CN114172573A - 自由空间光通信动态补偿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自由空间光通信动态补偿方法及装置，所述方法通过获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将浓度等级输入至AI系统，获得发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数；获取接收端的信号接收质量，根据信号接收质量确定是否需要微调，在需要微调时，对发射功率和调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新AI系统并在AI系统更新存储值；根据目标发射功率和目标调制阶数进行自由空间光通信，能够自主选择调制格式和发射功率，为自由空间光通信系统的空间信道损失进行动态补偿，实现了系统通信的高效和低功耗，节省了光通信的耗费时间，提升了光通信的速度和效率，提高了通信系统的稳定性。

Description

自由空间光通信动态补偿方法及装置

技术领域

本发明涉及自由空间光通信技术领域，尤其涉及一种自由空间光通信动态补偿方法及装置。

背景技术

自由空间光通信技术近年来得到大量的关注和研究，尤其在空对地、及无法铺设光纤或对于可移动性有需求的地对地通信应用领域；然而在这些应用场合中，空间信道的稳定性很容易被大气环境干扰，比如云团或者浓雾，可能会使通信链路中断；因此，我们需要针对这些情况进行适当地处理，以使得通信尽可能稳定、持续并且链路中断后能够尽快恢复。

在大雾天气下，发射的激光在通过大雾区域时，会产生衰减，根据大雾的浓度，衰减系数会有显著差异，从而对于信号光能传输的距离产生相关的影响，大雾越浓，衰减系数越大，传输的距离越短；很显然地，通过增加发射功率，降低调制阶数，可以增加信号光传输距离，并增加信号光的检测灵敏度，但是，发射功率设置多大、调制阶数如何确定都是需要均衡考虑的，发射功率过大，会平白增加功耗，过小则会导致通信中断；调制阶数过低，会让通信效率大打折扣，过高也会导致通信误码率过高而导致通信无效；常规方案是在每次发射之前都发射探测光，对雾气浓度进行检测，然后进行反馈调节，选择合适的发射功率和调制阶数，然而这种方法会比较费时，影响通信的及时性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种自由空间光通信动态补偿方法及装置，旨在解决现有技术中在每次发射前都发射探测光对雾气浓度进行检测，浪费时间，影响通信的及时性的技术问题。

第一方面，本发明提供一种自由空间光通信动态补偿方法，所述自由空间光通信动态补偿方法包括以下步骤：

获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，获得发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数；

获取接收端的信号接收质量，根据所述信号接收质量确定是否需要微调，在需要微调时，对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统；

根据所述目标发射功率和所述目标调制阶数进行自由空间光通信。

可选地，所述获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，获得发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数之前，所述自由空间光通信动态补偿方法还包括：

创建模拟雾气环境，调整所述模拟雾气环境的雾气浓度；

在不同雾气浓度下将接收端的反馈信息通过光纤链路反馈至发射端，以使发射端的AI系统根据所述反馈信息和发射端的发射信息对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行调整；

在测试完所有级别的雾气浓度后，将所述接收端接收信号的误码率最低时对应的训练参数记录，并存储至所述AI系统。

可选地，所述创建模拟雾气环境，调整所述模拟雾气环境的雾气浓度，包括：

获取历史大雾天气记录，对所述历史大雾天气记录对应的雾气浓度进行分级；

从分级后的雾气浓度等级对应的最低等级到最高等级创建模拟相应浓度的雾气环境，并调整所述模拟雾气环境的雾气浓度。

可选地，所述在不同雾气浓度下将接收端的反馈信息通过光纤链路反馈至发射端，以使发射端的AI系统根据所述反馈信息和发射端的发射信息对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行调整，包括：

在不同雾气浓度下发送端根据预设中间调制阶数和预设最低功率发射初始调制光信号；

在所述初始调制光信号经过所述模拟雾气环境被接收端接收，通过所述接收端对信号进行解析，获得反馈信息，并通过所述接收端将所述反馈信息通过光纤链路反馈至所述发射端；

通过所述发射端的AI系统结合发射信息判断所述反馈信息是否被正常接收，根据判断结果对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行调整。

可选地，所述通过所述发射端的AI系统结合发射信息判断所述反馈信息是否被正常接收，根据判断结果对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行调整，包括：

通过所述发射端的AI系统结合发射信息判断所述反馈信息是否被正常接收；

在所述反馈信息未被正常接收时，通过所述AI系统增大发射功率，直至增大后的发射功率满足通信稳定需求，将增大后的目标发射功率值传递至所述发送端的控制单元，并判断所述通信节点是否对功耗有严格要求；

在通信节点对功耗有严格要求时，降低调制阶数和发射功率，直至发射功率和调制阶数满足所述通信稳定需求和节点功耗要求，通过所述AI系统将调整后的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储；

在所述通信节点对功耗没有严格要求时，通过所述AI系统将当前的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储；

在所述反馈信息被正常接收，且所述通信节点对功耗有严格要求时，降低发射功率直至通信成功，并在当前功耗高于节点需求时，降低调制阶数和发射功率，直至发射功率和调制阶数满足所述通信稳定需求和节点功耗要求；

在所述反馈信息被正常接收，且所述通信节点对功耗没有严格要求时，对调制阶数增加一阶，发射功率不变，再次判断所述反馈信息是否被正常接收，在所述反馈信息未被正常接收时，提高发射功率直至通信成功，通过所述AI系统将调整后的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储；

在所述反馈信息被正常接收，且所述通信节点对功耗没有严格要求时，对调制阶数增加一阶，发射功率不变，再次判断所述反馈信息是否被正常接收，在所述反馈信息被正常接收时，继续增加调制阶数直至达到最高阶或当前功率下能达到的最高阶，通过所述AI系统将调整后的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储。

可选地，所述在测试完所有级别的雾气浓度后，将所述接收端接收信号的误码率最低时对应的训练参数记录，并存储至所述AI系统，包括：

收集所有不同雾气浓度下所述发射端和接收端的信号数据，根据所述信号数据、调整后的发射功率和调制阶数生成训练数据；

在测试完所有级别的雾气浓度后，从所述训练数据中筛选出各级别雾气浓度下所述接收端接收信号的误码率最低时对应的训练参数，将所述训练参数记录并存储至所述AI系统。

可选地，所述获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，获得发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数，包括：

获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，以使所述AI系统配置对应的发射功率参数和调制级数参数；

根据所述发射功率参数确定发射端发射激光所需的发射功率，根据所述调制级数参数确定所述发射端发射激光所需的调制阶数。

可选地，所述获取接收端的信号接收质量，根据所述信号接收质量确定是否需要微调，在需要微调时，对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统，包括：

获取接收端的接收模块对调制光信号解析处理后的信号接收质量，所述调制光信号为接收端的接收天线接收发射天线发射在自由空间中传播的预设光载波调制信号；

对所述信号接收质量进行评估，并将评估结果发送至所述发射端，获得所述发射端反馈的调整余量信息；

根据所述调整余量信息确定当前调整余量，在所述当前调整余量大于等于预设余量阈值时，判定需要微调，在所述当前余量小于所述预设余量阈值时，判定不需要微调；

在需要微调时，根据所述调整余量信息、所述发射功率和所述调制阶数生成微调参数，根据所述微调参数对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统。

可选地，所述根据所述目标发射功率和所述目标调制阶数进行自由空间光通信，包括；

将所述目标发射功率和所述目标调制阶数发送至所述发射端，以使所述发射端根据所述目标发射功率设定光载波，并根据所述目标调制阶数对所述光载波进行调制生成目标调制光信号，将所述目标调制光信号在自由空间中传播。

第二方面，为实现上述目的，本发明还提出一种自由空间光通信动态补偿装置，所述自由空间光通信动态补偿装置包括：

参数获取模块，用于获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，获得发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数；

调节模块，用于获取接收端的信号接收质量，根据所述信号接收质量确定是否需要微调，在需要微调时，对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统；

通信模块，用于根据所述目标发射功率和所述目标调制阶数进行自由空间光通信。

本发明提出的自由空间光通信动态补偿方法，通过获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，获得发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数；获取接收端的信号接收质量，根据所述信号接收质量确定是否需要微调，在需要微调时，对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统；根据所述目标发射功率和所述目标调制阶数进行自由空间光通信，能够自主选择调制格式和发射功率，为自由空间光通信系统的空间信道损失进行动态补偿，实现了系统通信的高效和低功耗，节省了光通信的耗费时间，提升了光通信的速度和效率，提高了通信系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明自由空间光通信动态补偿方法第一实施例的流程示意图；

图2为本发明自由空间光通信动态补偿方法第二实施例的流程示意图；

图3为本发明自由空间光通信动态补偿方法中AI模拟训练链路结构示意图；

图4为本发明自由空间光通信动态补偿方法第三实施例的流程示意图；

图5为本发明自由空间光通信动态补偿方法第四实施例的流程示意图；

图6为本发明自由空间光通信动态补偿方法中AI训练过程流程图；

图7为本发明自由空间光通信动态补偿方法第五实施例的流程示意图；

图8为本发明自由空间光通信动态补偿方法第六实施例的流程示意图；

图9为本发明自由空间光通信动态补偿方法第七实施例的流程示意图；

图10为本发明自由空间光通信动态补偿方法中通信系统结构示意图；

图11为本发明自由空间光通信动态补偿装置第一实施例的功能模块图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的解决方案主要是：通过获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，获得发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数；获取接收端的信号接收质量，根据所述信号接收质量确定是否需要微调，在需要微调时，对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统；根据所述目标发射功率和所述目标调制阶数进行自由空间光通信，能够自主选择调制格式和发射功率，为自由空间光通信系统的空间信道损失进行动态补偿，实现了系统通信的高效和低功耗，节省了光通信的耗费时间，提升了光通信的速度和效率，提高了通信系统的稳定性，解决了现有技术中在每次发射前都发射探测光对雾气浓度进行检测，浪费时间，影响通信的及时性的技术问题。

参照图1，图1为本发明自由空间光通信动态补偿方法第一实施例的流程示意图。

在第一实施例中，所述自由空间光通信动态补偿方法包括以下步骤：

步骤S10、获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，获得发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数。

需要说明的是，不同的雾气浓度对应有相应不同的雾气浓度等级，将所述浓度等级输入至人工智能(Artificial Intelligence，AI)系统，能够获得与所述浓度等级对应的发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数。

步骤S20、获取接收端的信号接收质量，根据所述信号接收质量确定是否需要微调，在需要微调时，对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统。

可以理解的是，信号接收质量为接收端接收由发射端发送的光信号，通过所述信号接收质量可以确定是否需要进行发射功率和调制阶数的微调，在需要微调时，对所述发射功率和所述调制阶数进行微调后，可以获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统，即可以将微调后的参数作为学习结果进行存储，替代当前这个浓度等级雾气的发射功率和调制阶数参数，作为新的发射功率和调制阶数参数。

步骤S30、根据所述目标发射功率和所述目标调制阶数进行自由空间光通信。

应当理解的是，通过所述目标发射功率和所述目标调制阶数可以在大雾环境下自由空间中传播光信号，进行光通信。

进一步的，所述步骤S30具体包括以下步骤：

将所述目标发射功率和所述目标调制阶数发送至所述发射端，以使所述发射端根据所述目标发射功率设定光载波，并根据所述目标调制阶数对所述光载波进行调制生成目标调制光信号，将所述目标调制光信号在自由空间中传播。

可以理解的是，在获得目标发射功率和所述目标调制阶数后，可以发送至所述发射端，所述发射端即可以根据目标发射功率和目标调制阶数想光载波功率设定和调制方式调整，从而生成目标调制光信号，从而发射所述目标调制光信号，使所述目标调制光信号在自由空间中传播，使得通信系统的空间信道损失降低，光通信更加高效和稳定。

本实施例通过上述方案，通过获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，获得发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数；获取接收端的信号接收质量，根据所述信号接收质量确定是否需要微调，在需要微调时，对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统；根据所述目标发射功率和所述目标调制阶数进行自由空间光通信，能够自主选择调制格式和发射功率，为自由空间光通信系统的空间信道损失进行动态补偿，实现了系统通信的高效和低功耗，节省了光通信的耗费时间，提升了光通信的速度和效率，提高了通信系统的稳定性。

进一步地，图2为本发明自由空间光通信动态补偿方法第二实施例的流程示意图，如图2所示，基于第一实施例提出本发明自由空间光通信动态补偿方法第二实施例，在本实施例中，所述步骤S10之前，所述自由空间光通信动态补偿还包括以下步骤：

步骤S01、创建模拟雾气环境，调整所述模拟雾气环境的雾气浓度。

需要说明的是，发送信号是通过自由空间链路传播，可以在传播路径中间创造一个模拟的人工雾气环境，进而可以调整所述模拟雾气环境的雾气浓度。

步骤S02、在不同雾气浓度下将接收端的反馈信息通过光纤链路反馈至发射端，以使发射端的AI系统根据所述反馈信息和发射端的发射信息对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行调整。

可以理解的是，所述反馈信息为接收端通过附加的光纤链路将接收到的信号的相关信息对发射端进行反馈的信息，在不同雾气浓度下降接收端的反馈信息会相应的不同，反馈至发射端后，可以通过发射端的AI系统根据反馈信息和发射信息进行发射功率和调制阶数的调整。

在具体实现中，图3为本发明自由空间光通信动态补偿方法中AI模拟训练链路结构示意图，如图3所示，发送信号采用的仍然是自由空间链路传播，在传播路径中间创造一个模拟的人工雾气环境，雾气浓度可以进行调整，为精确测试单程通信受雾气环境影响的程度，接收端通过附加的光纤链路将反馈信息回传给发端；发端AI模块根据反馈信息调整发射功率和调制格式，再次发送信号，直至接收端信号的接收解析能够达到最佳性能；然后改变雾气浓度到下一级，继续进行反馈测试，达到对AI的训练效果；测试完所有级别的雾气浓度后，AI训练完成，即可用于实际通信链路。

步骤S03、在测试完所有级别的雾气浓度后，将所述接收端接收信号的误码率最低时对应的训练参数记录，并存储至所述AI系统。

应当理解的是，在测试完所有级别的雾气浓度后，可以在不同雾气浓度测试完成后，从测试完的训练结果中以误码率为筛选条件，将接收信号的误码率最低时对应的训练参数记录，并存储至所述AI系统。

本实施例通过上述方案，通过创建模拟雾气环境，调整所述模拟雾气环境的雾气浓度；在不同雾气浓度下将接收端的反馈信息通过光纤链路反馈至发射端，以使发射端的AI系统根据所述反馈信息和发射端的发射信息对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行调整；在测试完所有级别的雾气浓度后，将所述接收端接收信号的误码率最低时对应的训练参数记录，并存储至所述AI系统；能够训练好AI系统，方便提高后续自由空间光通信动态补偿的速度和效率，能够选择合适的调制格式和发射功率，进一步节省消耗时间，提升光通信质量。

进一步地，图4为本发明自由空间光通信动态补偿方法第三实施例的流程示意图，如图4所示，基于第二实施例提出本发明自由空间光通信动态补偿方法第三实施例，在本实施例中，所述步骤S01具体包括以下步骤：

步骤S011、获取历史大雾天气记录，对所述历史大雾天气记录对应的雾气浓度进行分级。

需要说明的是，所述历史大雾天气记录为依据以往大雾天气大雾的浓度及相关信息，例如范围、持续时间及地点等信息的记录，获得所述历史大雾天气记录之后，可以进行相应的分级，即根据雾气浓度对不同的大雾天气进行分级。

步骤S012、从分级后的雾气浓度等级对应的最低等级到最高等级创建模拟相应浓度的雾气环境，并调整所述模拟雾气环境的雾气浓度。

可以理解的是，将雾气浓度进行分级，可以从最低等级开始直到最高等级，依次创建出或同时创建出相应浓度的雾气环境，即模拟出对应的人工雾气环境，进而可以调整所述模拟雾气环境的雾气浓度，例如某个区域雾气浓度明显与其他区域差别较大，则可以加强或削减该区域的雾气浓度，以使模拟雾气环境的雾气浓度相对平均，还可以是根据接收到人为发出的调节指令或者根据预设触发条件触发的调节指令进行相应雾气浓度的调整，本实施例对此不加以限制。

本实施例通过上述方案，通过获取历史大雾天气记录，对所述历史大雾天气记录对应的雾气浓度进行分级；从分级后的雾气浓度等级对应的最低等级到最高等级创建模拟相应浓度的雾气环境，并调整所述模拟雾气环境的雾气浓度，能够更加精确的模拟出现实的雾气环境，进一步提高了后续自由空间光通信动态补偿的速度和效率，提升了光通信质量。

进一步地，图5为本发明自由空间光通信动态补偿方法第四实施例的流程示意图，如图5所示，基于第二实施例提出本发明自由空间光通信动态补偿方法第三实施例，在本实施例中，所述步骤S02具体包括以下步骤：

步骤S021、在不同雾气浓度下发送端根据预设中间调制阶数和预设最低功率发射初始调制光信号。

需要说明的是，所述预设中间调制阶数为预先设置的默认调制阶数范围中的中间调制阶数，所述预设最低功率为预先设置的最低发射功率，依据以往大雾天气的记录，将雾气浓度进行分级，然后从最低等级开始，创造出相应浓度的雾气环境，发射端可以从预设中间调制阶数开始测试，然后以预设最低功率发射初始调制光信号，所述初始调制光信号为预先设置的初始光载波调制信号。

步骤S022、在所述初始调制光信号经过所述模拟雾气环境被接收端接收，通过所述接收端对信号进行解析，获得反馈信息，并通过所述接收端将所述反馈信息通过光纤链路反馈至所述发射端。

可以理解的是，所述初始调制光信号经过所述模拟雾气环境被接收端接收，即信号经过模拟的雾气区域之后被收端天线接收，收端模块根据信号接收解析情况形成反馈信息通过光纤传给发端模块。

步骤S023、通过所述发射端的AI系统结合发射信息判断所述反馈信息是否被正常接收，根据判断结果对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行调整。

应当理解的是，通过所述发射端的AI系统根据发射信息对反馈信息进行判决处理，即判断所述反馈信息是否被正常接收，根据判断结果的不同对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行不同调整。

进一步的，所述步骤S023具体包括以下步骤：

通过所述发射端的AI系统结合发射信息判断所述反馈信息是否被正常接收；

在所述反馈信息未被正常接收时，通过所述AI系统增大发射功率，直至增大后的发射功率满足通信稳定需求，将增大后的目标发射功率值传递至所述发送端的控制单元，并判断所述通信节点是否对功耗有严格要求；

在通信节点对功耗有严格要求时，降低调制阶数和发射功率，直至发射功率和调制阶数满足所述通信稳定需求和节点功耗要求，通过所述AI系统将调整后的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储；

在所述通信节点对功耗没有严格要求时，通过所述AI系统将当前的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储；

在所述反馈信息被正常接收，且所述通信节点对功耗有严格要求时，降低发射功率直至通信成功，并在当前功耗高于节点需求时，降低调制阶数和发射功率，直至发射功率和调制阶数满足所述通信稳定需求和节点功耗要求；

在所述反馈信息被正常接收，且所述通信节点对功耗没有严格要求时，对调制阶数增加一阶，发射功率不变，再次判断所述反馈信息是否被正常接收，在所述反馈信息未被正常接收时，提高发射功率直至通信成功，通过所述AI系统将调整后的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储；

在所述反馈信息被正常接收，且所述通信节点对功耗没有严格要求时，对调制阶数增加一阶，发射功率不变，再次判断所述反馈信息是否被正常接收，在所述反馈信息被正常接收时，继续增加调制阶数直至达到最高阶或当前功率下能达到的最高阶，通过所述AI系统将调整后的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储。

应当理解的是，若信号无法正常接收则优先增大发射功率，AI系统更新发射功率，并将该值传递给发端的控制单元，发端重新发射功率增大的信号直至信号能在接收端被正常接收，AI系统将此刻的雾气浓度结合发射功率和调制阶数转换成建模函数的参数进行存储，考虑特殊应用场景，节点对于功耗的要求更严苛，继续进行测试，将调制阶数降低一阶，同时降低发射功率再次进行发射测试，若通信链路稳定建立所需的最低功耗仍然大于节点需求，则继续降低调制阶数，直至找到满足节点功耗要求的调制阶数和发射功率，同样的，AI系统将发射功率和调制阶数转换成建模函数的参数存储下来。

可以理解的是，若信号接收下来，误码率仍有较大的余量，则AI系统先将调制阶数增大一阶，发射功率不变，若信号仍能被正常接收，判断误码率余量，若仍有余量，则AI系统继续增加调制阶数，直至系统能达到的最高阶或者当前功率下能达到的最高阶；若调制阶数提高一阶后，信号不能被正常接收，则提高发射功率，直至通信成功。考虑特殊应用场景，节点对于功耗的要求严苛，则优先降低发射功率，直至找到能建立稳定通信的最低发射功率，若功耗仍高于节点需求，则降低调制阶数，继续降低发射功率，直至发射功率和调制阶数满足稳定通信前提下的节点功耗要求。

在具体实现中，图6为本发明自由空间光通信动态补偿方法中AI训练过程流程图，如图6所示，首先依据以往大雾天气的记录，将雾气浓度进行分级，然后从最低等级开始，创造出相应浓度的雾气环境；发端从中间调制阶数开始测试，然后以最低发射功率发射信号，信号经过模拟的雾气区域之后被收端天线接收，收端模块根据信号接收解析情况形成反馈信息通过光纤传给发端模块，发端模块根据反馈信息进行判决处理：

1)若信号无法正常接收则优先增大发射功率，AI模块更新发射功率，并将该值传递给发端的控制单元，发端重新发射功率增大的信号直至信号能在接收端被正常接收，AI将此刻的雾气浓度结合发射功率和调制阶数转换成建模函数的参数进行存储，考虑特殊应用场景，节点对于功耗的要求更严苛，继续进行测试，将调制阶数降低一阶，同时降低发射功率再次进行发射测试，若通信链路稳定建立所需的最低功耗仍然大于节点需求，则继续降低调制阶数，直至找到满足节点功耗要求的调制阶数和发射功率，同样的，AI模块将发射功率和调制阶数转换成建模函数的参数存储下来；

2)若信号接收下来，误码率仍有较大的余量，则AI模块先将调制阶数增大一阶，发射功率不变，若信号仍能被正常接收，判断误码率余量，若仍有余量，则AI继续增加调制阶数，直至系统能达到的最高阶或者当前功率下能达到的最高阶；若调制阶数提高一阶后，信号不能被正常接收，则提高发射功率，直至通信成功。考虑特殊应用场景，节点对于功耗的要求严苛，则优先降低发射功率，直至找到能建立稳定通信的最低发射功率，若功耗仍高于节点需求，则降低调制阶数，继续降低发射功率，直至发射功率和调制阶数满足稳定通信前提下的节点功耗要求；

以上测试过程结束后，AI系统将发射功率和调制阶数转换成建模函数的参数存储下来，测试完一级雾气浓度之后，增加雾气浓度依上所述重复测试过程，并让AI系统分级存储，完成整个学习过程。

本实施例通过上述方案，通过在不同雾气浓度下发送端根据预设中间调制阶数和预设最低功率发射初始调制光信号；在所述初始调制光信号经过所述模拟雾气环境被接收端接收，通过所述接收端对信号进行解析，获得反馈信息，并通过所述接收端将所述反馈信息通过光纤链路反馈至所述发射端；通过所述发射端的AI系统结合发射信息判断所述反馈信息是否被正常接收，根据判断结果对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行调整，能够快速训练好AI系统，实现了系统通信的高效和低功耗。

进一步地，图7为本发明自由空间光通信动态补偿方法第五实施例的流程示意图，如图7所示，基于第二实施例提出本发明自由空间光通信动态补偿方法第五实施例，在本实施例中，所述步骤S03具体包括以下步骤：

步骤S031、收集所有不同雾气浓度下所述发射端和接收端的信号数据，根据所述信号数据、调整后的发射功率和调制阶数生成训练数据。

需要说明的是，在不同雾气浓度下所述发射端和接收端的信号数据会出现不同，特别是接收端接收的信号数据会因为不同雾气浓度下光信号的衰减产生不同的信号数据，一般的，在同一雾气浓度下会进行多次训练，即不同的发射功率和不同的调制阶数对应同一雾气浓度下获得不同的信号数据，通过所述信号数据结合调整后的发射功率和调制阶数可以生成所有雾气浓度对应的数据作为训练数据。

步骤S032、在测试完所有级别的雾气浓度后，从所述训练数据中筛选出各级别雾气浓度下所述接收端接收信号的误码率最低时对应的训练参数，将所述训练参数记录并存储至所述AI系统。

可以理解的是，在测试完所有级别的雾气浓度后，可以以误码率为筛选条件从所述训练数据中筛选出各级别雾气浓度下接收端的接收信号相对于发射端的发射信号的误码率最低的训练参数，从而可以将该训练参数作为优选值，存储至AI系统，一般是根据雾气浓度分级存储，当然也可以是标识后集中存储，本实施例对此不加以限制。

本实施例通过上述方案，通过收集所有不同雾气浓度下所述发射端和接收端的信号数据，根据所述信号数据、调整后的发射功率和调制阶数生成训练数据；在测试完所有级别的雾气浓度后，从所述训练数据中筛选出各级别雾气浓度下所述接收端接收信号的误码率最低时对应的训练参数，将所述训练参数记录并存储至所述AI系统，能够为后续自由空间光通信动态补偿做准备，通过将不同的训练参数录入AI系统，可以使AI系统在实际通信时获取合适的调制格式和发射功率，进一步提高了后续自由空间光通信动态补偿的速度和效率，节省了消耗时间，提升了光通信质量。

进一步地，图8为本发明自由空间光通信动态补偿方法第六实施例的流程示意图，如图8所示，基于第一实施例提出本发明自由空间光通信动态补偿方法第六实施例，在本实施例中，所述步骤S10具体包括以下步骤：

步骤S11、获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，以使所述AI系统配置对应的发射功率参数和调制级数参数。

需要说明的是，获得当前雾气浓度对应的浓度等级，即当前实际环境中雾气浓度对应的雾气级数，一般可以通过发送模块将实际雾气浓度为前述测试时的雾气级数，输入到AI系统，进而使得所述AI系统配置对应的发射功率参数和调制级数参数。

步骤S12、根据所述发射功率参数确定发射端发射激光所需的发射功率，根据所述调制级数参数确定所述发射端发射激光所需的调制阶数。

可以理解的是，通过所述发射功率参数可以确定发射端发射激光所需的发射功率，通过所述调制阶数可以确定所述发射端发射激光对应的调制方式，即对应的调制阶数。

本实施例通过上述方案，通过获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，以使所述AI系统配置对应的发射功率参数和调制级数参数；根据所述发射功率参数确定发射端发射激光所需的发射功率，根据所述调制级数参数确定所述发射端发射激光所需的调制阶数，能够获取合适的调制格式和发射功率，进一步提高了后续自由空间光通信动态补偿的准确性。

进一步地，图9为本发明自由空间光通信动态补偿方法第七实施例的流程示意图，如图9所示，基于第一实施例提出本发明自由空间光通信动态补偿方法第七实施例，在本实施例中，所述步骤S20具体包括以下步骤：

步骤S21、获取接收端的接收模块对调制光信号解析处理后的信号接收质量，所述调制光信号为接收端的接收天线接收发射天线发射在自由空间中传播的预设光载波调制信号。

需要说明的是，所述调制光信号为接收端的接收天线接收发射天线发射在自由空间中传播的预设光载波调制信号，即发射端通过发射天线将预先调制好的调制信号发送至接收端的接收天线，调制信号在自由空间中传播，接收天线接收到后可以通过接收端的接收模块进行解析接收，从而获得信号接收质量，所述信号接收质量反应接收信号与发射信号之间的信号质量差距。

步骤S22、对所述信号接收质量进行评估，并将评估结果发送至所述发射端，获得所述发射端反馈的调整余量信息。

应当理解的是，对所述信号接收质量进行评估，可以将评估结果发送至发射端，即传递给对方节点，进而可以获得对方节点通过发射端反馈的是否有调节余量的信息。

步骤S23、根据所述调整余量信息确定当前调整余量，在所述当前调整余量大于等于预设余量阈值时，判定需要微调，在所述当前余量小于所述预设余量阈值时，判定不需要微调。

可以理解的是，通过所述调整余量信息可以确定当前调整余量，在所述当前调整余量大于等于预设余量阈值时，判定需要微调，在所述当前余量小于所述预设余量阈值时，判定不需要微调，即信号接收下来当前误码率余量是否有较大余量，如果有则需要进行微调，例如将调制阶数增大一阶，发射功率不变，若还有余量，则可以继续增加调制阶数，

步骤S24、在需要微调时，根据所述调整余量信息、所述发射功率和所述调制阶数生成微调参数，根据所述微调参数对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统。

应当理解的是，在需要微调时，可以根据所述调整余量信息结合当前发射功率和调制阶数确定微调参数，进而根据微调参数进行调整，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统，即可以将微调后的参数作为学习结果进行存储，替代当前这个浓度等级雾气的发射功率和调制阶数参数，作为新的发射功率和调制阶数参数。

在具体实现中，图10为本发明自由空间光通信动态补偿方法中通信系统结构示意图，如图10所示，每个通信节点都是收发一体的，在发送模块，将实际雾气浓度换算为前述测试时的雾气级数，输入到AI模块，AI模块配置相应的发射功率和调制级数，并将值传递给发送模块的控制单元，在发送模块，设定功率的光载波按设定的调制方式生成调制光信号，光信号被放大后通过天线发射给对方节点，信号在自由空间中传播，然后被对方节点的天线接收，在经过放大、滤波及可选的衰减后进入接收模块进行解析接收。接收模块对信号接收质量进行评估，并将评估结果通过发送模块传递给对方节点，对方节点根据评估结果，判断是否有调整余量，对AI模块进行反馈，AI模块做出微调决定，直至当前环境下的整个通信过程在稳定连接的前提下功耗最低、通信速率最快。

本实施例通过上述方案，通过获取接收端的接收模块对调制光信号解析处理后的信号接收质量，所述调制光信号为接收端的接收天线接收发射天线发射在自由空间中传播的预设光载波调制信号；对所述信号接收质量进行评估，并将评估结果发送至所述发射端，获得所述发射端反馈的调整余量信息；根据所述调整余量信息确定当前调整余量，在所述当前调整余量大于等于预设余量阈值时，判定需要微调，在所述当前余量小于所述预设余量阈值时，判定不需要微调；在需要微调时，根据所述调整余量信息、所述发射功率和所述调制阶数生成微调参数，根据所述微调参数对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统，能够根据实际情况进行发射功率和调制阶数的调整，从而进一步提高了后续自由空间光通信动态补偿的准确性，避免了通信功耗的浪费，提高了后续自由空间光通信动态补偿的速度和效率，节省了消耗时间，提升了光通信质量。

相应地，本发明进一步提供一种自由空间光通信动态补偿装置。

参照图11，图11为本发明自由空间光通信动态补偿装置第一实施例的功能模块图。

本发明自由空间光通信动态补偿装置第一实施例中，该自由空间光通信动态补偿装置包括：

参数获取模块10，用于获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，获得发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数。

调节模块20，用于获取接收端的信号接收质量，根据所述信号接收质量确定是否需要微调，在需要微调时，对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统。

通信模块30，用于根据所述目标发射功率和所述目标调制阶数进行自由空间光通信。

所述参数获取模块10，还用于创建模拟雾气环境，调整所述模拟雾气环境的雾气浓度；在不同雾气浓度下将接收端的反馈信息通过光纤链路反馈至发射端，以使发射端的AI系统根据所述反馈信息和发射端的发射信息对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行调整；在测试完所有级别的雾气浓度后，将所述接收端接收信号的误码率最低时对应的训练参数记录，并存储至所述AI系统。

所述参数获取模块10，还用于获取历史大雾天气记录，对所述历史大雾天气记录对应的雾气浓度进行分级；从分级后的雾气浓度等级对应的最低等级到最高等级创建模拟相应浓度的雾气环境，并调整所述模拟雾气环境的雾气浓度。

所述参数获取模块10，还用于在不同雾气浓度下发送端根据预设中间调制阶数和预设最低功率发射初始调制光信号；在所述初始调制光信号经过所述模拟雾气环境被接收端接收，通过所述接收端对信号进行解析，获得反馈信息，并通过所述接收端将所述反馈信息通过光纤链路反馈至所述发射端；通过所述发射端的AI系统结合发射信息判断所述反馈信息是否被正常接收，根据判断结果对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行调整。

所述参数获取模块10，还用于通过所述发射端的AI系统结合发射信息判断所述反馈信息是否被正常接收；在所述反馈信息未被正常接收时，通过所述AI系统增大发射功率，直至增大后的发射功率满足通信稳定需求，将增大后的目标发射功率值传递至所述发送端的控制单元，并判断所述通信节点是否对功耗有严格要求；在通信节点对功耗有严格要求时，降低调制阶数和发射功率，直至发射功率和调制阶数满足所述通信稳定需求和节点功耗要求，通过所述AI系统将调整后的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储；在所述通信节点对功耗没有严格要求时，通过所述AI系统将当前的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储；在所述反馈信息被正常接收，且所述通信节点对功耗有严格要求时，降低发射功率直至通信成功，并在当前功耗高于节点需求时，降低调制阶数和发射功率，直至发射功率和调制阶数满足所述通信稳定需求和节点功耗要求；在所述反馈信息被正常接收，且所述通信节点对功耗没有严格要求时，对调制阶数增加一阶，发射功率不变，再次判断所述反馈信息是否被正常接收，在所述反馈信息未被正常接收时，提高发射功率直至通信成功，通过所述AI系统将调整后的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储；在所述反馈信息被正常接收，且所述通信节点对功耗没有严格要求时，对调制阶数增加一阶，发射功率不变，再次判断所述反馈信息是否被正常接收，在所述反馈信息被正常接收时，继续增加调制阶数直至达到最高阶或当前功率下能达到的最高阶，通过所述AI系统将调整后的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储。

所述参数获取模块10，还用于收集所有不同雾气浓度下所述发射端和接收端的信号数据，根据所述信号数据、调整后的发射功率和调制阶数生成训练数据；在测试完所有级别的雾气浓度后，从所述训练数据中筛选出各级别雾气浓度下所述接收端接收信号的误码率最低时对应的训练参数，将所述训练参数记录并存储至所述AI系统。

所述参数获取模块10，还用于获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，以使所述AI系统配置对应的发射功率参数和调制级数参数；根据所述发射功率参数确定发射端发射激光所需的发射功率，根据所述调制级数参数确定所述发射端发射激光所需的调制阶数。

所述调节模块20，还用于获取接收端的接收模块对调制光信号解析处理后的信号接收质量，所述调制光信号为接收端的接收天线接收发射天线发射在自由空间中传播的预设光载波调制信号；对所述信号接收质量进行评估，并将评估结果发送至所述发射端，获得所述发射端反馈的调整余量信息；根据所述调整余量信息确定当前调整余量，在所述当前调整余量大于等于预设余量阈值时，判定需要微调，在所述当前余量小于所述预设余量阈值时，判定不需要微调；在需要微调时，根据所述调整余量信息、所述发射功率和所述调制阶数生成微调参数，根据所述微调参数对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统。

所述通信模块30，还用于将所述目标发射功率和所述目标调制阶数发送至所述发射端，以使所述发射端根据所述目标发射功率设定光载波，并根据所述目标调制阶数对所述光载波进行调制生成目标调制光信号，将所述目标调制光信号在自由空间中传播。

其中，自由空间光通信动态补偿装置的各个功能模块实现的步骤可参照本发明自由空间光通信动态补偿方法的各个实施例，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种自由空间光通信动态补偿方法，其特征在于，所述自由空间光通信动态补偿方法还包括：

获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，获得发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数；

获取接收端的信号接收质量，根据所述信号接收质量确定是否需要微调，在需要微调时，对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统；

根据所述目标发射功率和所述目标调制阶数进行自由空间光通信。

2.如权利要求1所述的自由空间光通信动态补偿方法，其特征在于，所述获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，获得发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数之前，所述自由空间光通信动态补偿方法还包括：

创建模拟雾气环境，调整所述模拟雾气环境的雾气浓度；

在不同雾气浓度下将接收端的反馈信息通过光纤链路反馈至发射端，以使发射端的AI系统根据所述反馈信息和发射端的发射信息对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行调整；

在测试完所有级别的雾气浓度后，将所述接收端接收信号的误码率最低时对应的训练参数记录，并存储至所述AI系统。

3.如权利要求2所述的自由空间光通信动态补偿方法，其特征在于，所述创建模拟雾气环境，调整所述模拟雾气环境的雾气浓度，包括：

获取历史大雾天气记录，对所述历史大雾天气记录对应的雾气浓度进行分级；

从分级后的雾气浓度等级对应的最低等级到最高等级创建模拟相应浓度的雾气环境，并调整所述模拟雾气环境的雾气浓度。

4.如权利要求2所述的自由空间光通信动态补偿方法，其特征在于，所述在不同雾气浓度下将接收端的反馈信息通过光纤链路反馈至发射端，以使发射端的AI系统根据所述反馈信息和发射端的发射信息对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行调整，包括：

在不同雾气浓度下发送端根据预设中间调制阶数和预设最低功率发射初始调制光信号；

在所述初始调制光信号经过所述模拟雾气环境被接收端接收，通过所述接收端对信号进行解析，获得反馈信息，并通过所述接收端将所述反馈信息通过光纤链路反馈至所述发射端；

通过所述发射端的AI系统结合发射信息判断所述反馈信息是否被正常接收，根据判断结果对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行调整。

5.如权利要4所述的自由空间光通信动态补偿方法，其特征在于，所述通过所述发射端的AI系统结合发射信息判断所述反馈信息是否被正常接收，根据判断结果对发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数进行调整，包括：

通过所述发射端的AI系统结合发射信息判断所述反馈信息是否被正常接收；

在所述反馈信息未被正常接收时，通过所述AI系统增大发射功率，直至增大后的发射功率满足通信稳定需求，将增大后的目标发射功率值传递至所述发送端的控制单元，并判断所述通信节点是否对功耗有严格要求；

在通信节点对功耗有严格要求时，降低调制阶数和发射功率，直至发射功率和调制阶数满足所述通信稳定需求和节点功耗要求，通过所述AI系统将调整后的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储；

在所述通信节点对功耗没有严格要求时，通过所述AI系统将当前的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储；

在所述反馈信息被正常接收，且所述通信节点对功耗有严格要求时，降低发射功率直至通信成功，并在当前功耗高于节点需求时，降低调制阶数和发射功率，直至发射功率和调制阶数满足所述通信稳定需求和节点功耗要求；

在所述反馈信息被正常接收，且所述通信节点对功耗没有严格要求时，对调制阶数增加一阶，发射功率不变，再次判断所述反馈信息是否被正常接收，在所述反馈信息未被正常接收时，提高发射功率直至通信成功，通过所述AI系统将调整后的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储；

在所述反馈信息被正常接收，且所述通信节点对功耗没有严格要求时，对调制阶数增加一阶，发射功率不变，再次判断所述反馈信息是否被正常接收，在所述反馈信息被正常接收时，继续增加调制阶数直至达到最高阶或当前功率下能达到的最高阶，通过所述AI系统将调整后的发射功率和调制阶数转换成建模函数参数并存储。

6.如权利要求2所述的自由空间光通信动态补偿方法，其特征在于，所述在测试完所有级别的雾气浓度后，将所述接收端接收信号的误码率最低时对应的训练参数记录，并存储至所述AI系统，包括：

收集所有不同雾气浓度下所述发射端和接收端的信号数据，根据所述信号数据、调整后的发射功率和调制阶数生成训练数据；

在测试完所有级别的雾气浓度后，从所述训练数据中筛选出各级别雾气浓度下所述接收端接收信号的误码率最低时对应的训练参数，将所述训练参数记录并存储至所述AI系统。

7.如权利要求1所述的自由空间光通信动态补偿方法，其特征在于，所述获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，获得发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数，包括：

获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，以使所述AI系统配置对应的发射功率参数和调制级数参数；

根据所述发射功率参数确定发射端发射激光所需的发射功率，根据所述调制级数参数确定所述发射端发射激光所需的调制阶数。

8.如权利要求1所述的自由空间光通信动态补偿方法，其特征在于，所述获取接收端的信号接收质量，根据所述信号接收质量确定是否需要微调，在需要微调时，对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统，包括：

获取接收端的接收模块对调制光信号解析处理后的信号接收质量，所述调制光信号为接收端的接收天线接收发射天线发射在自由空间中传播的预设光载波调制信号；

对所述信号接收质量进行评估，并将评估结果发送至所述发射端，获得所述发射端反馈的调整余量信息；

根据所述调整余量信息确定当前调整余量，在所述当前调整余量大于等于预设余量阈值时，判定需要微调，在所述当前余量小于所述预设余量阈值时，判定不需要微调；

在需要微调时，根据所述调整余量信息、所述发射功率和所述调制阶数生成微调参数，根据所述微调参数对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统。

9.如权利要求1所述的自由空间光通信动态补偿方法，其特征在于，所述根据所述目标发射功率和所述目标调制阶数进行自由空间光通信，包括；

将所述目标发射功率和所述目标调制阶数发送至所述发射端，以使所述发射端根据所述目标发射功率设定光载波，并根据所述目标调制阶数对所述光载波进行调制生成目标调制光信号，将所述目标调制光信号在自由空间中传播。

10.一种自由空间光通信动态补偿装置，其特征在于，所述自由空间光通信动态补偿装置包括：

参数获取模块，用于获取当前雾气浓度对应的浓度等级，将所述浓度等级输入至AI系统，获得发射端发射激光所需的发射功率和调制阶数；

调节模块，用于获取接收端的信号接收质量，根据所述信号接收质量确定是否需要微调，在需要微调时，对所述发射功率和所述调制阶数进行微调，获得调节后的目标发射功率和目标调制阶数，并更新所述AI系统；

通信模块，用于根据所述目标发射功率和所述目标调制阶数进行自由空间光通信。

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