一种无线光信道构建方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术给出一种无线光信道构建方法及装置，用于克服现有技术存在的波束捕获时间长，波束跟踪精度低以及不适用于线形波束对准这些缺点中的至少一种。所述方法包括：第一无线光通信节点向其服务区域内发送识别信号；获取第二无线光通信节点的第二方位信息；使用第一光学通道调向模块调整第一无线光通信节点的第一光学通道的朝向，使之朝向第二无线光通信节点所在的第二方位；调整第一无线光通信节点发射的第一无线光学通信波束的方向，使该无线光学通信波束落在第二无线光通信节点的无线光学接收天线口面上。本发明专利技术实施例给出的方法及装置，既可用于对线形光学波束的捕获跟踪，也可用于对锥形光学波束的捕获跟踪。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光通信领域，尤其涉及一种无线光信道构建方法及装置。
技术介绍
现有无线光通信技术包括窄带（激光）无线光通信无线光通信和宽带（非激光）无线光通信。自由空间光通信（FSO：Free Space Optical）通常使用激光束建立通信链路，具有不需要频率许可证、频带宽、成本低、保密性好，布设灵活、抗电磁干扰等特点。此外，使用自由空间光通信系统建立无线光链路，还有如下的优点：1）对运行的协议透明，现有通信网络常用的传输控制协议都能承载；2）可组成点对点、星形、和网格形结构的网络；3）易于扩容升级，只需稍作接口的变动就能改变容量。使用激光束的自由空间光通信（FSO）存在的主要问题包括：（1）承载FSO光学系统的支撑物的晃动/漂移或大气折射率的起伏将影响无线光学链路两个端点之间的激光对准；（2）FSO是一种视距宽带通信技术，传输距离与信号质量的矛盾突出，当传输超过一定距离时波束就会变宽导致难以被接收点正确接收，目前，在1km以下才能获得好的效果和质量，最远只能达到4Km；（3）FSO系统性能对天气敏感，雨、雪和雾对传输质量的影响较大。FSO受天气影响的衰减经验值分别为：晴天，5-15db/km、雨，20-50db/km、雪，50-150db/km、雾，50-300db/km；（4）激光束会对眼睛造成伤害。在现有专利申请中，产生了与FSO系统相关的光束瞄准技术、光束准直技术、光束调向技术、光束位置监测技术，其具体方法简述如下：光束瞄准技术方面的专利申请：申请号为CN200510009868，专利技术名称为“双反馈高精度光束瞄准控制装置”，该装置包括激光光源、反射镜面、光分路器，反馈控制单元等，能高精度的控制二维偏转镜反射输出光束的偏转角度，其控制误差≤0.5μrad。申请号为CN200510009867，专利技术名称为“双反馈高精度光束瞄准的控制方法”给出的控制步骤包括：设定光束的二维偏转角度值Az、El；根据Az、El与二维偏转镜中的位移传感器的输出值，对二维偏转镜中的压电陶瓷的二维偏转驱动电压进行一级反馈误差修正；计算出激光光束在CCD摄像机上的二维坐标XC、YC的值；计算机根据二维坐标值XC、YC，计算出实际二维偏转角度ψh、ψv的值；将ψh、ψv与Az、El进行比较后，对压电陶瓷的二维偏转驱动电压进行二级反馈误差修正。光束调向技术方面的专利申请：申请号为CN200780002545，专利技术名称为“光束转向和采样设备及方法”给出的方法包括：在光束转向/采样系统中，使用矩阵变换控制技术来去耦合驱动转向反射镜的制动器的操作。该控制技术使用两个虚拟变量，每一个具有以非交叉耦合方式操作的相关联的独立的反馈环，每一个变量和两个转向反射镜之一相关联。申请号为CN01819928，专利技术名称为“光束转向装置及光开关” 给出的方法包括：为了在光开关中转向光束，沿Z轴连接有一光纤的准直仪安装在一平衡环中，用于实现准直仪关于X和Y轴的摆动运动。一压电致动器沿Z轴延伸，并且关于光纤对称。在准直仪上的角度位置传感器提供反馈以用于转向光束。申请号为 CN200510026553，专利技术名称为“双光楔光束偏转机械装置” 给出的装置包括：底座、两个直线步进电机、两个导轨、两个圆形光楔及镜框及两个角度编码器构成，水平转动轴和垂直转动轴正交布置，一端分别刚性联结到镜框上，另一端则通过高精度滚动轴承实现支撑，两个直线步进电机布置在底座内部，通过电机螺杆推进两个镜框分别绕水平转动轴和垂直转动轴旋转，转动轴的一侧布置有模块式角度编码器。工作时受控制电路作用，直线步进电机推进光楔及镜框总成旋转，同时编码器实时反馈光楔实际转角。光束位置感知技术方面的专利申请：申请号为CN200580032963，专利技术名称为“在光电读取器和图像投影仪中监控光束位置” 给出的方法包括：以扫描频率在目标上移动扫描光束作为扫描线的驱动器，以及操作连接到该驱动器的光电反馈组件，用于在光束移动期间光探测扫描线的位置，并且以扫描频率生成反馈信号，该反馈信号可以指示扫描线的位置。去除了驱动器中的反馈线圈，以避免驱动器中多个线圈之间的电磁耦合。现有的“动态跟踪”方法和“双反馈高精度光束瞄准”方法都是采用“双反馈”方法，具体实现是使用可调微镜或由压电陶瓷驱动的二维偏转镜来调整接收光束的走向使之对准光探测器，这种光束瞄准方法的优点是动态性能好，缺点是对光束走向的调整范围小且复杂；这种光束瞄准方法适合在无线光链路建立后对光束的动态跟踪，不适用于无线光链路初建或重建过程中链路两端间的光束搜索和对准；现有的光束调向技术，通过调整反射镜片/光楔准直仪的位置和/或方向来改变光束的走向；现有的光束位置感知技术，通过特定的扫描频率在目标上移动扫描光束，并且以扫描频率生成反馈信号，该反馈信号可以指示扫描线的位置。综上所述，现有激光束无线光通信技术存在搜索范围小，波束捕获时间长，波束跟踪精度低以及不适用于线形波束对准这些缺点。
技术实现思路
本专利技术给出一种无线光信道构建方法及装置，用于克服现有技术存在的搜索范围小，波束捕获时间长，波束跟踪精度低以及不适用于线形波束对准这些缺点中的至少一种。本专利技术给出一种无线光信道构建方法，用于第一无线光通信节点，该方法包括如下步骤：第一无线光通信节点向其服务区域内发送识别信号；第一无线光通信节点获取第二无线光通信节点的第二方位信息；使用第一光学通道调向模块调整第一无线光通信节点的第一光学通道的朝向，使之朝向第二无线光通信节点所在的第二方位；使用第一发射波束调向模块调整第一无线光通信节点发射的第一无线光学通信波束的方向，使该无线光学通信波束落在第二无线光通信节点的无线光学接收天线口面上。本专利技术给出一种无线光信道构建方法，用于第二无线光通信节点，该方法包括如下步骤：接收第一无线光通信节点向其服务区域内发送的识别信号；获取第一无线光通信节点的第一方位信息；使用第二光学通道调向模块调整第二无线光通信节点的第二光学通道的朝向，使之朝向第一无线光通信节点所在的相对于第二无线光通信节点的第一方位；使用第二发射波束调向模块调整第二无线光通信节点发射的第二无线光学通信波束的方向，使该无线光学通信波束落在第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面上。本专利技术给出一种无线光通信装置，用于第一无线光通信节点，该装置包括：节点识别信号发送模块，方位信息获取模块，光通道调向模块，光学成像传感器模块，发射波束调向模块，光学接收天线模块，无线光学通信波束发射模块；优选地，包括声学定位模块和/或通道外光学成像传感器模块；其中，所述节点识别信号发送模块，用于第一无线光通信节点向其服务区域内发送识别信号，包括：发送第一无线光通信节点的身份识别信息的半导体发光管/半导体激光管和无线电发射模块中的至少一种；和/或，构成无线光通信节点标识信息的半导体发光管/半导体激光管；所述方位信息获取模块，用于第一无线光通信节点获取第二无线光通信节点的第二方位信息，包括：具有不同朝向的光探测器模块、构建光学信道的控制信号接收模块以及无线电接收模块中的至少一种；所述光通道调向模块，用于在第一维度和第二维度上调整第一无线光通信节点的第一光学成像传感器镜头、第一无线光学通信波束、无线光学接收天线及发射波束调向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线光信道构建方法，用于第一无线光通信节点，该方法包括如下步骤：第一无线光通信节点向其服务区域内发送识别信号；第一无线光通信节点获取第二无线光通信节点的第二方位信息；使用第一光学通道调向模块调整第一无线光通信节点的第一光学通道的朝向，使之朝向第二无线光通信节点所在的第二方位；使用第一发射波束调向模块调整第一无线光通信节点发射的第一无线光学通信波束的方向，使该无线光学通信波束落在第二无线光通信节点的无线光学接收天线口面上。

【技术特征摘要】
1.一种无线光信道构建方法，用于第一无线光通信节点，该方法包括如下步骤：第一无线光通信节点向其服务区域内发送识别信号；第一无线光通信节点获取第二无线光通信节点的第二方位信息；使用第一光学通道调向模块调整第一无线光通信节点的第一光学通道的朝向，使之朝向第二无线光通信节点所在的第二方位；使用第一发射波束调向模块调整第一无线光通信节点发射的第一无线光学通信波束的方向，使该无线光学通信波束落在第二无线光通信节点的无线光学接收天线口面上。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一无线光通信节点向其服务区域内发送识别信号，具体步骤包括：发送承载第一无线光通信节点的身份识别信息的光信号或无线电信号;所述光信号/无线电信号承载第一无线光通信节点的身份识别信息和/或无线光通信节点标识信息；优选地，第一无线光通信节点使用具有不同朝向的光源向各自的朝向发送所述光信号；或者，第一无线光通信节点使用无线通信接口发送所述无线电信号，所述无线通信接口包括移动通信/无线局域网/蓝牙技术规范规定的通信接口或非标准化的私有无线电接口；更优选地，第一无线光通信节点使用所述具有不同朝向的光源向各自的朝向发送该光源的朝向信息；所述获取第二无线光通信节点的第二方位信息，具体包括如下至少一种步骤：第一无线光通信节点使用具有不同朝向的光探测器分别从不同的方向接收第二无线光通信节点发送的用于构建光学信道的控制信号，根据一个或多个光探测器的朝向和/或信号强度估计第二无线光通信节点的第二方位信息；以及第一无线光通信节点通过无线电接口向第二无线光通信节点发送声学定位触发信号，该声学定位触发信号被第二无线光通信节点接收后，第二无线光通信节点发送定位用声学信号，第一无线光通信节点使用三个或三个以上的声学接收通道接收该声学信号，并使用不同声学接收通道接收到的声学定位信号间的幅度和相位关系估计第二无线光通信节点的方位，使用不同声学接收通道接收到的声学定位信号的到达时间相对于声学定位触发信号发送时间的时延，获取第二无线光通信节点发送的声学信号至第一无线光通信节点的传播时间，使用该传播时间获取第一无线光通信节点与第二无线光通信节点间的距离。3.如权利要求1所述的方法，还包括保持第一无线光通信节点与第二无线光通信节点间光学信道连通的方法，具体包括如下至少一种步骤：在第一无线光通信节点侧使用通道外光学成像传感器获取第二无线光通信节点发送的第二无线光学通信波束在第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面内或口面邻近区域内落点的图像，从该图像获取第二无线光学通信波束落点相对于无线光学接收天线口面中心点间的偏移量和/或偏移方向；使用无线电接口向第二无线光通信节点侧发送所述所述偏移量和/或偏移方向；以及通过无线电接口从第二通信模块接收第一无线光学通信波束的视轴方向（功率峰值方向）与第二无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点间的偏移量和/或偏移方向，根据所述偏移量和/或偏移方向，使用第一发射波束调向模块调整第一无线光通信节点的第一无线光学通信波束的指向，使第一无线光学通信波束的视轴向第二无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点移动，具体步骤包括：向第二无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点处调整第一无线光学通信波束的视轴指向，调整方向与所述偏移方向相反。4.一种无线光信道构建方法，用于第二无线光通信节点，该方法包括如下步骤：接收第一无线光通信节点向其服务区域内发送的识别信号；获取第一无线光通信节点的第一方位信息；使用第二光学通道调向模块调整第二无线光通信节点的第二光学通道的朝向，使之朝向第一无线光通信节点所在的相对于第二无线光通信节点的第一方位；使用第二发射波束调向模块调整第二无线光通信节点发射的第二无线光学通信波束的方向，使该无线光学通信波束落在第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面上。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述接收第一无线光通信节点向其服务区域内发送的识别信号，具体步骤包括：接收承载第一无线光通信节点的身份识别信息的光信号或无线电信号；所述光信号/无线电信号承载第一无线光通信节点的身份识别信息和/或无线光通信节点标识信息；优选地，接收第一无线光通信节点在至少一个朝向上发送的所述光信号；或者，接收第一无线光通信节点使用无线通信接口发送的所述无线电信号；更优选地，第二无线光通信节点向第一无线光通信节点使用的特定朝向的光探测器发送用于构建光学信道的控制信号，该控制信号可被第一无线光通信节点用于估计第二无线光通信节点的第二方位信息；和/或第二无线光通信节点从第一无线光通信节点使用的具有特定朝向的光源接收该光源的朝向信息；所述获取第一无线光通信节点的第一方位信息，用于获取第一无线光通信节点相对于第二无线节点的方位信息，具体包括如下至少一种步骤：第二无线光通信节点使用具有不同朝向的光探测器分别从不同的方向接收第一无线光通信节点发送的承载其身份识别信息的光信号，根据一个或多个光探测器的朝向和/或接收到的光信号强度估计第一无线光通信节点的第一方位信息；第二无线光通信节点使用第二光学成像传感器接收承载无线光通信节点标识信息的光信号，将该无线光通信节点标识所在方位作为第一无线光通信节点的第一方位信息；第二无线光通信节点通过无线电接口向第一无线光通信节点发送声学定位触发信号，该声学定位触发信号被第一无线光通信节点接收后，第一无线光通信节点发送定位用声学信号，第二无线光通信节点使用三个或三个以上的声学接收通道接收该声学信号，并使用不同声学接收通道接收到的声学定位信号间的幅度和相位关系估计第一无线光通信节点的方位，使用不同声学接收通道接收到的声学定位信号的到达时间相对于声学定位触发信号发送时间的时延，获取第以无线光通信节点发送的声学信号至第二无线光通信节点的传播时间，使用该传播时间获取第二无线光通信节点与第一无线光通信节点间的距离；以及第二无线光通信节点通过无线电接口获取其相对于第一无线光通信节点间的距离和/或方位信息；其中，所述使用第二光学通道调向模块调整第二无线光通信节点的第二光学通道的朝向，使之朝向第一无线光通信节点所在的相对于第二无线光通信节点的第一方位的方法，包括如下步骤：根据所述第一无线光通信节点相对于第二无线节点的方位信息包含的方位角度和/或俯仰角度值，使用第二光学通道调向模块将第二无线光通信节点的第二光学通道的朝向调整到该方位信息所指示的方位角度和/或俯仰角度上；所述使用第二发射波束调向模块调整第二无线光通信节点发射的第二无线光学通信波束的方向，使该无线光学通信波束落在第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面上，包括偏移量获取步骤和偏移量调整步骤，其中，所述偏移量获取步骤包括：偏移量获取方式一，使用第二光学成像传感器获取第二无线光通信节点发送的第二无线光学通信波束在第一无线光通信节点处的图像，包括如下获取图像的方法中的至少一种：第二光学成像传感器与第二无线光学通信波束使用相同的光波波长；以及第二光学成像传感器与第二无线光学通信波束使用不同的光波波长，第二无线光通信节点使用第二测向辅助波束照射第一通信装置，第二测向辅助波束与第二光学成像传感器使用相同的光波波长；使用所述第二无线光学通信波束或第二测向辅助波束在第一无线光通信节点处的图像，获取第二无线光学通信波束与第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点间的偏移量和/或偏移方向；偏移量获取方式二，通过无线光接口或无线电接口获取第二无线光学通信波束的视轴落点与第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点间的偏移量和/或偏移方向；该偏移量和/或偏移方向由在第以通信节点处布设的四个或四个以上的光探测器分别测量第二无线光学通信波束对不同光探测器的照射强度，根据对不同光探测器的照射强度及光探测器的位置估计出第二无线光学通信波束的视轴落位置，使用该视轴落位置及无线光学接收天线口面中心点的位置计算出所述偏移量和/或偏移方向；或者偏移量获取方式三，在第一无线光通信节点侧使用通道外光学成像传感器获取第二无线光通信节点发送的第二无线光学通信波束在第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面内或口面邻近区域内落点的图像，从该图像获取第二无线光学通信波束落点相对于无线光学接收天线口面中心点间的偏移量和/或偏移方向；使用无线电接口向第二无线光通信节点侧发送所述所述偏移量和/或偏移方向；所述偏移量调整步骤包括：根据所述偏移量和/或偏移方向，使用第二发射波束调向模块调整第二无线光通信节点的第二无线光学通信波束的指向，使第二无线光学通信波束的峰值方向落在第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面范围内，具体步骤包括：向第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点处调整第二无线光学通信波束的指向，调整方向与所述偏移方向相反。6.如权利要求4所述的方法，还包括无线光信道保持方法、无线光信道中继方法、光载信号的无线电接口转发方法及光载信号的有线接口转发方法中的至少一种方法，其中，所述无线光信道保持方法，用于保持第一无线光通信节点与第二无线光通信节点间光学信道连通，具体包括如下至少一种步骤：第二无线光通信节点根据第一无线光通信节点通过无线光接口或无线电接口发来的调整指令，使用第二光通道调向模块来调整无线光学接收天线口面法向指向；使用第二光学成像传感器获取第二无线光通信节点发送的第二无线光学通信波束在第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面内的图像，从该图像获取第二无线光学通信波束的视轴方向（功率峰值方向）与第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点间的偏移量和/或偏移方向；根据所述偏移量和/或偏移方向，使用第二发射波束调向模块调整第二无线光通信节点的第二无线光学通信波束的指向，使第二无线光学通信波束的视轴向第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点移动，具体步骤包括：向第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点处调整第二无线光学通信波束的视轴指向，调整方向与所述偏移方向相反；通过无线光接口或无线电接口从第一无线光通信节点接收第二无线光学通信波束的视轴方向（功率峰值方向）与第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点间的偏移量和/或偏移方向，根据所述偏移量和/或偏移方向，使用第二发射波束调向模块调整第二无线光学通信波束的指向，使第二无线光学通信波束的视轴向第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点移动，具体步骤包括：向第一无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点处调整第二无线光学通信波束的视轴指向，调整方向与所述偏移方向相反；以及在第二无线光通信节点处布设的四个或四个以上的光探测器分别测量第一无线光学通信波束对不同光探测器的照射强度，根据对不同光探测器的照射强度及光探测器的位置估计出第一无线光学通信波束的视轴落位置，使用该视轴落位置及无线光学接收天线口面中心点的位置计算出所述偏移量和/或偏移方向；通过无线光接口或无线电接口将所述偏移量和/或偏移方向发送至第一无线光通信节点；所述无线光信道中继方法，用于第二无线光通信节点以无线的方式向第三无线光通信节点中继来自第一无线光通信节点的光信号，或用于第二无线光通信节点以有无线的方式向通信终端中继来自第一无线光通信节点的光信号，包括如下至少一种步骤：使用第三光学成像传感器获取由第三无线光通信节点中继的第三无线光学通信波束在第三无线光通信节点的无线光学接收天线口面内的图像，从该图像获取第三无线光学通信波束的视轴方向（功率峰值方向）与第三无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点间的偏移量和/或偏移方向；根据所述偏移量和/或偏移方向，使用第三发射波束调向模块调整第二无线光通信节点中继的第三无线光学通信波束的指向，使第三无线光学通信波束的视轴向第三无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点移动，具体步骤包括：向第三无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点处调整第三无线光学通信波束的视轴指向，调整方向与所述偏移方向相反；通过无线光接口或无线电接口从第三通信模块接收由第三无线光通信节点中继的第三无线光学通信波束的视轴方向（功率峰值方向）与第三无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点间的偏移量和/或偏移方向，根据所述偏移量和/或偏移方向，使用第三发射波束调向模块调整第三无线光通信节点中继的第三无线光学通信波束的指向，使第三无线光学通信波束的视轴向第三无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点移动，具体步骤包括：向第三无线光通信节点的无线光学接收天线口面中心点处调整第三无线光学通信波束的视轴指向，调整方向与所述偏移方向相反；以及使用有无线接口将来自第一无线光通信节点的光信号承载的信息中继给通信终端的方法包括：使用USB接口将来自第一无线光通信节点的光信号承载的信息转发给手机或笔记本电脑；优选地，在将来自第一无线光通信节点的光信号承载的信息转发给手机或笔记本电脑的同时，使用所述USB接口对手机或笔记本电脑充电；所述将第一无线光学通信波束承载的模拟无线电调制信号变换成无线电信号并经过放大后发射到需要覆盖的服务区内的方法，包括如下步骤：将被模拟电信号调制的光信号经光电转换后变为模拟无线电射频信号，对该模拟无线电射频信号进行放大后发送到需要无线电信号覆盖的服务区内；所述将第一无线光学通信波束承载的业务数据用无线电接口发送到服务区内，包括如下步骤：将第一无线光学通信波束承载的业务数据解调和解码，获取基带数据，使用符合无线电通信技术规范的空中接口发送到无线电信号覆盖的服务区内；所述无线电通信技术规范包括蜂窝移动通信空中接口技术规范，无线固定接入空中接口技术规范，无线局域网空中接口技术规范及蓝牙空中接口技术规范中的至少一种；所述光载信号的有线接口转发方法，用于将第一无线光学通信波束承载的业务数据通过有线接口送往终端，包括如下步骤：将第一无线光学通信波束承载的业务数据解调和解码，获取基带数据，使用有线传输协议将所述基带数据发送给终端；所述有线传输协议包括USB传输协议，串口通信协议及以太网通信协议中的至少一种；所述终端包括手机和笔记本电脑中的至少一种。7.一种无线光通信装置，用于第一无线光通信节点，该装置包括：节点识别信号发送模块，方位信息获取模块，光通道调向模块，光学成像传感器模块，发射波束调向模块，光学接收天线模块，无线光学通信波束发射模块；优选地，包括声学定位模块和/或通道外光学成像传感器模块；其中，所述节点识别信号发送模块，用于第一无线光通信节点向其服务区域内发送识别信号，包括：发送第一无线光通信节点的身份识别信息的半导体发光管/半导体激光管和无线电发射模块中的至少一种；和/或，构成无线光通信节点标识信息的半导体发光管/半导体激光管；所述方位信息获取模块，用于第一无线光通信节点获取第二无线光通信节点的第二方位信息，包括：具有不同朝向的光探测器模块、构建光学信道的控制信号接收模块以及无线电接收模块中的至少一种；所述光通道调向模块，用于在第一维度和第二维度上调整第一无线光通信节点的第一光学成像传感器镜头、第一无线光学通信波束、无线光学接收天线及发...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱浙滨，
申请(专利权)人：钱浙滨，
类型：发明
国别省市：上海;31