[实用新型]一种超宽带数字激光锁相环装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，尤其涉及一种超宽带数字激光锁相环装置。

背景技术

通信的目的是通过信道快速有效、安全准确地传输信息。卫星通信技术作为未来信息高速公路的重要组成部分，已经成为推动社会进步提高人类生活水平的重要力量。

随着对卫星间通信研究的逐渐深入，人们对数据速率的要求已经向数Gbps方向发展。因此，以激光为信息载体的相干光通信系统进入了人们的视线，以激光链路代替微波链路成为卫星通信发展的必然趋势。

激光具有高度相干性，频率高的特点，因此激光通信相对于微波通信具有带宽大，数据传输速率高的优点。激光通信具有可高达数百Gbps的通信能力，满足未来海量空间信息传输的需求。除此之外，采用激光为传输介质建立通信链路还具有发散角小，不易被截获，保密性高，光束能量弥散度小，能够进行超长距离的有效传输，通信终端体积小、质量轻、功耗低等若干优势，非常适合作为卫星通信的信息载体。

传统激光通信系统多采用强度调制/直接检测(IM/DD)，即发送端调制光载波强度，接收机对光载波进行包络检测。尽管这种结构具有简单、容易集成等优点，但是由于只能采用ASK调制格式，其单路信道带宽很有限，并且灵敏度不高。

与传统的直接强度调制(IM/DD)的激光通信相比，相干激光通信具有灵敏度高、速率快等优点，特别适合星间激光通信和弱信号光的探测。在相干体制下，二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying，BPSK)信号调制的零差接收机可实现理论上的最高灵敏度，是相干光通信研究的热点。

在相干激光通信链路中，根据本振光与信号光的频率是否一致，可以将通信系统分为零差探测和外差探测，解决零差探测的关键技术就是解决本振光与信号光的相位同步问题,即激光锁相技术。光锁相主要有两种方法，一种是模拟锁相环电路，另一种是数字锁相环电路，虽然数字光锁相环电路结构简单灵活，性能优越，可扩展性好，但是由于激光通信系统中的接收光信号和本地光信号的多普勒频移量大于+/-7GHz，同时激光器的微小漂移就可能造成信号光与本振光频率的频差变得非常大，可能达到数十GHz的量级。

实用新型人在实施本实用新型时发现，现有技术采用单环的数字光锁相环无法直接进行如此大的频差的补偿。

因此，在相干光接收机中亟需一种能够补偿频差较大的全新方案。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种超宽带数字激光锁相环装置，能够在接收光信号和本振信号之间的频差较大的情况下实现有效补偿，提高通信可靠性。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种超宽带数字激光锁相环装置，包括：

光混频器，用于将接收光信号和本振信号混频得到四路混频信号；

平衡探测器，用于将所述四路混频信号转换成互为正交的第一路电信号和第二路电信号；

第一AD采样电路和第二AD采样电路，分别用于根据预设的采样频率对所述第一路电信号和第二路电信号进行采样，得到对应的第一数字信号和第二数字信号；

相位精跟踪环路，用于实现解调时载波的精跟踪，包括相位精跟踪计算模块、第一D/A转换模块、低通滤波器和声光移频器；所述相位精跟踪计算模块根据所述第一数字信号和第二数字信号计算出接收光信号和本振信号之间的频差，并根据频差得到声光移频器控制信号，所述声光移频器控制信号先后通过所述第一D/A转换模块、低通滤波器后输出给声光移频器；所述声光移频器用于根据所述声光移频器控制信号对激光器输出的原始激光信号进行移频处理，得到本振信号输出给所述光混频器；

相位粗跟踪环路，包括相位粗跟踪计算模块、温度控制模块和激光器，所述相位粗跟踪计算模块根据所述第一数字信号和第二数字信号计算出接收光信号和本振信号之间的频差，并根据频差生成激光器温度参数调整信号，所述温度控制模块根据所述激光器温度参数调整信号调整所述激光器的温度，从而使所述激光器输出的原始激光信号的频率落入所述相位精跟踪环路的频带范围内；

其中，所述相位精跟踪计算模块和相位粗跟踪计算模块通过FPGA芯片实现。