CN102801474A - 一种基于偏振的紫外通信中的信号的调制及解调方法 - Google Patents

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尹红伟
贾红辉
陈宁
张海良
常胜利
杨俊才
杨建坤
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Abstract

本发明公开了一种基于偏振的紫外通信中的信号的调制及解调方法，通过利用光信号的偏振态来传输信息，建立偏振态与每次发送信号之间的对应关系，根据每次发送的电信信号的状态数量选择起偏器和检偏器数量，通过检偏器阵列的光信号被探测器阵列接收，经信号处理单元对光信号在各个偏振态上的光强进行计算，依据偏振态与每次发送电信号之间的对应关系进行解调，按此方法对发射信号进行调制和解调，方法简单、有效，且能够与常用强度调制方法结合使用，有效提高通信速率。

Description

一种基于偏振的紫外通信中的信号的调制及解调方法
技术领域
本发明属于紫外通信技术领域，特别涉及一种基于偏振的紫外通信中的信号的调制及解调方法。
背景技术
紫外光信息传输技术是一种崭新的信息传输技术，由于紫外光在近地低空大气存在“日盲区”及其在低空大气中的强烈吸收和散射作用，决定紫外光信息传输具有以下显著优点：
（1）有效范围性：紫外光在传输过程中受到大气分子、气溶胶的大气衰减的强烈作用，能量成指数形成的衰减，因此紫外光信息传输是一种有限、短距、安全的信息传输方式，可以实现局部范围的有效通信，在此范围以外很难被窃听。
（2）抗干扰能力强：一方面紫外光在大气中衰减极大，而且本身不受无线电的影响，所以敌方很难进行干扰；另一方面，由于大气同温层中的臭氧分子对阳光中的紫外成分有极强吸收，如果选用被该臭氧层强烈吸收的紫外波段通信，那么近地低空大气可视为无背景干扰的传输通道。
（3）全天候工作：一般紫外光信息传输中紫外光源光谱工作日盲区(200－300nm)，由于臭氧层的强烈吸收，即使白天，在近地低空大气中面太阳辐射中也没有这波段光谱，所以能全天候工作。
（4）全方位性：在紫外光传输系统中一般利用发散的紫外光源，则其传输系统具有全方位性特点，对紫外光发射器和接收器安装似于无线电通信，可以完成一对一和也可以一对多点传输，而且没有激光通信那样传输方向的苛刻要求。
紫外通信的信息传输基于相应的调制方式，从公开发表的文献来看，现有的紫外通信系统主要采取的信号调制方式有OOK（on-off keying，开关键控）、PPM（pulse position modulation,脉冲位置调制）和DPIM（differential pulse interval modulation,差分脉冲间隔调制）等，相应调制方法均为强度调制方法，现有技术的紫外通信系统的通信速率从几百bps（bits per second）到几十Kbps之间，难以满足高速语音和数据传输的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于偏振的紫外通信中的信号的调制及解调方法，利用光信号的偏振态对发送信号进行调制和解调，提高通信速率。
一种基于偏振的紫外通信中的信号的调制及解调方法，包括以下步骤：
步骤1：调制及信号发射步骤：
将待调制的电信号通过信号加载单元加载到起偏器上，紫外光源发出的紫外光经过起偏器后成为具有与电信号对应的偏振态的偏振光，即偏振光携带的偏振态信息与待调制电信号一一对应,完成信号调制；偏振光通过大气传输；
起偏器的偏振态分别与每次发送的电信号一一对应；其中每次发送的电信号位数为n，则每次发送的电信号的状态数为2n，即偏振态的数量为2n；
步骤2：信号接收与解调步骤：
采用具有2n个偏振态的检偏器阵列接收被大气中粒子散射的偏振光，检偏器阵列包括2n个检偏器，每一个检偏器用于通过一种偏振态的光，即2n个检偏器用于分别检测2n种偏振态的光；
通过检偏器阵列的所有偏振光接着被探测器阵列接收，探测器阵列包括2n个探测器，探测器阵列测量得到偏振光所有偏振态上的光强分布，信号处理单元依据各个偏振态上的光强分布解调出接收到的偏振光的偏振态，最后根据获得的偏振态状况还原出电信号，完成信号的解调，信号处理单元中常采用大气模拟软件Lowtran7进行光强计算。
所述起偏器的偏振态可以任意设置，依据加载信号进行对起偏器进行偏振态设置。
步骤2中所述每次发送的电信号位数n的取值范围为1-4。
有益效果
本发明提出了一种基于偏振的紫外通信中的信号的调制及解调方法，通过利用紫外光信号的偏振态来传输信息，与传统强度调制方法相比，两者互不影响，两者结合使用时，紫外通信系统的通信速率可得到成倍的提高，即采用偏振调制发送的通信速率，其提高倍数等于偏振调制信号状态数；因而，本方法对于通信速率的提高简单有效，易于实现。
附图说明
图1为本发明原理图。
具体实施方式
结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细描述。
图1为本发明的基于偏振的信号调制解调方法原理图的实现。1为光源，2为信号加载单元，3为起偏器，4为大气信道，5为检偏器阵列，6为探测器阵列，7为信号处理装置。
一种基于偏振的紫外通信中信号的调制及解调方法，包括以下步骤：
实施例1：
以2-偏振调制及解调为例，每次发送的电信号位数n为1，则每次发送的电信号的状态数为21=2，即对应可选的偏振态数为2；
步骤1：调制及信号发射步骤：
在每次发送的电信号与起偏器的偏振态之间建立一个对应关系，使得起偏器的每一固定的偏振态分别对应一个固定的待发送的电信号；由于起偏器的偏振态可以任意设置，本实例中选取两种典型的偏振态，使其与偏振调制信号一一对应，如表1所示；
表12-偏振调制信号与偏振态对应关系表
其中，HLP是水平线偏振器，VLP是指垂直线偏振器；
如图1所示，根据步骤1中建立的对应关系，确定与待调制的电信号对应的起偏器的偏振态，使得紫外光源1发出的光信号经过起偏器3后成为具有与待调制的电信号对应的偏振态的偏振光，待调制电信号通过信号加载单元2加载至起偏器3上，起偏器3的偏振态随调制信号的改变而改变；经过调制后的偏振光只在其固定的偏振光角度上有光强，其他角度均没有光强分布，至此，待发送的电信号被调制到了紫外光信号的偏振态上，并将随偏振光以光信号发出，通过大气传输；
步骤2：信号接收与解调步骤：
选择包含有步骤1中所述21个偏振态的检偏器阵列5，接收被大气粒子散射的偏振光，只有与检偏器阵列5中的检偏器的偏振态一致的偏振光才能通过检偏器阵列；
通过检偏器阵列的所有偏振光接着被探测器阵列6接收，探测器阵列6测量得到偏振光所有偏振态上的光强分布，信号处理单元7依据各个偏振态上的光强分布解调出接收到的偏振光的偏振态，如表2所示，信号处理单元中常使用大气模拟软件Lowtran7进行计算，依据步骤1中建立的对应关系，确定出与解调出的光信号的偏振态对应的发送信号，完成信号的解调。
表2偏振调制信号与解调信号对应关系
表2中S11、S12、S22、S33、S34、S44为大气散射矩阵的因子，均与大气散射角θs为有关，以发送信号0为例，在偏振调制信号为0，起偏器偏振态选择为HLP时，探测器接收的光强分布HLP：S11+2S12+S22，VLP135：S11-S22，通过信号处理单元可以得到S11+2S12+S22最大，即表示携带待调制的电信号的紫外光信号在水平偏振态上的光强最大，则依照表1可以得到此时的发送信号为HLP对应的信号，即偏振调制信号为0，至此完成信号的解调。
实施例2：
以4-偏振调制及解调为例，每次发送的电信号位数n为2，则发送的电信号的状态数为22=4；
步骤1：调制及信号发射步骤：
在待调制的电信号与起偏器的偏振态之间建立一个对应关系，使得起偏器的每一固定的偏振态分别对应一个固定的待调制的电信号；由于起偏器的偏振态可以任意设置，本实例中选取四种典型的偏振态，使其与偏振调制信号一一对应，如表3所示。
表34-偏振调制信号与偏振态对应关系表
Figure BDA00002035399700041
其中，LP45是指45°线偏振器，LP135是指135°线偏振器，RCP是指右旋圆偏振器和LCP是指左旋圆偏振器。
如图1所示，根据步骤1中建立的对应关系，确定与待调制的电信号对应的起偏器的偏振态，使得紫外光源1发出的光信号经过起偏器3后成为具有与发送信号对应的偏振态的偏振光，待调制信号通过信号加载单元2加载至起偏器3上，起偏器3的偏振态随调制信号的改变而改变；经过调制后的偏振光只在其固定的偏振光角度上有光强，其他角度均没有光强分布，至此，待发送的电信号被调制到了紫外光信号的偏振态上，并将随偏振光以光信号发出，通过大气传输；
步骤2：信号接收与解调步骤：
选择包含有步骤1中所述22个偏振态的检偏器阵列5，接收被大气粒子散射的偏振光，只有与检偏器阵列5中的检偏器的偏振态一致的偏振光才能被其接收；
通过检偏器阵列的所有偏振光接着被探测器阵列6接收，探测器阵列6测量得到偏振光所有偏振态上的光强分布，信号处理单元7依据各个偏振态上的光强分布解调出接收到的偏振光的偏振态，如表4所示，信号处理单元中常使用大气模拟软件Lowtran7进行计算，依据步骤1中建立的对应关系，确定出与解调出的光信号的偏振态对应的发送信号，完成信号的解调。
表4中S11、S12、S22、S33、S34、S44为大气散射矩阵的因子，均与大气散射角θs为有关，以发送信号00为例，在偏振调制信号为00，起偏器偏振态选择为LP45时，探测器接收光强分布为：LP45：S11+S33，LP135：S11-S33，RCP：S11+S34，LCP：S11-S34，通过信号处理单元可以得到S11+S33最大，即表示携带待调制的电信号的紫外光信号在线偏振45°上的光强最大，则依照表3可以得到此时的发送信号为LP45对应的信号，即偏振调制信号为00，至此完成信号的解调。
表4偏振调制信号与解调信号对应关系

Claims (3)

1.一种基于偏振的紫外通信中的信号的调制及解调方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：调制及信号发射步骤：
将待调制的电信号通过信号加载单元加载到起偏器上，紫外光源发出的紫外光经过起偏器后成为具有与电信号对应的偏振态的偏振光，即偏振光携带的偏振态信息与待调制电信号一一对应，完成信号调制；偏振光通过大气传输；
起偏器的偏振态分别与每次发送的电信号一一对应；其中每次发送的电信号位数为n，则每次发送的电信号的状态数为2n，即偏振态的数量为2n；
步骤2：信号接收与解调步骤：
采用具有2n个偏振态的检偏器阵列接收被大气中粒子散射的偏振光，检偏器阵列包括2n个检偏器，每一个检偏器用于通过一种偏振态的光，即2n个检偏器用于分别检测2n种偏振态的光；
通过检偏器阵列的所有偏振光接着被探测器阵列接收，探测器阵列包括2n个探测器，探测器阵列测量得到偏振光所有偏振态上的光强分布，信号处理单元依据各个偏振态上的光强分布解调出接收到的偏振光的偏振态，最后根据获得的偏振态状况还原出电信号，完成信号的解调。
2.根据权利要求1所述的基于偏振的紫外通信中的信号的调制及解调方法，其特征在于，所述起偏器的偏振态可以任意设置，依据加载信号进行对起偏器进行偏振态设置。
3.根据权利要求1所述的基于偏振的紫外通信中的信号的调制及解调方法，其特征在于，步骤2中所述每次发送的电信号位数n的取值范围为1-4。
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