自由空间光通信的多输入方法和设备技术

本发明专利技术提供一种方法，其使用分集来补偿传播通过以大气闪烁为特征的环境的自由空间光FSO信号的衰落。一个实施例涉及收集至少一个FSO光束，按波长将所述光束多路分用为至少两个子光束，检测每一子光束以从其产生电输出，以及使用来自所述电输出中的至少两者的互补信息来复原信号。另一实施例涉及将所述FSO光束收集到空间分离的子孔径的阵列上，检测进入每一子孔径的光以从其产生电输出，以及使用来自所述电输出中的至少两者的互补信息来复原信号。此第二实施例使得两个电子自适应处理能够跨越所述子孔径而相干地整合，且在多个发射孔径的情况下跨越自由空间光多输入多输出MIMO系统而相干地整合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及自由空间光通信。
技术介绍
长久以来已了解到自由空间光通信(FSO)的优点，例如高带宽和高信号方向性。FSO的已知缺点之一是其容易经受闪烁(scintillation)。也就是说,瑞流和热现象产生大气折射率的局部化波动。传递经过此类波动的单载FSO光束可能由于光学折射而完全或部分地偏转。一个结果是在光束被聚焦到一图像点上的接收端处，该图像点可能在图像平面中游移。而且，FSO光束通常是作为相干激光束而产生。相关光束起初具有均匀的波前(wavefront)，即，随着在光束的前面上的径向位置缓慢变化的相位。具有均匀波前的光束是合意的，因为在检测器处，该光束将经历相对极少的相消性自干扰。然而，大气中的折射率波动的第二影响是使FSO光束的波前失真。所述失真造成在检测器处的光束的依赖于时间的相消性自干扰，这又导致所接收信号的衰落。对于与大气闪烁相关的问题的已知解决方案中的一些使用机械镜和自适应光学元件来跟踪游移光束且校正失真的波前。然而，此类解决方案需要大量的硬件组件。其中一些还使用感测和机械致动的闭合迭代控制回路，这限制了其性能。这些缺点在用于FSO光束的QAM和其它高级调制方法的情况下尤其严重，针对这些情况的接收对所接收信号的振幅和相位的保真度是相对敏感的。
技术实现思路
我们已提供一种新解决方案，其利用了如下事实:不同波长在特征在于大气闪烁的传播环境中将通常展现不同的衰落特性。我们的解决方案提供了可完全在高速电子元件中完成的开环自适应处理的可能性。这通过利用由大气产生的多路径传播而允许跨越波前的相干处理且实现光学ΜΜ0。在一实施例中，我们的解决方案涉及收集至少一个FSO光束，按波长将光束多路分用为至少两个子光束，检测每一子光束以从其产生电输出，以及使用来自所述电输出中的至少两者的互补信息来复原信号。附图说明图1是在一实施例中根据本专利技术的发射器的简化局部示意图。图2是在一实施例中根据本专利技术的接收器的简化局部示意图。图3是展示在一个实施例中的接收器的光学部分的细节的简化局部示意图。为了呈现的简单，已从图3的视图省略了光学混合体。混合体将通常用以实现相位分集。图4是通过特征在于大气闪烁的传播环境进行传输的FSO传输系统的简化局部示意图。图5是具有多个接收孔径的示范性FSO接收器的简化局部示意图。具体实施例方式转到图1，示范性FSO发射器包含用于产生经译码电信号的数据编码器10，所述电信号被施加于放大级20之后以调制两个或两个以上二极管激光器30的光输出。如图中所见，将波长多路复用器和望远镜的功能组合的光学系统40将来自激光器的光学输出组合为光束50，所述光束50通过空间、通常通过大气朝向接收器投射。虽然为了呈现的简单而仅展示单个投射的经波长多路复用的输出光束50，但将了解，空间分集的一些优点可通过其中产生多个经波长多路复用的输出光束的布置而实现。这可例如通过使用多个发射孔径来完成。所属领域的技术人员使用用于数据编码的已知技术、用于光信号产生、调制和放大的已知技术以及用于波长多路复用和用于将一个或一个以上FSO光束投射到空间中的望远镜式布置的已知布置将了解图1中概念性展示的系统的许多替代实施方案。举例来说，利用例如阵列波导(AWG)和多模干涉(MMI)装置等平面波导技术的光学多路复用器可在至少一些情况下有用。同样，例如铒掺杂的光纤放大器(EDFA)等光纤放大器可在至少一些情况下有用。用于IOGbps和IOGbps以上的光学传输速率的优选数据编码方法包含PSK、QAM和OFDM0另外，在至少一些情况下可能有利的是采用空间-时间块码和类似物，其中经译码群集符号布置于空间-时间矩阵或波长-时间矩阵中，或者布置于在空间、时间和波长中延伸的矩阵上。(空间-时间矩阵在多个输出子孔径和多个符号间隔上分布信号。波长-时间矩阵在多个波长子通道和多个符号间隔上分布信号。)转到图2，用于来自发射器的传入光束60的示范性FSO接收器包含望远镜式收集系统70、波长多路分用器80、二极管光电检测器90、模/数转换器(ADC) 100和数字信号处理器(DSP)llO。如图中所见，多路分用器80将传入光束分离为占据不同波长带的两个或两个以上子光束。每一子光束由光电检测器90中的一者转换为电信号。在ADC100处，经译码群集符号被复原且被解映射到二进制序列，所述二进制序列在DSP 110中经处理以产生输出数据流120。所属领域的技术人员使用用于数据解码的已知技术、用于光信号检测和解调的已知技术以及用于波长多路分用和用于收集一个或一个以上FSO光束的望远镜式布置的已知布置将了解图2中概念性展示的系统的许多替代实施方案。举例来说，利用对应于上文论述的光学多路复用器的平面波导技术的光学多路分用器可在至少一些情况下有用。如图中可见,DSP具有多个输入流,每一输入流对应于经多路分用为相应子光束的波长通道中的一者。DSP使用来自这些波长通道中的至少两者且优选全部的互补信息，以便计算输出数据流120。举例来说，可在两个或两个以上波长通道中的每一者上发送冗余信息。在此情况下，DSP可在一时间周期中选择最强的那个波长通道(或波长通道子组)。“最强”意味着提供最大的准确接收的概率。可通过信噪比、通过从在相关波长通道上发送的导频信号确定的错误概率或通过其它已知方式测量强度。特定通道选择所持续的时间周期可例如通过传播环境的相干时间的测量来确定，所述相干时间在一些情况下可为几毫秒。根据此方法，在一个通道中较弱地接收的同一信息可能在另一通道中较强地接收的意义上，不同波长通道中的信息是“互补的”。不同波长通道中的信息也可能是“互补的”，因为不同的通道载运相异的数据流。也就是说，图1的数据编码器10可操作以将一数据流的不同部分分配到不同波长通道。此些分配部分可完全相异，或通过冗余译码，其可含有部分重叠的数据。在至少一些情况下，将有利的是DSP 110实施分集接收器。在分集接收器中，输入到DSP的相应数据流130.1、…、130.n被指派不同的权重。基于从发射器接收的导频信号，计算权重集合以最小化错误概率。在此情况下，不同频率通道上的信息是“互补的”，因为当根据其经指派权重在DSP中组合时，每一通道均贡献于经优化的所接收信号。在至少一些情况下，将有利的是DSP 110实施MMO技术以从空间-时间矩阵、频率-时间矩阵和类似物复原信号。如下文将论述，此处理可包含例如从使用从发射器接收的导频信号进行的测量获得的传播系数的使用。可在不同波长通道上以及从不同的发射器子孔径发送单独的导频信号。同样，可在不同的接收器子孔径中接收导频信号。因此，可针对每一波长通道确定传播系数矩阵。在每一此矩阵内，给定系数表达给定发射器子孔径与给定接收器子孔径之间的衰减和相位延迟。下文将进一步描述此矩阵信息的使用。转到图3，图2的接收器布置的细节包含本机振荡器140，其将相位信息提供到光电检测器90以便实现相干检测。如果将在接收器中考虑所接收光信号的相位，那么相干检测是必要的。这对于PSK、QAM和其它高级调制格式以及对于将传播系数纳入考虑的MMO处理是重要的，如下 文将论述。(所属领域的技术人员将了解，对于相干检测，在接收器布置中恰在光电检测器90之前通常包含光学混合体。为了呈现的简单，已从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.07 US 61/362,201;2010.10.29 US 12/915,5061.一种方法，其包括: 收集至少一个自由空间光束； 按波长将所述光束多路分用为两个或两个以上子光束； 检测所述子光束中的每一者以产生电输出；以及 使用来自所述输出中的至少两者的互补信息来复原信号。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述子光束中的每一者上接收导频信号，且其中所述复原步骤是使用所述所接收导频信号实施的。3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述多路分用步骤之后将所述子光束中的每一者引导到两个或两个以上空间分离的子孔径的阵列上；且其中所述检测步骤包括单独地检测在所述子孔径中的每一者中收集的光，进而针对每一经波长多路分用的子光束产生多分量电输出，所述多分量电输出针对至少两个所述子孔径中的每一者具有一个分量。4.一种设备，其包括: 光学望远镜； 波长多路分用器，其经布置以将由所述望远镜选择的光分离为占据不同波长带的若干子光束； 检测器级，其经布置以将每一子光束转换为电输出；以及 接收器，其与所述子光束输出中的每一者成接收关系，且经配置以使用来自至少两个所述子光束输出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬凯·陈，金田纪明，亚历克斯·皮达威尔拜特斯基，
申请(专利权)人：阿尔卡特朗讯，LGS创新有限责任公司，
类型：
国别省市：