一种自由空间光通信AF相干探测OFDM多跳装置的制作方法

本实用新型涉及一种AF(Amplify and Forward，放大转发)相干探测OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)多跳装置。

背景技术：

自由空间光通信FSO(Free Space Optical)具有高性能传输速率，高安全级别，无需频谱许可和安装成本较低的优点，在过去的几年内，特别是无线自由空间光通信系统已经成为了非常有价值的研究。但是光信号在通过大气信道时，由于各种粒子的散射吸收产生的路径损耗，发射端和接收端的不稳定造成的瞄准误差以及大气自身随机波动的湍流效应都会对FSO链路系统造成很大的影响。

为了扩大通信范围，保证系统通信质量，提高通信系统的可靠性，可采用中继技术。多跳传输是一种中继传输方案，加入多个中继节点在扩大发射信号覆盖面积的同时也提高了系统的灵活性。在放大中继转发中一般被分为电放大转发方式和光放大中继方式。采用光放大器对接收到的光信号直接进行放大处理，直接进行光放大采用掺铒光纤放大器(EDFA)的AF中继方式。EDFA可以直接对光信号进行放大，不需要转换到电域进行放大。在2014年Xuan Tang的Multihop Free-Space Optical Communications Over Turbulence Channels with Pointing Errors using Heterodyne Detection中研究了放大转发中继与DPSK调制方式相结合的多跳通信系统。该文中使用的是DPSK调制方式，而相比DPSK，利用正交频分复用(OFDM)技术可以有效地抑制符号间干扰(ISI)，因其抵抗频率选择性衰落和窄带噪声能力强，较高的频带利用率，可以很好地抑制大气信道引起的随机衰落效应。另一篇2014年希腊H.E.Nistazakis发表的文献BER estimation for multi-hop RoFSO QAM or PSK OFDM Communication systems over gamma-gamma or exponentially modeled turbulence channels中研究了在译码转发DF(Decode and Forward)中采用直接探测OFDM方式的多跳系统，通过对中断概率和误码率来研究整个多跳系统的通信性能。但是采用直接OFDM探测相比于相干探测，信号的信噪比无法进一步提高并且系统处理微弱信号的能力比较弱。更重要的是，DF转发相比于AF转发中继技术比较而言，结构比较复杂、成本高、难于实现。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有的不足，提供一种自由空间光通信AF相干探测OFDM多跳装置，本实用新型采用放大转发多跳系统可以进一步的扩大了发射端覆盖的面积并且增加了系统链路的容量，从而提高通信系统的可靠性，同时增加对微弱信号处理能力。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种自由空间光通信AF相干探测OFDM多跳装置，它包括依次相连的发射端、L个AF中继节点和接收端；其中L为正整数，L个AF中继节点安放在发射端到接收端的非直线路径上。

进一步的，所述发射端包括依次相连的第一低通滤波器、第一混频器、第一带通滤波器、马赫-曾德尔调制器、第一光带通滤波器和第一发射天线；所述马赫-曾德尔调制器还连接有第一激光器。

进一步的，所述AF中继节点包括依次相连的第一接收天线、光硬限幅电路、掺铒光纤放大器、第二发射天线。

进一步的，所述接收端包括依次相连的第二接收天线、幅度放大器、光混频器、第二激光器、第二光带通滤波器、光电探测器、第二带通滤波器、第二混频器和第二低通滤波器；其中，所述光混频器上还连接有第二激光器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的自由空间光通信放大转发OFDM多跳装置能够采用类似接力的方式来增加发射端覆盖面积和系统链路的容量，提高信号的信噪比和系统处理微弱信号的能力，减少在传输过程中大气湍流对系统的影响。本实用新型结构简单、系统部署更有灵活性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意框图；

图2为本实用新型的发射端结构示意框图；

图3为本实用新型的放大中继节点结构示意框图；

图4本实用新型的接收端结构示意框图；

图中，第一低通滤波器1、第一混频器2、第一带通滤波器3、第一激光器4、马赫-曾德尔调制器5、第一光带通滤波器6、第一发射天线7、第一接收天线8、光硬限幅电路9、掺铒光纤放大器10、第二发射天线11、第二接收天线12、幅度放大器13、光混频器14、第二激光器15、第二光带通滤波器16、光电探测器17、第二带通滤波器18、第二混频器19、第二低通滤波器20、Tx为发射端、R_L为AF中继节点、Rx为接收端。

具体实施方式

本实用新型自由空间光通信AF放大转发OFDM多跳装置包括图1所示的总体结构、图2所示的发射端结构、图3所示的AF中继节点结构和图4所示的接收端结构。

如图1所示，本实用新型包括依次相连的发射端Tx、L个AF中继节点R_L、接收端Rx，其中L为正整数，L个AF中继节点安放在发射端到接收端的非直线路径上。

如图2所示，发射端包括依次电连接的第一低通滤波器1、第一混频器2、第一带通滤波器3、马赫-曾德尔调制器5、第一光带通滤波器6、第一发射天线7，第一激光器4和马赫-曾德尔调制器5进行电连接。

通过外接的OFDM调制器调制成OFDM信号作为原始数据信号，信号通过第一低通滤波器1滤掉高频噪声，再通过第一混频器2外加高频信号LO₁将OFDM信号进行上变频到一个合适的中频f_LO1上。经变频后的信号通过第一带通滤波器3滤除高频和低频分量的噪声。通过马赫-曾德尔调制器5对第一激光器4进行光强度调制，然后调制到光载波上。经过第一光带通滤波器6滤掉噪声后，信号光通过第一发射天线7发射到自由空间大气信道中。

如图3所示，AF中继节点包括依次用光纤连接的第一接收天线8、光硬限幅电路9、掺铒光纤放大器10、第二发射天线11。

通过第一接收天线8接收大气中的信号，然后通过光硬限幅电路9进行功率限幅，这是为了防止较高功率的信号对后续放大器产生损坏。限幅以后的光信号通过掺铒光纤放大器10放大处理，放大后的信号经过第二发射天线11转发到下一个AF中继节点中处理。

如图4所示，接收端包括第二接收天线12、幅度放大器13、光混频器14、第二激光器15、第二光带通滤波器16、光电探测器17、第二带通滤波器18、第二混频器19和第二低通滤波器20。其中，所述第二接收天线12、幅度放大器13、光混频器14、第二光带通滤波器16、光电探测器17依次用光纤连接，光电探测器17、第二带通滤波器18、第二混频器19和第二低通滤波器20依次电连接，所述光混频器14与第二激光器15用光纤连接。

第二接收天线12接收信号光，幅度放大器13对接收的信号进行放大处理，处理后的信号光和第二激光器15产生的虚拟本振光在光混频器14中进行外差混频。混频后经过第二光带通滤波器16滤掉直流项和高频项，进入光电探测器17探测响应电流。探测后得到的电信号需要利用第二带通滤波器18使带宽控制在中频信号检测范围内，即可检测到中频电信号。在电域的解调和判决过程同样需要第二混频器19来完成混频运算，即与外加的高频信号LO₂相乘,混频后的信号通过第二低通滤波器20就可以提取出有用的OFDM信号。OFDM信号由外接的OFDM解调器解调出原始数据信号。

本实用新型通过以上设计，能够很好的扩大了发射端覆盖的面积并且增加了系统链路的容量，从而提高通信系统的可靠性和对微弱信号处理能力。同时也增加了系统部署的灵活性。