本實(shí)用新型涉及一種AF(Amplify and Forward，放大轉(zhuǎn)發(fā))相干探測(cè)OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)多跳裝置。

背景技術(shù)：

自由空間光通信FSO(Free Space Optical)具有高性能傳輸速率，高安全級(jí)別，無(wú)需頻譜許可和安裝成本較低的優(yōu)點(diǎn)，在過去的幾年內(nèi)，特別是無(wú)線自由空間光通信系統(tǒng)已經(jīng)成為了非常有價(jià)值的研究。但是光信號(hào)在通過大氣信道時(shí)，由于各種粒子的散射吸收產(chǎn)生的路徑損耗，發(fā)射端和接收端的不穩(wěn)定造成的瞄準(zhǔn)誤差以及大氣自身隨機(jī)波動(dòng)的湍流效應(yīng)都會(huì)對(duì)FSO鏈路系統(tǒng)造成很大的影響。

為了擴(kuò)大通信范圍，保證系統(tǒng)通信質(zhì)量，提高通信系統(tǒng)的可靠性，可采用中繼技術(shù)。多跳傳輸是一種中繼傳輸方案，加入多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)在擴(kuò)大發(fā)射信號(hào)覆蓋面積的同時(shí)也提高了系統(tǒng)的靈活性。在放大中繼轉(zhuǎn)發(fā)中一般被分為電放大轉(zhuǎn)發(fā)方式和光放大中繼方式。采用光放大器對(duì)接收到的光信號(hào)直接進(jìn)行放大處理，直接進(jìn)行光放大采用摻鉺光纖放大器(EDFA)的AF中繼方式。EDFA可以直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大，不需要轉(zhuǎn)換到電域進(jìn)行放大。在2014年Xuan Tang的Multihop Free-Space Optical Communications Over Turbulence Channels with Pointing Errors using Heterodyne Detection中研究了放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼與DPSK調(diào)制方式相結(jié)合的多跳通信系統(tǒng)。該文中使用的是DPSK調(diào)制方式，而相比DPSK，利用正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)可以有效地抑制符號(hào)間干擾(ISI)，因其抵抗頻率選擇性衰落和窄帶噪聲能力強(qiáng)，較高的頻帶利用率，可以很好地抑制大氣信道引起的隨機(jī)衰落效應(yīng)。另一篇2014年希臘H.E.Nistazakis發(fā)表的文獻(xiàn)BER estimation for multi-hop RoFSO QAM or PSK OFDM Communication systems over gamma-gamma or exponentially modeled turbulence channels中研究了在譯碼轉(zhuǎn)發(fā)DF(Decode and Forward)中采用直接探測(cè)OFDM方式的多跳系統(tǒng)，通過對(duì)中斷概率和誤碼率來研究整個(gè)多跳系統(tǒng)的通信性能。但是采用直接OFDM探測(cè)相比于相干探測(cè)，信號(hào)的信噪比無(wú)法進(jìn)一步提高并且系統(tǒng)處理微弱信號(hào)的能力比較弱。更重要的是，DF轉(zhuǎn)發(fā)相比于AF轉(zhuǎn)發(fā)中繼技術(shù)比較而言，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、成本高、難于實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的不足，提供一種自由空間光通信AF相干探測(cè)OFDM多跳裝置，本實(shí)用新型采用放大轉(zhuǎn)發(fā)多跳系統(tǒng)可以進(jìn)一步的擴(kuò)大了發(fā)射端覆蓋的面積并且增加了系統(tǒng)鏈路的容量，從而提高通信系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)增加對(duì)微弱信號(hào)處理能力。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種自由空間光通信AF相干探測(cè)OFDM多跳裝置，它包括依次相連的發(fā)射端、L個(gè)AF中繼節(jié)點(diǎn)和接收端；其中L為正整數(shù)，L個(gè)AF中繼節(jié)點(diǎn)安放在發(fā)射端到接收端的非直線路徑上。

進(jìn)一步的，所述發(fā)射端包括依次相連的第一低通濾波器、第一混頻器、第一帶通濾波器、馬赫-曾德爾調(diào)制器、第一光帶通濾波器和第一發(fā)射天線；所述馬赫-曾德爾調(diào)制器還連接有第一激光器。

進(jìn)一步的，所述AF中繼節(jié)點(diǎn)包括依次相連的第一接收天線、光硬限幅電路、摻鉺光纖放大器、第二發(fā)射天線。

進(jìn)一步的，所述接收端包括依次相連的第二接收天線、幅度放大器、光混頻器、第二激光器、第二光帶通濾波器、光電探測(cè)器、第二帶通濾波器、第二混頻器和第二低通濾波器；其中，所述光混頻器上還連接有第二激光器。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的自由空間光通信放大轉(zhuǎn)發(fā)OFDM多跳裝置能夠采用類似接力的方式來增加發(fā)射端覆蓋面積和系統(tǒng)鏈路的容量，提高信號(hào)的信噪比和系統(tǒng)處理微弱信號(hào)的能力，減少在傳輸過程中大氣湍流對(duì)系統(tǒng)的影響。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)部署更有靈活性。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖2為本實(shí)用新型的發(fā)射端結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖3為本實(shí)用新型的放大中繼節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖4本實(shí)用新型的接收端結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖中，第一低通濾波器1、第一混頻器2、第一帶通濾波器3、第一激光器4、馬赫-曾德爾調(diào)制器5、第一光帶通濾波器6、第一發(fā)射天線7、第一接收天線8、光硬限幅電路9、摻鉺光纖放大器10、第二發(fā)射天線11、第二接收天線12、幅度放大器13、光混頻器14、第二激光器15、第二光帶通濾波器16、光電探測(cè)器17、第二帶通濾波器18、第二混頻器19、第二低通濾波器20、Tx為發(fā)射端、R_L為AF中繼節(jié)點(diǎn)、Rx為接收端。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型自由空間光通信AF放大轉(zhuǎn)發(fā)OFDM多跳裝置包括圖1所示的總體結(jié)構(gòu)、圖2所示的發(fā)射端結(jié)構(gòu)、圖3所示的AF中繼節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和圖4所示的接收端結(jié)構(gòu)。

如圖1所示，本實(shí)用新型包括依次相連的發(fā)射端Tx、L個(gè)AF中繼節(jié)點(diǎn)R_L、接收端Rx，其中L為正整數(shù)，L個(gè)AF中繼節(jié)點(diǎn)安放在發(fā)射端到接收端的非直線路徑上。

如圖2所示，發(fā)射端包括依次電連接的第一低通濾波器1、第一混頻器2、第一帶通濾波器3、馬赫-曾德爾調(diào)制器5、第一光帶通濾波器6、第一發(fā)射天線7，第一激光器4和馬赫-曾德爾調(diào)制器5進(jìn)行電連接。

通過外接的OFDM調(diào)制器調(diào)制成OFDM信號(hào)作為原始數(shù)據(jù)信號(hào)，信號(hào)通過第一低通濾波器1濾掉高頻噪聲，再通過第一混頻器2外加高頻信號(hào)LO₁將OFDM信號(hào)進(jìn)行上變頻到一個(gè)合適的中頻f_LO1上。經(jīng)變頻后的信號(hào)通過第一帶通濾波器3濾除高頻和低頻分量的噪聲。通過馬赫-曾德爾調(diào)制器5對(duì)第一激光器4進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，然后調(diào)制到光載波上。經(jīng)過第一光帶通濾波器6濾掉噪聲后，信號(hào)光通過第一發(fā)射天線7發(fā)射到自由空間大氣信道中。

如圖3所示，AF中繼節(jié)點(diǎn)包括依次用光纖連接的第一接收天線8、光硬限幅電路9、摻鉺光纖放大器10、第二發(fā)射天線11。

通過第一接收天線8接收大氣中的信號(hào)，然后通過光硬限幅電路9進(jìn)行功率限幅，這是為了防止較高功率的信號(hào)對(duì)后續(xù)放大器產(chǎn)生損壞。限幅以后的光信號(hào)通過摻鉺光纖放大器10放大處理，放大后的信號(hào)經(jīng)過第二發(fā)射天線11轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)AF中繼節(jié)點(diǎn)中處理。

如圖4所示，接收端包括第二接收天線12、幅度放大器13、光混頻器14、第二激光器15、第二光帶通濾波器16、光電探測(cè)器17、第二帶通濾波器18、第二混頻器19和第二低通濾波器20。其中，所述第二接收天線12、幅度放大器13、光混頻器14、第二光帶通濾波器16、光電探測(cè)器17依次用光纖連接，光電探測(cè)器17、第二帶通濾波器18、第二混頻器19和第二低通濾波器20依次電連接，所述光混頻器14與第二激光器15用光纖連接。

第二接收天線12接收信號(hào)光，幅度放大器13對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行放大處理，處理后的信號(hào)光和第二激光器15產(chǎn)生的虛擬本振光在光混頻器14中進(jìn)行外差混頻?；祛l后經(jīng)過第二光帶通濾波器16濾掉直流項(xiàng)和高頻項(xiàng)，進(jìn)入光電探測(cè)器17探測(cè)響應(yīng)電流。探測(cè)后得到的電信號(hào)需要利用第二帶通濾波器18使帶寬控制在中頻信號(hào)檢測(cè)范圍內(nèi)，即可檢測(cè)到中頻電信號(hào)。在電域的解調(diào)和判決過程同樣需要第二混頻器19來完成混頻運(yùn)算，即與外加的高頻信號(hào)LO₂相乘,混頻后的信號(hào)通過第二低通濾波器20就可以提取出有用的OFDM信號(hào)。OFDM信號(hào)由外接的OFDM解調(diào)器解調(diào)出原始數(shù)據(jù)信號(hào)。

本實(shí)用新型通過以上設(shè)計(jì)，能夠很好的擴(kuò)大了發(fā)射端覆蓋的面積并且增加了系統(tǒng)鏈路的容量，從而提高通信系統(tǒng)的可靠性和對(duì)微弱信號(hào)處理能力。同時(shí)也增加了系統(tǒng)部署的靈活性。