多发多收式空间光通信系统及通信方法

申请号 CN201611071112.1 申请日 2016-11-28 公开(公告)号 CN106559134A 公开(公告)日 2017-04-05
申请人 中国科学院半导体研究所; 发明人 刘大畅; 刘建国; 祝宁华;
摘要 一种多发多收式空间光通信系统,包括发射端和与其连接的接收端,所述发射端包括信源模 块 、合束器模块以及发射天线模块;所述接收端包括超大阵列式接收模块,阵列式探测器模块以及 信号 处理模块;合束器模块用于对信源模块输出的n路信号光进行合束,输出一路信号光;发射天线模块用于对合束器模块输出的信号光进行发射,经空间远距离传输至接收端;所述超大阵列式接收模块用于接收发射端发射的n路信号光,该超大阵列式接收模块中的每一块光学镜组对信号光进行折射会聚到后方的探测器上;所述阵列式探测器模块用于对接收到的信号光进行光电转换,输出 电信号 ;所述 信号处理 模块用于处理并输出 数字信号 。
权利要求

1.一种多发多收式空间光通信系统,包括发射端和与其连接的接收端,其中:
所述发射端包括依次连接的信源模、合束器模块以及发射天线模块;
所述接收端包括依次连接的超大阵列式接收模块,阵列式探测器模块以及信号处理模块;
所述信源模块用于输出调制在不同波长光载波上的n路数字信号的信号光,n为大于等于2的整数;合束器模块用于对信源模块输出的n路信号光进行合束,输出一路信号光;发射天线模块用于对合束器模块输出的信号光进行发射,经空间远距离传输至接收端;
所述超大阵列式接收模块用于接收发射端发射的n路信号光,该超大阵列式接收模块中的每一块光学镜组对信号光进行折射会聚到后方的探测器上;所述阵列式探测器模块用于对接收到的信号光进行光电转换,输出电信号;所述信号处理模块用于处理并输出数字信号。
2.根据权利要求1所述的多发多收式空间光通信系统,其中所述信源模块包括n个互相独立的子信源模块,n为大于或等于2的整数,子信源模块包括激光器,数字信号和调制器
所述激光器的输出端与调制器的输入端连接,数字信号的输出端与调制器的输入端连接,其中每一激光器的波长选择在大气窗口范围之内,且波长不同。
3.根据权利要求2所述的多发多收式空间光通信系统,其中所述激光器是半导体激光器或光纤激光器。
4.根据权利要求2所述的多发多收式空间光通信系统,其中所述调制器的材料为铌酸锂晶体、半导体聚合物或有机聚合物,所述调制器的调制格式为强度调制、BPSK、DPSK、QPSK或QAM相位调制。
5.根据权利要求1所述的多发多收式空间光通信系统,其中所述合束器模块是低损耗多路光耦合器件。
6.根据权利要求1所述的多发多收式空间光通信系统,其中所述超大阵列式接收模块有m个大视场光学镜组拼接组成,m为大于等于2的整数,每个镜组将接收到的信号光对应的会聚到后方的探测器上。
7.根据权利要求1所述的多发多收式空间光通信系统,其中所述发射天线模块和超大阵列式接收模块之间的传输介质为大气或真空
8.根据权利要求1所述的多发多收式空间光通信系统,其中所述阵列式探测器模块有m个探测器拼接组成,对应接收前方超大阵列式接收模块的m路大视场角光学镜组会聚的信号光。
9.一种多发多收式空间光通信系统的通信方法,包括如下步骤:
步骤1:发射端的子信源模块中的调制器将数字信号加载到激光器发射出的光载波上,n个光波长不同的子信源模块构成信源模块,n为大于等于2的整数;
步骤2:将n路信号光经合束器合成一路信号光;
步骤3:再由发射天线发射至远距离处的接收端;
步骤4:接收端由超大阵列式接收模块将经空间传输后发散的信号光会聚到后方的阵列式探测器模块上进行光电转换;
步骤5:最后由信号处理模块处理并输出数字信号。

说明书全文

多发多收式空间光通信系统及通信方法

技术领域

[0001] 本发明属于光通信技术领域,具体涉及一种多发多收式空间光通信系统及通信方法。

背景技术

[0002] 对于空间光通信系统,无论是海陆空三种平台之间的传输,卫星与地球间传输,还是卫星与卫星之间的传输,光信号经过远距离的传输,因受到大气湍流效应以及光束扩散的影响,均严重制约通信系统的时效性及稳定性。现有的空间光通信常采用单路发射、单路接收的方式,随着对通信容量扩充需求的爆炸式发展,这种方式已不能满足高速数据传输的要求,要改善现有空间光通信系统设备利用率低,通信数据接收能弱的现状,通过在发射端采用多光束合束技术,提高信号光的信息容量及总功率,在接收端采用阵列接收技术,用超大阵列式接收镜组扩大视场,提高对信号光的接收能力。此项技术将在现代社会中的军事和民用领域都具有重要作用。

发明内容

[0003] 本发明的主要目的在于提供一种多发多收式空间光通信系统及通信方法,通过在发射端采用多光束合束技术,由激光器数字信号调制器构成子信源模,将子信源模块并列合束成一个信源模块,输出一路光载波波长不同的信号光,提高信号光的信息容量及总功率;在接收端采用阵列接收技术,用超大阵列式接收镜组扩大视场角,提高对信号光的接收能力,并且每一个接收镜组对应后方的阵列式探测器,扩充信号处理的容量,在发射端和接收端分别提高信息容量和通信速率。
[0004] 本发明提供一种多发多收式空间光通信系统,包括发射端和与其连接的接收端,其中:
[0005] 所述发射端包括依次连接的信源模块、合束器模块以及发射天线模块;
[0006] 所述接收端包括依次连接的超大阵列式接收模块,阵列式探测器模块以及信号处理模块;
[0007] 所述信源模块用于输出调制在不同波长光载波上的n路数字信号的信号光,n为大于等于2的整数;合束器模块用于对信源模块输出的n路信号光进行合束,输出一路信号光;发射天线模块用于对合束器模块输出的信号光进行发射,经空间远距离传输至接收端;
[0008] 所述超大阵列式接收模块用于接收发射端发射的n路信号光,该超大阵列式接收模块中的每一块光学镜组对信号光进行折射会聚到后方的探测器上;所述阵列式探测器模块用于对接收到的信号光进行光电转换,输出电信号;所述信号处理模块用于处理并输出数字信号。
[0009] 本发明还提供一种多发多收式空间光通信系统的通信方法,包括如下步骤:
[0010] 步骤1:发射端的子信源模块中的调制器将数字信号加载到激光器发射出的光载波上,n个光波长不同的子信源模块构成信源模块,n为大于等于2的整数;
[0011] 步骤2:将n路信号光经合束器合成一路信号光;
[0012] 步骤3:再由发射天线发射至远距离处的接收端;
[0013] 步骤4:接收端由超大阵列式接收模块将经空间传输后发散的信号光会聚到后方的阵列式探测器模块上进行光电转换;
[0014] 步骤5:最后由信号处理模块处理并输出数字信号。
[0015] 从上述技术方案可以看出,本发明具有以下有益效果:
[0016] 1)通过在空间光通信系统的发射端采用多光束合束技术,用调制器将数字信号加载到激光器发射出的光载波上构成子信源模块,n个光波长不同的子信源模块构成信源模块,n路信号光经合束器合成一路信号光可以提高信号光的信息容量及总功率。
[0017] 2)通过在空间光通信系统的接收端采用阵列接收技术,用超大阵列 式接收镜组扩大视场角,提高对信号光的接收能力,并且每一个接收镜组对应后方的阵列式探测器,可以大大提高探测器的接收能力,扩充信号处理的容量。附图说明
[0018] 为进一步说明本发明的技术内容,以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明,其中:
[0019] 图1是本发明的系统结构示意图;
[0020] 图2是图1发射端的结构示意图;
[0021] 图3是图1接收端的结构示意图;
[0022] 图4是本发明通信方法的流程图

具体实施方式

[0023] 请参阅图1-图3所示,本发明提供一种多发多收式空间光通信系统,包括发射端100和与其连接的接收端200(图1中),其中:
[0024] 所述发射端100包括依次连接的信源模块101、合束器模块102以及发射天线模块103。所述信源模块101用于输出调制在不同波长光载波上的n路数字信号的信号光,n为大于等于2的整数;所述合束器模块102为低损耗多路光耦合器件,可以将不同光波长的信号光耦合成一束光路,是一种多进口单出口式光耦合器件,具有低损耗的特点,用于对信源模块输出的n路信号光进行合束,输出一路信号光;所述发射天线模块103为具有准直光束功能的光学透镜组,用于将合束器模块102进行合束的光路准直输出发射至传输介质中,经空间远距离传输至接收端200。其中所述发射天线模块103和接收端200之间的传输介质为大气或真空
[0025] 所述信源模块101包括n个互相独立的子信源模块110,n为大于或等于2的整数,每个子信源模块110由三个功能相同的器件构成,包括激光器111(图2中),数字信号112和调制器113;所述激光器111的输出端与调制器113的输入端连接,数字信号112的输出端与调制器113的输入端连接,调制器113的输出端与合束器模块102的输入端相连;
[0026] 所述激光器111的波长选择在大气窗口范围之内,且每一子信源模块 110中的激光器111的波长不同,所述激光器111是半导体激光器或光纤激光器;所述数字信号112是用FPGA自发产生并控制的随机信号,用于自我检测整个系统的通信性能,或外部输入的用于传输的数字信号,为实际应用场景中提供信号传输通道;所述调制器113的材料为铌酸锂晶体、半导体聚合物或有机聚合物,所述调制器113的调制格式为强度调制、BPSK、DPSK、QPSK或QAM相位调制,根据对应的激光器111波长不同,其调制波长的工作区间不同。
[0027] 所述接收端200包括依次连接的超大阵列式接收模块201(图3中),阵列式探测器模块202以及信号处理模块203;所述超大阵列式接收模块201用于接收发射端发射的n路信号光,该超大阵列式接收模块201中的每一光学镜组对接收到的信号光进行折射,并会聚到后方的阵列式探测器模块202的单个探测器上;所述阵列式探测器模块202用于对接收到的信号光进行光电转换,输出电信号;所述信号处理模块203用于处理并输出数字信号,分为两种情况,当数字信号112是用FPGA自发产生并控制的随机信号时,信号处理模块203处理并显示信号的误码率,当数字信号112是用外部输入的用于传输的数字信号时,信号处理模块203处理并直接输出数字信号。
[0028] 其中所述超大阵列式接收模块201有m个大视场角光学镜组拼接组成,m为大于等于2的整数,光学镜组具有大视场角的功能,对经过大气传输,受到湍流影响的光束具有捕获能力,有效提高接收信号光的光功率,通过自适应光学的功能对畸变的光束进行相位补偿。每个光学镜组与后方的阵列式探测器模块202的单个探测器一一对应;所述阵列式探测器模块202有m个探测器拼接组成,一一对应于接收前方超大阵列式接收模块201的m路大视场角光学镜组会聚的信号光。
[0029] 请参阅图4,并结合参阅1-图3所示,本发明还提供一种多发多收式空间光通信系统的通信方法,包括如下步骤:
[0030] 步骤1:发射端100的子信源模块110中的调制器113将数字信号112加载到激光器111发射出的光载波上,n个光波长不同的子信源模块110构成信源模块101,输出n路信号光;
[0031] 步骤2:将n路信号光经合束器102合成一路信号光;
[0032] 步骤3:再由发射天线103发射至远距离处的接收端200;
[0033] 步骤4:接收端200由超大阵列式接收模块201将经空间传输后发散的信号光会聚到后方的阵列式探测器模块202上进行光电转换;
[0034] 步骤5:最后由信号处理模块203处理并输出数字信号。
[0035] 以上说明书的具体实施例,对本发明的技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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