CN111294115B - 一种基于双光频梳的抗截获和抗干扰射频通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于双光频梳的抗截获和抗干扰射频通信方法，分为发射端和接收端，发送端有两个光频梳：一个加载待传输的目标基带信号，另一个作为本振光频梳；两个光频梳中每一对光频梳分量对存在递增的频率间隔和设定的相位差编码；每一对光频梳分量对通过外差拍频得到一个合成宽带射频信号，经发射和传播到达接收端；接收端的两个光频梳：一个加载接收的射频信号，另一个作为本振光频梳；它们的自由频谱区的差值和每一对光频梳分量对的相位差编码与发射端保持一致；每一对光频梳分量对通过外差拍频得到一个新基带或中频信号。本发明提供了一种强抗截获、强抗干扰、高可靠的无线通信方式，对于信息网络安全与保密通信具有重要意义。

Description

一种基于双光频梳的抗截获和抗干扰射频通信方法
技术领域
本发明涉及微波光子学、射频通信、保密通信、光通信等领域，尤其涉及一种基于双光频梳的抗截获和抗干扰射频通信方法。
背景技术
当前，无线和射频通信技术高速发展，给人们生产和生活带来巨大便利。同时，也面临着一系列挑战和困难，诸如日益复杂的电磁环境下各种噪声干扰、通信频段和功率的限制、侦听/截获/泄密风险等。因此，高可靠、抗干扰、抗截获的射频通信对于军事国防、航空航天、专用行业至关重要。
典型的低截获(或高保密)射频通信制式包括扩频通信、时域加权方法等。扩频通信——跳频通信从时域维度调节载波频率，从而躲避侦听和定点干扰。扩频通信——直接序列扩频通信(如CDMA，"Wideband DS-CDMA for next-generation mobilecommunications systems,"IEEE Communications Magazine,pp.56-69,1998)采用相同扩频码时域序列分别在发射端、接收端去扩展信号的频谱、时域自相关解调，恢复出发送的目标信息。时域平均方法在时域上对同一信号/组合/码字等发送多次，接收端进行多次加权处理(如加权平均)获取目标信息。
由于这些通信制式或方法基于纯电域方式生成和接收处理射频信号，其带宽受到电子瓶颈的制约，导致其抗干扰、抗截获性能大打折扣。并且，这些通信制式或方法主要是从时域维度进行操作(载频的时变、时域相关、时域加权等)，在调控维度上有所欠缺。
发明内容
为了提供一种具有强抗截获、强抗干扰、高可靠性能的通信方法。本发明提供一种基于双光频梳的抗截获和抗干扰射频通信方法。这里光频梳又称为光学频率梳、光梳、或optical frequency comb。
一种基于双光频梳的抗截获和抗干扰射频通信方法，它分为基于双光频梳的发射端和基于双光频梳的接收端；
发送端的两个光频梳：
一个光频梳作为信号光频梳加载待传输的目标基带信号，另一个光频梳作为本振光频梳，两个光频梳的自由频谱区(Free spectral range)之间设定一个差值，并且它们之中的每一光频梳分量两两配对成光频梳分量对；每一对光频梳分量对存在递增的频率间隔和设定的0或π相位差编码(该相位差编码由相位差编码模块来设定和调整)；发射端两个光频梳的每一对光频梳分量对通过外差方式拍频得到一个合成的宽带射频信号(电域信号)，其频谱是目标基带信号频谱的周期性重复排列而成；该射频信号发射出去，经过空间传播到达接收端。
接收端的两个光频梳：
一个光频梳作为信号光频梳加载接收的射频信号，另一个光频梳作为本振光频梳，接收端两个光频梳的自由频谱区的差值和每一对光频梳分量对的相位差编码与发射端保持一致；接收端两个光频梳对应的每一对光频梳分量对通过外差方式拍频得到一个新基带或中频信号，其频谱是多个原目标基带信号频谱的叠加而成；经过电滤波器(低通滤波器或带通滤波器)等处理，获得目标基带信号。新基带或中频信号的频谱是多个复制后的原目标信号频谱相干同相叠加而成，能够显著提升信噪比和抗干扰性能。
并且，发射端两个光频梳的自由频谱区差值、每一对光频梳分量对的0或π相位差编码都可以灵活调整和动态变化；相对应地接收端两个光频梳的自由频谱区差值和每一对光频梳分量对之间的相位差编码与发射端保持一致，解调出新的基带或中频信号，进一步增强抗截获、抗干扰性能。
本发明的有益技术效果为：
本发明基于微波光子学实施强抗干扰、强抗截获的射频通信，能够大幅度增加射频信号的带宽，降低信号的发射功率，并且从频域维度进行相干叠加调控，能够显著提升信噪比和抗干扰、抗截获性能。对于信息网络安全与保密通信具有重要意义。
附图说明
图1为本发明方法的系统框图。
图2为发射端的双光频梳与光频梳分量对的频率间隔和相位差编码。
图3为发射端中合成宽带射频信号的生成。
图4为接收端中解调的新基带或中频信号。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述。
如图1所示，一种基于双光频梳的抗截获和抗干扰射频通信方法，包括发射端10和接收端20两部分。在发射端10，采用两个光频梳：光频梳101和光频梳103；光频梳101作为信号光频梳，目标基带信号通过电光调制器104加载到光频梳101的所有光梳分量上(如图2)；光频梳103作为本振光频梳。这里目标基带信号的带宽为B0。
如图2所示，光频梳101与光频梳103的自由频谱区(Free Spectral Range)之间设定一个差值(ΔF)：
ΔF＝FSR1-FSR2 (1)
其中：FSR1是光频梳101的自由频谱区，FSR2是光频梳103的自由频谱区。并且它们之中的每一光梳分量两两配对，每一对光梳分量对存在递增的频率间隔为：
Δf+k×ΔF (2)
其中Δf为第一对光梳分量对中两个光梳分量的初始频率间隔，0≤k≤n-1，n为本发明方法中采用的光梳分量对的总数。同时，利用相位差编码模块102来设定和调整每一对光梳分量对中两个光梳分量的相对相位差(0或π)，设定0或π相位差编码。
将经过目标基带信号调制的光频梳101与光频梳103一同输入到光电探测器105中：光频梳101与光频梳103的每一对光梳分量对通过光外差方式拍频得到一个合成宽带射频信号(电域信号)。如图3所示，光频梳101中波长λ1、λ2、λ3、λ4……λn对应的光梳分量对经过光外差拍频，分别得到带宽为B1、B2、B3、B4……Bn的射频信号分量；这些分量是原目标基带信号在频域维度的多个复制品(这里B0＝B1＝B2＝B3＝B4＝……＝Bn)，其频谱幅度与原目标基带信号一致，只是在相位上存在同相(对应0相位差)或反相(对应π相位差)关系。根据公式(2)，带宽为B1、B2、B3、B4……Bn的射频信号分量的中心频点分别为Δf、Δf+ΔF、Δf+2ΔF、Δf+3ΔF……Δf+(n-1)ΔF，从而获得合成宽带射频信号(电域信号)：其频谱是原目标基带信号频谱的周期性排列而成，其带宽为B0+(n-1)ΔF。
该合成宽带射频信号经过天线106发射出去，经过自由空间无线传播到达接收端20，被天线201接收。在接收端20，同样由两个两个光频梳进行接收处理：光频梳203和光频梳205，它们自由频谱区的差值与发射端两个光频梳(光频梳101和光频梳103)的自由频谱区差值保持一致，FSR3是光频梳203的自由频谱区，FSR4是光频梳205的自由频谱区；并且通过相位差编码模块204来设定和调整接收端两个光频梳(光频梳203和光频梳205)对应的每一对光梳分量对的0或π相位差编码，保持与发射端一致；光频梳203作为信号光频梳，接收到的组合宽带射频信号通过电光调制器202加载到光频梳203的所有光梳分量上(如图4)，光频梳205作为本振光频梳，然后输入到光电探测器206。本发明中的光电探测器105和光电探测器206采用高转换效率的双端口平衡光电探测器，也可采用单端口光电探测器。
在光电探测器206中，光频梳203和光频梳205对应的每一对光梳分量对通过外差方式拍频得到一个新的基带或中频信号(电域信号)，其频谱是多个原目标基带信号频谱的叠加而成。如图4所示，光频梳203中波长ω1、ω2、ω3……ωn对应的光梳分量对经过光外差拍频，分别得到B1、B2、B3……Bn的基带或中频信号分量。这些分量是原目标基带信号在频域维度的多个复制品，其频谱幅度与原目标基带信号一致；并且，发射端在某一光梳分量对上引入的同相(对应0相位差)或反相(对应π相位差)关系也被接收端在对应的光梳分量对上引入的相同相位差编码叠加而完全抵消，获得全部为同相的基带或中频信号分量，即全部基带或中频信号分量都可视为B0。(同相与同相匹配后仍为同相，反相与反相匹配后抵消变为同相)。这些同相基带或中频信号分量都位于频率f0处(频率f0的大小决定是新基带信号分量或者新中频信号分量)，形成的频谱是在频域维度上是由多个复制后原目标基带信号的频谱相干同相叠加而成，因此能够显著提升信噪比和抗干扰性能。
值得说明：为保障上述所有基带或中频信号分量为相干同相叠加，接收端两个光频梳的每一组光梳分量对的相位差编码(0或π相位差)必须与发射端两个光频梳的对应的所有光梳分量对的相位差编码保持一致，这也是本发明的关键创新性(点)之一，才能显著增强抗截获性能。否则，如果在接收方(敌方或非合作方)不知道该相位差编码或采用不一致的相位差编码的情形下，导致产生相干反相叠加，不仅不能提升接收信噪比、载噪比、接收增益，反而会降低信噪比、载噪比、接收增益。本发明中为保障通信功能顺畅，接收端和发送端的相位差编码保持一致，从而保证所有基带或中频信号分量相干同相叠加。
由于噪声的叠加为非相干，因此本方法中原目标基带信号频谱的多重相干同相叠加，能够大幅度提升接收信噪比、载噪比、或接收增益。从而，以大带宽、低功率谱密度实施射频无线通信或者在遭受较大噪声干扰仍然能保持通信顺畅，实现强抗截获(或高保密)、强抗干扰、高可靠的射频通信。
进而，新基带或中频信号经过电滤波器207(低通滤波器或带通滤波器)处理，恢复出目标基带信号。
并且，发射端两个光频梳(101和103)的自由频谱区差值、每一对光梳分量对的0或π相位差编码都可以灵活调整和动态变化；相对应地接收端两个光频梳(203和205)的自由频谱区差值和每一对光梳分量对之间的相位差编码与发射端保持一致，才能够顺利解调出新的基带或中频信号。通过灵活和动态调整，自由频谱区的差值和光梳分量对的相位差编码，进一步增强抗截获、抗干扰性能。
综合以上陈述，本发明具有如下特征。1)在发射端、接收端同时采用双光频梳生成合成宽带射频信号、检测和解调目标信号，充分利用微波光子学的带宽优势，能够大幅度增加射频信号的带宽，降低信号的发射功率，以及基于频域维度的频谱多重复制和相干同相叠加来检测和解调低信噪比下、低信号强度下、大噪声背景下的目标信号。因此，显著提升了抗截获、抗干扰性能。2)并且，可以灵活调整和动态控制发送端两个光频梳的自由频谱区差值和每一对光梳分量对之间的0或π相位差编码，进一步增强抗截获性能和可靠性。
以上所陈述的仅仅是本发明的优选实施方式，应当指出，在不脱离本发明方法和核心装置实质的前提下，在实际实施中可以做出若干更改和润色也应包含在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种基于双光频梳的抗截获和抗干扰射频通信方法，其特征在于，它分为基于双光频梳的发射端和基于双光频梳的接收端；
发送端的两个光频梳：
一个光频梳作为信号光频梳加载待传输的目标基带信号，另一个光频梳作为本振光频梳，两个光频梳的自由频谱区之间设定一个差值，并且它们之中的每一光频梳分量两两配对成光频梳分量对；每一对光频梳分量对存在递增的频率间隔和相位差编码，该相位差编码由相位差编码模块来设定和调整，每一对光频梳分量对的相位差为0或π；发射端两个光频梳的每一对光频梳分量对通过外差方式拍频得到一个合成的宽带射频信号，其频谱是目标基带信号频谱的周期性重复排列而成；该射频信号发射出去，经过空间传播到达接收端；
接收端的两个光频梳：
一个光频梳作为信号光频梳加载接收的射频信号，另一个光频梳作为本振光频梳，接收端两个光频梳的自由频谱区的差值和每一对光频梳分量对的相位差编码与发射端保持一致；接收端两个光频梳对应的每一对光频梳分量对通过外差方式拍频得到一个新基带或中频信号，进而解调出传输后的目标基带信号；新基带或中频信号的频谱是多个复制后的原目标信号频谱相干同相叠加而成，能够显著提升信噪比和抗干扰性能。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113820688B (zh) * 2021-11-25 2022-04-05 之江实验室 一种基于双光频梳的三维固态激光雷达探测方法及装置
CN117014073B (zh) * 2023-07-21 2024-04-02 中国人民解放军国防科技大学 一种基于单光频梳的直扩跳频混合通信装置及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6901224B1 (en) * 2000-02-18 2005-05-31 Northrop Grumman Corporation Hybrid coherent-optical, RF signal channelizer
CN104009812A (zh) * 2014-05-14 2014-08-27 清华大学 一种基于快速激光扫描的微波信号测量方法
CN106685535A (zh) * 2017-01-16 2017-05-17 电子科技大学 一种可重构的微波光子下变频方法及装置
CN106802498A (zh) * 2017-03-10 2017-06-06 西南交通大学 一种全数字可编程光学频率梳产生方法与装置
CN107222263A (zh) * 2017-04-27 2017-09-29 南京航空航天大学 一种基于相干光频梳的微波光子收发信机
CN108418629A (zh) * 2018-02-09 2018-08-17 西南交通大学 一种基于双光频梳的宽带微波测量装置
CN110233676A (zh) * 2019-06-13 2019-09-13 中国电子科技集团公司第二十九研究所 基于光梳双调制边带的射频信道化方法及实现装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6901224B1 (en) * 2000-02-18 2005-05-31 Northrop Grumman Corporation Hybrid coherent-optical, RF signal channelizer
CN104009812A (zh) * 2014-05-14 2014-08-27 清华大学 一种基于快速激光扫描的微波信号测量方法
CN106685535A (zh) * 2017-01-16 2017-05-17 电子科技大学 一种可重构的微波光子下变频方法及装置
CN106802498A (zh) * 2017-03-10 2017-06-06 西南交通大学 一种全数字可编程光学频率梳产生方法与装置
CN107222263A (zh) * 2017-04-27 2017-09-29 南京航空航天大学 一种基于相干光频梳的微波光子收发信机
CN108418629A (zh) * 2018-02-09 2018-08-17 西南交通大学 一种基于双光频梳的宽带微波测量装置
CN110233676A (zh) * 2019-06-13 2019-09-13 中国电子科技集团公司第二十九研究所 基于光梳双调制边带的射频信道化方法及实现装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Coherent wideband microwave channelizer based on dual optical frequency combs;Wenhui Hao等;《2016 IEEE Avionics and Vehicle Fiber-Optics and Photonics Conference (AVFOP)》;20161219;全文 *
基于双光频梳的多频段变频方法;郑秋容等;《激光技术》;20180725;全文 *

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