CN204906403U - 一种自由空间光通信双调制解调装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自由空间光通信双调制解调装置，它包括发射端和接收端；发射端在激光器输出的光束方向上依次设置第一偏振控制器、马赫-曾德尔相位调制器、第二偏振控制器、第一偏振分束棱镜、电光相位调制器、偏振合束棱镜、第一四分之一波片和发射天线，DPSK预编码器与马赫-曾德尔相位调制器相连；接收端在接收天线输出的光束方向上依次设置第二四分之一波片、第三偏振控制器和功率分束器，功率分束器将激光束分为两束，并对两束光分别进行解调处理；本实用新型的自由空间光通信双调制解调装置能够很好地消除多级调制所产生的严重调制串扰，克服大气湍流产生的强度起伏和相位噪声对FSO系统的影响；并且结构简单、易于实用。

Description

一种自由空间光通信双调制解调装置

技术领域

本实用新型涉及一种双调制解调装置，尤其涉及一种自由空间光通信双调制解调系统。

背景技术

自由空间光通信有着巨大的频带资源和优异的传输性能，它是实现高速率、大容量传输的理想的通信方式。然而，光束在自由空间传输时易受到大气湍流的影响，即由于大气温度和压力的改变所导致的大气折射率的随机改变会引起光强闪烁，产生光强起伏和相位噪声，致使采用传统强度调制OOK和相位调制PSK等调制方式的传输光束质量严重下降，进而造成FSO系统误码率增加、中断概率增大和信道容量的减小等系统接收性能的下降，严重影响了通信系统的稳定性和可靠性。在空间光通信领域，大气信道对激光偏振态的影响很小，因此偏振调制技术具有广泛应用的潜力。圆偏振调制是在正交线偏振PolSK调制基础上提出的，圆偏振态具有旋转对称特性，使用中无需发射端和接收端偏振轴的对正，而且圆偏振光在经历粒子散射时，其光强分布更均匀。这两个优点使得圆偏振调制更加适用于空间光通信系统。

然而，CPolSK调制系统仅能利用光的左、右旋两种圆偏振态传输信息，较大地限制了即时信息的传输容量。为了提高FSO系统的即时信息传输容量，目前提出了诸如副载波复用方法以及空间分集技术等方法。然而，副载波复用方法对副载波稳定性的要求过高，易使有效信号失真；空间分集对不同比特率数据的有效传输有较大的限制。多级调制方式也对大容量高数据率数据的传输有积极的效果，然而，目前多级调制方式较多地出现在光纤通信领域，自由空间光通信中未见报道。此外，大气湍流产生的强度闪烁和相位起伏会对强度调制、相位调制造成较恶劣的影响，因而上述多级调制方式均不适用于FSO领域。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有的不足，提供一种自由空间光通信双调制解调装置，本实用新型不仅能克服大气湍流效应，而且能即时独立地传输大量数据包、克服调制串扰。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种自由空间光通信双调制解调装置，它包括发射端和接收端；其中，所述发射端包括激光器、在激光器输出的光束方向上依次设置第一偏振控制器、马赫-曾德尔相位调制器、第二偏振控制器、第一偏振分束棱镜、电光相位调制器、偏振合束棱镜、第一四分之一波片和发射天线，DPSK预编码器与马赫-曾德尔相位调制器相连；所述接收端包括接收天线、在接收天线输出的光束方向上依次设置第二四分之一波片、第三偏振控制器和功率分束器，功率分束器将激光束分为两束，一束激光光路上依次设置第四偏振控制器、马赫-曾德尔延迟干涉仪和第一数据处理器，另一束激光光路上依次设置第二偏振分束棱镜和第二数据处理器，第二偏振分束棱镜的光输出端通过反馈控制电路连接第三偏振控制器的光输入端。

进一步地，所述第一数据处理器和第二数据处理器结构相同，均由平衡探测器、低通滤波器和判决器依次相连组成。

本实用新型的有益效果是，本实用新型的自由空间光通信双调制解调装置能够在满足无线光通信对于即时信息容量传输需的基础上很好地消除多级调制所产生的严重调制串扰，能很好地克服大气湍流产生的强度起伏和相位噪声对FSO系统的影响。且本实用新型结构简单、易于实用。

附图说明

图1为本实用新型自由空间光通信双调制解调系统发射端示意图；

图2为本实用新型自由空间光通信双调制解调系统接收端示意图；

图3为图2中反馈控制电路的实施例的结构示意图；

图中，DPSK预编码器1、第一偏振控制器2、马赫-曾德尔相位调制器3、激光器4、第二偏振控制器5、第一偏振分束棱镜6、电光相位调制器7、偏振合束棱镜8、第一四分之一波片9、发射天线10、接收天线11、第二四分之一波片12、第三偏振控制器13、功率分束器14、第四偏振控制器15、第二偏振分束棱镜16、马赫-曾德尔延迟干涉仪17、反馈控制电路18、第一数据处理器19、第二数据处理器20。

具体实施方式

本实用新型自由空间光通信双调制解调装置包括发射端和接收端。

如图1所示，发射端包括激光器4、在激光器4输出的光束方向上依次设置第一偏振控制器2、马赫-曾德尔相位调制器3、第二偏振控制器5、第一偏振分束棱镜6、电光相位调制器7、偏振合束棱镜8、第一四分之一波片9和发射天线10，DPSK预编码器1与马赫-曾德尔相位调制器3相连。

激光器4发出的光束经过第一偏振控制器2输出45°线偏振光。非归零码数据流Data1经DPSK预编码器1预编码后通过马赫-曾德尔相位调制器3以DPSK形式调制至上述45°线偏振光上。通过第二偏振控制器5后，激光束被第一偏振分束棱镜6分成相互正交的水平和竖直两束光。水平光束由电光相位调制器7进行非归零码数据流Data2相位调制后与竖直光速由偏振合束棱镜8进行合束。在偏振合束棱镜8的输出端，保持线性45°偏振态的光束再经过第一四分之一波片9变成圆偏振光束，经发射天线10发射至大气湍流信道。

如图2所示，接收端包括接收天线11、在接收天线输出的光束方向上依次设置第二四分之一波片12、第三偏振控制器13和功率分束器14，功率分束器14将激光束分为两束，一束激光光路上依次设置第四偏振控制器15、马赫-曾德尔延迟干涉仪17和第一数据处理器19，另一束激光光路上依次设置第二偏振分束棱镜16和第二数据处理器20，第二偏振分束棱镜16的输出端通过反馈控制电路18连接第三偏振控制器13的输入端。

反馈控制电路18为常用的电路控制模块，用于对激光的平行漂移和角度漂移进行反馈控制。图3为某一具体的电路实现形式。如图3所示，反馈控制电路18包括依次连接的模拟开关、滤波电路、模/数转换电路、DSP微处理器和数/模转换电路，DSP微处理器连接存储器和串口通信芯片。模拟开关接收到漂移量模拟信号，由滤波电路进行滤波，发送给模数转换电路获得漂移量数字信号，DSP微处理器对漂移量数字信号进行处理得到控制量并发送给数模转换电路转换为控制模拟量，串口通信芯片用于实现DSP微处理器与外围设备的通信，存储器用于存储DSP微处理器要处理得到的控制量。

接收天线11从大气湍流信道接收圆偏振光束后，经第二四分之一波片12和第三偏振控制器13转化为线性45°线偏振光，再由功率分束器14分为两路线偏振光。第三偏振控制器13保证了由大气湍流引起的其他成分偏振光的偏振态与输入第三偏振控制器13的偏振调制光的偏振态方向一致，并通过功率分束器14将功率分配给两分支；第三偏振控制器13还校正了由大气湍流对系统引起的偏振控制误差。系统通过上、下两个独立的分支来解调还原传输光信息，其中，第四偏振控制器15和第二偏振分束棱镜16是消除调制串扰保证信息正常恢复的主要器件。上支为DPSK接收分支，首先通过第四偏振控制器15阻挡偏振调制信号而仅选择DPSK调制信号进入马赫-曾德尔延迟干涉仪17，然后通过第一数据处理器19对DPSK调制信号进行解调处理，恢复数据Data1。下支为CPolSK接收分支，主要基于第二偏振分束棱镜16保证进入第二偏振分束棱镜16的光的偏振态保持45°的线性值，从而和发射端中偏振合束棱镜8的出射光束的偏振态保持一致。随后通过第二数据处理器20对CPolSK调制信号进行双路差分解调处理，恢复出数据Data2。所述第一数据处理器19和第二数据处理器20结构相同，均由平衡探测器、低通滤波器以及判决器依次相连组成。

本实用新型通过以上设计，能够很好地消除多级调制所产生的严重调制串扰，克服大气湍流产生的强度起伏和相位噪声对FSO系统的影响，并且结构简单、易于实用。

Claims (2)

1.一种自由空间光通信双调制解调装置，其特征在于，它包括发射端和接收端；其中，所述发射端包括激光器（4）、在激光器（4）输出的光束方向上依次设置第一偏振控制器（2）、马赫-曾德尔相位调制器（3）、第二偏振控制器（5）、第一偏振分束棱镜（6）、电光相位调制器（7）、偏振合束棱镜（8）、第一四分之一波片（9）和发射天线（10），DPSK预编码器（1）与马赫-曾德尔相位调制器（3）相连；所述接收端包括接收天线（11）、在接收天线输出的光束方向上依次设置第二四分之一波片（12）、第三偏振控制器（13）和功率分束器（14），功率分束器（14）将激光束分为两束，一束激光的光路上依次设置第四偏振控制器（15）、马赫-曾德尔延迟干涉仪（17）和第一数据处理器（19），另一束激光的光路上依次设置第二偏振分束棱镜（16）和第二数据处理器（20），第二偏振分束棱镜（16）的光输出端通过反馈控制电路（18）连接第三偏振控制器（13）的光输入端。

2.根据权利要求1所述的自由空间光通信双调制解调装置，其特征在于，所述第一数据处理器（19）和第二数据处理器（20）结构相同，均由平衡探测器、低通滤波器和判决器依次相连组成。