[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(jī)

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(jì)）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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明相干光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于穩(wěn)頻激光器的相干無線激光通信系統(tǒng)、方法及接收機(jī)。

背景技術(shù)

相干光通信要求本振激光和接收激光信號嚴(yán)格頻率或相位同步。在無線激光移動通信系統(tǒng)中，例如衛(wèi)星光通信，由于收發(fā)機(jī)之間具有較大相對運(yùn)動速度，將造成接收到的激光信號出現(xiàn)較大的多普勒頻偏以及頻偏變化速度，在這種情況下多普勒頻移是無線激光通信不可忽視的一個(gè)問題。由于鎖相環(huán)的捕獲時(shí)間與頻偏的平方成正比，如果采用自然捕獲法，當(dāng)頻偏很大時(shí)，需要經(jīng)過很長時(shí)間鎖相環(huán)才能入鎖。

為了縮短捕獲時(shí)間，可以采用掃頻模塊來輔助捕捉，即當(dāng)鎖相環(huán)沒有鎖定時(shí)，通過對本振激光器外加一個(gè)掃描電壓，使得本振激光器的頻率在較大范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。當(dāng)本振激光器頻率與接收光頻率相近時(shí)，環(huán)路將快速鎖定，這時(shí)停止掃描，環(huán)路繼續(xù)保持鎖定。雖然掃頻加鎖相環(huán)方案的捕獲速度比單純采用鎖相環(huán)的方案有了較大提高，但該方案由于對接收激光信號的多普勒頻偏無法進(jìn)行預(yù)判，因而在掃頻時(shí)必須遍歷所有可能的多普勒頻偏值。在接收激光信號多普勒頻偏較大的情況下，所需掃描的頻點(diǎn)較多，因而頻率捕獲時(shí)間依然較大。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服大多普勒動態(tài)條件下的激光信號同步問題，本發(fā)明的目的是提供一種新型相干無線激光通信系統(tǒng)及方法，以在快變信道系統(tǒng)中快速捕獲跟蹤大多普勒頻移的激光信號。

一方面，本發(fā)明公開了一種基于穩(wěn)頻激光器的相干無線激光通信系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，其中，所述發(fā)射機(jī)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)制模塊用于負(fù)責(zé)將所述信源模塊的輸出調(diào)制到所述第一穩(wěn)頻激光器上；所述接收機(jī)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(jī)相對位置速度估計(jì)模塊、接收機(jī)多普勒頻偏估計(jì)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(jī)相對位置速度估計(jì)模塊和所述接收機(jī)多普勒頻偏估計(jì)模塊的輸入端依次連接，所述接收機(jī)多普勒頻偏估計(jì)模塊的輸出端連接至與所述第二穩(wěn)頻激光器相連接。

上述相干無線激光通信系統(tǒng)中，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(jì)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(jì)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。

上述相干無線激光通信系統(tǒng)中，所述相干解調(diào)模塊包括相連接的信道補(bǔ)償模塊、信道估計(jì)模塊和殘余頻偏估計(jì)模塊。

上述相干無線激光通信系統(tǒng)中，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。

第二方面，本發(fā)明還公開了一種用于相干無線激光通信的接收機(jī)，包括光學(xué)混頻模塊、相干解調(diào)模塊、APT模塊、發(fā)射機(jī)相對位置速度估計(jì)模塊、接收機(jī)多普勒頻偏估計(jì)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(jī)相對位置速度估計(jì)模塊和所述接收機(jī)多普勒頻偏估計(jì)模塊依次連接后，通過所述接收機(jī)多普勒頻偏估計(jì)模塊連接至所述第二穩(wěn)頻激光器。

第三方面，本發(fā)明還公開了一種基于上述通信系統(tǒng)的相干無線激光通信方法，所述接收機(jī)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(jī)相對位置速度估計(jì)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(jì)所述接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的相對位置和速度；所述接收機(jī)多普勒頻偏估計(jì)模塊根據(jù)發(fā)射機(jī)相對位置速度信息估計(jì)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(bǔ)償，并保持補(bǔ)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)。