CN102104426B - 一种漫射激光通信码速率的自适应确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对封闭空间内的激光漫射通信，提出一种码速率的自适应确定方法。与传统的自由空间激光通信技术相比，本发明专利的方法在通信的开始阶段增加了一个码速率测试环节，在这一环节中，通信双方采用固定的低码速率发送与接受一组“1”和“0”交替出现的测试数据。设备1发送测试数据，设备2以常规的方式接收数据、计算“1”的持续时间，并利用一种算法计算出在当前环境中合适的通信码速率，将该码速率传给设备1，然后改变本设备的码速率。设备1接收到码速率数据后对本设备的码速率作相应改变，并以此与设备2通信。本发明适用于封闭或半封闭空间内的激光漫射通信。

Description

一种漫射激光通信码速率的自适应确定方法

技术领域

本发明涉及一种漫射激光通信码速率的自适应确定方法。

背景技术

一些较复杂的***，例如航天器，内部的许多设备之间需要相互通信。如果每一对需要相互通信的设备之间都用一束电缆连接，整个***内部就会布满密密麻麻的电缆，***的重量自然增加。而对于航天器此类的***，重量的增加意味着发射费用的增加，甚至事关发射的可行性问题。不仅如此，目前广泛散布于太空中的空间碎片随时都有击穿航天器外壳的可能，空间碎片一旦进入航天器内部，密集的电缆很容易被击断，导致卫星故障。

自由空间激光通信是近年来兴起的一种热点通信技术，是利用激光作为信息载体在自由空间环境中传输信息的一种通信方式。自由空间激光通信***以其传输码率高、安装方便、成本低、安全性好等诸多优点已广泛运用于卫星通信与地面视距通信领域，有着良好的应用前景和巨大的市场潜力。随着对超稳激光器、新型光束控制器、高灵敏度和高数据率接收器和适合空间应用的先进通信电子设备研究的基本成熟，空间激光通信已经成为下一代光通信的发展方向。此外，自由空间激光大气通信***跟其他无线电通信手段相比，还具有不挤占宝贵的无线电频率资源、电磁兼容性好、抗电磁干扰能力强、且不干扰其他传输设备、保密性强等特点，并且在有效通信距离和宽带等方面还蕴藏着巨大的发展潜力。在诸如航天器一类的复杂***中，以自由空间激光通信代替电缆通信，既可以为航天器减少电缆的那部分重量和体积，也可以避免电缆被空间碎片击中造成的断路和短路，还可以提高通信过程中的抗干扰能力。

自由空间激光通信中，通常发射器发出的激光束通过直射方式到达接收器，这就对设备的安装提出了比较苛刻的要求，而航天器内部的空间比较狭窄，安装要求很难达到。若采用激光漫射的方法通信，由于航天器内部充满了各种设备必然产生多径问题，当然多径问题可以通过降低码速率的方法加以解决，但随航天器的不同内部设备多少、形状、格局都有所不同，码速率究竟降低到多少才能保证信息的准确接受？另一方面，如果码速率降得太低显然是对通信资源的浪费。因此在此类应用中根据每一个航天器的具体情况在保证信息能够正确传输的情况下，找到尽可能大的码速率，显得尤为重要。

发明内容

本发明专利针对封闭空间内的激光漫射通信，提出一种码速率的自适应确定方法。与传统的自由空间激光通信技术相比，本发明专利的方法在通信的开始阶段增加了一个码速率测试环节，在这一环节中，通信双方采用固定的低码速率发送与接收一组“1”和“0”交替出现的测试数据。设备1发送测试数据，设备2以常规的方式接收数据、计算“1”的持续时间，并利用一种算法计算出在当前环境中合适的通信码速率，将该码速率传给设备1，然后改变本设备的码速率。设备1接收到码速率数据后对本设备的码速率作相应改变，并以此与设备2通信。

本发明的特点之一是既不会因激光漫射的延迟导致通信误码，也不会因码速率太低而浪费通信资源；本发明的特点之二是应用过程中不必考虑具体的通信环境，码速率可以由软件自动设置；本发明的特点之三是很容易实现，只需填加相关软件即可。

附图说明

图1是在码速率测试环节发射器发送的测试数据中第i对“10”的理想信号以及接收机接收信号的示意图。a_i表示发射信号“1”的开始时刻，b_i表示发射信号“1”的终止时刻，同时也是发射信号“0”的开始时刻，d_i表示发射信号“0”的终止时刻。虚线竖线表示相应采样时刻接收机接收信号的强度。超过操作阈值H者判“1”，不超过操作阈值H者判“0”。c_i表示最后一个判“1”采样信号出现的时刻。

具体实施方式

1.信号“1”延迟时间测试

通信双方采用固定的低码速率R₀(例如1b/s，条件是保证正确传输)传输一组“1”和“0”交替出现的测试数据

设备1发送测试数据，设备2以常规方式接收数据。记信号“1”、“0”脉冲的持续时间为

操作阈值记为H。

如图1所示，测试数据第i(＝1，2，…，N)对“10”脉冲中，a_i表示发射信号“1”的开始时刻，b_i表示发射信号“1”的终止时刻，d_i表示发射信号“0”的终止时刻，此时，

b_i-a_i＝d_i-b_i＝T₀

当设备2接收数据的同时采用数字锁相环完成相位锁定之后，采用比码速率R₀更高的速率，例如R₀＝7R₀的速率，对接收信号中第i对“10”脉冲进行采样(持续时间测试的精度随采样速率提高而提高，图1的虚竖线所示即为采样值)，并确定最后一个判“1”采样的出现的时刻，例如图1中的c_i。此时信号“1”持续时间不超过

定义

为第i个脉冲“1”的持续时间，而测试数据中的“1”的延迟时间定义为

$\mathrm{\τ}=\underset{1\≤i\≤N}{\max }\left\{{\mathrm{\τ}}_i\right\}$

于是对于这组测试数据，每一个信号“1”的脉冲延迟时间不会超过τ。

2.码速率的自适应确定

如图1所示，设备1的发射器在时刻ai开始发送第i个“1”的脉冲信号，在时刻bi结束第i个“1”的脉冲信号的发送；设备2的接收器在时刻a_i稍后开始接收第i个“1”的脉冲信号，但由于信号在封闭空间内漫射作用对信号的延续，在时刻b_i结束之后仍然可能接收到信号，直到信号经不断反射之后幅值衰减到操作阈值以下，并一直保持到发射器发射信号“0”的终止时刻d_i为止。由于通信双方是以固定的低码速率R₀进行通信，可以保证信号幅值在时刻d_i之前必然保持在操作阈值以下。如图1所示，从

时刻起直到时刻d_i为止所有的采样值全部判“0”，即在操作阈值以下。

这样，只要通信中“1”和“0”脉冲持续时间T超过脉冲“1”持续时间的2倍，即T≥2τ，在每一个脉冲的中点对信号采样就可以避免漫射作用造成的影响，从而获得正确的采样信号。于是自适应确定的码速率为

3.执行步骤

第一步：通信开始，通信双方采用固定的低码速率R₀通信，设备1发送一组测试数据

设备2接收数据的同时采用数字锁相环完成相位锁定之后，采用比码速率R₀更高的速率R₀对接收信号脉冲进行采样，并利用上述算法计算测试数据中”1”的延迟时间τ和自适应确定的码速率R；

第二步：

设备2将自适应确定的码速率R的数据发送设备1，而后将本设备的通信码速率修改为R。设备1接收到码速率数据后对本设备的码速率作相应改变。

第三步：两设备以码速率R相互通信。

本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (3)

1.一种漫射激光通信码速率的自适应确定方法，其特征在于：在通信的开始阶段进行码速率测试，以自适应确定一个通信码速率；该方法包括

第一步：通信开始，通信双方采用固定的低码速率R₀通信，设备1发送一组测试数据

设备2以常规的方式接收数据；记信号“1”、“0”脉冲的持续时间为

操作阈值记为H，测试数据第i对“10”脉冲中，a_i表示发射信号“1”的开始时刻，b_i表示发射信号“1”的终止时刻，同时表示信号“0”的开始时刻，d_i表示发射信号“0”的终止时刻，i＝1，2，…，N，此时，b_i-a_i＝d_i-b_i＝T₀；当设备2接收数据的同时采用数字锁相环完成相位锁定之后，采用比码速率R₀更高的速率，对接收信号中第i对“10”脉冲进行采样，接收信号幅值在操作阈值H以上判为“1”，否则判为“0”；确定最后一个判“1”采样的出现的时刻c_i，此时信号“1”持续时间不超过

定义，

为第i个脉冲“1”的持续时间，而该组测试数据中“1”的延迟时间定义为这样，只要通信中“1”和“0”脉冲持续时间T超过脉冲“1”持续时间的2倍，即T≥2τ，在每一个脉冲的中点对信号采样就可以避免漫射作用造成的影响，从而获得正确的采样信号；因此，自适应确定的码速率为

第二步：设备2将自适应确定的码速率R的数据发送设备1，而后将本设备的通信码速率修改为R，设备1接收到码速率R后将本设备的码速率修改为R；

第三步：两设备以码速率R相互通信。

2.根据权利要求1所述的一种漫射激光通信码速率的自适应确定方法，所述低码速率R₀为1bit/s。

3.根据权利要求1所述的一种漫射激光通信码速率的自适应确定方法，所述采样的速率为7R₀。

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