本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混合光編碼方法及裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，激光通信由于具有容量大、電磁兼容、保密性好、靈活性高等優(yōu)勢(shì)，一方面克服了光纖通信在靈活性方面的缺點(diǎn)，另一方面又解決了無(wú)線電通信在容量方面的缺點(diǎn)，因而最為人們看重。

對(duì)于一個(gè)激光通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，發(fā)射機(jī)的功能就是把由信源產(chǎn)生的各種形式的信息調(diào)制到光載波上，通過(guò)大氣或者自由空間發(fā)射出去。激光通信在信號(hào)傳輸中存在衰減大、路徑損耗大、發(fā)射天線易受大氣波動(dòng)或者大氣湍流影響等問(wèn)題。

為了保證激光通信的準(zhǔn)確性，發(fā)射端的光學(xué)天線會(huì)根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適的發(fā)射角度，但是由于大氣波動(dòng)等對(duì)發(fā)射方向的影響，需要提高天線陣列的對(duì)準(zhǔn)精度。為了增大信號(hào)的傳輸距離，減少衰減對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，提高接收端的信噪比，需要在發(fā)射端提高發(fā)射功率，近年來(lái)隨著激光器的發(fā)展，一般在發(fā)射端通過(guò)采用脈沖式的激光器來(lái)發(fā)射激光信號(hào)已達(dá)到增加發(fā)射功率的目的，脈沖式的激光器是指單個(gè)激光脈沖寬度小于0.25秒、每間隔一定時(shí)間才工作一次的激光器，它可以利用瞬時(shí)的激光信號(hào)獲取較大的輸出功率。

在傳統(tǒng)的移動(dòng)激光通信中，數(shù)據(jù)信息和控制信息是相互分離、各自傳輸?shù)?，通常采用激光脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸，利用控制信息來(lái)控制光發(fā)射天線的精確對(duì)準(zhǔn)，所以在發(fā)射端需要兩套不同的裝置分別實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息和控制信息的傳輸，這樣的兩套裝置不但會(huì)增大系統(tǒng)的復(fù)雜度，而且會(huì)增加成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種在激光脈沖信號(hào)間隔之間插入控制信息的混合光編碼方法及裝置，可以利用一套裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息和控制信息的同時(shí)傳輸，采用混合光編碼方式通過(guò)脈沖振幅調(diào)制(PAM)和脈沖位置調(diào)制(PPM)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光脈沖信號(hào)和控制信息的編碼和調(diào)制，再通過(guò)激光合波器實(shí)現(xiàn)激光脈沖信號(hào)與控制信息的混合。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種混合光編碼方法，包括如下步驟：

(1)將激光脈沖信號(hào)通過(guò)脈沖振幅調(diào)制方式PAM進(jìn)行調(diào)制和編碼；

(2)利用脈沖位置調(diào)制方式PPM對(duì)控制信息進(jìn)行調(diào)制和編碼；

(3)通過(guò)激光合波器實(shí)現(xiàn)對(duì)激光脈沖信號(hào)和控制信息的混合；

(4)將激光脈沖信號(hào)和控制信息的混合信號(hào)經(jīng)光纖鏈路傳輸至激光相控陣；

(5)根據(jù)幅度的不同，通過(guò)幅度比較器分離出激光脈沖信號(hào)和控制信息；

(6)通過(guò)控制信息控制激光相控陣的相位調(diào)節(jié)單元陣列，控制激光脈沖的發(fā)射方向。

上述步驟(3)中所述的激光合波器將按照PPM調(diào)制方式調(diào)制后的控制信息合并到激光脈沖信號(hào)的脈沖間隔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)控制信息和激光脈沖信號(hào)的混合。

上述步驟(5)中所述的幅度比較器是根據(jù)控制信息和激光脈沖信號(hào)的幅度信息之間的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)控制信息和激光脈沖信號(hào)的分離。

上述步驟(6)中所述的相位調(diào)節(jié)單元陣列是根據(jù)控制信息來(lái)實(shí)現(xiàn)控制各個(gè)相位單元的相移量，控制各個(gè)單元輸出光波的相位在特定方向上。

一種混合光編碼裝置，包括激光脈沖器，所述激光脈沖器的輸出端與PAM調(diào)制器的輸入端連接，PAM調(diào)制器的輸出端以及PPM調(diào)制器的輸出端分別與激光合波器的輸入端連接，激光合波器的輸出端與光纖鏈路的輸入端連接，光纖鏈路的輸出端與幅度比較器的輸入端連接，幅度比較器的輸出端分別連接PPM解調(diào)器的輸入端以及相位調(diào)節(jié)單元陣列的輸入端，PPM解調(diào)器的輸出端與相位調(diào)節(jié)單元陣列的輸入端連接，相位調(diào)節(jié)單元陣列的輸出端連接聚光透鏡的輸入端。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明利用混合光編碼方法對(duì)激光脈沖信號(hào)加入控制信息之后可以控制激光相控陣的相位調(diào)節(jié)單元陣列，微調(diào)整激光脈沖信號(hào)的方向，使激光脈沖信號(hào)的發(fā)射角度始終控制在系統(tǒng)的合理范圍之內(nèi)。利用混合光編碼方法及裝置不僅可以保證在發(fā)射端采用的是高功率的脈沖式激光信號(hào)，還可以同時(shí)控制激光相控陣的相位調(diào)節(jié)單元陣列，進(jìn)而提高天線陣列的對(duì)準(zhǔn)精度。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為PPM調(diào)制方式圖；

圖2為混合光編碼碼元結(jié)構(gòu)；

圖3為混合光編碼裝置的系統(tǒng)框圖；

圖4為本發(fā)明的方法操作流程圖；

圖5為控制信息和激光脈沖信號(hào)的混合光信號(hào)。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：1、激光脈沖器；2、PAM調(diào)制器；3、PPM調(diào)制器；4、激光合波器；5、光纖鏈路；6、幅度比較器；7、PPM解調(diào)器；8、相位調(diào)節(jié)單元陣列；9、聚光透鏡。

具體實(shí)施方式

光通信中，由于路徑損耗，背景噪聲等因素的影響，發(fā)射端往往需要發(fā)射較高功率的激光信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)通信，而且需要根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適的發(fā)射角度。一般為了獲得高功率的發(fā)射功率，在發(fā)射端我們采用脈沖式的激光發(fā)射器，脈沖式的激光器是指單個(gè)激光脈沖寬度小于0.25秒、每間隔一定時(shí)間才工作一次的激光器，它可以利用瞬時(shí)的激光信號(hào)獲取較大的輸出功率，由于激光脈沖之間存在著較大的時(shí)間間隔，所以我們可以在這些激光脈沖的時(shí)間間隔內(nèi)加入控制比特，這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)較高的發(fā)射功率而且可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光脈沖發(fā)射方向的微調(diào)整。

由于激光脈沖信號(hào)幅度較大而控制信息的幅度較小，因此，可以通過(guò)幅度比較器來(lái)區(qū)分激光脈沖信號(hào)與控制信息，最終通過(guò)控制信息來(lái)控制激光相控陣的相位調(diào)節(jié)單元陣列，進(jìn)而控制激光脈沖的發(fā)射方向。

脈沖式的激光器主要是利用短時(shí)間脈沖技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)的高功率，因此脈沖與脈沖之間存在著一定的時(shí)間間隔，為了實(shí)現(xiàn)發(fā)射方向的精確對(duì)準(zhǔn)，我們可以充分利用這些時(shí)間間隔來(lái)加入控制信息，本發(fā)明具體是在激光脈沖的時(shí)間間隔之間加入微調(diào)激光方向的控制信息，使發(fā)射端的激光信號(hào)發(fā)射方向始終滿足通信系統(tǒng)的要求。激光脈沖信號(hào)是通過(guò)PAM調(diào)制方式來(lái)進(jìn)行調(diào)制編碼，激光脈沖信號(hào)之間的控制信息是利用PPM方式來(lái)進(jìn)行調(diào)制編碼。PAM調(diào)制是脈沖幅度調(diào)制，原理是脈沖載波的幅度隨基帶信號(hào)變化的一種調(diào)制方式。PPM調(diào)制是脈沖位置調(diào)制，它的原理是使通過(guò)編碼產(chǎn)生PPM脈沖信號(hào)，對(duì)激光器發(fā)射的激光脈沖信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，在本發(fā)明中用8-PPM調(diào)制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)PPM調(diào)制如圖1所示。

假設(shè)兩個(gè)激光脈沖信號(hào)之間的時(shí)間間隔固定為T1，在兩個(gè)激光脈沖信號(hào)之間加入承載控制信息的低電平控制信息，與信號(hào)碼源的起始位置的間隔為T2，混合信號(hào)經(jīng)由光傳輸鏈路傳輸至激光相控陣，最終通過(guò)控制信息來(lái)控制激光相控陣的相位調(diào)節(jié)單元陣列，進(jìn)而控制激光脈沖的發(fā)射方向，混合光編碼碼元結(jié)構(gòu)如圖2所示。

參照?qǐng)D3和圖4，本發(fā)明提供的混合光編碼方法及裝置，其混合光編碼方法包括如下步驟：

(1)將激光脈沖信號(hào)通過(guò)脈沖振幅調(diào)制方式(PAM)進(jìn)行調(diào)制和編碼；

(2)利用脈沖位置調(diào)制(PPM)方式對(duì)控制信息進(jìn)行調(diào)制和編碼；其中控制信息利用的是PPM調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制編碼，并且由于激光脈沖信號(hào)的振幅較大而控制信息的振幅較小，所以容易通過(guò)幅度的差距區(qū)分激光脈沖信號(hào)和控制信息。

(3)通過(guò)激光合波器實(shí)現(xiàn)對(duì)激光脈沖信號(hào)和控制信息的混合；激光合波器將按照PPM調(diào)制方式調(diào)制后的控制信息合并到激光脈沖信號(hào)的脈沖間隔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)控制信息和激光脈沖信號(hào)的混合。

(4)將激光脈沖信號(hào)和控制信息的混合信號(hào)經(jīng)光纖鏈路傳輸至激光相控陣；

(5)根據(jù)幅度的不同，通過(guò)幅度比較器分離出激光脈沖信號(hào)和控制信息；幅度比較器是根據(jù)控制信息和激光脈沖信號(hào)的幅度信息之間的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)控制信息和激光脈沖信號(hào)的分離。

(6)通過(guò)控制信息控制激光相控陣的相位調(diào)節(jié)單元陣列，控制激光脈沖的發(fā)射方向；相位調(diào)節(jié)單元陣列是根據(jù)控制信息來(lái)實(shí)現(xiàn)控制各個(gè)相位單元的相移量，控制各個(gè)單元輸出光波的相位在特定方向上。

本發(fā)明的混合光編碼裝置，包括激光脈沖器1，所述激光脈沖器1的輸出端與PAM調(diào)制器2的輸入端連接，PAM調(diào)制器2的輸出端以及PPM調(diào)制器3的輸出端分別與激光合波器4的輸入端連接，激光合波器4的輸出端與光纖鏈路5的輸入端連接，光纖鏈路5的輸出端與幅度比較器6的輸入端連接，幅度比較器6的輸出端分別連接PPM解調(diào)器7的輸入端以及相位調(diào)節(jié)單元陣列8的輸入端，PPM解調(diào)器7的輸出端與相位調(diào)節(jié)單元陣列8的輸入端連接，相位調(diào)節(jié)單元陣列8的輸出端連接聚光透鏡9的輸入端；本混合光編碼裝置的激光脈沖器將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖式的激光信號(hào)隨后經(jīng)過(guò)PAM調(diào)制器按照PAM調(diào)制方式對(duì)激光脈沖信號(hào)進(jìn)行調(diào)制編碼，而控制信息經(jīng)PPM調(diào)制器按照PPM調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制和編碼，控制信息和輸入的激光脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)激光合波器進(jìn)行合并，合并后的激光信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖鏈路傳輸至幅度比較器，幅度比較器按照幅度的不同將激光脈沖信號(hào)和控制信息進(jìn)行分離，隨后控制信息經(jīng)過(guò)PPM解調(diào)器恢復(fù)至原始的控制信息并對(duì)激光脈沖信號(hào)的相位單元陣列進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后將經(jīng)相位調(diào)節(jié)單元陣列后的激光脈沖信號(hào)輸入到聚光透鏡，最后輸出激光束。

本發(fā)明根據(jù)混合光編碼方法的具體操作步驟，本發(fā)明裝置如圖3所示，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)激光脈沖器之后轉(zhuǎn)化成脈沖式的激光信號(hào)，假設(shè)要傳輸?shù)募す饷}沖信號(hào)經(jīng)過(guò)PAM調(diào)制編碼后為110101110101，假設(shè)用于調(diào)整激光方向的控制信息經(jīng)過(guò)PPM調(diào)制器調(diào)制編碼后為010 100 101 110 001 100 010 100 101 110 001，激光脈沖信號(hào)與經(jīng)PPM調(diào)制編碼的控制信息通過(guò)激光合波器進(jìn)行合并，合并后的信號(hào)如圖5所示，由于激光脈沖信號(hào)和控制信息幅度相差很大，所以幅度比較器可以根據(jù)二者幅度的不同將控制信息與激光脈沖信號(hào)分離，經(jīng)過(guò)PPM解調(diào)恢復(fù)的控制信息與激光脈沖信號(hào)進(jìn)入相位調(diào)節(jié)單元陣列實(shí)現(xiàn)控制信息對(duì)激光脈沖信號(hào)的微調(diào)節(jié)，最后經(jīng)過(guò)調(diào)整的激光脈沖信號(hào)進(jìn)入聚光透鏡進(jìn)行下一步的輸出。

因此，本發(fā)明利用混合光編碼方法對(duì)激光脈沖信號(hào)加入控制信息之后可以實(shí)現(xiàn)控制激光相控陣的相位調(diào)節(jié)單元陣列，微調(diào)整激光脈沖信號(hào)的方向，使激光脈沖信號(hào)的發(fā)射角度始終控制在系統(tǒng)的合理范圍之內(nèi)。利用混合光編碼方法不僅可以保證在發(fā)射端采用的是高功率的脈沖式激光信號(hào)，還可以同時(shí)控制激光相控陣的相位調(diào)節(jié)單元陣列，提高天線陣列的對(duì)準(zhǔn)精度。

本實(shí)施方式中沒(méi)有詳細(xì)敘述的部分屬本行業(yè)的公知的常用手段，這里不一一敘述。以上例舉僅僅是對(duì)本發(fā)明的舉例說(shuō)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計(jì)均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。