[发明专利]一种基于REC激光器阵列提高相干光通信系统性能的方法

说明书

本发明公开了一种基于REC激光器阵列提高相干光通信系统性能的方法，目前空间相干激光通信系统会受指向误差的影响，进一步降低通信系统的信噪比，从而对激光器线宽提出更加严格的要求，而受限于激光器线宽和功率的制约关系以及当前工艺技术水平，高功率的窄线宽激光器往往难以实现。因此，在接收端采用基于重构等效啁啾技术的激光器阵列作为本振光源，提出一套基于指向误差的反馈系统，选择最佳的出射端口，使通信系统保持最低误码率。该方法利用REC激光器阵列低成本，波长精度高以及多路输出的优势，且所需的反馈器件较少，可满足卫星小型化的要求，成本也相对低廉。

技术领域

本发明涉及空间相干激光通信领域，特别是一种基于REC激光器阵列提高相干光通信系统性能的方法。

背景技术

空间激光通信相比于微波通信，拥有高通信速率，高光学带宽以及高保密性等优势，因此空间激光通信被越来越多的研究机构所关注。相对于传统的强度调制/直接探测的空间激光通信系统，基于相位调制/相干探测的空间激光通信系统可以更好地抑制背景噪声和热噪声，并显著提高通信接收机的灵敏度。因此，基于相位调制/相干探测的空间激光通信系统目前被广泛采用。

尽管相位调制/相干探测的方案拥有较高的接收机灵敏度，但由于激光器线宽展宽往往会带来相位噪声，这种相位噪声可以认为是维纳过程，其分布呈现高斯线型，通常会对基于相位调制的通信系统造成较为严重的干扰，降低通信的信噪比，因此在实际空间相干激光通信系统中，通常会采用窄线宽激光器以减小相位噪声的影响。

除了激光器相位噪声对系统的通信质量产生影响，激光在自由空间信道的传输还取决于指向误差，指向误差可能是由于机械不同轴性、跟踪系统的误差或系统中的机械振动引起的。通常情况下，指向误差由两部分组成，一部分是固定的视轴误差，另一部分是随机的抖动误差，虽然基于现有的跟瞄装置和指向算法可以实现不错的对准效果，从而消除视轴误差的影响，但是对于长距离空间激光通信，随机的抖动误差会导致光束中心和接收探测器中心的偏移，从而导致接收光强的减小，因此系统的信噪比会进一步地降低。

综上所述，在指向误差的存在，由于接收光强的进一步减小，原有线宽的激光器并不能满足系统通信所需的信噪比，需要更窄线宽的激光器去补偿相位噪声，提高信噪比和通信质量。通过研究表明，通信系统对激光器线宽的需求是动态地根据指向误差所调节的，在小指向误差下，通信系统的误码率对功率更加敏感，在大指向误差下，通信系统的误码率对激光器的线宽更加敏感。在指向误差存在的情况下，最佳状态是采用高功率窄线宽激光器，但由于工艺限制，激光器的功率越大越难实现窄线宽。

由于指向误差的存在以及激光器线宽和功率的制约条件，采用单个激光器作为本振光的效果较差。相较于单个光源，重构等效啁啾(Reconstruction-Equivalent-Chirp，REC)激光器阵列的输出端口可以有多个，且每个端口可以定义成不同的线宽和功率，因此可以根据指向误差的返款来点亮对应的输出端口，且REC激光器阵列还拥有较高的波长精度以及较低的成本。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于REC激光器阵列提高相干光通信系统性能的方法。基于当前的跟瞄系统和REC激光器阵列，本发明在接收端采用REC激光器阵列作为本振光模块，增加指向误差反馈系统，以指向误差作为反馈，并结合REC激光器阵列每个输出端口的功率以及线宽参数，计算出最低误码率(Bit-Error-Rate，BER)，输出对应的端口作为本振光，该系统可以很好的补偿指向误差，从而改善空间相干激光通信系统的通信质量。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案如下：