[發(fā)明專利]基于穩(wěn)頻激光器的相干無線激光通信系統(tǒng)、方法及接收機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110104795.7
• 申請日: 2011-04-26
• 公開（公告）號: CN102185653A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉璐;周喆颋;涂波
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: H04B10/10
• 分類號: H04B10/10;H04B10/04;H04B10/06
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 毛燕生

1.一種基于穩(wěn)頻激光器的相干無線激光通信系統(tǒng)，其特征在于采用穩(wěn)頻激光器作為通信的發(fā)射光源和接收本振光源，包括發(fā)射機和接收機，其中，

所述發(fā)射機包括依次連接的信源模塊、調(diào)制模塊以及第一穩(wěn)頻激光器；所述信源模塊用于產(chǎn)生待發(fā)送的數(shù)據(jù)，所述調(diào)制模塊用于將所述信源模塊的輸出調(diào)制到所述第一穩(wěn)頻激光器輸出激光上；

所述接收機包括光學(xué)混頻模塊、相干解調(diào)模塊、激光鏈路瞄準(zhǔn)捕獲跟蹤(APT)模塊、發(fā)射機相對位置速度估計模塊、接收機多普勒頻偏估計模塊和第二穩(wěn)頻激光器；其中，

所述光學(xué)混頻模塊、所述相干解調(diào)模塊、所述第二穩(wěn)頻激光器依次連接，完成激光信號跟蹤解調(diào)；并且

所述APT模塊、所述發(fā)射機相對位置速度估計模塊和所述接收機多普勒頻偏估計模塊的輸入端依次連接，所述接收機多普勒頻偏估計模塊的輸出端連接至與所述第二穩(wěn)頻激光器相連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干無線激光通信系統(tǒng)，其特征在于，

所述相干解調(diào)模塊包括：分別與所述光學(xué)混頻模塊相連接的殘余頻偏估計模塊和鑒相器，所述鑒相器還連接有濾波器，所述殘余頻偏估計模塊的輸出端和所述濾波器的輸出端均與所述第二穩(wěn)頻激光器相連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干無線激光通信系統(tǒng)，其特征在于，

所述相干解調(diào)模塊包括相連接的信道補償模塊、信道估計模塊和殘余頻偏估計模塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干無線激光通信系統(tǒng)，其特征在于，

所述相干解調(diào)模塊包括延遲模塊、低通濾波模塊和乘法器，其中，所述延遲模塊的輸出與所述乘法器相連，所述乘法器的輸出與低通濾波器相連；并且，所述光學(xué)混頻模塊的輸出分別與所述延遲模塊的輸入和所述乘法器的輸入相連接。

5.一種接收機，其特征在于，

包括光學(xué)混頻模塊、相干解調(diào)模塊、APT模塊、發(fā)射機相對位置速度估計模塊、接收機多普勒頻偏估計模塊和第二穩(wěn)頻激光器；其中，

所述光學(xué)混頻模塊、所述相干解調(diào)模塊、所述第二穩(wěn)頻激光器依次連接組成光學(xué)鎖相環(huán)，所述光學(xué)鎖相環(huán)完成激光信號鎖相跟蹤解調(diào)；并且

所述APT模塊、所述發(fā)射機相對位置速度估計模塊和所述接收機多普勒頻偏估計模塊依次連接后，通過所述接收機多普勒頻偏估計模塊連接至所述第二穩(wěn)頻激光器。

6.一種基于權(quán)利要求1所述通信系統(tǒng)的相干無線激光通信方法，其特征在于，所述接收機依據(jù)如下步驟進(jìn)行通信：

步驟一，將所述第二穩(wěn)頻激光器鎖定在固定的頻率基準(zhǔn)上，輸出固定頻率的本振激光信號；

步驟二，所述APT模塊開始建立激光鏈路，當(dāng)鏈路建立成功后，所述發(fā)射機相對位置速度估計模塊根據(jù)所述APT模塊建立鏈路過程中所獲得的觀測信號，估計所述接收機和發(fā)射機的相對位置和速度；所述接收機多普勒頻偏估計模塊根據(jù)發(fā)射機相對位置速度信息估計接收光信號的多普勒頻偏；

步驟三，所述第二穩(wěn)頻激光器切換到頻率預(yù)置模式，將所述多普勒頻偏置入第二穩(wěn)頻激光器的頻率控制字，對所述步驟一中的本振激光信號進(jìn)行初始頻偏補償，并保持補償后的激光信號頻率，進(jìn)而完成激光信號的捕獲；

步驟四，通過相位同步跟蹤，由所述相干解調(diào)模塊對捕獲的激光信號進(jìn)行解調(diào)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相干無線激光通信方法，其特征在于，

所述步驟四中的相位同步跟蹤為基于反饋的相干鎖相跟蹤算法，采用兩輪頻率補償加相干解調(diào)的策略，具體為：初始頻偏補償結(jié)束后，相干解調(diào)模塊對接收信號進(jìn)行頻偏估計，并將頻偏估計結(jié)果置入第二穩(wěn)頻激光器進(jìn)行殘余頻率補償，將光學(xué)混頻模塊中輸入信號的頻偏控制在鎖相環(huán)的快捕帶內(nèi)；所述光學(xué)鎖相環(huán)控制所述第二穩(wěn)頻激光器對輸入信號的相位進(jìn)行鎖相跟蹤。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相干無線激光通信方法，其特征在于，

所述步驟四中的解調(diào)基于導(dǎo)頻前饋方法對接收激光信號的相位進(jìn)行相位跟蹤，具體為：在發(fā)送數(shù)據(jù)中加入作為導(dǎo)頻的輔助同步序列，接收機通過導(dǎo)頻對光學(xué)混頻模塊中的輸入信號進(jìn)行同步；初始頻偏補償結(jié)束后，相干解調(diào)模塊對接收信號頻偏進(jìn)行估計，并將頻偏估計結(jié)果置入第二穩(wěn)頻激光器進(jìn)行殘余頻率補償；隨后接收機利用導(dǎo)頻對接收激光信號的時偏、相偏和頻偏進(jìn)行估計，根據(jù)時偏、相偏和頻偏估計結(jié)果對光學(xué)混頻模塊中的輸入信號進(jìn)行前饋同步；同時，控制第二穩(wěn)頻激光器，對接收激光信號進(jìn)行鎖頻控制。