[發明專利]星間激光超寬帶解調模塊

在審

• 申請號: 202010147417.6
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN113364520A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 張傳勝;符亞慶
• 申請（專利權）人: 湖南邁克森偉電子科技有限公司
• 主分類號: H04B10/118
• 分類號: H04B10/118;H04B10/50;H04B10/556;H04B10/69
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙) 11411
• 代理人: 黃冠華

本發明公開了一種星間激光超寬帶解調模塊，包括GTX并串轉換模塊、積分/判決/同步模塊、GTY并串轉換模塊、第一低通濾波模塊、第二低通濾波模塊、第一AD采樣模塊、第二AD采樣模塊、數字鑒相模塊、積分處理模塊、DA采樣模塊、第三低通濾波處理模塊。本發明可以有效減小現有星間超寬帶通信電學部分板卡的尺寸和功耗，提高信號傳輸帶寬和集成度。

技術領域

本發明涉及激光通信技術領域，更為具體地，涉及一種星間激光超寬帶解調模塊。

背景技術

隨著人們對激光技術掌握程度的不斷提高，目前世界多國已經具備將其運用于星地通信領域的技術實力，相比傳統微波通信而言，激光載波頻率更高、抗干擾能力更強、通信容量更大，理論上而言，激光通信可以同時傳送1000萬路電視節目和100億路電話，在國內，激光通信技術已經運用于載人航天工程中去，未來還將用于星間多媒體衛星間的組網互聯。

激光通信方案由光學與電學兩部分組成，光學部分包括激光發生器、APT對準系統與平衡探測器的光電轉換系統，用來將信息調制到激光載波上進行發送、接收、下變頻、光電轉換，電學部分由射頻模塊和基帶模塊組成，完成對電信號的二次下變頻、環路捕獲跟蹤、基帶信號處理等功能。就目前的技術而言，電學部分存在兩個技術難點，第一，由于衛星的相對運動的存在，且激光的頻率高達數T赫茲，根據多普勒效應可以計算出兩星間存在±9.8GHz的大范圍多普勒頻偏，且多普勒變化率最大可達1.5MHz/s，接收端可以根據星歷信息計算出初始頻偏而調節光本振進行初始多普勒頻率補償，抵消激光載波與本振激光的頻差，初始補償后，由于激光本振的溫漂特性，所以還剩下±200MHz殘余頻差，目前的技術方案經常失去鎖定，第二個難點是帶寬問題，在基帶這塊目前的方案都是利用高速ADC對中頻信號過采樣而實現的數據解調。

現有星間激光通信系統基帶信號處理技術方案的缺點：

1.帶寬低，現有的技術方案在基帶處理部分采用ADC采樣技術進行數據解調，這包括環路的鑒相、載波同步、符號同步、編碼解碼都是在數字域上進行的，根據奈奎斯特采樣定律可知信號帶寬必須小于等于1/2采樣頻率才能將數據不丟失地采集下來，這種傳統接收機信號處理技術，最大的缺點是通信帶寬嚴格受到ADC芯片采樣率的限制，目前國內能夠買到的ADC芯片的最快采樣速率僅3Gsps，導致國內的高速數傳設備目前最快通信速率很難突破1Gbps，目前國際上已實現10Gbps的星間通信速率，利用傳統AD采樣技術是無法超越該速率。

2.功耗高，目前的方案是利用超高速ADC進行中頻采樣，這種超高速ADC芯片的功耗會高達3W以上，處理采樣后的超高速數字信號還會給處理器帶來極大地困難和功率消耗，造成整個系統的功耗高，目前國內已經做出來的寬帶通信板卡功耗已經達到40W～50W，尺寸大、發熱量高，不適于資源緊張的星上環境。

3.傳統數字鑒相算法的局限性，為了補償殘余載波頻偏，傳統方案需要FPGA將高速ADC采集到的IQ信號進行鑒相運算處理，ADC的采樣帶寬要求為基帶信號帶寬的2倍以上，當通信帶寬增加時，受器件本身條件約束，ADC的采樣帶寬已經無法滿足需求，所以當通信速率達到10Gbps以上時，需要研究一種新的算法來實現鑒相。

4.集成度低，傳統方案需要ADC+處理器+DAC的方案來完成基帶處理和數據收發，通常高性能ADC、DAC外圍電路和PCB設計是非常復雜的，需要占用大面積PCB尺寸和體積。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種星間激光超寬帶解調模塊，可以有效減小現有星間超寬帶通信電學部分板卡的尺寸和功耗，可顯著提高信號傳輸帶寬，提高集成度等。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：