CN110190899B - 一种灵活高速的自由空间-少模光纤混合通信装置 - Google Patents
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Abstract
一种灵活高速的自由空间‑少模光纤混合通信装置,解决了传统混合通信系统仅运行在一种工作模式下，灵活度不高，不易满足未来各个应用场景灵活多变的通信需求，无法解决混合通信系统在不改变系统结构的情况下具备一种以上工作模式的问题。可将自由空间光通信链路与光纤通信链路有机融合，从而减少光电/电光转换过程，为数据快速传递提供了便利；同时，该装置可在同一结构下，无需改变器件参数，灵活提供速率优先与质量优先两种通信工作模式，速率优先模式下，可实现Tb/s级别高速率通信，质量优先模式下，可实现Gb/s级别高质量通信，极大提升了混合通信系统灵活性，进而拓展了该类通信系统的适用范围，这对于未来通信、雷达和无线传感等十分有益。
Description
技术领域
本发明涉及一种灵活高速的自由空间-少模光纤混合通信装置，适用于激光通信、光学雷达、无线光传感等技术领域。
背景技术
随着信息时代的到来，通信业务信息量剧增，通信网络的容量已经远远不能满足社会高速发展的需要。扩充网络带宽资源，提高通信流量，保证信息的超高速、超大容量传输已成为当前通信事业需要面对的重要课题。
当前主流的通信方式包括微波通信、光纤通信以及自由空间光通信等，并且正在朝着相互融合的方向发展，即形成混合通信系统，通过集成各自优点从而进一步提升系统性能，并减少转换环节从而降低系统成本。
目前全球关于“6G”的布局竞争正在悄然上演，若将2019年称之为“6G”研发元年也不为过。据媒体报道，除中国外，美国、俄罗斯、欧盟等国家和地区也正进行相关概念和研发工作。2017年11月，彼时英国电信集团首席网络架构师Neil McRae对“6G”通信进行了展望，他认为“6G”将是“5G+卫星”网络，即在“5G”的基础上集成卫星网络来实现全球覆盖，这一理念与目前通信系统融合发展的趋势不谋而合。不仅如此，多数业内专家也认为陆地、天空甚至多层次多网络的融合“进行全网络的覆盖”可能是未来“6G”技术的一个发展方向。然而，网络的融合同样离不开通信技术的融合，如此意味着未来混合通信技术将有可能引领我们进入一个全新的时代。
中国专利申请号201710857794.7提出了一种基于自由空间的光纤通信系统方案；中国专利申请号201910000514.X提出了一种基于少模多芯光纤的自由空间光学接收系统；中国专利申请号201810315086.5提出了一种自由空间激光耦合至单模光纤的装置及方法，上述方案均属于混合通信系统范畴。然而上述系统仅运行在一种工作模式下，灵活度不高，不易满足未来各个应用场景灵活多变的通信需求，无法解决混合通信系统在不改变系统结构的情况下具备一种以上工作模式的问题。
本专利提出了一种灵活高速的自由空间-少模光纤混合通信装置，利用该装置可将自由空间光通信链路与光纤通信链路有机融合，从而减少光电/电光转换过程，为数据快速传递提供了便利；同时，该装置可在同一结构下，无需改变器件参数，灵活提供速率优先与质量优先两种通信工作模式，速率优先模式下，可实现Tb/s级别高速率通信，质量优先通信模式下，可实现Gb/s级别高质量通信，极大提升了混合通信系统灵活性，进而大大拓展了该类通信系统的适用范围，这对于未来通信、雷达和无线传感等十分有益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：传统混合通信系统仅运行在一种工作模式下，灵活度不高，不易满足未来各个应用场景灵活多变的通信需求，无法解决混合通信系统在不改变系统结构的情况下具备一种以上工作模式的问题。
本发明的技术方案为：
一种灵活高速的自由空间-少模光纤混合通信装置，其特征在于该装置可在同一结构下，无需改变器件参数，灵活提供速率优先与质量优先两种通信工作模式；
其装置包括：高功率激光器阵列，光调制器阵列，信号源，波分复用装置，粗追踪装置阵列，精追踪装置阵列，纤端模式复用装置，少模光纤链路，纤端解复用装置，光信号放大器，光电探测器阵列，信号分析装置；
具体连接方式为：高功率激光器阵列的输出端连接光调制器阵列的光输入端，信号源的输出端连接光调制器阵列的电输入端，光调制器阵列的输出端连接波分复用装置的输入端，波分复用装置的输出端对准粗追踪装置阵列的输入端通过自由空间连接，粗追踪装置阵列的输出端对准精追踪装置阵列的输入端通过自由空间连接，精追踪装置阵列的输出端对准纤端模式复用装置的输入端通过自由空间连接，纤端模式复用装置的输出端连接少模光纤链路的输入端，少模光纤链路的输出端连接纤端解复用装置的输入端，纤端解复用装置的输出端连接光信号放大器的输入端，光信号放大器的输出端连接光电探测器阵列的输入端，光电探测器阵列的输出端连接信号分析装置的输入端；
装置不同功能间的切换方法为：速率优先通信模式下由光电探测器阵列，信号分析装置组成的接收端使用直接探测；质量优先模式下由光电探测器阵列，信号分析装置组成的接收端使用最大比合并探测；
装置之间参数配置关系为：高功率激光器阵列产生的波束数量与光调制器阵列的调制通道数量比例始终为1:1；粗追踪装置阵列可追踪波束数量与精追踪装置阵列可追踪波束数量比例始终未1:1；粗追踪装置阵列可追踪波束数＝少模光纤链路纤芯数量×少模光纤链路纤芯模式数量；光电探测器阵列可探测通道数量＝高功率激光器阵列产生的波束数量×少模光纤链路纤芯数量×少模光纤链路纤芯模式数量；
装置优化升级方法为：可分别提升高功率激光器阵列产生的波束数量、少模光纤链路纤芯数量和少模光纤链路纤芯模式数量；也可同时提升高功率激光器阵列产生的波束数量、少模光纤链路纤芯数量和少模光纤链路纤芯模式数量。
本发明的有益效果具体如下：
本发明所述的一种灵活高速的自由空间-少模光纤混合通信装置，可将自由空间光通信链路与光纤通信链路有机融合，从而减少光电/电光转换过程，为数据快速传递提供了便利；同时，该装置可在同一结构下，无需改变器件参数，灵活提供速率优先与质量优先两种通信工作模式，速率优先模式下，可实现Tb/s级别高速率通信，质量优先通信模式下，可实现Gb/s级别高质量通信，极大提升了混合通信系统灵活性，进而大大拓展了该类通信系统的适用范围，这对于未来通信、雷达和无线传感等十分有益。
附图说明
图1为一种灵活高速的自由空间-少模光纤混合通信装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对一种灵活高速的自由空间-少模光纤混合通信装置作进一步描述。
实施方式一：
一种灵活高速的自由空间-少模光纤混合通信装置如图1所示其装置包括：高功率激光器阵列1，光调制器阵列2，信号源3，波分复用装置4，粗追踪装置阵列5，精追踪装置阵列6，纤端模式复用装置7，少模光纤链路8，纤端解复用装置9，光信号放大器10，光电探测器阵列11，信号分析装置12；
具体连接方式为：高功率激光器阵列1的输出端连接光调制器阵列2的光输入端，信号源3的输出端连接光调制器阵列2的电输入端，光调制器阵列2的输出端连接波分复用装置4的输入端，波分复用装置4的输出端对准粗追踪装置阵列5的输入端通过自由空间连接，粗追踪装置阵列5的输出端对准精追踪装置阵列6的输入端通过自由空间连接，精追踪装置阵列6的输出端对准纤端模式复用装置7的输入端通过自由空间连接，纤端模式复用装置7的输出端连接少模光纤链路8的输入端，少模光纤链路8的输出端连接纤端解复用装置9的输入端，纤端解复用装置9的输出端连接光信号放大器10的输入端，光信号放大器10的输出端连接光电探测器阵列11的输入端，光电探测器阵列11的输出端连接信号分析装置12的输入端；
装置不同功能间的切换方法为：速率优先通信模式下由光电探测器阵列11，信号分析装置12组成的接收端使用直接探测；质量优先模式下由光电探测器阵列11，信号分析装置12组成的接收端使用最大比合并探测；
装置之间参数配置关系为：高功率激光器阵列1产生的波束数量与光调制器阵列2的调制通道数量比例始终为1:1；粗追踪装置阵列5可追踪波束数量与精追踪装置阵列6可追踪波束数量比例始终未1:1；粗追踪装置阵列5可追踪波束数＝少模光纤链路8纤芯数量×少模光纤链路8纤芯模式数量；光电探测器阵列11可探测通道数量＝高功率激光器阵列1产生的波束数量×少模光纤链路8纤芯数量×少模光纤链路8纤芯模式数量；
装置优化升级方法为：可分别提升高功率激光器阵列1产生的波束数量、少模光纤链路8纤芯数量和少模光纤链路8纤芯模式数量；也可同时提升高功率激光器阵列1产生的波束数量、少模光纤链路8纤芯数量和少模光纤链路8纤芯模式数量。
本实施例中，高功率激光器阵列1，光调制器阵列2，信号源3，波分复用装置4，粗追踪装置阵列5，精追踪装置阵列6，纤端模式复用装置7，少模光纤链路8，纤端解复用装置9，光信号放大器10，光电探测器阵列11，信号分析装置12均为普通商业级别器件、装置或设备；高功率激光器阵列1产生的波束数量为4，波束波长分别为1570nm、1550nm、1530nm以及1510nm；光调制器阵列2的调制通道数量为4，信号源3提供40Gb/s携带数据的驱动信号，波分复用装置4工作在粗波分复用模式，粗追踪装置阵列5可追踪波束数量与精追踪装置阵列6可追踪波束数量相同均为8，少模光纤链路8纤芯数量为2且纤芯模式数量为4，纤端解复用装置9可按波长、纤芯、模式不同将纤端信号完全分离则此实施例共分离出32路光信号，光电探测器阵列11可探测通道数量为32；按照装置不同功能间的切换方法，装置速率优先通信模式下可实现1.28Tb/s高速通信，质量优先通信模式下可实现160Gb/s高质量通信。
实施方式二：
一种灵活高速的自由空间-少模光纤混合通信装置如图1所示其装置包括：高功率激光器阵列1，光调制器阵列2，信号源3，波分复用装置4，粗追踪装置阵列5，精追踪装置阵列6，纤端模式复用装置7，少模光纤链路8，纤端解复用装置9，光信号放大器10，光电探测器阵列11，信号分析装置12；
具体连接方式为：高功率激光器阵列1的输出端连接光调制器阵列2的光输入端，信号源3的输出端连接光调制器阵列2的电输入端，光调制器阵列2的输出端连接波分复用装置4的输入端，波分复用装置4的输出端对准粗追踪装置阵列5的输入端通过自由空间连接，粗追踪装置阵列5的输出端对准精追踪装置阵列6的输入端通过自由空间连接，精追踪装置阵列6的输出端对准纤端模式复用装置7的输入端通过自由空间连接，纤端模式复用装置7的输出端连接少模光纤链路8的输入端，少模光纤链路8的输出端连接纤端解复用装置9的输入端，纤端解复用装置9的输出端连接光信号放大器10的输入端，光信号放大器10的输出端连接光电探测器阵列11的输入端，光电探测器阵列11的输出端连接信号分析装置12的输入端；
装置不同功能间的切换方法为：速率优先通信模式下由光电探测器阵列11，信号分析装置12组成的接收端使用直接探测；质量优先模式下由光电探测器阵列11，信号分析装置12组成的接收端使用最大比合并探测；
装置之间参数配置关系为：高功率激光器阵列1产生的波束数量与光调制器阵列2的调制通道数量比例始终为1:1；粗追踪装置阵列5可追踪波束数量与精追踪装置阵列6可追踪波束数量比例始终未1:1；粗追踪装置阵列5可追踪波束数＝少模光纤链路8纤芯数量×少模光纤链路8纤芯模式数量；光电探测器阵列11可探测通道数量＝高功率激光器阵列1产生的波束数量×少模光纤链路8纤芯数量×少模光纤链路8纤芯模式数量；
装置优化升级方法为：可分别提升高功率激光器阵列1产生的波束数量、少模光纤链路8纤芯数量和少模光纤链路8纤芯模式数量；也可同时提升高功率激光器阵列1产生的波束数量、少模光纤链路8纤芯数量和少模光纤链路8纤芯模式数量。
本实施例中，高功率激光器阵列1，光调制器阵列2，信号源3，波分复用装置4，粗追踪装置阵列5，精追踪装置阵列6，纤端模式复用装置7，少模光纤链路8，纤端解复用装置9，光信号放大器10，光电探测器阵列11，信号分析装置12均为普通商业级别器件、装置或设备；高功率激光器阵列1产生的波束数量为8，波束波长分别为1548.0nm、1548.8nm、1549.6nm、1550.4nm、1551.2nm、1552.0nm、1552.8nm、1553.6nm；光调制器阵列2的调制通道数量为8，信号源3提供40Gb/s携带数据的驱动信号，波分复用装置4工作在密集波分复用模式，粗追踪装置阵列5可追踪波束数量与精追踪装置阵列6可追踪波束数量相同均为12，少模光纤链路8纤芯数量为3且纤芯模式数量为4，纤端解复用装置9可按波长、纤芯、模式不同将纤端信号完全分离则此实施例共分离出96路光信号，光电探测器阵列11可探测通道数量为96；按照装置不同功能间的切换方法，装置速率优先通信模式下可实现3.84Tb/s高速通信，质量优先通信模式下可实现320Gb/s高质量通信。
实施方式三：
一种灵活高速的自由空间-少模光纤混合通信装置如图1所示其装置包括：高功率激光器阵列1，光调制器阵列2，信号源3，波分复用装置4，粗追踪装置阵列5，精追踪装置阵列6，纤端模式复用装置7，少模光纤链路8，纤端解复用装置9，光信号放大器10，光电探测器阵列11，信号分析装置12；
具体连接方式为：高功率激光器阵列1的输出端连接光调制器阵列2的光输入端，信号源3的输出端连接光调制器阵列2的电输入端，光调制器阵列2的输出端连接波分复用装置4的输入端，波分复用装置4的输出端对准粗追踪装置阵列5的输入端通过自由空间连接，粗追踪装置阵列5的输出端对准精追踪装置阵列6的输入端通过自由空间连接，精追踪装置阵列6的输出端对准纤端模式复用装置7的输入端通过自由空间连接，纤端模式复用装置7的输出端连接少模光纤链路8的输入端，少模光纤链路8的输出端连接纤端解复用装置9的输入端，纤端解复用装置9的输出端连接光信号放大器10的输入端，光信号放大器10的输出端连接光电探测器阵列11的输入端，光电探测器阵列11的输出端连接信号分析装置12的输入端；
装置不同功能间的切换方法为：速率优先通信模式下由光电探测器阵列11，信号分析装置12组成的接收端使用直接探测；质量优先模式下由光电探测器阵列11，信号分析装置12组成的接收端使用最大比合并探测；
装置之间参数配置关系为：高功率激光器阵列1产生的波束数量与光调制器阵列2的调制通道数量比例始终为1:1；粗追踪装置阵列5可追踪波束数量与精追踪装置阵列6可追踪波束数量比例始终未1:1；粗追踪装置阵列5可追踪波束数＝少模光纤链路8纤芯数量×少模光纤链路8纤芯模式数量；光电探测器阵列11可探测通道数量＝高功率激光器阵列1产生的波束数量×少模光纤链路8纤芯数量×少模光纤链路8纤芯模式数量；
装置优化升级方法为：可分别提升高功率激光器阵列1产生的波束数量、少模光纤链路8纤芯数量和少模光纤链路8纤芯模式数量；也可同时提升高功率激光器阵列1产生的波束数量、少模光纤链路8纤芯数量和少模光纤链路8纤芯模式数量。
本实施例中，高功率激光器阵列1，光调制器阵列2，信号源3，波分复用装置4，粗追踪装置阵列5，精追踪装置阵列6，纤端模式复用装置7，少模光纤链路8，纤端解复用装置9，光信号放大器10，光电探测器阵列11，信号分析装置12均为普通商业级别器件、装置或设备；高功率激光器阵列1产生的波束数量为6，波束波长分别为1490nm、1510nm、1530nm、1550nm、1570nm、1590nm；光调制器阵列2的调制通道数量为6，信号源3提供25Gb/s携带数据的驱动信号，波分复用装置4工作在粗波分复用模式，粗追踪装置阵列5可追踪波束数量与精追踪装置阵列6可追踪波束数量相同均为3，少模光纤链路8纤芯数量为1且纤芯模式数量为3，纤端解复用装置9可按波长、纤芯、模式不同将纤端信号完全分离则此实施例共分离出18路光信号，光电探测器阵列11可探测通道数量为18；按照装置不同功能间的切换方法，装置速率优先通信模式下可实现0.45Tb/s高速通信，质量优先通信模式下可实现150Gb/s高质量通信。
以上所述实施方案仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明公开的内容上，还可以做出若干等同变形和替换，高功率激光器阵列产生的波束数量不限于4、6和8，粗追踪装置阵列可追踪波束数量与精追踪装置阵列可追踪波束数量不限于3、8和12，少模光纤链路纤芯数量不限于1、2和3纤芯模式数量不限于3和4，光电探测器阵列可探测通道数量不限于18、32和96，装置速率优先通信模式下可实现通信速率不限于0.45Tb/s、1.28Tb/s和3.84Tb/s，装置质量优先通信模式下可实现通信速率不限于150Gb/s、160Gb/s和320Gb/s，这些等同变形和替换以及高功率激光器阵列所产生波束中心波长、信号源产生数据信号速率以及光调制器阵列调制方式、调制码型的调整也应视为本专利的保护范围。
Claims (4)
1.一种灵活高速的自由空间-少模光纤混合通信装置，其特征在于，所述装置包括：高功率激光器阵列(1)，光调制器阵列(2)，信号源(3)，波分复用装置(4)，粗追踪装置阵列(5)，精追踪装置阵列(6)，纤端模式复用装置(7)，少模光纤链路(8)，纤端解复用装置(9)，光信号放大器(10)，光电探测器阵列(11)，信号分析装置(12)；
具体连接方式为：高功率激光器阵列(1)的输出端连接光调制器阵列(2)的光输入端，信号源(3)的输出端连接光调制器阵列(2)的电输入端，光调制器阵列(2)的输出端连接波分复用装置(4)的输入端，波分复用装置(4)的输出端对准粗追踪装置阵列(5)的输入端通过自由空间连接，粗追踪装置阵列(5)的输出端对准精追踪装置阵列(6)的输入端通过自由空间连接，精追踪装置阵列(6)的输出端对准纤端模式复用装置(7)的输入端通过自由空间连接，纤端模式复用装置(7)的输出端连接少模光纤链路(8)的输入端，少模光纤链路(8)的输出端连接纤端解复用装置(9)的输入端，纤端解复用装置(9)的输出端连接光信号放大器(10)的输入端，光信号放大器(10)的输出端连接光电探测器阵列(11)的输入端，光电探测器阵列(11)的输出端连接信号分析装置(12)的输入端；
所述装置不同功能间的切换方法为：
速率优先通信模式下，由光电探测器阵列(11)，信号分析装置(12)组成的接收端使用直接探测；
质量优先模式下，由光电探测器阵列(11)，信号分析装置(12)组成的接收端使用最大比合并探测。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置之间参数配置关系为：
高功率激光器阵列(1)产生的波束数量与光调制器阵列(2)的调制通道数量比例始终为1:1；粗追踪装置阵列(5)可追踪波束数量与精追踪装置阵列(6)可追踪波束数量比例始终为1:1；粗追踪装置阵列(5)可追踪波束数＝少模光纤链路(8)纤芯数量×少模光纤链路(8)纤芯模式数量；光电探测器阵列(11)可探测通道数量＝高功率激光器阵列(1)产生的波束数量×少模光纤链路(8)纤芯数量×少模光纤链路(8)纤芯模式数量。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的优化升级方法为：分别提升高功率激光器阵列(1)产生的波束数量、少模光纤链路(8)纤芯数量和少模光纤链路(8)纤芯模式数量；或同时提升高功率激光器阵列(1)产生的波束数量、少模光纤链路(8)纤芯数量和少模光纤链路(8)纤芯模式数量。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置将自由空间光通信链路与光纤通信链路有机融合，减少光电/电光转换过程，为数据快速传递提供了便利；同时，所述装置在同一结构下，提供速率优先与质量优先两种通信模式；速率优先模式下，实现Tb/s级别高速率通信；质量优先模式下，实现Gb/s级别复杂环境高质量通信。
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| GR01 | Patent grant | ||
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