一种用于空间激光通信的空间-模式混合分集接收系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于空间激光通信的空间

【技术实现步骤摘要】
一种用于空间激光通信的空间
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模式混合分集接收系统


[0001]本专利技术属于空间激光通信领域的一种用于空间激光通信的分集接收系统，具体涉及了一种用于空间激光通信的空间
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模式混合分集接收系统。

技术介绍

[0002]自由空间光通信是指以激光为载波，无需光纤等传输媒介而直接在大气或真空中传输的新型通信方式。相较于传统的无线射频通信，其具有高容量，高方向性，高安全性，频谱资源丰富等优势，在军用和民用领域上有着广阔的应用前景。
[0003]在自由空间光通信中光信号是直接在大气中传输的，因此其面临的最大阻碍之一便是大气信道的干扰，大气湍流会使得光束发生光强闪烁、波前畸变、光束漂移等现象，从而导致通信质量的严重下降，因此，如何减轻大气湍流的影响是自由空间光通信中的重要工作。
[0004]目前有多种对抗大气湍流效应的手段，其中分集接收技术作为一种简单有效的方法而受到了广泛应用。其基本思想是通过发射或接收多个承载相同信息且经历独立衰落的信号来增加系统冗余度。常见的分集技术类型包括时间分集、波长分集、空间分集、模式分集等，其中，时间分集会限制系统的通信速率，波长分集需要较大的波长间隔保证信号之间的互不相干性，从而对激光器、探测器、放大器等的工作波段有较高的要求。空间分集接收系统结构简单，利用多孔径接收能够有效缓解大气湍流效应，模式分集通过少模光纤接收光信号，将各个模式视为独立信道，从而有效补偿大气湍流的影响。
[0005]现有的分集接收方案均局限于单一的分集技术，没有考虑到各种分集技术的兼容性，对于大气湍流效应的补偿效果还有进一步的提升空间。

技术实现思路

[0006]本专利技术主要目的是针对如何缓解大气湍流效应这一问题，提供一种结合空间分集与模式分集的混合分集接收系统，能够有效减轻大气湍流的影响。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]空间
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模式混合分集接收系统包括空间分集模块、模式分集模块、光电探测模块和数字信号处理模块，空间分集模块与模式分集模块相连，模式分集模块与光电探测模块相连，光电探测模块与数字信号处理模块相连。其中，空间分集模块用于接收扩散、畸变的光束，模式分集模块用于对光束进行模式分集后输出M
×
N个支路信号，光电探测模块用于将M
×
N个支路光信号转化为电信号后连接至数字信号处理模块，数字信号处理模块用于进行信号重建、合并和解调。
[0009]所述空间分集模块由M根光学天线按矩阵阵列形式排布组成。
[0010]所述空间分集模块中，相邻两根光学天线的间距大于大气相干长度，以确保支路信号的独立性。
[0011]所述模式分集模块包括M根N模式少模光纤、模式解复用器和单模光纤，每根N模式
少模光纤的输入端与空间分集模块中对应的光学天线输出端相连，每根N模式少模光纤的输出端与对应模式解复用器的输入端相连，模式解复用器将高阶模转化为基模，每个模式解复用器的输出端与对应的N根单模光纤的输入端相连，N根单模光纤的输出端分别与对应的光电探测模块相连。
[0012]所述空间分集模块中光学天线的数量M或模式分集模块中少模光纤的模式N越大，则分集增益越大。
[0013]所述光电探测模块的结构根据发射端的激光波长以及信号调制格式进行设置。
[0014]所述数字信号处理模块的信号处理方法根据发射端信号调制格式进行设置。
[0015]所述数字信号处理模块中，根据发射端的信号调制方式和实际情况选用不同算法，具体地，合并算法采用线性合并算法中的最大比合并或者非线性合并算法。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]本专利技术解决了点对点空间激光通信中大气湍流干扰的问题，适用于各种调制格式的空间激光通信，对发射端结构无要求，可根据需求决定分集数量。
[0018]本专利技术结合了空间分集与模式分集，可以有效补偿大气湍流对激光传输造成的影响，且补偿效果要明显优于单一的分集接收方式，能够保证在更加恶劣的信道条件下进行空间激光通信。
附图说明
[0019]图1是本专利技术提出的用于空间激光通信的空间
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模式混合分集接收系统示意图。
[0020]图2为实施例中采用2
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3结构的混合分集空间激光通信系统装置结构示意图。
[0021]图3为实施例中数字信号处理的流程。
[0022]图4为本专利技术实施例中混合分集接收的误码率曲线图。
[0023]图中：激光器1，信号发生器2，电光调制器3，发射天线4，八倍扩束镜5，相位板6，接收天线阵列7，模式解复用器8，光电探测模块9，前置掺铒光纤放大器91，光学带通滤波器92，本振激光器93，光电探测器94，数字信号处理模块10。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和实施例为本专利技术作进一步的详细阐述。
[0025]用于空间激光通信的空间
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模式混合分集接收系统如图1所示，本专利技术包括空间分集模块、模式分集模块、光电探测模块9和数字信号处理模块10，空间分集模块与模式分集模块相连，模式分集模块与光电探测模块9相连，光电探测模块9与数字信号处理模块10相连。其中，空间分集模块用于接收扩散、畸变的光束，模式分集模块用于对光束进行模式分集后输出M
×
N个支路信号，光电探测模块用于将M
×
N个支路光信号转化为电信号后连接至数字信号处理模块，数字信号处理模块用于进行信号重建、合并和解调。
[0026]空间分集模块由M根光学天线按矩阵阵列形式排布组成。空间分集模块中，相邻两根光学天线的间距大于大气相干长度，以确保支路信号的独立性。
[0027]模式分集模块包括M根N模式少模光纤、模式解复用器和单模光纤，少模光纤是指支持的模式数量在几个到十几个之间的光纤。每根N模式少模光纤的输入端与空间分集模块中对应的光学天线输出端相连，每根N模式少模光纤的输出端与对应模式解复用器的输
入端相连，模式解复用器将高阶模转化为基模，每个模式解复用器的输出端与对应的N根单模光纤的输入端相连，N根单模光纤的输出端分别与对应的光电探测模块9相连，每一根单模光纤的输出端口分别连接一个光电探测模块，因此系统中一共有M
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N条支路光信号。M与N的值可根据实际情况，综合考虑性能与成本的需求确定。
[0028]空间分集模块中光学天线的数量M或模式分集模块中少模光纤的模式N越大，则分集增益越大，但同时所需的光电探测模块就越多，成本和系统体积也会增大。
[0029]光电探测模块的结构根据发射端的激光波长以及信号调制格式进行设置，如OOK可选择单光电探测器，BPSK/QPSK可选择零差相干接收机、Kramers
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Kroning相干接收机等。
[0030]数字信号处理模块的信号处理方法根据发射端信号调制格式进行设置。根据发射端的信号调制方式和实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于空间激光通信的空间
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模式混合分集接收系统，其特征在于，包括空间分集模块、模式分集模块、光电探测模块(9)和数字信号处理模块(10)，空间分集模块与模式分集模块相连，模式分集模块与光电探测模块(9)相连，光电探测模块(9)与数字信号处理模块(10)相连。2.根据权利要求1所述的一种用于空间激光通信的空间
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模式混合分集接收系统，其特征在于，所述空间分集模块由M根光学天线按矩阵阵列形式排布组成。3.根据权利要求1所述的一种用于空间激光通信的空间
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模式混合分集接收系统，其特征在于，所述空间分集模块中，相邻两根光学天线的间距大于大气相干长度。4.根据权利要求1所述的一种用于空间激光通信的空间
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模式混合分集接收系统，其特征在于，所述模式分集模块包括M根N模式少模光纤、模式解复用器和单模光纤，每根N模式少模光纤的输入端与空间分集模块相连，每根N模式少模光纤的输出端与对应模式解复用器...

【专利技术属性】
技术研发人员：高士明，郑鑫益，明成泽，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：