[发明专利]根据信道状态自适应调节大气光通信系统发射功率的方法

摘要

本发明涉及一种根据信道状态自适应调节大气光通信系统发射功率的方法，其特征在于：使用收发共用单模光纤耦合激光通信收发端机发送和接收信息，由两个构造相同的收发共用单模光纤耦合激光通信收发端机组成一个双向大气激光通信系统；其能使双向大气激光通信系统能够根据瞬时信道状态自适应地调节激光脉冲的峰值发射功率大小，即当光信号发生衰落时在发射端增加激光脉冲的峰值发射功率，以补偿大气湍流产生的负面影响。

主权项

1.根据信道状态自适应调节大气光通信系统发射功率的方法，其特征在于：使用收发共用单模光纤耦合激光通信收发端机发送和接收信息，由两个构造相同的收发共用单模光纤耦合激光通信收发端机组成一个双向大气激光通信系统；双向大气激光通信系统的第一个激光通信收发端机包含激光器1、电光调制器1、掺铒光纤放大器S1、光纤环形器1、凸透镜1、数据调制控制模块1、掺铒光纤放大器R1、法布里‑珀罗滤波器1、光学可调谐滤波器1、探测采样判决模块1；光纤环形器1的三个端口分别连接光纤F1A、光纤F1B、光纤F1C；双向大气激光通信系统的第二个激光通信收发端机包含激光器2、电光调制器2、掺铒光纤放大器S2、光纤环形器2、凸透镜2、数据调制控制模块2、掺铒光纤放大器R2、法布里‑珀罗滤波器2、光学可调谐滤波器2、探测采样判决模块2；光纤环形器2的三个端口分别连接光纤F2A、光纤F2B、光纤F2C；激光器1发出的光信号入射到电光调制器1的光信号输入端；数据调制控制模块1根据输入的二进制数据和数据发射速率控制信号产生可变占空比二进制PPM信令格式的电信号并传送到电光调制器1的电信号输入端，以便控制电光调制器1实现对电光调制器1的输入光信号的调制；电光调制器1输出的光信号S101经掺铒光纤放大器S1放大后通过光纤F1A进入光纤环形器1的端口A101，然后从光纤环形器1的端口A102出射并进入光纤F1B，再通过凸透镜1发射到大气信道中；来自双向大气激光通信系统的第二个激光通信收发端机的光信号S201进入凸透镜1后被耦合到光纤F1B中，然后进入光纤环形器1的端口A102并从光纤环形器1的端口A103进入光纤F1C，接着经掺铒光纤放大器R1放大后经过法布里‑珀罗滤波器1和光学可调谐滤波器1，最后到达探测采样判决模块1；探测采样判决模块1对入射的光信号S201进行探测、采样和判决，解调出从双向大气激光通信系统的第二个激光通信收发端机发来的二进制数据，同时探测采样判决模块1在每个探测到的PPM符号对应的时间范围内对探测到的PPM符号对应的信号的功率求时间平均，并把平均值PPAVG1作为数据发射速率控制信号输出给数据调制控制模块1；激光器2发出的光信号入射到电光调制器2的光信号输入端；数据调制控制模块2根据输入的二进制数据和数据发射速率控制信号产生可变占空比二进制PPM信令格式的电信号并传送到电光调制器2的电信号输入端，以便控制电光调制器2实现对电光调制器2的输入光信号的调制；电光调制器2输出的光信号S201经掺铒光纤放大器S2放大后通过光纤F2A进入光纤环形器2的端口A201，然后从光纤环形器2的端口A202出射并进入光纤F2B，再通过凸透镜2发射到大气信道中；来自双向大气激光通信系统的第一个激光通信收发端机的光信号S101进入凸透镜2后被耦合到光纤F2B中，然后进入光纤环形器2的端口A202并从光纤环形器2的端口A203进入光纤F2C，接着经掺铒光纤放大器R2放大后经过法布里‑珀罗滤波器2和光学可调谐滤波器2，最后到达探测采样判决模块2；探测采样判决模块2对入射的光信号S101进行探测、采样和判决，解调出从双向大气激光通信系统的第一个激光通信收发端机发来的二进制数据，同时探测采样判决模块2在每个探测到的PPM符号对应的时间范围内对探测到的PPM符号对应的信号的功率求时间平均，并把平均值PPAVG2作为数据发射速率控制信号输出给数据调制控制模块2；光纤F1A、光纤F1B、光纤F1C、光纤F2A、光纤F2B、光纤F2C都是单模光纤；掺铒光纤放大器S1和掺铒光纤放大器S2工作在饱和区；掺铒光纤放大器R1和掺铒光纤放大器R2工作在非饱和区；数据调制控制模块1根据输入的二进制数据和数据发射速率控制信号产生可变占空比二进制PPM信令格式的电信号，其中在给定时刻tw处的占空比调节方法如下：Step101：令AV_s代表数据发射速率控制信号对应的平均值PPAVG1，令A_t代表探测采样判决模块1的符号判决在能满足特定误码率指标的条件下所要求的探测到的脉冲的最小峰值功率；令A_s＝AV_s/[D_c+E_R(1‑D_c)]代表在数据调制控制模块1中计算得到的当前的脉冲峰值功率，D_c表示数据调制控制模块1当前产生的可变占空比二进制PPM信令格式的电信号的占空比，E_R表示电光调制器1的消光比；如果A_s/A_t＝1，则转步骤Step102，否则令目标占空比其中表示向下取整；如果D′_C>D_C,max或者D′_C<D_C,min，其中D_C,max和D_C,min分别是双向大气激光通信系统允许的最大和最小占空比，则转步骤Step102，否则令目标脉冲峰值功率A′_s＝A_s[D_c+E_R(1‑D_c)]/[D′_C+E_R(1‑D′_C)]；判断A′_s是否小于A_t，如果是，则转步骤Step102，否则数据调制控制模块1以D′_C的值作为占空比来产生可变占空比二进制PPM信令格式的电信号，转步骤Step103；Step102：数据调制控制模块1仍按当前的占空比产生可变占空比二进制PPM信令格式的电信号；Step103：在给定时刻tw处对占空比的调节操作结束；数据调制控制模块1以时间间隔Δt为周期，重复地执行步骤Step101至步骤Step103所描述的操作，从而根据信道状态实现对可变占空比二进制PPM信令格式的电信号的占空比的自适应控制，进而达到自适应地调节激光脉冲的峰值发射功率的目的；数据调制控制模块2根据输入的二进制数据和数据发射速率控制信号产生可变占空比二进制PPM信令格式的电信号，其中在给定时刻tw处的占空比调节方法如下：Step201：令av_s代表数据发射速率控制信号对应的平均值PPAVG2，令a_t代表探测采样判决模块2的符号判决在能满足特定误码率指标的条件下所要求的探测到的脉冲的最小峰值功率；令a_s＝av_s/[d_c+e_R(1‑d_c)]代表在数据调制控制模块2中计算得到的当前的脉冲峰值功率，d_c表示数据调制控制模块2当前产生的可变占空比二进制PPM信令格式的电信号的占空比，e_R表示电光调制器2的消光比；如果a_s/a_t＝1，则转步骤Step202，否则令目标占空比如果d′_C>D_C,max或者d′_C<D_C,min，其中D_C,max和D_C,min分别是双向大气激光通信系统允许的最大和最小占空比，则转步骤Step202，否则令目标脉冲峰值功率a′_s＝a_s[d_c+e_R(1‑d_c)]/[d′_C+e_R(1‑d′_C)]；判断a′_s是否小于a_t，如果是，则转步骤Step202，否则数据调制控制模块2以d′_C的值作为占空比来产生可变占空比二进制PPM信令格式的电信号，转步骤Step203；Step202：数据调制控制模块2仍按当前的占空比产生可变占空比二进制PPM信令格式的电信号；Step203：在给定时刻tw处对占空比的调节操作结束；数据调制控制模块2以时间间隔Δt为周期，重复地执行步骤Step201至步骤Step203所描述的操作，从而根据信道状态实现对可变占空比二进制PPM信令格式的电信号的占空比的自适应控制，进而达到自适应地调节激光脉冲的峰值发射功率的目的；双向大气激光通信系统的第一个激光通信收发端机和第二个激光通信收发端机的结构和各个模块的物理参数完全相同，步骤Step101和步骤Step201中所述的误码率指标相同。