無線雷射通信外差檢測系統及其檢測方法
2024-02-15 17:38:15 1
專利名稱：無線雷射通信外差檢測系統及其檢測方法
技術領域：
本發明屬於通信技術領域，涉及一種無線雷射通信外差檢測系統。
背景技術：
無線雷射通信將成為下一代雷射通信的主要技術，它比光纖通信具有構架方便的主要優點，成為最後一公裡寬帶接入的主要技術。無線雷射通信現在多用的為強度調製/直接檢測技術，但是隨著通信距離的增加，強度調製/直接檢測技術已經不能滿足人們的需要。無線光通信具有非常大的市場需求，相干通信成為人們研究的重點，但是由於相干光通信系統複雜，條件苛刻，才開始在星間通信中進行實驗。無線雷射通信系統發送端採用副載波調製的原理如圖1所示，副載波調製首先用輸入信號對相對於光載波的副載波即高頻電磁波進行調製，然後再用該副載波對光波進行二次調製。輸入的基帶信號可以調製副載波的幅度、頻率或相位。發送端為副載波BPSK調製的性能要優於00K，是·一種有效的克服大氣湍流影響的調製方法。副載波調製通常採用直接檢測的方法。但是接收端為外差檢測方式可以大大提高接收機的靈敏度、延長通信中繼距離。現有的光外差檢測系統的工作原理如圖2所示，是在接收信號光時同時加入本地振蕩光，使信號光和本振光在光電探測器的光敏面上相干，形成差頻信號，即中頻信號。該系統要求信號光和本振光偏振態匹配，且要求本振光雷射器窄線寬。現有的光外差檢測系統應用到大氣信道的雷射通信系統中有以下難點(I)由於大氣環境對外差檢測靈敏度的影響很大，該系統多被設計使用在星間通信或者光纖通信系統中，很少針對大氣信道。(2)該系統對光學器件精度要求高，本振雷射器必須採用窄線寬的相干光源才能實現相干檢測。(3)現有的數字相干檢測接收機必須使用DSP對信號進行相位解調、補償等，隨著信號傳輸速率的增加，電信號處理速度將面臨巨大的挑戰。(4)相干檢測技術對相位噪聲要求高，尤其在採用多進位調製和編碼技術時，信號光和相干光引入的相位噪聲會使接收機靈敏度急劇劣化。
發明內容
本發明的目的是提供一種無線雷射通信外差檢測系統，提高現有的無線雷射外差檢測系統靈敏度不高的問題。本發明的另一個目的在於提供上述無線雷射通信外差檢測系統的檢測方法。本發明所採用的技術方案是，一種無線雷射通信外差檢測系統，包括光學接收天線、光纖耦合模塊、3dB耦合器、光電探測器、數位訊號處理模塊及數字接口且依次連接，還包括本振雷射器及調製電路，本振雷射器與3dB耦合器連接；解碼器模塊與數字接口相連接；
光學接收天線用於接收大氣信道中的光信號；光纖耦合模塊用於將信號光耦合到多模光纖中；本振雷射器用於在外差檢測的接收端產生本振雷射，直接發送雷射到多模光纖中；調製電路用於對本振雷射器進行光強度模擬調製；3dB稱合器用於把信號光和經過本振雷射器調製的本振光稱合成一路光信號；光電探測器用於將3dB f禹合器輸出的光信號轉換為電流信號；
數位訊號處理模塊用於將光電探測器輸出的電流信號進行處理。光學接收天線為單凸透鏡。 光纖稱合模塊由顯微物鏡和光纖調整架構成。本振雷射器為半導體雷射器。本發明的另一個目的是這樣實現的，無線雷射通信外差檢測系統的檢測方法，包括以下步驟步驟1，光學接收天線通過大氣信道接收信號光，並進行聚焦；通過光纖耦合模塊對空間中的信號光進行耦合；步驟2，將接收端的本振雷射器進行光強度模擬調製，得到已調光信號步驟3，將步驟I得到的光信號和步驟2得到的已調光信號同時送入3dB耦合器，通過3dB耦合器得到一路光信號；步驟4，將步驟3得到的光信號通過光電探測器轉換，得到對應的電流信號；通過數位訊號處理模塊對電流信號進行採樣，然後對採樣值進行平方運算，平方後通過帶通濾波器得到差頻信號。步驟5，通過解調電路對步驟4所得差頻信號進行PSK信號解調，通過判決器得到基帶信號，從數字接口輸出。本發明的有益效果是1.本發明主要用於發送端為副載波強度調製的光通信系統中，通過外差檢測的方法提高通信距離。本發明在接收端實現發送端的副載波和接收端的副載波的外差，產生中頻的交叉項，通過對中頻信號進行解調，恢復出基帶信息，解決了目前光外差檢測結構複雜、難以實現的問題，具有通信距離更遠、更大容量、更容易實現等特點。2.本發明比相干光通信系統實現條件較低，不需要光鎖相環和高度穩定的相干光源。3.本發明不要求信號光與本振光的偏振態一致,不受大氣信道產生的偏振噪聲影響，大大提高了無線雷射外差檢測系統的靈敏度。
圖1為副載波調製的雷射通信發送端原理圖；圖2為光外差檢測概念圖；圖3為本發明無線雷射外差檢測系統的結構示意圖；圖4為本發明數位訊號處理模塊數學處理方法示意圖；圖5為採用現有直接檢測技術檢測接收到的已調副載波信號；
圖6為採用本發明無線雷射通信外差檢測系統檢測時接收到的中頻信號。圖中，1.光學接收天線，2.光纖耦合模塊，3.本振雷射器，4.調製電路，5.3dB耦合器，6.光電探測器，7.數位訊號處理模塊((DSP)，8.數字接口
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明無線雷射通信外差系統的結構如圖3所示，包括光接收天線1、光纖耦合模塊2、本振雷射器3、調製電路4、3dB耦合器5、光電探測器6、數位訊號處理模塊7、數字接口8。光學接收天線1、光纖耦合模塊2、3dB耦合器5、光電探測器6、數位訊號處理模塊7及數字接口 8且依次連接，本振雷射器3與3dB耦合器5連接；解碼器模塊與數字接口 4相連接;光接收天線I為單凸透鏡，用於接收大氣信道中的光信號，對光斑起到聚焦的作用。稱合模塊2由10倍的顯微物鏡和精密光纖調整架構成,用於將信號光稱合到多模光纖中。本振雷射器3為半導體雷射器，用於在外差檢測的接收端產生本振雷射，直接發送本振雷射到多模光纖中。調製電路4用於對本振雷射器3進行光強度模擬調製，該調製頻率成為接收端的副載波。3dB稱合器5用於把信號光和已調本振光稱合成一路光信號。光電探測器6用於將3dB稱合器輸出的光信號轉換為電流信號。數位訊號處理模塊7用於將光電探測器6輸出的電流進行處理，其處理方法如圖4所示，先對光電探測器6輸出的電流通過模數轉換器(ADC)採樣，對其進行平方(圖4中[]2表示對模數轉換器得到的電流進行平方)，然後通過帶通濾波器進行濾波，通過載波恢復進行PSK信號解調，經過低通濾波器、判決器輸出基帶信號。本發明無線雷射通信外差檢測系統的檢測方法，按以下步驟實施假設在發送端要發送的基帶信號表示為信息數據序列Hf) = ang{t-nTs)
其中，基帶信號在發送端通過2PSK調製，調製後的信號時域表達式為`
e2PsK (O = Hf)Ac cos(coct + φ0)通過發送端強度調製，發送端的光強信號可表示為
其中Ie』為發送端雷射器光強。包括以下步驟步驟1，光學接收天線I通過大氣信道接收信號光，並進行聚焦；通過光纖耦合模塊2對空間中在信號光進行耦合；步驟2，將接收端的本振雷射器3進行光強度模擬調製，得到已調光信號。步驟3，將步驟I得到的光信號和步驟2得到的已調光信號同時送入3dB耦合器5,通過3dB稱合器5得到一路光信號；步驟4，將步驟3得到的光信號通過光電探測器6轉換，得到對應的電流信號；通過數位訊號處理模塊7對電流信號進行採樣，然後對採樣值進行平方運算，平方後通過帶通濾波器得到差頻信號；步驟5，通過解調電路4對步驟4所得差頻信號進行PSK信號解調，通過判決器得到基帶信號，從數字接口 8輸出。其中，步驟I中，光接收天線I採用直徑為IOcm的單凸透鏡，把大氣信道的信號光進行聚焦。通過光纖耦合模塊2，將信號光耦合到光纖中，由精密光纖調整架仔細調整多模光纖的角度和距離使輸出光功率達到最大。步驟2 :用正弦波對本振雷射器3進行光強調製，已調的本振光光強度表示形式如下
權利要求
1.一種無線雷射通信外差檢測系統，其特徵在於包括光學接收天線(I)、光纖耦合模塊(2)、3dB耦合器(5)、光電探測器￠)、數位訊號處理模塊(7)及數字接口(8)且依次連接，還包括本振雷射器(3)及調製電路(4)，所述本振雷射器(3)與所述3dB耦合器(5)連接；解碼器模塊與所述數字接口(4)相連接；所述光學接收天線(I)用於接收大氣信道中的光信號；所述光纖耦合模塊(2)用於將信號光耦合到多模光纖中；所述本振雷射器(3)用於在外差檢測的接收端產生本振雷射，直接發送雷射到多模光纖中；所述調製電路(4)用於對所述本振雷射器(3)進行光強度模擬調製；所述3dB耦合器(5)用於把信號光和經過所述本振雷射器(3)調製的本振光耦合成一路光信號；所述光電探測器(6)用於將所述3dB稱合器(5)輸出的光信號轉換為電流信號；所述數位訊號處理模塊(7 )用於將所述光電探測器(6 )輸出的電流信號進行處理。
2.如權利要求1所述的無線雷射通信外差檢測系統，其特徵在於所述光學接收天線(O為單凸透鏡；所述光纖耦合模塊(2)由顯微物鏡和光纖調整架構成；所述本振雷射器(3)為半導體雷射器。
3.如權利要求1或2所述的無線雷射通信外差檢測系統的檢測方法，包括以下步驟步驟1，光學接收天線(I)通過大氣信道接收信號光，並進行聚焦；通過光纖耦合模塊(2)對空間中在信號光進行耦合；步驟2，將接收端的本振雷射器(3)進行光強度模擬調製，得到已調光信號。步驟3，將步驟I得到的光信號和步驟2得到的已調光信號同時送入3dB耦合器(5)，通過3dB耦合器(5)得到一路光信號；步驟4，將步驟3得到的光信號通過光電探測器(6)轉換，得到對應的電流信號；通過數位訊號處理模塊(7 )對電流信號進行採樣，然後對採樣值進行平方運算，平方後通過帶通濾波器得到差頻信號；步驟5，通過解調電路(4)對步驟4所得差頻信號進行PSK信號解調，通過判決器得到基帶信號，從數字接口(8)輸出。
全文摘要
本發明公開的一種無線雷射通信外差檢測系統，包括光學接收天線、光纖耦合模塊、3dB耦合器、光電探測器、數位訊號處理模塊機數字接口且依次連接，還包括本振雷射器及調製電路，本振雷射器與3dB耦合器連接；解碼器模塊與數字接口相連接。本發明方在接收端實現發送端的副載波和接收端的副載波的外差，差生中頻的交叉項，通過對中頻信號進行解調，恢復出基帶信息。本發明解決了目前光外差檢測結構複雜、難以實現的問題，具有通信距離更遠、更大容量、更容易實現等特點。
文檔編號H04B10/64GK103051375SQ201210461890
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月15日 優先權日2012年11月15日
發明者柯熙政, 陳錦妮 申請人:西安理工大學