本发明公开了以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统及方法，至少包括基站、可移动接入点和终端用户，基站将射频信号调制在无线激光信号上，发送至一个或多个可移动接入点上，可移动接入点在一定范围内自由移动；可移动接入点接收到无线激光信号后，将其转化为无线射频信号，发送给终端用户；基站和可移动接入点均设有定位与跟瞄子系统，实现双向无线激光通信；可移动接入点根据终端用户的数量和位置动态调整自身位置和输出的射频波束，实现射频信号的动态覆盖；本发明以无线激光通信为载体，脱离传统光纤通信的束缚，使射频覆盖区域可以动态调整，在保持光载射频系统高速率、高带宽的同时，拓展了系统的覆盖范围，提高了系统的灵活性。
1.以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统，其特征在于：至少包括基站、可移动接入点和终端用户，基站将射频信号调制在无线激光信号上，发送至一个或多个可移动接入点上，所述可移动接入点可以在一定范围内自由移动；
可移动接入点接收到无线激光信号后，将其转化为无线射频信号，发送给终端用户；
所述基站和可移动接入点均设有定位与跟瞄子系统，定位与跟瞄子系统包括定位信号发射机、光束偏转模块、定位信号处理模块、反馈信号接收机、定位信号接收机、定位信号处理模块和反馈信号发射机，实现双向无线激光通信；所述可移动接入点根据终端用户的数量和位置可以动态调整自身位置和输出的射频波束，实现射频信号的动态覆盖。
2.如权利要求1所述的以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统，其特征在于：所述基站包括定位与跟瞄子系统、光通信子系统和上行通信子系统，三个子系统并行工作；
定位与跟瞄子系统中的定位信号发射机负责产生并发射定位信号，与光束偏转模块和定位信号处理模块相连；
所述光束偏转模块负责偏转光束，与定位信号处理模块和光通信子系统中的激光源相连；
所述定位信号处理模块负责对定位信号和收到的反馈信号进行信号处理，并根据位置信息发送控制信息给光束偏转模块，与定位信号发射机、光束偏转模块和反馈信号接收机相连；
所述反馈信号接收机负责接收反馈信号，与定位信号处理模块相连。
3.如权利要求2所述的以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统，其特征在于：光通信子系统由激光源和光信号处理模块组成，所述激光源负责发射无线激光信号，与光信号处理模块和定位与跟瞄子系统中的光束偏转模块相连；所述光信号处理模块负责对光信号进行信号处理，与激光源和网关相连。
4.如权利要求3所述的以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统，其特征在于：上行通信子系统由上行信号接收机和上行信号处理模块组成，所述上行信号接收机负责接收来自终端用户的上行信号，与上行信号处理模块相连；上行信号处理模块负责对上行信号进行信号处理，与上行信号接收机和网关相连。
5.如权利要求1或2或3或4所述的以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统，其特征在于：所述可移动接入点由定位与跟瞄子系统、下行通信子系统和上行通信子系统组成；其中，定位与跟瞄子系统中的定位信号接收机负责接收来自基站的定位信号，与定位信号处理模块相连；
定位信号处理模块负责处理定位信号并生成反馈信号，同时也负责利用定位信号中的位置信息控制上行信号与基站间的对准；定位信号处理模块与定位信号接收机、反馈信号发射机和上行通信子系统中的上行信号处理模块相连；
反馈信号发射机负责将反馈信号发射给基站，与定位信号处理模块相连。
6.如权利要求5所述的以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统，其特征在于：下行通信子系统由光接收机、下行信号处理模块、光‑射频转换模块和射频发射机组成；其中，光接收机负责接收来自基站的光信号，与下行信号处理模块相连；
下行信号处理模块负责对光信号和射频信号进行调制、编码信息处理，与光接收机、光‑射频转换模块相连；
光‑射频转换模块负责将光信号转换为单个或多个射频信号，与下行信号处理模块和射频发射机相连；
射频发射机负责发射射频信号给终端用户，与光‑射频转换模块相连。
7.如权利要求6所述的以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统，其特征在于：终端用户由射频接收机、终端信号处理模块和上行通信发射机组成；其中，射频接收机负责接收下行链路来自可移动接入点的射频信号，射频接收机与终端信号处理模块相连；
终端信号处理模块负责处理接收到的射频信号并生成待发送至基站的信号，终端信号处理模块与射频接收机和上行通信发射机相连；
上行通信发射机负责发射上行链路的信号，上行通信发射机与终端信号处理模块相连。
8.如权利要求7所述的以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统，其特征在于：基站和终端用户间存在射频或光链路，所述系统可在现有通信系统基础上并行工作。
9.一种应用于权利要求8所述的以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统的射频信号动态覆盖方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，基站向自由空间广播定位信号，可移动接入点在接收到定位信号后，沿来波方向发送反馈信号给基站，基站根据收到的反馈信号确定可移动接入点的位置和各接入点当前的状态；
S2，基站通过光信号处理模块将射频信号调制在信号上，并通过激光源发射至工作状态下的可移动接入点；同时，基站继续发射定位信号给可移动接入点，根据反馈信号确定可移动接入点的位置变化和移动速度位置信息，基于位置信息，基站和可移动接入点对光束进行双向的对准和跟瞄，在基站和可移动接入点建立双向的无线激光链路；
S3，在基站和各可移动接入点间的无线激光通信链路建立后，可移动接入点对接收到的光信号进行处理并将其转化为单个或多个射频信号，发送至各终端用户，可移动接入点可以根据终端用户的数量和位置调整射频波束的形状，以实现波束成形和空分复用；
S4，在上行链路中，终端用户发送射频信号给可移动接入点，可移动接入点通过与基站间的无线激光通信链路将上行信号转发给基站，实现信号通信。
10.如权利要求9所述的射频信号动态覆盖方法，其特征在于：所述步骤S2中将射频信号调制在信号上可通过模拟信号调制或数字信号调制两种方式，所述模拟信号调制是通过马赫调制器将射频载波外调制到光信号上；所述数字信号调制为先对射频进行解调解码，提取出数字信号，再根据数字信号对光进行调制和编码。
以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，尤其属于无线激光通信技术和射频无线通信技术，涉及以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统及方法。
背景技术
[0002] 传统的光载射频技术将光的大带宽优势和射频无线接入的灵活性结合起来，具有体积小、重量轻、损耗小、抗电磁干扰与传输质量高等优点，可解决传统微波传输系统存在的损耗大、抗干扰能力弱等问题。但是传统的光载射频技术基于光纤传输信号，其光链路位置相对固定且不能动态调整，而且射频信号的覆盖区域必须基于光纤的布线设计，从而限制了射频的覆盖范围和自由度。
[0003] 随着通信技术的发展，短距离无线激光通信的容量、速率和稳定性已逐渐接近光纤通信。与此同时，光移动通信技术在无线激光通信的基础上，利用光束跟瞄等方式，使通信可以支持移动用户，因而如何合理有效的结合无线激光通信技术和射频无线技术的运用，就成为了新的发展方向。
发明内容
[0004] 本发明正是针对现有技术中射频覆盖范围和自由度有限制的问题，提供一种以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统及方法，至少包括基站、可移动接入点和终端用户，基站将射频信号调制在无线激光信号上，发送至一个或多个可移动接入点上，可移动接入点可以在一定范围内自由移动；可移动接入点接收到无线激光信号后，将其转化为无线射频信号，发送给终端用户；基站和可移动接入点均设有定位与跟瞄子系统，实现双向无线激光通信；所述可移动接入点根据终端用户的数量和位置可以动态调整自身位置和输出的射频波束，实现射频信号的动态覆盖，本系统和方法以无线激光通信为载体，脱离传统光纤通信的束缚，使射频覆盖区域可以动态调整，在保持光载射频系统高速率、高带宽的同时，拓展了系统的覆盖范围，提高了系统的灵活性。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统，至少包括基站、可移动接入点和终端用户，
[0006] 基站将射频信号调制在无线激光信号上，发送至一个或多个可移动接入点上，所述可移动接入点可以在一定范围内自由移动；
[0007] 可移动接入点接收到无线激光信号后，将其转化为无线射频信号，发送给终端用户；
[0008] 所述基站和可移动接入点均设有定位与跟瞄子系统，定位与跟瞄子系统包括定位信号发射机、光束偏转模块、定位信号处理模块、反馈信号接收机、定位信号接收机、定位信号处理模块和反馈信号发射机，实现双向无线激光通信；所述可移动接入点根据终端用户的数量和位置可以动态调整自身位置和输出的射频波束，实现射频信号的动态覆盖。
[0009] 为了实现上述目的，本发明还采取的技术方案是：以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖方法，包括如下步骤：
[0010] S1，基站向自由空间广播定位信号，可移动接入点在接收到定位信号后，沿来波方向发送反馈信号给基站，基站根据收到的反馈信号确定可移动接入点的位置和各接入点当前的状态；
[0011] S2，基站通过光信号处理模块将射频信号调制在信号上，并通过激光源发射至工作状态下的可移动接入点；同时，基站继续发射定位信号给可移动接入点，根据反馈信号确定可移动接入点的位置变化、移动速度等位置信息，基于位置信息，基站和可移动接入点对光束进行双向的对准和跟瞄，在基站和可移动接入点建立双向的无线激光链路；
[0012] S3，在基站和各可移动接入点间的无线激光通信链路建立后，可移动接入点对接收到的光信号进行处理并将其转化为单个或多个射频信号，发送至各终端用户，可移动接入点可以根据终端用户的数量和位置调整射频波束的形状，以实现波束成形和空分复用；
[0013] S4，在上行链路中，终端用户发送射频信号给可移动接入点，可移动接入点通过与基站间的无线激光通信链路将上行信号转发给基站，实现信号通信。
[0014] 与现有技术相比：本发明将无线激光通信的高速、大带宽、支持移动性的优势和射频无线接入的灵活性相结合，使光载射频系统中的可移动接入点可以动态调整位置，从而进一步拓展系统的覆盖范围，提高系统的灵活性；与传统的光载射频系统相比，本发明的系统更适用于快衰落信道和移动用户，系统的性能和灵活性得到极大改善。具体表现为以下几点：
[0015] 1、本系统中，可移动接入点可以处于移动状态，根据用户数量和位置的变化，可移动接入点可以移动至用户密集的区域，从而提高资源分配的灵活性和效率。
[0016] 2、本系统中一个基站可以支持多个处于不同位置的可移动接入点，而传统的光载射频系统，由于射频发射机的位置固定且邻近，多发射机的收益没有本系统显著。
[0017] 3、该发明中终端用户传输上行信号不一定需要发送给基站，而是可以通过任意一个可移动接入点进行转发，从而降低了导频污染和上行信号间的串扰。
[0018] 4、整个系统的复杂度较低，基站和可移动接入点在现有技术下都容易实现。
附图说明
[0019] 图1是本发明以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统的结构框图；
[0020] 图2是本发明系统中基站的结构框图；
[0021] 图3是本发明系统中可移动接入点的结构框图；
[0022] 图4是本发明系统中终端用户的结构框图；
[0023] 图5是本发明以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖方法的应用场景示意图；
[0024] 图6是本发明以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖方法的步骤流程图。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0026] 实施例1
[0027] 以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖系统，至少包括基站、可移动接入点和终端用户，如图1所示，基站将射频信号调制在无线激光信号上，发送至一个或多个可移动接入点上，可移动接入点可以在一定范围内自由移动；可移动接入点接收到无线激光信号后，将其转化为无线射频信号，发送给终端用户；所述基站和可移动接入点均设有定位与跟瞄子系统，用于无线激光信号的对准和跟瞄，实现双向无线激光通信；所述可移动接入点根据终端用户的数量和位置可以动态调整自身位置和输出的射频波束，从而实现自由空间内射频信号的动态覆盖。
[0028] 基站的结构框图如图2所示。其中基站由定位与跟瞄子系统、光通信子系统和上行通信子系统组成，两个子系统并行工作；定位与跟瞄子系统由定位信号发射机、光束偏转模块、定位信号处理模块和反馈信号接收机组成；其中，定位信号发射机负责产生并发射定位信号，与光束偏转模块和定位信号处理模块相连；光束偏转模块负责偏转光束，与定位信号处理模块和光通信子系统中的激光源相连；定位信号处理模块负责对定位信号和收到的反馈信号进行信号处理，并根据位置信息发送控制信息给光束偏转模块，与定位信号发射机、光束偏转模块和反馈信号接收机相连；反馈信号接收机负责接收反馈信号，与定位信号处理模块相连。光通信子系统由激光源、光信号处理模块组成，其中激光源负责发射无线激光信号，与光信号处理模块和定位与跟瞄子系统中的光束偏转模块相连；光信号处理模块负责对光信号进行信号处理，与激光源和网关相连。上行通信子系统由上行信号接收机和上行信号处理模块组成；其中上行信号接收机负责接收来自终端用户的上行信号，与上行信号处理模块相连；上行信号处理模块负责对上行信号进行信号处理，与上行信号接收机和网关相连。
[0029] 可移动接入点的结构框图如图3所示。可移动接入点由定位与跟瞄子系统、下行通信子系统和上行通信子系统组成。其中定位与跟瞄子系统由定位信号接收机、定位信号处理模块和反馈信号发射机组成；定位信号接收机负责接收来自基站的定位信号，与定位信号处理模块相连；定位信号处理模块负责处理定位信号并生成反馈信号，同时也负责利用定位信号中的位置信息控制上行信号与基站间的对准。定位信号处理模块与定位信号接收机、反馈信号发射机和上行通信子系统中的上行信号处理模块相连；反馈信号发射机负责将反馈信号发射给基站，与定位信号处理模块相连。上行通信子系统由上行信号处理模块和上行通信发射机组成；上行信号处理模块负责对上行信号进行信号处理，与定位与跟瞄子系统中的定位信号处理模块和上行通信发射机相连；上行通信发射机负责发射上行信号，与上行信号处理模块相连。下行通信子系统由光接收机、下行信号处理模块、光‑射频转换模块和射频发射机组成；光接收机负责接收来自基站的光信号，与下行信号处理模块相连；下行信号处理模块负责对光信号和射频信号进行调制、编码等信息处理，与光接收机、光‑射频转换模块相连；光‑射频转换模块负责将光信号转换为单个或多个射频信号，与下行信号处理模块和射频发射机相连；射频发射机负责发射射频信号给终端用户，与光‑射频转换模块相连。
[0030] 终端用户的结构框图由图4所示。终端用户由射频接收机、终端信号处理模块和上行通信发射机组成；其中射频接收机负责接收下行链路来自可移动接入点的射频信号，射频接收机与终端信号处理模块相连；终端信号处理模块负责处理接收到的射频信号并生成待发送至基站的信号，终端信号处理模块与射频接收机和上行通信发射机相连；上行通信发射机负责发射上行链路的信号，上行通信发射机与终端信号处理模块相连。
[0031] 本系统脱离传统光纤通信的束缚，使射频覆盖区域可以动态调整，将无线激光通信的高速、大带宽、支持移动性的优势和射频无线接入的灵活性相结合，拓展系统的覆盖范围，提高系统的灵活性，且多发射机的收益明显，系统的复杂度较低，基站和可移动接入点在现有技术下都容易实现，更加适合实际需求。
[0032] 实施例2
[0033] 一种以无线激光通信为载体的射频信号动态覆盖方法，其应用场景示意图如图5所示，具体包括如下步骤：
[0034] 步骤S1，基站向自由空间广播定位信号，可移动接入点在接收到定位信号后，沿来波方向发送反馈信号给基站，基站根据收到的反馈信号确定可移动接入点的位置和各接入点当前的状态。
[0035] 步骤S2，基站通过光信号处理模块将射频信号调制在信号上，并通过激光源发射至工作状态下的可移动接入点，与此同时，基站继续发射定位信号给可移动接入点，根据反馈信号确定可移动接入点的位置变化、移动速度等位置信息，基于位置信息，基站和可移动接入点对光束进行双向的对准和跟瞄，从而在基站和可移动接入点建立双向的无线激光链路。
[0036] 其中，将射频信号调制在信号主要有两种调制方式，即模拟信号调制和数字信号调制。模拟信号调制是通过马赫调制器将射频载波外调制到光信号上；数字信号调制需要先对射频进行解调解码，提取出数字信号，然后再根据数字信号对光进行调制和编码。这两种调制方式均适用于本发明中的系统。
[0037] 步骤S3，在基站和各可移动接入点间的无线激光通信链路建立后，可移动接入点对接收到的光信号进行处理并将其转化为单个或多个射频信号，发送至各终端用户，可移动接入点可以根据终端用户的数量和位置调整射频波束的形状，以实现波束成形和空分复用。
[0038] 其中，单个可移动接入点可以服务一个或多个终端用户。当服务多个终端用户时，可移动接入点可以通过波束成形生成多束不同的方向的射频波束以实现不同用户间的空分复用。同时可移动接入点也可以采用传统的复用方式，即时分复用、频分复用、码分复用等，以支持多用户。
[0039] 步骤S4，在上行链路中，终端用户发送射频信号给可移动接入点。可移动接入点通过与基站间的无线激光通信链路将上行信号转发给基站。
[0040] 本系统使光载射频系统中的可移动接入点可以动态调整位置，从而进一步拓展系统的覆盖范围，提高系统的灵活性，同时本系统也是一个附加的独立工作的通信系统，可以在现有通信系统的基础上并行工作，即基站和用户间可以存在射频或光链路，不会影响本系统的正常运行。
[0041] 需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
