專利名稱：一種用于激光通信的調(diào)制解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光通信領(lǐng)域，尤其是一種用于激光通信的調(diào)制解調(diào)方法。
背景技術(shù)：
在深空激光通信中，由于對(duì)衛(wèi)星載荷功耗的限制，以及長(zhǎng)距離的能量衰減，采用單光子探測(cè)器將大大降低對(duì)激光器能量的要求。由于單光子探測(cè)器只能檢測(cè)是否收到光脈沖，無(wú)法分辨脈沖里光子數(shù)的多少，那么，結(jié)合單光子探測(cè)器就無(wú)法采用強(qiáng)度調(diào)制解調(diào)的方法。脈沖位置調(diào)制解調(diào)(PPM)方法則和單光子探測(cè)器結(jié)合很好，并且脈沖位置調(diào)制解調(diào)方法本身具有能量利用率高的優(yōu)勢(shì)，而且可抗大氣環(huán)境造成的光子數(shù)漲落的影響，然而脈沖位置調(diào)制解調(diào)方法以犧牲數(shù)據(jù)傳輸速率來(lái)減少平均功率，付出了帶寬的代價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在脈沖位置調(diào)制解調(diào)方法的基礎(chǔ)上利用光子偏振態(tài)， 在相同帶寬條件下增加數(shù)據(jù)傳輸速率的用于激光通信的調(diào)制解調(diào)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種用于激光通信的調(diào)制解調(diào)方法，該方法包括下列順序的步驟
(1)調(diào)制端將信道數(shù)字信息按2mbit分段，2mbit的前段mbit轉(zhuǎn)換為激光器發(fā)送H偏振態(tài)的時(shí)隙，2mbit的后段mbit轉(zhuǎn)換為激光器發(fā)送V偏振態(tài)的時(shí)隙，驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)光，經(jīng)過(guò)偏振合束器耦合輸出；
(2)解調(diào)端將采集到的光信號(hào)通過(guò)偏振分束器分成兩路，經(jīng)探測(cè)器得到響應(yīng)事件的時(shí)間并輸出，將時(shí)間按2m個(gè)時(shí)隙單位分段，對(duì)每段內(nèi)的探測(cè)器的輸出時(shí)隙進(jìn)行聯(lián)合判決，得到2mbit的信道數(shù)字信息。由上述技術(shù)方案可知，現(xiàn)有的調(diào)制解調(diào)方法，在2-個(gè)時(shí)隙里發(fā)一個(gè)脈沖只能傳輸 mbit，而本發(fā)明在2-個(gè)時(shí)隙里發(fā)兩個(gè)可分辨的脈沖，其中一個(gè)脈沖傳輸mbit，那么兩個(gè)脈沖可以傳輸2mbit，可見(jiàn)，在不改變調(diào)制周期和帶寬的情況下，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。本發(fā)明在脈沖位置調(diào)制解調(diào)方法的基礎(chǔ)上，利用光子正交偏振態(tài)，在相同帶寬條件下提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。


圖1是現(xiàn)有的3階PPM調(diào)制編碼與時(shí)隙對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖； 圖2是本發(fā)明的正交偏振態(tài)結(jié)合3階PPM的調(diào)制原理圖3是本發(fā)明的正交偏振態(tài)結(jié)合3階PPM的解調(diào)原理圖； 圖4是本發(fā)明的正交偏振態(tài)結(jié)合3階PPM的聯(lián)合判決原理圖。
具體實(shí)施例方式一種用于激光通信的調(diào)制解調(diào)方法，該方法包括下列順序的步驟
第一，調(diào)制端將信道數(shù)字信息按2mbit分段，2mbit的前段mbit轉(zhuǎn)換為激光器發(fā)送H偏振態(tài)的時(shí)隙，2mbit的后段mbit轉(zhuǎn)換為激光器發(fā)送V偏振態(tài)的時(shí)隙，驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)光，經(jīng)過(guò)偏振合束器3耦合輸出；第二，解調(diào)端將采集到光信號(hào)通過(guò)偏振分束器4分成兩路，經(jīng)探測(cè)器得到響應(yīng)事件的時(shí)間并輸出，將時(shí)間按2m個(gè)時(shí)隙單位分段，對(duì)每段內(nèi)的探測(cè)器的輸出時(shí)隙進(jìn)行聯(lián)合判決，得到2mbit的信道數(shù)字信息，如圖2、3所示。如圖2所示，所述的激光器由H態(tài)激光器1和V態(tài)激光器2組成，2mbit的前段 mbit轉(zhuǎn)換為H態(tài)激光器1發(fā)送H偏振態(tài)的時(shí)隙，2mbit的后段mbit轉(zhuǎn)換為V態(tài)激光器2發(fā)送V偏振態(tài)的時(shí)隙，驅(qū)動(dòng)H態(tài)激光器1、V態(tài)激光器2發(fā)光，H態(tài)激光器1、V態(tài)激光器2發(fā)出的光經(jīng)過(guò)偏振合束器3耦合輸出至偏振分束器4。調(diào)制端和解調(diào)端通過(guò)前導(dǎo)字符協(xié)議，調(diào)制端根據(jù)前導(dǎo)碼字驅(qū)動(dòng)H態(tài)激光器1、V態(tài)激光器2發(fā)光，解調(diào)端通過(guò)搜索前導(dǎo)碼字尋找到起始時(shí)隙，當(dāng)H、V態(tài)占用同一時(shí)隙時(shí)，調(diào)制端和解調(diào)端協(xié)定只發(fā)送其中的H態(tài)信息。如圖3所示，所述的探測(cè)器由H態(tài)探測(cè)器5和V態(tài)探測(cè)器6組成，偏振分束器4分成兩路輸出，一路輸出至H態(tài)探測(cè)器5，另一路輸出至V態(tài)探測(cè)器6，經(jīng)H態(tài)探測(cè)器5、V態(tài)探測(cè)器6得到響應(yīng)事件的時(shí)間并輸出，將時(shí)間按2-個(gè)時(shí)隙單位分段，對(duì)每段內(nèi)的H態(tài)探測(cè)器 5、V態(tài)探測(cè)器6的輸出時(shí)隙進(jìn)行聯(lián)合判決，得到2mbit的信道數(shù)字信息。H態(tài)探測(cè)器5、V態(tài)探測(cè)器6均采用雪崩二極管單光子探測(cè)器。如圖4所示，若2m個(gè)時(shí)隙只檢測(cè)到一個(gè)時(shí)隙si有響應(yīng)，無(wú)論是H態(tài)探測(cè)器5或V 態(tài)探測(cè)器6或兩個(gè)探測(cè)器有響應(yīng)，解調(diào)時(shí)H、V態(tài)信息都用這個(gè)時(shí)隙si解調(diào)；若2m個(gè)時(shí)隙檢測(cè)到兩個(gè)時(shí)隙si、s2有響應(yīng)，并且H態(tài)探測(cè)器5、V態(tài)探測(cè)器6響應(yīng)分別占用si、s2時(shí)隙， 則H態(tài)信息用si解調(diào)，V態(tài)信息用s2解調(diào)；若2m個(gè)時(shí)隙檢測(cè)到兩個(gè)時(shí)隙si、s2有響應(yīng)，并且H態(tài)探測(cè)器5響應(yīng)占用兩個(gè)時(shí)隙，V態(tài)只占用一個(gè)時(shí)隙s2，則H態(tài)信息用si解調(diào)，V態(tài)信息用s2解調(diào)；若2m個(gè)時(shí)隙檢測(cè)到兩個(gè)時(shí)隙sl、s2有響應(yīng)，并且V態(tài)探測(cè)器6響應(yīng)占用兩個(gè)時(shí)隙，H態(tài)只占用一個(gè)時(shí)隙sl，則H態(tài)信息用si解調(diào)，V態(tài)信息用s2解調(diào)，對(duì)于其它響應(yīng)情況則無(wú)法有效判決，H、V態(tài)信息解調(diào)為隨機(jī)比特。聯(lián)合判決方案則保證了足夠的抗干擾性能。如圖1所示，現(xiàn)有的脈沖位置調(diào)制解調(diào)(PPM)方法，是將二進(jìn)制的m個(gè)bit映射為 2m個(gè)時(shí)隙中某個(gè)有效時(shí)隙，如mbit為011，則映射為8個(gè)時(shí)隙中的第3個(gè)時(shí)隙發(fā)送脈沖；接收端則將時(shí)間按2m個(gè)時(shí)隙分段，在段內(nèi)尋找檢測(cè)到脈沖的相對(duì)位置，則能解調(diào)出m個(gè)bit， 若在第3個(gè)位置檢測(cè)到脈沖，則解調(diào)出011。PPM這種調(diào)制方式本質(zhì)上是一種相位調(diào)制，能量利用率高，而且抗干擾能力強(qiáng)，但是PPM方法是以犧牲數(shù)據(jù)傳輸速率來(lái)減少平均功率，付出了帶寬的代價(jià)。為此，本發(fā)明在原來(lái)PPM調(diào)制方法基礎(chǔ)上，結(jié)合正交偏振態(tài)調(diào)制提高了數(shù)據(jù)傳輸率，在較高的正交偏振態(tài)對(duì)比度下，同樣能有很好的抗干擾能力。以3階PPM為例進(jìn)行說(shuō)明，如圖2所示，首先，通過(guò)前導(dǎo)字符協(xié)議驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)光， 之后，信道編碼輸出的信息按2m=6bit長(zhǎng)度分段，如010 011 110 100 111 001···。對(duì)于第一段010 011，前、后!Bbit分別經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)隙轉(zhuǎn)換的算法變?yōu)?個(gè)調(diào)制比特，這些比特值驅(qū)動(dòng)相應(yīng)偏振態(tài)的激光器發(fā)光，值為1則發(fā)光，為0則不發(fā)光。H、V態(tài)光脈沖經(jīng)過(guò)偏振合束器3耦合發(fā)出。如果前、后8個(gè)調(diào)制比特的值一樣，我們約定此時(shí)只有H態(tài)激光器1發(fā)光， 這樣可避免同一時(shí)隙同時(shí)有兩個(gè)態(tài)，并可節(jié)省總發(fā)射功率。以3階PPM為例進(jìn)行說(shuō)明，如圖3所示，將采集到光信號(hào)經(jīng)過(guò)偏振分束器4分成兩路，H態(tài)和V態(tài)脈沖分別輸入到H、V態(tài)探測(cè)器5、6進(jìn)行檢測(cè)，H、V態(tài)探測(cè)器5、6得到響應(yīng)事件的時(shí)間并輸出。首先，通過(guò)前導(dǎo)字符協(xié)議找到前導(dǎo)字符，得到起始時(shí)隙，之后，將時(shí)間按8 個(gè)時(shí)隙單位分段，對(duì)每段內(nèi)的兩個(gè)探測(cè)器的輸出時(shí)隙進(jìn)行聯(lián)合判決，得到2m=6 bit的信道
數(shù)字信息。以3階PPM為例進(jìn)行說(shuō)明，如圖4所示，聯(lián)合判決方案源于實(shí)際制備的H、V正交偏振態(tài)并非絕對(duì)正交，而有一定的偏振誤差，如果發(fā)送H態(tài)，V態(tài)有非零的響應(yīng)概率。若如 CaSel、2、3的任何一種情況，8個(gè)時(shí)隙只檢測(cè)到一個(gè)時(shí)隙si有響應(yīng)，無(wú)論是H探測(cè)器5或V 探測(cè)器6或兩個(gè)探測(cè)器有響應(yīng)，解調(diào)時(shí)H、V態(tài)信息都用這個(gè)時(shí)隙si解調(diào)；若如caSe4情況， 8個(gè)時(shí)隙檢測(cè)到兩個(gè)時(shí)隙si、s2有響應(yīng)，并且H態(tài)探測(cè)器5和V態(tài)探測(cè)器6響應(yīng)分別占用 si、s2時(shí)隙，則H態(tài)信息用si解調(diào)，V態(tài)信息用s2解調(diào)；若如caSe5情況，8個(gè)時(shí)隙檢測(cè)到兩個(gè)時(shí)隙sl、s2有響應(yīng)，并且H態(tài)占用兩個(gè)時(shí)隙，V態(tài)只占用一個(gè)時(shí)隙s2，則H態(tài)信息用si 解調(diào)，V態(tài)信息用s2解調(diào)；若如caSe6情況，8個(gè)時(shí)隙檢測(cè)到兩個(gè)時(shí)隙sl、s2有響應(yīng)，并且V 態(tài)占用兩個(gè)時(shí)隙，H態(tài)只占用一個(gè)時(shí)隙sl，則H態(tài)信息用si解調(diào)，V態(tài)信息用s2解調(diào)。對(duì)于其它響應(yīng)情況，則不能有效判決，H、V態(tài)信息解調(diào)為隨機(jī)比特。
權(quán)利要求
1.一種用于激光通信的調(diào)制解調(diào)方法，該方法包括下列順序的步驟(1)調(diào)制端將信道數(shù)字信息按2mbit分段，2mbit的前段mbit轉(zhuǎn)換為激光器發(fā)送H偏振態(tài)的時(shí)隙，2mbit的后段mbit轉(zhuǎn)換為激光器發(fā)送V偏振態(tài)的時(shí)隙，驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)光，經(jīng)過(guò)偏振合束器耦合輸出；(2)解調(diào)端將采集到的光信號(hào)通過(guò)偏振分束器分成兩路，經(jīng)探測(cè)器得到響應(yīng)事件的時(shí)間并輸出，將時(shí)間按2m個(gè)時(shí)隙單位分段，對(duì)每段內(nèi)的探測(cè)器的輸出時(shí)隙進(jìn)行聯(lián)合判決，得到2mbit的信道數(shù)字信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光通信的調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于所述的激光器由H態(tài)激光器和V態(tài)激光器組成，2mbit的前段mbit轉(zhuǎn)換為H態(tài)激光器發(fā)送H偏振態(tài)的時(shí)隙，2mbit的后段mbit轉(zhuǎn)換為V態(tài)激光器發(fā)送V偏振態(tài)的時(shí)隙，驅(qū)動(dòng)H態(tài)激光器、V態(tài)激光器發(fā)光，H態(tài)激光器、V態(tài)激光器發(fā)出的光經(jīng)過(guò)偏振合束器耦合輸出至偏振分束器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光通信的調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于所述的探測(cè)器由H態(tài)探測(cè)器和V態(tài)探測(cè)器組成，偏振分束器分成兩路輸出，一路輸出至H態(tài)探測(cè)器，另一路輸出至V態(tài)探測(cè)器，經(jīng)H態(tài)探測(cè)器、V態(tài)探測(cè)器得到響應(yīng)事件的時(shí)間并輸出，將時(shí)間按2m 個(gè)時(shí)隙單位分段，對(duì)每段內(nèi)的H態(tài)探測(cè)器、V態(tài)探測(cè)器的輸出時(shí)隙進(jìn)行聯(lián)合判決，得到2mbit 的信道數(shù)字信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于激光通信的調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于調(diào)制端和解調(diào)端通過(guò)前導(dǎo)字符協(xié)議，調(diào)制端根據(jù)前導(dǎo)碼字驅(qū)動(dòng)H態(tài)激光器、V態(tài)激光器發(fā)光，解調(diào)端通過(guò)搜索前導(dǎo)碼字尋找到起始時(shí)隙，當(dāng)H、V態(tài)占用同一時(shí)隙時(shí)，調(diào)制端和解調(diào)端協(xié)定只發(fā)送其中的H態(tài)信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于激光通信的調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于H態(tài)探測(cè)器、V 態(tài)探測(cè)器均采用雪崩二極管單光子探測(cè)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于激光通信的調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于若2m個(gè)時(shí)隙只檢測(cè)到一個(gè)時(shí)隙si有響應(yīng)，無(wú)論是H態(tài)探測(cè)器或V態(tài)探測(cè)器或兩個(gè)探測(cè)器有響應(yīng)，解調(diào)時(shí) H、V態(tài)信息都用這個(gè)時(shí)隙si解調(diào)；若2-個(gè)時(shí)隙檢測(cè)到兩個(gè)時(shí)隙si、s2有響應(yīng)，并且H態(tài)探測(cè)器、V態(tài)探測(cè)器響應(yīng)分別占用sl、s2時(shí)隙，則H態(tài)信息用si解調(diào)，V態(tài)信息用s2解調(diào)；若 2m個(gè)時(shí)隙檢測(cè)到兩個(gè)時(shí)隙sl、s2有響應(yīng)，并且H態(tài)探測(cè)器響應(yīng)占用兩個(gè)時(shí)隙，V態(tài)只占用一個(gè)時(shí)隙s2，則H態(tài)信息用si解調(diào)，V態(tài)信息用s2解調(diào)；若2-個(gè)時(shí)隙檢測(cè)到兩個(gè)時(shí)隙sl、s2 有響應(yīng)，并且V態(tài)探測(cè)器響應(yīng)占用兩個(gè)時(shí)隙，H態(tài)只占用一個(gè)時(shí)隙sl，則H態(tài)信息用si解調(diào)，V態(tài)信息用s2解調(diào)，對(duì)于其它響應(yīng)情況則無(wú)法有效判決，H、V態(tài)信息解調(diào)為隨機(jī)比特。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于激光通信的調(diào)制解調(diào)方法，該方法包括下列順序的步驟:調(diào)制端將信道數(shù)字信息按2mbit分段，2mbit的前段mbit轉(zhuǎn)換為激光器發(fā)送H偏振態(tài)的時(shí)隙，2mbit的后段mbit轉(zhuǎn)換為激光器發(fā)送V偏振態(tài)的時(shí)隙，驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)光，經(jīng)過(guò)偏振合束器耦合輸出；解調(diào)端將采集到的光信號(hào)通過(guò)偏振分束器分成兩路，經(jīng)探測(cè)器得到響應(yīng)事件的時(shí)間并輸出,將時(shí)間按2m個(gè)時(shí)隙單位分段，對(duì)每段內(nèi)的探測(cè)器的輸出時(shí)隙進(jìn)行聯(lián)合判決，得到2mbit的信道數(shù)字信息。本發(fā)明在2m個(gè)時(shí)隙里發(fā)兩個(gè)可分辨的脈沖，其中一個(gè)脈沖傳輸mbit，那么兩個(gè)脈沖可以傳輸2mbit，在不改變調(diào)制周期和帶寬的情況下，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。
文檔編號(hào)H04B10/10GK102208943SQ20111011838
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者劉尉悅, 彭承志, 湯艷琳, 潘建偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)