專利名稱：一種基于偏振和強(qiáng)度特征的紫外光通信系統(tǒng)和通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紫外通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于偏振和強(qiáng)度特征的紫外光通信系統(tǒng)和通信方法。
背景技術(shù)：
紫外光信息傳輸技術(shù)是ー種薪新的信息傳輸技術(shù)，由于紫外光在近地低空大氣存在“日盲區(qū)”及其在低空大氣中的強(qiáng)烈吸收和散射作用，決定紫外光信息傳輸具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)(I)有效范圍性紫外光在傳輸過程中受到大氣分子、氣溶膠的大氣衰減的強(qiáng)烈作用，能量成指數(shù)形成的衰減，因此紫外光信息傳輸是ー種有限、短距、安全的信息傳輸方式，可以實(shí)現(xiàn)局部范圍的有效通信，在此范圍以外很難被竊聽。 (2)抗干擾能力強(qiáng)一方面紫外光在大氣中衰減極大，而且本身不受無(wú)線電的影響，很難受到其他信號(hào)的干擾；另一方面，由于大氣同溫層中的臭氧分子對(duì)陽(yáng)光中的紫外成分有極強(qiáng)吸收，如果選用被該臭氧層強(qiáng)烈吸收的紫外波段通信，那么近地低空大氣可視為無(wú)背景干擾的傳輸通道。(3)全天候工作一般紫外光信息傳輸中紫外光源光譜工作于日盲區(qū)(200 —300nm)，由于臭氧層的強(qiáng)烈吸收，即使白天，在近地低空大氣中面太陽(yáng)輻射中也沒有這波段光譜，所以能全天候工作。(4)全方位性在紫外光傳輸系統(tǒng)中一般利用發(fā)散的紫外光源，則其傳輸系統(tǒng)具有全方位性特點(diǎn)，紫外光發(fā)射器和接收器的安裝類似于無(wú)線電通信，可以完成一対一和也可以ー對(duì)多點(diǎn)傳輸，而且沒有激光通信那樣傳輸方向的苛刻要求。目前紫外通信系統(tǒng)中大多只采用強(qiáng)度調(diào)制，只檢測(cè)紫外光信號(hào)的強(qiáng)度，隨著通信環(huán)境和通信距離的不同，通信速率在幾百bps (bits per second)到幾十Kbps之間，難以滿足日益發(fā)展的高速語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸通信速率的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于偏振和強(qiáng)度特征的紫外光通信系統(tǒng)和通信方法，使得通信速率得到成倍的提高。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)所述技術(shù)效果一種基于偏振和強(qiáng)度特征的紫外光通信系統(tǒng)，包括發(fā)射端設(shè)備和接收端設(shè)備，發(fā)射端設(shè)備與接收端設(shè)備通過大氣信道通信連接；所述發(fā)射端設(shè)備包括光源、信號(hào)分解裝置、光強(qiáng)信號(hào)加載模塊、偏振信號(hào)加載模塊、強(qiáng)度調(diào)制裝置和起偏器；所述接收端設(shè)備包括檢偏器陣列、探測(cè)器陣列、信號(hào)處理裝置；所述光源為紫外光源；所述光源、強(qiáng)度調(diào)制裝置和起偏器依次連接；光強(qiáng)信號(hào)加載模塊與強(qiáng)度調(diào)制裝置相連，偏振信號(hào)加載模塊與起偏器相連；光強(qiáng)信號(hào)加載模塊和偏振信號(hào)加載模塊均與信號(hào)分解裝置相連；
所述檢偏器陣列、探測(cè)器陣列及信號(hào)處理模塊依次相連。所述發(fā)射端設(shè)備中，待發(fā)射的數(shù)據(jù)經(jīng)信號(hào)分解裝置分解為強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)和偏振調(diào)制信號(hào)，強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)通過光強(qiáng)信號(hào)加載模塊加載至強(qiáng)度調(diào)制裝置上，偏振調(diào)制信號(hào)通過偏振信號(hào)加載模塊加載至起偏器上；攜帯有偏振調(diào)制信號(hào)和強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)的紫外光通過起偏器發(fā)出；檢偏器陣列包含多個(gè)檢偏器，每一個(gè)檢偏器用于通過一種偏振態(tài)的光，探測(cè)器陣列將接收到的紫外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并將該電信號(hào)發(fā)送給信號(hào)處理裝置，信號(hào)處理裝置計(jì)算通過探測(cè)器陣列的紫外光的光強(qiáng)分布，從而獲得偏振解調(diào)信息和強(qiáng)度解調(diào)信息，將偏振解調(diào)信息和強(qiáng)度解調(diào)信息復(fù)合后得到解調(diào)信息。一種基于偏振和強(qiáng)度特征的通信方法，采用基于偏振和強(qiáng)度的紫外光通信系統(tǒng)，包括如下步驟步驟I :調(diào)制及信號(hào)發(fā)射步驟 通過信號(hào)分解裝置，將每次待發(fā)射的數(shù)據(jù)分解成強(qiáng)度信號(hào)和偏振信號(hào)，其中強(qiáng)度信號(hào)位數(shù)為m，偏振信號(hào)位數(shù)為n ；強(qiáng)度信號(hào)通過光強(qiáng)信號(hào)加載模塊加載至強(qiáng)度調(diào)制裝置上進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，將強(qiáng)度調(diào)制后的信號(hào)輸入到起偏器；偏振信號(hào)由偏振信號(hào)加載模塊加載至起偏器上進(jìn)行偏振調(diào)制；紫外光源發(fā)出的紫外光依次經(jīng)過強(qiáng)度調(diào)制裝置和起偏器后，就攜帯有偏振調(diào)制信息和強(qiáng)度調(diào)制信息，完成信號(hào)調(diào)制；起偏器的偏振態(tài)分別與姆次發(fā)送的電信號(hào)對(duì)應(yīng)；其中姆次發(fā)送的電信號(hào)位數(shù)為n，則每次發(fā)送的電信號(hào)的狀態(tài)數(shù)為2n，即偏振態(tài)的數(shù)量為2n ；由起偏器輸出的紫外光信號(hào)通過大氣傳輸；步驟2 :信號(hào)接收與解調(diào)步驟采用具有2n個(gè)偏振態(tài)的檢偏器陣列接收被大氣中粒子散射的偏振光，檢偏器陣列包括2n個(gè)檢偏器，每ー個(gè)檢偏器用于通過ー種偏振態(tài)的光，即2n個(gè)檢偏器用于分別檢測(cè)2n種偏振態(tài)的光；通過檢偏器陣列的所有光信號(hào)被探測(cè)器陣列接收，探測(cè)器陣列包括2n個(gè)探測(cè)器，探測(cè)器陣列將接收到的紫外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并將該電信號(hào)發(fā)送給信號(hào)處理裝置，信號(hào)處理單元解調(diào)出強(qiáng)度信號(hào)和偏振信號(hào)，完成信號(hào)的解調(diào)，最后將強(qiáng)度信號(hào)和偏振信號(hào)組合，完成數(shù)據(jù)的接收。信號(hào)處理裝置中常采用中大氣模擬軟件Lowtran7進(jìn)行計(jì)算；步驟I中所述每次待發(fā)射中的偏振調(diào)制信號(hào)位數(shù)n的取值范圍為1-4。有益效果本發(fā)明提出了一種基于偏振和強(qiáng)度特征的紫外光通信系統(tǒng)和通信方法，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用本系統(tǒng)及所述方法進(jìn)行通信，能夠在現(xiàn)有的基于強(qiáng)度調(diào)制的紫外通信系統(tǒng)中添加偏振調(diào)制及解調(diào)裝置即可構(gòu)成本系統(tǒng)，系統(tǒng)工作過程中，同時(shí)利用了光信號(hào)的強(qiáng)度特征和偏振特征來同時(shí)傳遞信息，通信速率得到成倍的提高，提高倍數(shù)等于偏振調(diào)制信息狀態(tài)數(shù)；而且在本發(fā)明的通信系統(tǒng)中，偏振調(diào)制裝置和強(qiáng)度調(diào)制裝置互不影響，可互不干擾的同時(shí)工作，也可単獨(dú)工作。因而，本發(fā)明提出的通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、能有效提高通信速率。


圖I本發(fā)明的通信系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步的詳細(xì)描述。圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，包括光源I，強(qiáng)度調(diào)制裝置2，信號(hào)分解裝置3，光強(qiáng)信號(hào)加載模塊4、偏振信號(hào)加載模塊5,起偏器6,大氣信道7,檢偏器陣列8,探測(cè)器陣列9,信號(hào)處理裝置10。所述光源、強(qiáng)度調(diào)制裝置和起偏器依次連接；光強(qiáng)信號(hào)加載模塊與強(qiáng)度調(diào)制裝置相連，偏振信號(hào)加載模塊與起偏器相連；光強(qiáng)信號(hào)加載模塊和偏振信號(hào)加載模塊均與信號(hào)分解裝置相連；所述檢偏器陣列、探測(cè)器陣列及信號(hào)處理模塊依次相連。通過將待發(fā)送的數(shù)據(jù)分解為基于強(qiáng)度和基于偏振的信號(hào)同時(shí)進(jìn)行調(diào)制發(fā)射和接收，提高了通信速率，采用本發(fā)明的通信速率是只采用強(qiáng)度調(diào)制及解調(diào)的通信速率的2n倍，n為每次待發(fā)送信號(hào)中偏振調(diào)制信號(hào)的位數(shù)。結(jié)合通信系統(tǒng)對(duì)通信環(huán)境變化的適應(yīng)性、散射信道特征和偏振解調(diào)的可行性，n的取值范圍是1_4。實(shí)施例I :n取I ;通信距離1000m，光源20W，發(fā)光波長(zhǎng)254nm，強(qiáng)度調(diào)制方式00K，采用強(qiáng)度調(diào)制的通信速率2. 4Kbps ；步驟I :調(diào)制及信號(hào)發(fā)射步驟以某次發(fā)送信息為(11001)為例，前一位信號(hào)采用偏振調(diào)制，后四位信號(hào)采用強(qiáng)度調(diào)制；紫外光源發(fā)出光子，信息經(jīng)過信號(hào)分解裝置3分為兩路包括偏振調(diào)制信號(hào)(I)和強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)(1001)；強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)(1001)通過光強(qiáng)信號(hào)加載模塊4加載至強(qiáng)度調(diào)制裝置2上，偏振調(diào)制信號(hào)(I)經(jīng)過偏振信號(hào)加載模塊5發(fā)送至起偏器6 ；光的偏振態(tài)在與傳播方向垂直的平面內(nèi)光矢量E還可能有各式各樣的振動(dòng)狀態(tài)，該平面內(nèi)的具體振動(dòng)方式稱為光的偏振態(tài)。在姆次發(fā)送的電信號(hào)與起偏器的偏振態(tài)之間建立ー個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，使得起偏器的姆一固定的偏振態(tài)分別對(duì)應(yīng)ー個(gè)固定的待發(fā)送的電信號(hào)；由于起偏器的偏振態(tài)可以任意設(shè)置，本實(shí)例中選取兩種典型的偏振態(tài)，使其與偏振調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng)，如表I所不;表12-偏振調(diào)制信號(hào)與偏振態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系表
權(quán)利要求
1.一種基于偏振和強(qiáng)度特征的紫外光通信系統(tǒng)，包括發(fā)射端設(shè)備和接收端設(shè)備，發(fā)射端設(shè)備與接收端設(shè)備通過大氣信道通信連接；其特征在于，所述發(fā)射端設(shè)備包括光源、信號(hào)分解裝置、光強(qiáng)信號(hào)加載模塊、偏振信號(hào)加載模塊、強(qiáng)度調(diào)制裝置和起偏器；所述接收端設(shè)備包括檢偏器陣列、探測(cè)器陣列、信號(hào)處理裝置；所述光源為紫外光源； 所述光源、強(qiáng)度調(diào)制裝置和起偏器依次連接；光強(qiáng)信號(hào)加載模塊與強(qiáng)度調(diào)制裝置相連，偏振信號(hào)加載模塊與起偏器相連；光強(qiáng)信號(hào)加載模塊和偏振信號(hào)加載模塊均與信號(hào)分解裝置相連； 所述檢偏器陣列、探測(cè)器陣列及信號(hào)處理模塊依次相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于偏振和強(qiáng)度特征的紫外光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射端設(shè)備中，待發(fā)射的數(shù)據(jù)經(jīng)信號(hào)分解裝置分解為強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)和偏振調(diào)制信號(hào)，強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)通過光強(qiáng)信號(hào)加載模塊加載至強(qiáng)度調(diào)制裝置上，偏振調(diào)制信號(hào)通過偏振信號(hào)加載 模塊加載至起偏器上；攜帯有偏振調(diào)制信號(hào)和強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)的紫外光通過起偏器發(fā)出； 檢偏器陣列包含多個(gè)檢偏器，姆ー個(gè)檢偏器用于通過ー種偏振態(tài)的光，探測(cè)器陣列將接收到的紫外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并將該電信號(hào)發(fā)送給信號(hào)處理裝置，信號(hào)處理裝置計(jì)算通過探測(cè)器陣列的紫外光的光強(qiáng)分布，從而獲得偏振解調(diào)信息和強(qiáng)度解調(diào)信息，將偏振解調(diào)信息和強(qiáng)度解調(diào)信息復(fù)合后得到解調(diào)信息。
3.一種基于偏振和強(qiáng)度特征的通信方法，采用權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的基于偏振和強(qiáng)度的紫外光通信系統(tǒng)，包括如下步驟 步驟I :調(diào)制及信號(hào)發(fā)射步驟 通過信號(hào)分解裝置，將每次待發(fā)射的數(shù)據(jù)分解成強(qiáng)度信號(hào)和偏振信號(hào)，其中強(qiáng)度信號(hào)位數(shù)為m，偏振信號(hào)位數(shù)為n; 強(qiáng)度信號(hào)通過光強(qiáng)信號(hào)加載模塊加載至強(qiáng)度調(diào)制裝置上進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，將強(qiáng)度調(diào)制后的信號(hào)輸入到起偏器； 偏振信號(hào)由偏振信號(hào)加載模塊加載至起偏器上進(jìn)行偏振調(diào)制； 紫外光源發(fā)出的紫外光依次經(jīng)過強(qiáng)度調(diào)制裝置和起偏器后，就攜帯有偏振調(diào)制信息和強(qiáng)度調(diào)制信息，完成信號(hào)調(diào)制； 起偏器的偏振態(tài)分別與每次發(fā)送的電信號(hào)一一對(duì)應(yīng)；其中每次發(fā)送的電信號(hào)位數(shù)為n，則每次發(fā)送的電信號(hào)的狀態(tài)數(shù)為2n，即偏振態(tài)的數(shù)量為2n ； 由起偏器輸出的紫外光信號(hào)通過大氣傳輸； 步驟2 :信號(hào)接收與解調(diào)步驟 采用具有2"個(gè)偏振態(tài)的檢偏器陣列接收被大氣中粒子散射的偏振光，檢偏器陣列包括2n個(gè)檢偏器，每ー個(gè)檢偏器用于通過ー種偏振態(tài)的光，即2n個(gè)檢偏器用于分別檢測(cè)2n種偏振態(tài)的光； 通過檢偏器陣列的所有光信號(hào)被探測(cè)器陣列接收，探測(cè)器陣列包括2n個(gè)探測(cè)器，探測(cè)器陣列將接收到的紫外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并將該電信號(hào)發(fā)送給信號(hào)處理裝置，信號(hào)處理単元解調(diào)出強(qiáng)度信號(hào)和偏振信號(hào)，完成信號(hào)的解調(diào)，最后將強(qiáng)度信號(hào)和偏振信號(hào)組合，完成數(shù)據(jù)的接收。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種基于偏振和強(qiáng)度特征的通信方法，其特征在于，步驟I中所述每次待發(fā)射中的偏振調(diào)制信號(hào)位數(shù)n的取值范圍為1-4。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于偏振和強(qiáng)度的紫外光通信系統(tǒng)和通信方法，該系統(tǒng)由發(fā)射端和接收端構(gòu)成，包括紫外光源、信號(hào)分解裝置、光強(qiáng)信號(hào)加載模塊、偏振信號(hào)加載模塊、強(qiáng)度調(diào)制裝置、起偏器、檢偏器陣列、探測(cè)器陣列及信號(hào)處理單元；通過利用光信號(hào)的偏振特征和強(qiáng)度特征來同時(shí)發(fā)送信號(hào)，大幅度提高了通信速率；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠在現(xiàn)有基于強(qiáng)度調(diào)制解調(diào)的通信系統(tǒng)中稍加改造即可實(shí)現(xiàn)，能充分利用現(xiàn)有裝置，對(duì)降低成本和節(jié)約資源起到了較好的效果。
文檔編號(hào)H04B10/10GK102832999SQ201210296729
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者賈紅輝, 尹紅偉, 張海良, 陳寧, 常勝利, 楊俊才, 楊建坤 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)