基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于無線光通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無線光通信是以激光為信號(hào)載體的無線通信方式，具有傳輸速率高、抗電磁干擾、方向性好、保密性強(qiáng)、無需頻譜許可、無需架設(shè)光纖、組網(wǎng)周期短、設(shè)備輕便、搭設(shè)便捷等優(yōu)點(diǎn)。與光纖通信相比，無線光通信的信道是條件更復(fù)雜的大氣。信道中大氣分子和氣溶膠粒子對(duì)光子的吸收、散射，以及大氣湍流導(dǎo)致空氣折射率的變化會(huì)引起光束隨機(jī)漂移、光強(qiáng)起伏、光信號(hào)衰減嚴(yán)重等現(xiàn)象發(fā)生。在遠(yuǎn)距離通信時(shí)存在通信易中斷、誤碼率高、受天氣因素制約等缺點(diǎn)。
[0003]單光子檢測(cè)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的無線光通信帶來了新的解決方案。檢測(cè)弱光信號(hào)時(shí)信號(hào)常常煙沒在噪聲中，傳統(tǒng)的光電探測(cè)器無法檢測(cè)，但同時(shí)弱光信號(hào)的量子性會(huì)在一定程度上表現(xiàn)出來。通常認(rèn)為在檢測(cè)弱光信號(hào)時(shí)，其光子到達(dá)服從泊松分布。弱光光子到達(dá)探測(cè)器時(shí)輸出不連續(xù)的微弱光電流，一般的檢測(cè)手段很難能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的識(shí)別提取。單光子探測(cè)器將光電探測(cè)模塊的增益增大，將輸出的離散電信號(hào)加以放大以甄別出光信號(hào)。
[0004]美國國家航空與航天局的火星激光通信演示系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過集成多個(gè)GM-APD組成單光子探測(cè)器陣列，將收集到的信號(hào)光平均傳送給每個(gè)GM-APD，使陣列中的GM-APD工作在不同的時(shí)鐘，保證陣列中始終有探測(cè)器處于工作狀態(tài)，即與經(jīng)典的光電探測(cè)器一樣處于連續(xù)工作狀態(tài)，解決的時(shí)鐘同步問題；但該系統(tǒng)成本高昂、集成復(fù)雜，不適用于大量普及。
[0005]2012年，Philip A.Hiskett等人通過多次重發(fā)的方法，實(shí)現(xiàn)了水下基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信，此方法利用單個(gè)GM-AH)多次重發(fā)信號(hào)，在信號(hào)前端加上一串很長的同步序列，用于同步收發(fā)段時(shí)鐘；但此方案由于同步序列很長，極大限制了系統(tǒng)的通信速率，很難實(shí)現(xiàn)高速通信。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信系統(tǒng)，提高接收端探測(cè)器的靈敏度，拓展無線光通信的通信距離。
[0007]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案為:一種基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信系統(tǒng)，包括第一 GPS授時(shí)模塊、信號(hào)產(chǎn)生模塊、信號(hào)發(fā)送模塊、信號(hào)接收模塊、信號(hào)探測(cè)模塊和第二 GPS授時(shí)模塊，所述第一 GPS授時(shí)模塊和第二 GPS授時(shí)模塊分別與信號(hào)產(chǎn)生模塊和信號(hào)探測(cè)模塊相連，用于同步收發(fā)兩端的時(shí)鐘，所述信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生調(diào)制好的激光信號(hào)，所述信號(hào)發(fā)送模塊將激光信號(hào)發(fā)射出去，所述信號(hào)接收模塊接收大氣中的激光信號(hào)，所述信號(hào)探測(cè)模塊將接收到的激光信號(hào)還原成碼元信息。
[0008]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著效果為:
[0009](I)本實(shí)用新型利用單光子探測(cè)器檢測(cè)接收端光信號(hào)，大大提高了系統(tǒng)的靈敏度，拓展了無線光通信的通信距離，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜惡劣條件下的可靠通信。
[0010](2)本實(shí)用新型利用兩個(gè)GPS授時(shí)模塊同步收發(fā)兩端時(shí)鐘，相比于單光子探測(cè)器陣列方案，簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、降低了系統(tǒng)成本；同時(shí)相比于外加同步序列方案，提高了系統(tǒng)的通信速率。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型的基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信系統(tǒng)框圖。
[0012]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施方式的基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]結(jié)合圖1，本實(shí)用新型的一種基于光子計(jì)數(shù)無線光通信系統(tǒng)，包括第一 GPS授時(shí)模塊、信號(hào)產(chǎn)生模塊、信號(hào)發(fā)送模塊、第二 GPS授時(shí)模塊、信號(hào)接收模塊和信號(hào)探測(cè)模塊；第一GPS授時(shí)模塊和第二 GPS授時(shí)模塊分別與信號(hào)產(chǎn)生模塊和信號(hào)探測(cè)模塊相連，用于同步收發(fā)兩端的時(shí)鐘，信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生調(diào)制好的激光信號(hào)，信號(hào)發(fā)送模塊將激光信號(hào)發(fā)射出去，信號(hào)接收模塊接收大氣中的激光信號(hào)，信號(hào)探測(cè)模塊將接收到的激光信號(hào)還原成碼元信息。
[0014]進(jìn)一步的，如圖2所示，信號(hào)產(chǎn)生模塊包括半導(dǎo)體激光器和驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)碼元信息驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器，產(chǎn)生調(diào)制好的激光信號(hào)；
[0015]信號(hào)探測(cè)模塊包括單光子探測(cè)器和判決電路，單光子探測(cè)器對(duì)接收到的光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)并輸出計(jì)數(shù)值表征信號(hào)大??；判決電路將單光子探測(cè)器輸出的計(jì)數(shù)值與判決門限進(jìn)行比較，得到碼元信息。
[0016]其中，單光子探測(cè)器包括蓋革雪崩光電二極管和計(jì)數(shù)器，蓋革雪崩光電二極管對(duì)接收到的光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)并輸出電脈沖給計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器對(duì)電脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)得到計(jì)數(shù)值。
[0017]進(jìn)一步的，所述第一 GPS授時(shí)模塊和第二 GPS授時(shí)模塊分別對(duì)驅(qū)動(dòng)電路和計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘進(jìn)行同步。
[0018]其中，本實(shí)施方式中兩個(gè)GPS授時(shí)模塊采用摩托羅拉M12M，半導(dǎo)體激光器和驅(qū)動(dòng)電路分別采用OSTECH公司的DSxl激光器和與激光器對(duì)應(yīng)的TEC驅(qū)動(dòng)電路。
[0019]本實(shí)用新型的通信過程為:
[0020]信號(hào)產(chǎn)生模塊根據(jù)第一 GPS授時(shí)模塊的同步鐘，由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生調(diào)制好的激光信號(hào)；
[0021]調(diào)制信號(hào)經(jīng)過發(fā)送光學(xué)天線發(fā)送至大氣，再由接收光學(xué)天線收集送至單光子探測(cè)器;
[0022]在通信前先發(fā)送信標(biāo)光用于光學(xué)天線對(duì)準(zhǔn)，在對(duì)準(zhǔn)后開始進(jìn)行通信，蓋革雪崩光電二極管對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將電脈沖傳送給計(jì)數(shù)器；
[0023]計(jì)數(shù)器根據(jù)第二 GPS授時(shí)模塊的同步時(shí)鐘確定計(jì)數(shù)區(qū)間，輸出計(jì)數(shù)值；
[0024]判決電路通過FPGA實(shí)現(xiàn)，根據(jù)計(jì)數(shù)值大小與判決門限進(jìn)行比較，若計(jì)數(shù)值大于等于判決門限取1，小于判決門限取0，得到碼元信息；
[0025]其中判決門限為:
[0026]kth= 0.5(N0+N!)
[0027]N。為沒有信號(hào)光時(shí)單光子探測(cè)器的平均計(jì)數(shù)值，N 有信號(hào)光時(shí)單光子探測(cè)器的平均計(jì)數(shù)值；該實(shí)用新型采用的判決門限為本領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)有的常規(guī)判決門限，在“郭志瑞.光量子計(jì)數(shù)器在深空光通信中的應(yīng)用[D]，長春:長春理工大學(xué)，2012” 一文中有詳細(xì)記載。
[0028]本實(shí)用新型并不局限于上述實(shí)施方式，如果對(duì)本實(shí)用新型的各種改動(dòng)或變形不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，倘若這些改動(dòng)和變形屬于本實(shí)用新型的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變形。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信系統(tǒng)，其特征在于，包括第一 GPS授時(shí)模塊、信號(hào)產(chǎn)生模塊、信號(hào)發(fā)送模塊、信號(hào)接收模塊、信號(hào)探測(cè)模塊和第二 GPS授時(shí)模塊，所述第一 GPS授時(shí)模塊和第二 GPS授時(shí)模塊分別與信號(hào)產(chǎn)生模塊和信號(hào)探測(cè)模塊相連，用于同步收發(fā)兩端的時(shí)鐘，所述信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生調(diào)制好的激光信號(hào)，所述信號(hào)發(fā)送模塊將激光信號(hào)發(fā)射出去，所述信號(hào)接收模塊接收大氣中的激光信號(hào)，所述信號(hào)探測(cè)模塊將接收到的激光信號(hào)還原成碼元信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)產(chǎn)生模塊包括半導(dǎo)體激光器和驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)碼元信息驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器發(fā)光，產(chǎn)生調(diào)制好的激光信號(hào)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)探測(cè)模塊包括單光子探測(cè)器和判決電路，單光子探測(cè)器對(duì)接收到的光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)并輸出計(jì)數(shù)值表征信號(hào)大小，判決電路將單光子探測(cè)器輸出的計(jì)數(shù)值與判決門限進(jìn)行比較，計(jì)數(shù)值大于等于判決門限取1，小于判決門限取O，得到碼元信息。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述單光子探測(cè)器包括蓋革雪崩光電二極管和計(jì)數(shù)器，所述蓋革雪崩光電二極管對(duì)接收到的光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)并輸出電脈沖給計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器對(duì)電脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)得到計(jì)數(shù)值。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述第一GPS授時(shí)模塊和第二 GPS授時(shí)模塊分別對(duì)驅(qū)動(dòng)電路和計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘進(jìn)行同步。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述第一 GPS授時(shí)模塊和第二 GPS授時(shí)模塊的型號(hào)為摩托羅拉M12M。7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器和驅(qū)動(dòng)電路的型號(hào)為OSTECH公司的DSxl激光器和TEC驅(qū)動(dòng)電路。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信系統(tǒng)，屬于無線光通信領(lǐng)域，包括第一GPS授時(shí)模塊、信號(hào)產(chǎn)生模塊、信號(hào)發(fā)送模塊、信號(hào)接收模塊、信號(hào)探測(cè)模塊和第二GPS授時(shí)模塊，所述第一GPS授時(shí)模塊和第二GPS授時(shí)模塊分別與信號(hào)產(chǎn)生模塊和信號(hào)探測(cè)模塊相連，用于同步收發(fā)兩端的時(shí)鐘，所述信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生調(diào)制好的激光信號(hào)，所述信號(hào)發(fā)送模塊將激光信號(hào)發(fā)射出去，所述信號(hào)接收模塊接收大氣中的激光信號(hào)，所述信號(hào)探測(cè)模塊將接收到的激光信號(hào)還原成碼元信息。本實(shí)用新型大大提高了無線光通信系統(tǒng)接收端的靈敏度，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離強(qiáng)衰減條件下的無線光通信。
【IPC分類】H04B10/11, H04B10/118
【公開號(hào)】CN204886965
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520594994
【發(fā)明人】汪琛, 邱灝, 張?jiān)姰? 汪井源, 徐智勇
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍理工大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年8月8日