链路(脱瞄失联导致自由空间光学信道断开)，此时无线通信系统退化为传统无线电通信系统。

4.自由空间光模式：通信双方只能保有可靠自由空间光学信道(强电磁干扰导致无线电链路失灵)，此时无线通信系统退化为传统自由空间光通信系统。

本发明现阶段单一载波无线通信系统在特定应用场景方面的短板问题，为抗干扰、全天候、低误码、抗截获可靠无线通信系统提供全新思路。图2展示了电光双载波互校验自由空间通信典型应用模式，其中B、E代表固定接入站，A、C、D、F代表无线通信系统，实线代表固网光缆连接，虚线代表自由空间光学信道，电波代表无线电通信链路，则本发明所述自由空间通信典型应用模式包括：

1.无线通信系统A与固定接入站B可建立通信；

2.无线通信系统A与无线通信系统C可建立通信；

3.无线通信系统A与无线通信系统D可以固定接入站B为中继建立通信；

4.无线通信系统A与固定接入站E可以固定接入站B为中继建立通信；

5.无线通信系统A与无线通信系统F可以固定接入站B、E为中继建立通信，其中B、E之间的自由空间光学信道和无线电信道均可由光线信道代替(即借鉴微波光子学中的光纤拉远技术)；需要注意的是，B、E之间需预留两条独立信道以执行双载波互校验功能，同时B、E必须配有自由空间光通信信号-光纤通信信号和无线光通信信号-光纤通信信号的转换设别。

本发明提供一种电光双载波互校验自由空间通信方法的实施例，具体包括：

S101、无线通信系统中的自由空间光通信模块搜索跟踪视距范围内的固定接入站或无线通信系统，建立持久稳定的自由空间光学信道，无线电通信模块通过固定接入站接入无线通信网络或直接与另一无线通信系统建立无线电通信链路；

S102、通信双方依托无线电通信链路和自由空间光学信道传输信息，固定接入站之间的双载波链路可参考光纤拉远技术方案替代以两路光纤信道；

S103、对两条通信链路独立传输的信息进行比对校验，出现差异时可执行重传请求、协商纠错等步骤，确保自由空间通信可靠稳定。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

首先，本发明提出通过无线电载波和自由空间光载波同时传输信息实现自由空间通信可靠性提升的技术思路，兼顾了无线电通信系统随遇接入、灵活可控的内生属性和自由空间光通信抗电磁干扰、抗路径截获的信道优势；

其次，本发明提出的双载波冗余传输和同源信息互校验工作模式，能够在强电磁干扰、非视距跟瞄等特殊情况下保持一定的通信能力，为自由空间通信适用范围拓展奠定了坚实基础；

此外，本发明所述自由空间通信方法能够较好兼容现有无线通信网络架构，能够与现有无线电通信系统、自由空间光通信系统直接互联，可为未来无线通信网络平滑升级提供重要支撑。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电光双载波互校验自由空间通信方法，通过发送方和接收方实现，其特征在于：所述方法包括以下步骤，

步骤一、自由空间光通信信号传输，即无线电通信模块通过固定接入站接入无线通信网络或直接与另一无线通信系统连接，通过自由空间光载波传输信息；

步骤二、无线电通信信号传输，即无线电通信模块通过固定接入站接入无线通信网络或直接与另一无线通信系统连接，通过无线电载波传输信息；

步骤三、同源信息互校验，即通过比较双载波携带的同源信息实现传输误码纠错、加密信息交互、冒充接入识别功能，实现安全可靠自由空间通信。

2.根据权利要求1所述的电光双载波互校验自由空间通信方法，其特征在于，所述方法对无线电通信模块和自由空间光通信系统做紧耦合功能集成，通过双载波信息传输、同源信息互校验提升自由空间通信系统可靠性。

3.根据权利要求1或2所述的电光双载波互校验自由空间通信方法，其特征在于，所述信息传输载体为电磁波(非光频段)，所述发送方和接收方通过无线电通信链路连接并采用相同的载波频段、通信协议和加密方案。

4.根据权利要求1或2所述的电光双载波互校验自由空间通信方法，其特征在于，所述信息传输载体为光波，所述发送方和接收方通过自由空间光学信道连接并采用相同的工作波长、通信协议和加密方案。

5.根据权利要求2所述的电光双载波互校验自由空间通信方法，其特征在于，所述无线电通信模块通过无线电通信链路传输信息，自由空间光通信模块通过自由空间光学信道传输信息，无线电通信和自由空间光通信独立运行互不影响。

6.根据权利要求5所述的电光双载波互校验自由空间通信方法，其特征在于，所述无线电通信链路和自由空间光通信链路是直连链路或是含中继链路。

7.根据权利要求6所述的电光双载波互校验自由空间通信方法，其特征在于，所述中继链路中包含光纤信道；所述两条链路传输的信息可以相同也可以不同。

8.根据权利要求1所述的电光双载波互校验自由空间通信方法，其特征在于，所述方法中的互校验将无线电载波携带的信息和自由空间光载波携带的信息做比对校验；发送方将相同信息调制于电光双载波时，信息互校验主要用于执行误码检查；当发送方将不同信息调制于不同载波时，信息互校验主要用于执行数据还原。

9.一种实现如权利要求1-8所述电光双载波互校验自由空间通信方法的系统，包括发送方、接收方、无线电通信模块、自由空间光通信系统、无线电通信链路、自由空间光学信道，其特征在于所述系统还包括：

自由空间光通信信号传输模块，用于无线电通信模块通过固定接入站接入无线通信网络或直接与另一无线通信系统连接，通过自由空间光载波传输信息；

无线电通信信号传输模块，用于无线电通信模块通过固定接入站接入无线通信网络或直接与另一无线通信系统连接，通过无线电载波传输信息；

同源信息互校验模块，用于通过比较双载波携带的同源信息实现传输误码纠错、加密信息交互、冒充接入识别功能，实现安全可靠自由空间通信。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述方法。

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