一種四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信系統，所述系統的發射端通過四進制調制組件發送四進制偏振位移鍵控調制信號，所述系統的接收端通過偏振軸校正組件對偏振軸偏轉進行自適應校正；本發明還公開了一種四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信方法，本發明通過對接收到的誤差信號進行處理得到偏振軸的校正角度，進而控制接收端進行自動調整，增加了判決精確度；通過利用四進制偏振位移鍵控調制技術增加了通信速率。
【專利說明】一種四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及光通信傳輸領域，特別涉及一種自由空間光通信傳輸方法及系統。
【背景技術】
[0002]無線光通信是光通信與無線通信技術相結合的產物，與傳統的無線電通信相比，無線光通信技術不占用寶貴的無線電頻率資源；電磁兼容性好，抗電磁干擾能力強，保密性好；體積小，功耗低，重量輕，信息容量大，并且建網和維護價格低，建立速度快，具有可移動性等。受天氣狀況等條件的限制，傳統的幅度調制的性能并不好，偏振位移鍵控是一種新興的應用于無線光通信中的調制技術，由于大氣湍流對于光信號的偏振態影響很小，這種技術很大地提高了無線光通信系統的性能，目前比較常用的是旋光調制，也就是利用圓偏振光的兩個旋轉方向進行調制。然而，單純的圓偏振光只能在二進制系統中使用，如果采用多進制系統，雖然提高了信息速率，同時也會受偏振軸對準問題的影響，導致無法進行精確判決。
[0003]
【發明內容】
為克服上述現有技術的不足，本發明提供一種四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信方法及系統，從而解決現有無線光通信技術中存在的問題:旋光調制只能應用于二進制系統，多進制系統會受到偏振軸對準問題的影響，導致接收到的信號失真，無法進行精確判決。
[0004]為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案:
一種四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信系統，發射端包括四進制調制組件10和偏振調制裝置20，接收端包括偏振軸校正組件30和偏振調制信號接收裝置40 ;所述四進制調制組件10對原始信號進行處理并生成調制電平，由所述偏振調制裝置20生成調制信號并發送，信號經過大氣信道傳輸，由所述偏振調制信號接收裝置40接收并進行處理，利用所述處理過程中的數據，所述偏振軸校正組件30檢驗系統是否存在偏振軸轉動并將其校正。
[0005]所述四進制調制組件10包括原始信息源11、信號處理模塊12，電平信號發生器
13；電平信號發生器13與所述偏振調制裝置20中的相位調制器相連，用以生成四進制偏振位移鍵控調制信號。
[0006]偏振調制信號接收裝置40包括準直組件41、四分之一波片42、偏振分束器43、接收所述偏振分束器43的透射光束α的光電探測器I 44和接收所述偏振分束器43的反射光束β的光電探測器II 45、與所述光電探測器I 44和光電探測器II 45相連的信號處理組件46、判決裝置47 ;其中，所述準直組件41用于接收光束的準直和濾除背景光干擾，所述四分之一波片42和偏振分束器43將接收光束分成透射光束α和反射光束β ,由所述光電探測器I 44、光電探測器II 45分別接收，得到電流信號，所述信號處理組件46將所述兩路電流信號進行差分運算和數據采集，為所述判決裝置47和所述偏振軸校正組件30提供運算數據。
[0007]所述偏振軸校正組件30包括電動位移器件組32和可編程電機控制器31 ;所述電動位移器件組32由步進電機驅動并與可編程電機控制器相連，包括兩個電動轉角器，一個電動角位臺和一個電動升降平臺；所述兩個電動轉角器分別作為偏振調制信號接收裝置40中的四分之一波片42和偏振分束器43的基座，所述電動角位臺和電動升降平臺重疊固定，作為偏振位移鍵控差分接收裝置中接收反射光束β的光電探測器的基座，所述可編程電機控制器與偏振調制信號接收裝置40中的信號處理組件46相連，根據其中數據進行計笪
ο
[0008]進一步的，所述四進制調制組件給出的調制電平大小是根據實際發射端偏振調制裝置中相位調制器的參數進行計算得出的，以確保接收端可以接收到相等間隔的電平。
[0009]進一步的，所述偏振軸校正組件中的兩個電動轉角器的轉動圓心都位于接收光束的光軸上，以保證進行校正時不會產生光路偏差。
[0010]進一步的，所述偏振軸校正組件可以根據接收信號電平的大小比例關系計算出偏振軸轉動角的大小，并控制所述電動位移器件組進行調整，直至接受到等間距的電平。
[0011]進一步的，所述偏振軸校正組件中的所述可編程電機控制器中預先存儲了計算好的偏振軸偏轉角與接收數據比值關系，用于數據對比。
[0012]一種四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信方法，包括如下步驟:
步驟Α、所述原始信息源生成二進制數字信號，所述信號處理模塊將所述二進制數字信號進行2/4進制轉化和電平大小計算，由所述電平信號發生器給出四電平調制信號。
[0013]步驟B、用偏振調制裝置對線偏振激光光源發出的光束進行調制并發送，所述調制信號來自四進制調制組件。
[0014]步驟C、所述接收端的偏振信號接收裝置對接收信號進行處理，得到判決和校正用原始數據。
[0015]步驟D、所述原始數據輸入到所述可編程電機控制器中，通過計算得到偏振軸的校正角度，并控制所述電動位移器件組進行調整。
[0016]進一步的，
所述步驟D中進一步包括以下步驟:
步驟D1、接收一定量的所述信號處理組件中的原始數據，比較大小，按照大小范圍分為四組，取絕對值較小的兩組求出平均值。
[0017]步驟D2、將得到的兩個平均值進行求比值計算，得出比值。
[0018]步驟D3、根據事先計算得到的偏振軸偏轉角與接收數據比值之間的關系，得出所述比值對應的偏轉角大小。
[0019]步驟D4、根據所述對應偏轉角，計算得出電動位移器件組的位移參數，并驅動所述電動位移器件組進行調整。
[0020]進一步的，還包括以下步驟:調整偏振軸角度后，所述偏振軸校正組件保持對數據進行采集和計算，當得到的電平比值以較小的誤差接近于I時，在一定的誤差范圍內停止對偏振軸的校正，當偏振軸再次有較大轉動時，根據數據的改變重新對偏振軸進行調整。[0021 ] 本發明的有益效果是:本發明的四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信方法及系統綜合了自由空間光通信技術，多進制偏振位移鍵控調制技術以及自動控制技術，其有益效果是:通過對接收到了誤差信號進行處理得到偏振軸的校正角度，進而控制接收端進行自動調整，增加了判決精確度；通過利用四進制偏振位移鍵控調制技術增加了通信速率。本發明建立了一種適用于高速通信無線光通信系統，為今后高速網絡的發展提供了支持。
[0022]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明的四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信系統的結構框圖；
圖2是本發明的四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信系統的偏振軸校正組件的結構框圖；
圖3是本發明的四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信系統的偏振軸校正組件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合【專利附圖】
【附圖說明】及【具體實施方式】對本發明進一步說明。
[0025]請參閱附圖1至附圖3，本發明提供了一種四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信方法及系統。
[0026]如附圖1所示，所述四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信系統包括四進制調制組件10，偏振調制裝置20，偏振軸校正組件30，偏振調制信號接收裝置40。其中所述四進制調制組件10對原始信號進行處理并生成調制電平，由所述偏振調制裝置20生成調制信號并發送，信號經過大氣信道傳輸，由所述偏振調制信號接收裝置40接收并進行處理，利用所述處理過程中的數據，所述偏振軸校正組件30檢驗系統是否存在偏振軸轉動并將其校正。
[0027]所述四進制調制組件10包括原始信息源11，信號處理模塊12，電平信號發生器13，所述原始信息源11產生偽隨機碼，傳遞給所述信號處理裝置12，所述信號處理裝置12將得到的二進制數字信號進行2/4進制轉化，并根據所述偏振調制裝置20采用的具體設備計算調制電平，將所述調制電平波形輸入所述電平信號發生器13，生成相應的調制電平信號。
[0028]所述偏振調制裝置20中的線偏振光源將被分成偏振方向相互正交的兩束線偏振光，其中的一束線偏振光被調制電平信號調制，根據偏振調制信號接收裝置40的接收原理，調制得到的四種相位變化情況分別為0° ,70.5° , 109.5° , 180°時，傳輸的信號為左右旋圓偏振光和一對橢圓偏振光，在沒有偏振軸轉動的情況下，接收端可以接收到相等間距的四個電平，其中，絕對值較小的兩個電平分別來自相位差為70.5°和109.5°的情況。
[0029]如附圖1所示，所述偏振調制信號接收裝置40包括準直組件41，四分之一波片42，偏振分束器43，接收所述偏振分束器43的透射光束α的光電探測器I 44和接收所述偏振分束器43的反射光束β的光電探測器II 45，與所述光電探測器I 44、光電探測器II45相連的信號處理組件46、判決裝置47。
[0030]其中，所述準直組件41用于接收光束的準直和濾除背景光干擾。所述四分之一波片42和偏振分束器43將接收光束分成透射光束α和反射光束β，由所述光電探測器I44，光電探測器II 45分別接收，得到電流信號，所述信號處理組件46將所述兩路電流信號進行差分運算和數據采集，為所述判決裝置47和所述偏振軸校正組件30提供運算數據。
[0031]如附圖2所示，所述偏振軸校正組件30包括電動位移器件組32和可編程電機控制器31。所述電動位移器件組32由步進電機驅動并與所述可編程電機控制器31相連，包括電動轉角器321、322，電動角位臺和電動升降平臺323，所述四分之一波片42和所述偏振分束器43分別固定于所述電動轉角器321、322上,所述光電探測器II 45固定于疊加組合的所述電動角位臺和電動位移平臺323上。
[0032]如附圖3所示，所述電動轉角器321和所述電動轉角器322采用相同的設備，且需要將固定在其上的所述四分之一波片42和所述偏振分束器43的光軸處于其轉動的圓心上，這樣可以保證校正時只出現旋轉，不出現光軸平移，同理，所述光電探測器II 45固定的位置也要確保接收端口相對對準所述偏振分束器43出射S光的光軸沒有水平位移，疊加組合的所述電動角位臺和電動位移平臺323通過進行俯仰角調整也保證了出射的S光束能夠準確入射所述光電探測器II 45。
[0033]當偏振軸旋轉時，所述信號處理組件46得到的數據經過所述可編程電機控制器31運算后得到校正轉動的角度Θ，并控制所述電動轉角器321和所述電動轉角器322進行轉動。同時，根據固定的所述電動轉角器322與所述疊加組合的電動角位臺和電動位移平臺323的距離L，所述電動位移平臺的初始高度h和所述電動角位臺的初始角度Ψ，以及校正轉動的角度Θ，可以計算出調整后的所述電動位移平臺的高度H和所述電動角位臺的角度Φ,并做出相應調整。
[0034]由于所述光電探測器I 44用于接收偏振分束器43的透射光束α，光軸始終與經過準直后的光軸一致，故偏振軸旋轉對其不產生影響，不需要進行校正。偏振軸校正可以使接收端的電平始終保持等間隔，即保證了最小電平差的最大化，有利于精確判決。
[0035]所述基于本發明的四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信系統的無線光通信方法，包括如下步驟:
步驟Α、所述原始信息源11生成二進制數字信號，所述信號處理模塊12將所述二進制數字信號進行2/4進制轉化和電平大小計算，由所述電平信號發生器13給出四電平調制信號。
[0036]步驟B、用偏振調制裝置20對線偏振激光光源發出的光束進行調制并發送，所述調制信號來自四進制調制組件10，以確保接收端在無偏振軸旋轉時能夠接收到等電平信號。
[0037]步驟C、所述接收端的偏振調制信號接收裝置40對接收信號進行處理，包括接收光束的分束、光電轉換，差分，模數轉換和采樣，得到判決和校正用原始數據。
[0038]步驟D、所述原始數據輸入到所述可編程電機控制器31中，通過計算得到偏振軸的校正角度Θ，并控制所述電動位移器件組32進行調整。
[0039]在步驟D中進一步包括以下步驟，
步驟D1、接收一定量的所述信號處理組件46中的原始數據，比較大小，按照大小范圍分為四組，取絕對值較小的兩組求出平均值。
[0040]步驟D2、將得到的兩個平均值進行求比值計算，得出比值。
[0041]步驟D3、根據事先計算得到的偏振軸偏轉角與接收數據比值之間的關系，得出所述比值對應的偏轉角大小Θ。
[0042]步驟D4、根據所述對應偏轉角Θ，計算得出電動位移器件組32的位移參數，并驅動所述電動位移器件組32進行調整。
[0043]目前市面上的電動轉角器能夠調整的范圍最大為±15°，故受設備限制，能夠提供的校正角度范圍即為±15°，但偏振軸偏轉角較大的情況下可以通過肉眼觀察發現并及時手動調整，所以該調整范圍滿足應用要求。
[0044]本發明的四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信方法及系統采用四種偏振態的偏振光作為傳輸信號，傳輸速率比傳統的二進制傳輸系統提高了一倍；另一方面，針對橢圓偏振光傳輸存在的偏振軸相對轉動的問題給出了解決方案，保證了用于判決的數據的最優化，有利于提聞判決的精確度。與現有的技術相比，本發明能夠有效的提聞傳輸速率，增加系統裝置的環境適應能力。
[0045]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信系統，其特征在于:所述系統的發射端包括四進制調制組件10和偏振調制裝置20，接收端包括偏振軸校正組件30和偏振調制信號接收裝置40 ;所述四進制調制組件10對原始信號進行處理并生成調制電平，由所述偏振調制裝置20生成調制信號并發送，信號經過大氣信道傳輸，由所述偏振調制信號接收裝置40接收并進行處理，利用所述處理過程中的數據，所述偏振軸校正組件30檢驗系統是否存在偏振軸轉動并將其校正； 所述四進制調制組件10包括原始信息源11、信號處理模塊12，電平信號發生器13 ;電平信號發生器13與所述偏振調制裝置20中的相位調制器相連，用以生成四進制偏振位移鍵控調制信號； 偏振調制信號接收裝置40包括準直組件41、四分之一波片42、偏振分束器43、接收所述偏振分束器43的透射光束α的光電探測器I 44和接收所述偏振分束器43的反射光束β的光電探測器II 45、與所述光電探測器I 44和光電探測器II 45相連的信號處理組件46、判決裝置47 ;其中，所述準直組件41用于接收光束的準直和濾除背景光干擾，所述四分之一波片42和偏振分束器43將接收光束分成透射光束α和反射光束β，由所述光電探測器I 44、光電探測器II 45分別接收，得到電流信號，所述信號處理組件46將所述兩路電流信號進行差分運算和數據采集，為所述判決裝置47和所述偏振軸校正組件30提供運算數據； 所述偏振軸校正組件30包括電動位移器件組32和可編程電機控制器31 ;所述電動位移器件組32由步進電機驅動并與可編程電機控制器相連，包括兩個電動轉角器，一個電動角位臺和一個電動升降平臺；所述兩個電動轉角器分別作為偏振調制信號接收裝置40中的四分之一波片42和偏振分束器43的基座，所述電動角位臺和電動升降平臺重疊固定，作為偏振位移鍵控差分接收裝置中接收反射光束β的光電探測器的基座，所述可編程電機控制器與偏振調制信號接收裝置40中的信號處理組件46相連，根據其中數據進行計算。
2.根據權利要求1所述的光通信系統，其特征在于:所述四進制調制組件給出的調制電平大小是根據實際發射端偏振調制裝置中相位調制器的參數進行計算得出的，以確保接收端可以接收到相等間隔的電平。
3.根據權利要求1所述的光通信系統，其特征在于:所述偏振軸校正組件可以根據接收信號電平的大小比例關系計算出偏振軸轉動角的大小，并控制所述電動位移器件組進行調整，直至接受到等間距的電平。
4.一種基于權利要求1-3中任一項所述的四進制光偏振編碼及自校準的無線光通信系統的無線光通信方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: 步驟Α、所述原始信息源生成二進制數字信號，所述信號處理模塊將所述二進制數字信號進行2/4進制轉化和電平大小計算，由所述電平信號發生器輸出四電平調制信號； 步驟B、使用偏振調制裝置對線偏振激光光源發出的光束進行調制并發送，所述調制信號來自所述四進制調制組件； 步驟C、所述接收端的偏振信號接收裝置對接收信號進行處理，得到判決和校正用原始數據； 步驟D、所述原始數據輸入到所述可編程電機控制器中，通過計算得到偏振軸的校正角度，并控制所述電動位移器件組進行調整。
5.根據權利要求4所述的光通信方法，其特征在于:所述步驟D中進一步包括以下步驟: 步驟D1、接收一定量的所述信號處理組件中的原始數據，比較大小，按照大小范圍分為四組，取絕對值較小的兩組求出平均值； 步驟D2、將得到的兩個平均值進行求比值計算，得出比值； 步驟D3、根據事先計算得到的偏振軸偏轉角與接收數據比值之間的關系，得出所述比值對應的偏轉角大小； 步驟D4、根據所述對應偏轉角，計算得出電動位移器件組的位移參數，并驅動所述電動位移器件組進行調整。
【文檔編號】H04B10/60GK104253653SQ201410480797
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月19日 優先權日:2014年9月19日
【發明者】姚勇, 張碧侖, 趙宇峰, 王宗興, 楊彥甫 申請人:哈爾濱工業大學深圳研究生院