CN113517929A - 一种偏振差分脉冲位置调制方法及系统 - Google Patents

一种偏振差分脉冲位置调制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种偏振差分脉冲位置调制方法及系统，应用于无线光通信技术领域，包括以下步骤：对信源数据进行编码和调制，调制信号控制光源发生器输出光，经过圆偏振光生成器和圆偏振光逆变器得到90°和0°线偏振光，经过光电转化、差分放大和解码获得信源数据信息。本发明消除了背景噪声的影响，提高接收信号的信噪比。

Description

一种偏振差分脉冲位置调制方法及系统
技术领域
本发明涉及无线光通信技术领域，尤其涉及一种偏振差分脉冲位置调制方法及系统。
背景技术
紫外光通信利用大气粒子散射作用进行信息传输，实现非视距散射传输，极大地降低了通信终端间捕获、跟踪和瞄准(ATP)的实现难度，保证了快速、可靠通信；紫外LED光通信在军事和民用领域均具有重要的应用价值。紫外光通信系统通常采用强度调制/直接检测方案，如开关键控调制(OOK)，其优点是实现方式简单，但功率利用率低；脉冲位置调制(PPM)功率利用率最高，但带宽需求高，并且需要符号同步；数字脉冲间隔调制(DPIM)的优点是带宽效率高，但它的符号长度不固定，接收端必须进行复杂的同步才能正确解调；多脉冲位置调制(MPPM)本质上是PPM的变形，MPPM不仅可以改善带宽效率和信息传输容量，而且具有较高的功率效率，在工程中应用较多。
在紫外LED光通信系统中，由于太阳光等噪声光源导致接收信号的背景噪声较大；在远距离通信中，基于强度调制/直接检测类调制系统的性能急速下降。
因此，提供一种偏振差分脉冲位置调制方法及系统，克服现有技术中所存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种偏振差分脉冲位置调制方法及系统，可实现消除了背景噪声的影响，提高接收信号信噪比的技术效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种偏振差分脉冲位置调制方法，包括以下步骤：
S1、将信源数据发送至编码器电路中，并将信源数据细分成n位二进制数据的组的有序序列；
S2、将n位二进制数据调制成具有以下两部分的信号：1)起始位“1”时隙；2)连续“0”时隙；
S3、调制信号控制光源发生器发出对应调制信号的光至圆偏振光生成器；
S4、圆偏振光生成器输出对应信源数据“0”和“1”的左旋、右旋两种正交圆偏振态光信号；
S5、圆偏振光逆变器接收正交圆偏振态光信号后，对应生成两种正交线偏振光；
S6、对两种正交线偏振光进行光电转换后，进行差分放大和解调处理。
优选的，S5具体包括以下内容：
两种正交线偏振光为90°和0°线偏振光。
一种偏振差分脉冲位置调制系统，包括：编码器、调制器、光源发生器、圆偏振光生成器、圆偏振光逆变器、光电探测模块、差分放大电路和解码器；
编码器，与调制器的输入端连接，用于将信源数据细分成n位二进制数据的组的有序序列；
调制器，与光源发生器的输入端连接，用于将n位二进制数据调制成具有以下两部分的信号：1)起始位“1”时隙；2)连续“0”时隙；
光源发生器，与圆偏振光发生器的输入端连接，用于产生与调制器输出的调制信号相对应的光；
圆偏振光生成器，与圆偏振光逆变器的输入端连接，用于输出对应信源数据“0”和“1”的左旋、右旋两种正交圆偏振态光信号；
圆偏振光逆变器，与光电探测模块的输入端连接，用于接收正交圆偏振态光信号后，对应生成两种正交线偏振光；
光电探测模块，与差分放大电路的输入端连接，用于将偏正光转换为电信号；
差分放大电路，与解码器的输入端连接，用于对电信号进行解差分和放大处理；
解码器，用于对经过差分放大的电信号进行解调，得到信源数据。
优选的，圆偏振光生成器包括：第一90°线偏振片、第一0°线偏振片、第一1/4波长相位延迟器和第二1/4波长相位延迟器；
第一90°线偏振片和第一0°线偏振片共输入端，并与圆偏振光生成器的输入端口连接；
第一90°线偏振片与第一1/4波长相位延迟器的输入端连接，第一1/4波长相位延迟器的输出端与圆偏振光生成器的第一输出端口连接；
第一0°线偏振片与第二1/4波长相位延迟器的输入端连接，第二1/4波长相位延迟器的输出端与圆偏振光生成器的第二输出端口连接。
该技术方案所实现的技术效果：得到对应信源数据“0”和“1”的左旋、右旋两种正交圆偏振态光信号。
优选的，圆偏振光逆变器包括：第二90°线偏振片、第二0°线偏振片、第三1/4波长相位延迟器和第四1/4波长相位延迟器；其中，第二90°线偏振片与第一90°线偏振片对应设置，第二0°线偏振片第一0°线偏振片对应设置；
第三1/4波长相位延迟器和第二90°线偏振片依次连接，第三1/4波长相位延迟器与圆偏振光逆变器的第一输入端口连接，第二90°线偏振片与圆偏振光逆变器的第二输出端口连接；
第四1/4波长相位延迟器和第二0°线偏振片依次连接，第四1/4波长相位延迟器与圆偏振光逆变器的第二输入端口连接，第二0°线偏振片与圆偏振光逆变器的第二输出端口连接。
该技术方案所实现的技术效果：实现对接收的正交圆偏振太光信号进行逆向处理，得到90°线偏振光和0°线偏振光。
优选的，光电探测模块包括：第一光电探测器和第二光电探测器；
第一光电探测器的输入端与光电探测模块的第一输入端口连接，第一光电探测器的输出端与光电探测模块的第一输出端口连接；
第二光电探测器的输入端与光电探测模块的第二输入端口连接，第二光电探测器的输出端与光电探测模块的第二输出端口连接。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种偏振差分脉冲位置调制方法及系统：本发明利用圆偏振光生器和圆偏振光逆变器，得到90°线偏振光和0°线偏振光，通过光电探测模块和差分放大电路，克服了自由空间信道中的背景光(自然光)的影响；提高接受信号的信噪比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种偏振差分脉冲位置调制方法方法流程图；
图2为本发明一种偏振差分脉冲位置调制系统结构示意图；
图3为本发明偏振光生成器结构示意图；
图4为本发明圆偏振光逆变器结构示意图；
图5为本发明光电探测模块结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参照图1所示，本实施例公开了一种偏振差分脉冲位置调制方法方法，包括以下步骤：
S1、将信源数据发送至编码器电路中，并将信源数据细分成n位二进制数据的组的有序序列；
S2、将n位二进制数据调制成具有以下两部分的信号：1)起始位“1”时隙；2)连续“0”时隙；
S3、调制信号控制光源发生器发出对应调制信号的光至圆偏振光生成器；
S4、圆偏振光生成器输出对应信源数据“0”和“1”的左旋、右旋两种正交圆偏振态光信号；
S5、圆偏振光逆变器接收正交圆偏振态光信号后，对应生成两种正交线偏振光；
S6、对两种正交线偏振光进行光电转换后，进行差分放大和解调处理。
在一个具体实施例中，S5具体包括以下内容：两种正交线偏振光为90°和0°线偏振光。
在一个具体实施例中，如图2所示，公开了一种偏振差分脉冲位置调制系统，包括：编码器、调制器、光源发生器、圆偏振光生成器、圆偏振光逆变器、光电探测模块、差分放大电路和解码器；
编码器，与调制器的输入端连接，用于将信源数据细分成n位二进制数据的组的有序序列；
调制器，与光源发生器的输入端连接，用于将n位二进制数据调制成具有以下两部分的信号：1)起始位“1”时隙；2)连续“0”时隙；
光源发生器，与圆偏振光发生器的输入端连接，用于产生与调制器输出的调制信号相对应的光；
圆偏振光生成器，与圆偏振光逆变器的输入端连接，用于输出对应信源数据“0”和“1”的左旋、右旋两种正交圆偏振态光信号；
圆偏振光逆变器，与光电探测模块的输入端连接，用于接收正交圆偏振态光信号后，对应生成两种正交线偏振光；
光电探测模块，与差分放大电路的输入端连接，用于将偏正光转换为电信号；
差分放大电路，与解码器的输入端连接，用于对电信号进行解差分和放大处理；
解码器，用于对经过差分放大的电信号进行解调，得到信源数据。
在一个具体实施例中，圆偏振光生成器包括：第一90°线偏振片、第一0°线偏振片、第一1/4波长相位延迟器和第二1/4波长相位延迟器；
第一90°线偏振片和第一0°线偏振片共输入端，并与圆偏振光生成器的输入端口连接；
第一90°线偏振片与第一1/4波长相位延迟器的输入端连接，第一1/4波长相位延迟器的输出端与圆偏振光生成器的第一输出端口连接；
第一0°线偏振片与第二1/4波长相位延迟器的输入端连接，第二1/4波长相位延迟器的输出端与圆偏振光生成器的第二输出端口连接。
在一个具体实施例中，圆偏振光生成器的实现：光源发生器的光通过偏振片和1/4波长相位延迟器可得到圆偏振光；当偏振片的极化方向为90°时，得到左旋圆偏振光，当偏振片的极化方向为0°时，得到右旋圆偏振光。
在一个具体实施例中，圆偏振光逆变器包括：第二90°线偏振片、第二0°线偏振片、第三1/4波长相位延迟器和第四1/4波长相位延迟器；其中，第二90°线偏振片与第一90°线偏振片对应设置，第二0°线偏振片第一0°线偏振片对应设置；
第三1/4波长相位延迟器和第二90°线偏振片依次连接，第三1/4波长相位延迟器与圆偏振光逆变器的第一输入端口连接，第二90°线偏振片与圆偏振光逆变器的第二输出端口连接；
第四1/4波长相位延迟器和第二0°线偏振片依次连接，第四1/4波长相位延迟器与圆偏振光逆变器的第二输入端口连接，第二0°线偏振片与圆偏振光逆变器的第二输出端口连接。
在一个具体实施例中，光电探测模块包括：第一光电探测器和第二光电探测器；
第一光电探测器的输入端与光电探测模块的第一输入端口连接，第一光电探测器的输出端与光电探测模块的第一输出端口连接；
第二光电探测器的输入端与光电探测模块的第二输入端口连接，第二光电探测器的输出端与光电探测模块的第二输出端口连接。
在一个具体实施例中，第一光电探测器和第二光电探测器上能够检测到同样强度的背景光信号，并且其光电流是一样的，所以经过差分放大器后输出的结果为0，即得到：
Figure BDA0003042447200000081
其中，S为分解差分后的信号，S1和S2为光电转换后的信号。因此，基于圆偏振光PDPPM的调制/解调系统能有效消除背景噪声的影响，进而提高结构信号的新造比。
对所公开的实施例的上述说明，按照递进的方式进行，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种偏振差分脉冲位置调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将信源数据发送至编码器电路中，并将信源数据细分成n位二进制数据的组的有序序列；
S2、将n位二进制数据调制成具有以下两部分的信号：1)起始位“1”时隙；2)连续“0”时隙；
S3、调制信号控制光源发生器发出对应调制信号的光至圆偏振光生成器；
S4、圆偏振光生成器输出对应信源数据“0”和“1”的左旋、右旋两种正交圆偏振态光信号；
S5、圆偏振光逆变器接收正交圆偏振态光信号后，对应生成两种正交线偏振光；
S6、对两种正交线偏振光进行光电转换后，进行差分放大和解调处理。
2.根据权利要求1所述的一种偏振差分脉冲位置调制方法，其特征在于，
S5具体包括以下内容：
两种正交线偏振光为90°和0°线偏振光。
3.一种偏振差分脉冲位置调制系统，其特征在于，包括：
编码器、调制器、光源发生器、圆偏振光生成器、圆偏振光逆变器、光电探测模块、差分放大电路和解码器；
编码器，与调制器的输入端连接，用于将信源数据细分成n位二进制数据的组的有序序列；
调制器，与光源发生器的输入端连接，用于将n位二进制数据调制成具有以下两部分的信号：1)起始位“1”时隙；2)连续“0”时隙；
光源发生器，与圆偏振光发生器的输入端连接，用于产生与调制器输出的调制信号相对应的光；
圆偏振光生成器，与圆偏振光逆变器的输入端连接，用于输出对应信源数据“0”和“1”的左旋、右旋两种正交圆偏振态光信号；
圆偏振光逆变器，与光电探测模块的输入端连接，用于接收正交圆偏振态光信号后，对应生成两种正交线偏振光；
光电探测模块，与差分放大电路的输入端连接，用于将偏正光转换为电信号；
差分放大电路，与解码器的输入端连接，用于对电信号进行解差分和放大处理；
解码器，用于对经过差分放大的电信号进行解调，得到信源数据。
4.根据权利要求3所述的一种偏振差分脉冲位置调制系统，其特征在于，
圆偏振光生成器包括：第一90°线偏振片、第一0°线偏振片、第一1/4波长相位延迟器和第二1/4波长相位延迟器；
第一90°线偏振片和第一0°线偏振片共输入端，并与圆偏振光生成器的输入端口连接；
第一90°线偏振片与第一1/4波长相位延迟器的输入端连接，第一1/4波长相位延迟器的输出端与圆偏振光生成器的第一输出端口连接；
第一0°线偏振片与第二1/4波长相位延迟器的输入端连接，第二1/4波长相位延迟器的输出端与圆偏振光生成器的第二输出端口连接。
5.根据权利要求4所述的一种偏振差分脉冲位置调制系统，其特征在于，
圆偏振光逆变器包括：第二90°线偏振片、第二0°线偏振片、第三1/4波长相位延迟器和第四1/4波长相位延迟器；其中，第二90°线偏振片与第一90°线偏振片对应设置，第二0°线偏振片第一0°线偏振片对应设置；
第三1/4波长相位延迟器和第二90°线偏振片依次连接，第三1/4波长相位延迟器与圆偏振光逆变器的第一输入端口连接，第二90°线偏振片与圆偏振光逆变器的第二输出端口连接；
第四1/4波长相位延迟器和第二0°线偏振片依次连接，第四1/4波长相位延迟器与圆偏振光逆变器的第二输入端口连接，第二0°线偏振片与圆偏振光逆变器的第二输出端口连接。
6.根据权利要求3所述的一种偏振差分脉冲位置调制系统，其特征在于，
光电探测模块包括：第一光电探测器和第二光电探测器；
第一光电探测器的输入端与光电探测模块的第一输入端口连接，第一光电探测器的输出端与光电探测模块的第一输出端口连接；
第二光电探测器的输入端与光电探测模块的第二输入端口连接，第二光电探测器的输出端与光电探测模块的第二输出端口连接。
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