[發明專利]一種混沌激光通信中自發輻射噪聲引致失配的處理方法

有效

• 申請號: 202010985431.3
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112187350B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 李密;陳敏偉;剛澤宇;王祎思;郭優;傅萬旺
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H04B10/077
• 分類號: H04B10/077;H04B10/2507;H04B10/291;H04L9/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運紅

1.一種空間混沌激光保密通信系統中放大器自發輻射噪聲引致失配的補償和修正方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、衛星上的光學跟瞄子系統在完成發射端與接收端的瞄準工作后，令光學跟瞄子系統發出功率恒定的信標光，根據地面接收到的信標光功率計算出星地空間鏈路對激光功率的衰減系數，結合發射端鏈路和器件參數確定接收端應使用的摻鉺光纖放大器的增益系數；

衰減系數和增益系數的計算方法如下：信標光功率恒定，假設其發射功率為P_in，而地面接收到的信標光功率為P_out，則可以得到星地空間鏈路對激光功率的衰減系數α為：

從而可以進一步確定接收端應使用的摻鉺光纖放大器的增益系數：

式中，G₁、G₂分別為發射端與接收端摻鉺光纖放大器的增益系數；

步驟二、根據步驟一確定的接收端摻鉺光纖放大器增益系數，再結合發射端的鏈路和器件參數，計算通信系統總的放大器自發輻射噪聲功率，以此作為補償和修正放大器自發輻射噪聲引致失配的基準參考；

步驟三、由于接受端混沌產生環路的開環特性，放大器自發輻射噪聲會導致接收端光電探測器一中生成額外的光電流，以致接收端兩個光電探測器接收的載波信號產生失配，根據步驟二得到的放大器自發輻射噪聲功率，計算放大器自發輻射噪聲在接收端光電探測器一中生成的額外光電流數值，在接收端耦合光電流補償電路，利用光電流補償電路生成對應數值光電流，對接收端光電探測器二生成的光電流進行補償，使得接收端兩個光電探測器探測到的混沌載波幅值相匹配從而可以消去載波，以此實現對外失配的補償，利用光電流補償電路對接收端光電探測器二生成的光電流進行補償的光電流數值為：

式中，I為需要補償的光電流，P_ASE為通信系統總的放大器自發輻射噪聲功率，G_A為光電探測器的增益系數，e為元電荷，η為光電探測器量子效率，T_s為傳輸單個碼元的時間，h為普朗克常數，ν為光頻率；

步驟四、放大器自發輻射噪聲會影響接收端混沌產生環路的光電諧振增益系數，使得接收端混沌載波與發射端混沌載波狀態不一致而導致失配，根據步驟二得到的放大器自發輻射噪聲功率，在接收端加入特定耦合比的光耦合器，該光耦合器通過對傳入接收端的光信號再分配，使得在不改變接收光信號的幅值、相位信息的條件下，修正了傳入接收端混沌產生環路的光信號比率，進而使得接收端與發射端混沌產生環路光電諧振系數一致，以此實現對內失配的修正，采用以下公式確定該光耦合器的耦合比：

由上式確定的ψ:(1-ψ)為該耦合器的耦合比，式中，P₁為發射端激光器功率；加入光耦合器時，將耦合系數ψ對應的耦合器輸出接入混沌產生環路，耦合系數(1-ψ)對應的耦合器輸出棄之不用即可；

步驟五、根據步驟三、四進行的對放大器自發輻射噪聲引致失配的補償和修正可使解調信號時混沌載波被消去，測量解調出的信號，得到空間混沌激光保密通信系統的誤碼率，該誤碼率即為對放大器自發輻射噪聲引致失配補償和修正后的空間混沌激光保密通信系統的誤碼率。

2.根據權利要求1所述一種空間混沌激光保密通信系統中放大器自發輻射噪聲引致失配的補償和修正方法，其特征在于，步驟二的具體方法如下：根據步驟一確定通信系統接收端選用的摻鉺光纖放大器的增益系數后，結合通信系統的鏈路和器件參數，采用以下公式計算通信系統總的放大器自發輻射噪聲功率：

P_ASE＝n_sphυB_o(1-αG₂+G₂) (3)

式中，P_ASE為通信系統總的放大器自發輻射噪聲功率，n_sp為摻鉺光纖放大器的自發輻射噪聲因子，h為普朗克常數，υ為光頻率，B_o為光學帶寬，α為星地空間鏈路對激光功率的衰減系數。