根据信道状态自适应调节大气光通信系统发射功率的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种根据信道状态自适应调节大气光通信系统发射功率的方法，其特征在于：使用收发共用单模光纤耦合激光通信收发端机发送和接收信息，由两个构造相同的收发共用单模光纤耦合激光通信收发端机组成一个双向大气激光通信系统；其能使双向大气激光通信系统能够根据瞬时信道状态自适应地调节激光脉冲的峰值发射功率大小，即当光信号发生衰落时在发射端增加激光脉冲的峰值发射功率，以补偿大气湍流产生的负面影响。

【技术实现步骤摘要】
根据信道状态自适应调节大气光通信系统发射功率的方法
本专利技术涉及一种根据信道状态自适应调节大气光通信系统发射功率的方法，属于大气信道激光通信

技术介绍
大气湍流影响问题是大气信道激光通信
中的一个研究难点。大气湍流导致激光信号强度发生随机涨落。当激光信号发生衰落时，接收机的探测信噪比会降低，造成通信误码率上升。在此情况下，为了补偿激光信号衰落的影响，可以增大激光脉冲的峰值发射功率。对于使用掺铒光纤放大器（EDFA）进行光放大的激光通信发射机，如果EDFA工作在饱和区，发射机可以看作是平均发射功率受限的发射机（参见发表在《JournalofOpticalandFiberCommunicationReports》的2007年4卷225-362页的论文）。对于平均发射功率受限的激光通信发射机，降低光脉冲信号的占空比（DutyCycle）可以增加光脉冲的峰值功率。因此，对于在发射端使用EDFA的大气信道激光通信系统（EDFA工作在饱和区）来说，当大气湍流导致激光信号发生衰落时，可以通过减小光脉冲信号的占空比来增加光脉冲的峰值功率，从而补偿大气湍流造成的负面影响。对于使用脉冲位置调制（PPM）方式的大气激光通信系统来说，降低通信数据发射速率就可以减小光脉冲信号的占空比。发表在12thAnnualMeetingofIEEELasersandElectro-OpticsSociety（LEOS’99）的会议论文集的297-298页的论文《High-SensitivityVariable-rateTransmit/ReceiveArchitecture》和301-302页的论文《ANovelVariable-RatePulse-PositionModulationSystemwithNearQuantumLimitedPerformance》报道了使用EDFA的可变速率激光通信收发端机结构及可变占空比二进制PPM信令格式；在报道的通信端机中，使用可变占空比二进制PPM信令格式，当降低通信数据发射速率时，可使激光脉冲的峰值功率增加（不同速率的二进制PPM信号的脉冲时间宽度一样，但占空比不一样）。利用上述报道的可变速率激光通信收发端机结构及其调制/解调系统，即可通过改变通信数据发射速率来调节激光脉冲的峰值发射功率。对于大气信道激光通信来说，大气状态的随机性导致信道状态也随时间发生变化。在良好的信道状态条件下，通信系统使用较高的数据发射速率也能获得给定的误码率性能指标；当信道状态变恶劣时（光信号发生严重的衰落），通信系统则需要降低数据发射速率，从而增加激光脉冲的峰值发射功率来补偿光信号衰落。根据《JournalofOptics》2013年15卷的论文《EnhancedCorrelationofReceivedPower-SignalFluctuationsinBidirectionalOpticalLinks》，使用收发共用单模光纤耦合通信端机的双向激光通信链路的不同传输方向的瞬时光功率起伏具有良好的相关性。利用这一自然规律，本专利技术提供一种根据信道状态自适应调节大气光通信系统发射功率的方法，其直接在收发端机本地获得瞬时信道状态，并根据信道状态确定合适的数据发射速率，进而通过改变数据发射速率来调节激光脉冲的峰值发射功率，以补偿大气湍流造成的光信号衰落。在本专利技术中，双向激光通信系统的调制模块使用前面提到的可变占空比二进制PPM信令格式，此外在收发端机中使用EDFA，用于发射光信号放大的EDFA工作在饱和区。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种根据信道状态自适应调节大气光通信系统发射功率的方法，使双向大气激光通信系统能够根据瞬时信道状态自适应地调节激光脉冲的峰值发射功率大小，即当光信号发生衰落时在发射端增加激光脉冲的峰值发射功率，以补偿大气湍流产生的负面影响。本专利技术的技术方案是这样实现的：根据信道状态自适应调节大气光通信系统发射功率的方法，其特征在于：使用收发共用单模光纤耦合激光通信收发端机发送和接收信息，由两个构造相同的收发共用单模光纤耦合激光通信收发端机组成一个双向大气激光通信系统；双向大气激光通信系统的第一个激光通信收发端机包含激光器1、电光调制器1、掺铒光纤放大器S1、光纤环形器1、凸透镜1、数据调制控制模块1、掺铒光纤放大器R1、法布里-珀罗滤波器1、光学可调谐滤波器1、探测采样判决模块1；光纤环形器1的三个端口分别连接光纤F1A、光纤F1B、光纤F1C；双向大气激光通信系统的第二个激光通信收发端机包含激光器2、电光调制器2、掺铒光纤放大器S2、光纤环形器2、凸透镜2、数据调制控制模块2、掺铒光纤放大器R2、法布里-珀罗滤波器2、光学可调谐滤波器2、探测采样判决模块2；光纤环形器2的三个端口分别连接光纤F2A、光纤F2B、光纤F2C。激光器1发出的光信号入射到电光调制器1的光信号输入端；数据调制控制模块1根据输入的二进制数据和数据发射速率控制信号产生可变占空比二进制PPM信令格式的电信号并传送到电光调制器1的电信号输入端，以便控制电光调制器1实现对电光调制器1的输入光信号的调制；电光调制器1输出的光信号S101经掺铒光纤放大器S1放大后通过光纤F1A进入光纤环形器1的端口A101，然后从光纤环形器1的端口A102出射并进入光纤F1B，再通过凸透镜1发射到大气信道中；来自双向大气激光通信系统的第二个激光通信收发端机的光信号S201进入凸透镜1后被耦合到光纤F1B中，然后进入光纤环形器1的端口A102并从光纤环形器1的端口A103进入光纤F1C，接着经掺铒光纤放大器R1放大后经过法布里-珀罗滤波器1和光学可调谐滤波器1，最后到达探测采样判决模块1；探测采样判决模块1对入射的光信号S201进行探测、采样和判决，解调出从双向大气激光通信系统的第二个激光通信收发端机发来的二进制数据，同时探测采样判决模块1在每个探测到的PPM符号对应的时间范围内对探测到的PPM符号对应的信号的功率求时间平均，并把平均值PPAVG1作为数据发射速率控制信号输出给数据调制控制模块1。激光器2发出的光信号入射到电光调制器2的光信号输入端；数据调制控制模块2根据输入的二进制数据和数据发射速率控制信号产生可变占空比二进制PPM信令格式的电信号并传送到电光调制器2的电信号输入端，以便控制电光调制器2实现对电光调制器2的输入光信号的调制；电光调制器2输出的光信号S201经掺铒光纤放大器S2放大后通过光纤F2A进入光纤环形器2的端口A201，然后从光纤环形器2的端口A202出射并进入光纤F2B，再通过凸透镜2发射到大气信道中；来自双向大气激光通信系统的第一个激光通信收发端机的光信号S101进入凸透镜2后被耦合到光纤F2B中，然后进入光纤环形器2的端口A202并从光纤环形器2的端口A203进入光纤F2C，接着经掺铒光纤放大器R2放大后经过法布里-珀罗滤波器2和光学可调谐滤波器2，最后到达探测采样判决模块2；探测采样判决模块2对入射的光信号S101进行探测、采样和判决，解调出从双向大气激光通信系统的第一个激光通信收发端机发来的二进制数据，同时探测采样判决模块2在每个探测到的PPM符号对应的时间范围内对探测到的PPM符号对应的信号的功率求时本文档来自技高网...

【技术保护点】
根据信道状态自适应调节大气光通信系统发射功率的方法，其特征在于：使用收发共用单模光纤耦合激光通信收发端机发送和接收信息，由两个构造相同的收发共用单模光纤耦合激光通信收发端机组成一个双向大气激光通信系统；双向大气激光通信系统的第一个激光通信收发端机包含激光器1、电光调制器1、掺铒光纤放大器S1、光纤环形器1、凸透镜1、数据调制控制模块1、掺铒光纤放大器R1、法布里‑珀罗滤波器1、光学可调谐滤波器1、探测采样判决模块1；光纤环形器1的三个端口分别连接光纤F1A、光纤F1B、光纤F1C；双向大气激光通信系统的第二个激光通信收发端机包含激光器2、电光调制器2、掺铒光纤放大器S2、光纤环形器2、凸透镜2、数据调制控制模块2、掺铒光纤放大器R2、法布里‑珀罗滤波器2、光学可调谐滤波器2、探测采样判决模块2；光纤环形器2的三个端口分别连接光纤F2A、光纤F2B、光纤F2C；激光器1发出的光信号入射到电光调制器1的光信号输入端；数据调制控制模块1根据输入的二进制数据和数据发射速率控制信号产生可变占空比二进制PPM信令格式的电信号并传送到电光调制器1的电信号输入端，以便控制电光调制器1实现对电光调制器1的输入光信号的调制；电光调制器1输出的光信号S101经掺铒光纤放大器S1放大后通过光纤F1A进入光纤环形器1的端口A101，然后从光纤环形器1的端口A102出射并进入光纤F1B，再通过凸透镜1发射到大气信道中；来自双向大气激光通信系统的第二个激光通信收发端机的光信号S201进入凸透镜1后被耦合到光纤F1B中，然后进入光纤环形器1的端口A102并从光纤环形器1的端口A103进入光纤F1C，接着经掺铒光纤放大器R1放大后经过法布里‑珀罗滤波器1和光学可调谐滤波器1，最后到达探测采样判决模块1；探测采样判决模块1对入射的光信号S201进行探测、采样和判决，解调出从双向大气激光通信系统的第二个激光通信收发端机发来的二进制数据，同时探测采样判决模块1在每个探测到的PPM符号对应的时间范围内对探测到的PPM符号对应的信号的功率求时间平均，并把平均值PPAVG1作为数据发射速率控制信号输出给数据调制控制模块1；激光器2发出的光信号入射到电光调制器2的光信号输入端；数据调制控制模块2根据输入的二进制数据和数据发射速率控制信号产生可变占空比二进制PPM信令格式的电信号并传送到电光调制器2的电信号输入端，以便控制电光调制器2实现对电光调制器2的输入光信号的调制；电光调制器2输出的光信号S201经掺铒光纤放大器S2放大后通过光纤F2A进入光纤环形器2的端口A201，然后从光纤环形器2的端口A202出射并进入光纤F2B，再通过凸透镜2发射到大气信道中；来自双向大气激光通信系统的第一个激光通信收发端机的光信号S101进入凸透镜2后被耦合到光纤F2B中，然后进入光纤环形器2的端口A202并从光纤环形器2的端口A203进入光纤F2C，接着经掺铒光纤放大器R2放大后经过法布里‑珀罗滤波器2和光学可调谐滤波器2，最后到达探测采样判决模块2；探测采样判决模块2对入射的光信号S101进行探测、采样和判决，解调出从双向大气激光通信系统的第一个激光通信收发端机发来的二进制数据，同时探测采样判决模块2在每个探测到的PPM符号对应的时间范围内对探测到的PPM符号对应的信号的功率求时间平均，并把平均值PPAVG2作为数据发射速率控制信号输出给数据调制控制模块2。...

【技术特征摘要】
1.根据信道状态自适应调节大气光通信系统发射功率的方法，其特征在于：使用收发共用单模光纤耦合激光通信收发端机发送和接收信息，由两个构造相同的收发共用单模光纤耦合激光通信收发端机组成一个双向大气激光通信系统；双向大气激光通信系统的第一个激光通信收发端机包含激光器1、电光调制器1、掺铒光纤放大器S1、光纤环形器1、凸透镜1、数据调制控制模块1、掺铒光纤放大器R1、法布里-珀罗滤波器1、光学可调谐滤波器1、探测采样判决模块1；光纤环形器1的三个端口分别连接光纤F1A、光纤F1B、光纤F1C；双向大气激光通信系统的第二个激光通信收发端机包含激光器2、电光调制器2、掺铒光纤放大器S2、光纤环形器2、凸透镜2、数据调制控制模块2、掺铒光纤放大器R2、法布里-珀罗滤波器2、光学可调谐滤波器2、探测采样判决模块2；光纤环形器2的三个端口分别连接光纤F2A、光纤F2B、光纤F2C；激光器1发出的光信号入射到电光调制器1的光信号输入端；数据调制控制模块1根据输入的二进制数据和数据发射速率控制信号产生可变占空比二进制PPM信令格式的电信号并传送到电光调制器1的电信号输入端，以便控制电光调制器1实现对电光调制器1的输入光信号的调制；电光调制器1输出的光信号S101经掺铒光纤放大器S1放大后通过光纤F1A进入光纤环形器1的端口A101，然后从光纤环形器1的端口A102出射并进入光纤F1B，再通过凸透镜1发射到大气信道中；来自双向大气激光通信系统的第二个激光通信收发端机的光信号S201进入凸透镜1后被耦合到光纤F1B中，然后进入光纤环形器1的端口A102并从光纤环形器1的端口A103进入光纤F1C，接着经掺铒光纤放大器R1放大后经过法布里-珀罗滤波器1和光学可调谐滤波器1，最后到达探测采样判决模块1；探测采样判决模块1对入射的光信号S201进行探测、采样和判决，解调出从双向大气激光通信系统的第二个激光通信收发端机发来的二进制数据，同时探测采样判决模块1在每个探测到的PPM符号对应的时间范围内对探测到的PPM符号对应的信号的功率求时间平均，并把平均值PPAVG1作为数据发射速率控制信号输出给数据调制控制模块1；激光器2发出的光信号入射到电光调制器2的光信号输入端；数据调制控制模块2根据输入的二进制数据和数据发射速率控制信号产生可变占空比二进制PPM信令格式的电信号并传送到电光调制器2的电信号输入端，以便控制电光调制器2实现对电光调制器2的输入光信号的调制；电光调制器2输出的光信号S201经掺铒光纤放大器S2放大后通过光纤F2A进入光纤环形器2的端口A201，然后从光纤环形器2的端口A202出射并进入光纤F2B，再通过凸透镜2发射到大气信道中；来自双向大气激光通信系统的第一个激光通信收发端机的光信号S101进入凸透镜2后被耦合到光纤F2B中，然后进入光纤环形器2的端口A202并从光纤环形器2的端口A203进入光纤F2C，接着经掺铒光纤放大器R2放大后经过法布里-珀罗滤波器2和光学可调谐滤波器2，最后到达探测采样判决模块2；探测采样判决模块2对入射的光信号S101进行探测、采样和判决，解调出从双向大气激光通信系统的第一个激光通信收发端机发来的二进制数据，同时探测采样判决模块2在每个探测到的PPM符号对应的时间范围内对探测到的PPM符号对应的信号的功率求时间平均，并把平均值PPAVG2作为数据发射速率控制信号输出给数据调制控制模块2。2.根据权利要求1所述的一种根据信道状态自适应调节大气光通信系统发射功率的方法，其特征在于所述的光纤F1A、光纤F1B、光纤F1C、光纤F2A、光纤F2B、光纤F2C都是单模光纤。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈纯毅，杨华民，娄岩，佟首峰，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22