CN103117796A - 卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置及转发方法 - Google Patents

卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置及转发方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103117796A
CN103117796A CN2013100284954A CN201310028495A CN103117796A CN 103117796 A CN103117796 A CN 103117796A CN 2013100284954 A CN2013100284954 A CN 2013100284954A CN 201310028495 A CN201310028495 A CN 201310028495A CN 103117796 A CN103117796 A CN 103117796A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
receiving station
amplifier
microwave
satellite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013100284954A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103117796B (zh
Inventor
谭庆贵
蒋炜
赵尚弘
李勇军
朱子行
楚兴春
赵卫虎
石磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Force Engineering University of PLA
Xian Institute of Space Radio Technology
Original Assignee
Air Force Engineering University of PLA
Xian Institute of Space Radio Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Force Engineering University of PLA, Xian Institute of Space Radio Technology filed Critical Air Force Engineering University of PLA
Priority to CN201310028495.4A priority Critical patent/CN103117796B/zh
Publication of CN103117796A publication Critical patent/CN103117796A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103117796B publication Critical patent/CN103117796B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Optical Communication System (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置及转发方法。装置包括一颗宽带中继星通过激光上行链路和射频下行链路分别与宽带多频段数据库、地面发射站或接收站连接；将不同频段微波信号调制到光域进行传输和处理，携带多路微波信号光载波由地面站的光学发射天线发射到中继卫星；中继卫星光学接收天线对接收到光信号进行光电探测，恢复出光载波携带的多路电信号并将其分离，发射天线将分离的电信号发送到地面接收站。具有简单，使用方便，保密性强，星上宽带宽的特点，将多频段、多格式模拟信号直接调制到光载波上，拓展了电磁频谱应用范围，有强的电磁兼容性，提高星载广播与信息分发能力。实现射频信号透明转发，降低星上处理复杂度。

Description

卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置及转发方法
技术领域
本发明涉及一种星上数据中继转发技术，具体涉及一种星上宽带、抗干扰的卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置及转发方法。
背景技术
卫星微波通信技术在军用和民用领域得到广泛应用。随着军用通信和民用通信技术的发展，对卫星通信信号的转发能力提出了越来越高的要求。特别是未来宽带通信卫星系统一个非常突出的特点是将搭载数量巨大的多波束射频天线，卫星微波通信转发技术受容量、速率、电磁干扰等限制，不能满足实际要求。
在此背景下，人们把目光转移到了以激光作为信号载体的卫星光通信，期待依靠激光通信的高数据传输率来突破这一瓶颈问题。卫星光通信具有大容量、宽带宽、终端设备体积小、重量轻、功耗低，保密性及抗干扰能力强等优点，被认为是解决卫星微波通信传输率瓶颈的最佳方法。我国制定了至2050年以前空间科技发展规划，明确了高速星间激光通信的发展路线，使星间、星地数据通信速率达百Gbps，满足空间科学与应用海量数据传输的要求。
图4所示，目前卫星通信系统采用的频段主要为C/Ku/Ka频段，其相对应的输入/输出多工器也均为某一特定频段的转发器，所采取的公共传输线形式一般为波导或同轴公共传输线，但是不能同时覆盖多个微波信号频段。宽带公共传输线采用同轴传输线，宽带信号通过同轴电缆分别馈入各个通道，在通道滤波器与同轴电缆之间有波导同轴转换，把同轴电缆内传输的信号馈入波导通道滤波器，通道滤波器把相应频段的信号提取出来，这种方案优点是实现相对容易，通过选用合适的高频电缆接头，同轴电缆可以传输从C频段到Ka频段的宽带信号，其存在的缺点是同轴电缆的功率容量相对较小，并且通道滤波器一般设计为波导低通滤波形式，这就需要一个波导同轴转换连接通道滤波器与公共传输线，波同转换又存在功率及容量较小的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有结构简单，使用方便，保密性强，星上宽带宽、抗干扰、多频段、多格式信号，将模拟信号直接调制到光载波上的卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置。
 本发明的另一目的是提供转发方法。
为了克服现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的：一种卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置，该中继转发装置包括一颗宽带中继星2、一个宽带多频段数据库1、一个地面第一发射站或接收站C、一个地面第二发射站或接收站Ku、一个地面第三发射站或接收站Ka；所述的宽带中继星2的多路微波电信号依次分别与无线宽带多频段数据库1、地面第一发射站或接收站C、第二发射站或接收站Ku、第三发射站或接收站Ka连接；所述地面第一发射站C、第二发射站Ku、第三发射站Ka的信号与发射第一多工器3的信号连接；所述发射第一多工器3的信号与发射激光器4的信号连接；所述发射激光器4的信号与发射光放大器5的信号连接；所述发射光放大器5的信号与光学发射天线6的信号连接；光学接收天线7的信号与接收光放大器8的信号连接；所述接收光放大器8的信号与光电探测器9的信号连接；所述光电探测器9的信号与接收第二多工器10的信号连接；所述接收第二多工器10的信号与接收第一滤波器11的信号连接；所述接收站第一滤波器11的信号与第一电放大器12的信号连接；所述第一电放大器12的信号与第一接收站C波段微波信号13连接；所述接收第二滤波器18的信号与第二电放大器16的信号连接，所述第二电放大器16的信号与第二接收站Ku波段微波信号14连接；所述接收第三滤波器19的信号与第三电放大器17的信号连接；所述第三电放大器17的信号与第三接收站Ka波段微波信号15连接。
所述微波信号由一个微波信号合路，一个微波信号分路组成，其中第一接收站C波段微波信号13、第二接收站Ku波段微波信号14、第三接收站Ka波段微波信号15输入微波模拟信号给微波信号合路20，所述微波信号合路20包括第一低噪声放大器21、第二低噪声放大器29、第一多工器3，所述第一低噪声放大器21、第二低噪声放大器29的信号放大后并合成一路送给第二多工器10，所述第二多工器10通过信道将信号输送给微波信号分路23，所述微波信号分路23包括第二多工器10、第三放大器25、第四放大器28、第四滤波器26、第五滤波器27；所述第二多工器10将信号分路分别输送给第三放大器25、第四放大器28，所述第三放大器25、第四放大器28将信号分路分别输送给第四滤波器26、第五滤波器27，所述第四滤波器26、第五滤波器27输出微波模拟信号给发射天线，然后发射天线的信号通过宽带中继星2发射到地面接收站。
所述光放大器为EDFA掺饵光纤放大器。
所述天线为卡塞格林光学天线。
所述的发射激光器4为550nm 分布反馈式DFB激光器。
一种所述卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置的转发方法，按下述步骤进行：
 、通过覆盖地面第一发射站或接收站C、地面第二发射站或接收站Ku、地面第三发射站或接收站Ka频段的第一多工器将任意一频段、任意一带宽、任意一格式的模拟微波信号合成为1路宽带信号；
Figure 726468DEST_PATH_IMAGE002
、 以1550nm 分布反馈式DFB激光器为光源，采用内调制的方式，将合路后的1路宽带微波信号进行电光调制到光载波上； 
Figure 2013100284954100002DEST_PATH_IMAGE003
 、将携带了数据信息的光信号经过EDFA掺饵光纤放大器中继放大，通过卡塞格林光学天线发射到宽带中继星上；
Figure 348424DEST_PATH_IMAGE004
 、宽带中继星采用光电探测器进行对高灵敏度微弱光信号的光电探测将光信号转换为电信号；其中
光电探测器将接收到的光信号经过光电探测和信号处理后解调出原始的微波信号，光电探测器的核心器件是光电二极管，半导体材料价带中的电子吸收入射光子的能量跃迁至导带中，产生了电子空穴对，即产生了电子和空穴两种载流子，在偏置电压的作用下控制载流子的流动，实现光电探测，系统采用PIN直接探测的方式将接收到的光信号转变为电信号；其中光信号转换为电信号，按下述计萛式计萛：
设定入射到光电探测器上的光信号的光场为：
Figure 2013100284954100002DEST_PATH_IMAGE005
，式中A为光信号的场振幅，ω为光信号的频率，t为时间；
平均光功率为：
                  （1）
光电探测器的输出电流
Figure 366244DEST_PATH_IMAGE008
为：
Figure 2013100284954100002DEST_PATH_IMAGE009
                 （2）
式中
Figure 151798DEST_PATH_IMAGE010
为光电变换的比例常数；
而光电探测器的负载电阻为
Figure 2013100284954100002DEST_PATH_IMAGE011
，则光电探测器的输出电信号功率为：
Figure 263979DEST_PATH_IMAGE012
                （3）
在空间光通信系统中还存在各种噪声，噪声功率
Figure 2013100284954100002DEST_PATH_IMAGE013
可表示为：
Figure 425970DEST_PATH_IMAGE014
                   (4)
式中（4）中前三项分别为信号光、背景光和暗电流引起的噪声，第四项为负载电阻和放大器的热噪声之和；
因此，光电探测器输出的电信号为：
Figure 2013100284954100002DEST_PATH_IMAGE015
         (5) 
这样就可将光信号转换为电信号，其中为电子电量，
Figure 2013100284954100002DEST_PATH_IMAGE017
为光电探测器量子效率，
Figure 162031DEST_PATH_IMAGE018
为普朗克常量，为光载波频率，
Figure 764438DEST_PATH_IMAGE020
为探测器散粒噪声，
Figure 2013100284954100002DEST_PATH_IMAGE021
为背景光噪声，
Figure 526858DEST_PATH_IMAGE022
为暗电流噪声,
Figure 2013100284954100002DEST_PATH_IMAGE023
为热噪声，
Figure 646123DEST_PATH_IMAGE024
为探测器负载电阻； 
 、PIN探测器输出的电信号送入第二多工器，将多路微波信号分离，第二多工器工作频段覆盖第一发射站或接收站C、地面第二发射站或接收站Ku、地面第三发射站或接收站Ka频段频段，第二多工器输出第一发射站或接收站C、地面第二发射站或接收站Ku、地面第三发射站或接收站Ka频段多路微波信号，多路微波信号分别经过第三放大器25、第四放大器28将信号分路分别输送给第四滤波器26、第五滤波器27，所述第四滤波器26、第五滤波器27输出微波模拟信号给发射天线，通过发射天线实现不同频段微波信号的宽带广播与分发发射到地面接收站。
本发明与现有技术相比，具有结构简单，使用方便，保密性强，星上宽带宽、抗干扰、多频段、多格式信号，将模拟信号直接调制到光载波上的特点，
同时还有以下优点：
Figure 288326DEST_PATH_IMAGE026
、与微波链路相比，本发明采用激光链路实现不同频段、不同带宽、不同信号格式的射频信号的上传，不仅降低系统复杂度，而且具有很好的抗电磁干扰能力。
Figure 2013100284954100002DEST_PATH_IMAGE027
、与数字激光链路相比，本发明充分利用了激光链路的宽带宽、高保密特性，而且不需要将射频信号解调至基带，实现射频信号的透明转发，有效降低星上处理复杂度。
Figure 188149DEST_PATH_IMAGE028
、在地面站，采用了多工器，将多路微波信号合为一路，由宽带调制器实现多路微波信号的光域调制和传输；
、在中继星上，采用宽带光电探测器和多工器，实现高灵敏的光信号探测和宽带微波信号的分路。 
Figure 691943DEST_PATH_IMAGE030
、该方法充分利用激光通信链路的宽带和抗干扰特性，实现了多路微波信号的同时中继转发，有宽带、抗干扰的突出优点。
Figure 2013100284954100002DEST_PATH_IMAGE031
、该方法同时覆盖了微波卫星通信的C、Ku、Ka波段，具有性能高效的特点；
Figure 914982DEST_PATH_IMAGE032
、该方法拓展了电磁频谱的应用范围，具有强的电磁兼容性，提高了星载广播与信息分发能力。广泛用于卫星与地面的信号传输。
附图说明
图1为本发明应用场景结构示意框图；
图2a为图1的发射部分结构示意框图；
图2b为图1的接收部分结构示意框图；
图3为图1的微波信号合路/分路原理结构示意框图；
图4为现有的同轴传输线形式分路/合路原理结构示意图；
图5为马赫-曾德调制器结构示意图；
图6为马赫-曾德调制器传输函数曲线示意图；
图7 接收机结构示意框图；
图8为系统实施例方案原理示意图；
图9为马赫-曾德调制器输出的光谱示意图；
图10为PIN光电探测器输出的微波信号频谱示意图；
图11为接收端C波段信号的频谱示意图；
图12为接收端Ku波段信号的频谱示意图；
图13为接收端Ka波段信号的频谱示意图。
具体实施方式
附图1-3为本发明的实施例。
下面结合附图对发明内容作进一步说明：
参照图1、图2a、图2b所示，一种卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置包括一颗宽带中继星2、一个宽带多频段数据库1、一个地面第一发射站或接收站C、一个地面第二发射站或接收站Ku、一个地面第三发射站或接收站Ka；所述的宽带中继星2的多路微波电信号依次分别与无线宽带多频段数据库1、地面第一发射站或接收站C、第二发射站或接收站Ku、第三发射站或接收站Ka连接；所述地面第一发射站C、第二发射站Ku、第三发射站Ka的信号与发射第一多工器3的信号连接；所述发射第一多工器3的信号与发射激光器4的信号连接；所述发射激光器4的信号与发射光放大器5的信号连接；所述发射光放大器5的信号与光学发射天线6的信号连接；光学接收天线7的信号与接收光放大器8的信号连接；所述接收光放大器8的信号与光电探测器9的信号连接；所述光电探测器9的信号与接收第二多工器10的信号连接；所述接收第二多工器10的信号与接收第一滤波器11的信号连接；所述接收站第一滤波器11的信号与第一电放大器12的信号连接；所述第一电放大器12的信号与第一接收站C波段微波信号13连接；所述接收第二滤波器18的信号与第二电放大器16的信号连接，所述第二电放大器16的信号与第二接收站Ku波段微波信号14连接；所述接收第三滤波器19的信号与第三电放大器17的信号连接；所述第三电放大器17的信号与第三接收站Ka波段微波信号15连接。
图3所示，所述微波信号由一个微波信号合路，一个微波信号分路组成，其中第一接收站C波段微波信号13、第二接收站Ku波段微波信号14、第三接收站Ka波段微波信号15输入微波模拟信号给微波信号合路20，微波信号合路20包括第一低噪声放大器21、第二低噪声放大器29、第一多工器22，所述第一低噪声放大器21、第二低噪声放大器29放大后并合成一路送给第一多工器3，第一多工器3通过信道将信号输送给微波信号分路23，所述微波信号分路23包括第二多工器10、第三放大器25、第四放大器28、第四滤波器26、第五滤波器27；所述第二多工器10将信号分路分别输送给第三放大器25、第四放大器28，第三放大器25、第四放大器28将信号分路分别输送给第四滤波器26、第五滤波器27，第四滤波器26、第五滤波器27输出微波模拟信号给发射天线，然后发射到地面接收站。
所述光放大器为EDFA掺饵光纤放大器。
所述天线为卡塞格林光学天线。
图1所示，充分利用激光通信的宽带和抗干扰特性，将任意一频段（C/Ku/Ka）的微波信号调制到光域进行传输和处理，克服微波卫星中继转发技术的带宽和抗干扰问题。携带多路微波信号的光载波由地面站的光学发射天线发射到中继卫星；中继卫星的光学接收天线对接收到的光信号进行光电探测，恢复出光载波携带的多路电信号；将多路电信号分离，通过微波天线发射出去，到相应的地面接收站。
一种所述卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置的转发方法，按下述步骤进行：
Figure 541136DEST_PATH_IMAGE001
 、通过覆盖地面第一发射站或接收站C、地面第二发射站或接收站Ku、地面第三发射站或接收站Ka频段的第一多工器将任意一频段、任意一带宽、任意一格式的模拟微波信号合成为1路宽带信号；
Figure 865938DEST_PATH_IMAGE002
、 以1550nm 分布反馈式DFB激光器为光源，采用内调制的方式，将合路后的1路宽带微波信号进行电光调制到光载波上； 
Figure 970160DEST_PATH_IMAGE003
 、将携带了数据信息的光信号经过EDFA掺饵光纤放大器中继放大，通过卡塞格林光学天线发射到宽带中继星上；
Figure 126335DEST_PATH_IMAGE004
 、宽带中继星采用光电探测器进行对高灵敏度微弱光信号的光电探测将光信号转换为电信号；其中
光电探测器将接收到的光信号经过光电探测和信号处理后解调出原始的微波信号，光电探测器的核心器件是光电二极管，半导体材料价带中的电子吸收入射光子的能量跃迁至导带中，产生了电子空穴对，即产生了电子和空穴两种载流子，在偏置电压的作用下控制载流子的流动，实现光电探测，系统采用PIN直接探测的方式将接收到的光信号转变为电信号；其中光信号转换为电信号，按下述计萛式计萛：
设定入射到光电探测器上的光信号的光场为：
Figure 110340DEST_PATH_IMAGE005
，式中A为光信号的场振幅，ω为光信号的频率，t为时间；
平均光功率
Figure 719176DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure 892669DEST_PATH_IMAGE007
                  （1）
光电探测器的输出电流
Figure 841033DEST_PATH_IMAGE008
为：
Figure 808989DEST_PATH_IMAGE009
                 （2）
式中
Figure 89142DEST_PATH_IMAGE010
为光电变换的比例常数；
而光电探测器的负载电阻为
Figure 535167DEST_PATH_IMAGE011
，则光电探测器的输出电信号功率为：
Figure 665934DEST_PATH_IMAGE012
                （3）
在空间光通信系统中还存在各种噪声，噪声功率
Figure 742474DEST_PATH_IMAGE013
可表示为：
Figure 325903DEST_PATH_IMAGE014
                   (4)
式中（4）中前三项分别为信号光、背景光和暗电流引起的噪声，第四项为负载电阻和放大器的热噪声之和；
因此，光电探测器输出的电信号为：
Figure 762569DEST_PATH_IMAGE015
         (5) 
这样就可将光信号转换为电信号，其中
Figure 747842DEST_PATH_IMAGE016
为电子电量，
Figure 57601DEST_PATH_IMAGE017
为光电探测器量子效率，
Figure 66008DEST_PATH_IMAGE018
为普朗克常量，
Figure 119415DEST_PATH_IMAGE019
为光载波频率，为探测器散粒噪声，
Figure 626806DEST_PATH_IMAGE021
为背景光噪声，
Figure 919247DEST_PATH_IMAGE022
为暗电流噪声,
Figure 714027DEST_PATH_IMAGE023
为热噪声，
Figure 408314DEST_PATH_IMAGE024
为探测器负载电阻； 
Figure 59875DEST_PATH_IMAGE025
 、PIN探测器输出的电信号送入第二多工器，将多路微波信号分离，第二多工器工作频段覆盖第一发射站或接收站C、地面第二发射站或接收站Ku、地面第三发射站或接收站Ka频段频段，第二多工器输出第一发射站或接收站C、地面第二发射站或接收站Ku、地面第三发射站或接收站Ka频段多路微波信号，多路微波信号分别经过第三放大器25、第四放大器28将信号分路分别输送给第四滤波器26、第五滤波器27，所述第四滤波器26、第五滤波器27输出微波模拟信号给发射天线，通过发射天线实现不同频段微波信号的宽带广播与分发发射到地面接收站。
综上所述，本发明的具体实现如图2a、图2b所示，图2a为发射部分框图和图2b为接收2部分框图。
发送部分框图：地面站将任意一频段、携带不同信息的C、Ku、Ka频段微波信号合成为1路宽带微波信号，主要由微波多工器来实现。多工器输入频段覆盖低频段（C波段）和高频段（Ka波段）。将合成后的宽带微波信号通过DFB(分布反馈式)激光器实现直接调制，调制到光载波上。将光信号通过掺饵光纤放大器（EDFA）放大后，通过卡塞格林光学天线发射至中继卫星上。
图3为微波信号合路/分路原理图，宽带微波多工器实现微波信号的合分路，微波信号合路和分路的主要作用就是在发射端，将接收到的多路多信号格式的微波信号进行低噪声放大后并合成一路送给微波/光调制单元；在接收端用传统的微波技术将光电解调后的微波信号进行后续滤波、放大及分路。
本发明针对的宽带通信系统输入微波信号包括C/Ku/Ka多个频段，如何既能完成宽带多路微波信号的合路/分路，又能使合路/分路后的微波合成信号满足后续信号传输和处理的需求，是一项重要的关键技术。主要利用宽带公共传输线和通道滤波器宽带隔离来实现合分路。
宽带微波信号外调制：
建立星上宽带、抗干扰数据中继系统，需要将任意一频段、任意一带宽及任意一信号格式的合路后的微波信号直接调制到光载波上，这就对调制器提出了大调制带宽及高速率的调制要求。目前常用的电光调制方法主要包括内调制和外部调制。内调制利用半导体激光器P-I特性曲线阈值以上的线性部分，将模拟信号直接调制到光载波上，具有简单、经济和易实现等优势，但由于受到半导体载流子响应时间限制，只能用于较低调制频率和较窄调制带宽工作，其副载波上限频率为18GHz。外调制是将光源和调制器分离的调制方式，它将电调制信号施加于调制器，使其物理特性发生相应变化，这种方式可以实现高频段大带宽的微波光调制。
调制方式采用外调制方式，激光器采用1550nm波段DFB半导体激光器，该激光器具有很好的线性调制性能。
接收部分框图：中继星的接收天线采用和发送天线一致的卡塞格林光学接收天线，将接收到的经过远距离传输的微弱光信号进行前置放大，送入PIN光电探测器进行光电转换，把携带数据信息的光载波转变为电信号。其次，通过多工器将宽带多路微波信号分离为三个波段，利用滤波器和电放大器，恢复原始数据信号，通过C、Ku、Ka波段的微波天线发射至地面。多工器工作频段覆盖低频段C和高频段Ka，多工器输出C、Ku、Ka等多路微波信号，多路微波信号分别经滤波器和射频放大器放大送入中继转发微波天线，由微波天线实现不同频段微波信号的宽带广播与分发。
实施例1
系统实现方案如图8所示，分为以下9个步骤：
1、选取三路正弦波模拟微波信号C、Ku、Ka，频率分别为6GHz、14 GHz、30 GHz；
2、将三路信号进行合路，合为1路电信号；
3、将合路后的微波信号进行相位偏转后输入到马赫-曾德电光调制器的两臂，调制器消光比为20dB，插入损耗为5dB；
4、一个连续波激光器产生1550nm波长，频率为1931.THz，发射功率为10dBm，将该激光输入到马赫-曾德调制器与合路后的微波信号进行电光调制，调制后的光谱如图9所示；
5、调制后的光信号输入EDFA放大器进行放大，放大增益为50dB，噪声因子为5dB；
6、经过EDFA放大光信号通过发送光学天线发送出去，衰减为1dB/km；
7、将接收到的光信号输入到PIN光电探测器-，将光信号转换为电信号；其中接收机热噪声功率为1e-22W/Hz，暗电流为50nA，探测器的响应率为1A/W，散粒噪声服从高斯分布，经光电探测后的频谱如图10所示；
8、将转换后的1路电信号进行分路，分为三路；
9、将三路信号输入到三个中心频点不同的带通滤波器，分离出C、Ku、Ka三个频段的信号，频率分别为6GHz、14 GHz、30 GHz，其频谱分别如图11、图12、图13所示。

Claims (6)

1.一种卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置，该中继转发装置包括一颗宽带中继星（2）、一个宽带多频段数据库（1）、一个地面第一发射站或接收站（C）、一个地面第二发射站或接收站（Ku）、一个地面第三发射站或接收站（Ka）；其特征在于所述的宽带中继星（2）的多路微波电信号依次分别与无线宽带多频段数据库（1）、地面第一发射站或接收站（C）、第二发射站或接收站（Ku）、第三发射站或接收站（Ka）连接；所述地面第一发射站（C）、第二发射站（Ku）、第三发射站（Ka）的信号与发射第一多工器（3）的信号连接；所述发射第一多工器（3）的信号与发射激光器（4）的信号连接；所述发射激光器（4）的信号与发射光放大器（5）的信号连接；所述发射光放大器（5）的信号与光学发射天线（6）的信号连接；光学接收天线（7）的信号与接收光放大器（8）的信号连接；所述接收光放大器（8）的信号与光电探测器（9）的信号连接；所述光电探测器（9）的信号与接收第二多工器（10）的信号连接；所述接收第二多工器（10）的信号与接收第一滤波器（11）的信号连接；所述接收站第一滤波器（11）的信号与第一电放大器（12）的信号连接；所述第一电放大器（12）的信号与第一接收站C波段微波信号（13）连接；所述接收第二滤波器（18）的信号与第二电放大器（16）的信号连接，所述第二电放大器（16）的信号与第二接收站Ku波段微波信号（14）连接；所述接收第三滤波器（19）的信号与第三电放大器（17）的信号连接；所述第三电放大器（17）的信号与第三接收站Ka波段微波信号（15）连接。
2.根据权利要求1所述的卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置，其特征在于所述微波信号由一个微波信号合路，一个微波信号分路组成，其中第一接收站C波段微波信号（13）、第二接收站Ku波段微波信号（14）、第三接收站Ka波段微波信号（15）输入微波模拟信号给微波信号合路（20），所述微波信号合路（20）包括第一低噪声放大器（21）、第二低噪声放大器（29）、第一多工器（3），所述第一低噪声放大器（21）、第二低噪声放大器（29）的信号放大后并合成一路送给第二多工器（10），所述第二多工器（10）通过信道将信号输送给微波信号分路（23），所述微波信号分路（23）包括第二多工器（10）、第三放大器（25）、第四放大器（28）、第四滤波器（26）、第五滤波器（27）；所述第二多工器（10）将信号分路分别输送给第三放大器（25）、第四放大器（28），所述第三放大器（25）、第四放大器（28）将信号分路分别输送给第四滤波器（26）、第五滤波器（27），所述第四滤波器（26）、第五滤波器（27）输出微波模拟信号给发射天线，然后发射天线的信号通过宽带中继星（2）发射到地面接收站。
3.根据权利要求2所述的卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置，其特征在于所述光放大器为EDFA掺饵光纤放大器。
4.根据权利要求3所述的卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置，其特征在于所述天线为卡塞格林光学天线。
5.根据权利要求4所述的卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置，其特征在于所述的发射激光器（4）为550nm 分布反馈式DFB激光器。
6.一种如权利要求5所述卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置的转发方法，按下述步骤进行：
Figure 2013100284954100001DEST_PATH_IMAGE001
 、通过覆盖地面第一发射站或接收站C、地面第二发射站或接收站Ku、地面第三发射站或接收站Ka频段的第一多工器将任意一频段、任意一带宽、任意一格式的模拟微波信号合成为1路宽带信号；
Figure 839388DEST_PATH_IMAGE002
、 以1550nm 分布反馈式DFB激光器为光源，采用内调制的方式，将合路后的1路宽带微波信号进行电光调制到光载波上； 
Figure 2013100284954100001DEST_PATH_IMAGE003
 、将携带了数据信息的光信号经过EDFA掺饵光纤放大器中继放大，通过卡塞格林光学天线发射到宽带中继星上；
 、宽带中继星采用光电探测器进行对高灵敏度微弱光信号的光电探测将光信号转换为电信号；其中
光电探测器将接收到的光信号经过光电探测和信号处理后解调出原始的微波信号，光电探测器的核心器件是光电二极管，半导体材料价带中的电子吸收入射光子的能量跃迁至导带中，产生了电子空穴对，即产生了电子和空穴两种载流子，在偏置电压的作用下控制载流子的流动，实现光电探测，系统采用PIN直接探测的方式将接收到的光信号转变为电信号；其中光信号转换为电信号，按下述计萛式计萛：
设定入射到光电探测器上的光信号的光场为：
Figure 2013100284954100001DEST_PATH_IMAGE005
，式中A为光信号的场振幅，ω为光信号的频率，t为时间；
平均光功率为：
Figure 2013100284954100001DEST_PATH_IMAGE007
                  （1）
光电探测器的输出电流
Figure 308263DEST_PATH_IMAGE008
为：
                 （2）
式中
Figure 643429DEST_PATH_IMAGE010
为光电变换的比例常数；
而光电探测器的负载电阻为
Figure 2013100284954100001DEST_PATH_IMAGE011
，则光电探测器的输出电信号功率为：
Figure 310034DEST_PATH_IMAGE012
                （3）
在空间光通信系统中还存在各种噪声，噪声功率
Figure 2013100284954100001DEST_PATH_IMAGE013
可表示为：
Figure 575799DEST_PATH_IMAGE014
                   (4)
式中（4）中前三项分别为信号光、背景光和暗电流引起的噪声，第四项为负载电阻和放大器的热噪声之和；
因此，光电探测器输出的电信号为：
Figure 2013100284954100001DEST_PATH_IMAGE015
         (5) 
这样就可将光信号转换为电信号，其中
Figure 11460DEST_PATH_IMAGE016
为电子电量，
Figure 2013100284954100001DEST_PATH_IMAGE017
为光电探测器量子效率，
Figure 517527DEST_PATH_IMAGE018
为普朗克常量，
Figure 2013100284954100001DEST_PATH_IMAGE019
为光载波频率，
Figure 920696DEST_PATH_IMAGE020
为探测器散粒噪声，
Figure 2013100284954100001DEST_PATH_IMAGE021
为背景光噪声，
Figure 740884DEST_PATH_IMAGE022
为暗电流噪声,
Figure 2013100284954100001DEST_PATH_IMAGE023
为热噪声，
Figure 93368DEST_PATH_IMAGE024
为探测器负载电阻； 
Figure 2013100284954100001DEST_PATH_IMAGE025
 、PIN探测器输出的电信号送入第二多工器，将多路微波信号分离，第二多工器工作频段覆盖第一发射站或接收站C、地面第二发射站或接收站Ku、地面第三发射站或接收站Ka频段频段，第二多工器输出第一发射站或接收站C、地面第二发射站或接收站Ku、地面第三发射站或接收站Ka频段多路微波信号，多路微波信号分别经过第三放大器（25）、第四放大器（28）将信号分路分别输送给第四滤波器（26）、第五滤波器（27），所述第四滤波器（26）、第五滤波器（27）输出微波模拟信号给发射天线，通过发射天线实现不同频段微波信号的宽带广播与分发发射到地面接收站。
CN201310028495.4A 2013-01-25 2013-01-25 卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置及转发方法 Expired - Fee Related CN103117796B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310028495.4A CN103117796B (zh) 2013-01-25 2013-01-25 卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置及转发方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310028495.4A CN103117796B (zh) 2013-01-25 2013-01-25 卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置及转发方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103117796A true CN103117796A (zh) 2013-05-22
CN103117796B CN103117796B (zh) 2015-07-22

Family

ID=48416079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310028495.4A Expired - Fee Related CN103117796B (zh) 2013-01-25 2013-01-25 卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置及转发方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103117796B (zh)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104301025A (zh) * 2014-09-12 2015-01-21 上海卫星工程研究所 利用时间标签实现多目标用户支持的卫星中继方法
CN104967475A (zh) * 2015-06-11 2015-10-07 杭州电子科技大学 面向空间信息网络的光和微波混合传输系统
CN105119647A (zh) * 2015-07-08 2015-12-02 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种混合柔性转发器的实现方法
CN106685658A (zh) * 2017-03-20 2017-05-17 中国人民解放军空军工程大学 一种基于连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统及其方法
CN108009373A (zh) * 2017-12-15 2018-05-08 南京航空航天大学 光控射频波束形成系统的时空频多维建模方法
CN109495175A (zh) * 2018-11-07 2019-03-19 长沙天仪空间科技研究院有限公司 一种基于卫星的激光通信系统
CN110166125A (zh) * 2019-06-26 2019-08-23 广东工业大学 一种卫星通信系统及方法
CN110662123A (zh) * 2019-08-23 2020-01-07 北京邮电大学 空地一体化光网络中光纤链路的业务保护方法和控制器
CN111294114A (zh) * 2018-12-07 2020-06-16 华为技术有限公司 光通信节点、中继节点和光通信系统
CN111566950A (zh) * 2017-11-12 2020-08-21 萨迪斯飞以色列有限公司 一种用于再生卫星通信的系统和方法
CN111654325A (zh) * 2018-11-07 2020-09-11 长沙天仪空间科技研究院有限公司 一种卫星激光通信方法
CN111948449A (zh) * 2020-07-23 2020-11-17 上海卫星工程研究所 一种基于激光透明转发的星间非对称时差频差测量系统
CN112235037A (zh) * 2020-10-13 2021-01-15 中国人民解放军63921部队 一种激光/微波综合测控数传方法及数传站
CN112953620A (zh) * 2018-11-07 2021-06-11 长沙天仪空间科技研究院有限公司 一种基于卫星的激光通信系统
CN113690553A (zh) * 2021-08-20 2021-11-23 国开启科量子技术(北京)有限公司 波束可调的近场微波转换装置
WO2023155150A1 (zh) * 2022-02-18 2023-08-24 京东方科技集团股份有限公司 光中继装置、信号传输系统和方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1349314A (zh) * 1994-01-11 2002-05-15 艾利森公司 改进频率复用的一个蜂窝/卫星通信系统
CN1881854A (zh) * 1997-07-03 2006-12-20 株式会社东芝 卫星广播系统
CN101689914A (zh) * 2006-09-26 2010-03-31 维尔塞特公司 改进的点波束卫星地面系统
CN101795247A (zh) * 2009-12-30 2010-08-04 重庆大学 一种提高tdrss转发器功率效率的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1349314A (zh) * 1994-01-11 2002-05-15 艾利森公司 改进频率复用的一个蜂窝/卫星通信系统
CN1881854A (zh) * 1997-07-03 2006-12-20 株式会社东芝 卫星广播系统
CN101689914A (zh) * 2006-09-26 2010-03-31 维尔塞特公司 改进的点波束卫星地面系统
CN101795247A (zh) * 2009-12-30 2010-08-04 重庆大学 一种提高tdrss转发器功率效率的方法

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104301025B (zh) * 2014-09-12 2018-01-12 上海卫星工程研究所 利用时间标签实现多目标用户支持的卫星中继方法
CN104301025A (zh) * 2014-09-12 2015-01-21 上海卫星工程研究所 利用时间标签实现多目标用户支持的卫星中继方法
CN104967475A (zh) * 2015-06-11 2015-10-07 杭州电子科技大学 面向空间信息网络的光和微波混合传输系统
CN104967475B (zh) * 2015-06-11 2019-02-12 杭州电子科技大学 面向空间信息网络的光和微波混合传输系统
CN105119647A (zh) * 2015-07-08 2015-12-02 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种混合柔性转发器的实现方法
CN105119647B (zh) * 2015-07-08 2018-06-12 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种混合柔性转发器的实现方法
CN106685658B (zh) * 2017-03-20 2020-07-21 中国人民解放军空军工程大学 一种基于连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统及其方法
CN106685658A (zh) * 2017-03-20 2017-05-17 中国人民解放军空军工程大学 一种基于连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统及其方法
US11838096B2 (en) 2017-11-12 2023-12-05 Satixfy Israel Ltd. System and method for regenerative satellite communications
CN111566950A (zh) * 2017-11-12 2020-08-21 萨迪斯飞以色列有限公司 一种用于再生卫星通信的系统和方法
CN108009373A (zh) * 2017-12-15 2018-05-08 南京航空航天大学 光控射频波束形成系统的时空频多维建模方法
CN108009373B (zh) * 2017-12-15 2020-01-10 南京航空航天大学 光控射频波束形成系统的时空频多维建模方法
CN112953620A (zh) * 2018-11-07 2021-06-11 长沙天仪空间科技研究院有限公司 一种基于卫星的激光通信系统
CN112953620B (zh) * 2018-11-07 2022-04-15 长沙天仪空间科技研究院有限公司 一种基于卫星的激光通信系统
CN111654325A (zh) * 2018-11-07 2020-09-11 长沙天仪空间科技研究院有限公司 一种卫星激光通信方法
CN109495175A (zh) * 2018-11-07 2019-03-19 长沙天仪空间科技研究院有限公司 一种基于卫星的激光通信系统
CN111654325B (zh) * 2018-11-07 2021-08-03 长沙天仪空间科技研究院有限公司 一种卫星激光通信方法
CN111294114A (zh) * 2018-12-07 2020-06-16 华为技术有限公司 光通信节点、中继节点和光通信系统
CN110166125A (zh) * 2019-06-26 2019-08-23 广东工业大学 一种卫星通信系统及方法
CN110662123A (zh) * 2019-08-23 2020-01-07 北京邮电大学 空地一体化光网络中光纤链路的业务保护方法和控制器
CN111948449A (zh) * 2020-07-23 2020-11-17 上海卫星工程研究所 一种基于激光透明转发的星间非对称时差频差测量系统
CN111948449B (zh) * 2020-07-23 2023-05-05 上海卫星工程研究所 一种基于激光透明转发的星间非对称时差频差测量系统
CN112235037A (zh) * 2020-10-13 2021-01-15 中国人民解放军63921部队 一种激光/微波综合测控数传方法及数传站
CN113690553A (zh) * 2021-08-20 2021-11-23 国开启科量子技术(北京)有限公司 波束可调的近场微波转换装置
CN113690553B (zh) * 2021-08-20 2022-07-15 国开启科量子技术(北京)有限公司 波束可调的近场微波转换装置
WO2023155150A1 (zh) * 2022-02-18 2023-08-24 京东方科技集团股份有限公司 光中继装置、信号传输系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103117796B (zh) 2015-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103117796B (zh) 卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置及转发方法
Yu et al. Tutorial: Broadband fiber-wireless integration for 5G+ communication
Chowdhury et al. A comparative survey of optical wireless technologies: Architectures and applications
CN103117803B (zh) 星载微波与激光通信链路的集成系统及应用方法
Alimi et al. Challenges and opportunities of optical wireless communication technologies
US10090929B2 (en) Drone-based radio-over-fiber system
US11444693B2 (en) Free space optical FSO space data transmission system in the infrared wavelength domain
Singh et al. A high-speed radio over free space optics transmission link under dust environment conditions employing hybrid wavelength-and mode-division multiplexing
Niu et al. Terrestrial coherent free-space optical communication systems
CN105721060A (zh) 一种应用偏振复用实现载波重利用的双向多业务接入rof传输系统和方法
CN100568783C (zh) 基于插入导频法毫米波光纤传输系统的双向传输装置及信号传输方法
CN105553551A (zh) 一种基于mimo技术的可见光语音对讲系统
Patle et al. Review of fibreless optical communication technology: History, evolution, and emerging trends
CN106850058A (zh) 基于全双工无线毫米波通信和全双工自由空间相干光激光通信的混合光无线链路架构
Joseph et al. Investigations on hybrid wavelength-mode-orthogonal frequency-division multiplexing scheme based free space optical transmission system under varying atmospheric conditions
CN109525318A (zh) 一种全双工光载无线通信系统
CN208986943U (zh) 自由空间光通信串并行组合中继装置
CN101136705B (zh) 毫米波光纤无线电上行链路的全光副载波解调装置及方法
Singh et al. Mode division multiplexing free space optics system with 3D hybrid modulation under dust and fog
Alnajjar et al. The effect of atmospheric turbulence on the performance of end-users antenna based on WDM and hybrid amplifier
Kaur et al. Review on Inter-satellite Optical Wireless Communication system.
Song et al. Terahertz communication for beyond-5G application in future
Razaq et al. Review of Free Space Optical Communication: Advantages and Disadvantages
CN103701525B (zh) 高速中红外空间激光通信系统及通信方法
Liu et al. Wireless-over-fiber technology-bringing the wireless world indoors

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150722

Termination date: 20160125

EXPY Termination of patent right or utility model