[发明专利]基于全双工无线毫米波通信和全双工自由空间相干光激光通信的混合光无线链路架构

说明书

(一)技术领域

本发明属于光载无线(Radio-over-Fiber，缩写为RoF)通信系统和自由空间激光通信系统技术领域。

(二)背景技术

随着云时代的来临，大数据(Big data)也吸引了越来越多的关注。“大数据”在互联网行业指的是这样一种现象：互联网公司在日常运营中生成、累积的用户网络行为数据。这些数据的规模是如此庞大，以至于不能用G或T来衡量。截止到2012年，数据量已经从TB(1024GB＝1TB)级别跃升到PB(1024TB＝1PB)、EB(1024PB＝1EB)乃至ZB(1024EB＝1ZB)级别。IBM的研究称，整个人类文明所获得的全部数据中，有90％是过去两年内产生的。而到了2020年，全世界所产生的数据规模将达到今天的44倍。因此，需要将“卫星云”与“地面云”结合起来，把卫星应用作为特色，提供“云上云服务”，为大数据时代的出现做好技术和平台上的准备。

目前卫星通信主要是微波通信，随着航天技术应用的逐步深入，微波通信中的频率资源已经显得越来越紧张，且经常性出现频率干扰问题，数据量越来越大，传统的微波通信已经不能满足未来航天通信的需求，因此急需开发新的通信手段来弥补未来通信的不足。卫星与卫星之间的无线激光通信是一项崭新的卫星通信体制，相对于现有的卫星通信技术而言，无线激光通信具有以下技术特点和优势：通信速率高(激光通信通信速率能达到10Gbps或者更高)；体积小、重量轻、功耗低；不存在频率干扰问题(由于卫星与卫星之间采用点对点无线激光通信，因此基本上不存在干扰问题)；隐蔽通信和抗干扰能力更强(由于卫星激光通信具有极窄的束散角，不容易被侦察和被干扰)；作用距离更远，是未来深空高速数据传输的理想技术手段。由于激光通信应用于卫星和卫星之间通信时不受大气的影响，可以很好地发挥大容量长距离的优势。但是自由光链路不能通过云层传输，这样激光通信应用于星地通信时会导致网络传输效率大幅度降低。因此，激光通信无法满足未来星地通信的全球范围、全天候、全天时的快速响应和空间信息的时空连续通信支撑。而无线毫米波通信是一种全天候、高速、稳定的通信载体。通过采用空分、频分、极化和轨道角动量复用方式，能极大地提高传输速率。同时，采用高频毫米波传输将能大大提高传输容量。尤其是作为更高频毫米波的W波段(75-110GHz)，不仅可以支持更大的传输带宽和速率，还能够穿透云层实现全天候通信。因此为了实现“卫 星云”与“地面云”的有效结合，需要研究星间自由空间激光通信和星地毫米波通信的融合技术。

针对上述情况，本发明提出了一种基于全双工无线毫米波通信和全双工自由空间相干光激光通信的混合光无线链路架构。该混合光无线链路架构可以在全双工无线毫米波链路和全双工自由空间相干光激光链路之间自由切换，兼容了无线毫米波通信和自由空间相干光激光通信的双重优势，可以实现全天候通信。并且，在该混合光无线链路架构中，全双工无线毫米波链路和全双工自由空间相干光激光链路实现了激光器和光信号的共用，由此简化了混合光无线链路的整体架构。

(三)发明内容

针对上述情况，本发明的目的是提供一种基于全双工无线毫米波通信和全双工自由空间相干光激光通信的混合光无线链路架构。天气条件良好时采用混合光无线链路架构中的全双工无线毫米波链路进行通信，天气条件恶劣时采用混合光无线链路架构中的全双工自由空间相干光激光链路进行通信。全双工无线毫米波链路采用基于两个自由激光器的外差拍频技术产生无线毫米波信号，其中，为全双工无线毫米波链路的外差拍频过程提供本振光载波的自由激光器同时也为全双工自由空间相干光激光链路的相干接收过程提供本振光载波，为全双工无线毫米波链路的外差拍频过程提供光信号的自由激光器和光调制器同时也为全双工自由空间相干光激光链路的无线发射端提供光信号。全双工无线毫米波链路和全双工自由空间相干光激光链路激光器和光信号的共用简化了混合光无线链路的整体架构，并且，全双工无线毫米波链路和全双工自由空间相干光激光链路的互补工作模式实现了混合光无线链路的全天候通信。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于全双工无线毫米波通信和全双工自由空间相干光激光通信的混合光无线链路架构，具体方案如下；