一种适用于相干激光通信的分集接收系统的制作方法

本发明涉及空间激光通信，具体是一种适用于相干激光通信的分集接收系统。

背景技术：

1、空间激光通信具有通信速率高、信息容量大、抗干扰力强、保密性高等优势，已逐渐应用在卫星通信、激光射频一体化通信、应急通信、战术通信、5g回传等方面。激光信号在大气信道中传输时，将受到大气散射、大气吸收、大气湍流、云雾等效应的影响，导致接收光信号产生随机衰落与衰减，降低了激光通信的链路可靠性。由于大气信道不同路径的非相关性，在接收端采用多幅接收天线进行分集接收可有效抑制大气信道的影响，从而提高激光通信的可靠性。基于单发多收的分集接收结构，因其结构简单且能借鉴传统无线通信的信号合并算法，在空间激光通信中得到了广泛研究。

2、在实际的激光通信系统设计中，尤其是相干激光通信，接收机常面临信号光与本振光之间的频率差较大(ghz量级)、多路光信号同步较为困难等技术挑战，限制了分集接收在激光通信系统上的实用化。现有技术[1](michael g.taylor.phase estimationmethods for optical coherent detection using digital signalprocessing.journal of lightwave technology,2009,27(7).)采用数字信号处理算法进行相位噪声补偿，但是对于ghz的大频率差问题，算法补偿存在功耗大、资源消耗多、时延大等困难。现有技术[2](祝尊震，周海军，谢玮霖，秦杰，董毅.10-gb/shomodyne receiverbased on costas loop with enhanced dynamic performance.ieee internationalconference on optical communications and networks(icocn),2017.)提出了基于光锁相技术的零差相干接收机，能实时补偿信号光与本振光的较大频率差，但是并未考虑如何应用在分集接收系统上。现有技术[3](aniceto belmonte.digital equalization oftime-delay array receivers on coherent laser communications.optics letters,2017,42(2).)提出了采用光纤移相器、光纤延迟线进行多路光信号的同步接收，虽然实现了相干激光通信的分集接收，但是由于各支路光信号的随机抖动和漂移，需要对光纤移相器、光纤延迟线等进行复杂的稳相、隔振等控制，实现复杂度较高。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供了一种适用于相干激光通信的分集接收系统，解决现有技术存在的实现复杂度较高等问题。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

3、一种适用于相干激光通信的分集接收系统，包括并排设置的主支路、n个分支路、相干合并模块，n个分支路按距离主支路由近及远的方向编号依次增大，分别记为1,2，...，i，...，n；主支路包括依次连接的光放大器、90°光混频器、零差相干光接收机，每个分支路包括依次连接的光放大器、90°光混频器，每个90°光混频器有一路光信号输入，每个分支路的输出端、各相噪补偿模块的输出端分别与相干合并模块的输入端连接，零差相干光接收机的输出端还与各个90°光混频器的输入端分别连接；其中，i表示分支路的编号，1＜i≤n，n≥2，i、n均为整数。

4、作为一种优选的技术方案，每个分支路还包括平衡探测器，每个分支路中，光放大器、90°光混频器、平衡探测器依次连接。

5、作为一种优选的技术方案，每个分支路还包括相噪补偿模块，每个分支路中，光放大器、90°光混频器、平衡探测器、相噪补偿模块依次连接。

6、作为一种优选的技术方案，相噪补偿模块包括依次连接的低通滤波模块、模数转换模块、相位恢复算法模块、信号判决模块，信号判决模块的输出端与相干合并模块的输入端连接。

7、作为一种优选的技术方案，相干合并模块包括k个相干支路、加法器，每个相干支路包括相互连接的信道估计模块、匹配滤波模块，每个匹配滤波模块的输出端分别与加法器的输入端连接；其中，k≥2且k为整数。

8、作为一种优选的技术方案，相干合并模块还包括相位同步模块，相位同步模块的输入端与每个匹配滤波模块的输出端分别连接，相位同步模块的输出端与加法器的输入端连接。

9、作为一种优选的技术方案，相干合并模块还包括时延同步模块，时延同步模块的输入端与相位同步模块的输出端连接，时延同步模块的输出端与加法器的输入端连接。

10、作为一种优选的技术方案，零差相干光接收机的信号调制格式为bpsk,且对调制格式透明。

11、作为一种优选的技术方案，n＝2。

12、作为一种优选的技术方案，零差相干光接收机输出的本振激光的中心波长为1550nm，调谐范围达40ghz。

13、本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

14、(1)本发明可直接应用于空间相干激光通信、大气激光通信等，大幅度降低了激光通信的系统误码率，从而提高激光通信的链路可靠性；

15、(2)本发明中，主支路的零差相干接收机使用了光学锁相技术来补偿信号光与本振光之间较大的频率差，并输出本振光供给其他支路用作相干检测，从而避免了其他支路重复使用复杂的光学锁相技术；

16、(3)本发明中，支路的本振光与信号光之间没有频率差，而只存在残余的相位偏差，从而避免了数字相干接收中需要同时补偿较大频率差、随机相位偏差等棘手问题，仅需简单的相噪补偿算法即可解调出数字信号，设计难度低及且功耗低；

17、(4)本发明中，相干合并模块采用信道估计、相位同步、时延同步等技术来实现多路信号的相干合并，环境适应性强且实现复杂度低；

18、(5)本发明可通过灵活调整数据帧的导频数量以实现不同大气信道条件下的分集接收；

19、(6)本发明采用对调制格式透明，兼容开关键控(ook)、二进制相位键控调制(bpsk)、差分相移键控(dpsk)、四进制正交相移键控(qpsk)、正交振幅调制(qam)等高阶调制格式的零差相干接收与分集接收；

20、(7)本发明属于混合的零差(模拟)相干接收和数字相干接收技术，使用成熟的商用器件，组合方式简单，易于推广到多路(n>3)的分集接收。

技术特征：

1.一种适用于相干激光通信的分集接收系统，其特征在于，包括并排设置的主支路、n个分支路、相干合并模块(6)，n个分支路按距离主支路由近及远的方向编号依次增大，分别记为1,2，...，i，...，n；主支路包括依次连接的光放大器(1)、90°光混频器(2)、零差相干光接收机(3)，每个分支路包括依次连接的光放大器(1)、90°光混频器(2)，每个90°光混频器(2)有一路光信号输入，每个分支路的输出端、各相噪补偿模块(5)的输出端分别与相干合并模块(6)的输入端连接，零差相干光接收机(3)的输出端还与各个90°光混频器(2)的输入端分别连接；其中，i表示分支路的编号，1＜i≤n，n≥2，i、n均为整数。

2.根据权利要求1所述的一种适用于相干激光通信的分集接收系统，其特征在于，每个分支路还包括平衡探测器(4)，每个分支路中，光放大器(1)、90°光混频器(2)、平衡探测器(4)依次连接。

3.根据权利要求2所述的一种适用于相干激光通信的分集接收系统，其特征在于，每个分支路还包括相噪补偿模块(5)，每个分支路中，光放大器(1)、90°光混频器(2)、平衡探测器(4)、相噪补偿模块(5)依次连接。

4.根据权利要求3所述的一种适用于相干激光通信的分集接收系统，其特征在于，相噪补偿模块(5)包括依次连接的低通滤波模块(51)、模数转换模块(52)、相位恢复算法模块(53)、信号判决模块(54)，信号判决模块(54)的输出端与相干合并模块(6)的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的一种适用于相干激光通信的分集接收系统，其特征在于，相干合并模块(6)包括k个相干支路、加法器(65)，每个相干支路包括相互连接的信道估计模块(61)、匹配滤波模块(62)，每个匹配滤波模块(62)的输出端分别与加法器(65)的输入端连接；其中，k≥2且k为整数。

6.根据权利要求5所述的一种适用于相干激光通信的分集接收系统，其特征在于，相干合并模块(6)还包括相位同步模块(63)，相位同步模块(63)的输入端与每个匹配滤波模块(62)的输出端分别连接，相位同步模块(63)的输出端与加法器(65)的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的一种适用于相干激光通信的分集接收系统，其特征在于，相干合并模块(6)还包括时延同步模块(64)，时延同步模块(64)的输入端与相位同步模块(63)的输出端连接，时延同步模块(64)的输出端与加法器(65)的输入端连接。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种适用于相干激光通信的分集接收系统，其特征在于，零差相干光接收机(3)的信号调制格式为bpsk,且对调制格式透明。

9.根据权利要求8所述的一种适用于相干激光通信的分集接收系统，其特征在于，n＝2。

10.根据权利要求9所述的一种适用于相干激光通信的分集接收系统，其特征在于，零差相干光接收机(3)输出的本振激光的中心波长为1550nm，调谐范围达40ghz。

技术总结
本发明涉及空间激光通信技术领域，公开了一种适用于相干激光通信的分集接收系统，包括并排设置的主支路、N个分支路、相干合并模块，N个分支路按距离主支路由近及远的方向编号依次增大，分别记为1,2，...，i，...，N；主支路包括依次连接的光放大器、90°光混频器、零差相干光接收机，每个分支路包括依次连接的光放大器、90°光混频器，每个90°光混频器有一路光信号输入，每个分支路的输出端、各相噪补偿模块的输出端分别与相干合并模块的输入端连接，零差相干光接收机的输出端还与各个90°光混频器的输入端分别连接。本发明解决了现有技术存在的实现复杂度较高等问题。

技术研发人员：周海军,吴世奇,林贻翔
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12