基于偏振移位键控的大气激光通信系统解调技术研究

1、基于偏振移位键控的大气激光通信系统解调技术研究论文结构和主要内容论文结构和主要内容课题背景及意义课题背景及意义激光通信中的调制激光通信中的调制/解调技术解调技术偏振调制的接收方式偏振调制的接收方式OptiSystem软件仿真软件仿真结论结论123451、背景背景 空间激光通信是利用激光束作为载波在空间直接进行双向空间激光通信是利用激光束作为载波在空间直接进行双向传送的一种技术，结合了光纤通信与微波通信的优点，以激光传送的一种技术，结合了光纤通信与微波通信的优点，以激光束为载波，不使用光纤等有线的传输介质，可用于空间及地面束为载波，不使用光纤等有线的传输介质，可用于空间及地面间通信。然而，由于激

2、光通信系统是在开放的空间链路上进行间通信。然而，由于激光通信系统是在开放的空间链路上进行通信的，其信号必然受链路的状况所影响。恶劣的信道环境造通信的，其信号必然受链路的状况所影响。恶劣的信道环境造成了接收机处误码率的增加，降低了整个通信系统的性能。成了接收机处误码率的增加，降低了整个通信系统的性能。2、意义意义 为了提高激光通信系统的可靠性，本文中提出了一种基于为了提高激光通信系统的可靠性，本文中提出了一种基于激光偏振态的调制解调技术激光偏振态的调制解调技术-偏振移位键控（偏振移位键控（PolSK）调制）调制解解调调。当激光束在大气中传输时，偏振被认为是其最稳定的特征。当激光束在大气中传输时，

3、偏振被认为是其最稳定的特征。由于激光束的偏振态在大气传输中变化很小，由于激光束的偏振态在大气传输中变化很小，PolSK调制具有调制具有较低的误码率。因此，对空间激光通信偏振移位键控调制解调较低的误码率。因此，对空间激光通信偏振移位键控调制解调技术的研究具有重要的意义技术的研究具有重要的意义。一、课题背景及意义一、课题背景及意义Company Logo二、激光通信中的调制解调技术二、激光通信中的调制解调技术 根据所改变的物理参量的不同，调制方式分为频率调制、根据所改变的物理参量的不同，调制方式分为频率调制、相位调制、强度调制和偏振调制。本文对强度调制及重点研究相位调制、强度调制和偏振调制。本文对

4、强度调制及重点研究的偏振移位键控调制方式进行详细分析。的偏振移位键控调制方式进行详细分析。1、强度调制、强度调制/直接检测直接检测1）OOK调制调制/解调解调 通过电平的有无表示逻辑通过电平的有无表示逻辑“0”，逻辑，逻辑“1”。 信号通过带通滤波器，滤掉高频信号，再通过非相干解调信号通过带通滤波器，滤掉高频信号，再通过非相干解调器（包络检波器）得到信号与噪声的包络后，经过采样判决，器（包络检波器）得到信号与噪声的包络后，经过采样判决，来判定来判定“0”比特和比特和“1”比特。比特。 2）PPM调制调制 信息是由用光脉冲所在的位置表示。信息是由用光脉冲所在的位置表示。 在接收端，对每一个采样根

5、据判决门限直接进行判决，高在接收端，对每一个采样根据判决门限直接进行判决，高电平为电平为1，低电平为，低电平为0。然后将已经判决的一个。然后将已经判决的一个L位的码组解码位的码组解码交给解码器，由解码器决定解码输出。交给解码器，由解码器决定解码输出。Company Logo二、激光通信中的调制解调技术二、激光通信中的调制解调技术3)DPPM调制调制 DPPM调制信号是将调制信号是将PPM调制信号的调制信号的1个码组中高电个码组中高电平以后的低电平信号全部去掉平以后的低电平信号全部去掉而得到的。而得到的。 解调器主要从信道中解析出来帧同步信号、检测脉冲位解调器主要从信道中解析出来帧同步信号、检测

6、脉冲位置，并根据脉冲位置和控制信号，结合串转换操作，输出串置，并根据脉冲位置和控制信号，结合串转换操作，输出串行二进制信息。行二进制信息。Company Logo二、激光通信中的调制解调技术二、激光通信中的调制解调技术2、偏振移位键控调制、偏振移位键控调制 发射端系统框图Company Logo二、激光通信中的调制解调技术二、激光通信中的调制解调技术线偏振调制系统差分接收结构框图 Company Logo二、激光通信中的调制解调技术二、激光通信中的调制解调技术圆偏振调制系统差分接收结构框图 Company Logo三、偏振调制的接收方式三、偏振调制的接收方式1.1.相干接收相干接收CD-Pol

7、SKCD-PolSK系统系统 Stokes接收机结构图 Company Logo三、偏振调制的接收方式三、偏振调制的接收方式2.2.直接接收直接接收DD-PolSKDD-PolSK系统系统 近年来随着近年来随着 EDFAEDFA的发展，使得直接探测系统也可以达的发展，使得直接探测系统也可以达到相干探测系统的灵敏度，因此在长距离高速传输网络中到相干探测系统的灵敏度，因此在长距离高速传输网络中具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。 直接探测系统中，直接探测系统中，PolSKPolSK调制方式相对调制方式相对OOKOOK调制方式有调制方式有3dB3dB信噪比改善度。信噪比改善度。Company L

8、ogo四、四、OptiSystem软件仿真软件仿真为了进一步比较偏振调制与强度调制系统的性能，我们利用为了进一步比较偏振调制与强度调制系统的性能，我们利用OptiSystem进行仿真。本文主要比较了进行仿真。本文主要比较了OOK和和CPolSK调制系调制系统。统。单路接收CPolSK系统：Company Logo四、四、OptiSystem软件仿真软件仿真双路差分接收双路差分接收CPolSK系统系统（a）：）：双路差分接收双路差分接收CPolSK系统系统（b）：）：Company Logo四、四、OptiSystem软件仿真软件仿真仿真系统中的器件参数设置后，仿真系统中的器件参数设置后，发射机

9、发射一个发射机发射一个信号信号比比特特率为率为1G Bits/s的的信号信号，如下图所示。，如下图所示。Company Logo四、四、OptiSystem软件仿真软件仿真不同的调制系统所接收到的信号波形图如下：不同的调制系统所接收到的信号波形图如下：OOK系统单路接收CPolSK系统双路差分接收CPolSK系统（a）双路差分接收CPolSK系统（b）Company Logo四、四、OptiSystem软件仿真软件仿真不同调制系统的接收信号的眼图如下：不同调制系统的接收信号的眼图如下：OOK系统单路接收CPolSK系统双路差分接收CPolSK系统（a） 双路差分接收CPolSK系统（b）结论结

10、论采用双路差分接收采用双路差分接收CPolSK调制性能要比调制性能要比OOK 优越，其码间串扰小，抗噪声能力强优越，其码间串扰小，抗噪声能力强 ，具有，具有 最优良的性能，最优良的性能，非常适用于无线激光通信领非常适用于无线激光通信领 域。域。 双路差分接收偏振调制系统主要能克服线偏双路差分接收偏振调制系统主要能克服线偏 振调制系统需要发射端和接收端偏振轴对准振调制系统需要发射端和接收端偏振轴对准 的局限性，可以把系统装置在移动的平台上；的局限性，可以把系统装置在移动的平台上； 并且存在粒子散射时，圆偏振光的散射光强并且存在粒子散射时，圆偏振光的散射光强分布比线偏振更均匀。分布比线偏振更均匀。 实际的偏振调制系