本發(fā)明涉及無(wú)線光網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種針對(duì)大氣信道的無(wú)線光通信多用戶接入的無(wú)線相干CDMA(Code Division Multiple Access，碼分多址)光通信系統(tǒng)和通信方法。

背景技術(shù)：

無(wú)線光通信系統(tǒng)作為一種新的通信方式，得到研究者越來(lái)越多的關(guān)注。相比于現(xiàn)有的無(wú)線通信技術(shù)，無(wú)線光通信具有高帶寬、尺寸小、抗電磁干擾、易于架設(shè)以及高的保密性等優(yōu)點(diǎn)。而CDMA由于其允許用戶同步或者異步接入等優(yōu)點(diǎn)，在光通信系統(tǒng)中也受到越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注。目前為止，光CDMA系統(tǒng)主要采用相干或者非相干調(diào)制兩種方案。非相干調(diào)制考慮的是光正交碼(OCCs)，但是要得到比較好的碼間的正交性，必須采用足夠長(zhǎng)的碼。有研究者提出在非相干調(diào)制中實(shí)現(xiàn)雙極性碼的使用，從而改善碼正交性，但是，相比于非相干調(diào)制而言，相干光通信具有更好的信道利用率以及具有更高的靈敏度。因此，無(wú)線相干光通信作為一種新的通信方式受到了大家的廣泛關(guān)注。已有研究者設(shè)計(jì)了需要使用本地激光源進(jìn)行信號(hào)解調(diào)的相干光CDMA系統(tǒng)。但是，由于無(wú)線光通信系統(tǒng)的性能受到大氣湍流的影響，尤其是大氣湍流引起的相位起伏，對(duì)相干系統(tǒng)具有很大的限制，因此，無(wú)線光通信相干光CDMA接入系統(tǒng)面臨的問(wèn)題，一是準(zhǔn)確的載波相位同步，二是湍流引起的相位起伏。

目前，現(xiàn)有一些針對(duì)相位起伏的解決方法可分為采用相位補(bǔ)償算法和采用光鎖相環(huán)方法。其中，大多數(shù)的相位補(bǔ)償算法比較復(fù)雜，大多適于離線處理，很難在實(shí)時(shí)光通信系統(tǒng)中使用。還可采用光鎖相環(huán)來(lái)跟蹤相位的起伏，以利于提高相干系統(tǒng)的性能。但是，光鎖相環(huán)不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且由于響應(yīng)時(shí)間、傳輸延遲等因素，限制了其在實(shí)際光通信系統(tǒng)的使用。因此，現(xiàn)有通信系統(tǒng)和通信方法難以抑制大氣信道引起的相位起伏，針對(duì)無(wú)線光通信多用戶接入系統(tǒng)的適用性不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)無(wú)線光通信系統(tǒng)傳輸信道的特點(diǎn)，本發(fā)明提供一種新的無(wú)線光通信相干CDMA系統(tǒng)和通信方法，用相干CDMA的接入方式，抑制大氣信道引起的相位起伏，更加適合無(wú)線光通信多用戶接入系統(tǒng)，以解決無(wú)線光通信中多用戶接入的問(wèn)題。相比于現(xiàn)有傳統(tǒng)的多用戶接入方式，本發(fā)明具有較好的性能和較低的系統(tǒng)復(fù)雜度，更有利于系統(tǒng)的實(shí)用化，既能夠提高系統(tǒng)信道利用率，又能夠?qū)崿F(xiàn)雙極性碼的使用，從而降低用戶間的干擾。

本發(fā)明的原理是：針對(duì)每個(gè)用戶而言，本發(fā)明將源于同一臺(tái)激光器的兩路光波用相互正交的正交碼進(jìn)行調(diào)制，其中一路加載用戶信息。在接收機(jī)端，將用相互正交的正交碼調(diào)制的信息進(jìn)行干涉、判決，從而提取出信息序列。由于兩束光均受到類似大氣信道的影響，因此在干涉過(guò)程，可以在很大程度上將大氣湍流引起的相位起伏降低，從而獲得較好的性能。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種無(wú)線相干CDMA光通信系統(tǒng)，包括激光器、信號(hào)源、發(fā)射機(jī)模塊和接收機(jī)模塊；其中：

發(fā)射機(jī)模塊包括相位調(diào)制器、1×2分束器，2×1耦合器和發(fā)射天線；其中1×2分束器、相位調(diào)制器與激光器之間通過(guò)光纖進(jìn)行連接；從相位調(diào)制器輸出到發(fā)射天線之間通過(guò)光纖進(jìn)行連接；信號(hào)源與相位調(diào)制器之間通過(guò)微波線連接；

接收機(jī)模塊包括接收天線、1×2分束器、相位調(diào)制器、2×2耦合器、平衡探測(cè)器、信號(hào)處理模塊和控制鏈路；其中接收天線、1×2分束器、相位調(diào)制器、2×2耦合器、平衡探測(cè)器之間用光纖連接；平衡探測(cè)器探測(cè)后用微波線連接輸出；控制鏈路采用微波線進(jìn)行信號(hào)傳輸；

發(fā)射機(jī)模塊在工作時(shí)，激光器輸出的光通過(guò)1×2分束器分成為兩束光波，重新設(shè)計(jì)信號(hào)源的傳輸信號(hào)，傳輸信號(hào)通過(guò)相位調(diào)制器分別調(diào)制于兩束光波之上；調(diào)制后的兩束光波通過(guò)2×1耦合器耦合為一束光波，通過(guò)發(fā)射天線將光波發(fā)送至大氣信道中，成為空間光；

其中，通過(guò)1×2分束器分成的兩束光波，由于得自于同一束光波，因此，具有相同的角頻率和初始相位；采用相互正交的正交碼來(lái)區(qū)分兩路光波信號(hào)，即設(shè)計(jì)的兩路傳輸信息來(lái)分別調(diào)制兩路光信號(hào)；

重新設(shè)計(jì)信號(hào)源的傳輸信號(hào)，包括兩路傳輸信號(hào)；其中一路信號(hào)由信號(hào)源產(chǎn)生的信息經(jīng)過(guò)正交碼1擴(kuò)頻構(gòu)成，對(duì)應(yīng)于直接擴(kuò)頻后的i用戶所發(fā)送的信息；另一路信號(hào)由與正交碼1正交的正交碼2構(gòu)成，對(duì)應(yīng)采用和i用戶擴(kuò)頻碼相正交的信息序列；

接收機(jī)模塊在工作時(shí)，接收天線將空間光耦合至光纖中；耦合入光纖中的光通過(guò)1×2分束器分為兩束光，通過(guò)相位調(diào)制器調(diào)制不同的信號(hào)，所調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng)于發(fā)射機(jī)端的正交碼；正交碼根據(jù)信號(hào)處理模塊通過(guò)控制鏈路控制，目的是為了減小用戶間的干擾；經(jīng)不同相位調(diào)制器調(diào)制的光波，再通過(guò)2×2耦合器和平衡探測(cè)器轉(zhuǎn)換為光電流，在電域進(jìn)行處理。

其中，發(fā)射至空間中的空間光受到大氣湍流的影響，在接收端采用光學(xué)天線接收，耦合至光纖中傳輸；在接收機(jī)模塊中，不需要另一臺(tái)激光器作為本振光，通過(guò)將發(fā)射端被正交碼區(qū)分的、兩束光進(jìn)行耦合，即可以得到信息的解調(diào)。通過(guò)分束器得到的兩路光波通過(guò)相位調(diào)制器調(diào)制不同的信息(信號(hào))，其中一路光波的調(diào)制信息是對(duì)應(yīng)于發(fā)射機(jī)的第一路信號(hào)的正交碼，另一路光波的調(diào)制信息是對(duì)應(yīng)于發(fā)射機(jī)的第二路信號(hào)的正交碼；進(jìn)一步地，通過(guò)平衡探測(cè)器探測(cè)的電信號(hào)通過(guò)采樣后，在電域做相關(guān)，完成解調(diào)，得到發(fā)射機(jī)發(fā)射(傳輸)的信息。信號(hào)處理模塊通過(guò)式1的信號(hào)處理數(shù)學(xué)模型進(jìn)行信號(hào)處理：

其中，y[k]為接收端最終輸出的信息序列(即接收端解調(diào)得到的信息序列)；k表示信號(hào)值在序列中出現(xiàn)的序號(hào)；I[l]表示采樣得到的電信號(hào)；N表示系統(tǒng)中采用正交碼的碼長(zhǎng)。

通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行上述處理，獲得發(fā)射端所發(fā)射的信息序列。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供一種新的無(wú)線光通信相干CDMA系統(tǒng)和通信方法，用相干CDMA的接入方式，抑制大氣信道引起的相位起伏。針對(duì)大氣湍流引起的相位起伏等原因?qū)е碌南喔蔁o(wú)線光通信系統(tǒng)在解調(diào)時(shí)相位跟蹤的復(fù)雜性，本發(fā)明技術(shù)方案簡(jiǎn)單有效，能夠在不使用本地激光器的條件下完成調(diào)相信號(hào)的解調(diào)；而且，由于兩路光經(jīng)歷相同的信道，因此，本發(fā)明能有效抑制相位噪聲。本發(fā)明提供的系統(tǒng)尤其適合用于無(wú)線光通信系統(tǒng)多用戶接入方式。

與現(xiàn)有的接入方式相比，本發(fā)明采用CDMA接入方式，允許用戶之間的異步接入；在接收機(jī)模塊中，不需要另一臺(tái)激光器作為本振光。同時(shí)，針對(duì)無(wú)線光通信CDMA接入方式，通過(guò)采用相干通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了雙極性碼的使用，和現(xiàn)有傳統(tǒng)的單極性光正交碼(optical orthogonal code,OOC)碼相比，能夠進(jìn)一步降低用戶間的干擾。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的無(wú)線相干CDMA光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

其中，系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)模塊和接收機(jī)模塊；圖中實(shí)線箭頭表示光信號(hào)流向；虛線箭頭表示電信號(hào)(包括控制信號(hào))流向；01為信號(hào)源；02為激光器；03為正交碼；04為與03相正交的碼；05為1×2分束器；06為相位調(diào)制器；07為2×1耦合器；08為2×2耦合器；09為平衡探測(cè)器；10為控制鏈路模塊；11為信號(hào)處理模塊；12為發(fā)射天線；13為接收天線。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中采用的通信方法的流程框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明提供一種無(wú)線相干CDMA光通信系統(tǒng)和通信方法，用相干CDMA的接入方式，抑制大氣信道引起的相位起伏，更加適合無(wú)線光通信多用戶接入系統(tǒng)，以解決無(wú)線光通信中多用戶接入的問(wèn)題。相比于現(xiàn)有傳統(tǒng)的多用戶接入方式，本發(fā)明具有較好的性能和較低的系統(tǒng)復(fù)雜度，更有利于系統(tǒng)的實(shí)用化，既能夠提高系統(tǒng)信道利用率，又能夠?qū)崿F(xiàn)雙極性碼的使用，從而降低用戶間的干擾。

本發(fā)明提供的無(wú)線相干CDMA光通信系統(tǒng)如附圖1所示，系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分。其中，發(fā)射機(jī)部分包括相位調(diào)制器，1×2分束器，2×1耦合器和發(fā)射天線。接收機(jī)包括接收天線，1×2分束器，相位調(diào)制器，2×2耦合器以及平衡探測(cè)器。發(fā)射機(jī)部分的功能是將要傳送的信息加載于光波上進(jìn)行發(fā)送。附圖1中，02表示激光器，激光器產(chǎn)生的光作為通信系統(tǒng)的載波，通過(guò)05所示的1×2分束器將激光器產(chǎn)生的光分成兩部分；對(duì)應(yīng)分別調(diào)制重新設(shè)計(jì)的兩路信息(信號(hào))，其中一路信息由01所示信號(hào)源產(chǎn)生的信息經(jīng)過(guò)03所示的正交碼擴(kuò)頻構(gòu)成，另一路信息由04所示的正交碼構(gòu)成。由于03和04代表相互正交的碼，因此，兩路光波通過(guò)調(diào)制不同的正交碼保持在正交狀態(tài)。兩路信息通過(guò)相位調(diào)制器分別調(diào)制于兩路光波之上，采用雙相移相鍵控(BPSK)調(diào)制。經(jīng)過(guò)調(diào)制的兩路光通過(guò)2×1耦合器合并為一路光，并通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射于大氣信道進(jìn)行傳輸。

圖2表示了本發(fā)明實(shí)施例采用的通信方法的工作流程，如上所述，發(fā)射天線將經(jīng)耦合器合并為一路的光信號(hào)發(fā)射于大氣信道進(jìn)行傳輸；在接收機(jī)部分，將發(fā)射機(jī)發(fā)射至空間中的光進(jìn)行接收，解調(diào)并完成判決，提取得到發(fā)射機(jī)所發(fā)射的信息。首先，通過(guò)13所示接收天線將空間信道中的光耦合至光纖傳輸；通過(guò)05所示1×2分束器分成兩路光波；使用06所示相位調(diào)制器對(duì)兩路光波分別進(jìn)行調(diào)制，其中一路光波的調(diào)制信息是03所示正交碼對(duì)應(yīng)于發(fā)射機(jī)的第一路信號(hào)，另一路光波的調(diào)制信息是04所示的正交碼，對(duì)應(yīng)于發(fā)射機(jī)的第二路信號(hào)；兩路信號(hào)通過(guò)11所示的信號(hào)處理模塊和10所示的控制鏈路控制，以降低用戶之間的干擾和保證兩路信號(hào)之間的正交性。

將調(diào)制的兩路光波通過(guò)08所示的2×2耦合器耦合干涉，并經(jīng)平衡探測(cè)器探測(cè)轉(zhuǎn)化為光電流輸出。轉(zhuǎn)化的光電流經(jīng)11所示的信號(hào)處理模塊采樣并進(jìn)行處理，最終輸出結(jié)果。信號(hào)處理模塊通過(guò)式1的信號(hào)處理數(shù)學(xué)模型進(jìn)行信號(hào)處理：

其中，y[k]為接收端最終輸出的信息序列(即接收端解調(diào)得到的信息序列)，k表示信號(hào)值在序列中出現(xiàn)的序號(hào)；I[l]表示采樣得到的電信號(hào)；N表示系統(tǒng)中采用正交碼的碼長(zhǎng)。

通過(guò)計(jì)算機(jī)的處理，最終獲得發(fā)射端所發(fā)射的信息序列。

需要注意的是，公布實(shí)施例的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書(shū)界定的范圍為準(zhǔn)。