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一种无线激光通信设备

阅读：995发布：2020-05-29

专利汇可以提供一种无线激光通信设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种无线激光通信设备，包括无线激光通信发送站、至少一个无线激光通信接收站以及中继平台组；无线激光通信发送站通过中继平台组与所述至少一个无线激光通信接收站连接，无线激光通信发送站包括和通信终端顺次连接的无线光路由器以及激光收发设备组成的发送端；无线激光通信接收站包括通过激光收发设备或无线光路由器接收所述中继平台组转发的信号并与无线光路由器和通信终端顺次连接组成的接收端；中继平台组包括至少两个以自由空间作为通信信道的中继平台。本发明提高了网络覆盖能力，深空探测中通信能力，安全、效费比高，解决目前通信手段中数据传输速率低、信道带宽小、保密性差、抗毁性差等问题。，下面是一种无线激光通信设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种无线激光通信设备，其特征在于，包括：无线激光通信发送站、至少一个无线激光通信接收站以及中继平台组；
所述无线激光通信发送站通过所述中继平台组与所述至少一个无线激光通信接收站连接，其中，
所述无线激光通信发送站包括和通信终端顺次连接的无线光路由器以及激光收发设备组成的发送端；
所述无线激光通信接收站包括通过激光收发设备或无线光路由器接收所述中继平台组转发的信号并与无线光路由器和通信终端顺次连接组成的接收端；
所述中继平台组包括至少两个以自由空间作为通信信道的中继平台，所述中继平台包括无线光路由器和与所述无线光路由器连接的至少一个收发设备。
2.如权利要求1所述的一种无线激光通信设备，其特征在于，所述收发设备包括激光收发设备和自动捕获瞄准装置，所述自动捕获瞄准装置安装在所述激光收发设备下方的平台上，与所述激光收发设备固定连接。
3.如权利要求1或2所述的一种无线激光通信设备，其特征在于，所述激光收发设备包括激光输入模块、激光输出模块、流量及差错控制器以及输入输出接口；
所述激光输入模块的输出端、所述激光输出模块的输入端和输入输出接口分别与所述流量及差错控制器连接。
4.如权利要求3所述的一种无线激光通信设备，其特征在于，所述激光输入模块包括顺次连接的接收光学天线、探测器及放大电路、整形及判决再生电路和解码电路。
5.如权利要求3所述的一种无线激光通信设备，其特征在于，所述激光输出模块包括顺次连接的编码电路、驱动电路、激光器和发射光学天线。
6.如权利要求1所述的一种无线激光通信设备，其特征在于，所述无线光路由器包括第一选择电路模块、第二选择电路模块以及模式选择设置器；
所述第一选择电路模块通过电路交换模块与所述第二选择电路模块连接，形成第一通路；所述第一选择电路模块顺次与差错及流量控制模块、路由表、存储转发模块和所述第二选择电路连接，形成第二通路；
所述模式选择设置器分别与所述第一选择电路模块和所述第二选择电路模块连接，形成选择通路；其中，所述第一选择电路模块包括第一选择电路和与所述第一选择电路连接的输入输出接口；所述第二选择电路模块包括第二选择电路和与所述第二选择电路连接的输入输出接口。
7.如权利要求3或6所述的一种无线激光通信设备，其特征在于，所述输入输出接口包括但不限于USB接口电路、RJ45接口电路或SC接口电路中的一种或多种。
8.如权利要求2所述的一种无线激光通信设备，其特征在于，所述自动捕获瞄准装置，包括：
ATP激光输出模块、ATP激光输入模块、中央处理器和云台控制电路；
所述ATP激光输出模块的输入端、ATP激光输入模块的输出端和云台控制电路分别与所述中央处理器连接。
9.如权利要求8所述的一种无线激光通信设备，其特征在于，所述ATP激光输出模块包括顺次连接的信标激光器和激光驱动源。
10.如权利要求8所述的一种无线激光通信设备，其特征在于，所述ATP激光输入模块包括顺次连接的位移信号发生电路、边缘提取及特征检测电路和光电成像器。

说明书全文

一种无线激光通信设备

技术领域

[0001] 本发明涉及无线激光通信技术领域，尤其涉及一种无线激光通信设备。

背景技术

[0002] 通信技术极大地推动了社会的发展，彻底改变了人们的生活方式。通信已成为维持整个社会生态系统正常运转的信息大动脉。现有的通信手段已经无法满足移动终端的快速普及以及移动用户对移动通信网络各方面的需求，主要表现在：

[0003] ①对高速率的需求

[0004] 对用户来说，通信速率越高越好，但是随着移动用户数量的大幅增加，在满足用户高速率通信的前提下，需要更大的通信信道带宽，而现有的移动通信带宽已经接近了理论极限，显然很难同时满足多用户高速率的通信需求。

[0005] ②对覆盖范围的需求

[0006] 由于技术上的难度或建设成本问题，微波基站的数量还不足以覆盖所有区域，因此现有的移动通信网络即使在城市内还存在着大量的盲区，在这些区域内用户无法接收到移动信号。另外由于建筑物的遮挡、地理位置因素、天气原因等会大幅减弱移动信号强度，造成弱信号区域，在这些区域中会表现出接收信号不稳定、通话质量差等现象。而在海洋、沙漠、山区及边远地区等则没有移动通信网络覆盖。

[0007] ③对经济性的需求

[0008] 现有的互联网络和移动通信网络，建设成本高，维修困难，维修成本高，抗毁能力差，占用资源大，导致了在经济性方面存在着通信网络的使用成本高，通信效费比低的问题。

[0009] ④对安全性的需求

[0010] 要尽可能保证网络上所传输的信息不被截获，保证网络不受来自外界的非法访问和攻击，保证个人终端上所存储信息的安全。由于移动通信信道的开放性，使得违法分子容易截获移动信号，从而盗取用户关键信息。

[0011] ⑤对绿色环保的通信方式的需求。

[0012] 要保证所采用的通信手段尽可能减少电磁辐射，以免危害人们的身体健康。另外，也要在满足通信需求的同时，尽可能地减少能量损耗。而现有的通信手段存在电磁污染，能耗大，因而不是绿色环保的通信方式。

[0013] 为了解决通信速率的问题，国家正在大力推进5G网络的研究和建设。但是5G网络依然是建立在以无线电通信和光纤通信基础之上的通信技术，通信速率虽然得以提高，但无法从根本上解决通信速率低的问题。4G网络所存在的安全性问题，5G网络依然存在。相比4G网络，5G网络建设的基站将会更多，建设成本更高。另外，5G网络依然无法实现对海洋、沙漠及边远地区的覆盖。2G、3G和4G网络基站建设，一般都远离居民区，而5G网络将会大量建设低功率小基站，基站部署密度将是4G基站的10倍以上，电磁污染问题、伪基站的问题将会变得更加突出。

发明内容

[0014] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无线激光通信设备，包括：无线激光通信发送站、至少一个无线激光通信接收站以及中继平台组；

[0015] 所述无线激光通信发送站通过所述中继平台组与所述至少一个无线激光通信接收站连接，其中，

[0016] 所述无线激光通信发送站包括和通信终端顺次连接的无线光路由器以及激光收发设备组成的发送端；

[0017] 所述无线激光通信接收站包括通过激光收发设备或无线光路由器接收所述中继平台组转发的信号并与无线光路由器和通信终端顺次连接组成的接收端；

[0018] 所述中继平台组包括至少两个以自由空间作为通信信道的中继平台，所述中继平台包括无线光路由器和与所述无线光路由器连接的至少一个收发设备。

[0019] 进一步的，所述收发设备包括激光收发设备和自动捕获瞄准装置，所述自动捕获瞄准装置安装在所述激光收发设备下方的平台上，与所述激光收发设备固定连接。

[0020] 进一步的，所述激光收发设备包括激光输入模块、激光输出模块、流量及差错控制器以及输入输出接口；

[0021] 所述激光输入模块的输出端、所述激光输出模块的输入端和输入输出接口分别与所述流量及差错控制器连接。

[0022] 进一步的，所述激光输入模块包括顺次连接的接收光学天线、探测器及放大电路、整形及判决再生电路和解码电路。

[0023] 进一步的，所述激光输出模块包括顺次连接的编码电路、驱动电路、激光器和发射光学天线。

[0024] 进一步的，所述无线光路由器包括第一选择电路模块、第二选择电路模块以及模式选择设置器；

[0025] 所述第一选择电路模块通过电路交换模块与所述第二选择电路模块连接，形成第一通路；所述第一选择电路模块顺次与差错及流量控制模块、路由表、存储转发模块和所述第二选择电路连接，形成第二通路；

[0026] 所述模式选择设置器分别与所述第一选择电路模块和所述第二选择电路模块连接，形成选择通路；其中，所述第一选择电路模块包括第一选择电路和与所述第一选择电路连接的输入输出接口；所述第二选择电路模块包括第二选择电路和与所述第二选择电路连接的输入输出接口。

[0027] 进一步的，所述输入输出接口包括但不限于USB接口电路、RJ45接口电路或SC接口电路中的一种或多种。

[0028] 进一步的，所述自动捕获瞄准装置，包括：

[0029] ATP激光输出模块、ATP激光输入模块、中央处理器和云台控制电路；

[0030] 所述ATP激光输出模块的输入端、ATP激光输入模块的输出端和云台控制电路分别与所述中央处理器连接。

[0031] 进一步的，所述ATP激光输出模块包括顺次连接的信标激光器和激光驱动源。

[0032] 进一步的，所述ATP激光输入模块包括顺次连接的位移信号发生电路、边缘提取及特征检测电路和光电成像器。

[0033] 本发明提供的一种无线激光通信设备，通过所述无线激光通信发送站与所述中继平台组以及所述至少一个无线激光通信接收站连接组成的设备，可以实现无线光通信的组网，以解决无线光通信距离短、受大气影响严重等问题，以及现有通信网络通信速率低、信道带宽小、覆盖范围小、安全保密性差等问题，以实现激光通信信号的接收及发射、通信的流量及差错控制、以及接口转换等功能。同时，无线光路由器，以实现无线光通信网络设备的互连及组网以及无线光网络与其它各种通信手段的互融互通。该设备可以实现输入输出的电路交换以及数据分组交换功能。电路交换和分组交换功能由模式选择控制。模式选择的控制通过模式选择设置输入信号设置。数据分组交换包括流量及差错控制、路由选择及存储转发等功能。本发明提高了网络覆盖能力，深空探测中通信能力，安全、效费比高，解决目前通信手段中数据传输速率低、信道带宽小、保密性差、抗毁性差等问题。附图说明

[0034] 图1为根据本发明实施例提供的一种无线激光通信设备的结构示意图；

[0035] 图2为根据本发明实施例提供的一种无线激光通信设备的激光收发设备结构示意图；

[0036] 图3为根据本发明实施例提供的一种无线激光通信设备的无线光路由器结构示意图；

[0037] 图4为根据本发明实施例提供的一种无线激光通信设备的自动捕获瞄准装置结构示意图；

[0038] 图5为根据本发明实施例提供的一种无线激光通信设备的探测器及放大电路结构示意图；

[0039] 图6为根据本发明实施例提供的一种无线激光通信设备的整形及判决再生电路结构示意图；

[0040] 图7为根据本发明实施例提供的一种无线激光通信设备的驱动电路结构示意图；

[0041] 图8为根据本发明实施例提供的一种无线激光通信设备的解码电路结构示意图；

[0042] 图9为根据本发明实施例提供的一种无线激光通信设备的编码电路结构示意图；

[0043] 图10为根据本发明实施例提供的一种无线激光通信设备另一结构示意图。

具体实施方式

[0044] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0045] 实施例

[0046] 参照图1-10所示，本发明实施例一提供了一种无线激光通信设备，包括：无线激光通信发送站100、至少一个无线激光通信接收站200以及中继平台组300；

[0047] 所述无线激光通信发送站100通过所述中继平台组300与所述至少一个无线激光通信接收站200连接，所述无线激光通信发送站100和至少一个无线激光通信接收站200结构相同，可进行双向通讯，任意一无线激光通信接收站200可作为无线激光通信发送站100，无线激光通信发送站100可作为无线激光通信接收站200其中，

[0048] 所述无线激光通信发送站100包括和通信终端顺次连接的无线光路由器以及激光收发设备组成的发送端；

[0049] 所述无线激光通信接收站200包括通过激光收发设备或无线光路由器接收所述中继平台组300转发的信号并与无线光路由器和通信终端顺次连接组成的接收端；其中，所述通信终端包括但不限于电脑主机硬件、手机等硬件设备中的一种或多种。

[0050] 所述中继平台组300包括至少两个以自由空间作为通信信道的中继平台，所述中继平台包括无线光路由器和与所述无线光路由器连接的至少一个收发设备。所述自由空间包括但不限于大气或真空中的一种或多种。所述中继平台组以解决无线光通信距离短、受大气影响严重等问题，通过采用无线光通信网络中继设备，可以实现无线光通信的组网，可以解决现有通信网络通信速率低、信道带宽小、覆盖范围小、安全保密性差等问题。

[0051] 进一步的，所述收发设备包括激光收发设备和自动捕获瞄准装置，所述自动捕获瞄准装置安装在所述激光收发设备下方的平台上，与所述激光收发设备固定连接。

[0052] 进一步的，如图2所示，所述激光收发设备包括激光输入模块、激光输出模块、流量及差错控制器38以及输入输出接口39；所述激光输入模块的输出端、所述激光输出模块的输入端和输入输出接口分别与所述流量及差错控制器连接。激光收发设备，以实现激光通信信号的接收及发射、通信的流量及差错控制、以及接口转换等功能。该设备的输入输出接口包括RJ45、USB和SC接口，用于连接无线光路由器等网络交换设备。其中，所述流量及差错控制器包括但不限于ARM9S3C2510系列。

[0053] 进一步的，所述激光输入模块包括顺次连接的接收光学天线30、探测器及放大电路31、整形及判决再生电路32和解码电路33。

[0054] 进一步的，所述激光输出模块包括顺次连接的编码电路34、驱动电路35、激光器36和发射光学天线37。

[0055] 进一步的，如图3所示，所述无线光路由器包括第一选择电路模块40、第二选择电路模块41以及模式选择设置器42；其中，所述第一选择电路模块、第二选择电路模块包括但不限于Altera EPM240。

[0056] 所述第一选择电路模块40通过电路交换模块43与所述第二选择电路模块41连接，形成第一通路；所述第一选择电路模块40顺次与差错及流量控制模块44、路由表45、存储转发模块46和所述第二选择电路模块41连接，形成第二通路；

[0057] 其中，所述电路交换模块包括但不限于Altera EPM240,差错及流量控制模块包括但不限于ARM9 S3C2510，路由表包括但不限于ARM9S3C2510，存储转发模块包括但不限于ARM9 S3C2510。

[0058] 所述模式选择设置器42分别与所述第一选择电路模块40和所述第二选择电路模块41连接，形成选择通路；其中，所述第一选择电路模块包括第一选择电路和与所述第一选择电路连接的输入输出接口；所述第二选择电路模块包括第二选择电路和与所述第二选择电路连接的输入输出接口。

[0059] 无线光路由器，以实现无线光通信网络设备的互连及组网以及无线光网络与其它各种通信手段的互融互通。该设备可以实现输入输出的电路交换以及数据分组交换功能。电路交换和分组交换功能由模式选择控制。模式选择的控制通过模式选择设置输入信号设置。数据分组交换包括流量及差错控制、路由选择及存储转发等功能。该设备的输入输出接口包括RJ45、USB和SC接口。

[0060] 进一步的，所述输入输出接口包括但不限于USB接口电路、RJ45接口电路或SC接口电路中的一种或多种。

[0061] 进一步的，如图4所示，所述自动捕获瞄准装置(Automatic Tracking and Pointing，ATP)，包括：

[0062] ATP激光输出模块、ATP激光输入模块、中央处理器50和云台控制电路51；

[0063] 所述ATP激光输出模块的输入端、ATP激光输入模块的输出端和云台控制电路分别与所述中央处理器连接。自动捕获瞄准装置(Automatic Tracking and Pointing，ATP)以建立稳定的自由空间激光通信链路。自动捕获瞄准装置在中央处理器控制下进行，信标激光器起照明和捕获通信作用。整个捕获瞄准装置安装在云台及抗振动平台上。通过对光电成像器件的图像处理确定通信设备的方位，产生反馈输出信号，控制云台的调整。瞄准后，由中央处理器输出通信允许输出信号，激光收发设备之间开始建立通信链路。

[0064] 进一步的，所述ATP激光输出模块包括顺次连接的信标激光器52和激光驱动源53。

[0065] 进一步的，所述ATP激光输入模块包括顺次连接的位移信号发生电路54、边缘提取及特征检测电路55和光电成像器56。

[0066] 其中，所述信标激光器包括但不限于LDM850；激光驱动源包括但不限于PKE3211P1，位移信号发生电路包括但不限于FPGA EP3C10E144C8N，边缘提取及特征检测电路包括但不限于FPGA EP3C10E144C8N，光电成像器包括但不限于XGA-130VM，中央处理器包括但不限于ARM9 S3C2510，所述云台控制电路包括但不限于storm32BGC。

[0067] 其中，探测器及放大电路如图5所示；整形及判决再生电路如图6所示；驱动电路如图7所示；解码电路如图8所示，编码电路如图9所示。

[0068] 作为优选实施例，建立图10所示的无线激光通信设备，该设备中，包括4个中继平台(6)(11)(14)(15)，10个激光收发设备(3)(5)(7)(9)(10)(12)(16)(17)(19)(20)(25)，7个无线光路由器(2)(4)(8)(13)(18)(21)(24)，3个主机(1)(19)(22)。激光收发设备(5)(7)(9)(10)(12)(16)(17)(20)均配置一个ATP装置。激光收发设备(3)和无线光路由器(4)之间信道为光纤，激光收发设备(5)和(7)之间通信信道为大气，激光收发设备(9)和(12)之间、(10)和(16)之间的通信信道为大气，无线光路由器(13)和激光收发设备(25)之间的信道为光纤，激光收发设备(17)和(20)之间的通信信道为大气。

[0069] 本发明实施例中的中继平台(6)(11)(14)(15)为浮空气球。无线激光通信站(29)(30)(23)位于地面。

[0070] 下面以主机(1)和工作站(22)之间的通信为例说明整个通信过程：

[0071] 任何两个中继平台之间无线激光链路的建立要通过ATP装置瞄准，只有在ATP装置瞄准后发出允许通信指令才能建立通信链路，此时两个对准的激光收发设备之间才可进行通信。本实施例中的(5)和(7)之间、(9)和(12)之间、(10)和(16)之间、(17)和(20)之间均需通过ATP装置瞄准后才能建立通信链路。

[0072] 主机(1)将主机(22)的地址连同数据以数据包的形式发送至无线光路由器(2)。

[0073] 无线光路由器(2)收到主机(1)的数据包后，先从包头中取出地址，并根据路径表计算发往主机(22)的最佳路径，如图中(4)—>(8)—>(24)—>(21)—>(22)。并将数据发往路由器(2)。(2)输出的数据首先送至(3)中，经激光发射模块转换为激光信号经光纤链路传输至(4)中。

[0074] 链路数据经无线光路由器(4)转发至激光收发设备(5)中。

[0075] 激光收发设备(5)中激光发射模块将数据通过大气信道传输至(7)的激光接收模块中。

[0076] 激光收发设备(7)中的光接收模块将数据输出至无线光路由器(8)，无线光路由器(8)重复无线光路由器(2)的工作，并将数据包发送给激光收发设备(10)。

[0077] 激光收发设备(10)中的光发射模块将数据通过大气信道传输至激光收发设备(16)中的激光接收模块中。

[0078] 激光收发设备(16)中的光接收模块经无线光路由器(24)与激光收发设备(17)中的激发接收模块之间建立连接，并将数据转发至(17)的激光发射模块中。

[0079] 激光收发设备(17)中激光发射模块将数据通过大气信道传输至(20)的激光接收模块中。

[0080] 激光收发设备(20)中激光接收模块数据传输至无线光路由器(21)中。路由器(21)取出目的地址，发现主机(28)，将数据包发送至主机(28)。

[0081] 主机(28)收到主机(1)发送的数据，一次通信结束。

[0082] 本发明提供的一种无线激光通信设备，通过所述无线激光通信发送站与所述中继平台组以及所述至少一个无线激光通信接收站连接组成的设备，可以实现无线光通信的组网，以解决无线光通信距离短、受大气影响严重等问题，以及现有通信网络通信速率低、信道带宽小、覆盖范围小、安全保密性差等问题，以实现激光通信信号的接收及发射、通信的流量及差错控制、以及接口转换等功能。同时，无线光路由器，以实现无线光通信网络设备的互连及组网以及无线光网络与其它各种通信手段的互融互通。该设备可以实现输入输出的电路交换以及数据分组交换功能。电路交换和分组交换功能由模式选择控制。模式选择的控制通过模式选择设置输入信号设置。数据分组交换包括流量及差错控制、路由选择及存储转发等功能。本发明提高了网络覆盖能力，深空探测中通信能力，安全、效费比高，解决目前通信手段中数据传输速率低、信道带宽小、保密性差、抗毁性差等问题。

[0083] 上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

[0084] 需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

[0085] 在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

[0086] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

[0087] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

[0088] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

[0089] 需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

[0090] 上述根据本发明的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质(诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如，RAM、ROM、闪存等)，当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的处理方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。

[0091] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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