一种多信道X射线通信方法及系统

本发明涉及x射线通信，尤其涉及一种多信道x射线通信方法及系统。

背景技术：

1、x射线通信是一种将信息加载至x射线特征参数上进行信息传递的方法，现有x射线通信主要采用典型的强度调制-直接检测(im-dd)方式进行通信，其原理为：在发射端将待传输信息加载于脉冲x射线强度上，利用载有信息的x射线完成数据传输；在接收端使用高时间分辨率x射线探测器测得脉冲x射线的强度变化，还原初始信息，完成通信过程。x射线通信技术具有通信容量大、自由空间损耗低、定向性和保密性强等特点，适合远距离深空通信、空间导航以及黑障区通信等特殊场合通信。

2、现阶段，x射线通信主要采用典型的强度调制-直接检测方式进行通信，这是一种单收单发的点对点式通信过程。然而，由于发射端商用x射线管的重复频率低、带宽小以及接收端闪烁体衰减时间长等硬件问题，制约了x射线通信的性能。并且无法对信道状态进行感知，并且现有的x射线源的发射功率存在限值，难以一味提高，对于信道状态变化快速的等离子环境而言，只能通过冗余的方式进行传输，造成大量的功率浪费，并且通信速率低下。

3、而多通道通信相较于单收单发系统，有难以解决的缺陷：多通道的常用阵列结构设计必然会引发信号间的串扰。由于x射线光子能量大，来自不同发射端的光子对阵列通信的影响机理尚不清晰；同时，在复杂环境下，信道状态多变，链路机制不清晰。

技术实现思路

1、针对以上不足，本申请使用多收多发的手段，引入自适应系统，实时改变传输状态，保证传输信号质量和稳定通信速率。方案具体为：

2、本申请公开了一种多信道x射线通信系统，包括：接收模块集成，分别接收发射模块集成发射的多条带有传输信息的x射线，并将x射线光信号转换为电信号，对所述电信号进行解调和信噪比计算，反馈计算结果至所述发射模块集成；发射模块集成，接收所述计算结果，指示x射线发射器组件发射调整后的带传输信息的多条x射线。

3、进一步地，发射模块集成包括：高压模块，提供电压；自适应调节模块，接收所述反馈计算结果，计算x射线发射策略；x射线发射器组件，根据所述发射策略，发射带有传输信息的x射线。

4、进一步地，其中x射线发射器组件包括：多个x射线发射器，发射多条x射线；多个开关控制器，根据所述发射策略，分别对x射线发射器进行调制控制，控制多条x射线组合并行传输信息。

5、进一步地，所述发射模块集成还包括准直模块，对发射的x射线进行准直。

6、进一步地，所述x射线发射器是热阴极x射线源或冷阴极x射线源或光阴极x射线源；所述x射线探测器是硬x射线探测器。

7、进一步地，所述接收模块集成包括：多个x射线探测器，分别接收对应的x射线，并将其转换为电信号；自适应感知模块，对所述电信号进行解调和信噪比计算，并反馈计算结果至所述发射模块集成。

8、进一步地，所述接收模块集成还包括：聚焦模块，对x射线聚焦后再进行探测；前端信号处理模块，对将x射线光信号转换后的所述电信号进行预处理。

9、本申请还涉及一种通信系统的多信道x射线通信方法，s1发射模块集成调制发射多条带有传输信息的x射线；s2接收模块集成分别接收多条所述x射线，并将x射线光信号转换为电信号，对所述电信号进行解调和信噪比计算，反馈计算结果至所述发射模块集成；s3所述发射模块集成接收所述反馈计算结果，指示x射线发射器调制发射调整后的带传输信息的x射线；s4接收模块集成还原接收到的所述带有传输信息的x射线。

10、进一步地，计算信噪比，指示x射线发射器发射调整后的带传输信息的x射线方法包括：自适应感知模块对接收到的电信号进行解调，获取信道状态信息；将所述信道状态信息与各编码门限区间进行对比，若在门限区间内，则反馈计算结果至发射模块集成，发射模块集成矫正发射策略到门限区间对应的策略，指示x射线发射器组件发射调整后的带传输信息的x射线。

11、进一步地，发射模块集成矫正到门限区间对应的发射策略的方法包括：通过多个开关控制器，根据所述发射策略，分别对x射线发射器进行调制控制，使得多条x射线并行传输信息。

12、进一步地，当信噪比计算前，确认单位时间内信道状态信息的有效信息概率超过定值，再进行信噪比计算。

13、进一步地，信噪比的计算方法包括：计算噪声功率，在未加传输信息时对x射线探测器的输出信号进行噪声功率谱统计；计算信号功率，预先在电信号中穿插固定长度的导频，对所有导频处不同信号的幅度进行统计，利用信号的平均幅值平方代替信号功率；根据噪声功率和信号功率估算信噪比。

14、进一步地，接收模块集成还原发射信息的方法包括：计算每个发射端对每个接收端的链路增益，形成传输矩阵；利用传输矩阵对每一条接收到的x射线进行修正还原。

15、本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：

16、本专利构建多收多发阵列x射线通信系统和通信方法，(一)借助空间分集、数据增益的方式，提升系统通信的通信速率和质量。空间分集即阵列通信的方式，使得多个发射端同时传输一个信号，实现抗干扰能力的提升。复用增益即多个发射端同时传输不同信号，实现信息传输吞吐量的提升。

17、(二)为了进一步保证通信质量，本申请引入链路反馈调节的自适应系统，通过实时信噪比估计装置，实时估算链路状态，自适应调整信息调制编码方式，在波动信道环境下，实现通信速率与通信质量的平衡，最大化系统通信容量。此方式通过实时改变传输状态，保证了传输信号质量和稳定通信速率。这对于具有时变状态的信道环境通信具有重要意义。

技术特征：

1.一种多信道x射线通信系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多信道x射线通信系统，其特征在于，所述发射模块集成包括：

3.根据权利要求2所述的多信道x射线通信系统，其特征在于，所述x射线发射器组件包括：

4.根据权利要求1所述的多信道x射线通信系统，其特征在于，所述接收模块集成包括：

5.一种利用如权利要求1-4任一通信系统的多信道x射线通信方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的多信道x射线通信方法，其特征在于，计算信噪比，指示x射线发射器发射调整后的带传输信息的x射线方法包括：

7.根据权利要求6所述的多信道x射线通信方法，其特征在于，发射模块集成矫正到门限区间对应的发射策略的方法包括：通过多个开关控制器，根据所述发射策略，分别对x射线发射器进行调制控制，使得多条x射线并行传输信息。

8.根据权利要求5-7任一所述的多信道x射线通信方法，其特征在于，当信噪比计算前，确认单位时间内信道状态信息的有效信息概率超过定值，再进行信噪比计算。

9.根据权利要求5所述的多信道x射线通信方法，其特征在于，信噪比的计算方法包括：

10.根据权利要求5所述的多信道x射线通信方法，其接收模块集成还原发射信息的方法包括：

技术总结
本发明公开了一种多信道X射线通信系统，包括：接收模块集成，分别接收发射模块集成发射的多条带有传输信息的X射线，并将X射线光信号转换为电信号，对电信号进行解调和信噪比计算，反馈计算结果至发射模块集成；发射模块集成，接收计算结果，指示X射线发射器组件发射调整后的带传输信息的多条X射线。本申请引入链路反馈调节的自适应系统，实时改变传输状态，保证传输信号质量和稳定通信速率。

技术研发人员：刘云鹏,李连升,迟昊,汤晓斌,牟俊旭,石永强
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4