[发明专利]基于垂直分层空时编码的自由空间MIMO光通信系统

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种激光通信系统，具体涉及一种基于垂直分层空时编码的自由空间MIMO光通信系统。

背景技术

通信分为有线通信和无线通信。有线通信又包括电缆通信和光纤通信；无线通信则包括微波通信和激光通信。

有线通信需要架设通信线路，建设周期长、费用高、施工难度大。无线通信不受线路的制约，具有有线通信无法比拟的优点，因而，得到了较快的发展。目前，通信信息量急剧增大，急需扩充网络带宽资源，提高通信流量，以满足人们工作、学习的需要。但无线通信中的微波通信，频谱资源有限、通信容量较小、误码率高。

无线激光通信以激光束作为信息载体，结合了光纤通信和微波等传统无线通信的优势，具有无电磁干扰、组网机动灵活、安装维护方便、通信可靠性高、保密性好、性能价格比优、无需频率许可等优点，可传输多种速率的数据、话音、图像，成为一种新兴的宽带无线接入方式。

传统的无线激光通信技术(即单输入单输出系统，SISO)，在发射端利用激光器将信号调制成光信号，然后在接收端通过探测器检测光强而获取信号。按照检测方式，光通信分为强度调制式和外差式，外差式光通信由于复杂的实现技术和昂贵的费用，应用范围受到了很大的限制。

目前使用的无线光通信系统，主要是强度调制/直接检测式。其光载波的频率很高，光通信系统的信号带宽可以超过THz。然而，受光色散和电子器件速度的限制，现有光通信系统的通信码速率常常被限制在10Gb/s或者更低，传输信号易受大气随机信道影响。光通信所固有的大容量、高速率等优点受到限制。

如果采用更高阶的调制技术和更优良的信道编码方法，使现有单输入单输出(Single Input Single Output，SISO)光通信系统尽可能地接近系统的信道容量，势必在很大程度上增加系统中电子器件的制造技术难度和制造成本，而这种方法也不太可能实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于垂直分层空时编码的MIMO光通信系统，可提高通信码速率，减小大气随机信道的影响。

本发明所采用的技术方案是：一种基于垂直分层空时编码的自由空间MIMO光通信系统，包括发射端子系统和接收端子系统，发射端子系统包括依次相连接的信息源、分接器、分层空时编码器、调制及驱动电路阵列、激光器阵列和光学发射天线阵列，接收端子系统包括信道估计以及依次相连接的光学接收天线阵列、探测器阵列、线性判决反馈均衡器、分层空时编码译码器、复接器和信宿，信道估计分别与所有的探测器和线性判决反馈均衡器相连接。

本发明光通信系统的特征还在于，

光学发射天线阵列由相互独立的、并行的多副光学发射天线组成。

多副光学发射天线，发射孔径之间的距离为S_l、接收孔径为D_r、传输距离为L。

调制及驱动电路阵列由数量与光学发射天线相同的、并行的调制及驱动电路组成。

激光器阵列由数量与光学发射天线相同的、并行的激光器组成。

光学接收天线阵列由相互独立的多副光学接收天线组成，每副光学接收天线都与相应探测器相对应。

光学接收天线的数量大于或等于光学发射天线的数量。

探测器阵列由数量与光学接收天线数量相同的探测器组成。

光学发射天线阵列和光学接收天线阵列均为圆阵列。

本发明的有益效果是：

1.将高速线上的数据分解到若干个低速数据线上进行并行传输，在接收端利用多个天线进行接收，经检测及处理后即可恢复原始信号。充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多个数据通道(MIMO子信道)发射信号，从而使得系统容量随着天线数量的增加而线性增加。

2.信道容量的增加不需要占用额外的带宽，也不需要消耗额外的发射功率，可以有效提高系统的容量。

3.可以和多种信道编码(如RS码、Turbo码和LDPC码等)技术相结合，进一步提高通信系统的可靠性，也可以与多种新技术相融合(如STBC、OFDM等)，进一步体现了本发明系统的先进性和灵活性。

4.不仅提高了无线激光通信的码速率和可靠性，而且很好地克服了大气湍流所引起的闪烁效应。同时，降低了对捕获、跟踪和瞄准(ATP)技术的要求。

附图说明

图1是现有无线激光通信系统结构示意图；

图2是本发明光通信系统结构示意图；其中，a是发射端子系统结构示意图，b是接收端子系统结构示意图；

图3是本发明光通信系统中垂直分层空时编码原理图；

图4是本发明光通信系统中圆形阵列天线的水平结构示意图；