一種自由空間光通信可調(diào)諧光相干探測ofdm裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種相干探測OFDM (Orthogonal Frequency Divis1nMultiplexing，正交頻分復(fù)用)裝置，尤其涉及一種自由空間光通信的可調(diào)諧光相干探測(FDM系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]自由空間光通信(FS0)被認(rèn)為是最后一公里問題切實可行的解決方法，因為其相對于射頻通信和光纖通信而表現(xiàn)出的傳輸速率高、可用頻帶寬、低功率損耗以及保密性好等優(yōu)點引起了學(xué)術(shù)界廣泛地關(guān)注。此外，自由空間光通信系統(tǒng)還具有抗干擾能力強(qiáng)、無需頻譜許可以及全雙工傳輸和協(xié)議透明性等優(yōu)點。但當(dāng)自由空間光通信系統(tǒng)的光信號通過大氣信道進(jìn)行傳輸時，大氣隨機(jī)波動產(chǎn)生大氣衰減效應(yīng)和大氣湍流效應(yīng)，既而造成光強(qiáng)起伏和相位噪聲，嚴(yán)重影響自由空間光通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。
[0003]利用正交頻分復(fù)用(0FDM)技術(shù)可以產(chǎn)生更高的數(shù)據(jù)速率，也可以有效地抑制符號間干擾(ISI)，因其抵抗頻率選擇性衰落和窄帶噪聲能力強(qiáng)，較高的頻帶利用率，可以很好地抑制大氣信道引起的隨機(jī)衰落效應(yīng)，開始逐漸出現(xiàn)在自由空間光通信領(lǐng)域。近幾年對0FDM技術(shù)在自由空間光通信領(lǐng)域的研究，主要集中在直接探測方式方面。相比于直接探測方式，相干探測在通信和跟蹤方面都有很高的靈敏度，而且尤其重要的是它可以避免背景光的干擾。對于0FDM-FS0系統(tǒng)采用相干探測方式的研究較少，一篇是2014年印度ShaheedBhagat Singh國家科技大學(xué)的Vishal Sharma提出的相干0FDM-FS0傳輸系統(tǒng)，比較了光雙邊帶調(diào)制(0DSB)方案和光單邊帶調(diào)制(0SSB)方案，不同數(shù)據(jù)速率下相同鏈路長度時0DSB方案比0SSB方案所需信噪比高大約2-3dB，所需發(fā)射功率大約高3_4dBm，同時與直接探測方式相比，達(dá)到相同誤碼率時相干探測下可以減少ldB的鏈路損耗。另一篇是2014年新加坡南洋理工大學(xué)陳晨等人提出的在自由空間光通信系統(tǒng)中運用非均衡正交頻分復(fù)用(NE-0FDM)技術(shù)，其中信道模型為修正的萊斯分布，編碼和調(diào)制利用多進(jìn)制差分相移鍵控(MDPSK)方式。采用NE-0FDM技術(shù)可以降低系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度，比較了在頻域(FD)和時域(TD)差分編碼方式系統(tǒng)的誤碼性能，兩者誤碼率幾乎相同，但是利用FD-MDPSK方式進(jìn)一步提高頻帶利用率。
[0004]然而這兩項研究均沒有考慮相干探測的一個重要問題，那就是保證信號光和本振光的頻率必須非常穩(wěn)定，穩(wěn)定度至少在10-11的數(shù)量級，目前頻率穩(wěn)定度能達(dá)標(biāo)的激光器很少，且造價非常高昂，實用化受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有的不足，提供一種自由空間光通信可調(diào)諧光相干探測0FDM裝置。本實用新型由于虛擬本振光是由信號光產(chǎn)生的不僅能很好地保證頻率穩(wěn)定度，而且解決了本振光和信號光振幅、位相、偏振方向等的匹配問題。
[0006]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種自由空間光通信可調(diào)諧光相干探測OFDM裝置，它包括發(fā)射端和接收端；其中，所述發(fā)射端包括第一低通濾波器、第一混頻器、第一帶通濾波器、激光器、馬赫-曾德爾調(diào)制器和發(fā)射天線，所述第一低通濾波器、第一混頻器、第一帶通濾波器和馬赫-曾德爾調(diào)制器依次電連接，激光器通過光纖和馬赫-曾德爾調(diào)制器連接，馬赫-曾德爾調(diào)制器通過光纖和發(fā)射天線連接；所述接收端包括接收天線、幅度放大器、光處理器、光纖放大器、光纖光柵、光混頻器、光帶通濾波器、光電探測器、第二帶通濾波器、第二混頻器和第二低通濾波器；接收天線通過光纖連接幅度放大器，幅度放大器通過光纖分別連接光處理器和光纖放大器，光纖放大器通過光纖連接光纖光柵，光處理器和光纖光柵分別通過光纖連接光混頻器，光混頻器通過光纖連接光帶通濾波器，光帶通濾波器通過光纖連接光電探測器，光電探測器、第二帶通濾波器、第二混頻器和第二低通濾波器依次電連接。
[0007]本實用新型的有益效果是，本實用新型的自由空間光通信可調(diào)諧光相干探測0FDM裝置能夠在很好地保證虛擬本振的頻率穩(wěn)定度基礎(chǔ)上實現(xiàn)本振光和信號光的匹配問題。而且虛擬本振光采用光纖光柵調(diào)頻范圍大，可以根據(jù)發(fā)射信號光的頻率變化而變化。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、易于實用化。
【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型自由空間光通信可調(diào)諧光相干探測0FDM系統(tǒng)發(fā)射端結(jié)構(gòu)示意框圖；
[0009]圖2為本實用新型自由空間光通信可調(diào)諧光相干探測0FDM系統(tǒng)接收端結(jié)構(gòu)示意框圖；
[0010]圖中，第一低通濾波器1、第一混頻器2、第一帶通濾波器3、激光器4、馬赫-曾德爾調(diào)制器5、發(fā)射天線6、接收天線7、幅度放大器8、光處理器9、光纖放大器10、光纖光柵11、光混頻器12、光帶通濾波器13、光電探測器14、第二帶通濾波器15、第二混頻器16、第二低通濾波器17。
【具體實施方式】
[0011]本實用新型自由空間光通信可調(diào)諧光相干探測0FDM裝置包括圖1所示的發(fā)射端和圖2所示的接收端。
[0012]如圖1所示，發(fā)射端包括第一低通濾波器1、第一混頻器2、第一帶通濾波器3、激光器4、馬赫-曾德爾調(diào)制器5和發(fā)射天線6。所述第一低通濾波器1、第一混頻器2、第一帶通濾波器3和馬赫-曾德爾調(diào)制器5依次電連接，激光器4通過光纖和馬赫-曾德爾調(diào)制器5連接，馬赫-曾德爾調(diào)制器5通過光纖和發(fā)射天線6連接。
[0013]原始數(shù)據(jù)信號由外接的0FDM調(diào)制器調(diào)制成0FDM信號，0FDM信號通過第一低通濾波器1濾掉高頻噪聲，在第一混頻器2中再將0FDM信號進(jìn)行頻譜搬移，由外加高頻信號L01使0FDM信號上變頻到一個合適的中頻fLOl上。經(jīng)變頻后的信號通過第一帶通濾波器3濾除高頻和低頻分量的噪聲。由于0FDM信號是雙極性的，必須對0FDM符號添加一個較大的直流偏置，這樣可以把0FDM信號負(fù)值部分轉(zhuǎn)化為正值，保證調(diào)制信號是一個單極性信號。最后通過馬赫-曾德爾調(diào)制器5對激光器4進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，調(diào)制到光載波上，實際上調(diào)制馬赫-曾德爾調(diào)制器5的是0FDM信號的實部。調(diào)制后信號光通過發(fā)射天線6發(fā)射到自由空間大氣信道中。
[0014]如圖2所示，接收端包括接收天線7、幅度放大器8、光處理器9、光纖放大器10、光纖光柵11、光混頻器12、光帶通濾波器13、光電探測器14、第二帶通濾波器15、第二混頻器16、第二低通濾波器17 ;接收天線7通過光纖連接幅度放大器8，幅度放大器8通過光纖分別連接光處理器9和光纖放大器10，光纖放大器10通過光纖連接光纖光柵11，光處理器9和光纖光柵11分別通過光纖連接光混頻器12，光混頻器12通過光纖連接光帶通濾波器13，光帶通濾波器13通過光纖連接光電探測器14，光電探測器14、第二帶通濾波器15、第二混頻器16、第二低通濾波器17依次電連接。
[0015]接收天線7接收信號光?，F(xiàn)有的相干探測模型均為外加本振信號，這很難保證信號光和外加本振光頻率穩(wěn)定度至少在10-11以上，為了解決外加本振光和信號光振幅、位相、偏振方向等的匹配問題，本實用新型把接收光信號分成兩路，一路經(jīng)過幅度放大器8進(jìn)行放大后經(jīng)過光處理器9進(jìn)行去噪濾波等處理，這一路作為相干探測中的信號光。另一路經(jīng)過幅度放大器8后要經(jīng)過調(diào)頻的過程，這一路作為虛擬本振光。由于光纖光柵11波長選擇性好、不受非線性效應(yīng)的影響、偏振不敏感、帶寬范圍大、附加損耗小，因此將工藝比較成熟的光纖光柵11作為系統(tǒng)中的調(diào)頻的器件。光纖光柵11調(diào)頻可以滿足更大的調(diào)諧范圍，可調(diào)諧的頻率可以根據(jù)發(fā)射信號光的頻率變化而變化，更好地保證虛擬本振光的頻率穩(wěn)定度。同時系統(tǒng)中光纖放大器10的加入可以保證虛擬本振信號光有足夠大的功率，因此，系統(tǒng)中取自信號光的本振信號可以使相干探測方式下系統(tǒng)性能達(dá)到理想狀態(tài)。信號光和虛擬本振光在光混頻器12中進(jìn)行外差混頻，混頻后經(jīng)過光帶通濾波器13濾掉直流項和高頻項，進(jìn)入光電探測器14探測響應(yīng)電流。探測后得到的電信號需要利用第二帶通濾波器15使帶寬控制在中頻信號檢測范圍內(nèi)，即可檢測到中頻電信號。在電域的解調(diào)和判決過程同樣需要第二混頻器16來完成，進(jìn)入每一路第二混頻器16的信號都為相互正交的正弦信號和余弦信號之和，對實部和虛部分別進(jìn)行混頻運算，即與外加的高頻信號L02相乘，混頻后的信號通過第二低通濾波器17就可以提取出有用的實部和虛部0FDM信號。0FDM信號由外接的0FDM解調(diào)器解調(diào)出原始數(shù)據(jù)信號。
[0016]本實用新型通過以上設(shè)計，能夠很好的保證信號光和本振光的頻率穩(wěn)定度以及匹配問題，虛擬本振光調(diào)頻范圍大、靈活，并且結(jié)構(gòu)簡單、易于實用。
【主權(quán)項】
1.一種自由空間光通信可調(diào)諧光相干探測OFDM裝置，其特征在于，它包括發(fā)射端和接收端；其中，所述發(fā)射端包括第一低通濾波器(1)、第一混頻器(2)、第一帶通濾波器(3)、激光器(4)、馬赫-曾德爾調(diào)制器(5)和發(fā)射天線￠)，所述第一低通濾波器(1)、第一混頻器(2)、第一帶通濾波器(3)和馬赫-曾德爾調(diào)制器(5)依次電連接，激光器(4)通過光纖和馬赫-曾德爾調(diào)制器(5)連接，馬赫-曾德爾調(diào)制器(5)通過光纖和發(fā)射天線(6)連接；所述接收端包括接收天線(7)、幅度放大器(8)、光處理器(9)、光纖放大器(10)、光纖光柵(11)、光混頻器(12)、光帶通濾波器(13)、光電探測器(14)、第二帶通濾波器(15)、第二混頻器(16)和第二低通濾波器(17);接收天線(7)通過光纖連接幅度放大器(8)，幅度放大器(8)通過光纖分別連接光處理器(9)和光纖放大器(10)，光纖放大器(10)通過光纖連接光纖光柵(11)，光處理器(9)和光纖光柵(11)分別通過光纖連接光混頻器(12)，光混頻器(12)通過光纖連接光帶通濾波器(13)，光帶通濾波器(13)通過光纖連接光電探測器(14)，光電探測器(14)、第二帶通濾波器(15)、第二混頻器(16)和第二低通濾波器(17)依次電連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種自由空間光通信可調(diào)諧光相干探測OFDM裝置，它包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端包括依次電連接的第一低通濾波器、第一混頻器、第一帶通濾波器、馬赫-曾德爾調(diào)制器以及分別通過光纖連接馬赫-曾德爾調(diào)制器的激光器和發(fā)射天線；接收端包括通過光纖連接的接收天線、幅度放大器、光處理器、光纖放大器、光纖光柵、光混頻器、光帶通濾波器、光電探測器和依次與光電探測器電連接的第二帶通濾波器、第二混頻器和第二低通濾波器；本實用新型能夠很好的保證信號光和本振光的頻率穩(wěn)定度以及匹配問題，虛擬本振光調(diào)頻范圍大、靈活，并且結(jié)構(gòu)簡單、易于實用。
【IPC分類】H04B10/69, H04B10/61, H04B10/079
【公開號】CN204967822
【申請?zhí)枴緾N201520753116
【發(fā)明人】王怡, 楊帥
【申請人】中國計量學(xué)院
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月25日