CN202043112U - 高速全向无线激光通信设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高速全向无线激光通信设备，其主要由壳体，壳体内设有的MCU模块电路、无线编解码与调制解调模块电路、运放模块电路、滤波模块电路、全向光学天线模块电路、信号处理模块电路、控制信号接口电路、电源模块电路；以及壳体上设有的全向光学天线、通信接口、控制信号接口、电源接口所组成。本实用新型可以将飞行器及舱内一些移动通信设备、终端和电子设备进行链接，实现高速全向语音、图像、网络等数据信号同时双向传输；免除繁琐的电缆布线、减小系统重量和功耗。

Description

高速全向无线激光通信设备

技术领域

本实用新型属于激光通讯设备，具体涉及一种用于飞行器及舱内通信的高速全向无线激光通信设备。

背景技术

当前空间飞行器及舱内的通信都是采用电缆连接的有线通信方式进行的，这种方式不但增加了系统的整体重量，而且还得考虑如何解决各个通信设备之间相互干扰的问题，这就给系统内部电缆布线带来了复杂的问题。随着科技的快速发展，未来的飞行器及舱内信息传输系统将向网络化、小型化、智能化方向发展，其内部通信系统的通信带宽、通信速率将进一步增大，须建立起网络化的快速、高效、安全、稳定的通信链路，才能满足要求。随着数据量、通信量的迅猛增长以及通信形式的多样化，现有的微波通信以及有线电缆通信已经无法满足需求，同时各种电子设备产生大量的电磁辐射，对传统方式下信号的传输产生严重影响。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高速全向无线激光通信设备，它可以将飞行器及舱内一些移动通信设备、终端和电子设备进行链接，实现高速全向语音、图像、网络等数据信号同时双向传输；免除繁琐的电缆布线、减小系统重量和功耗。

为解决上述问题，本实用新型所设计的一种高速全向无线激光通信设备，其主要由壳体，壳体内设有的MCU模块电路、无线编解码与调制解调模块电路、运放模块电路、滤波模块电路、全向光学天线模块电路、信号处理模块电路、控制信号接口电路、电源模块电路，以及壳体上设有的全向光学天线、通信接口、控制信号接口、电源接口所组成；MCU模块电路分别连接无线编解码与调制解调模块电路、信号处理模块电路和控制信号接口电路；无线编解码与调制解调模块电路依次经过运放模块电路和滤波模块电路连接至全向光学天线模块电路，全向光学天线模块电路与全向光学天线相连；信号处理模块电路连接通信接口；控制信号接口电路连接控制信号接口；电源模块电路的输入端分别连接控制信号接口电路和电源接口。

为了实现全向无线激光通信功能，上述方案全向光学天线包括底座、以及固定在底座上的至少1个激光探测器和激光发射器，上述激光探测器呈环绕状均匀分布在底座上，且每个激光探测器的周围均环绕地设有3个或3个以上的激光发射器。

上述方案所述底座最好呈半球面状，激光发射器和激光探测器分布在该半球面状底座的凸面上。

上述方案所述全向光学天线的外表面即激光发射器和激光探测器的前端最好覆有一滤光片。

上述方案所述全向光学天线模块电路主要由功率放大器、自动功率控制电路、阻抗匹配电路、跨阻放大器、电阻、限幅放大器、自动增益控制电路和均衡器组成；功率放大器的输入端与滤波模块电路相连，自动功率控制电路跨接在功率放大器输出端和反馈端上，功率放大器的输出端与阻抗匹配电路相连，阻抗匹配电路的输出端连接激光发射器；激光探测器连接在跨阻放大器的输入端上，跨阻放大器的输入端和输出端上跨接电阻，跨阻放大器的输出端与限幅放大器的输入端相连，自动增益控制电路跨接在限幅放大器输出端和反馈端上，限幅放大器的输出端经过均衡器与滤波模块电路连接。

作为上述方案的进一步改进，上述方案所述MCU模块电路上还接有有线编解码与调制解调模块电路，该有线编解码与调制解调模块电路经过光接口模块电路与壳体上设有的光缆接口相连接。通过附加上述有线传输模块来满足飞行器及舱内一些固定设备之间的大通信量和高带宽的要求。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1、本实用新型提供了一种新型的激光通信设备，通过该设备可建立一个无线激光通信链路来实现飞行器及舱内的设备与设备之间100Mbps全向高速双向语音、图像、网络等数据信号通信，从而避免了飞行器及舱内的移动设备在进行通信时，相连的通信电缆会给移动通信带来不便，无线通信方式使得移动设备可以在有限的空间内自由的变换位置而不必担心通信会中断的问题；

2、本实用新型的全向光学天线内的激光发射器和激光探测器采用环绕分布来实现全向性的通信功能，同时全向光学天线采用分集接收技术来避免系统由于光漫射造成的多径干扰；

3、通过设备可以建立一个有线激光通信链路来实现飞行器及舱内的设备与设备之间1Gbps高速率的数据通信，从而保证飞行器及舱内一些固定电子设备大容量的高带宽链接的要求；

4、通过本实用新型所链接而成的系统具有通信容量大、信息保密性强、安全性好、抗干扰能力强、体积小重量轻、兼容性好、支持移动通信，信息传输和交换能够在物理上无泄漏的封闭区域内部进行的特点。

附图说明

图1为本实用新型一种高速全向无线激光通信设备的原理框图；

图2为一种全向光学天线的结构示意图；

图3为本实用新型一种全向光学天线模块电路的原理框图；

图4为本实用新型应用连接示意图。

具体实施方式

本实用新型一种高速全向无线激光通信设备如图1所示，其主要由壳体，壳体内设有的MCU模块电路、无线编解码与调制解调模块电路、运放模块电路、滤波模块电路、全向光学天线模块电路、信号处理模块电路、控制信号接口电路、电源模块电路，以及壳体上设有的全向光学天线、通信接口、控制信号接口、电源接口所组成。MCU模块电路分别连接无线编解码与调制解调模块电路、信号处理模块电路和控制信号接口电路。无线编解码与调制解调模块电路依次经过运放模块电路和滤波模块电路连接至全向光学天线模块电路，全向光学天线模块电路与全向光学天线相连。信号处理模块电路连接通信接口。控制信号接口电路连接控制信号接口。电源模块电路的输入端分别连接控制信号接口电路和电源接口。此外，为了满足外部设备之间大容量和高带宽的需求，本实用新型的MCU模块电路上还接有有线编解码与调制解调模块电路，该有线编解码与调制解调模块电路经过光接口模块电路与壳体上设有的光缆接口相连接。

上述高速全向无线激光通信设备是通过全向光学天线实现全向无线激光通信功能的。本实用新型的全向光学天线如图2所示，且包括底座、以及固定在底座上的至少1个激光探测器和激光发射器，上述激光探测器呈环绕状均匀分布在底座上，且每个激光探测器的周围均环绕地设有3个或3个以上的激光发射器。在本实用新型优选实施例中，包括有6个激光探测器，这6个激光探测器中的1个位于底座的中心，其余5个则围绕中心的激光探测器呈等距分布在底座上。上述每个激光探测器的周围各环绕有3个激光发射器。激光发射器将要发送的电信号转换为激光信号并发射到大气或自由空间中以便移动设备可以接收，激光探测器接收移动设备发射出来的激光信号并把它转换为电信号送给高速全向无线激光通信设备的内部主机即MCU模块电路处理。为了克服不同路径引起的ISI、接收机位置改变、物体阴影效应对通信系统的影响，本实用新型提出光分集接收技术。通过在接收设备的不同方向上安装多个全向光学天线，同时将全向光学天线内部的激光发射器、特别是激光探测器均匀分布在同一个半球面的凸面上，对同一信号分别进行接收，接收到的各支路信号相互独立，并在分集合并之前对所有支路信号进行相似性比较，选取所有支路中信号相似性最多的支路进行增益合并，舍去其他相似性较小的支路信号。这种接收方式的特点是在分集合并之前对所有支路信号进行了筛选，避免了误码可能较大的支路。另外，本实用新型的全向光学天线的外表面即激光发射器和激光探测器的前端覆有一滤光片，通过该滤光片将不相关的干扰光信号滤除掉，以减少激光探测器接收的信号中噪声的成分。

本实用新型的全向光学天线模块电路如图3所示，其主要由功率放大器、自动功率控制电路、阻抗匹配电路、跨阻放大器、电阻、限幅放大器、自动增益控制电路和均衡器组成；功率放大器的输入端与滤波模块电路相连，自动功率控制电路跨接在功率放大器输出端和反馈端上，功率放大器的输出端与阻抗匹配电路相连，阻抗匹配电路的输出端连接激光发射器；激光探测器连接在跨阻放大器的输入端上，跨阻放大器的输入端和输出端上跨接电阻，跨阻放大器的输出端与限幅放大器的输入端相连，自动增益控制电路跨接在限幅放大器输出端和反馈端上，限幅放大器的输出端经过均衡器与滤波模块电路连接。全向光学天线的模块电路就是对要发送的电信号进行功率放大，功率放大电路要加自动功率控制，否则会对激光发射器造成损害。电信号经过功率放大后再通过阻抗匹配电路进行阻抗匹配，最后驱动激光发射器输出相同频率的激光信号。激光探测器接收到激光信号并将光信号转换为电信号，由于激光探测器接收到的激光信号可能比较弱，输出的电信号幅度亦比较小，所以电信号必须经过放大作用才能被下一级电路处理，因此采用的放大电路和有线激光通信的放大电路相同。此外，全向光学天线模块还包括有一直流偏置电路，该直流偏置电路连接激光发射器，保证激光发射器偏置电压迅速达到阈值电压，从而实现较高的传输速率。

通过上述结构的高速全向无线激光通信设备来实现飞行器及舱内各个外部设备之间的通信链路的无线或有线连接。参见图4，为本实用新型一种应用实例。当飞行器及舱内的移动设备之间需要进行通信时，可在飞行器及舱内移动设备上配备1个高速全向无线激光通信设备，即将移动设备与高速全向无线激光通信设备的通信接口相连。若飞行器及舱内空间较大、结构较为复杂时，还可以在飞行器及舱内额外安放1个甚至是多个高速全向无线激光通信设备作为中转站，这样就能够让飞行器及舱内的移动设备在有限的空间内自由的变换位置而不必担心通信会中断的问题。通过本实用新型所实现的全向无线激光通信的通信速率可以达到100Mbps，通信误码率达到10-9，完全可以满足移动设备的通信需求。当飞行器及舱内的各固定设备之间需要通信时，只需将固定设备就近连接到高速全向无线激光通信设备的通信接口上，然后由高速全向无线激光通信设备将需要传输的信号转换为光信号并通过光缆接口传送到光纤上，另一端的全向无线激光通信设备再通过光缆接口接收光纤上传送来的光信号，并把光信号转换为电信号，最后通过通信接口传输给与它连接的固定设备，全向无线激光通信设备的有线激光通信速率可以达到1Gbps以上。

上述高速全向无线激光通信设备对外部设备传送进来的信号以及要传送给外部设备的信号进行处理，比如模/数转换、电平转换、以太网协议转换等，MCU模块电路是整个设备的核心部分，它完成对传输信号的复用以及解复用，时钟信号的分配以及信号的同步化处理等关键处理。控制信号接口电路的作用就是对控制信号进行判别并进行信号格式的转换(或者是电平转换)。电源模块电路就是对电源接口输入的电源进行电压转换，即将电压转换成适合各个模块的工作电压。有线编解码与调制解调模块电路或无线编解码与调制解调模块电路就是对传输信号调制/解调处理，以使信号适合在无线激光通信信道或有线激光通信信道中传输。光接口模块电路的作用是对信号进行电平转换和光电转换。运放模块电路和滤波模块电路对要发送或接收的信号进行放大和滤波处理。全向光学天线模块电路和全向光学天线是全向无线激光通信设备的发射和接收端，需要发送的信号经过这两个模块电路的电/光转换作用，将电信号转换为光信号并由激光发射器发射送入空间进行传输，全向光学天线内部的激光探测器探测接收空间中有用的激光信号并通过滤光片滤除干扰光信号，把有用的激光信号转换为电信号提供给下一级电路处理。

Claims (6)

1.高速全向无线激光通信设备，其特征在于：其主要由壳体，壳体内设有的MCU模块电路、无线编解码与调制解调模块电路、运放模块电路、滤波模块电路、全向光学天线模块电路、信号处理模块电路、电源模块电路，以及壳体上设有的全向光学天线、通信接口、控制信号接口、电源接口所组成；MCU模块电路分别连接无线编解码与调制解调模块电路、信号处理模块电路和控制信号接口电路；无线编解码与调制解调模块电路依次经过运放模块电路和滤波模块电路连接至全向光学天线模块电路，全向光学天线模块电路与全向光学天线相连；信号处理模块电路连接通信接口；控制信号接口电路连接控制信号接口；电源模块电路的输入端分别连接控制信号接口电路和电源接口。

2.根据权利要求1所述的高速全向无线激光通信设备，其特征在于：MCU模块电路上还接有有线编解码与调制解调模块电路，该有线编解码与调制解调模块电路经过光接口模块电路与壳体上设有的光缆接口相连接。

3.根据权利要求1或2所述的高速全向无线激光通信设备，其特征在于：全向光学天线包括底座、以及固定在底座上的至少1个激光探测器和激光发射器，上述激光探测器呈环绕状均匀分布在底座上，且每个激光探测器的周围均环绕地设有3个或3个以上的激光发射器。

4.根据权利要求3所述的高速全向无线激光通信设备，其特征在于：所述底座呈半球面状，激光发射器和激光探测器分布在该半球面状底座的凸面上。

5.根据权利要求3所述的高速全向无线激光通信设备，其特征在于：全向光学天线的外表面即激光发射器和激光探测器的前端覆有一滤光片。

6.根据权利要求3所述的高速全向无线激光通信设备，其特征在于：全向光学天线模块电路主要由功率放大器、自动功率控制电路、阻抗匹配电路、跨阻放大器、电阻、限幅放大器、自动增益控制电路和均衡器组成；功率放大器的输入端与滤波模块电路相连，自动功率控制电路跨接在功率放大器输出端和反馈端上，功率放大器的输出端与阻抗匹配电路相连，阻抗匹配电路的输出端连接激光发射器；激光探测器连接在跨阻放大器的输入端上，跨阻放大器的输入端和输出端上跨接电阻，跨阻放大器的输出端与限幅放大器的输入端相连，自动增益控制电路跨接在限幅放大器输出端和反馈端上，限幅放大器的输出端经过均衡器与滤波模块电路连接。

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