專利名稱：高速全向無線激光通信設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光通訊設(shè)備，具體涉及一種用于飛行器及艙內(nèi)通信的高速全向無線激光通信設(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)前空間飛行器及艙內(nèi)的通信都是采用電纜連接的有線通信方式進(jìn)行的，這種方式不但增加了系統(tǒng)的整體重量，而且還得考慮如何解決各個(gè)通信設(shè)備之間相互干擾的問題，這就給系統(tǒng)內(nèi)部電纜布線帶來了復(fù)雜的問題。隨著科技的快速發(fā)展，未來的飛行器及艙內(nèi)信息傳輸系統(tǒng)將向網(wǎng)絡(luò)化、小型化、智能化方向發(fā)展，其內(nèi)部通信系統(tǒng)的通信帶寬、通信速率將進(jìn)一步增大，須建立起網(wǎng)絡(luò)化的快速、高效、安全、穩(wěn)定的通信鏈路，才能滿足要求。 隨著數(shù)據(jù)量、通信量的迅猛增長(zhǎng)以及通信形式的多樣化，現(xiàn)有的微波通信以及有線電纜通信已經(jīng)無法滿足需求，同時(shí)各種電子設(shè)備產(chǎn)生大量的電磁輻射，對(duì)傳統(tǒng)方式下信號(hào)的傳輸產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高速全向無線激光通信設(shè)備，它可以將飛行器及艙內(nèi)一些移動(dòng)通信設(shè)備、終端和電子設(shè)備進(jìn)行鏈接，實(shí)現(xiàn)高速全向語音、圖像、網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)雙向傳輸；免除繁瑣的電纜布線、減小系統(tǒng)重量和功耗。為解決上述問題，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種高速全向無線激光通信設(shè)備，其主要由殼體，殼體內(nèi)設(shè)有的MCU模塊電路、無線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路、運(yùn)放模塊電路、濾波模塊電路、全向光學(xué)天線模塊電路、信號(hào)處理模塊電路、控制信號(hào)接口電路、電源模塊電路，以及殼體上設(shè)有的全向光學(xué)天線、通信接口、控制信號(hào)接口、電源接口所組成；MCU模塊電路分別連接無線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路、信號(hào)處理模塊電路和控制信號(hào)接口電路；無線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路依次經(jīng)過運(yùn)放模塊電路和濾波模塊電路連接至全向光學(xué)天線模塊電路，全向光學(xué)天線模塊電路與全向光學(xué)天線相連；信號(hào)處理模塊電路連接通信接口 ； 控制信號(hào)接口電路連接控制信號(hào)接口 ；電源模塊電路的輸入端分別連接控制信號(hào)接口電路和電源接口。為了實(shí)現(xiàn)全向無線激光通信功能，上述方案全向光學(xué)天線包括底座、以及固定在底座上的至少1個(gè)激光探測(cè)器和激光發(fā)射器，上述激光探測(cè)器呈環(huán)繞狀均勻分布在底座上，且每個(gè)激光探測(cè)器的周圍均環(huán)繞地設(shè)有3個(gè)或3個(gè)以上的激光發(fā)射器。上述方案所述底座最好呈半球面狀，激光發(fā)射器和激光探測(cè)器分布在該半球面狀底座的凸面上。上述方案所述全向光學(xué)天線的外表面即激光發(fā)射器和激光探測(cè)器的前端最好覆有一濾光片。上述方案所述全向光學(xué)天線模塊電路主要由功率放大器、自動(dòng)功率控制電路、阻抗匹配電路、跨阻放大器、電阻、限幅放大器、自動(dòng)增益控制電路和均衡器組成；功率放大器的輸入端與濾波模塊電路相連，自動(dòng)功率控制電路跨接在功率放大器輸出端和反饋端上， 功率放大器的輸出端與阻抗匹配電路相連，阻抗匹配電路的輸出端連接激光發(fā)射器；激光探測(cè)器連接在跨阻放大器的輸入端上，跨阻放大器的輸入端和輸出端上跨接電阻，跨阻放大器的輸出端與限幅放大器的輸入端相連，自動(dòng)增益控制電路跨接在限幅放大器輸出端和反饋端上，限幅放大器的輸出端經(jīng)過均衡器與濾波模塊電路連接。作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，上述方案所述MCU模塊電路上還接有有線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路，該有線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路經(jīng)過光接口模塊電路與殼體上設(shè)有的光纜接口相連接。通過附加上述有線傳輸模塊來滿足飛行器及艙內(nèi)一些固定設(shè)備之間的大通信量和高帶寬的要求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)1、本發(fā)明提供了一種新型的激光通信設(shè)備，通過該設(shè)備可建立一個(gè)無線激光通信鏈路來實(shí)現(xiàn)飛行器及艙內(nèi)的設(shè)備與設(shè)備之間IOOMbps全向高速雙向語音、圖像、網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)信號(hào)通信，從而避免了飛行器及艙內(nèi)的移動(dòng)設(shè)備在進(jìn)行通信時(shí)，相連的通信電纜會(huì)給移動(dòng)通信帶來不便，無線通信方式使得移動(dòng)設(shè)備可以在有限的空間內(nèi)自由的變換位置而不必?fù)?dān)心通信會(huì)中斷的問題；2、本發(fā)明的全向光學(xué)天線內(nèi)的激光發(fā)射器和激光探測(cè)器采用環(huán)繞分布來實(shí)現(xiàn)全向性的通信功能，同時(shí)全向光學(xué)天線采用分集接收技術(shù)來避免系統(tǒng)由于光漫射造成的多徑干擾；3、通過設(shè)備可以建立一個(gè)有線激光通信鏈路來實(shí)現(xiàn)飛行器及艙內(nèi)的設(shè)備與設(shè)備之間Kibps高速率的數(shù)據(jù)通信，從而保證飛行器及艙內(nèi)一些固定電子設(shè)備大容量的高帶寬鏈接的要求；4、通過本發(fā)明所鏈接而成的系統(tǒng)具有通信容量大、信息保密性強(qiáng)、安全性好、抗干擾能力強(qiáng)、體積小重量輕、兼容性好、支持移動(dòng)通信，信息傳輸和交換能夠在物理上無泄漏的封閉區(qū)域內(nèi)部進(jìn)行的特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明一種高速全向無線激光通信設(shè)備的原理框圖；圖2為一種全向光學(xué)天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明一種全向光學(xué)天線模塊電路的原理框圖；圖4為本發(fā)明應(yīng)用連接示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種高速全向無線激光通信設(shè)備如圖1所示，其主要由殼體，殼體內(nèi)設(shè)有的MCU模塊電路、無線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路、運(yùn)放模塊電路、濾波模塊電路、全向光學(xué)天線模塊電路、信號(hào)處理模塊電路、控制信號(hào)接口電路、電源模塊電路，以及殼體上設(shè)有的全向光學(xué)天線、通信接口、控制信號(hào)接口、電源接口所組成。MCU模塊電路分別連接無線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路、信號(hào)處理模塊電路和控制信號(hào)接口電路。無線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路依次經(jīng)過運(yùn)放模塊電路和濾波模塊電路連接至全向光學(xué)天線模塊電路，全向光學(xué)天線模塊電路與全向光學(xué)天線相連。信號(hào)處理模塊電路連接通信接口?？刂菩盘?hào)接口電路連接控制信號(hào)接口。電源模塊電路的輸入端分別連接控制信號(hào)接口電路和電源接口。此外，為了滿足外部設(shè)備之間大容量和高帶寬的需求，本發(fā)明的MCU模塊電路上還接有有線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路，該有線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路經(jīng)過光接口模塊電路與殼體上設(shè)有的光纜接口相連接。上述高速全向無線激光通信設(shè)備是通過全向光學(xué)天線實(shí)現(xiàn)全向無線激光通信功能的。本發(fā)明的全向光學(xué)天線如圖2所示，且包括底座、以及固定在底座上的至少1個(gè)激光探測(cè)器和激光發(fā)射器，上述激光探測(cè)器呈環(huán)繞狀均勻分布在底座上，且每個(gè)激光探測(cè)器的周圍均環(huán)繞地設(shè)有3個(gè)或3個(gè)以上的激光發(fā)射器。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，包括有6個(gè)激光探測(cè)器，這6個(gè)激光探測(cè)器中的1個(gè)位于底座的中心，其余5個(gè)則圍繞中心的激光探測(cè)器呈等距分布在底座上。上述每個(gè)激光探測(cè)器的周圍各環(huán)繞有3個(gè)激光發(fā)射器。激光發(fā)射器將要發(fā)送的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為激光信號(hào)并發(fā)射到大氣或自由空間中以便移動(dòng)設(shè)備可以接收，激光探測(cè)器接收移動(dòng)設(shè)備發(fā)射出來的激光信號(hào)并把它轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送給高速全向無線激光通信設(shè)備的內(nèi)部主機(jī)即MCU模塊電路處理。為了克服不同路徑引起的ISI、接收機(jī)位置改變、物體陰影效應(yīng)對(duì)通信系統(tǒng)的影響，本發(fā)明提出光分集接收技術(shù)。通過在接收設(shè)備的不同方向上安裝多個(gè)全向光學(xué)天線，同時(shí)將全向光學(xué)天線內(nèi)部的激光發(fā)射器、特別是激光探測(cè)器均勻分布在同一個(gè)半球面的凸面上，對(duì)同一信號(hào)分別進(jìn)行接收，接收到的各支路信號(hào)相互獨(dú)立，并在分集合并之前對(duì)所有支路信號(hào)進(jìn)行相似性比較，選取所有支路中信號(hào)相似性最多的支路進(jìn)行增益合并，舍去其他相似性較小的支路信號(hào)。這種接收方式的特點(diǎn)是在分集合并之前對(duì)所有支路信號(hào)進(jìn)行了篩選，避免了誤碼可能較大的支路。另外，本發(fā)明的全向光學(xué)天線的外表面即激光發(fā)射器和激光探測(cè)器的前端覆有一濾光片，通過該濾光片將不相關(guān)的干擾光信號(hào)濾除掉，以減少激光探測(cè)器接收的信號(hào)中噪聲的成分。本發(fā)明的全向光學(xué)天線模塊電路如圖3所示，其主要由功率放大器、自動(dòng)功率控制電路、阻抗匹配電路、跨阻放大器、電阻、限幅放大器、自動(dòng)增益控制電路和均衡器組成； 功率放大器的輸入端與濾波模塊電路相連，自動(dòng)功率控制電路跨接在功率放大器輸出端和反饋端上，功率放大器的輸出端與阻抗匹配電路相連，阻抗匹配電路的輸出端連接激光發(fā)射器；激光探測(cè)器連接在跨阻放大器的輸入端上，跨阻放大器的輸入端和輸出端上跨接電阻，跨阻放大器的輸出端與限幅放大器的輸入端相連，自動(dòng)增益控制電路跨接在限幅放大器輸出端和反饋端上，限幅放大器的輸出端經(jīng)過均衡器與濾波模塊電路連接。全向光學(xué)天線的模塊電路就是對(duì)要發(fā)送的電信號(hào)進(jìn)行功率放大，功率放大電路要加自動(dòng)功率控制，否則會(huì)對(duì)激光發(fā)射器造成損害。電信號(hào)經(jīng)過功率放大后再通過阻抗匹配電路進(jìn)行阻抗匹配， 最后驅(qū)動(dòng)激光發(fā)射器輸出相同頻率的激光信號(hào)。激光探測(cè)器接收到激光信號(hào)并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由于激光探測(cè)器接收到的激光信號(hào)可能比較弱，輸出的電信號(hào)幅度亦比較小， 所以電信號(hào)必須經(jīng)過放大作用才能被下一級(jí)電路處理，因此采用的放大電路和有線激光通信的放大電路相同。此外，全向光學(xué)天線模塊還包括有一直流偏置電路，該直流偏置電路連接激光發(fā)射器，保證激光發(fā)射器偏置電壓迅速達(dá)到閾值電壓，從而實(shí)現(xiàn)較高的傳輸速率。通過上述結(jié)構(gòu)的高速全向無線激光通信設(shè)備來實(shí)現(xiàn)飛行器及艙內(nèi)各個(gè)外部設(shè)備之間的通信鏈路的無線或有線連接。參見圖4，為本發(fā)明一種應(yīng)用實(shí)例。當(dāng)飛行器及艙內(nèi)的移動(dòng)設(shè)備之間需要進(jìn)行通信時(shí)，可在飛行器及艙內(nèi)移動(dòng)設(shè)備上配備1個(gè)高速全向無線激光通信設(shè)備，即將移動(dòng)設(shè)備與高速全向無線激光通信設(shè)備的通信接口相連。若飛行器及艙內(nèi)空間較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜時(shí)，還可以在飛行器及艙內(nèi)額外安放1個(gè)甚至是多個(gè)高速全向無線激光通信設(shè)備作為中轉(zhuǎn)站，這樣就能夠讓飛行器及艙內(nèi)的移動(dòng)設(shè)備在有限的空間內(nèi)自由的變換位置而不必?fù)?dān)心通信會(huì)中斷的問題。通過本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的全向無線激光通信的通信速率可以達(dá)到100Mbps，通信誤碼率達(dá)到10_9，完全可以滿足移動(dòng)設(shè)備的通信需求。當(dāng)飛行器及艙內(nèi)的各固定設(shè)備之間需要通信時(shí)，只需將固定設(shè)備就近連接到高速全向無線激光通信設(shè)備的通信接口上，然后由高速全向無線激光通信設(shè)備將需要傳輸?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)并通過光纜接口傳送到光纖上，另一端的全向無線激光通信設(shè)備再通過光纜接口接收光纖上傳送來的光信號(hào)，并把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，最后通過通信接口傳輸給與它連接的固定設(shè)備，全向無線激光通信設(shè)備的有線激光通信速率可以達(dá)到mbps以上。
上述高速全向無線激光通信設(shè)備對(duì)外部設(shè)備傳送進(jìn)來的信號(hào)以及要傳送給外部設(shè)備的信號(hào)進(jìn)行處理，比如模/數(shù)轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)換、以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換等，MCU模塊電路是整個(gè)設(shè)備的核心部分，它完成對(duì)傳輸信號(hào)的復(fù)用以及解復(fù)用，時(shí)鐘信號(hào)的分配以及信號(hào)的同步化處理等關(guān)鍵處理?？刂菩盘?hào)接口電路的作用就是對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行判別并進(jìn)行信號(hào)格式的轉(zhuǎn)換(或者是電平轉(zhuǎn)換)。電源模塊電路就是對(duì)電源接口輸入的電源進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，即將電壓轉(zhuǎn)換成適合各個(gè)模塊的工作電壓。有線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路或無線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路就是對(duì)傳輸信號(hào)調(diào)制/解調(diào)處理，以使信號(hào)適合在無線激光通信信道或有線激光通信信道中傳輸。光接口模塊電路的作用是對(duì)信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換。運(yùn)放模塊電路和濾波模塊電路對(duì)要發(fā)送或接收的信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理。全向光學(xué)天線模塊電路和全向光學(xué)天線是全向無線激光通信設(shè)備的發(fā)射和接收端，需要發(fā)送的信號(hào)經(jīng)過這兩個(gè)模塊電路的電/光轉(zhuǎn)換作用，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)并由激光發(fā)射器發(fā)射送入空間進(jìn)行傳輸，全向光學(xué)天線內(nèi)部的激光探測(cè)器探測(cè)接收空間中有用的激光信號(hào)并通過濾光片濾除干擾光信號(hào)，把有用的激光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)提供給下一級(jí)電路處理。
權(quán)利要求
1.高速全向無線激光通信設(shè)備，其特征在于其主要由殼體，殼體內(nèi)設(shè)有的MCU模塊電路、無線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路、運(yùn)放模塊電路、濾波模塊電路、全向光學(xué)天線模塊電路、信號(hào)處理模塊電路、電源模塊電路，以及殼體上設(shè)有的全向光學(xué)天線、通信接口、控制信號(hào)接口、電源接口所組成；MCU模塊電路分別連接無線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路、信號(hào)處理模塊電路和控制信號(hào)接口電路；無線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路依次經(jīng)過運(yùn)放模塊電路和濾波模塊電路連接至全向光學(xué)天線模塊電路，全向光學(xué)天線模塊電路與全向光學(xué)天線相連；信號(hào)處理模塊電路連接通信接口 ；控制信號(hào)接口電路連接控制信號(hào)接口 ；電源模塊電路的輸入端分別連接控制信號(hào)接口電路和電源接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速全向無線激光通信設(shè)備，其特征在于MCU模塊電路上還接有有線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路，該有線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路經(jīng)過光接口模塊電路與殼體上設(shè)有的光纜接口相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速全向無線激光通信設(shè)備，其特征在于全向光學(xué)天線包括底座、以及固定在底座上的至少1個(gè)激光探測(cè)器和激光發(fā)射器，上述激光探測(cè)器呈環(huán)繞狀均勻分布在底座上，且每個(gè)激光探測(cè)器的周圍均環(huán)繞地設(shè)有3個(gè)或3個(gè)以上的激光發(fā)射器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速全向無線激光通信設(shè)備，其特征在于所述底座呈半球面狀，激光發(fā)射器和激光探測(cè)器分布在該半球面狀底座的凸面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速全向無線激光通信設(shè)備，其特征在于全向光學(xué)天線的外表面即激光發(fā)射器和激光探測(cè)器的前端覆有一濾光片。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速全向無線激光通信設(shè)備，其特征在于全向光學(xué)天線模塊電路主要由功率放大器、自動(dòng)功率控制電路、阻抗匹配電路、跨阻放大器、電阻、限幅放大器、自動(dòng)增益控制電路和均衡器組成；功率放大器的輸入端與濾波模塊電路相連，自動(dòng)功率控制電路跨接在功率放大器輸出端和反饋端上，功率放大器的輸出端與阻抗匹配電路相連，阻抗匹配電路的輸出端連接激光發(fā)射器；激光探測(cè)器連接在跨阻放大器的輸入端上， 跨阻放大器的輸入端和輸出端上跨接電阻，跨阻放大器的輸出端與限幅放大器的輸入端相連，自動(dòng)增益控制電路跨接在限幅放大器輸出端和反饋端上，限幅放大器的輸出端經(jīng)過均衡器與濾波模塊電路連接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高速全向無線激光通信設(shè)備，其主要由殼體，殼體內(nèi)設(shè)有的MCU模塊電路、無線編解碼與調(diào)制解調(diào)模塊電路、運(yùn)放模塊電路、濾波模塊電路、全向光學(xué)天線模塊電路、信號(hào)處理模塊電路、控制信號(hào)接口電路、電源模塊電路；以及殼體上設(shè)有的全向光學(xué)天線、通信接口、控制信號(hào)接口、電源接口所組成。本發(fā)明可以將飛行器及艙內(nèi)一些移動(dòng)通信設(shè)備、終端和電子設(shè)備進(jìn)行鏈接，實(shí)現(xiàn)高速全向語音、圖像、網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)雙向傳輸；免除繁瑣的電纜布線、減小系統(tǒng)重量和功耗。
文檔編號(hào)H04B10/10GK102158281SQ20111003011
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者吳秋景, 周敏南, 梁志明, 蘇磊, 謝呂才, 麥賢慧 申請(qǐng)人:桂林航天光比特科技股份公司