摘要 针对移动运用渠道间进行较短间隔的直接通讯，规划了一种依据以太网和无线激光传输的通讯链路体系。该体系运用直接调制的办法将以太网宣布的电信号调制到光波上，将带着信息的载波激光束聚集、对准发送至接纳设备;接纳设备将收集到的信号进行解调，由光信号复原出发送方输出的电信号，经以太网传输至接纳端，完结信号的双向传递;该体系可实时、大容量、高速地传输语音、数据、视频和图画等信号，且通讯质量安稳牢靠，保密性和安全功用优秀。测验成果表明，该体系能较好地在大气间进行实时高速地数据通讯，满意移动运用渠道间的保密需求。
要害词 以太网;无线激光通讯;IP数据传输;直接调制
现代战争要求通讯速率高、信息传输能力强、组网灵敏、易于设备和保护、通讯牢靠性优秀、安全性好等特色。激光通讯技能的呈现，有效地弥补了有线通讯网络不灵敏，无线电通讯的安全功用较差，简单受搅扰的缺陷。大气激光通讯以光信号作为载波并以大气作为传输介质，可以完结点到点或点到多点的信息传输，在IP数据网、电话网的入网应急设备中可大规划遍及运用。跟着高速大容量信息传输需求的不断扩展以及通讯相关技能的前进，大气激光通讯技能已成为未来通讯技能发展运用的重要范畴。
运用激光替代光纤完结计算机之间信息实时高速传递，首要进行了3方面作业：(1)树立激光通讯渠道，树立激光链路。(2)将以太网传输的电信号和大气中传输的光信号进行彼此转化，首要完结了两台计算机经过激光进行视频通话。(3)规划了传输速率测验软件，实时监控传输速率。
1 计划证明与规划
1.1 计划证明
规划了针对网络信号的大气激光通讯的链路体系。该体系选用光电介质转化芯片将网络中传输的电信号转化为光信号以便于在大气中传输，行将原始电信号调制到激光上，经过大气传输完结大气激光通讯。经过速率测验软件能对网络速率进行实时监测。在网络通讯中，网络信号传输进程中，传输速率是不固定的，因而有必要规划自适应速率匹配。运用光电转化芯片可完结网络中的电信号与光信号的转化，并具有10/100 Mbit·s-1速率自适应机制。在光电调制方面，一般状况下因为网络速率根本在100 Mbit·s-1以下，因而可选用光强度调制，这彻底可以满意规划要求。别的要考虑的是，在光传输与接纳方面大气中对光性质的影响。在大气中，雾霾、液滴、烟尘等是影响激光传输的首要因素。考虑一般状况，大气对激光的损耗约为3～10 dB/km，规划所选用的激光发射与接纳设备为1×9光收发一体模块，其发射功率范围在1～1.7 mW，接纳光信号灵敏度为-31.0 dBm，彻底满意规划要求。
在软件规划中，选用C#中的PerformanceCounter控件可以对网络数据进行实时监控，因而可以满意规划要求。关于网速丈量，经过一般软件 (如FeiQ、NetMeeting等)传递大文件的办法来测验网络速度受硬盘读写速度约束。因而，在网速测验中，选用生成随机数的办法放入内存中，经过重复发送随机数来到达最大网速测验的意图。
1.2 整体规划计划
规划大气激光通讯体系的首要意图是完结两台计算机的无线互联和高速传输。体系的组成部分为信源、信道和信宿，其间信源和信宿包含彼此通讯的计算机、光发射设备、光接纳设备及其外部设备如声响、视频等输入设备;光发射设备包含信号接口电路、电光调制电路、半导体激光器、光发射设备以及对准设备;光接纳设备包含光接纳设备、光电探测器、光电解调电路以及与发射设备相同的对准设备。图1和图2为依据以太网的空间光通讯体系的根本框图。
光发射设备的首要功用是将电脉冲信号变成适宜的光脉冲信号以便在大气中传输，激光二极管(LD)是要害器材。LD把电信号转化为光信号的调制办法用两种：直接调制和外调制。在大多数状况下，为下降体系的本钱及规划复杂度，在低速率状况下一般选用直接调制办法，即注入调制电流直接完结光的强度调制。
从数据终端设备PC机上衔接的网线接入RJ45接口的TP模块。其间RJ45接口和网卡之间的对错屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pairs，UTPs)，其内部由两对相互穿插的双绞线来传输信号。在100 Mbit·s-1的以太网传输中，双绞线的信号电平是三电平堆叠调制改换(Modulated Lapped nansfmm-3，MLT3)码，这是一种三电平多极性码，其信号的编码方式是485B码。为将从网络适配器接纳的多电平信号转化成合适光电转化设备处理的单极性电平信号，并阻隔彼此之间的电磁搅扰和直流重量，必须用阻隔变压器进行耦合。反之，将光电转化设备发生的单极性电平信号转化成网络适配器能处理的多电平信号，也是相同状况。当RJ45接口接纳来自双绞线的10/100 M数据时，在阻隔变压器滤波之后将数据输送到光电介质转化芯片，经过译码和电平转化后，构成光信号并传输至光收发一体化模块，经过自聚集透镜构成激光束发射出去。当接纳端光收发一体化模块接纳到光信号时，光电介质转化芯片将光信号转化成电信号，并将生成的电信号进行数据译码和电平转化，将电信号传输到 RJ45接口，并传回意图计算机。
通讯体系中设置有光发射和光接纳设备，且每台计算机均可向对方发射经过调制的光信号，一起也能接纳来自对方的光信号，如此完结全双工通讯。从计算机A向计算机B发送以太网数据的流程如下：
(1)计算机A经过网络适配器，即将需求的原始数据传输到信号接口处理电路中，对信号进行滤波，且耦合到以太网介质转化电路中。
(2)信号经以太网介质转化电路进行恰当的时钟康复、解扰等处理，并将在以太网中传输的MLT-3电平转化成合适在大气传输的单极性NRZ电平，再传输到光发射设备电路。
(3)光发射设备电路的功用是向光源供给驱动电流，一起将电信号调制到光波上，完结信号的电/光转化。
信号调制成光信号的方式，在空气中传达。计算机B体系的光接纳设备就可以接纳来自计算机A的光信号，经过处理复原出本来的信息。计算机B接纳来自计算机A的数据，流程如下：
(1)光收发模块接纳来自计算机A的光信号，将光信号进行光电解调，转化成为电信号。
(2)改换后的电信号在光接纳设备电路和以太网介质转化设备电路中进行信号扩大、时钟提取以及数据判定等处理康复，康复后的数据传输至计算机B。
经过收发进程，完结数据的传输。同理，从计算机B向计算机A发送数据的进程也如此。
2 原理剖析与硬件规划
2.1 原理剖析
在自由空间光通讯中，信息要经过大气信道进行传达，以光波作为载波，把所要发送的信息加载到光波上进行传达。在大气环境下布景光的搅扰较大，体系需求的光源功率需求匹配调制速率。针对移动运用渠道问实时语音通讯的需求，以语音信号为特例，给出直接调制原理框图。语音信号经过直接调制的办法调制成可以在大气上传输的光信号，调制改换如图3所示。
移动运用渠道间需求很多传输IP数据包。IP数据包是网络传输的信封，其说明晰数据发送的源地址和意图地址，以及数据内容和其传输状况。一个完好的IP数据包由首部和数据两部分组成。首部前20 Byte归于固定长度，存在于一切IP数据包;后边是可选字段，其长度可变，首部后是数据包带着的数据，IP数据格式如图4所示。
关于光电转化芯片，规划选用%&&&&&%PLUS公司开发的IP113ALF芯片。IP113A LF芯片是48脚LQFP封装，该芯片广泛运用于快速以太网光纤收发器规划，是一种技能老练的高集成度产品，可完结10/100BASE—TX与 100BASE—FX之间的转化光收发一体模块中运用激光驱动芯片MAX3738，MAX3738选用主动功率操控(APC)作业形式，当MAX3738 正常作业时，数据从IN-端和IN+端输入，经输入缓冲电路和数据通道处理后，操控差分对调制器输出以完结调制，调制后的信号从OUT-端和OUT+端输出，去驱动外接激光管;当输出功率改变时，反应信号从MD端输入，消光比操控电路经过调理调制电流和偏置电流改变，来主动保持均匀输出功率和光起伏功率的安稳。
对光载无线信号的解调也有两种办法：强度调制直接检测(IM/DD)和相干检测。强度调制直接检测便是对强度调制的光载无线信号直接进行包络检测，即强度调制信号直接经过光电探测器即可康复出原信号。
2.2 硬件规划
以太网收发电路由RJ接口、耦合变压器、以太网收发器以及收发器与调制驱动电路接纳解调电路之间的接口组成，其间以太网收发芯片是中心单元。芯片内部结构框图和体系框图如图5所示，以太网光收发芯片体系框图如图6所示。
3 软件规划与流程
依据以上计划，软件规划部分首要完结网速实时丈量，以及最大通讯速率丈量。网速丈量操作流程如图7所示，最大通讯速率丈量如图8所示。
在网络速率监督中，由客户端直接生成随机数，向指定端口继续发送数据，在显现界面记载实时传输速率。因为内存的读取速率远高于网络速率，然后保证网络最大传输速率丈量的准确性。
4 体系测验与剖析
测验软件：Netmeeting，进行实时视频传输;依据.NET的网速测验软件，分为客户端与服务器。测验进程：计算机以太网口与光电转化设备用网线衔接，因为发射的是不可见光，先运用红光光源在光学对准设备上从发送端瞄准接纳端，对准无误后红光光源换回原信号光源;运用相同办法反向接入链路，保证链路晓畅。测验成果如图9～图12所示。
从测验成果可看出，当光链路树立成功，两台计算机可经过激光进行无线视频，传输正常;当光路被遮挡，传输终端，两台计算机所显现的内容就无法同步，传输中止;当光链路从头树立，两台计算机又可从头树立衔接。传输因为网卡和芯片的约束，100 Mbit·s-1带宽的极限速度是12.5 MB·s-1，规划链路到达的最高速度已挨近网卡极限。因为在服务器端设置有缓存区，所以在发送数据时，部分数据留在缓存区中未被发送，导致服务器端的速率略低于客户端。
5 结束语
提出了一种依据以太网和无线激光传输的通讯链路体系，处理了较短间隔移动渠道间的无线激光通讯。研讨成果表明，该规划可以双向、实时、大容量高速传输音频视频等数据。研讨的局限性在于通讯间隔较短以及光学对准问题，进一步的研讨方向为较长间隔下经过激光直接通讯计划的完结。
