基于光頻率梳的超高速空間相干光通信系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于光頻率梳的超高速空間相干光通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先利用光頻率梳發(fā)生器及光頻率梳放大整形單元產(chǎn)生多波長自相關(guān)光源，將多路高速通信電信號調(diào)制到上述光源形成多波長自相關(guān)高速二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)相干光信號，利用波分復(fù)用器復(fù)用成超高速光信號，通過光學(xué)天線空間耦合發(fā)射，經(jīng)過星間、星地長距離空間傳輸后被接收單元接收。本實(shí)用新型解決了多個獨(dú)立的激光器作為光源存在載波不易協(xié)調(diào)同步，接收端激光器光源波長、線寬和相位的穩(wěn)定性難控制等問題，并且結(jié)構(gòu)簡單，降低了推廣難度。
【專利說明】
基于光頻率梳的超高速空間相干光通信系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于空間激光通信領(lǐng)域。設(shè)及空間激光通信系統(tǒng)超高速信號產(chǎn)生和相 干接收的實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間激光通信由于具有通信容量大、方向性好、尺寸小、體積和功耗小等優(yōu)點(diǎn)，目 前已成為空間通信領(lǐng)域的重要研究課題。隨著衛(wèi)星數(shù)據(jù)的爆炸性增長，針對高速率、長距離 的星間、星地光通信系統(tǒng)，利用高階調(diào)制格式和光復(fù)用方式結(jié)合的技術(shù)手段已成為非常有 效的解決方案。現(xiàn)有的空間激光通信大都采用強(qiáng)度調(diào)制、直接探測的方式進(jìn)行通信，光波在 空間中傳播時，由于受到日光、月光、星光、大氣和海水散射等雜散光的影響，探測信號中夾 雜著很強(qiáng)的背景噪聲，將增大通信的誤碼率，降低通信質(zhì)量。
[0003] 相干光通信體制具有極強(qiáng)的波長選擇性，可利用頻域多信道復(fù)用提高通信速率， 是實(shí)現(xiàn)超高速率通信有效手段。波長選擇性即窄帶濾波特性使得相干通信機(jī)對寬帶背景光 的敏感程度大大降低，受太陽背景、地球背景和其它星光背景的影響極小。德國激光通信終 端TerraSAR-X搭載一個通信速率為5.625Gbps二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)調(diào)制的激光通信終端 化TC),實(shí)現(xiàn)星間激光通信和星地激光通信，并實(shí)時傳輸合成孔徑雷達(dá)上的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)證明 相干光通信系統(tǒng)相比于強(qiáng)度調(diào)制直接探測的激光通信系統(tǒng)，系統(tǒng)的接收靈敏度提高至最佳 探測靈敏度1(T9的誤碼率條件下，9個光子/bit,支持長距離的星間星地傳輸，并且使通信質(zhì) 量顯著地提高，有效解決了星間、星地長距離衛(wèi)星通信的探測靈敏度瓶頸問題。
[0004] 波分復(fù)用(WDM)技術(shù)是指多路的電信號通過電光調(diào)制加載到不同波長的光波上， 光信號再通過合波器復(fù)合后，通過同一鏈路傳輸?shù)囊环N通信技術(shù)。波分復(fù)用技術(shù)充分利用 激光通信帶寬，有效提高信息速率和信道容量。波分復(fù)用技術(shù)作為一種簡單而又成熟的復(fù) 用技術(shù)解決空間通信的信息容量瓶頸問題，可實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)傳輸，在天基信息網(wǎng)絡(luò)、信息攻 防和空間目標(biāo)監(jiān)視中發(fā)揮重要而獨(dú)特的作用，是一種極具前景的通信方式。
[0005] 在波分復(fù)用的相干接收系統(tǒng)中，高性能的相干探測系統(tǒng)需要信號激光源和本振激 光源應(yīng)具有極高的穩(wěn)定性W及嚴(yán)格的相對相位關(guān)系保障兩個光場的相干性，運(yùn)是相干探測 技術(shù)的難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)之一。傳統(tǒng)的多信道光源為激光器陣列，對于每一個波長信道，都將 采用一個激光器作為光源對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行調(diào)制，同時在接收端會采用相同數(shù)量的同波長激 光器、光90度混頻器、光電平衡探測器與接收到的光信號進(jìn)行相干解調(diào)完成接收的過程。目 前已有方案中，每個波長信道都需要兩個波長相同的光源完成發(fā)送和接收的功能，極大增 加了整個系統(tǒng)對激光器數(shù)量的需求，接收端還需多個光90度混頻器、光電平衡探測器，存在 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高等缺點(diǎn)。此外，多個獨(dú)立的激光器作為光源存在載波不易協(xié)調(diào)同 步，接收端激光器光源波長、線寬和相位的穩(wěn)定性極大的限制了其相干接收的性能，成為發(fā) 展超高速、高靈敏度空間相干光通信的技術(shù)瓶頸。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 在相位調(diào)制的空間相干光通信系統(tǒng)中，發(fā)射端激光器光源和接收端的本振激光器 光源需要多個獨(dú)立的激光器作為光源存在載波不易協(xié)調(diào)同步，激光器光源波長、線寬和相 位的穩(wěn)定性難控制等問題。同時，接收端使用光學(xué)鎖相環(huán)的功能是從接收端輸入受噪聲干 擾的接收信號中再生相位，跟蹤信號光相位隨時間的變化，調(diào)諧控制本振激光器與信號激 光器的相位進(jìn)行鎖定，W實(shí)現(xiàn)本振光與信號光的相位相干在90度混頻器中相干解調(diào)。
[0007] 在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，BPSK光接收機(jī)使用鎖相單元進(jìn)行相位控制與相位跟蹤在高軌 衛(wèi)星之間相干光通信，由于衛(wèi)星通信對象之間的相對運(yùn)動產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，而導(dǎo)致信號光 與本振光的頻率差是一個隨機(jī)值，而不是解調(diào)需要的固定值。所W必須對由于衛(wèi)星相對運(yùn) 動引起的多普勒頻移通過掃頻器和頻率補(bǔ)償器對多普勒頻移進(jìn)行實(shí)時的估計(jì)和補(bǔ)償。
[0008] 本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于光頻率梳的超高 速空間光通信方法和系統(tǒng)，該方法基于光頻率梳發(fā)生器及光頻率梳法大整形單元產(chǎn)生高質(zhì) 量自相關(guān)光源，產(chǎn)生了多波長相位同步的激光光源，為超高速空間光通信系統(tǒng)信號產(chǎn)生和 高靈敏度弱信號相干接收的提供有效方法。
[0009] 本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下：
[0010] 基于光頻率梳的超高速空間相干光通信的系統(tǒng)，其特征在于:包括多波長自相關(guān) 光源產(chǎn)生單元、超高速相干光信號產(chǎn)生單元和接收單元；
[0011] 多波長自相關(guān)光源產(chǎn)生單元包括依次相連的激光器、光頻率梳產(chǎn)生器和光頻率梳 放大整形單元;激光器用于向光頻率梳產(chǎn)生器提供單波長激光光源，光頻率梳產(chǎn)生器用于 將單波長激光轉(zhuǎn)換為相位同步的多波長激光光源;光頻率梳放大整形單元將多波長激光光 源的功率進(jìn)行放大整形為功率相等的多波長激光；
[0012] 超高速相干光信號產(chǎn)生單元包括光解復(fù)用器A、電光調(diào)制器組、光復(fù)用器、光放大 器和光學(xué)發(fā)射天線，電光調(diào)制器組包括m個電光調(diào)制器；
[0013] 接收單元包括光學(xué)接收天線、光90度混頻器、光解復(fù)用器B、本振光源單元、光學(xué)鎖 相環(huán)支路和m個通信信號處理支路；
[0014] 光解復(fù)用器A包括m個輸出端，m個輸出端和用戶的m個高速通信電信號分別與所述 m個電光調(diào)制器的輸入端相連;m個電光調(diào)制器輸出m個高速相干光信號；
[0015] m個電光調(diào)制器的輸出端均與光復(fù)用器的輸入端相連，光復(fù)用器的輸出端通過光 放大器與光學(xué)發(fā)射天線相連，光學(xué)發(fā)射天線通過大氣信道依次與光學(xué)接收天線和光90度混 頻器相連；
[0016] 其中，電光調(diào)制器將相應(yīng)的激光和高速的用戶通信電信號調(diào)制為高速相干光信 號、并發(fā)送至光復(fù)用器;光復(fù)用器將高速相干光信號復(fù)用為超高速相干光信號，并依次通過 光放大器、光學(xué)發(fā)射天線發(fā)送至空間，經(jīng)過長距離的星間、星地傳輸后被光學(xué)接收天線接收 并發(fā)送至光90度混頻器；
[0017] 通信信號處理支路包括1條支路A和m-1條支路B，支路A包括第一平衡探測器、功分 器、濾波器和時鐘恢復(fù)單元;功分器是1X2功分器;支路B包括第一平衡探測器、濾波器和時 鐘恢復(fù)單元；
[0018] 所述光學(xué)鎖相環(huán)支路包括依次相連的第二平衡探測器、乘法器、鎖相單元、掃頻器 和多普勒補(bǔ)償器;多普勒補(bǔ)償器與所述本振光源單元相連；
[0019] 所述支路A中，第一平衡探測器與功分器的輸入端相連，功分器的兩個輸出端分別 為第一輸出端和第二輸出端，第一輸出端與乘法器相連，第二輸出端通過濾波器與時鐘恢 復(fù)單元相連;支路B中，第一平衡探測器通過濾波器與時鐘恢復(fù)單元相連；
[0020] 所述光解復(fù)用器B有4個，分別為第一光解復(fù)用器、第二光解復(fù)用器、第=光解復(fù)用 器和第四光解復(fù)用器；
[0021] 光學(xué)接收天線用于將光信號禪合進(jìn)光90度混頻器;本振光源單元與光90度混頻器 相連，用于向光90度混頻器提供與光信號對應(yīng)的本振光；
[0022] 光90度混頻器用于將接收到的光信號解調(diào)為相位分別為同相0°、180°和正交90°、 270°的四路超高速混頻光信號、并將相位為0°、180°、90°和270°的超高速混頻光信號分別 發(fā)送至第一光解復(fù)用器、第二光解復(fù)用器、第=光解復(fù)用器和第四光解復(fù)用器；
[0023] 光解復(fù)用器B包括m個輸出端，第一光解復(fù)用器和第二光解復(fù)用器的m個輸出端分 別與m個通信信號處理支路的第一平衡探測器相連；
[0024] 第=光解復(fù)用器的一個輸出端和第四光解復(fù)用器的一個輸出端分別與所述第二 平衡探測器相連。
[0025] 第=光解復(fù)用器和第四光解復(fù)用器的其他輸出端用于將相應(yīng)的光信號輸出至外 部環(huán)境。
[0026] 上述光頻率梳放大整形單元是基于相位敏感或相位不敏感光纖參量的放大整形 單元。
[0027] 上述電光調(diào)制器為妮酸裡電光調(diào)制器，InP基半導(dǎo)體電光調(diào)制器。
[00%]上述濾波器是低通頻濾波器。
[0029] 上述光復(fù)用器是波分復(fù)用器。
[0030] 上述本振光源單元的結(jié)構(gòu)與多波長自相關(guān)光源產(chǎn)生單元的結(jié)構(gòu)相同；所述多普勒 補(bǔ)償器與本振光源單元的激光器相連，用于補(bǔ)償超高速相干光信號產(chǎn)生單元和接收單元之 間相對運(yùn)動產(chǎn)生的多普勒效應(yīng);本振光源單元的光頻率梳放大整形單元與光90度混頻器相 連。
[0031] 利用上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超高速空間相干光通信的方法，包括W下步驟：
[0032] (1)將頻率為fi的單波長激光轉(zhuǎn)換為相位同步的多波長激光;其中，多波長激光包 括m個波長的激光；
[0033] (2)將多波長激光的功率進(jìn)行整體放大成功率相等的多波長激光；
[0034] (3)將經(jīng)過步驟(2)得到的多波長激光解復(fù)用為m個獨(dú)立的激光；
[0035] (4)將用戶的高速通信電信號加載到相應(yīng)的激光調(diào)制為高速相干光信號；
[0036] (5)將高速相干光信號復(fù)用為超高速相干光信號，然后通過光放大器放大后通過 發(fā)射天線進(jìn)入大氣信道進(jìn)行傳輸后由接收天線接收、并發(fā)送至光90度混頻器，同時本振光 源單元向光90度混頻器輸入本振光;然后光90度混頻器將接收到的光信號解調(diào)為相位分別 為同相的0°、180°和正交的90°、270°的四路超高速混頻光信號、并將相位為0°、180°、90°和 270°的超高速混頻光信號分別發(fā)送至第一光解復(fù)用器、第二光解復(fù)用器、第=光解復(fù)用器 和第四光解復(fù)用器；
[0037] (6)第一光解復(fù)用器和第二光解復(fù)用器將同相超高速混頻光信號解復(fù)用為m個獨(dú) 立的同相高速混頻光信號，然后對同相高速混頻光信號進(jìn)行如下處理：
[0038] 通過第一光解復(fù)用器的一個輸出端和第二光解復(fù)用器的一個輸出端將頻率為fi 的同相高速混頻光信號發(fā)送至第一平衡探測器;第一平衡探測器將同相高速混頻光信號轉(zhuǎn) 換為同相高速混頻電信號、并發(fā)送至功分器;功分器通過第一輸出端將同相高速混頻電信 號發(fā)送至乘法器;通過第二輸出端將同相高速混頻電信號發(fā)送至濾波器進(jìn)行濾噪，然后通 過時鐘恢復(fù)系統(tǒng)還原成原始的高速通信電信號；
[0039] 其他包含m-1個頻率為f 1、f 2…、f i-i，f W、…、fm的同相高速混頻光信號通過第一光 解復(fù)用器的其他輸出端和第二光解復(fù)用器的其他輸出端發(fā)送至第一平衡探測器;第一平衡 探測器將同相高速混頻光信號轉(zhuǎn)換為同相高速混頻電信號、直接發(fā)送至濾波器進(jìn)行濾噪， 然后通過時鐘恢復(fù)系統(tǒng)還原成原始的m-1個高速通信電信號；
[0040] 第=光解復(fù)用器和第四光解復(fù)用器將正交超高速混頻光信號解復(fù)用為m個獨(dú)立的 正交高速混頻光信號，并通過第=光解復(fù)用器的一個輸出端和第四光解復(fù)用器的一個輸出 端將頻率為fi的正交高速混頻光信號發(fā)送至第二平衡探測器，第二平衡探測器將正交高速 混頻光信號轉(zhuǎn)換為正交高速混頻電信號，然后發(fā)送至乘法器；
[0041] 乘法器提取接收到的電信號的相位誤差信息、并將相位誤差信息發(fā)送至鎖相單 元，鎖相單元根據(jù)相位誤差信息調(diào)諧控制本振光源單元與輸入至光90度混頻器的光信號的 相位進(jìn)行同步鎖定；
[0042] 第=光解復(fù)用器和第四光解復(fù)用器的其他m-1個輸出端將相應(yīng)的光信號輸出至外 部環(huán)境。
[0043] 光解復(fù)用器A、光解復(fù)用器B、光復(fù)用器W及所述步驟(1)中的多波長激光的頻率間 隔為50G化或IOOG化。
[0044] 步驟(4)中的高速相干光信號為BPSK相干光信號。
[0045] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：
[0046] 能夠?qū)崿F(xiàn)星間、星地超高速、超長距離的高靈敏度光通信，用于接收到的極弱信號 的相干探測；
[0047] 同時解決現(xiàn)有波分復(fù)用技術(shù)超高速衛(wèi)星間相干光通信方法和系統(tǒng)中激光器、光90 度混頻器、光電平衡探測器數(shù)量數(shù)目較多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本較高等問題；
[0048] 能夠解決多個獨(dú)立的激光器作為光源存在載波不易協(xié)調(diào)同步，激光器光源波長、 線寬和相位的穩(wěn)定性難控制等問題；
[0049] 本實(shí)用新型利用光頻率梳發(fā)生器及光頻率梳法大整形單元產(chǎn)生高質(zhì)量多波長自 相關(guān)光源，作為發(fā)射端載波光源和接收端的本振光源可W解決上述難題，并且結(jié)構(gòu)簡單，易 于推廣。
【附圖說明】
[0050] 圖1為多波長自相關(guān)光源產(chǎn)生單元框圖；
[0051] 圖2為(a)單累浦(b)雙累浦光頻率梳光纖光參量放大整形圖；
[0052] 圖3是超高速相干光信號產(chǎn)生單元流程框圖；
[0053] 圖4是接收單元框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054] W下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行說明：
[0055] 基于光頻率梳的超高速空間相干光通信的系統(tǒng)，包括多波長自相關(guān)光源產(chǎn)生單 元、超高速相干光信號產(chǎn)生單元和接收單元；
[0056] (1)多波長自相關(guān)光源產(chǎn)生單元
[0057] 如圖1所示，多波長自相關(guān)光源產(chǎn)生單元包括依次相連的激光器、光頻率梳產(chǎn)生器 和光頻率梳放大整形單元；
[005引激光器將頻率為fi的單波長激光發(fā)送至光頻率梳產(chǎn)生器轉(zhuǎn)換為相位同步、頻率間 隔固定A f (50細(xì)Z)的多波長激光，波長范圍覆蓋C波段（1530nm-l565nm可覆蓋80個子通 道），由于產(chǎn)生的多波長激光的光功率W頻率fi為中屯、向兩面遞減，并發(fā)送至光頻率梳放大 整形單元;在光頻率梳放大整形單元里，通過對光頻率梳在高非線性光纖化NLF)中進(jìn)行相 位敏感或相位不敏感光纖參量放大過程的放大整形后提高了光頻率梳平坦度和信噪比，光 頻率梳對應(yīng)的m個頻率功率被放大成基本相同，如圖2(a)所示，單累浦光纖參量放大后光頻 率梳對應(yīng)的m個頻率的功率被整體被放大成基本相等，光頻率梳平坦度大幅提高。如圖2(b) 所示，雙累浦光纖參量放大后光頻率梳對應(yīng)的m個功率被整體被放大成基本相同，同時根據(jù) 雙累浦光位置間隔，光頻率梳覆蓋的光譜寬度可W被進(jìn)一步的調(diào)整。
[0059] 利用相位敏感光纖參量放大結(jié)構(gòu)需要對信號光、累浦光、閑頻光進(jìn)行相位鎖定，放 大整形后的比相位不敏感光纖參量放大結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光頻率梳光信噪比提升6地。通過光纖 光參量放大過程對光頻率梳進(jìn)行放大整形，得到m個相鄰頻率間隔A f (50GHz)高平坦度、高 光信噪比、光譜寬度可控的相位同步的m個多波長相關(guān)光源，并將多波長激光發(fā)送至光解復(fù) 用器；
[0060] (2)超高速相干光信號產(chǎn)生單元
[0061] 如圖3所示，光解復(fù)用器A將多波長激光通過頻率間隔為Af (50G化)波分解復(fù)用器 解復(fù)用為m個頻率間隔為Af(50細(xì)z)頻率分別為fl、f2…、fi-l、fi、fi+l、…、fm的激光作為載 波光源、并發(fā)送至相應(yīng)的高速妮酸裡化iNb化）電光調(diào)制器;設(shè)電光調(diào)制器的輸入為，側(cè) 其輸出為e'w+了其中，Vn為半波電壓，在此電壓作用下光波的相位變化為31，調(diào)制電壓V (t)為雙電平信號時，即可實(shí)現(xiàn)BPSK高速調(diào)制。將m路多波長的激光和高速的用戶通信電信 號調(diào)制為BPSK高速相干光信號、并發(fā)送至光復(fù)用器;光復(fù)用器將多波長高速BPSK相干光信 號高速相干光信號復(fù)用為速率乘Wm倍的超高速相干光信號，并依次通過光放大器、光學(xué)發(fā) 射天線發(fā)送至空間。
[0062] BPSK調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于高速率傳輸通信系統(tǒng)中，利用調(diào)制信號攜帶的相位信息對載 波的相位進(jìn)行調(diào)制，通常默認(rèn)將碼元"r和"0"用0和n表示。因此，BPSK信號的表示為
[0063]
[0064] 式中，(K表示第n個符號的絕對相位。
[0065] (3)超高速相干信號接收單元
[0066] 光學(xué)天線接收的超高速相干光信號，與基于光頻率梳發(fā)生器產(chǎn)生的本振光源輸入 光90度混頻器中相干解調(diào)成同相和正交的四路信號，利用四個波分解復(fù)用器轉(zhuǎn)換成四路多 波長相關(guān)高速相干光信號。然后被兩組光電平衡探測器，分別轉(zhuǎn)換成同相位和正交相位的 電信號。中屯、波長對應(yīng)的同相信號被分為兩部分，一部分和中屯、波長對應(yīng)的正交相位電信 號進(jìn)入乘法器后，得到相位誤差信號，作為判決反饋鎖相環(huán)的控制輸入信號，控制本振光源 去完成光鎖相。另一部分與其他波長的同相信號分別進(jìn)行數(shù)據(jù)判決恢復(fù)高速通信電信號。 其他波長對應(yīng)的正交信號輸出至外部環(huán)境。
[0067] 具體如下：
[0068] 本振光源單元向光90度混頻器提供與光信號對應(yīng)的多波長本振光，將接收到的超 高速相干光信號解調(diào)為相位分別為同相0°、180°和正交90°、270°的四路超高速混頻光信 號、并將相位為0°、180°、90°和270°的超高速混頻光信號分別發(fā)送至第一光解復(fù)用器、第二 光解復(fù)用器、第=光解復(fù)用器和第四光解復(fù)用器；
[0069] 如圖4所示，上述超高速相干光信號經(jīng)過星間（或星地)長距離傳輸后被空間站(或 地面站)光學(xué)天線空間接收，與上述(1)相同結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的本振光源單元向光90度混頻器提供 與光信號對應(yīng)的多波長本振光，輸入到90度混頻器中進(jìn)行對超高速BPSK光信號的相干解調(diào) 成相位分別為同相0°、180°和正交90°、270°四路超高速混頻光信號，四路光信號分別被四 個頻率間隔為Af (50GHz)包括m個輸出端的第一光解復(fù)用器、第二光解復(fù)用器、第=光解復(fù) 用器和第四光解復(fù)用器解調(diào)成四路分別包含m個頻率間隔為Af (50G化）的高速多波長同步 的光信號 fl、f2...、fi-l，fi、fi+l、...、fm。
[0070] 第一光解復(fù)用器和第二光解復(fù)用器將同相超高速混頻光信號解復(fù)用為m個獨(dú)立的 同相高速混頻光信號，并通過相應(yīng)的輸出端發(fā)送至第一平衡探測器;其中一路同相高速混 頻光信號分為兩支:一支進(jìn)入通信信號處理支路，另一支進(jìn)入光學(xué)鎖相環(huán)支路，其他路的同 相高速混頻光信號均進(jìn)入通信信號處理支路。
[0071 ]對同相高速混頻光信號進(jìn)行如下處理：
[0072] 如圖4,通過第一光解復(fù)用器的一個輸出端和第二光解復(fù)用器的一個輸出端將頻 率為fi的同相高速混頻光信號發(fā)送至第一平衡探測器;第一平衡探測器將同相高速混頻光 信號轉(zhuǎn)換為同相高速混頻電信號、并發(fā)送至功分器;功分器通過第一輸出端將同相高速混 頻電信號發(fā)送至乘法器;通過第二輸出端將同相高速混頻電信號發(fā)送至濾波器進(jìn)行濾噪， 然后通過時鐘恢復(fù)系統(tǒng)還原成原始的高速通信電信號；
[0073] 其他包含m-1個頻率為f 1、f 2…、f i-i，f W、…、fm的同相高速混頻光信號通過第一光 解復(fù)用器的其他輸出端和第二光解復(fù)用器的其他輸出端發(fā)送至第一平衡探測器;第一平衡 探測器將同相高速混頻光信號轉(zhuǎn)換為同相高速混頻電信號、直接發(fā)送至濾波器進(jìn)行濾噪， 然后通過時鐘恢復(fù)系統(tǒng)還原成原始的m-1個高速通信電信號；
[0074] 第=光解復(fù)用器和第四光解復(fù)用器將正交超高速混頻光信號解復(fù)用為m個獨(dú)立的 正交高速混頻光信號，并通過第=光解復(fù)用器的一個輸出端和第四光解復(fù)用器的一個輸出 端將頻率為fi的正交高速混頻光信號發(fā)送至第二平衡探測器，第二平衡探測器將正交高速 混頻光信號轉(zhuǎn)換為正交高速混頻電信號，然后發(fā)送至乘法器；
[0075] 乘法器提取接收到的電信號的相位誤差信息、并將相位誤差信息發(fā)送至鎖相單 元，作為判決反饋鎖相環(huán)的控制輸入信號，鎖相單元根據(jù)相位誤差信息調(diào)諧控制本振光源 單元與輸入至光90度混頻器的光信號的相位進(jìn)行同步鎖定。
[0076] 由于波長之間相關(guān)性m-1個信號不需要再對多波長本振光光源進(jìn)行鎖相控制，與 被頻率fi鎖相的本振光光源和m-1個光信號保持相位同步，所W其他支路路正交信號無需 分別鎖相控制，直接輸出至外部環(huán)境，極大簡化接收端的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于光頻率梳的超高速空間相干光通信的系統(tǒng)，其特征在于:包括多波長自相關(guān)光 源產(chǎn)生單元、超高速相干光信號產(chǎn)生單元和接收單元； 多波長自相關(guān)光源產(chǎn)生單元包括依次相連的激光器、光頻率梳產(chǎn)生器和光頻率梳放大 整形單元;激光器用于向光頻率梳產(chǎn)生器提供單波長激光光源，光頻率梳產(chǎn)生器用于將單 波長激光轉(zhuǎn)換為相位同步的多波長激光光源； 超高速相干光信號產(chǎn)生單元包括光解復(fù)用器A、電光調(diào)制器組、光復(fù)用器、光放大器和 光學(xué)發(fā)射天線，電光調(diào)制器組包括m個電光調(diào)制器； 接收單元包括光學(xué)接收天線、光90度混頻器、光解復(fù)用器B、本振光源單元、光學(xué)鎖相環(huán) 支路和m個通信信號處理支路； 光解復(fù)用器A包括m個輸出端，m個輸出端和用戶的m個高速通信電信號分別與所述m個 電光調(diào)制器的輸入端相連； m個電光調(diào)制器的輸出端均與光復(fù)用器的輸入端相連，光復(fù)用器的輸出端通過光放大 器與光學(xué)發(fā)射天線相連，光學(xué)發(fā)射天線通過大氣信道依次與光學(xué)接收天線和光90度混頻器 相連； 通信信號處理支路包括1條支路A和m-Ι條支路B;支路A包括第一平衡探測器、功分器、 濾波器和時鐘恢復(fù)單元;功分器是1 X2功分器;支路B包括第一平衡探測器、濾波器和時鐘 恢復(fù)單元； 所述光學(xué)鎖相環(huán)支路包括依次相連的第二平衡探測器、乘法器、鎖相單元、掃頻器和多 普勒補(bǔ)償器;多普勒補(bǔ)償器與所述本振光源單元相連； 所述支路A中，第一平衡探測器與功分器的輸入端相連，功分器的兩個輸出端分別為第 一輸出端和第二輸出端，第一輸出端與乘法器相連，第二輸出端通過濾波器與時鐘恢復(fù)單 元相連;支路B中，第一平衡探測器通過濾波器與時鐘恢復(fù)單元相連； 所述光解復(fù)用器B有4個，分別為第一光解復(fù)用器、第二光解復(fù)用器、第三光解復(fù)用器和 第四光解復(fù)用器； 光學(xué)接收天線用于將光信號耦合進(jìn)光90度混頻器;本振光源單元與光90度混頻器相 連，用于向光90度混頻器提供與光信號對應(yīng)的本振光； 光90度混頻器用于將接收到的光信號解調(diào)為相位分別為同相的0°、180°和正交的90°、 270°四路超高速混頻光信號、并將相位為0°、180°、90°和270°的超高速混頻光信號分別發(fā) 送至第一光解復(fù)用器、第二光解復(fù)用器、第三光解復(fù)用器和第四光解復(fù)用器； 光解復(fù)用器B包括m個輸出端，第一光解復(fù)用器和第二光解復(fù)用器的m個輸出端分別與m 個通信信號處理支路的第一平衡探測器相連； 第三光解復(fù)用器的一個輸出端和第四光解復(fù)用器的一個輸出端分別與所述第二平衡 探測器相連； 第三光解復(fù)用器和第四光解復(fù)用器的其他輸出端用于將相應(yīng)的光信號輸出至外部環(huán) 境。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述光頻率梳放大整形單元是基于相位敏 感或相位不敏感光纖參量的放大整形單元。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述電光調(diào)制器為鈮酸鋰電光調(diào)制器或 InP基半導(dǎo)體電光調(diào)制器。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述濾波器是低通頻濾波器。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述光復(fù)用器是波分復(fù)用器。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的系統(tǒng)，其特征在于:本振光源單元的結(jié)構(gòu)與多波長自 相關(guān)光源產(chǎn)生單元的結(jié)構(gòu)相同；所述多普勒補(bǔ)償器與本振光源單元的激光器相連，用于補(bǔ) 償超高速相干光信號產(chǎn)生單元和接收單元之間相對運(yùn)動產(chǎn)生的多普勒效應(yīng);本振光源單元 的光頻率梳放大整形單元與光90度混頻器相連。
【文檔編號】H04J14/02GK205610652SQ201620207132
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月17日
【發(fā)明人】汪偉, 段弢, 謝小平, 韓彪, 黃新寧, 趙衛(wèi)
【申請人】中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所