[发明专利]一种基于后向散射估计的FSO动态组网方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于后向散射估计的FSO动态组网方法。

背景技术

由于安装传输线缆的成本较高且在实际应用时施工周期长，自由空间光通信系统(Free Space Optics，简称FSO)能够灵活的提供方便、快捷的应用模式，在点对点的临时通信方面具有较大的优势。1960年休斯公司研制出第一台激光器后即转入了应用研究，建立了第一条大气激光通信系统。但由于大气散射和不可预测的气候干扰，通信质量较差，难以实用化。近年来，随着气象预测系统及通信技术的快速发展，FSO系统逐渐商用化，通常其传输码率在Gb/s量级，传输距离也在逐渐增大。FSO通信系统的应用范围已从军用和航天逐渐迈入民用领域，其技术本身也在不断的完善中。FSO系统在组网时非常灵活，该系统能够支持E1/T1、E3/DS3、OC-3/STM-1、ATM、FDDI、Fast Ethernet等多种协议。

但是，由于大气信道的随机性，信号在空间的传输具有较大的不确定性，对于传输性能通常无法预先获知。虽然在采用相干探测技术后大幅度提高了FSO接收机的灵敏度以及中继距离。然而，由于空气中的随机微粒存在，后向散射的方向和强度也是各向异性，对发射机产生较大的干扰，从而对信号判决造成不良影响。通常发射机部分采用外光调制方式将原信号以调幅、调相或调频的方式调制到光载波上，再经滤波器和光放大器传输出去。传输到达接收机时，信号光首先与一本振光信号进行相干混频，然后由探测器进行探测。光电探测器对信号光和本振光的差频分量响应，输出一个光电流，从光信号的高频域转换到电信号的中频域。与传统的微波通信相比，用激光束作为信息载体的自由空间激光通信频率高，空间和时间相干性好，发射波束窄，因此具有码率高、通信容量大、天线尺寸小、功耗低、体积小和保密性高等，便于构建天基宽带网。空间光通信系统通过对目标的捕获、跟踪和瞄准(Acquisition，Tracking，Pointing，简称ATP)的作用是接收对方发射的信标光，并对之进行捕获、跟踪，然后返回信标光到对方的接收端，以完成点对点的锁定，在两点之间建立通信连接，所以ATP系统的性能和跟踪精度对通信的成功与否有着至关重要的影响。信标光在ATP子系统中的主要作用是完成系统光端机间方位误差信号的提取，经过处理驱动控制系统实现初对准。信标光发射机发射的激光功率与接收机所接收到激光功率之间的关系由视距方程所确定。

综上所述，出于网络的抗毁性考虑，FSO网络组网时，没有类似于集中式的网管节点存在，每个节点既是服务接受者同时又是服务提供者，通过相互之间分发定位消息分组实现自适应方位校准功能，减少对于全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)定位的需求，避免由于卫星等外空间定位设施失效而引发整个系统瘫痪。所选择路由的优劣将直接决定FSO网络的性能优劣，在网络层需要考虑基于能耗的路由方式，避开瓶颈节点，尽可能使网络中所有的节点的能量趋于平均化。考虑到前述情况，存在克服相关技术中不足的需要。

发明内容

本发明实施例解决的技术问题是提供一种基于后向散射估计的FSO动态组网方法，通过对于后向散射交叠区域的位置和范围估计，在发送端进行补偿，通过信标方式完成消息传递，在接收端实现与发送端相对应的信号恢复。同时，通过系统高层协议保障系统运行的流顺序以及可靠性传输。

本发明通过信标光传递信息及测量参数，完成大气信道的动态监控，根据对FOV区域的测量及估计，实时调整脉冲的发射强度及脉冲宽度，同时利用自适应编码技术提高信道的利用效率。

本发明在实现过程中，具体包括：

FSO动态组网系统的设备结构。主要包含了粗对准、精对准系单元、波前控制器件及重构、测量单元、支持动态组网的混合设备连接、支持共享波长变换的动态组网内部节点结构等结构单元。

FSO系统对于光信道的自动后向检测方法，通过信标光传递控制信息指令及测量参数，对于发射器与后向散射光仅在接收范围之内部分才能够形成有效的干扰的FOV区域进行评估和测算。

系统采用自适应功率控制方法调节发送信号强度及相应的协调机制，通过反馈信号确定传输信号是否偏离波束传输方向。在高层通过路由协议完成网络中的负载分摊，通过调整发射功率实现网络拓扑结构的重构，克服由于单个发送节点或者某个核心节点造成的瓶颈。在网络层，处理的消息以报文为基本单位，针对不同的报文长度建立合理的优化模型。利用链路层快速调整和网络层定期调整相结合的技术实现层间的优化，解决FSO系统的动态组网所面临的问题.