基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统技术方案

本发明专利技术公布了一种基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统，包括发射端和接收端；发射端包括光源、信号源、第一偏振分束器、调制器、偏振合束器和发射天线；接收端包括接收天线、偏振控制器、第二偏振分束器、偏振旋转器、分束器、反馈控制模块、耦合模块、探测模块和后处理模块。发射端在相互正交的两个偏振方向上分别加载信号光和参考光；在接收端，信号光与参考光在经过自适应偏振控制和偏振旋转操作后相互干涉，再进行探测和判决，从而提取出相干调制的信号序列。本发明专利技术方案可以有效抑制大气信道引起的相位起伏的影响，从而可以获得较好的系统性能；且系统复杂度降低，结构简单，适用性高。

Polarization dependent coherent wireless optical communication system based on adaptive control

The invention discloses a polarization coherent wireless optical communication system based on adaptive control, including a transmitter and a receiver; the transmitter includes a light source, a signal source, a first polarization beam splitter, a modulator, a polarization beam combiner and a transmitting antenna; the receiver includes a receiving antenna, a polarization controller, a second polarization beam splitter, and a polarization antenna. Revolver, beam splitter, feedback control module, coupling module, detection module and post-processing module. The transmitter loads the signal light and the reference light respectively in the two polarization directions which are orthogonal to each other; at the receiver, the signal light and the reference light interfere with each other after the adaptive polarization control and polarization rotation operation, and then detect and decide, thus extracting the coherent modulation signal sequence. The scheme of the invention can effectively suppress the influence of phase fluctuation caused by atmospheric channel, thereby obtaining better system performance, and the system complexity is reduced, the structure is simple, and the applicability is high.

【技术实现步骤摘要】
基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统
本专利技术属于涉及光学、光电子学、电子学
，涉及无线光通信技术，具体涉及一种基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统。
技术介绍
在过去的几十年中，无线光通信由于具有高传输速率、低成本和免许可等特性受到广泛的关注。由于具有易部署、抗电磁干扰和高可靠性等特点，无线光通信系统成为军用通信、应急通信和最后一公里接入等领域具有吸引力的解决方案。但是，无线光通信容易受到大气湍流的影响。大气湍流的影响主要包括光强闪烁和相位起伏两个方面。为了实现无线光链路的高可靠高速传输，现有技术方案主要聚焦于相干调制和偏振技术两大热点。通过相干调制，可以实现更高的频带利用率，以及无需自适应判决阈值的设定。通过偏振技术，可以轻易地获得更高的传输速率。然而，相干调制系统容易受到大气湍流相位起伏的影响，这会严重地降低系统性能。而偏振技术受到收发两端偏振不对准和大气湍流引入的偏振起伏的影响，在无线光通信系统中的性能会受到限制，特别当收发两端有相对移动时，会大大降低偏振技术在无线光通信系统中的性能。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统，本专利技术能够抑制大气湍流引入的相位起伏，且无需相位跟踪算法。同时，本专利技术能够消除偏振不对准和偏振起伏的影响。因此，相比传统的相干光通信系统，本专利技术提供的基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统在大气湍流信道中具有更好的性能和更低的系统复杂度。本专利技术的原理是：本专利技术提供的基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统的发射端在相互正交的两个偏振方向上分别加载信号光和参考光；在系统的接收端，信号光与参考光在经过自适应偏振控制和偏振旋转操作后相互干涉，再进行探测和判决，从而提取出相干调制的信号序列；自适应控制的目的是消除偏振不对准和偏振起伏的影响，偏振旋转的目的是使得偏振正交的两路激光的偏振方向调整到同一方向上，从而可以进行干涉；由于信号光与参考光在信道中同时经历相同的相位噪声，接收端的干涉过程使得大气信道引起的相位起伏得到有效抑制，从而可以获得较好的系统性能。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统，包括：光源，信号源，第一偏振分束器，调制器，偏振合束器，发射天线，接收天线，偏振控制器，第二偏振分束器，偏振旋转器，分束器，反馈控制模块，耦合模块，探测模块，后处理模块。所述光源，信号源，第一偏振分束器，调制器，偏振合束器和发射天线构成系统的发射端；所述接收天线，偏振控制器，第二偏振分束器，偏振旋转器，分束器，反馈控制模块，耦合模块，探测模块和后处理模块构成本专利技术的接收端。所述发射端的光源、第一偏振分束器、调制器、偏振合束器和发射天线之间用光纤进行连接；所述发射端的信号源与调制器之间采用微波传输线连接；所述接收端的接收天线、偏振控制器、第二偏振分束器、偏振旋转器、分束器、反馈控制模块、耦合模块和探测模块之间用光纤进行连接；所述接收端的探测模块和后处理模块之间采用微波传输线连接；所述接收端的反馈控制模块和偏振控制器之间采用微波传输线连接；所述光源的作用是输出光通信所需的光载波，所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器的作用是将输入光分为偏振正交的两路光输出；所述第一偏振分束器的两路输出光中的一路输入所述调制器，被所述信号源输出的信号调制，作为信号光；所述第一偏振分束器的另一路输出作为参考光；信号光和参考光输入所述偏振合束器，合成为一路光，经所述发射天线发射到大气信道中；所述接收天线将激光从大气信道耦合进光纤中，经过所述偏振控制器调节偏振方向后，被所述第二偏振分束器分成偏振正交的两路光，分别为信号光和参考光；所述偏振控制器在所述反馈控制模块的驱动下，对输入光的偏振方向进行自适应调节；其目的是消除收发两端的偏振不对准和大气湍流引起的偏振起伏，从而消除两个偏振方向上的串扰，降低信号损失；所述第二偏振分束器的两路输出光中的一路输入所述偏振旋转器进行偏振方向的旋转调节；所述第二偏振分束器的另一路输出经所述分束器分成两路输出光，一路输出光作为所述偏振控制器的反馈控制信号，输入到所述反馈控制模块；所述反馈控制模块将输入光信号转化为电信号后经过设定的运算产生用于控制所述偏振控制器的控制信号；所述偏振旋转器的输出光和所述分束器的另一路输出光均输入所述耦合模块，信号光与参考光在其中进行干涉；所述耦合模块的输出光输入所述探测模块进行探测；所述探测模块的输出光电流输入所述后处理模块进行信号处理。针对上述基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统，进一步地，所述光源具体为激光器；所述光源输出光的波段具体为大气窗口波段，即850nm、1310nm或1550nm波段；针对上述基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统，进一步地，所述调制器具体为相位调制器，其调制阶数可根据需求灵活选择，可以是二元相位调制器或高阶相位调制器；针对上述基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统，进一步地，所述偏振控制器为电控偏振控制器，可以在输入电信号的控制下对输入光的偏振方向进行自动调节并输出；针对上述基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统，进一步地，所述偏振旋转器可以是任何能够使得输入光偏振方向发生旋转并输出的光学器件；更进一步地，所述偏振旋转器为法拉第旋转器；优选地，所述偏振旋转器为90°法拉第旋转器；针对上述基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统，进一步地，所述耦合模块为2×2或2×4的光纤耦合器；针对上述基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统，更进一步地，对于所述调制器为二元相位调制器时的情况，所述耦合模块为2×2光纤耦合器；对于所述调制器为高阶相位调制器时的情况，所述耦合模块为2×4光纤耦合器；针对上述基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统，进一步地，所述探测模块可以为单臂探测器或者平衡探测器；优选地，所述探测模块为平衡探测器；针对上述基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统，更进一步地，对于所述调制器为二元相位调制器时的情况，所述探测模块采用单路探测方式(单臂探测器)；对于所述调制器为高阶相位调制器时的情况，所述探测模块采用双路探测方式(平衡探测器)。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：现有的相干无线光通信系统受到大气湍流引起的相位起伏和偏振起伏以及收发两端的偏振不对准的影响，其系统结构复杂、性能受限。为此，本专利技术提出一种基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统和调制解调方法；本专利技术提出的基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统，包括发射端和接收端；发射端在相互正交的两个偏振方向上分别加载信号光和参考光；在接收端，信号光与参考光在经过自适应偏振控制和偏振旋转操作后相互干涉，再进行探测和判决，从而提取出相干调制的信号序列；自适应控制的目的是降低偏振不对准和偏振起伏的影响，偏振旋转的目的是使得偏振正交的两路激光的偏振方向调整到同一方向上，从而可以进行干涉。本专利技术可以有效抑制大气信道引起的相位起伏的影响，从而可以获得较好的系统性能。本专利技术通过在正交的偏振方向上传输信号光和参考光，信号光和参考光在接收端的干涉操作能够抑制大气湍流相位起伏；同时，本专利技术加入了针对偏振相干光通信系统设计的自适应偏振控制，可以消除大气湍流引起的偏振起伏和收发端的偏振不对准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统，包括发射端和接收端；其特征是，所述发射端的部件包括光源、信号源、第一偏振分束器、调制器、偏振合束器和发射天线；所述接收端的部件包括接收天线、偏振控制器、第二偏振分束器、偏振旋转器、分束器、反馈控制模块、耦合模块、探测模块和后处理模块；发射端的光源、第一偏振分束器、调制器、偏振合束器和发射天线之间用光纤进行连接；发射端的信号源与调制器之间采用微波传输线连接；接收端的接收天线、偏振控制器、第二偏振分束器、偏振旋转器、分束器、反馈控制模块、耦合模块和探测模块之间用光纤进行连接；接收端的探测模块和后处理模块之间采用微波传输线连接；接收端的反馈控制模块和偏振控制器之间采用微波传输线连接；所述第一偏振分束器和第二偏振分束器均用于将输入光分为偏振正交的两路光输出；所述光源输出光通信所需的光载波，经第一偏振分束器分成两路输出光，第一路输出光输入到所述调制器，被所述信号源输出的信号调制，作为信号光；第二路输出光作为参考光；信号光和参考光输入所述偏振合束器，合成为一路光，经所述发射天线发射到大气信道中；所述接收天线将激光从大气信道耦合进光纤中，经过所述偏振控制器调节偏振方向后，被第二偏振分束器分成偏振正交的两路光，分别为信号光和参考光；所述第二偏振分束器的两路输出光中，一路输出光输入到所述偏振旋转器进行偏振方向的旋转调节；另一路输出光经所述分束器分出两路输出光，一路输出光作为所述偏振控制器的反馈控制信号，输入所述反馈控制模块；偏振旋转器的输出光和分束器的另一路输出光均输入所述耦合模块进行干涉；所述偏振控制器在所述反馈控制模块的驱动下，对输入光的偏振方向进行自适应调节，消除收发两端的偏振不对准和大气湍流引起的偏振起伏，从而消除两个偏振方向上的串扰，降低信号损失；所述反馈控制模块将输入光信号转化为电信号后，经过运算产生用于控制所述偏振控制器的控制信号；所述耦合模块的输出光输入所述探测模块进行探测；所述探测模块的输出光电流输入所述后处理模块进行信号处理。...

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应控制的偏振相干无线光通信系统，包括发射端和接收端；其特征是，所述发射端的部件包括光源、信号源、第一偏振分束器、调制器、偏振合束器和发射天线；所述接收端的部件包括接收天线、偏振控制器、第二偏振分束器、偏振旋转器、分束器、反馈控制模块、耦合模块、探测模块和后处理模块；发射端的光源、第一偏振分束器、调制器、偏振合束器和发射天线之间用光纤进行连接；发射端的信号源与调制器之间采用微波传输线连接；接收端的接收天线、偏振控制器、第二偏振分束器、偏振旋转器、分束器、反馈控制模块、耦合模块和探测模块之间用光纤进行连接；接收端的探测模块和后处理模块之间采用微波传输线连接；接收端的反馈控制模块和偏振控制器之间采用微波传输线连接；所述第一偏振分束器和第二偏振分束器均用于将输入光分为偏振正交的两路光输出；所述光源输出光通信所需的光载波，经第一偏振分束器分成两路输出光，第一路输出光输入到所述调制器，被所述信号源输出的信号调制，作为信号光；第二路输出光作为参考光；信号光和参考光输入所述偏振合束器，合成为一路光，经所述发射天线发射到大气信道中；所述接收天线将激光从大气信道耦合进光纤中，经过所述偏振控制器调节偏振方向后，被第二偏振分束器分成偏振正交的两路光，分别为信号光和参考光；所述第二偏振分束器的两路输出光中，一路输出光输入到所述偏振旋转器进行偏振方向的旋转调节；另一路输出光经所述分束器分出两路输出光，一路输出光作为所述偏振控制器的反馈控制信号，输入所述反馈控制模块；偏振旋转器的输出光和分束器的另一路输出光均输入所述耦合模块进行干涉；所述偏振控制器在所述反馈控制模块的驱动下，对输入光的偏振方向进行自适应调节，消除收发两端的偏振不对准和大气湍流引起的偏振起伏，从而消除两个偏振方向上的串扰，降低信号损失；所述反馈控制模块将输入光信号转化为电信号后，经过运算产生用于控制所述偏振控制器的控制信号；所述耦合模块的输出光输入所述探测模块进行探测；所述探测模块的输出光电流输入所...

【专利技术属性】
技术研发人员：党安红，丁圣利，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11