CN101110649A - 无线激光通信ppm偏振调制解调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的无线激光通信PPM偏振调制解调方法，首先在信源的PPM信号与椭圆偏振角之间建立一一对应关系，根据该对应关系，将信源信号调制成具有对应椭圆偏振角的椭圆偏振光，并以光信号发射出；解调时，将接收到的椭圆偏振光的偏振角计算出，在根据上述对应关系，确定出与偏振角对应的信源信息，完成信息的解调。本发明的调制解调方法在很大程度上克服大气信道对通信的影响，有效解决了现有无线激光通信通信码速率低、通信距离短的问题。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种无线激光通信的PPM偏振调制解调方法。
背景技术
调制与解调是无线激光通信中的一项关键技术，目前在无线激光通信中主要有两种调制解调系统，一种是强度调制/直接检测(IM/DD)系统，另一种是相干调制/外差检测系统。在IM/DD系统中，发射端通过对光载波的强度进行直接调制而获得调制信号，在接收端利用光检测器直接将光信号转换成电信号。直接检测系统具有体积小、重量轻，结构简单、成本低，容易实现等优点，但它的频带利用率较低，接收灵敏度也较低。在相干调制/外差检测系统中，数字信号通过载波信号的移频或移相进行调制，接收时，首先与一本振光信号进行相干混频，再通过鉴相或鉴频实现解调。光外差检测系统较之直接检测具有较高的接收灵敏度，但实现起来相当复杂。
现有的无线激光通信系统大多设计为IM/DD系统，其中最一般的形式是开关键控(OOK)和曼彻斯特编码。为了进一步提高传输通道抗干扰能力，人们在无线激光通信系统引入了一种新的调制方式——脉冲位置调制(PPM)。这种PPM调制方式，虽然相对提高了抗干扰能力，但也付出了增加带宽的代价，不利于无线激光通信码速率的提高，受大气环境随机信道影响的问题仍然没有得到彻底改变。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线激光通信PPM偏振调制解调方法，以解决现有无线激光通信通信码速率低，通信距离短和易受大气随机信道影响的问题。
本发明所采用的技术方案是，无线激光通信PPM偏振调制解调方法，按以下步骤进行：
a.首先在信源的PPM信号与椭圆偏振角之间建立一个一一对应的关系，使每一固定的椭圆偏振角分别对应一固定的信源PPM信号；
b.调制
根据步骤a建立的对应关系，确定与待调制的信源PPM信号对应的椭圆偏振角，
使激光器的信号经过第一分束器分成两束功率相等的光束，使这两束光束分别通过透振方向相互垂直的第一偏振器和第二偏振器，得到两束分别相互正交的水平偏振和垂直偏振的线偏振光，使该水平偏振光和垂直偏振光分别通过第一偏振控制器和第二偏振控制器，让第一偏振控制器和第二偏振控制器分别调整水平偏振光和垂直偏振光的幅度，使调整后的水平偏振光和垂直偏振光经合束器合束后，得到具有上述确定的与待调制信源PPM信号对应椭圆偏振角的椭圆偏振光，信源信息就调制到了椭圆偏振光的偏振角上，并将椭圆偏振光以光信号发射出；
c.解调
将采集到的光信号经第二分束器分成两路，使一路依次通过水平检偏器和第一光电探测器，使另一路依次通过垂直检偏器和第二光电探测器，第一光电探测器和第二光电探测器分别测量得到水平偏振和垂直偏振的光强，解调出接收到的椭圆偏振光的偏振角，将该解调出的光偏振角根据步骤a建立的对应关系，确定出与之对应的信源信息，根据接收到的椭圆偏振光的偏振角将信源信息恢复，完成信息的解调。
本发明的有益效果是：提出了一种应用于无线激光通信的新的调制方式，提高了无线激光通信的码速率和传输距离，并能够很好的克服大气随机信道对通信系统的影响。
附图说明
图1是传统PPM调制编码与时隙对应关系示意图；
图2是本发明的光偏振调制原理图；
图3是光4-PPM偏振编码与偏振角的对应关系示意图；
图4是光PPM偏振调制接收端解调原理的示意图；
图5是光8-PPM偏振编码与偏振角的对应关系示意图。
图中，1.第一分束器，2.第一偏振器，3.第二偏振器，4.第一偏振控制器，5.第二偏振控制器，6.合束器，7.第二分束器，8.水平检偏器，9.第一光电探测器，10.垂直检偏器，11.第二光电探测器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细的描述。
现有的脉冲位置调制(PPM)方法，是将一组二进制的n位数据组映射为2n个时隙组成的时间段上的某一个时隙处的单个脉冲信号，这种调制方式在本质上是一种相位调制。
记n位数据组为M＝(m1，m2，...，mn)，这种映射关系可以用下式来表示：
Φ：L＝m1+2m2+......+2n-1mn ∈(0，1，2，...，2n-1)式中L代表时隙的位置数。
即：
式中Sn(t)代表调制信号，PC代表脉冲功率，TC代表时隙的长度。
例如对一个4-PPM：
若M＝(0，0)，则L＝0；若M＝(1，0)，则L＝1；
若M＝(0，1)，则L＝2；若M＝(1，1)，则L＝3；
0，1，2，3分别对应时隙位置，如图1所示。
这种PPM调制方法在一定程度上提高了系统的抗干扰能力，但也造成了带宽的浪费，不利于无线激光通信码速率的提高。
为此，本发明提出的无线激光通信PPM偏振调制解调方法，按以下步骤进行：
以4-PPM为一实施例进行说明
在信源的PPM信号与椭圆偏振角之间建立如下的一一对应的关系，
若M＝(0，0)，则θ＝0°； 若M＝(1，0)，则θ＝30°；
若M＝(0，1)，则θ＝60°；若M＝(1，1)，则θ＝90°；
0°，30°，60°，90°分别对应椭圆偏振光的偏振角，如图3所示。
调制
如图2所示，激光器的信号经过第一分束器1分成两束功率相等的光束，使这两束光束分别通过透振方向相互垂直的第一偏振器2和第二偏振器3，得到两束分别相互正交的水平偏振和垂直偏振的线偏振光。分别用第一偏振控制器4和第二偏振控制器5分别调整水平和垂直偏振光的幅度，使调整后的水平偏振光和垂直偏振光经合束器6合束后，得到具有上述确定的与待调制信源PPM信号对应椭圆偏振角的椭圆偏振光，这样，信源信息就调制到了椭圆偏振光的偏振角上，并将椭圆偏振光以光信号发射出；
解调
光接收机解调系统原理如图4所示，由光学天线采集到的光信号经第二分束器7分成两路，一路进入水平检偏器8，一路进入垂直检偏器10，分别由第一光电探测器9和第二光电探测器11测量水平偏振和垂直偏振的光强，通过计算接收到的椭圆偏振光的偏振角恢复信源的信息。椭圆偏振的光偏振角
式中α是解调出的光偏振角，如图3所示，它和光PPM调制中的光脉冲具有一一对应的关系。这样我们只要检测出接收到的椭圆偏振光的偏振角就可以恢复出信源信息，完成信息的解调。
以8-PPM为一实施例进行说明
在信源的PPM信号与椭圆偏振角之间建立如下的一一对应的关系，
若M＝(0，0，0)，则θ＝0°；若M＝(0，0，1)，则θ＝15°；
若M＝(0，1，0)，则θ＝30°；若M＝(0，1，1)，则θ＝45°；
若M＝(1，0，0)，则θ＝60°；若M＝(1，0，1)，则θ＝70°；
若M＝(1，1，0)，则θ＝80°；若M＝(1，1，1)，则θ＝90°；
0°，15°，30°，45°，60°，70°，80°，90°分别对应椭圆偏振光的偏振角，如图5所示。
调制
激光器的信号经过第一分束器1分成两束功率相等的光束，使这两束光束分别通过透振方向相互垂直的第一偏振器2和第二偏振器3，得到两束分别相互正交的水平偏振和垂直偏振的线偏振光。分别用第一偏振控制器4和第二偏振控制器5分别调整水平和垂直偏振光的幅度，使调整后的水平偏振光和垂直偏振光经合束器6合束后，得到具有上述确定的与待调制信源PPM信号对应椭圆偏振角的椭圆偏振光，这样，信源信息就调制到了椭圆偏振光的偏振角上，并将椭圆偏振光以光信号发射出；
解调
由光学天线采集到的光信号经第二分束器7分成两路，一路进入水平检偏器8，一路进入垂直检偏器10，分别由第一光电探测器9和第二光电探测器11测量水平偏振和垂直偏振的光强，通过计算接收到的椭圆偏振光的偏振角恢复信源的信息。椭圆偏振的光偏振角
式中α是解调出的光偏振角，如图5所示，它和光PPM调制中的光脉冲具有一一对应的关系。这样我们只要检测出接收到的椭圆偏振光的偏振角就可以恢复出信源信息，完成信息的解调。
相应的其他进制的PPM信号(如16进制，32进制等等)，只要我们预先建立起椭圆偏振光的椭圆偏振角与信源PPM信号的一一对应关系，我们就可以按照上述的方法进行调制和解调。
由于PPM偏振调制不需要传统PPM调制所需的保护时隙，所以我们如果采用光4-PPM偏振调制技术采用操控激光传输的偏振角进行PPM编码，用一个偏振角表达光PPM编码中的某一个“时间间隙”，则可以提高通信带宽4倍；而且由于水平和垂直偏振的光束在大气中经过的光程相同，大气中的自然现象对其衰减也相同，因此可以在很大程度上克服大气信道对通信的影响。另外我们采用固定程序进行偏振调整以克服水平偏振和垂直偏振光的相互影响，提高系统的性能。因此本发明的技术方案有效解决了现有无线激光通信通信码速率低，通信距离短和易受大气随机信道影响的问题。
Claims (1)
1.无线激光通信PPM偏振调制解调方法，其特征在于，按以下步骤进行：
a.首先在信源的PPM信号与椭圆偏振角之间建立一个一一对应的关系，使每一固定的椭圆偏振角分别对应一固定的信源PPM信号；
b.调制
根据步骤a建立的对应关系，确定与待调制的信源PPM信号对应的椭圆偏振角，
使激光器的信号经过第一分束器(1)分成两束功率相等的光束，使这两束光束分别通过透振方向相互垂直的第一偏振器(2)和第二偏振器(3)，得到两束分别相互正交的水平偏振和垂直偏振的线偏振光，使该水平偏振光和垂直偏振光分别通过第一偏振控制器(4)和第二偏振控制器(5)，让第一偏振控制器(4)和第二偏振控制器(5)分别调整水平偏振光和垂直偏振光的幅度，使调整后的水平偏振光和垂直偏振光经合束器(6)合束后，得到具有上述确定的与待调制信源PPM信号对应椭圆偏振角的椭圆偏振光，信源信息就调制到了椭圆偏振光的偏振角上，并将椭圆偏振光以光信号发射出；
c.解调
将采集到的光信号经第二分束器(7)分成两路，使一路依次通过水平检偏器(8)和第一光电探测器(9)，使另一路依次通过垂直检偏器(10)和第二光电探测器(11)，第一光电探测器(9)和第二光电探测器(11)分别测量得到水平偏振和垂直偏振的光强，解调出接收到的椭圆偏振光的偏振角，将该解调出的光偏振角根据步骤a建立的对应关系，确定出与之对应的信源信息，根据接收到的椭圆偏振光的偏振角将信源信息恢复，完成信息的解调。
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