CN114900237A - 一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统 - Google Patents

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CN114900237A CN202210372053.0A CN202210372053A CN114900237A CN 114900237 A CN114900237 A CN 114900237A CN 202210372053 A CN202210372053 A CN 202210372053A CN 114900237 A CN114900237 A CN 114900237A
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Abstract

本发明公开了一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，所述激光射频一体化通信系统包括激光射频一体化处理终端、射频天线和光学天线，所述射频天线和光学天线分别经光纤与所述激光射频一体化处理终端相连；本发明通过链路质量、传输能力、链路负载评估激光和射频链路效能，根据各链路效能计算流量分配比例，实现数据流量在激光射频链路上的自适应分配，构建既具备射频通信的可靠性和灵活性，又具备激光通信的大带宽与强抗干扰能力的多频段一体化通信系统。

Description

一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统
技术领域
本发明属于移动平台间无线激光与射频一体化通信技术领域，尤其涉及一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统。
背景技术
随着卫星、船舶、飞机等移动平台间传输数据量的不断增加，现有射频通信的技术瓶颈难以突破且频谱资源受限，难以支撑日益丰富的业务传输需求。
无线激光通信具有载波频率高、波长短、波束窄的特点，在小尺寸高增益天线、通信带宽、保密性、抗电磁干扰等方面优势突出。但在大气信道中易受湍流、云层、雾等因素的影响，通信链路稳定性差。
射频通信大气信道稳定，能够为激光通信提供稳定可靠的传输手段保障。因此在没有射频通信辅助的情况下，激光通信是一种低可靠的机会通信。
现有技术主要涉及机械式射频天线与光学天线共天线设计和一体化跟瞄控制，不适用于射频相控阵天线；且通信系统集成度不高，激光射频数据传输相对独立，未彻底实现数据的一体化传输。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，通过对射频通信和激光通信进行深度融合，设计激光射频一体化的多频段多信道通信系统，利用射频通信解决激光通信受气象环境影响下的链路补充问题，可以克服单独激光链路可用度低的问题，构建既具备射频通信的可靠性和灵活性，又具备激光通信的大带宽与强抗干扰能力的一体化通信系统，为移动平台在复杂电磁环境下提供全天候、多频段、抗干扰、高带宽、灵活可靠的通信保障。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，所述激光射频一体化通信系统包括激光射频一体化处理终端、射频天线和光学天线，所述射频天线和光学天线分别经光纤与所述激光射频一体化处理终端相连；
所述系统通过如下步骤实现自适应流量分配：
步骤s1：采集激光链路属性值；激光链路效能评估考虑的9个属性为：信噪比、平均接收功率、误码率、光闪烁系数、时延、时延抖动、丢包率、传输速率和链路负载，属性值分别为a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9；
步骤s2：采集射频链路属性值；射频链路效能评估考虑的9个属性为：信噪比、平均接收功率、误码率、多径强度、时延、时延抖动、丢包率、传输速率和链路负载，属性值分别为b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8、b9；
步骤s3：根据步骤s1采集的激光链路信噪比a1、平均接收功率a2、误码率a3、光闪烁系数a4，计算激光链路质量评估值x1；
步骤s4：根据步骤s1采集的激光链路时延a5、时延抖动a6、丢包率a7、传输速率a8，计算激光传输能力评估值x2；
步骤s5：根据步骤s1采集的激光链路负载a9，计算激光链路负载评估值x3
x3＝1-a9；
步骤s6：根据步骤s2采集的射频链路信噪比b1、平均接收功率b2、误码率b3、多径强度b4，计算射频链路质量评估值y1；
步骤s7：根据步骤s2采集的射频链路时延b5、时延抖动b6、丢包率b7、传输速率b8，计算射频传输能力评估值y2；
步骤s8：根据步骤s2采集的射频链路负载b9，计算射频链路负载评估值y3
y3＝1-b9；
步骤s9：构造链路效能属性向量；其中激光链路效能属性向量为X＝[x1，x2，x3]，射频链路效能属性向量为Y＝[y1，y2，y3]；
步骤s10：计算链路效能属性权重向量U＝[u1，u2，u3]T；从链路质量、传输能力、链路负载3个属性中每次选取两个属性，以oij(oij＞0，oii＝1，oij＝1/oji)表示所选的两个属性在链路效能评估中的相对重要性，oij＞1表示属性i比属性j重要，构造链路效能判断矩阵
Figure BDA0003589138760000021
计算链路效能判断矩阵O最大特征根对应的特征向量，归一化后即为表示不同属性重要程度的链路效能属性权重向量U；
步骤s11：计算激光射频链路效能；将激光链路效能属性向量X与链路效能属性权重向量U相乘，即获得激光链路效能
Figure BDA0003589138760000031
将射频链路效能属性向量Y与链路效能属性权重向量U相乘，即获得射频链路效能
Figure BDA0003589138760000032
步骤s12：根据激光射频链路效能和传输数据类型分配流量。
根据一个优选的实施方式，所述步骤s12包括：若传输数据为网络管理信息、重传数据帧，从射频链路传输，以保证传输可靠性和灵活组网；若传输数据有安全性要求，从激光链路传输，以保证抗干扰抗截获性能；若传输数据为业务数据，按照激光链路效能f1和射频链路效能f2比值控制传输数据流量在激光或射频链路上的分配比例。
根据一个优选的实施方式，步骤s3计算激光链路质量评估值，包括：
步骤s301：将步骤s1采集的激光链路信噪比a1、平均接收功率a2、误码率a3、光闪烁系数a4归一化，得到激光链路质量属性相对值向量C1＝[c1，c2，c3，c4]；其中信噪比、平均接收功率相对值为
Figure BDA0003589138760000033
上式中，
Figure BDA0003589138760000034
为门限值，
Figure BDA0003589138760000035
为最大值；当ci＜0时，取ci＝0；
误码率相对值为
ci＝1-ai(i＝3)；
光闪烁系数相对值为
Figure BDA0003589138760000036
上式中，
Figure BDA0003589138760000037
为最大值，
Figure BDA0003589138760000038
为最小值；
步骤s302：计算激光链路质量属性权重向量W1＝[w1，w2，w3，w4]T；从信噪比、平均接收功率、误码率、光闪烁系数4个属性中每次选取两个属性，以pij(pij＞0，pii＝1，pij＝1/pji)表示所选的两个属性在链路质量评估中的相对重要性，pii＞1表示属性i比属性j重要，构造激光链路质量判断矩阵
Figure BDA0003589138760000039
计算激光链路质量判断矩阵P最大特征根对应的特征向量，归一化后即为表示不同属性重要程度的激光链路质量属性权重向量W1；
步骤s303：计算激光链路质量评估值x1
Figure BDA0003589138760000041
根据一个优选的实施方式，步骤s4计算激光传输能力评估值，包括：
步骤s401：将步骤s1钟采集的激光链路时延a5、时延抖动a6、丢包率a7、传输速率a8归一化，得到激光传输能力属性相对值向量C2＝[c5,c6,c7,c8]；其中时延、时延抖动、丢包率相对值为
Figure BDA0003589138760000042
上式中，
Figure BDA0003589138760000043
为业务所能允许的最大时延、时延抖动、丢包率，
Figure BDA0003589138760000044
为业务所需的最小时延、时延抖动、丢包率；
传输速率相对值为
Figure BDA0003589138760000045
上式中，
Figure BDA0003589138760000046
为业务所需的最大传输速率，
Figure BDA0003589138760000047
为业务所需的最小传输速率；
步骤402：计算激光传输能力属性权重向量W2＝[w5,w6,w7,w8]T；根据各业务服务质量QoS传输需求，从时延、时延抖动、丢包率、传输速率4个属性中每次选取两个属性，以qij(qij>0，qii＝1，qij＝1/qji)表示所选的两个属性在传输能力评估中的相对重要性，qij>1表示属性i比属性j重要，构造激光传输能力判断矩阵
Figure BDA0003589138760000048
计算传输能力判断矩阵Q最大特征根对应的特征向量，归一化后即为表示不同属性重要程度的激光传输能力属性权重向量W2；
步骤403：计算激光传输能力评估值x2
Figure BDA0003589138760000049
根据一个优选的实施方式，步骤s6计算射频链路质量评估值，包括：
步骤s601：将步骤s2采集的射频链路信噪比b1、平均接收功率b2、误码率b3、多径强度b4归一化，得到射频链路属性相对值向量D1＝[d1，d2，d3，d4]；其中信噪比、平均接收功率相对值为
Figure BDA0003589138760000051
上式中，
Figure BDA0003589138760000052
为门限值，
Figure BDA0003589138760000053
为最大值；当di＜0时，取di＝0；
误码率相对值为
di＝1-bi(i＝3)；
多径强度相对值为
Figure BDA0003589138760000054
上式中，
Figure BDA0003589138760000055
为最大值，
Figure BDA0003589138760000056
为最小值；
步骤s602：计算射频链路质量属性权重向量V1＝[v1，v2，v3，v4]T；从信噪比、平均接收功率、误码率、多径强度4个属性中每次选取两个属性，以rij(rij＞0，rii＝1，rij＝1/rji)表示所选的两个属性在链路选择中的相对重要性，rij＞1表示属性i比属性j重要，构造射频链路质量判断矩阵
Figure BDA0003589138760000057
计算射频链路质量判断矩阵R最大特征根对应的特征向量，归一化后即为表示不同属性重要程度的射频链路质量属性权重向量V1；
步骤s603：计算射频链路质量评估值y1
Figure BDA0003589138760000058
根据一个优选的实施方式，步骤s7计算射频传输能力评估值，包括：
步骤s701：将步骤s2采集的射频链路时延b5、时延抖动b6、丢包率b7、传输速率b8归一化，得到射频传输能力属性相对值向量D2＝[d5，d6，d7，d8]，其中时延、时延抖动、丢包率相对值为
Figure BDA0003589138760000059
上式中，
Figure BDA0003589138760000061
为业务所能允许的最大时延、时延抖动、丢包率，
Figure BDA0003589138760000062
为业务所需的最小时延、时延抖动、丢包率；
传输速率相对值为
Figure BDA0003589138760000063
上式中，
Figure BDA0003589138760000064
为业务所需的最大传输速率，
Figure BDA0003589138760000065
为业务所需的最小传输速率；
步骤s702：射频传输能力属性权重向量V2＝[v5,v6,v7,v8]T采用与步骤402激光传输能力属性权重向量W2相同的权重向量，即V2＝W2；
步骤s703：计算射频传输能力评估值y2
Figure BDA0003589138760000066
根据一个优选的实施方式，所述激光射频一体化处理终端包括：自适应流量分配模块、射频波形处理模块、激光波形处理模块、第一光电转换模块、第二光电转换模块；自适应流量分配模块被配置为将传输数据流量按激光射频链路效能分配到射频波形处理模块和激光波形处理模块；射频波形处理模块完成传输数据的组帧、编解码、调制解调，生成射频链路IQ信号；激光波形处理模块完成传输数据的组帧、编解码、调制解调，生成激光链路电信号；第一光电转换模块将射频链路IQ信号转换为光纤信号传输给射频天线；第二光电转换模块将激光链路电信号转换为光纤信号传输给光学天线。
根据一个优选的实施方式，所述射频天线包括：第三光电转换模块、数字波束形成模块、采集激励模块、收发变频信道模块和天线阵面；其中，光电转换模块将来自激光射频一体化处理终端的IQ数据光纤信号转为IQ信号；数字波束形成模块对IQ信号进行波束控制所需的幅相加权，转换为阵列数字信号；采集激励模块完成阵列数字信号与中频信号的转换；收发变频信道模块包含若干个收发TR组件，完成信号放大、滤波、变频，实现中频信号与射频信号的转换；天线阵面由若干个阵元组阵，实现射频信号的发射与接收。
根据一个优选的实施方式，所述光学天线包括：光通信前端、自适应光学模块、光束偏转模块、望远镜；其中，光通信前端将来自激光射频一体化处理终端的光纤信号进行功率放大准直后得到发射光束，并将接收光束耦合进光纤传输给激光射频一体化处理终端；自适应光学模块被配置为补偿接收光束质量，并对发射光束预矫正；光束偏转模块被配置为控制发射与接收光束方向，实现激光链路的捕获跟踪对准；望远镜实现激光光束的发射与接收。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明提出的适用于机动平台间进行高速可靠通信的一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，相比于现有技术具有如下有益效果：
高速组网：激光通信目前主要用于点对点高速通信，不具备灵活组网能力。射频通信组网灵活，但频谱资源有限。本发明可以实现机动平台之间的高速组网，其中射频链路承担网络中基础链路角色，负责网络管理信息、重传数据及关键业务传输，弥补激光通信组网能力不足的问题；激光链路为部分节点之间的大容量业务数据提供高速抗干扰链路，弥补射频传输速率受限的问题，释放射频频谱资源用于更关键的流量。
数字化集成：本发明采用全数字化架构，激光射频一体化处理终端与射频/光学天线之间采用统一的光纤接口，无需射频交换模块，既减轻了连接线缆重量，且便于天线部署，可扩展性强，光学天线和射频天线作为平台上部署的不同频段、不同形态的天线，与激光射频一体化处理终端协同工作，并针对激光射频链路差异大的特点，设计链路效能评估方法，在射频和激光链路上高效自适应分配数据流量，构建资源一体化调度、数据一体化传输的高速可靠通信系统。
附图说明
图1是本发明激光射频一体化通信系统的结构示意图。
图2是本发明激光射频一体化自适应流量分配方法流程图。
图3是激光射频一体化自适应流量分配方法步骤s3流程图。
图4是激光射频一体化自适应流量分配方法步骤s4流程图。
图5为激光射频一体化自适应流量分配方法步骤s6流程图。
图6为激光射频一体化自适应流量分配方法步骤s7流程图。
其中，101-自适应流量分配模块，102-射频波形处理模块，103-激光波形处理模块，104-第一光电转换模块，105-第二光电转换模块，106-第三光电转换模块，107-数字波束形成模块，108-采集激励模块，109-收发变频信道模块，110-天线阵面，111-光通信前端，112-自适应光学模块，113-光束偏转模块，114-望远镜。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参考图1所示，本发明公开了一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，所述激光射频一体化通信系统包括激光射频一体化处理终端、射频天线和光学天线，所述射频天线和光学天线分别经光纤与所述激光射频一体化处理终端相连。
其中，所述激光射频一体化处理终端包括：自适应流量分配模块101、射频波形处理模块102、激光波形处理模块103、第一光电转换模块104、第二光电转换模块105；自适应流量分配模块101被配置为将传输数据流量按激光射频链路效能分配到射频波形处理模块102和激光波形处理模块103；射频波形处理模块102完成传输数据的组帧、编解码、调制解调，生成射频链路IQ信号；激光波形处理模块103完成传输数据的组帧、编解码、调制解调，生成激光链路电信号；第一光电转换模块104将射频链路IQ信号转换为光纤信号传输给射频天线；第二光电转换模块105将激光链路电信号转换为光纤信号传输给光学天线。
射频天线包括：第三光电转换模块106、数字波束形成模块107、采集激励模块108、收发变频信道模块109和天线阵面110；其中，第三光电转换模块106将来自激光射频一体化处理终端的IQ数据光纤信号转换为IQ信号；数字波束形成模块107对IQ信号进行波束控制所需的幅相加权，转换为阵列数字信号；采集激励模块108完成阵列数字信号与中频信号的转换；收发变频信道模块109包含若干个收发TR组件，完成信号放大、滤波、变频，实现中频信号与射频信号的转换；天线阵面110由若干个阵元组阵，实现射频信号的发射与接收。
光学天线包括：光通信前端111、自适应光学模块112、光束偏转模块113、望远镜114；其中，光通信前端111将来自激光射频一体化处理终端的光纤信号进行功率放大准直后得到发射光束，并将接收光束耦合进光纤传输给激光射频一体化处理终端；自适应光学模块112被配置为补偿接收光束质量，并对发射光束预矫正；光束偏转模块113被配置为控制发射与接收光束方向，实现激光链路的捕获跟踪对准；望远镜114实现激光光束的发射与接收。
参考图2所示，本发明系统通过如下步骤实现自适应流量分配：
步骤s1：采集激光链路属性值；激光链路效能评估考虑的9个属性为：信噪比、平均接收功率、误码率、光闪烁系数、时延、时延抖动、丢包率、传输速率和链路负载，属性值分别为a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9。
步骤s2：采集射频链路属性值；射频链路效能评估考虑的9个属性为：信噪比、平均接收功率、误码率、多径强度、时延、时延抖动、丢包率、传输速率和链路负载，属性值分别为b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8、b9。
步骤s3：根据步骤s1采集的激光链路信噪比a1、平均接收功率a2、误码率a3、光闪烁系数a4，计算激光链路质量评估值x1。
优选地，参考图3所示，步骤s3计算激光链路质量评估值，包括：
步骤s301：将步骤s1采集的激光链路信噪比a1、平均接收功率a2、误码率a3、光闪烁系数a4归一化，得到激光链路质量属性相对值向量C1＝[c1，c2，c3，c4]；其中信噪比、平均接收功率相对值为
Figure BDA0003589138760000091
上式中，
Figure BDA0003589138760000092
为门限值，
Figure BDA0003589138760000093
为最大值；当ci＜0时，取ci＝0；
误码率相对值为
ci＝1-ai(i＝3)；
光闪烁系数相对值为
Figure BDA0003589138760000094
上式中，
Figure BDA0003589138760000095
为最大值，
Figure BDA0003589138760000096
为最小值；
步骤s302：计算激光链路质量属性权重向量W1＝[w1，w2，w3，w4]T；从信噪比、平均接收功率、误码率、光闪烁系数4个属性中每次选取两个属性，以pij(pij＞0，pii＝1，pij＝1/pji)表示所选的两个属性在链路质量评估中的相对重要性，pij＞1表示属性i比属性j重要，构造激光链路质量判断矩阵
Figure BDA0003589138760000097
计算激光链路质量判断矩阵P最大特征根对应的特征向量，归一化后即为表示不同属性重要程度的激光链路质量属性权重向量W1；
步骤s303：计算激光链路质量评估值x1
Figure BDA0003589138760000098
步骤s4：根据步骤s1采集的激光链路时延a5、时延抖动a6、丢包率a7、传输速率a8，计算激光传输能力评估值x2。
优选地，参考图4所示，步骤s4计算激光传输能力评估值，包括：
步骤s401：将步骤s1钟采集的激光链路时延a5、时延抖动a6、丢包率a7、传输速率a8归一化，得到激光传输能力属性相对值向量C2＝[c5，c6，c7，c8]；其中时延、时延抖动、丢包率相对值为
Figure BDA0003589138760000101
上式中，
Figure BDA0003589138760000102
为业务所能允许的最大时延、时延抖动、丢包率，
Figure BDA0003589138760000103
为业务所需的最小时延、时延抖动、丢包率；
传输速率相对值为
Figure BDA0003589138760000104
上式中，
Figure BDA0003589138760000105
为业务所需的最大传输速率，
Figure BDA0003589138760000106
为业务所需的最小传输速率；
步骤402：计算激光传输能力属性权重向量W2＝[w5，w6，w7，w8]T；根据各业务服务质量QoS传输需求，从时延、时延抖动、丢包率、传输速率4个属性中每次选取两个属性，以qij(qij＞0，qii＝1，qij＝1/qji)表示所选的两个属性在传输能力评估中的相对重要性，qij＞1表示属性i比属性j重要，构造激光传输能力判断矩阵
Figure BDA0003589138760000107
计算传输能力判断矩阵Q最大特征根对应的特征向量，归一化后即为表示不同属性重要程度的激光传输能力属性权重向量W2；
步骤403：计算激光传输能力评估值x2
Figure BDA0003589138760000108
步骤s5：根据步骤s1采集的激光链路负载a9，计算激光链路负载评估值x3
x3＝1-a9；
步骤s6：根据步骤s2采集的射频链路信噪比b1、平均接收功率b2、误码率b3、多径强度b4，计算射频链路质量评估值y1。
优选地，参考图5所示，步骤s6计算射频链路质量评估值，包括：
步骤s601：将步骤s2采集的射频链路信噪比b1、平均接收功率b2、误码率b3、多径强度b4归一化，得到射频链路属性相对值向量D1＝[d1，d2，d3，d4]；其中信噪比、平均接收功率相对值为
Figure BDA0003589138760000111
上式中，
Figure BDA0003589138760000112
为门限值，
Figure BDA0003589138760000113
为最大值；当di＜0时，取di＝0；
误码率相对值为
di＝1-bi(i＝3)；
多径强度相对值为
Figure BDA0003589138760000114
上式中，
Figure BDA0003589138760000115
为最大值，
Figure BDA0003589138760000116
为最小值；
步骤s602：计算射频链路质量属性权重向量V1＝[v1，v2，v3，v4]T；从信噪比、平均接收功率、误码率、多径强度4个属性中每次选取两个属性，以rij(rij＞0，rii＝1，rij＝1/rji)表示所选的两个属性在链路选择中的相对重要性，rij＞1表示属性i比属性j重要，构造射频链路质量判断矩阵
Figure BDA0003589138760000117
计算射频链路质量判断矩阵R最大特征根对应的特征向量，归一化后即为表示不同属性重要程度的射频链路质量属性权重向量V1；
步骤s603：计算射频链路质量评估值y1
Figure BDA0003589138760000118
步骤s7：根据步骤s2采集的射频链路时延b5、时延抖动b6、丢包率b7、传输速率b8，计算射频传输能力评估值y2。
优选地，参考图6所示，步骤s7计算射频传输能力评估值，包括：
步骤s701：将步骤s2采集的射频链路时延b5、时延抖动b6、丢包率b7、传输速率b8归一化，得到射频传输能力属性相对值向量D2＝[d5，d6，d7，d8]，其中时延、时延抖动、丢包率相对值为
Figure BDA0003589138760000121
上式中，
Figure BDA0003589138760000122
为业务所能允许的最大时延、时延抖动、丢包率，
Figure BDA0003589138760000123
为业务所需的最小时延、时延抖动、丢包率；
传输速率相对值为
Figure BDA0003589138760000124
上式中，
Figure BDA0003589138760000125
为业务所需的最大传输速率，
Figure BDA0003589138760000126
为业务所需的最小传输速率；
步骤s702：射频传输能力属性权重向量V2＝[v5，v6，v7，v8]T采用与步骤402激光传输能力属性权重向量W2相同的权重向量，即V2＝W2；
步骤s703：计算射频传输能力评估值y2
Figure BDA0003589138760000127
步骤s8：根据步骤s2采集的射频链路负载b9，计算射频链路负载评估值y3
y3＝1-b9。
步骤s9：构造链路效能属性向量；其中激光链路效能属性向量为X＝[x1，x2，x3]，射频链路效能属性向量为Y＝[y1，y2，y3]。
步骤s10：计算链路效能属性权重向量U＝[u1，u2，u3]T；从链路质量、传输能力、链路负载3个属性中每次选取两个属性，以oij(oij＞0，oii＝1，oij＝1/oji)表示所选的两个属性在链路效能评估中的相对重要性，Oij＞1表示属性i比属性j重要，构造链路效能判断矩阵
Figure BDA0003589138760000128
计算链路效能判断矩阵O最大特征根对应的特征向量，归一化后即为表示不同属性重要程度的链路效能属性权重向量U。
步骤s11：计算激光射频链路效能；将激光链路效能属性向量X与链路效能属性权重向量U相乘，即获得激光链路效能
Figure BDA0003589138760000131
将射频链路效能属性向量Y与链路效能属性权重向量U相乘，即获得射频链路效能
Figure BDA0003589138760000132
步骤s12：根据激光射频链路效能和传输数据类型分配流量。
优选地，所述步骤s12包括：若传输数据为网络管理信息、重传数据帧，从射频链路传输，以保证传输可靠性和灵活组网；若传输数据有安全性要求，从激光链路传输，以保证抗干扰抗截获性能；若传输数据为业务数据，按照激光链路效能f1和射频链路效能f2比值控制传输数据流量在激光或射频链路上的分配比例。
本发明提出的适用于机动平台间进行高速可靠通信的一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，相比于现有技术具有如下有益效果。
高速组网：激光通信目前主要用于点对点高速通信，不具备灵活组网能力。射频通信组网灵活，但频谱资源有限。本发明可以实现机动平台之间的高速组网，其中射频链路承担网络中基础链路角色，负责网络管理信息、重传数据及关键业务传输，弥补激光通信组网能力不足的问题；激光链路为部分节点之间的大容量业务数据提供高速抗干扰链路，弥补射频传输速率受限的问题，释放射频频谱资源用于更关键的流量。
数字化集成：本发明采用全数字化架构，激光射频一体化处理终端与射频/光学天线之间采用统一的光纤接口，无需射频交换模块，既减轻了连接线缆重量，且便于天线部署，可扩展性强，光学天线和射频天线作为平台上部署的不同频段、不同形态的天线，与激光射频一体化处理终端协同工作，并针对激光射频链路差异大的特点，设计链路效能评估方法，在射频和激光链路上高效自适应分配数据流量，构建资源一体化调度、数据一体化传输的高速可靠通信系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，其特征在于，所述激光射频一体化通信系统包括激光射频一体化处理终端、射频天线和光学天线，所述射频天线和光学天线分别经光纤与所述激光射频一体化处理终端相连；
所述系统通过如下步骤实现自适应流量分配：
步骤s1：采集激光链路属性值；激光链路效能评估考虑的9个属性为：信噪比、平均接收功率、误码率、光闪烁系数、时延、时延抖动、丢包率、传输速率和链路负载，属性值分别为a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9；
步骤s2：采集射频链路属性值；射频链路效能评估考虑的9个属性为：信噪比、平均接收功率、误码率、多径强度、时延、时延抖动、丢包率、传输速率和链路负载，属性值分别为b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8、b9；
步骤s3：根据步骤s1采集的激光链路信噪比a1、平均接收功率a2、误码率a3、光闪烁系数a4，计算激光链路质量评估值x1；
步骤s4：根据步骤s1采集的激光链路时延a5、时延抖动a6、丢包率a7、传输速率a8，计算激光传输能力评估值x2；
步骤s5：根据步骤s1采集的激光链路负载a9，计算激光链路负载评估值x3
x3＝1-a9；
步骤s6：根据步骤s2采集的射频链路信噪比b1、平均接收功率b2、误码率b3、多径强度b4，计算射频链路质量评估值y1；
步骤s7：根据步骤s2采集的射频链路时延b5、时延抖动b6、丢包率b7、传输速率b8，计算射频传输能力评估值y2；
步骤s8：根据步骤s2采集的射频链路负载b9，计算射频链路负载评估值y3
y3＝1-b9；
步骤s9：构造链路效能属性向量；其中激光链路效能属性向量为X＝[x1,x2,x3]，射频链路效能属性向量为Y＝[y1,y2,y3]；
步骤s10：计算链路效能属性权重向量U＝[u1,u2,u3]T；从链路质量、传输能力、链路负载3个属性中每次选取两个属性，以oij(oij>0，oii＝1，oij＝1/oji)表示所选的两个属性在链路效能评估中的相对重要性，oij>1表示属性i比属性j重要，构造链路效能判断矩阵
Figure FDA0003589138750000011
计算链路效能判断矩阵O最大特征根对应的特征向量，归一化后即为表示不同属性重要程度的链路效能属性权重向量U；
步骤s11：计算激光射频链路效能；将激光链路效能属性向量X与链路效能属性权重向量U相乘，即获得激光链路效能
Figure FDA0003589138750000021
将射频链路效能属性向量Y与链路效能属性权重向量U相乘，即获得射频链路效能
Figure FDA0003589138750000022
步骤s12：根据激光射频链路效能和传输数据类型分配流量。
2.如权利要求1所述的一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，其特征在于，所述步骤s12包括：
若传输数据为网络管理信息、重传数据帧，从射频链路传输，以保证传输可靠性和灵活组网；
若传输数据有安全性要求，从激光链路传输，以保证抗干扰抗截获性能；
若传输数据为业务数据，按照激光链路效能f1和射频链路效能f2比值控制传输数据流量在激光或射频链路上的分配比例。
3.如权利要求1所述的一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，其特征在于，步骤s3计算激光链路质量评估值，包括：
步骤s301：将步骤s1采集的激光链路信噪比a1、平均接收功率a2、误码率a3、光闪烁系数a4归一化，得到激光链路质量属性相对值向量C1＝[c1,c2,c3,c4]；其中信噪比、平均接收功率相对值为
Figure FDA0003589138750000023
上式中，
Figure FDA0003589138750000024
为门限值，
Figure FDA0003589138750000025
为最大值；当ci<0时，取ci＝0；
误码率相对值为
ci＝1-ai(i＝3)；
光闪烁系数相对值为
Figure FDA0003589138750000031
上式中，
Figure FDA0003589138750000032
为最大值，
Figure FDA0003589138750000033
为最小值；
步骤s302：计算激光链路质量属性权重向量W1＝[w1,w2,w3,w4]T；从信噪比、平均接收功率、误码率、光闪烁系数4个属性中每次选取两个属性，以pij(pij>0，pii＝1，pij＝1/pji)表示所选的两个属性在链路质量评估中的相对重要性，pij>1表示属性i比属性j重要，构造激光链路质量判断矩阵
Figure FDA0003589138750000034
计算激光链路质量判断矩阵P最大特征根对应的特征向量，归一化后即为表示不同属性重要程度的激光链路质量属性权重向量W1；
步骤s303：计算激光链路质量评估值x1
Figure FDA0003589138750000035
4.如权利要求1所述的一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，其特征在于，步骤s4计算激光传输能力评估值，包括：
步骤s401：将步骤s1采集的激光链路时延a5、时延抖动a6、丢包率a7、传输速率a8归一化，得到激光传输能力属性相对值向量C2＝[c5,c6,c7,c8]；其中时延、时延抖动、丢包率相对值为
Figure FDA0003589138750000036
上式中，
Figure FDA0003589138750000037
为业务所能允许的最大时延、时延抖动、丢包率，
Figure FDA0003589138750000038
为业务所需的最小时延、时延抖动、丢包率；
传输速率相对值为
Figure FDA0003589138750000039
上式中，
Figure FDA0003589138750000041
为业务所需的最大传输速率，
Figure FDA0003589138750000042
为业务所需的最小传输速率；
步骤402：计算激光传输能力属性权重向量W2＝[w5,w6,w7,w8]T；根据各业务服务质量QoS传输需求，从时延、时延抖动、丢包率、传输速率4个属性中每次选取两个属性，以qij(qij>0，qii＝1，qij＝1/qji)表示所选的两个属性在传输能力评估中的相对重要性，qij>1表示属性i比属性j重要，构造激光传输能力判断矩阵
Figure FDA0003589138750000043
计算传输能力判断矩阵Q最大特征根对应的特征向量，归一化后即为表示不同属性重要程度的激光传输能力属性权重向量W2；
步骤403：计算激光传输能力评估值x2
Figure FDA0003589138750000044
5.如权利要求1所述的一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，其特征在于，步骤s6计算射频链路质量评估值，包括：
步骤s601：将步骤s2采集的射频链路信噪比b1、平均接收功率b2、误码率b3、多径强度b4归一化，得到射频链路属性相对值向量D1＝[d1,d2,d3,d4]；其中信噪比、平均接收功率相对值为
Figure FDA0003589138750000045
上式中，
Figure FDA0003589138750000046
为门限值，
Figure FDA0003589138750000047
为最大值；当di<0时，取di＝0；
误码率相对值为
di＝1-bi(i＝3)；
多径强度相对值为
Figure FDA0003589138750000048
上式中，
Figure FDA0003589138750000049
为最大值，
Figure FDA00035891387500000410
为最小值；
步骤s602：计算射频链路质量属性权重向量V1＝[v1,v2,v3,v4]T；从信噪比、平均接收功率、误码率、多径强度4个属性中每次选取两个属性，以rij(rij>0，rii＝1，rij＝1/rji)表示所选的两个属性在链路选择中的相对重要性，rij>1表示属性i比属性j重要，构造射频链路质量判断矩阵
Figure FDA0003589138750000051
计算射频链路质量判断矩阵R最大特征根对应的特征向量，归一化后即为表示不同属性重要程度的射频链路质量属性权重向量V1；
步骤s603：计算射频链路质量评估值y1
Figure FDA0003589138750000052
6.如权利要求1所述的一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，其特征在于，步骤s7计算射频传输能力评估值，包括：
步骤s701：将步骤s2采集的射频链路时延b5、时延抖动b6、丢包率b7、传输速率b8归一化，得到射频传输能力属性相对值向量D2＝[d5,d6,d7,d8]，
其中时延、时延抖动、丢包率相对值为
Figure FDA0003589138750000053
上式中，
Figure FDA0003589138750000054
为业务所能允许的最大时延、时延抖动、丢包率，
Figure FDA0003589138750000055
为业务所需的最小时延、时延抖动、丢包率；
传输速率相对值为
Figure FDA0003589138750000056
上式中，
Figure FDA0003589138750000057
为业务所需的最大传输速率，
Figure FDA0003589138750000058
为业务所需的最小传输速率；
步骤s702：射频传输能力属性权重向量V2＝[v5,v6,v7,v8]T采用与步骤402激光传输能力属性权重向量W2相同的权重向量，即V2＝W2；
步骤s703：计算射频传输能力评估值y2
Figure FDA0003589138750000059
7.如权利要求1所述的一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，其特征在于，所述激光射频一体化处理终端包括：自适应流量分配模块(101)、射频波形处理模块(102)、激光波形处理模块(103)、第一光电转换模块(104)、第二光电转换模块(105)；
自适应流量分配模块(101)被配置为将传输数据流量按激光射频链路效能分配到射频波形处理模块(102)和激光波形处理模块(103)；
射频波形处理模块(102)完成传输数据的组帧、编解码、调制解调，生成射频链路IQ信号；
激光波形处理模块(103)完成传输数据的组帧、编解码、调制解调，生成激光链路电信号；
第一光电转换模块(104)将射频链路IQ信号转换为光纤信号传输给射频天线；第二光电转换模块(105)将激光链路电信号转换为光纤信号传输给光学天线。
8.如权利要求7所述的一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，其特征在于，所述射频天线包括：第三光电转换模块(106)、数字波束形成模块(107)、采集激励模块(108)、收发变频信道模块(109)和天线阵面(110)；
其中，第三光电转换模块(106)将来自激光射频一体化处理终端的IQ数据光纤信号转为IQ信号；
数字波束形成模块(107)对IQ信号进行波束控制所需的幅相加权，转换为阵列数字信号；
采集激励模块(108)完成阵列数字信号与中频信号的转换；
收发变频信道模块(109)包含若干个收发TR组件，完成信号放大、滤波、变频，实现中频信号与射频信号的转换；
天线阵面(110)由若干个阵元组阵，实现射频信号的发射与接收。
9.如权利要求8所述的一种流量自适应分配的激光射频一体化通信系统，其特征在于，所述光学天线包括：光通信前端(111)、自适应光学模块(112)、光束偏转模块(113)、望远镜(114)；
其中，光通信前端(111)将来自激光射频一体化处理终端的光纤信号进行功率放大准直后得到发射光束，并将接收光束耦合进光纤传输给激光射频一体化处理终端；
自适应光学模块(112)被配置为补偿接收光束质量，并对发射光束预矫正；
光束偏转模块(113)被配置为控制发射与接收光束方向，实现激光链路的捕获跟踪对准；
望远镜(114)实现激光光束的发射与接收。
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