[发明专利]一种基于信号调制消除回波干扰的共振光通信方法

权利要求书

1.一种基于信号调制消除回波干扰的共振光通信方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.构建共振光通信系统中基于信号调制解调的通信模型；

S2.在发射端通过设计调制符号，并求得调制符号的最优参数，消除链路增益函数对信息符号的回波干扰；

所述步骤S2中，通过在发射端通过设计调制符号的表达式，消除链路增益函数对信息符号的回波干扰，具体包括以下子步骤：

S201.调制符号被设计为：

（6）

其中，信息符号对于任意固定的是幅度受限的并且独立同分布的，满足,表示信息符号取值的下边界；是转换后的信道系数，与无关，将式（6）代入式（2），共振光通信的等效通信模型如下：

（7）

其中，共振光通信的信道被简化为个独立的幅值约束高斯白噪声信道，说明回波干扰已经被消除，此时均匀分布是的近似最优分布；

此外，接收端只需要采取最小距离译码法就能够恢复出信息符号，因此，只要确定了参数、和, 信息符号的调制方式，即式（6）就能够确定下来；

S202.通过求解如下的优化问题，得到最优的、和：

（8）

其中表示信息符号的可达速率的一个上界，表示接收端光电探测器的最大接收功率；

从式（8）中看出，参数值和是独立于的，因此得到，，即n的取值不影响和的最优值；

设式（8）的最优解，通过求解式（8）就能够得到信号调制所需的参数,过程如下：

将在区间按照预设的间距进行等间距离散化，得到多个的离散化取值，将在区间按照预设的间距进行等间距离散化，得到多个的离散化取值；

对于、的每一种组合，利用，求解出对应的，则得到了若干组、和的离散化取值组合，设、共有T组组合，则、和的离散化取值组合也为T组；

通过遍历法遍历每一组的、和的离散化取值组合，取其中满足公式（8）的组合，即使得最大的一组组合作为最优解，记为；

S3.根据求得的最优参数进行信号调制，在去除回波干扰的基础上，实现发射机与接收机之间的共振光通信。

2.根据权利要求1所述的一种基于信号调制消除回波干扰的共振光通信方法，其特征在于：所述步骤S1包括：

S101.设所述共振光通信系统包括光发射端和光接收端；所述光发射端包括发射机和从左至右依次设置在共振光传输路径上的第一回复反射镜、第一光增益介质和电光调制器，所述光接收端包括接收机和从左至右依次设置在共振光传输路径上的分光镜、第二光增益介质和第二回复反射镜；所述第一回复反射镜和第二回复反射镜用于将入射光按照原入射方向进行反射，从而使得共振光波束能够在光发射端和光接收端之间往返传输；

在共振光波束功率达到稳定状态后，发射机将待发送的数据传输给电光调制器，由电光调制器调制到共振光波束上传输给光接收端；光接收端中分光镜将部分光传输给光接收机，将另一部分光经光增益介质传输给第二回复反射镜 ；

S102.设发送端在共振光束的每一个往返周期发送一帧数据包含个符号，帧与帧之间存在符号级同步，令表示发射端发送的第帧第个符号，的被表示为：

（1）

其中，调制符号是一个振幅约束的随机变量，满足，是发射机工作之前谐振光束的稳定功率，满足，此外，是传输符号的链路增益函数，表示在共振光通信系统中运行一个周期后的瞬时功率；

在第帧中，设接收端收到的信号的表达式为：

（2）

其中是独立同分布的加性高斯白噪声，均值为0，方差为；是分光镜的分光比例，取值在0~1之间；是自由空间中的链路损失，其表示式为：

（3）

其中、和分别为接收端的反射器的有效面积、波长和共振光束的衍射角，为发射器与接收器之间的距离；

最后，函数的表达式为：

（4）

其中通过增益介质的功率增益由以下表达式求出：

（5）

其中是饱和强度，是第帧中第个符号期间共振光束在发射端的增益介质处的瞬时入射强度，是增益介质在发射机处的泵浦功率，是增益介质的横截面积，为泵送效率；和的值取决于增益介质的类型，通过预先测量得到。

3.根据权利要求1所述的一种基于信号调制消除回波干扰的共振光通信方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下子步骤：

S301.在发射端将信息符号设计为服从均匀分布的随机变量，接下来调制信号根据公式（6）由生成，其中需的参数和分别由和代替；

S302.调制信号接下来经过电光调制器幅度调制后经由发送到接收端；在接收端，信号经由分光镜分光后，一部分光束经由光电探测器探测后转换为接收信号，其具体表达式为式（7），参数和分别由和代替，然后接收机采取最小距离译码法恢复出信息符号。