CN111082875A - 激光通信装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种激光通信装置，应用于空间激光通信技术领域，包括：同步信息编码模块，用于将待传输的原始同步信息进行编码，得到第一同步信息，激光通信编码模块，用于将第一同步信息编码到激光通信数据中，得到第一数据流，功率激光器，用于将包含第一数据流的电信号转换为包含第一数据流的光信号，功率探测器，用于将包含第一数据流的光信号转换成包含第一数据流的电信号，激光通信解码模块，用于对包含第一数据流的电信号进行解码，得到激光通信数据和第一同步信息，同步信息解码模块，用于对第一同步信息进行解码，得到待传输的原始同步信息。本申请还公开了一种激光通信方法，减少了额外发送和接收光电模组的使用，降低了系统的复杂度。

Description

激光通信装置及方法
技术领域
本申请涉及空间激光通信技术领域，尤其涉及一种激光通信装置及方法。
背景技术
随着科学技术的发展，远距离不同系统之间的数据交互和时间同步变得越来越重要。比如在空间量子通信系统中，发送端和接收端之间以及不同系统之间需要高速传输数据和高精度时间同步，用于控制指令、遥测数据以及应用数据的传输，以确保整个系统可靠运行。
在空间通信系统中，一般使用同步光实现双方的高精度时间同步，同时使用激光通信进行经典数据的传输。如果在系统中同时采用同步光和激光通信两个工作波长，会造成系统频段资源紧张。同时，由于同步光和激光通信都需要各自的发送和接收光电模组，增加了系统的复杂度。特别是在空间量子通信系统中，由于大气窗口的限制，空间系统中可用的光波长频段是有限的，共轴光学系统中各个分系统的工作波长还不能相差太远，这极大地增加了系统的难度。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种激光通信装置及方法，以解决上述至少一个技术问题。
为实现上述目的，本申请实施例第一方面提供一种激光通信装置，包括：
同步信息编码模块、激光通信编码模块、功率激光器、功率探测器、激光通信解码模块、同步信息解码模块；
所述同步信息编码模块，用于将待传输的原始同步信息进行编码，得到第一同步信息，并将所述第一同步信息发送给所述激光通信编码模块；
所述激光通信编码模块，用于将所述第一同步信息编码到激光通信数据中，得到第一数据流，并将包含所述第一数据流的电信号发送给所述功率激光器。
所述功率激光器，用于将包含所述第一数据流的电信号转换为包含所述第一数据流的光信号，并传输所述光信号给所述功率探测器，同时调制所述光信号的输出功率；
所述功率探测器，用于将包含所述第一数据流的光信号转换成包含所述第一数据流的电信号；
所述激光通信解码模块，用于对包含所述第一数据流的电信号进行解码，得到所述激光通信数据和所述第一同步信息；
所述同步信息解码模块，用于对所述第一同步信息进行解码，得到所述待传输的原始同步信息。
进一步地，所述原始同步信息为时间信息。
进一步地，所述将所述第一同步信息编码到激光通信数据中，得到第一数据流之前，还包括：
对激光通信数据进行纠错编码、数据交织、数据流随机化。
所述对包含所述第一数据流的电信号进行解码，得到所述激光通信数据和所述第一同步信息包括：
对所述第一数据流进行去随机化、解交织、纠错，得到所述激光通信数据和所述第一同步信息。
进一步地，所述同步信息编码模块和所述激光通信编码模块使用相同的时钟源。
进一步地，所述功率激光器的输出采用单模光纤。
进一步地，所述功率激光器中的所有光信号通过波分复用合束。
进一步地，所述激光通信编码模块和所述功率激光器使用一对低电压差分信号同轴线缆相连；
所述功率探测器和所述激光通信解码模块使用两对低电压差分信号同轴线缆相连。
本申请实施例第二方面提供一种激光通信方法，包括：
将待传输的原始同步信息进行编码，得到第一同步信息；
将所述第一同步信息编码到激光通信数据中，得到第一数据流，并将包含所述第一数据流的电信号发送给所述功率激光器；
将包含所述第一数据流的电信号转换为包含所述第一数据流的光信号，并传输所述光信号给所述功率探测器，同时调制所述光信号的输出功率；
将包含所述第一数据流的光信号转换成包含所述第一数据流的电信号；
对包含所述第一数据流的电信号进行解码，得到所述激光通信数据和所述第一同步信息；
对所述第一同步信息进行解码，得到所述待传输的原始同步信息。
进一步地，所述原始同步信息为时间信息。
进一步地，所述将所述第一同步信息编码到激光通信数据中，得到第一数据流之前，还包括：
对激光通信数据进行纠错编码、数据交织、数据流随机化。
所述对包含所述第一数据流的电信号进行解码，得到所述激光通信数据和所述第一同步信息包括：
对所述第一数据流进行去随机化、解交织、纠错，得到所述激光通信数据和所述第一同步信息。
从上述本申请实施例可知，本申请提供的激光通信装置及方法，将待传输的原始同步信息进行编码，得到第一同步信息，将该第一同步信息编码到激光通信数据流中，得到第一数据流，并将包含该第一数据流的电信号发送给该功率激光器，将包含该第一数据流的电信号转换为包含该第一数据流的光信号，并传输该光信号给该功率探测器，同时调制该光信号的输出功率，将包含该第一数据流的光信号转换成包含该第一数据流的电信号，对包含该第一数据流的电信号进行解码，得到该激光通信数据和该第一同步信息，对该第一同步信息进行解码，得到该待传输的原始同步信息，减少了额外发送和接收光电模组的使用，降低了系统的复杂度，减少了一个光工作频段，同时避免了不同频段光信号共轴传输的难题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例提供的激光通信装置的结构示意图；
图2为本申请一实施例提供的激光通信方法的流程示意图；
图3为本申请一实施例提供的激光通信装置应用于空间量子通信系统的结构示意图；
图4为本申请一实施例提供的激光通信装置提取时间同步信号的测试结果示意图。
具体实施方式
为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请一实施例提供的激光通信装置的结构示意图，该结构主要包括：
同步信息编码模块1、激光通信编码模块2、功率激光器3、功率探测器4、激光通信解码模块5、同步信息解码模块6；
同步信息编码模块1，用于将待传输的原始同步信息进行编码，得到第一同步信息，并将该第一同步信息发送给激光通信编码模块2；
激光通信编码模块2，用于将该第一同步信息编码到激光通信数据中，得到第一数据流，并将包含该第一数据流的电信号发送给功率激光器3。
功率激光器3，用于将包含该第一数据流的电信号转换为包含该第一数据流的光信号，并传输该光信号给功率探测器4，同时调制该光信号的输出功率；
功率探测器4，用于将包含该第一数据流的光信号转换成包含该第一数据流的电信号；
激光通信解码模块5，用于对包含该第一数据流的电信号进行解码，得到该激光通信数据和该第一同步信息；
同步信息解码模块6，用于对该第一同步信息进行解码，得到该待传输的原始同步信息。
其中，功率激光器3传输该光信号给该功率探测器可通过空间信道或光纤信道进行传输。也即本申请提供的激光通信装置不仅适用于远距离的空间信道中，也可适用于传统的光纤信道。本申请实施例图1中，以在空间信道为例进行说明。
在本申请实施例中，将待传输的原始同步信息进行编码，得到第一同步信息，将该第一同步信息编码到激光通信数据流中，得到第一数据流，并将包含该第一数据流的电信号发送给功率激光器3，将包含该第一数据流的电信号转换为包含该第一数据流的光信号，并传输该光信号给该功率探测器4，同时调制该光信号的输出功率，将包含该第一数据流的光信号转换成包含该第一数据流的电信号，对包含该第一数据流的电信号进行解码，得到该激光通信数据和该第一同步信息，对该第一同步信息进行解码，得到该待传输的原始同步信息，减少了额外发送和接收光电模组的使用，降低了系统的复杂度，减少了一个光工作频段，同时避免了不同频段光信号共轴传输的难题。
在本申请其中一个实施例中，该原始同步信息为时间信息。将时间信息编码在激光通信数据中，通过对光脉冲的时间信息进行调制和解调制实现时间同步，减少了额外发送和接收光电模组的使用，减少了一个光工作频段，同时可以实现通信系统间的高精度时间同步。
在本申请其中一个实施例中，该将该第一同步信息编码到激光通信数据中，得到第一数据流之前，还包括：
对激光通信数据进行纠错编码、数据交织、数据流随机化。
该对包含该第一数据流的电信号进行解码，得到该激光通信数据和该第一同步信息包括：
对该第一数据流进行去随机化、解交织、纠错，得到该激光通信数据和该第一同步信息。
其中，当原始同步信息为时间信息时，激光通信解码模块2从接收到的第一数据流中恢复出发送端的时钟，并对第一数据流进行采样，该激光通信解码模块2恢复出的时钟与激光通信编码模块2中的时钟具有固定的相位关系。从而同步信息编码模块1根据第一数据流中的同步信息，恢复出发送端的时间信息。
在本申请其中一个实施例中，同步信息编码模块1和激光通信编码模块2使用相同的时钟源。
在本申请其中一个实施例中，功率激光器3的输出采用单模光纤。
在本申请其中一个实施例中，功率激光器3中的所有光信号通过波分复用合束。然后，进入望远镜系统发送到自由空间链路中。
在本申请其中一个实施例中，激光通信编码模块2和功率激光器3使用一对低电压差分信号同轴线缆相连。并利用专用激光驱动芯片进行驱动。
功率探测器4和激光通信解码模块5使用两对低电压差分信号同轴线缆相连。
请参阅图2，图2为本申请一实施例提供的激光通信方法的流程示意图，该方法可应用于上述图1所述的激光通信装置，该方法主要包括以下步骤：
S101、将待传输的原始同步信息进行编码，得到第一同步信息；
S102、将该第一同步信息编码到激光通信数据中，得到第一数据流，并将包含该第一数据流的电信号发送给该功率激光器；
S103、将包含该第一数据流的电信号转换为包含该第一数据流的光信号，并传输该光信号给该功率探测器，同时调制该光信号的输出功率；
S104、将包含该第一数据流的光信号转换成包含该第一数据流的电信号；
S105、对包含该第一数据流的电信号进行解码，得到该激光通信数据和该第一同步信息；
S106、对该第一同步信息进行解码，得到该待传输的原始同步信息。
在本申请其中一个实施例中，该原始同步信息为时间信息。将时间信息编码在激光通信的光脉冲中，通过对光脉冲的时间信息进行调制和解调制实现时间同步，减少了额外发送和接收光电模组的使用，减少了一个光工作频段，同时可以实现通信系统间的高精度时间同步。
在本申请其中一个实施例中，该将该第一同步信息编码到激光通信数据中，得到第一数据流之前，还包括：
对激光通信数据进行纠错编码、数据交织、数据流随机化。
该对包含该第一数据流的电信号进行解码，得到该激光通信数据和该第一同步信息包括：
对该第一数据流进行去随机化、解交织、纠错，得到该激光通信数据和该第一同步信息。
在本申请实施例中，将待传输的原始同步信息进行编码，得到第一同步信息，将该第一同步信息编码到激光通信数据流中，得到第一数据流，并将包含该第一数据流的电信号发送给该功率激光器，将包含该第一数据流的电信号转换为包含该第一数据流的光信号，并传输该光信号给该功率探测器，同时调制该光信号的输出功率，将包含该第一数据流的光信号转换成包含该第一数据流的电信号，对包含该第一数据流的电信号进行解码，得到该激光通信数据和该第一同步信息，对该第一同步信息进行解码，得到该待传输的原始同步信息，减少了额外发送和接收光电模组的使用，降低了系统的复杂度，减少了一个光工作频段，同时避免了不同频段光信号共轴传输的难题。
基于所提出的激光通信装置和方法，最终在通信速率156.25Mbps的情况下，同时实现了优于50ps的时间同步精度，如图3所示，其可以应用到复杂的空间量子通信系统中，该空间量子通信系统包括量子通信发射端7和量子通信接收端8。在实验系统对空间激光通信装置的同步性能进行了测试，如图4所示。通信速率为156.25Mbps，接收端探测功率-32dBm。对接收端的同步脉冲到达时间进行了统计，同步脉冲到达时间的中心位置为772.448ns，到达时间晃动半高宽约为48ps，即同步精度约为48ps。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本申请所提供的激光通信装置及方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种激光通信装置，其特征在于，包括：
同步信息编码模块、激光通信编码模块、功率激光器、功率探测器、激光通信解码模块、同步信息解码模块；
所述同步信息编码模块，用于将待传输的原始同步信息进行编码，得到第一同步信息，并将所述第一同步信息发送给所述激光通信编码模块；
所述激光通信编码模块，用于将所述第一同步信息编码到激光通信数据中，得到第一数据流，并将包含所述第一数据流的电信号发送给所述功率激光器。
所述功率激光器，用于将包含所述第一数据流的电信号转换为包含所述第一数据流的光信号，并传输所述光信号给所述功率探测器，同时调制所述光信号的输出功率；
所述功率探测器，用于将包含所述第一数据流的光信号转换成包含所述第一数据流的电信号；
所述激光通信解码模块，用于对包含所述第一数据流的电信号进行解码，得到所述激光通信数据和所述第一同步信息；
所述同步信息解码模块，用于对所述第一同步信息进行解码，得到所述待传输的原始同步信息。
2.根据权利要求1所述的激光通信装置，其特征在于，所述原始同步信息为时间信息。
3.根据权利要求1或2所述的激光通信装置，其特征在于，所述将所述第一同步信息编码到激光通信数据中，得到第一数据流之前，还包括：
对激光通信数据进行纠错编码、数据交织、数据流随机化。
所述对包含所述第一数据流的电信号进行解码，得到所述激光通信数据和所述第一同步信息包括：
对所述第一数据流进行去随机化、解交织、纠错，得到所述激光通信数据和所述第一同步信息。
4.根据权利要求3所述的激光通信装置，其特征在于，所述同步信息编码模块和所述激光通信编码模块使用相同的时钟源。
5.根据权利要求3所述的激光通信装置，其特征在于，所述功率激光器的输出采用单模光纤。
6.根据权利要求3所述的激光通信装置，其特征在于，所述功率激光器中的所有光信号通过波分复用合束。
7.根据权利要求3所述的激光通信装置，其特征在于，所述激光通信编码模块和所述功率激光器使用一对低电压差分信号同轴线缆相连；
所述功率探测器和所述激光通信解码模块使用两对低电压差分信号同轴线缆相连。
8.一种激光通信方法，其特征在于，包括：
将待传输的原始同步信息进行编码，得到第一同步信息；
将所述第一同步信息编码到激光通信数据中，得到第一数据流，并将包含所述第一数据流的电信号发送给所述功率激光器；
将包含所述第一数据流的电信号转换为包含所述第一数据流的光信号，并传输所述光信号给所述功率探测器，同时调制所述光信号的输出功率；
将包含所述第一数据流的光信号转换成包含所述第一数据流的电信号；
对包含所述第一数据流的电信号进行解码，得到所述激光通信数据和所述第一同步信息；
对所述第一同步信息进行解码，得到所述待传输的原始同步信息。
9.根据权利要求8所述的激光通信方法，其特征在于，所述原始同步信息为时间信息。
10.根据权利要求8或9所述的激光通信方法，其特征在于，所述将所述第一同步信息编码到激光通信数据中，得到第一数据流之前，还包括：
对激光通信数据进行纠错编码、数据交织、数据流随机化。
所述对包含所述第一数据流的电信号进行解码，得到所述激光通信数据和所述第一同步信息包括：
对所述第一数据流进行去随机化、解交织、纠错，得到所述激光通信数据和所述第一同步信息。
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