CN204967822U - 一种自由空间光通信可调谐光相干探测ofdm装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自由空间光通信可调谐光相干探测OFDM装置，它包括发射端和接收端，发射端包括依次电连接的第一低通滤波器、第一混频器、第一带通滤波器、马赫-曾德尔调制器以及分别通过光纤连接马赫-曾德尔调制器的激光器和发射天线；接收端包括通过光纤连接的接收天线、幅度放大器、光处理器、光纤放大器、光纤光栅、光混频器、光带通滤波器、光电探测器和依次与光电探测器电连接的第二带通滤波器、第二混频器和第二低通滤波器；本实用新型能够很好的保证信号光和本振光的频率稳定度以及匹配问题，虚拟本振光调频范围大、灵活，并且结构简单、易于实用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种相干探测OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用)装置，尤其涉及一种自由空间光通信的可调谐光相干探测OFDM系统。
背景技术
自由空间光通信(FSO)被认为是最后一公里问题切实可行的解决方法，因为其相对于射频通信和光纤通信而表现出的传输速率高、可用频带宽、低功率损耗以及保密性好等优点引起了学术界广泛地关注。此外，自由空间光通信系统还具有抗干扰能力强、无需频谱许可以及全双工传输和协议透明性等优点。但当自由空间光通信系统的光信号通过大气信道进行传输时，大气随机波动产生大气衰减效应和大气湍流效应，既而造成光强起伏和相位噪声，严重影响自由空间光通信系统的通信质量。
利用正交频分复用(OFDM)技术可以产生更高的数据速率，也可以有效地抑制符号间干扰(ISI)，因其抵抗频率选择性衰落和窄带噪声能力强，较高的频带利用率，可以很好地抑制大气信道引起的随机衰落效应，开始逐渐出现在自由空间光通信领域。近几年对OFDM技术在自由空间光通信领域的研究，主要集中在直接探测方式方面。相比于直接探测方式，相干探测在通信和跟踪方面都有很高的灵敏度，而且尤其重要的是它可以避免背景光的干扰。对于OFDM-FSO系统采用相干探测方式的研究较少，一篇是2014年印度ShaheedBhagatSingh国家科技大学的VishalSharma提出的相干OFDM-FSO传输系统，比较了光双边带调制(ODSB)方案和光单边带调制(OSSB)方案，不同数据速率下相同链路长度时ODSB方案比OSSB方案所需信噪比高大约2-3dB，所需发射功率大约高3-4dBm，同时与直接探测方式相比，达到相同误码率时相干探测下可以减少1dB的链路损耗。另一篇是2014年新加坡南洋理工大学陈晨等人提出的在自由空间光通信系统中运用非均衡正交频分复用(NE-OFDM)技术，其中信道模型为修正的莱斯分布，编码和调制利用多进制差分相移键控(MDPSK)方式。采用NE-OFDM技术可以降低系统设计的复杂度，比较了在频域(FD)和时域(TD)差分编码方式系统的误码性能，两者误码率几乎相同，但是利用FD-MDPSK方式进一步提高频带利用率。
然而这两项研究均没有考虑相干探测的一个重要问题，那就是保证信号光和本振光的频率必须非常稳定，稳定度至少在10-11的数量级，目前频率稳定度能达标的激光器很少，且造价非常高昂，实用化受到限制。
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可调谐光相干探测OFDM装置。本实用新型由于虚拟本振光是由信号光产生的不仅能很好地保证频率稳定度，而且解决了本振光和信号光振幅、位相、偏振方向等的匹配问题。
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可调谐光相干探测OFDM装置，它包括发射端和接收端；其中，所述发射端包括第一低通滤波器、第一混频器、第一带通滤波器、激光器、马赫-曾德尔调制器和发射天线，所述第一低通滤波器、第一混频器、第一带通滤波器和马赫-曾德尔调制器依次电连接，激光器通过光纤和马赫-曾德尔调制器连接，马赫-曾德尔调制器通过光纤和发射天线连接；所述接收端包括接收天线、幅度放大器、光处理器、光纤放大器、光纤光栅、光混频器、光带通滤波器、光电探测器、第二带通滤波器、第二混频器和第二低通滤波器；接收天线通过光纤连接幅度放大器，幅度放大器通过光纤分别连接光处理器和光纤放大器，光纤放大器通过光纤连接光纤光栅，光处理器和光纤光栅分别通过光纤连接光混频器，光混频器通过光纤连接光带通滤波器，光带通滤波器通过光纤连接光电探测器，光电探测器、第二带通滤波器、第二混频器和第二低通滤波器依次电连接。
本实用新型的有益效果是，本实用新型的自由空间光通信可调谐光相干探测OFDM装置能够在很好地保证虚拟本振的频率稳定度基础上实现本振光和信号光的匹配问题。而且虚拟本振光采用光纤光栅调频范围大，可以根据发射信号光的频率变化而变化。本实用新型结构简单、易于实用化。
附图说明
图1为本实用新型自由空间光通信可调谐光相干探测OFDM系统发射端结构示意框图；
图2为本实用新型自由空间光通信可调谐光相干探测OFDM系统接收端结构示意框图；
图中，第一低通滤波器1、第一混频器2、第一带通滤波器3、激光器4、马赫-曾德尔调制器5、发射天线6、接收天线7、幅度放大器8、光处理器9、光纤放大器10、光纤光栅11、光混频器12、光带通滤波器13、光电探测器14、第二带通滤波器15、第二混频器16、第二低通滤波器17。
具体实施方式
本实用新型自由空间光通信可调谐光相干探测OFDM装置包括图1所示的发射端和图2所示的接收端。
如图1所示，发射端包括第一低通滤波器1、第一混频器2、第一带通滤波器3、激光器4、马赫-曾德尔调制器5和发射天线6。所述第一低通滤波器1、第一混频器2、第一带通滤波器3和马赫-曾德尔调制器5依次电连接，激光器4通过光纤和马赫-曾德尔调制器5连接，马赫-曾德尔调制器5通过光纤和发射天线6连接。
原始数据信号由外接的OFDM调制器调制成OFDM信号，OFDM信号通过第一低通滤波器1滤掉高频噪声，在第一混频器2中再将OFDM信号进行频谱搬移，由外加高频信号LO1使OFDM信号上变频到一个合适的中频fLO1上。经变频后的信号通过第一带通滤波器3滤除高频和低频分量的噪声。由于OFDM信号是双极性的，必须对OFDM符号添加一个较大的直流偏置，这样可以把OFDM信号负值部分转化为正值，保证调制信号是一个单极性信号。最后通过马赫-曾德尔调制器5对激光器4进行光强度调制，调制到光载波上，实际上调制马赫-曾德尔调制器5的是OFDM信号的实部。调制后信号光通过发射天线6发射到自由空间大气信道中。
如图2所示，接收端包括接收天线7、幅度放大器8、光处理器9、光纤放大器10、光纤光栅11、光混频器12、光带通滤波器13、光电探测器14、第二带通滤波器15、第二混频器16、第二低通滤波器17；接收天线7通过光纤连接幅度放大器8，幅度放大器8通过光纤分别连接光处理器9和光纤放大器10，光纤放大器10通过光纤连接光纤光栅11，光处理器9和光纤光栅11分别通过光纤连接光混频器12，光混频器12通过光纤连接光带通滤波器13，光带通滤波器13通过光纤连接光电探测器14，光电探测器14、第二带通滤波器15、第二混频器16、第二低通滤波器17依次电连接。
接收天线7接收信号光。现有的相干探测模型均为外加本振信号,这很难保证信号光和外加本振光频率稳定度至少在10-11以上，为了解决外加本振光和信号光振幅、位相、偏振方向等的匹配问题，本实用新型把接收光信号分成两路，一路经过幅度放大器8进行放大后经过光处理器9进行去噪滤波等处理，这一路作为相干探测中的信号光。另一路经过幅度放大器8后要经过调频的过程，这一路作为虚拟本振光。由于光纤光栅11波长选择性好、不受非线性效应的影响、偏振不敏感、带宽范围大、附加损耗小，因此将工艺比较成熟的光纤光栅11作为系统中的调频的器件。光纤光栅11调频可以满足更大的调谐范围，可调谐的频率可以根据发射信号光的频率变化而变化，更好地保证虚拟本振光的频率稳定度。同时系统中光纤放大器10的加入可以保证虚拟本振信号光有足够大的功率，因此，系统中取自信号光的本振信号可以使相干探测方式下系统性能达到理想状态。信号光和虚拟本振光在光混频器12中进行外差混频，混频后经过光带通滤波器13滤掉直流项和高频项，进入光电探测器14探测响应电流。探测后得到的电信号需要利用第二带通滤波器15使带宽控制在中频信号检测范围内，即可检测到中频电信号。在电域的解调和判决过程同样需要第二混频器16来完成，进入每一路第二混频器16的信号都为相互正交的正弦信号和余弦信号之和，对实部和虚部分别进行混频运算，即与外加的高频信号LO2相乘,混频后的信号通过第二低通滤波器17就可以提取出有用的实部和虚部OFDM信号。OFDM信号由外接的OFDM解调器解调出原始数据信号。
本实用新型通过以上设计，能够很好的保证信号光和本振光的频率稳定度以及匹配问题，虚拟本振光调频范围大、灵活，并且结构简单、易于实用。
Claims (1)
1.一种自由空间光通信可调谐光相干探测OFDM装置，其特征在于，它包括发射端和接收端；其中，所述发射端包括第一低通滤波器(1)、第一混频器(2)、第一带通滤波器(3)、激光器(4)、马赫-曾德尔调制器(5)和发射天线(6)，所述第一低通滤波器(1)、第一混频器(2)、第一带通滤波器(3)和马赫-曾德尔调制器(5)依次电连接，激光器(4)通过光纤和马赫-曾德尔调制器(5)连接，马赫-曾德尔调制器(5)通过光纤和发射天线(6)连接；所述接收端包括接收天线(7)、幅度放大器(8)、光处理器(9)、光纤放大器(10)、光纤光栅(11)、光混频器(12)、光带通滤波器(13)、光电探测器(14)、第二带通滤波器(15)、第二混频器(16)和第二低通滤波器(17)；接收天线(7)通过光纤连接幅度放大器(8)，幅度放大器(8)通过光纤分别连接光处理器(9)和光纤放大器(10)，光纤放大器(10)通过光纤连接光纤光栅(11)，光处理器(9)和光纤光栅(11)分别通过光纤连接光混频器(12)，光混频器(12)通过光纤连接光带通滤波器(13)，光带通滤波器(13)通过光纤连接光电探测器(14)，光电探测器(14)、第二带通滤波器(15)、第二混频器(16)和第二低通滤波器(17)依次电连接。
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