一种混合光编码方法及装置与流程

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种混合光编码方法及装置。

背景技术：

近年来，激光通信由于具有容量大、电磁兼容、保密性好、灵活性高等优势，一方面克服了光纤通信在灵活性方面的缺点，另一方面又解决了无线电通信在容量方面的缺点，因而最为人们看重。

对于一个激光通信系统来说，发射机的功能就是把由信源产生的各种形式的信息调制到光载波上，通过大气或者自由空间发射出去。激光通信在信号传输中存在衰减大、路径损耗大、发射天线易受大气波动或者大气湍流影响等问题。

为了保证激光通信的准确性，发射端的光学天线会根据系统要求选择合适的发射角度，但是由于大气波动等对发射方向的影响，需要提高天线阵列的对准精度。为了增大信号的传输距离，减少衰减对信号传输的影响，提高接收端的信噪比，需要在发射端提高发射功率，近年来随着激光器的发展，一般在发射端通过采用脉冲式的激光器来发射激光信号已达到增加发射功率的目的，脉冲式的激光器是指单个激光脉冲宽度小于0.25秒、每间隔一定时间才工作一次的激光器，它可以利用瞬时的激光信号获取较大的输出功率。

在传统的移动激光通信中，数据信息和控制信息是相互分离、各自传输的，通常采用激光脉冲信号实现数据信息的传输，利用控制信息来控制光发射天线的精确对准，所以在发射端需要两套不同的装置分别实现数据信息和控制信息的传输，这样的两套装置不但会增大系统的复杂度，而且会增加成本。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种在激光脉冲信号间隔之间插入控制信息的混合光编码方法及装置，可以利用一套装置来实现数据信息和控制信息的同时传输，采用混合光编码方式通过脉冲振幅调制(PAM)和脉冲位置调制(PPM)实现对激光脉冲信号和控制信息的编码和调制，再通过激光合波器实现激光脉冲信号与控制信息的混合。

本发明的技术方案是：一种混合光编码方法，包括如下步骤：

(1)将激光脉冲信号通过脉冲振幅调制方式PAM进行调制和编码；

(2)利用脉冲位置调制方式PPM对控制信息进行调制和编码；

(3)通过激光合波器实现对激光脉冲信号和控制信息的混合；

(4)将激光脉冲信号和控制信息的混合信号经光纤链路传输至激光相控阵；

(5)根据幅度的不同，通过幅度比较器分离出激光脉冲信号和控制信息；

(6)通过控制信息控制激光相控阵的相位调节单元阵列，控制激光脉冲的发射方向。

上述步骤(3)中所述的激光合波器将按照PPM调制方式调制后的控制信息合并到激光脉冲信号的脉冲间隔内，实现控制信息和激光脉冲信号的混合。

上述步骤(5)中所述的幅度比较器是根据控制信息和激光脉冲信号的幅度信息之间的不同来实现控制信息和激光脉冲信号的分离。

上述步骤(6)中所述的相位调节单元阵列是根据控制信息来实现控制各个相位单元的相移量，控制各个单元输出光波的相位在特定方向上。

一种混合光编码装置，包括激光脉冲器，所述激光脉冲器的输出端与PAM调制器的输入端连接，PAM调制器的输出端以及PPM调制器的输出端分别与激光合波器的输入端连接，激光合波器的输出端与光纤链路的输入端连接，光纤链路的输出端与幅度比较器的输入端连接，幅度比较器的输出端分别连接PPM解调器的输入端以及相位调节单元阵列的输入端，PPM解调器的输出端与相位调节单元阵列的输入端连接，相位调节单元阵列的输出端连接聚光透镜的输入端。

本发明的有益效果：本发明利用混合光编码方法对激光脉冲信号加入控制信息之后可以控制激光相控阵的相位调节单元阵列，微调整激光脉冲信号的方向，使激光脉冲信号的发射角度始终控制在系统的合理范围之内。利用混合光编码方法及装置不仅可以保证在发射端采用的是高功率的脉冲式激光信号，还可以同时控制激光相控阵的相位调节单元阵列，进而提高天线阵列的对准精度。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1为PPM调制方式图；

图2为混合光编码码元结构；

图3为混合光编码装置的系统框图；

图4为本发明的方法操作流程图；

图5为控制信息和激光脉冲信号的混合光信号。

附图标记说明：1、激光脉冲器；2、PAM调制器；3、PPM调制器；4、激光合波器；5、光纤链路；6、幅度比较器；7、PPM解调器；8、相位调节单元阵列；9、聚光透镜。

具体实施方式

光通信中，由于路径损耗，背景噪声等因素的影响，发射端往往需要发射较高功率的激光信号来实现通信，而且需要根据系统要求选择合适的发射角度。一般为了获得高功率的发射功率，在发射端我们采用脉冲式的激光发射器，脉冲式的激光器是指单个激光脉冲宽度小于0.25秒、每间隔一定时间才工作一次的激光器，它可以利用瞬时的激光信号获取较大的输出功率，由于激光脉冲之间存在着较大的时间间隔，所以我们可以在这些激光脉冲的时间间隔内加入控制比特，这样不仅可以实现较高的发射功率而且可以同时实现对激光脉冲发射方向的微调整。

由于激光脉冲信号幅度较大而控制信息的幅度较小，因此，可以通过幅度比较器来区分激光脉冲信号与控制信息，最终通过控制信息来控制激光相控阵的相位调节单元阵列，进而控制激光脉冲的发射方向。

脉冲式的激光器主要是利用短时间脉冲技术来实现瞬时的高功率，因此脉冲与脉冲之间存在着一定的时间间隔，为了实现发射方向的精确对准，我们可以充分利用这些时间间隔来加入控制信息，本发明具体是在激光脉冲的时间间隔之间加入微调激光方向的控制信息，使发射端的激光信号发射方向始终满足通信系统的要求。激光脉冲信号是通过PAM调制方式来进行调制编码，激光脉冲信号之间的控制信息是利用PPM方式来进行调制编码。PAM调制是脉冲幅度调制，原理是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。PPM调制是脉冲位置调制，它的原理是使通过编码产生PPM脉冲信号，对激光器发射的激光脉冲信号进行调制，在本发明中用8-PPM调制方式来实现PPM调制如图1所示。

假设两个激光脉冲信号之间的时间间隔固定为T1，在两个激光脉冲信号之间加入承载控制信息的低电平控制信息，与信号码源的起始位置的间隔为T2，混合信号经由光传输链路传输至激光相控阵，最终通过控制信息来控制激光相控阵的相位调节单元阵列，进而控制激光脉冲的发射方向，混合光编码码元结构如图2所示。

参照图3和图4，本发明提供的混合光编码方法及装置，其混合光编码方法包括如下步骤：

(1)将激光脉冲信号通过脉冲振幅调制方式(PAM)进行调制和编码；

(2)利用脉冲位置调制(PPM)方式对控制信息进行调制和编码；其中控制信息利用的是PPM调制方式进行调制编码，并且由于激光脉冲信号的振幅较大而控制信息的振幅较小，所以容易通过幅度的差距区分激光脉冲信号和控制信息。

(3)通过激光合波器实现对激光脉冲信号和控制信息的混合；激光合波器将按照PPM调制方式调制后的控制信息合并到激光脉冲信号的脉冲间隔内，实现控制信息和激光脉冲信号的混合。

(4)将激光脉冲信号和控制信息的混合信号经光纤链路传输至激光相控阵；

(5)根据幅度的不同，通过幅度比较器分离出激光脉冲信号和控制信息；幅度比较器是根据控制信息和激光脉冲信号的幅度信息之间的不同来实现控制信息和激光脉冲信号的分离。

(6)通过控制信息控制激光相控阵的相位调节单元阵列，控制激光脉冲的发射方向；相位调节单元阵列是根据控制信息来实现控制各个相位单元的相移量，控制各个单元输出光波的相位在特定方向上。

本发明的混合光编码装置，包括激光脉冲器1，所述激光脉冲器1的输出端与PAM调制器2的输入端连接，PAM调制器2的输出端以及PPM调制器3的输出端分别与激光合波器4的输入端连接，激光合波器4的输出端与光纤链路5的输入端连接，光纤链路5的输出端与幅度比较器6的输入端连接，幅度比较器6的输出端分别连接PPM解调器7的输入端以及相位调节单元阵列8的输入端，PPM解调器7的输出端与相位调节单元阵列8的输入端连接，相位调节单元阵列8的输出端连接聚光透镜9的输入端；本混合光编码装置的激光脉冲器将输入信号转换成脉冲式的激光信号随后经过PAM调制器按照PAM调制方式对激光脉冲信号进行调制编码，而控制信息经PPM调制器按照PPM调制方式进行调制和编码，控制信息和输入的激光脉冲信号经过激光合波器进行合并，合并后的激光信号经过光纤链路传输至幅度比较器，幅度比较器按照幅度的不同将激光脉冲信号和控制信息进行分离，随后控制信息经过PPM解调器恢复至原始的控制信息并对激光脉冲信号的相位单元阵列进行调节，然后将经相位调节单元阵列后的激光脉冲信号输入到聚光透镜，最后输出激光束。

本发明根据混合光编码方法的具体操作步骤，本发明装置如图3所示，输入信号经过激光脉冲器之后转化成脉冲式的激光信号，假设要传输的激光脉冲信号经过PAM调制编码后为110101110101，假设用于调整激光方向的控制信息经过PPM调制器调制编码后为010 100 101 110 001 100 010 100 101 110 001，激光脉冲信号与经PPM调制编码的控制信息通过激光合波器进行合并，合并后的信号如图5所示，由于激光脉冲信号和控制信息幅度相差很大，所以幅度比较器可以根据二者幅度的不同将控制信息与激光脉冲信号分离，经过PPM解调恢复的控制信息与激光脉冲信号进入相位调节单元阵列实现控制信息对激光脉冲信号的微调节，最后经过调整的激光脉冲信号进入聚光透镜进行下一步的输出。

因此，本发明利用混合光编码方法对激光脉冲信号加入控制信息之后可以实现控制激光相控阵的相位调节单元阵列，微调整激光脉冲信号的方向，使激光脉冲信号的发射角度始终控制在系统的合理范围之内。利用混合光编码方法不仅可以保证在发射端采用的是高功率的脉冲式激光信号，还可以同时控制激光相控阵的相位调节单元阵列，提高天线阵列的对准精度。

本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。