[發明專利]一種星間光通信載波頻偏補償電路及方法

有效

• 申請號: 201710283469.4
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107425922B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 崔煒;常帥;佟首峰;陳磊;趙爽
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H04B10/61
• 分類號: H04B10/61;H04L27/00;H04L27/26;H04L27/38
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 陳娟

本發明公開了一種星間光通信載波頻偏補償電路，包括光混頻器、平衡探測器、分頻器、第一乘法器、第二乘法器、鎖相環路、聲光移頻器、本振激光器和頻率補償電路；通過鎖相環路對接收光信號/本振信號的下變頻后的中頻信號進行解調時載波的精跟蹤，并輸出正弦電壓信號驅動聲光移頻器，從而在一定的頻率范圍內使本振信號跟隨接收光信號的載波頻率；通過增加頻率補償電路對所述頻偏信號以及鎖相環路輸出的反饋信號估計載波的頻率偏移，然后根據頻率偏移估計值計算頻率偏移補償信號以控制本振激光器，進行頻率補償，將頻偏控制在鎖相環路的范圍內。本發明能夠能夠在無需預知軌道的條件下對光通信載波進行補償以消除頻偏，提高通信可靠性。

技術領域

本發明涉及光通信技術領域，尤其涉及一種星間光通信載波頻偏補償電路及方法。

背景技術

通信的目的是通過信道快速有效、安全準確地傳輸信息。衛星通信技術作為未來信息高速公路的重要組成部分，已經成為推動社會進步提高人類生活水平的重要力量。

隨著對衛星間通信研究的逐漸深入，人們對數據速率的要求已經向數Gbps方向發展。因此，以激光為信息載體的相干光通信系統進入了人們的視線，以激光鏈路代替微波鏈路成為衛星通信發展的必然趨勢。

激光具有高度相干性，頻率高的特點，因此激光通信相對于微波通信具有帶寬大，數據傳輸速率高的優點。激光通信具有可高達數百Gbps的通信能力，滿足未來海量空間信息傳輸的需求。除此之外，采用激光為傳輸介質建立通信鏈路還具有發散角小，不易被截獲，保密性高，光束能量彌散度小，能夠進行超長距離的有效傳輸，通信終端體積小、質量輕、功耗低等若干優勢，非常適合作為衛星通信的信息載體。

近地軌道(Low?Earth?Orbit，LEO)中的衛星作為地球觀測過程的一部分，可積累大量的數據。這些數據需要實時地發送到地球上的地面站(Ground?Station,GS)，以便于人們可以盡快地獲得有用信息，例如：預測海嘯或者地震等自然災害的到來。然而，近地衛星的角速度遠遠大于地球的速度，與地面站的連接時間很短，難以實現實時的數據傳輸。需要通過地球靜止軌道(Geostationary?Earth?Orbit,GEO)中的衛星將大量任務數據傳送到指定地面站。

在LEO和GEO衛星之間的相干通信鏈路中，由于衛星的相對運動導致的多普勒頻移和激光器的頻率偏移是目前需要解決的重要問題。對于典型的LEO-GEO鏈路，估計的多普勒頻移量大于+/-7GHz，同時激光器的微小漂移就可能造成信號光與本振光頻率的頻差變得非常大，可能達到數十GHz的量級。

與傳統的直接強度調制(IM/DD)的激光通信相比，相干激光通信具有靈敏度高、速率快等優點，特別適合星間激光通信和弱信號光的探測。在相干體制下，二進制相移鍵控(Binary?Phase?Shift?Keying，BPSK)信號調制的零差接收機可實現理論上的最高靈敏度，是相干光通信研究的熱點。

BPSK零差接收機要求本振光和信號光的相位嚴格同步，BPSK零差相干光接收機中的光鎖相環不允許在沒有補償的情況下接收這樣大的頻率偏移信號，目前星間通信多采用在軌時刻估計多普勒頻偏大小，對于激光器利用高精度的溫度補償電路控制溫漂。

但是，現有的這種頻偏補償方式需要能夠有預知軌道的條件下才能對光通信載波進行補償以消除多普勒效應和激光器的溫漂引起的頻偏，若條件不足導致頻偏估計不準確，將會導致誤碼率的上升，通信可靠性不高。

因此，在星間BPSK零差相干光接收機中亟需一種能夠補償多普勒效應和激光器漂移的全新方案。

發明內容

本發明實施例的目的是提供一種星間光通信載波頻偏補償電路及方法，能夠在無需預知軌道的條件下對光通信載波進行補償以消除多普勒效應和激光器的溫漂引起的頻偏，提高通信可靠性。

為實現上述目的，本發明實施例提供了一種一種星間光通信載波頻偏補償電路，包括：