[发明专利]一种FSO系统中接收功率自动控制的方法

说明书

一、技术领域

本发明是一种采用自动伸缩控制接收孔径角的方法来控制接收光功率的设计，适 合于自由空间光通信系统(FSO)。

二、背景技术

光纤通信与无线通信是当前的热门技术，自由空间光通信系统是二者结合的产物。

典型的FSO系统(如图1所示)主要由光学收、发天线和终端设备组成，长距离 传送时增加相应的中继设备。发送终端的激光器经信号电流调制后，发射出带有信号 的激光。经过大气信道传输后，到达接收终端，光信号被光电探测器处理后，还原为 电信号，完成信号的传递。

不同于光纤通信，FSO是在大气信道中传输信号的。由于大气信道的特性以及接 收端探测器的噪声影响，接收光功率有着很大的动态范围，带来较大的误码率。

1.接收功率动态范围分析

大气中存在着多种气体以及各种微粒，如尘埃、烟、雾、小水滴等。还可能要发 生各种复杂的气象现象，如雨、雾、雪、风等。这些因素，对光波有衰减作用，会使 激光能量大大减少，或者使激光偏离原来的传输方向，破坏了激光原有的特性。这些 影响主要来自以下几个方面：大气中悬浮微粒的散射，大气中气体分子的吸收和大气 湍流的偏折作用。

在整个信号传播过程中，大气信道造成的损耗最大，而且由于大气的不稳定性， 如天气的变化，白天黑夜的不同等，使得大气损耗也很不稳定(表1是各种天气情况 下大气传输信道衰耗的统计值)。可以看到在晴天通信距离能达到数十公里的通信系 统，在大雾时，可能连一公里也保证不了。同样，如果保证了大雾天气的正常通信而 对接收端不作任何调整的话，接收端的功率接收就有很大的动态范围。

表1各种气候条件下自由空间光通信传输信道的损耗

另外，对接收功率动态范围影响最大的就是距离问题。同一套FSO系统可以应用 在不同的场合，也就是发射端和接收端的距离有了不同。从表1可以看出，尤其是在 雨雾天气，不同距离造成的大气损耗相差很大。所以对同样结构的FSO产品，在不同 应用距离时，接收功率动态范围很大。

2.探测器端编码的机理

接收端的光强分布由于湍流等因素的影响，出现闪烁的光斑分布，可以认为在接 收面上是均匀分布的。入射光经光电探测器转换后，化为电信号。电脉冲信号的幅度 与入射光强有函数关系：在一般的应用范围内，呈线性关系；光强过大时，受探测器 件饱和效应的影响。

图2为一般探测器件的响应曲线。I为实际的光强信号，I_r为探测器件测出的光 强信号。0-I_ds为探测器件线性响应区；I＞I_ds为探测器件饱和区。

经过探测器得到的电脉冲信号已经发生了畸变，为了提高接收系统的可靠性，通 常要在输出端安排一个识别电路，常用的识别电路由限幅整形器和抽样判决器组成。 限幅整形器是把接收信号整理成“近似的方波”，即把低于限幅门限的信号变成0电位， 而把高于限幅门限的信号变成有电脉冲，如图3(b)。抽样判决器是在每一接收基带 波形的中心附近，对其进行抽样，然后将抽样值与判决门限进行比较，若抽样值大于 门限值，则判为“有”基带波形存在，否则就判为“无”基带波形存在。这样就获得 一系列新的基带波形，如图3(c)。

3.误码率分析

由第一部分分析得知，由于全天候增强FSO通信系统中，大气空间衰耗非常不稳 定，须留有较大的光传输功率预算。尽管光接收机可以有约20dB的动态范围，都难 以保证光功率不过载。而经探测器端编码后，较大的光功率变化范围就出现编码判断 错误：接收光功率值很大时，受探测器饱和效应的影响，其转化的电脉冲幅度可能不 变，且容易对探测器造成伤害；接收光功率值较小时，在识别电路中会造成误判，带 来误码率的增加。

综上可知，在全天候增强FSO通信系统中，由于大气空间衰耗的不稳定，在接收 端接收光功率变化很大，带来误码率的增加。本发明采用自动伸缩控制接收孔径角的 方法来控制接收光功率，使用电机适时控制可调光阑改变通光孔径，调节入射光强的 大小，可以有效降低接收端光功率的变化范围，减小误码率。