面向大气信道QAM通信系统的激光器线宽容限确定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向大气信道QAM通信系统的激光器线宽容限确定方法，为了在设计空间相干激光通信系统时满足系统的性能需求，我们需要在系统设计时严格控制好激光器的线宽，获取满足系统设计误码率要求的线宽容限参数；空间相干激光通信系统存在着复杂多变的大气信道，我们需要获取当前的大气信道信息，才能更准确地确定满足系统误码率的激光器线宽容限。本发明专利技术通过两次将数据和模型结合，可以较为准确的获得当前大气信道下QAM通信系统的激光器线宽容限。线宽容限。线宽容限。

【技术实现步骤摘要】
面向大气信道QAM通信系统的激光器线宽容限确定方法


[0001]本专利技术涉及
，具体而言涉及一种面向大气信道QAM通信系统的激光器线宽容限确定方法。

技术介绍

[0002]空间激光通信相较于微波通信，具有高通信速率、高带宽、高保密性能、免频谱许可证、低功耗、小体积等优势，成为众多研究者和研究机构的研究热点。此外，相较于地面光纤通信，空间激光通信不仅可以免去铺设光纤、从而更加节约成本，而且也因为不受光纤信道束缚，从而有了更多可能。相较于传统的强度调制/直接检测的空间激光通信系统，空间相干激光通信系统不仅能够提升带宽，带来通信速率的提升，并且能有效的抑制自由空间信道的背景噪声和系统的热噪声，是使得收机的灵敏度有效提升。
[0003]虽然空间相干激光通信由于引入了相位调制带来了性能上的提升，但也正因为由于引入了相位调制从而使得空间相干激光通信系统对强度和相位都十分敏感。影响空间相干激光性能的因素主要有两个，一个是激光器的线宽，另一个是大气环境。一方面，激光器由于线宽的存在会引起激光器输出激光相位的不稳定，从而给系统带来相位噪声，引起空间相干激光通信系统性能的恶化。因此在设计空间相干激光通信系统时，必须严格控制好激光器的线宽。
[0004]另一方面，空间相干激光通信系统一般都会包含一个较长距离甚至是超长距离的大气信道，大气信道不仅会影响接收端光信号强度的分布，也会带来接收端光信号相位的波动，后者对于系统性能的影响更大。大气信道十分复杂并且多变，对于不同地区不同高度的大气环境相差较大，同一地区早晚和夏冬的大气环境也不尽相同。因此对于空间相干激光通信系统中，必须获取当时的大气信道信息，才能更好地确定满足系统误码率的激光器线宽容限。
[0005]综上所述，为了在设计空间相干激光通信系统时满足系统的性能需求，需要在系统设计时严格控制好激光器的线宽，获取满足系统设计误码率要求的线宽容限参数；空间相干激光通信系统存在着复杂多变的大气信道，需要获取当前的大气信道信息，才能更准确地确定满足系统误码率的激光器线宽容限。
[0006]激光器线宽容限地重要性以及大气信道地复杂性和多变性不言而喻。为了完成QAM通信系统设计需求，需要更准确地确定空间相干激光通信系统的线宽容限参数。由于空间相干激光通信系统存在着大气信道，因此获得当前大气信道的具体模型参数成为了重点，而大气信道地复杂性和多变性带来了实验测量大气信道的难度以及纯模型计算大气参数的不准确性，给准确地确定空间相干激光通信系统的线宽容限参数带来了难度。
[0007]现有的大气信道下QAM调制系统的误码率性能不仅会受到大气信道的影响，而且也会受到激光器线宽的影响，而一般在考虑空间相关激光通信系统的激光器线宽容限时，并不能很精确的获得线宽容限信息。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种面向大气信道QAM通信系统的激光器线宽容限确定方法，能够考虑大气信道地复杂性和多变性，更准确地确定空间相干激光通信系统的线宽容限参数。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]本专利技术实施例提出了一种面向大气信道QAM通信系统的激光器线宽容限确定方法，所述激光器线宽容限确定方法包括以下步骤：
[0011]S1，采用自由空间的光学跟瞄子系统完成发射端与接收端的瞄准工作，令信号光发射系统发出功率恒定的信号光，在接收端采用光强传感器接收光信号，得到不同光信号强度的时间分布，计算出接收端的平均光信号强度；
[0012]S2，将步骤S1得到的接收端的不同光信号强度的时间分布转换为接收端的光信号强度概率分布，得到接收端光信号强度概率分布数据；
[0013]S3，构建接收端光信号强度的概率密度模型，将步骤S1计算得到的接收端的平均光信号强度代入接收端光信号强度的概率密度模型，通过改变大气湍流闪烁方差，得到不同大气湍流闪烁下接收光信号强度的概率密度曲线；再计算步骤S2得到的接收端光信号强度概率分布数据与不同大气湍流闪烁下接收光信号强度的概率密度曲线的相关系数，选择相关系数最大的曲线，得到接收面光信号强度的概率密度模型的大气湍流闪烁方差
[0014]S4，在接收端选择一个确定好功率和线宽的激光器搭建好QAM通信系统接收端，改变接收端接收到的光信号的强度，通过数字信号处理模块得到大气信道下QAM通信系统的不同接收光信号强度的误码率信息；
[0015]S5，构建面向大气信道含有激光器线宽容限的QAM通信系统的误码率模型：
[0016][0017]式中，为没有大气湍流影响下的含有激光器线宽容限的QAM误码率模型，I为接收光信号强度，为接收光信号相位，Δv
t
为发射端窄线宽激光器线宽，Δv
r
为接收端本振激光器线宽，P(I)为大气湍流影响下接收端不同光信号强度I的概率密度，为大气湍流影响下接收端光信号相位分布概率密度；
[0018]P(I)的计算模型如下：
[0019][0020]式中，<I>为接收端光信号平均光信号强度，为大气湍流闪烁方差；
[0021]的计算模型如下：
[0022][0023]式中，为大气湍流引起的接收光信号相位波动方差；
[0024]改变接收端光信号强度，得到大气对接收端光信号相位波动影响下误码率随接收光信号强度变化的曲线，计算步骤S4中得到的不同接收光信号强度的误码率数据与误码率随接收光信号强度变化的曲线的相关系数，选择相关系数最大的曲线，得到大气湍流引起的接收光信号相位波动方差
[0025]S6，根据步骤S3得到的大气湍流闪烁方差和步骤S5得到的大气湍流引起的接收光信号相位波动方差建立当前大气信道下含线宽容限变量的QAM通信系统误码率模型：
[0026][0027]S7，根据步骤S6得到的当前大气信道下含线宽容限变量的QAM通信系统误码率模型，按照目标QAM通信系统的误码率要求指标，确定当前大气信道状况下QAM所用激光器的线宽容限。
[0028]进一步地，所述QAM通信系统包括发射端和接收端；
[0029]所述发射端包括窄线宽激光器、QAM调制器、掺铒光纤放大器、发射系统；
[0030]所述接收端包括接收系统、光强传感器、光衰减器、确定功率和线宽的激光器、耦合器、平衡探测器、数字信号处理模块；所述接收系统分别连接光衰减器和光强传感器，所述数字信号处理模块包括解调模块和误码率计算模块。
[0031]进一步地，步骤S1中，计算出接收端的平均光信号强度的过程包括以下子步骤：
[0032]设接收端接收到的随时间变化的光信号强度为I
re
(t)，统计得到接收端不同光信号强度的时间分布T
I
；
[0033]根据下述公式计算得到接收端平均光信号强度<I>为：
[0034][0035]式中，T为接收端接收光信号的总时间。
[0036]进一步地，步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向大气信道QAM通信系统的激光器线宽容限确定方法，其特征在于，所述激光器线宽容限确定方法包括以下步骤：S1，采用自由空间的光学跟瞄子系统完成发射端与接收端的瞄准工作，令信号光发射系统发出功率恒定的信号光，在接收端采用光强传感器接收光信号，得到不同光信号强度的时间分布，计算出接收端的平均光信号强度；S2，将步骤S1得到的接收端的不同光信号强度的时间分布转换为接收端的光信号强度概率分布，获取接收端光信号强度概率分布数据；S3，构建接收端光信号强度的概率密度模型，将步骤S1计算得到的接收端的平均光信号强度代入接收端光信号强度的概率密度模型，通过改变大气湍流闪烁方差，得到不同大气湍流闪烁下接收光信号强度的概率密度曲线；再计算步骤S2得到的接收端光信号强度概率分布数据与不同大气湍流闪烁下接收光信号强度的概率密度曲线的相关系数，选择相关系数最大的曲线，计算得到接收面光信号强度的概率密度模型的大气湍流闪烁方差S4，在接收端选择一个确定好功率和线宽的激光器搭建好QAM通信系统接收端，改变接收端接收到的光信号的强度，通过数字信号处理模块得到大气信道下QAM通信系统的不同接收光信号强度的误码率信息；S5，构建面向大气信道含有激光器线宽容限的QAM通信系统的误码率模型：式中，为没有大气湍流影响下的含有激光器线宽容限的QAM误码率模型，I为接收光信号强度，为接收光信号相位，Δv
t
为发射端窄线宽激光器线宽，Δv
r
为接收端本振激光器线宽，P(I)为大气湍流影响下接收端不同光信号强度I的概率密度，为大气湍流影响下接收端光信号相位分布概率密度；P(I)的计算模型如下：式中，<I>为接收端光信号平均光信号强度，为大气湍流闪烁方差；的计算模型如下：式中，为大气湍流引起的接收光信号相位波动方差；改变接收端光信号强度，得到大气对接收端光信号相位波动影响下误码率随接收光信号强度变化的曲线，计算步骤S4中得到的不同接收光信号强度的误码率数据与误码率随接收光信号强度变化的曲线的相关系数，选择相关系数最大的曲线，计算得到大气湍流引起的接收光信号相位波动方差S6，根据步骤S3得到的大气湍流闪烁方差和步骤S5得到的大气湍流引起的接收光信
号相位波动方差建立当前大气信道下含线宽容限变量的QAM通信系统误码率模型：S7，根据步骤S6得到的当前大气信道下含线宽容限变量的QAM通信系统误码率模型，按照目标QAM通信系统的误码率要求指标，确定当前大气信道状况下QAM所用激光器的线宽容限。2.根据权利要求1所述的面向大气信道QAM通信系统的激光器线宽容限确定方法，其特征在于，所述QAM通信系统包括发射端和接收端；所述发射端包括窄线宽激光器、QAM调制器、掺铒光纤放大器、发射系统；所述接收端包括接收系统、光强传感器、光衰减器、确定功率和线宽的激光器、耦合器、平衡探测器、数字信号处理模块；所述接收系统分别连接光衰减器和光强传感器，所述数字信号处理模块包括解调模块和误码率计算模块。3.根据权利要求1所述的面向大气信道QAM通信系统的激光器线宽容限确定方法，其特征在于，步骤S1中，计算出接收端的平均光信号强度的过程包括以下子步骤：设接收端接收到的随时间变化的光信号强度为I
re
(t)，统计得到接收端不同光信号强度的时间分布T
I
；根据下述公式计算得到接收端平均光信号强度<I>为：式中，T为接收端接收光信号的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李密，傅万旺，郭优，王祎思，张越行，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：