CN102208943B - 一种用于激光通信的调制解调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于激光通信的调制解调方法，该方法包括下列顺序的步骤:调制端将信道数字信息按2mbit分段，2mbit的前段mbit转换为激光器发送H偏振态的时隙，2mbit的后段mbit转换为激光器发送V偏振态的时隙，驱动激光器发光，经过偏振合束器耦合输出；解调端将采集到的光信号通过偏振分束器分成两路，经探测器得到响应事件的时间并输出,将时间按2m个时隙单位分段，对每段内的探测器的输出时隙进行联合判决，得到2mbit的信道数字信息。本发明在2m个时隙里发两个可分辨的脉冲，其中一个脉冲传输mbit，那么两个脉冲可以传输2mbit，在不改变调制周期和带宽的情况下，提高了数据传输速率。

Description

一种用于激光通信的调制解调方法
技术领域
本发明涉及激光通信领域,尤其是一种用于激光通信的调制解调方法。
背景技术
在深空激光通信中，由于对卫星载荷功耗的限制，以及长距离的能量衰减，采用单光子探测器将大大降低对激光器能量的要求。由于单光子探测器只能检测是否收到光脉冲，无法分辨脉冲里光子数的多少，那么，结合单光子探测器就无法采用强度调制解调的方法。脉冲位置调制解调（PPM）方法则和单光子探测器结合很好，并且脉冲位置调制解调方法本身具有能量利用率高的优势，而且可抗大气环境造成的光子数涨落的影响，然而脉冲位置调制解调方法以牺牲数据传输速率来减少平均功率，付出了带宽的代价。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在脉冲位置调制解调方法的基础上利用光子偏振态，在相同带宽条件下增加数据传输速率的用于激光通信的调制解调方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种用于激光通信的调制解调方法，该方法包括下列顺序的步骤:
（1）调制端将信道数字信息按2mbit分段，2mbit的前段mbit转换为激光器发送H偏振态的时隙，2mbit的后段mbit转换为激光器发送V偏振态的时隙，驱动激光器发光，经过偏振合束器耦合输出；
（2）解调端将采集到的光信号通过偏振分束器分成两路，经探测器得到响应事件的时间并输出,将时间按2m个时隙单位分段，对每段内的探测器的输出时隙进行联合判决，得到2mbit的信道数字信息。
由上述技术方案可知，现有的调制解调方法，在2m个时隙里发一个脉冲只能传输mbit，而本发明在2m个时隙里发两个可分辨的脉冲，其中一个脉冲传输mbit，那么两个脉冲可以传输2mbit，可见，在不改变调制周期和带宽的情况下，提高了数据传输速率。本发明在脉冲位置调制解调方法的基础上，利用光子正交偏振态，在相同带宽条件下提高了数据传输速率。
附图说明
图1是现有的3阶PPM调制编码与时隙对应关系示意图；
图2是本发明的正交偏振态结合3阶PPM的调制原理图；
图3是本发明的正交偏振态结合3阶PPM的解调原理图；
图4是本发明的正交偏振态结合3阶PPM的联合判决原理图。
具体实施方式
一种用于激光通信的调制解调方法，该方法包括下列顺序的步骤: 
第一，调制端将信道数字信息按2mbit分段，2mbit的前段mbit转换为激光器发送H偏振态的时隙，2mbit的后段mbit转换为激光器发送V偏振态的时隙，驱动激光器发光，经过偏振合束器3耦合输出；第二，解调端将采集到光信号通过偏振分束器4分成两路，经探测器得到响应事件的时间并输出,将时间按2m个时隙单位分段，对每段内的探测器的输出时隙进行联合判决，得到2mbit的信道数字信息，如图2、3所示。
如图2所示，所述的激光器由H态激光器1和V态激光器2组成，2mbit的前段mbit转换为H态激光器1发送H偏振态的时隙，2mbit的后段mbit转换为V态激光器2发送V偏振态的时隙，驱动H态激光器1、V态激光器2发光，H态激光器1、V态激光器2发出的光经过偏振合束器3耦合输出至偏振分束器4。调制端和解调端通过前导字符协议，调制端根据前导码字驱动H态激光器1、V态激光器2发光，解调端通过搜索前导码字寻找到起始时隙，当H、V态占用同一时隙时，调制端和解调端协定只发送其中的H态信息。
如图3所示，所述的探测器由H态探测器5和V态探测器6组成，偏振分束器4分成两路输出，一路输出至H态探测器5，另一路输出至V态探测器6，经H态探测器5、V态探测器6得到响应事件的时间并输出,将时间按2m个时隙单位分段，对每段内的H态探测器5、V态探测器6的输出时隙进行联合判决，得到2mbit的信道数字信息。H态探测器5、V态探测器6均采用雪崩二极管单光子探测器。
如图4所示，若2m个时隙只检测到一个时隙s1有响应，无论是H态探测器5或V态探测器6或两个探测器有响应，解调时H、V态信息都用这个时隙s1解调；若2m个时隙检测到两个时隙s1、s2有响应，并且H态探测器5、V态探测器6响应分别占用s1、s2时隙，则H态信息用s1解调，V态信息用s2解调；若2m个时隙检测到两个时隙s1、s2有响应，并且H态探测器5响应占用两个时隙，V态只占用一个时隙s2，则H态信息用s1解调，V态信息用s2解调；若2m个时隙检测到两个时隙s1、s2有响应，并且V态探测器6响应占用两个时隙，H态只占用一个时隙s1，则H态信息用s1解调，V态信息用s2解调，对于其它响应情况则无法有效判决，H、V态信息解调为随机比特。联合判决方案则保证了足够的抗干扰性能。
如图1所示，现有的脉冲位置调制解调（PPM）方法，是将二进制的m个bit映射为2m个时隙中某个有效时隙，如mbit为011，则映射为8个时隙中的第3个时隙发送脉冲；接收端则将时间按2m个时隙分段，在段内寻找检测到脉冲的相对位置，则能解调出m个bit，若在第3个位置检测到脉冲，则解调出011。PPM这种调制方式本质上是一种相位调制，能量利用率高，而且抗干扰能力强，但是PPM方法是以牺牲数据传输速率来减少平均功率，付出了带宽的代价。为此，本发明在原来PPM调制方法基础上，结合正交偏振态调制提高了数据传输率，在较高的正交偏振态对比度下，同样能有很好的抗干扰能力。
以3阶PPM为例进行说明，如图2所示，首先，通过前导字符协议驱动激光器发光，之后，信道编码输出的信息按2m=6bit长度分段,如： 010 011 110 100 111 001…。对于第一段010 011，前、后3bit分别经过一个时隙转换的算法变为8个调制比特，这些比特值驱动相应偏振态的激光器发光，值为1则发光，为0则不发光。H、V态光脉冲经过偏振合束器3耦合发出。如果前、后8个调制比特的值一样，我们约定此时只有H态激光器1发光，这样可避免同一时隙同时有两个态，并可节省总发射功率。
以3阶PPM为例进行说明，如图3所示，将采集到光信号经过偏振分束器4分成两路，H态和V态脉冲分别输入到H、V态探测器5、6进行检测，H、V态探测器5、6得到响应事件的时间并输出。首先，通过前导字符协议找到前导字符，得到起始时隙，之后，将时间按8个时隙单位分段，对每段内的两个探测器的输出时隙进行联合判决，得到2m=6 bit的信道数字信息。
以3阶PPM为例进行说明，如图4所示，联合判决方案源于实际制备的H、V正交偏振态并非绝对正交，而有一定的偏振误差，如果发送H态，V态有非零的响应概率。若如case1、2、3的任何一种情况，8个时隙只检测到一个时隙s1有响应，无论是H探测器5或V探测器6或两个探测器有响应，解调时H、V态信息都用这个时隙s1解调；若如case4情况，8个时隙检测到两个时隙s1、s2有响应，并且H态探测器5和V态探测器6响应分别占用s1、s2时隙，则H态信息用s1解调，V态信息用s2解调；若如case5情况，8个时隙检测到两个时隙s1、s2有响应，并且H态占用两个时隙，V态只占用一个时隙s2，则H态信息用s1解调，V态信息用s2解调；若如case6情况，8个时隙检测到两个时隙s1、s2有响应，并且V态占用两个时隙，H态只占用一个时隙s1，则H态信息用s1解调，V态信息用s2解调。对于其它响应情况，则不能有效判决，H、V态信息解调为随机比特。

Claims (4)

1.一种用于激光通信的调制解调方法，该方法包括下列顺序的步骤:
(1)调制端将信道数字信息按2m bit分段，2m bit的前段m bit转换为H态激光器发送H偏振态的时隙，2m bit的后段m bit转换为V态激光器发送V偏振态的时隙，驱动H态激光器、V态激光器发光，经过偏振合束器耦合输出；
(2)解调端将采集到的光信号通过偏振分束器分成两路，一路输出至H态单光子探测器，另一路输出至V态单光子探测器，经H态单光子探测器、V态单光子探测器得到响应事件的时间并输出，将时间按2m个时隙单位分段，对每段内的H态单光子探测器、V态单光子探测器的输出时隙进行联合判决，得到2m bit的信道数字信息。
2.根据权利要求1所述的用于激光通信的调制解调方法，其特征在于：调制端和解调端通过前导字符协议，调制端根据前导码字驱动H态激光器、V态激光器发光，解调端通过搜索前导码字寻找到起始时隙，当H、V态占用同一时隙时，调制端和解调端协定只发送其中的H态信息。
3.根据权利要求1所述的用于激光通信的调制解调方法，其特征在于：所述H态单光子探测器、V态单光子探测器均采用雪崩二极管单光子探测器。
4.根据权利要求1所述的用于激光通信的调制解调方法，其特征在于：若2m个时隙只检测到一个时隙s1有响应，无论是H态单光子探测器或V态单光子探测器或两个单光子探测器有响应，解调时H、V态信息都用这个时隙s1解调；若2m个时隙检测到两个时隙s1、s2有响应，并且H态单光子探测器、V态单光子探测器响应分别占用s1、s2时隙，则H态信息用s1解调，V态信息用s2解调；若2m个时隙检测到两个时隙s1、s2有响应，并且H态单光子探测器响应占用两个时隙，V态只占用一个时隙s2，则H态信息用s1解调，V态信息用s2解调；若2m个时隙检测到两个时隙s1、s2有响应，并且V态单光子探测器响应占用两个时隙，H态只占用一个时隙s1，则H态信息用s1解调，V态信息用s2解调，对于其它响应情况则无法有效判决，H、V态信息解调为随机比特。
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