一种光信号的调制装置及其发射系统

本技术实施例涉及水下无线光通信，尤其涉及一种光信号的调制装置及其发射系统。

背景技术：

1、与传统的水声、射频等通信方式相比，无线激光通信具有通信速率高、体积功耗小、重量轻、延迟小等突出优点。但由于水下环境复杂，受海水介质吸收和散射的影响，通信距离受限一直制约着水下无线光通信的发展和应用。激光放大技术能够提高水下输出功率，但由于连续激光器本身功率很低，经过放大技术后的激光虽然平均功率有所提高，但仍未能满足水下长距离通信的需求。而脉冲激光器不仅能够提供高脉冲能量、高平均功率和高峰值功率，还能够降低水下激光通信中激光脉冲在传输过程中受海水介质中粒子的吸收和散射的影响，在较大的路径损耗下仍然能够观察到输出响应信号。以脉冲激光器为发射光源的水下通信发射系统是未来水下长距离通信的发展趋势。

2、相关技术中，2018年，中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室的胡思奇、米乐等采用波长为532nm、单脉冲能量为1mj的全固态脉冲激光器作为发射光源，采用ldpc编码和ppm调制技术，将信息进行加载到激光脉冲上，实现水下130m处误码率低于10-5的可靠通信，通信速率达到12kbit/s。2022年，华中科技大学采用450nm激光二极管，单脉冲能量为30nj，使用nrz-ook调制和spad检测，在15m的pvc管加入80db衰减器，在单光脉冲平均只有1.2个光子的条件下，可以实现误码率为1.6×10-4、数据速率为1mbit/s的光子计数uowc。根据测得的水道中最小所需功率，预计在清洁海水和纯净海水中的传输性能分别为140m和310m。实现通信必须要对脉冲激光进行信息加载，保证信息信号能够加载到脉冲激光上是实现水下高速长距离通信的前提。以上均为未调制的周期光脉冲输出。而实现通信必须要对脉冲激光进行信息加载，保证信息信号能够加载到脉冲激光上是实现水下高速长距离通信的前提。

3、关于上述技术方案，发明人发现至少存在如下一些技术问题：

4、在信息进行编码处理的过程中，由于fpga(field programmable gate array，现场可编程逻辑门阵列)器件的响应速度和器件内部连接，信息信号输出就会存在一定的延时。这些传递过程引起的延时会导致信息信号与激光无法同步进入调制器。调制后出现的波形出现差频或不同步现象，信息无法完全加载到脉冲激光上，从而导致最终传输数据的错误。因此在调制前需要对信息信号与载波信号进行同步处理。

5、因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

6、需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本实用新型的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种光信号的调制装置及其发射系统，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

2、根据本实用新型的第一方面，提供一种光信号的调制装置，包括：

3、脉冲光源，发送周期激光脉冲；

4、可编程集成电路，所述可编程集成电路与所述脉冲光源信息连接，用于提取时钟信息，并对待发送的信息进行编码得到加载信息；

5、延时电路，所述延时电路与所述可编程集成电路电连接，依据所述时钟信息对所述加载信息进行延时，以使所述加载信息和所述周期激光脉冲进行粗同步；

6、延时组件，所述延时组件与所述脉冲光源信息连接，对所述周期激光脉冲进行延时，以使所述加载信息和所述周期激光脉冲进行精同步；

7、调制组件，所述调制组件与所述延时电路电连接，并与所述延时组件信息连接，根据所述加载信息对所述周期激光脉冲进行调制，并发射调制后的光信号。

8、本实用新型中，所述可编程集成电路采用低密度奇偶校验码对所述待发送信息进行编码得到加载信息。

9、本实用新型中，所述可编程集成电路内设置有d触发器，所述d触发器用于输出所述时钟信息。

10、本实用新型中，所述延时组件包括：不同路径的光纤，通过改变所述脉冲光源到所述调制组件的传输距离对所述周期激光脉冲进行延时。

11、本实用新型中，所述延时电路测出所述加载信息和所述周期激光脉冲之间的时间差量，对所述加载信息进行延时的时间范围在所述时间差量加1ns到所述时间差量之间。

12、本实用新型中，所述延时组件对所述周期激光脉冲进行延时的时间为对所述加载信息进行延时的时间减去所述时间差量的差值。

13、本实用新型中，还包括放大组件：所述放大组件与所述调制组件信号连接，对调制后的光信号进行能量放大。

14、本实用新型中，还包括倍频组件：所述倍频组件与与所述调制组件信号连接，对调制后的光信号进行倍频处理后发射传输。

15、根据本实用新型的第二方面，一种基于上述任一项光信号的调制装置的发射系统，包括：

16、脉冲光源，用于获取周期激光脉冲；

17、可编程集成电路，用于接收待发送的信息并进行编码得到加载信息，并依据所述周期激光脉冲提取时钟信息；

18、延时电路，用于依据所述时钟信息对所述加载信息进行延时，以使所述加载信息和所述周期激光脉冲进行粗同步；

19、延时组件，用于对所述周期激光脉冲进行延时，以使所述加载信息和所述周期激光脉冲进行精同步；

20、调制组件，用于根据所述加载信息对所述周期激光脉冲进行调制，并发射调制后的光信号。

21、本实用新型中，还包括：探测器，所述探测器在水下接收将调制后的光信号，对调制后的光信号进行解调和译码并获得所述信息。

22、本实用新型提供的技术方案可以包括以下有益效果：

23、本实用新型中，通过上述装置及系统，通过对电信号和激光脉冲分别进行延时以达到高精度的同步，从而实现更高功率短脉冲的调制信号输出，提高了水下通信质量。

技术特征：

1.一种光信号的调制装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的调制装置，其特征在于，所述可编程集成电路采用低密度奇偶校验码对所述待发送信息进行编码得到加载信息。

3.根据权利要求1所述的调制装置，其特征在于，所述可编程集成电路内设置有d触发器，所述d触发器用于输出所述时钟信息。

4.根据权利要求1所述的调制装置，其特征在于，所述延时组件包括：不同路径的光纤，通过改变所述脉冲光源到所述调制组件的传输距离对所述周期激光脉冲进行延时。

5.根据权利要求1所述的调制装置，其特征在于，所述延时电路测出所述加载信息和所述周期激光脉冲之间的时间差量，对所述加载信息进行延时的时间范围在所述时间差量加1ns到所述时间差量之间。

6.根据权利要求5所述的调制装置，其特征在于，包括：所述延时组件对所述周期激光脉冲进行延时的时间为对所述加载信息进行延时的时间减去所述时间差量的差值。

7.根据权利要求1所述的调制装置，其特征在于，还包括放大组件：所述放大组件与所述调制组件信号连接，对调制后的光信号进行能量放大。

8.根据权利要求1所述的调制装置，其特征在于，还包括倍频组件：所述倍频组件与所述调制组件信号连接，对调制后的光信号进行倍频处理后发射传输。

9.一种基于光信号的调制装置的发射系统，所述光信号的调制装置为根据权利要求1至8中的任一项所述光信号的调制装置，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的发射系统，其特征在于，还包括：探测器，所述探测器在水下接收将调制后的光信号，对调制后的光信号进行解调和译码并获得所述信息。

技术总结
本技术是一种光信号的调制装置及其发射系统。该装置包括：脉冲光源，发送周期激光脉冲；可编程集成电路，与脉冲光源信息连接，用于提取时钟信息，并对待发送的信息进行编码得到加载信息；延时电路依据时钟信息对加载信息进行延时，以使加载信息和周期激光脉冲进行粗同步；延时组件对周期激光脉冲进行延时，以使加载信息和周期激光脉冲进行精同步；调制组件，与延时电路电连接，并与延时组件信息连接，根据加载信息对周期激光脉冲进行调制，并发射调制后的光信号。本技术通过对电信号和激光脉冲分别进行延时以达到高精度的同步，从而实现更高功率短脉冲的调制信号输出，提高了水下通信质量。

技术研发人员：贺锋涛,杨祎,李碧丽,宋雨芹,刘浩宇
受保护的技术使用者：西安邮电大学
技术研发日：20220518
技术公布日：2024/1/14