[發明專利]一種空間相干光通信高動態載波捕獲跟蹤環路

有效

• 申請號: 201410490978.0
• 申請日: 2014-09-23
• 公開（公告）號: CN104320201B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 汪滴珠;楊光文;左金鐘;楊新權;靳凡
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: H04B10/61
• 分類號: H04B10/61
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 范曉毅

技術領域

本發明涉及相干光通信數字解調領域，特別是涉及一種空間相干光通信高動態載波捕獲跟蹤環路。

背景技術

在空間相干光通信中，不同軌道的衛星間通信存在多普勒頻移，并且多普勒頻偏達數GHz，對整個通信鏈路產生嚴重影響。由于在相干光通信系統中本振光波長是恒定的，當存在多普勒頻移時，會使信號光頻率發生變化且是不穩定的，也就導致了相干檢測輸出的中頻信號產生漂移，使得實現本振光對信號光的頻率跟蹤難度加大。相干光通信過程中多普勒效應導致信號光與本振光的頻率差是一個隨機值，嚴重影響相干解調系統的性能，使得誤碼率上升，因此必須對多普勒效應引起的頻移進行補償。

目前，多普勒頻移補償方案大多采用自動頻率控制(AFC)環路，當多普勒頻移達到GHz時，一般AFC環路難以有效的工作。通常載波捕獲有兩種結構方式：一種是鎖相環路PLL，接收機需要產生同頻同相的相干載波；另一種是鎖頻環路(FLL)，接收機需要產生與輸入載波同頻的但不要求同相的載波。在靜態或低動態接收機中，通常采用鎖相環來實現載波的跟蹤。PLL具有較好的噪聲性能，但它的動態容忍能力較差。高動態環境下，接收到的信號會存在較大的多普勒頻偏。為了滿足高動態性，PLL必須具有相對寬的帶寬，環路帶寬的增加又會使寬帶噪聲加入，當噪聲電平增大到超過環路門限時就會導致載波跟蹤環失鎖。若不增加載波鎖相環的環路帶寬，則載波多普勒頻移常常會超過鎖相環的捕獲帶和同步帶，這樣也不能保證對載波的可靠捕獲和跟蹤。

目前采用單獨鎖頻環和鎖相環進行載波捕獲跟蹤，存在著捕獲帶寬、捕獲速度與較高的跟蹤精度和穩定性間矛盾，若環路捕獲帶寬較寬，捕獲速度快，跟蹤精度會相對較低，環路的穩定性能也會較差，動態環境下容易造成動態環路失鎖，很難同時滿足動態性能、跟蹤精度與穩定性能的要求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種空間相干光通信高動態載波捕獲跟蹤環路，該捕獲跟蹤環路采用了雙鎖頻環路和鎖相環實現載波捕獲跟蹤，可以實現高動態條件下的載波捕獲跟蹤，雙鎖頻環路將CPAFC跟蹤算法與ODAFC跟蹤算法有效相結合，并根據實時檢測捕獲跟蹤結果控制兩個鎖頻環路的連通狀態，實現高動態范圍載波穩定捕獲跟蹤。

本發明的上述目的是通過如下技術方案予以實現的：

一種空間相干光通信高動態載波捕獲跟蹤環路，其特征在于包括雙鎖頻環路和鎖相環路，所述雙鎖頻環路包括第一鎖頻環路、第二鎖頻環路和切換控制單元，其中:

切換控制單元：接收鎖相環路輸出載波鎖定指示信號L(k)，并根據所述載波鎖定指示信號L(k)確定第一鎖頻環路和第二鎖頻環路連通狀態，以及第二鎖頻環路中環路濾波器的增益；

第一鎖頻環路和第二鎖頻環路：根據切換控制單元確定所述鎖頻環路的連通狀態和第二鎖頻環路的環路濾波器增益，由處于連通狀態的鎖頻環路接收外部輸入信號，并對所述外部輸入信號進行信號頻率捕獲跟蹤處理，輸出經頻率校正后的解調信號x_f(k)到鎖相環路；其中第一鎖頻環路采用CPAFC跟蹤算法實現鑒頻處理得到鑒頻控制量e₁(k)；第二鎖頻環路采用ODAFC跟蹤算法實現鑒頻處理得到鑒頻控制量e₂(k)；

鎖相環路：接收鎖頻環路輸出的經頻率校正后的解調信號x_f(k)，進行相位捕獲跟蹤處理，輸出經相位補償后的信號x_fa(k)，并利用信號x_fa(k)計算載波鎖定指示信號L(k)，然后輸出所述載波鎖定指示信號L(k)到切換控制單元。

上述的空間相干光通信高動態載波捕獲環路，在雙鎖頻環路中，第一鎖頻環路包括解調單元、第一鑒頻器、第一環路濾波器；第二鎖頻環路包括解調單元、第二鑒頻器、第二環路濾波器，其中：

第一鎖頻環路與第二鎖頻環路共用解調單元，第一環路濾波器的輸出頻偏估計量Δf₁和第二環路濾波器的輸出頻偏估計量Δf₂通過加法器相加后輸出頻偏估計量Δf＝Δf₁+Δf₂到解調單元；

解調單元接收外部輸入信號，并接收頻偏估計量Δf對所述輸入信號進行頻偏糾正，輸出經頻偏糾正后的解調信號x_f(k)到第一鑒頻器、第二鑒頻器和鎖相環路，其中經頻偏糾正后的解調信號x_f(k)的同相支路信號為S_I(k)、正交支路信號S_Q(k)；