一种用于自由空间光通信的帧定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于自由空间光通信的帧定位的方法，针对接收端在移动的情况下，仍能快速寻找到信源、定位数据帧头的方法，极大的提高通信系统的通信速率及可靠性。
【背景技术】
[0002]自由空间光通信FSO(Free Space Optics)，又称光无线通信。FSO利用高度集中的光束穿越大气空间作为信息的传输载体。自由空间中传输光的光谱可分为红外光谱(10um?700nm)，可见光谱(700nm?400nm)和紫外光谱(400nm?lnm)。一个无线光通信系统包含三个基本部分:光发射端机、光接收端机、光学天线及光路系统。在点对点传输的情况下，每一端都设有光发射机和光接收机，可以实现全双工通信。光发射机的光源受到电信号的调制，通过作为天线的发射光学系统，将光信号通过大气信道传送到接收机望远镜；接收机望远镜收集接收到光信号并将它聚焦在光电检测器中，光电检测器将光信号转换成电信号。由于大气空间对不同光波长信号的透过率有较大的差别，无线光通信系统一般选用透过率较好的波段窗口，最常用的光学波长是近红外光谱中的850nm;还有一些无线光通信系统使用1500nm波长频段，可以支持更大的系统功率。
[0003]FSO技术与其他接入技术相比有如下优点:(I)频谱资源丰富，无需申请频率使用权；⑵频带宽，速率高；(3)协议透明；⑷快速链路部署；(5)安全保密性强；(6)数据传输不易堵塞；(7)可重复利用。因此，其能够在移动通信网、企业网、城域网等领域发挥重要作用；可以作为预防服务中断的光纤通信和微波通信的备份；可以应用于移动通信基站问的互连、近距离高速网的建设以及“最后一公里”接入；或建设于不宜布线、施工难度大、跨江跨河矿井等地方；用于军事设施或其他要害部门需要严格保密的场合；及企业内部网互连和数据传输。
[0004]FSO以其容量、环保、灵活等优势，受到国内外众多研宄者的关注，应用范围不断扩大。已商用的这类系统，容量从10Mbps?llOGbps。也有一些试验采用波分复用达到160Gbps的速率。尽管受到气象条件的限制，只能在较短的距离内使用，一般限于4km以下。但在许多场合之下，作为一种独特的方式，FSO成为当前已有几种宽带接入方式很好的补充手段。
【发明内容】
[0005]技术问题:本发明要解决的技术问题是为接收端在自由空间移动时提供一种基于光载波(红外光、可见光、紫外光)无线通信的用于自由空间光通信的帧定位方法，可以快速定位数据帧头，提高通信可靠性。
[0006]技术方案:为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]该帧定位方法所采用的自由空间光通信系统包括发射端和接收端，所述发射端依次包括信源、串并转换器、光源驱动电路、二维点阵式光源；所述的接收端依次包括二维点阵式光电检测器、嵌入式处理机、并串转换、信宿；
[0008]当信源经过系列编码后，采用光强度调制方式，以光亮度“明”、“暗”区分0、1信息，通过阵列光源发射；
[0009]阵列光源通过自由空间的漫反射后被二维点阵式光电检测器接收，并通过嵌入式处理机按照奈奎斯特速率即2倍的发射阵列速率采集二维光信息数据；
[0010]嵌入式处理机分别从横向、纵向方向扫描二维光信息数据，并记录各点的光亮度数值，检测输入数据中是否包含与预置定位帧规则即定位帧字节长度、字节比特信息相同的数据，若是，找出该相同的数据并作为数据帧头；若否，则放弃该输入数据。
[0011]所述的帧定位过程如下:
[0012]当发射端发射一帧含有定位帧的阵列信息后，经过自由空间到达接收端，由阵列式光电检测器完成光电转换恢复电信号，再由嵌入式处理机扫描阵列各点电压值Vi,并与预存于处理机内的衰减后的电压范围Vmin，Vmax作比较，去除冗余光干扰；取最大和最小电压值V_、Vmin的均值V average作为阈值，记大于V average为比特符号“0”，小于V aveMge为比特符号“I”;依次，对阵列各点\进行判决，得到输入数据；
[0013]嵌入式处理机对输入数据快速扫描，检测输入数据中是否包含与预置定位帧字节长度、字节比特信息相同的数据，若是，找出该相同的数据并作为数据帧头；若否，则放弃该输入数据；
[0014]接收端连续扫描输入数据，直到检测到定位帧，来识别帧的开始，即使在接收端移动的情况下，也可以快速扫描到定位帧，保证了一帧内的数据可同时无误的被恢复并检测，从而实现了收发端帧同步的目的；此外，在保证帧同步的同时，也抑制了一帧数据内码间窜扰的影响。
[0015]所述的帧同步是在阵列传输的基础上提出一种定位帧，当接收端扫描到定位帧时，即定义该帧为数据帧头，并恢复此数据帧头下的阵列信息，实现了发射端和接收端的帧同步。
[0016]所述的定位帧为一串特殊比特或特殊图形结构，不定长帧，帧长由发射阵列大小决定。
[0017]所述的定位帧位于发射阵列首行或四条边长，或以特殊图形结构位于发射阵列中。
[0018]有益效果:本发明采用阵列发射、阵列接收结构，大大提高系统通信容量。
[0019]本发明可以在接收端移动的情况下，快速扫描到定位帧，获取该定位帧下的信息，保证一帧内各点数据的同步，实现收发端帧同步的功能。
[0020]本发明保证帧内数据同步接收，抑制了一帧数据内的码间串扰，提高通信可靠性。
[0021]本发明无复杂机械设备，有效利用已有智能软件，结合算法模块扩展现有功能，减少硬件资源的耗费。
【附图说明】
[0022]图1是本发明阵列发射、阵列接收结构系统框图。
[0023]图2是本发明发射机一帧数据信息示意图。
[0024]图3是本发明定位帧示意图。
[0025]图4是本发明自由空间光通信系统流程图。
【具体实施方式】
[0026]本发明中提出的一种自由空间光通信系统包括发射端和接收端，所述发射端依次包括信源、串并转换器、光源驱动电路、二维点阵式光源；所述的接收端依次包括二维点阵式光电检测器、嵌入式处理机、并串转换、信宿。
[0027]从本发明提出的自由空间光通信系统可以看出，当信源经过系列编码后，采用光强度调制方式，以光亮度“明”、“暗”区分0、1信息，通过阵列光源发射，再经阵列检测，可形成传输阵列对阵列的并行通信，实现空分复用的功能。另外，这种阵列结构可以融合多种成熟的先进通信技术于一体，如采用模式编码通信则可以提高通信的可靠性和保密性。
[0028]本发明在上述阵列传输的基础上提出一种定位帧，当接收端扫描到定位帧时，即定义该帧为数据帧头，并恢复此数据帧头下的阵列信息，实现了发射端和接收端的帧同步。
[0029]本发明中的定位帧为一串特殊比特或特殊图形结构，不定长帧，帧长由发射阵列大小决定。
[0030]本发明中的定位帧位于发射阵列首行或四条边长，或以特殊图形结构位于发射阵列中。
[0031]本发明中的帧定位过程如下:
[0032]当发射端发射一帧含有定位帧的阵列信息后，经过自由空间到达接收端，由阵列式光电检测器完成光电转换恢复电信号，再由嵌入式处理机扫描阵列各点电压值Vi,并与预存于处理机内的衰减后的电压范围(vmin，vmax)作比较，去除冗余光干扰。取最大和最小电压值Vmax、Vmin的均值V average作为阈值，记大于V average为比特符号“0”，小于V aveMge为比特符号“I”。依次，对阵列各点\进行判决，得到输入数据。
[0033]嵌入式处理机对输入数据快速扫描，检测输入数据中是否包含与预置定位帧规则(定位帧字节长度、字节比特信息)相同的数据，若是，找出该相