基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸系統(tǒng)，包括至少一個中繼傳輸節(jié)點，所述中繼傳輸節(jié)點包括信號接收處理組件、中繼處理組件、信號調(diào)制發(fā)送組件；本發(fā)明還公開一種基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸方法，本發(fā)明綜合了自由空間光通信、偏振位移鍵控調(diào)制、光信號的接收和處理的技術(shù)，通過利用受到大氣信道影響較小的偏振調(diào)制方法將信號加載到光載波上，減少光信號在大氣信道中受到的干擾；通過利用中繼傳輸方法補償光信號在傳輸過程中的損耗和衰減。
【專利說明】基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光通信中繼傳輸方法及系統(tǒng)，涉及一種應用于自由空間的基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)的光纖通信和微波通信技術(shù)相比，自由空間光通信技術(shù)具有許多優(yōu)點，如:數(shù)據(jù)傳輸帶寬高；安全保密性強；波束很窄并且定向性非常好；空間光通信的終端設(shè)備??；激光光源的發(fā)光功率高、體積也很小，增加了機動靈活性；鏈路部署快捷方便；不占用現(xiàn)有頻譜資源；無電磁干擾；成本低等。然而由于自由空間光通信系統(tǒng)是在開放的空間鏈路上進行通信的，其信號必然受鏈路的狀況所影響。特別是在大氣層中的鏈路部分，受大氣湍流、自然界背景光等因素的影響，信號弱、畸變大、背景噪聲很強。惡劣的信道環(huán)境造成了接收機處誤碼率的增加，降低了整個通信系統(tǒng)的性能，限制了自由空間光通信技術(shù)的廣泛應用。而且當光束在大氣信道中進行傳播時會不可避免地發(fā)生損耗和衰減，導致無法進行長距離傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種應用于自由空間的基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸方法及系統(tǒng)。從而解決現(xiàn)有無線光通信技術(shù)中存在的問題:激光光束會在大氣信道中受到光強衰減和大氣湍流的影響，使得接收端接收到的光信號的強度減弱并產(chǎn)生光強隨機閃爍，導致接收到的信號誤碼率提高，而且無法進行長距離傳輸。
[0004]—種基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸系統(tǒng)，包括至少一個中繼傳輸節(jié)點，所述中繼傳輸節(jié)點包括信號接收處理組件、中繼處理組件、信號調(diào)制發(fā)送組件；
所述信號接收處理組件包括依次相連的光束準直收束透鏡組、濾光裝置、偏振分束裝置及連接于所述偏振分束裝置的第一光電探測裝置、第二光電探測裝置；
所述中繼處理組件包括第一信號放大電路、第二信號放大電路、減法電路、數(shù)據(jù)采集卡，所述第一信號放大電路、第二信號放大電路連接于所述減法電路，所述減法電路連接于所述數(shù)據(jù)采集卡，所述第一信號放大電路用于接收由所述第一光電探測裝置所發(fā)送的初始電信號，所述第二信號放大電路用于接收由所述第二光電探測裝置所發(fā)送的初始電信號；所述信號調(diào)制發(fā)送組件包括依次相連的激光發(fā)出裝置、起偏裝置、偏振調(diào)制裝置、發(fā)射裝置，所述偏振調(diào)制裝置還連接于所述數(shù)據(jù)采集卡，所述偏振調(diào)制裝置用于接收由所述數(shù)據(jù)采集卡輸出的加載電信號，并在通入的電信號為額定半波電壓時將線偏振光的偏振角度旋轉(zhuǎn)90°。
[0005]進一步的，所述光束準直收束透鏡組采用大口徑長焦距凸透鏡與短焦距凸透鏡組成的望遠鏡組；所述濾光裝置采用窄帶濾光片。所述偏振分束裝置采用偏振分束棱鏡；所述第一光電探測裝置、第二光電探測裝置采用雪崩光電探測器模塊。
[0006]進一步的,所述偏振分束裝置用于將偏振方向互相正交的S線偏振光和P線偏振光相互分離，并分別被所述第一光電探測裝置、第二光電探測裝置接收，且所述S線偏振光和P線偏振光所經(jīng)過的光程相同。
[0007]進一步的，所述激光發(fā)出裝置采用激光器光源，所述起偏裝置采用光纖型偏振片，所述偏振調(diào)制裝置采用偏振旋轉(zhuǎn)器，所述發(fā)射裝置采用光纖擴束鏡。
[0008]進一步的，所述發(fā)射裝置用于將光線中的光信號擴束為直徑為Icm左右的平行光束，并發(fā)送至下一個中繼節(jié)點的信號接收處理組件。
[0009]一種基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸方法，包括如下步驟:
步驟A、接收上一個中繼傳輸節(jié)點所發(fā)出的光信號，并將所述光信號調(diào)制為偏振狀態(tài)兩種互相偏振方向正交的線偏振光，并分別形成兩種線偏振光所對應的初始電信號；
步驟B、接收所述初始電信號，并對所述初始電信號進行放大、整形、差分運算，并通過數(shù)據(jù)采集卡進行采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到加載電信號。
[0010]步驟C、將所述加載電信號通過所述偏振調(diào)制裝置加載到由激光發(fā)出裝置和起偏裝置所形成的載波光，形成光信號。
[0011]步驟D、通過所述發(fā)射裝置將所述步驟C中的光信號向下一個中繼傳輸節(jié)點發(fā)射出去。
[0012]進一步的，
所述步驟A中進一步包括以下步驟:
步驟Al、通過所述光束準直收束透鏡組接收上一個中繼傳輸節(jié)點所發(fā)出的帶有光信號的光束，對光束進行收束以及準直。
[0013]步驟A2、通過所述濾光裝置濾除光信號中的背景光。
[0014]步驟A3、通過所述偏振分束裝置將上述步驟A2中經(jīng)過濾除背景光的光信號的分解為S偏振光和P偏振光。
[0015]步驟A4、通過所述第一光電探測裝置、第二光電探測裝置，分別得到兩路線偏振光所對應的初始電信號。
[0016]進一步的，還包括以下步驟，
將由發(fā)送端或前一中繼傳輸節(jié)點入射的光信號中的左旋圓偏振光轉(zhuǎn)化為偏振光S光、右旋圓偏振光轉(zhuǎn)化為偏振光P光；
將光信號中線偏振光S光轉(zhuǎn)化為左旋圓偏振光，線偏振光P光轉(zhuǎn)化為右旋圓偏振光，并發(fā)送至下一中繼傳輸節(jié)點。
[0017]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸方法及系統(tǒng)綜合了自由空間光通信、偏振位移鍵控調(diào)制、光信號的接收和處理的技術(shù)，通過利用受到大氣信道影響較小的偏振調(diào)制方法將信號加載到光載波上，減少光信號在大氣信道中受到的干擾；通過利用中繼傳輸方法補償光信號在傳輸過程中的損耗和衰減。本發(fā)明建立了一種適合在大氣信道中長距離傳輸?shù)淖杂煽臻g光通信系統(tǒng)，為今后的遠距離激光通信提供基礎(chǔ)。
[0018]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是本發(fā)明的基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0019]圖2是本發(fā)明另一實施例中的信號接收處理組件的結(jié)構(gòu)框圖。
[0020]圖3是本發(fā)明另一實施例中的信號調(diào)制發(fā)送組件的結(jié)構(gòu)框圖?！揪唧w實施方式】
[0021]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】及【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0022]請參閱圖1至圖3，本發(fā)明提供了一種基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸方法及系統(tǒng)。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明的基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸系統(tǒng)包括至少一個中繼傳輸節(jié)點。其設(shè)置于光信號的發(fā)送端及接收端之間的大氣信道中，并將發(fā)送端所發(fā)送的光信號中繼傳輸至接收端。
[0024]所述中繼傳輸節(jié)點包括:信號接收處理組件20、中繼處理組件30、信號調(diào)制發(fā)送組件50。其中所述信號接收處理組件20接收由前一個中繼節(jié)點發(fā)送的帶有光信號的光束，所述信號接收處理組件20與所述中繼處理組件30相連，所述中繼處理組件30與所述信號調(diào)制發(fā)送組件50相連，所述信號調(diào)制與發(fā)送組件將處理后的光信號通過大氣信道發(fā)送至下一個中繼節(jié)點。
[0025]如圖1所示，所述信號接收處理組件20包括光束準直收束透鏡組21、濾光裝置22、偏振分束裝置23、第一光電探測裝置25、第二光電探測裝置27。光束準直收束透鏡組21、濾光裝置22、偏振分束裝置23依次相連，第一光電探測裝置25、第二光電探測裝置27分別連接于偏振分束裝置23。在本實施例中，所述光束準直收束透鏡組21采用大口徑長焦距凸透鏡與短焦距凸透鏡組成的望遠鏡組；所述濾光裝置22采用窄帶濾光片。所述偏振分束裝置23采用偏振分束棱鏡；所述第一光電探測裝置25、第二光電探測裝置27采用雪崩光電探測器模塊。
[0026]光束準直收束透鏡組21用于接收光束，對線偏振光進行收束以及準直。所述濾光裝置22用于將濾除背景光。本發(fā)明中所述偏振分束裝置23用于將偏振方向互相正交的S線偏振光和P線偏振光相互分離，并沿著兩個不同放大方向出射。S線偏振光和P線偏振光分離并出射后分別被所述第一光電探測裝置25、第二光電探測裝置27接收，在此過程中，S線偏振光和P線偏振光所經(jīng)過的光程相同。
[0027]如圖1所示，所述中繼處理組件30包括第一信號放大電路31、第二信號放大電路32、減法電路35、數(shù)據(jù)采集卡37。其中所述第一信號放大電路31用于接收由所述第一光電探測裝置25所發(fā)送的初始電信號，所述第二信號放大電路32用于接收由所述第二光電探測裝置27所發(fā)送的初始電信號。
[0028]所述第一信號放大電路31、第二信號放大電路32連接于所述減法電路35，所述減法電路35連接于所述數(shù)據(jù)采集卡37。所述第一信號放大電路31、第二信號放大電路32用于將其接收到的初始電信號進行放大以及整形，所述減法電路35用于對兩路電信號進行差分運算，從而減少信號中的噪聲影響。所述數(shù)據(jù)采集卡37用于將差分運算之后的電信號進行采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換，并輸出加載電信號。
[0029]由于在自由空間光通信中，光信號在傳輸了一定距離之后不可避免會發(fā)生損耗以及衰減。因此在傳輸了一定距離之后，通過中繼處理組件30對還沒有受到太大影響的光信號進行解調(diào)、整形、放大，然后再次發(fā)送出去，可以對光信號的損耗與衰減進行補償。
[0030]如圖1所示，所述信號調(diào)制發(fā)送組件50包括依次相連的激光發(fā)出裝置51、起偏裝置52、偏振調(diào)制裝置53、發(fā)射裝置55。[0031]所述激光發(fā)出裝置51用于發(fā)射激光至所述起偏裝置52。所述起偏裝置52用于激光發(fā)出裝置51發(fā)出的激光轉(zhuǎn)化為線偏振光。所述偏振調(diào)制裝置53連接于所述數(shù)據(jù)采集卡37，用于接收由所述數(shù)據(jù)采集卡37輸出的加載電信號。并在通入為額定半波電壓的電信號時能夠?qū)⒕€偏振光S光轉(zhuǎn)化為偏振角度旋轉(zhuǎn)90°的正交線偏振光P光,或?qū)⒕€偏振光P光轉(zhuǎn)化為線偏振光S光。本發(fā)明通過利用線偏振光位于坐標軸上的偏振角代表相對應的數(shù)據(jù)狀態(tài)進行調(diào)制并且發(fā)送，在接收端根據(jù)接收到的信號光在坐標軸上的不同偏振角度進行解調(diào)。
[0032]在本實施例中，所述激光發(fā)出裝置51采用紅外激光光源，所述起偏裝置52采用光纖型偏振片，所述偏振調(diào)制裝置53采用偏振旋轉(zhuǎn)器，所述發(fā)射裝置55采用光纖擴束鏡。所述發(fā)射裝置55用于光線中的光信號擴束為平行光束，在本實施例中，所述發(fā)射裝置55將光線中的光信號擴束為直徑為Icm左右的平行光束，并發(fā)送至下一個中繼節(jié)點的信號接收處理組件20。
[0033]本發(fā)明還揭示一種基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸方法。
[0034]本發(fā)明的基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸方法利用線偏振的兩種偏振狀態(tài)代表兩種數(shù)據(jù)狀態(tài)并進行編碼調(diào)制。兩種偏振狀態(tài)包括偏振方向位于坐標軸一三象限與坐標軸呈45°角的線偏振光S光、偏振方向位于坐標軸二四象限與坐標軸呈45°的線偏振光P光。
[0035]在大氣信道傳輸過程中，外部干擾對光信號的偏振狀態(tài)的影響很小，可以長距離保持不變。在接收端處，根據(jù)信號光的偏振狀態(tài)進行解調(diào)，可以恢復傳輸?shù)男畔?。這樣大氣信道對光信號的影響可以得到很好的抑制。
[0036]所述基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸方法包括如下步驟:
步驟A、接收上一個中繼傳輸節(jié)點所發(fā)出的帶有光信號的光束，并將所述帶有光信號的光束調(diào)制為偏振狀態(tài)兩種互相偏振方向正交的線偏振光，并分別形成兩種線偏振光所對應的初始電信號。兩種線偏振光分別對應相位差狀態(tài)O、相位差狀態(tài)31。
[0037]在此步驟中進一步包括以下步驟:
步驟Al、通過所述光束準直收束透鏡組21接收上一個中繼傳輸節(jié)點所發(fā)出的帶有光信號的光束，對光束進行收束以及準直。
[0038]步驟A2、通過所述濾光裝置22濾除光信號中的背景光。
[0039]步驟A3、通過所述偏振分束裝置23將上述步驟A2中經(jīng)過濾除背景光的光信號的分解為S偏振光和P偏振光。
[0040]步驟A4、通過所述第一光電探測裝置25、第二光電探測裝置27，分別得到兩路線偏振光所對應的初始電信號。
[0041]步驟B、接收所述初始電信號，并對所述初始電信號進行放大、整形、差分運算，并通過數(shù)據(jù)采集卡37進行采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到加載電信號。
[0042]步驟C、將所述加載電信號通過所述偏振調(diào)制裝置53加載到由激光發(fā)出裝置51和起偏裝置52所形成的載波光，形成光信號。
[0043]步驟D、通過所述發(fā)射裝置將所述步驟C中的光信號向下一個中繼傳輸節(jié)點發(fā)射出去。
[0044]本發(fā)明中所述偏振位移鍵控調(diào)制方法可以設(shè)計成圓偏振位移鍵控調(diào)制方法，即利用圓偏振光的左旋、右旋兩種偏振狀態(tài)來表示信號。如圖2及圖3所示，在本發(fā)明的另一實施例中，所述信號接收處理組件60包括光束準直與收束透鏡組61、濾光裝置62、偏振分束裝置63、第一光電探測裝置65、第二光電探測裝置67。所述信號接收處理組件60還設(shè)有第一四分之一波片69。所述第一四分之一波片69設(shè)置于所述濾光裝置62與所述偏振分束裝置63之間。
[0045]所述信號調(diào)制發(fā)送組件70包括依次相連的激光發(fā)出裝置71、起偏裝置72、偏振調(diào)制裝置73、發(fā)射裝置75。所述信號調(diào)制發(fā)送組件70還設(shè)有第二四分之一波片79。所述第二四分之一波片79連接于所述發(fā)射裝置75。
[0046]所述基于圓偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸系統(tǒng)方法進一步包括以下步驟:
通過所述第一四分之一波片69將由發(fā)送端或前一中繼傳輸節(jié)點入射的光信號中的左旋圓偏振光轉(zhuǎn)化為-45°線偏振光、右旋圓偏振光轉(zhuǎn)化為45°線偏振光，并發(fā)送至偏振分束裝置63 ；
通過所述第二四分之一波片79將光信號中-45°偏振光轉(zhuǎn)化為左旋圓偏振光,45°線偏振光轉(zhuǎn)化為右旋圓偏振光，并發(fā)送至下一中繼傳輸節(jié)點。
[0047]在本實施例中采用圓偏振光的偏振狀態(tài)代表所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)狀態(tài)，可以允許發(fā)射端和接收端的坐標軸方向出現(xiàn)一定的角度差，同時大氣瑞流的附加相位狀態(tài)對圓偏振光的偏振態(tài)無影響，能夠更好地保證傳輸數(shù)據(jù)的正確性。
[0048]本發(fā)明的基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸方法及系統(tǒng)采用線偏振光的不同偏振態(tài)進行編碼傳輸信息，在大氣信道中偏振態(tài)可以長距離保持不變化，因此該方法受到大氣信道的影響很小，保證了傳輸信息的準確性。針對普通空間光通信傳輸方法，本發(fā)明采用了中繼傳輸?shù)姆椒?，補償了自由空間中傳輸?shù)墓庑盘柋厝粫l(fā)生的損耗和衰減，增加了通信傳輸?shù)挠行Ь嚯x。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠有效抑制大氣湍流對信號的影響，明顯減少系統(tǒng)的誤碼率并且提高通信傳輸距離。
[0049]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸系統(tǒng)，其特征在于:包括至少一個中繼傳輸節(jié)點，所述中繼傳輸節(jié)點包括信號接收處理組件、中繼處理組件、信號調(diào)制發(fā)送組件； 所述信號接收處理組件包括依次相連的光束準直收束透鏡組、濾光裝置、偏振分束裝置及連接于所述偏振分束裝置的第一光電探測裝置、第二光電探測裝置； 所述中繼處理組件包括第一信號放大電路、第二信號放大電路、減法電路、數(shù)據(jù)采集卡，所述第一信號放大電路、第二信號放大電路連接于所述減法電路，所述減法電路連接于所述數(shù)據(jù)采集卡，所述第一信號放大電路用于接收由所述第一光電探測裝置所發(fā)送的初始電信號，所述第二信號放大電路用于接收由所述第二光電探測裝置所發(fā)送的初始電信號；所述信號調(diào)制發(fā)送組件包括依次相連的激光發(fā)出裝置、起偏裝置、偏振調(diào)制裝置、發(fā)射裝置，所述偏振調(diào)制裝置還連接于所述數(shù)據(jù)采集卡，所述偏振調(diào)制裝置用于接收由所述數(shù)據(jù)采集卡輸出的加載電信號，并在通入的電信號為額定半波電壓時將線偏振光的偏振角度旋轉(zhuǎn)90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述偏振分束裝置用于將偏振方向互相正交的S線偏振光和P線偏振光相互分離，并分別被所述第一光電探測裝置、第二光電探測裝置接收，且所述S線偏振光和P線偏振光所經(jīng)過的光程相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)射裝置用于將光線中的光信號擴束為直徑為Icm左右的平行光束，并發(fā)送至下一個中繼節(jié)點的信號接收處理組件。
4.一種基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟A、接收上一個中繼傳輸節(jié)點所發(fā)出的光信號，并將所述光信號調(diào)制為偏振狀態(tài)兩種互相偏振方向正交的線偏振光，并分別形成兩種線偏振光所對應的初始電信號； 步驟B、接收所述初始電信號，并對所述初始電信號進行放大、整形、差分運算，并通過數(shù)據(jù)采集卡進行采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到加載電信號； 步驟C、將所述加載電信號通過所述偏振調(diào)制裝置加載到由激光發(fā)出裝置和起偏裝置所形成的載波光，形成光信號； 步驟D、通過所述發(fā)射裝置將所述步驟C中的光信號向下一個中繼傳輸節(jié)點發(fā)射出去。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于偏振位移鍵控調(diào)制的光通信中繼傳輸系統(tǒng)，其特征在于: 所述步驟A中進一步包括以下步驟: 步驟Al、通過所述光束準直收束透鏡組接收上一個中繼傳輸節(jié)點所發(fā)出的帶有光信號的光束，對光束進行收束以及準直； 步驟A2、通過所述濾光裝置濾除光信號中的背景光； 步驟A3、通過所述偏振分束裝置將上述步驟A2中經(jīng)過濾除背景光的光信號的分解為S偏振光和P偏振光； 步驟A4、通過所述第一光電探測裝置、第二光電探測裝置，分別得到兩路線偏振光所對應的初始電信號。
【文檔編號】H04B10/291GK103532623SQ201310531217
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】姚勇, 趙宇峰, 于本雙, 劉超, 張碧侖 申請人:哈爾濱工業(yè)大學深圳研究生院