本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于光子燈籠的相干接收系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

空間光通信技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)，具有兩方面優(yōu)勢，一是保密性強，只有在光束傳播的直線上，信息才能被截獲；二是頻譜范圍大，帶寬資源豐富，無需經(jīng)過授權(quán)就可以使用?？臻g光通信技術(shù)在衛(wèi)星寬帶數(shù)據(jù)傳輸、軍事保密通聯(lián)、空中交通管制和網(wǎng)絡(luò)無縫覆蓋等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。通信質(zhì)量是空間光通信技術(shù)的研究重點，大氣干擾效應(yīng)會使光信號的功率和相位產(chǎn)生畸變，導致通信質(zhì)量下降，其中湍流大氣會導致激光出現(xiàn)光束漂移、擴展，影響光束耦合,使得光束無法順利耦合入光纖中,光束中的各個模式也無法被分集接收,從而無法實現(xiàn)可靠的通信。

針對大氣干擾效應(yīng)中的湍流大氣對光信號產(chǎn)生的影響，為了提高湍流條件下自由空間光到單模光纖的耦合效率，以及提高空間光通信相干接收性能，現(xiàn)有技術(shù)采用基于單路耦合的相干接收方法，采用多種途徑提高空間光到單模光纖的耦合效率，通常采用單模光纖和多模光纖。單模光纖只能接收單一模式的光信號，并將接收到的單一模式光信號傳輸給相干接收機，對于單模光信號而言，相干接收機易于實現(xiàn)高效相干接收，但單模光纖的芯徑太小，強湍流大氣下，光的耦合效率低；采用多模光纖相干接收時，多模光纖的芯徑大，強湍流大氣下，耦合效率較高，但是多模光纖輸出光的模式包括多模光信號、少模光信號、單模光信號、模式混雜，相干接收機對多種模式混雜的光信號難以實現(xiàn)單模光信號的相干接收。

綜上，基于單路耦合的接收方法無法同時提高湍流條件下自由空間光的耦合效率和空間光通信相干接收性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例的目的在于提供一種基于光子燈籠的相干接收系統(tǒng)及方法，通過引入光子燈籠，將多個模式的光輸出為多路的單模光信號，以實現(xiàn)在湍流條件下,既能提高空間光的耦合效率，又能實現(xiàn)多種模式混雜時的相干接收。具體技術(shù)方案如下：

為達到上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種基于光子燈籠的相干接收系統(tǒng)，包括：接收天線、光子燈籠、相干接收機：

所述接收天線，用于接收自由空間光，將所述自由空間光進行耦合；

所述光子燈籠，用于接收耦合后的自由空間光，將所述耦合后的自由空間光轉(zhuǎn)換成多路單模光信號，并傳輸所述多路單模光信號；

所述相干接收機，用于接收所述多路單模光信號，將所述多路單模光信號進行相干合路，得到一路光信號。

所述接收天線包括：耦合透鏡，用于將所述自由空間光進行耦合。

所述光子燈籠，具體用于將所述耦合后的自由空間光中的多種模式光轉(zhuǎn)換成多路單模光信號。

所述相干接收機，具體用于將所述多路單模光信號依次進行相干混頻、平衡接收、數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理技術(shù)處理。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種基于光子燈籠的相干接收方法，應(yīng)用于如上所述的基于光子燈籠的相干接收系統(tǒng)，所述方法包括：

接收天線接收自由空間光，將所述自由空間光進行耦合；

光子燈籠接收耦合后的自由空間光，將所述耦合后的自由空間光轉(zhuǎn)換成多路單模光信號，并傳輸所述多路單模光信號；

相干接收機接收所述多路單模光信號，將所述多路單模光信號實現(xiàn)相干合路，得到一路光信號。

所述將所述自由空間光進行耦合，包括：所述自由空間光通過耦合透鏡進行耦合。

所述光子燈籠，將所述耦合后的自由空間光轉(zhuǎn)換成多路單模光信號，包括：將所述耦合后的自由空間光中的多種模式光轉(zhuǎn)換成多路單模光信號。

所述相干接收機接收所述多路單模光信號之后，所述方法包括：將所述多路單模光信號依次進行相干混頻、平衡接收、數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理技術(shù)處理。

本發(fā)明實施例提供的基于光子燈籠的相干接收系統(tǒng)及方法，通過引入光子燈籠，將多個模式的光輸出為多路的單模光信號，以實現(xiàn)在湍流條件下,既能提高空間光的耦合效率，又能實現(xiàn)多種模式混雜時的相干接收。當然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品或方法必不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中應(yīng)用光子燈籠的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的相干接收機對于一路光信號單位接收處理框圖；

圖4為本發(fā)明實施例對于多路單模光信號的相干接收框圖；

圖5為本發(fā)明實施例的一種整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的基于光子燈籠的相干接收方法的流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

空間光通信技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)，具有兩方面優(yōu)勢，一是保密性強，只有在光束傳播的直線上，信息才能被截獲；二是頻譜范圍大，帶寬資源豐富，無需經(jīng)過授權(quán)就可以使用?？臻g光通信技術(shù)在衛(wèi)星寬帶數(shù)據(jù)傳輸、軍事保密通聯(lián)、空中交通管制和網(wǎng)絡(luò)無縫覆蓋等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。通信質(zhì)量是空間光通信技術(shù)的研究重點，大氣干擾效應(yīng)會使光信號的功率和相位產(chǎn)生畸變，導致通信質(zhì)量下降，其中湍流大氣會導致激光出現(xiàn)光束漂移、擴展，影響光束耦合,使得光束無法順利耦合入光纖中,光束中的各個模式也無法被分集接收,從而無法實現(xiàn)可靠的通信。

針對大氣干擾效應(yīng)中的湍流大氣對光信號產(chǎn)生的影響，為了提高湍流條件下自由空間光到單模光纖的耦合效率，以及提高空間光通信相干接收性能，現(xiàn)有技術(shù)采用基于單路耦合的相干接收方法，采用多種途徑提高空間光到光纖的耦合效率，通常采用單模光纖和多模光纖。單模光纖只能接收單一模式的光信號，并將接收到的單一模式光信號傳輸給相干接收機，對于單模光信號而言，相干接收機易于實現(xiàn)高效相干接收，但單模光纖的芯徑太小，強湍流大氣下，光的耦合效率低；采用多模光纖相干接收時，多模光纖的芯徑大，強湍流大氣下，耦合效率較高，但是多模光纖輸出光的模式包括多模光信號、少模光信號、單模光信號、模式混雜，相干接收機對多種模式混雜的光信號難以實現(xiàn)單模光信號的相干接收。所以基于單路耦合的接收方法無法同時提高湍流條件下自由空間光的耦合效率和空間光通信相干接收性能。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于光子燈籠的相干接收系統(tǒng)，以下分別進行詳細說明。

第一方面，本發(fā)明提供了一種基于光子燈籠的相干接收系統(tǒng)，圖1為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括：接收天線101、光子燈籠102、相干接收機103；其中，

接收天線101，用于接收自由空間光，將自由空間光進行耦合；

自由空間光通信，是以大氣為介質(zhì),以激光為載波來傳輸信息的通信方式。對于光信號接收端的接收天線，應(yīng)該盡可能多的接收包含目標信號在內(nèi)的自由空間光，然后將自由空間光耦合到濾波器或者其他光信號處理端。本發(fā)明實施例中的接收天線101的作用就是接收自由空間光，并將自由空間光耦合。自由空間光中含有多種模式的光，耦合后的自由空間光仍然含有多種模式。

光子燈籠102，用于接收耦合后的自由空間光，將耦合后的自由空間光轉(zhuǎn)換成多路單模光信號，并傳輸多路單模光信號；

光子燈籠102是一種光學器件，是將多根單模光纖緊密對稱的分布在折射率略低于光纖包層的玻璃套管里，然后對整個套管進行拉錐處理得到的器件。該器件可以實現(xiàn)將多個模式的光輸出為多個單模光。

本發(fā)明實施例中光子燈籠102接收由接收天線101耦合后的自由空間光，由于光子燈籠102器件的功能，耦合后的自由空間光仍然含有多種模式，光子燈籠102會將耦合后的自由空間光中的多種模式，輸出為多路單模光信號。光子燈籠102的輸出端連接有多根單模光纖，多路單模光信號通過多根單模光纖傳輸。

使用光子燈籠102進行模式耦合，可以提高光的耦合效率，不同于傳統(tǒng)的利用單模光纖進行耦合，光子燈籠102可以進一步提高中強湍流條件下的空間光通信系統(tǒng)的傳輸距離和通信容量，有利于后續(xù)實現(xiàn)光的相干接收。

相干接收機103，用于接收多路單模光信號，將多路單模光信號進行相干合路，得到一路光信號。

相干接收機103是一種相干接收設(shè)備，它的工作原理是利用載波相位信息去檢測并接收信號。本發(fā)明實施例中的相干接收機103由多個器件組成，每個單模光纖接收端都有一個相干接收設(shè)備。光子燈籠102的輸出端為多路單模光纖，對于光子燈籠102輸出的每一路單模光信號都進行相干接收處理，將多路單模光信號進行合路，得到一路光信號，這一路光信號就是有效信號。

本發(fā)明實施例提供的基于光子燈籠102的相干接收系統(tǒng)，通過引入光子燈籠102，可以實現(xiàn)將多個模式的光輸出為多路的單模光信號，以實現(xiàn)在湍流條件下，提高空間光的耦合效率，對于光子燈籠102輸出的每一路單模光信號，相干接收機103都能進行相干接收處理，能實現(xiàn)多種模式混雜時的相干接收。

具體的，接收天線101包括：耦合透鏡，用于將自由空間光進行耦合；

在光學上，接收天線101也可以是一個耦合透鏡，耦合透鏡可以將自由空間光聚焦到光纖內(nèi)。使用耦合透鏡將自由空間光耦合到光子燈籠的多模端，可以提高會聚效果，使自由空間光耦合得更精準。

具體的，光子燈籠102，用于將耦合后的自由空間光中的多種模式光轉(zhuǎn)換成多路單模光信號；

圖2為本發(fā)明實施例中應(yīng)用光子燈籠102的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中少模光纖201，在接收天線101和光子燈籠102的多模輸入端之間連接有少模光纖201，少模光纖201在原理上并不是必需的，但是在實際情況中，增加這一段少模光纖201便于收集聚焦的光斑，并且利于集成。因為光子燈籠102作為一個器件，長度是有限的，并且不能彎曲，因此在實際情況中，與光子燈籠102多模端相匹配的少模光纖201是必要的。圖中光子燈籠器件202的輸出端是單模光纖203，并且由多路單模光纖203組成。

由于耦合后的自由空間光中含有多種模式，光子燈籠202可以將耦合后的自由空間光中的多模光纖轉(zhuǎn)換成多路單模光信號，對于其中的單模光纖不具有轉(zhuǎn)換作用，但是可以直接輸出多路單模光信號，雖然沒有提高自由空間光到單模光纖203的耦合效率，但是有利于后續(xù)的相干接收，而對于自由空間光中的多模光纖，光子燈籠202既能提高空間光的耦合效率，又能實現(xiàn)多種模式混雜時的相干接收。

具體的，相干接收機103，用于將多路單模光信號依次進行相干混頻、平衡接收、數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理技術(shù)處理；

參見圖3，圖3為本發(fā)明實施例相干接收機103對于一路光信號單位接收處理框圖；

經(jīng)過模式轉(zhuǎn)換后的進入多路單模光纖的光信號分別與本振光分別依次進行相干混頻、平衡接收、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后送入數(shù)字信號處理器中進行數(shù)字信號處理。多路光實時采樣示波器也可以實現(xiàn)上述過程，數(shù)字信號處理算法可以在計算機中離線處理，能夠快速驗證算法的可行性。與傳統(tǒng)的單路接收技術(shù)相比，多路接收可支持基于數(shù)字信號處理的靈活相干合路和信道損傷補償。

以一路光信號的處理為例，從光子燈籠202單模光纖輸出端輸出的單模信號，通過混頻器301，與本地產(chǎn)生的信號，也就是本振光進行混頻，混頻使用較高功率的本振光為信號光提供增益，保證接收機獲得較高的靈敏度和足夠的放大量；混頻后再將這路光信號通過平衡接收機302進行平衡接收，平衡接收的目的是為了提高接收信號的質(zhì)量；平衡接收處理之后，為了得到一路數(shù)字信號，需要將模擬信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器303轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，需要進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的處理；在轉(zhuǎn)換成一路數(shù)字信號之后，通過數(shù)字信號處理器304，運用數(shù)字信號處理算法和將該信號送入相干接收設(shè)備305中進行處理，得到一路有效的光信號，其中包含著我們所需的有效信息。

當有多路光信號時，參見圖4，圖4為本發(fā)明實施例對于多路單模光信號的相干接收框圖；

如上述對于一路單模光信號的處理方法相同，對于多路單模光信號分別依次進行與本振光相干混頻、平衡接收、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后送入數(shù)字信號處理器中進行數(shù)字信號處理。通過多個混頻器402，與本地產(chǎn)生的信號，也就是本振光進行混頻，混頻使用較高功率的本振光為信號光提供增益，保證接收機獲得較高的靈敏度和足夠的放大量；混頻后再將這路光信號通過多個平衡接收機403進行平衡接收，平衡接收的目的是為了提高接收信號的質(zhì)量；平衡接收處理之后，為了得到多路數(shù)字信號，需要將模擬信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器404轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，需要進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的處理；在轉(zhuǎn)換成多路數(shù)字信號之后，通過數(shù)字信號處理器405，運用數(shù)字信號處理算法和將該信號送入相干接收機406中進行相干處理，得到一路有效的光信號，其中包含著有效信息。

圖5為本發(fā)明實施例的一種整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，耦合透鏡501將自由空間光聚焦到少模光纖502內(nèi)，通過少模光纖502將接收到的光耦合到光子燈籠503的多模端，經(jīng)過光子燈籠503的輸出端多路單模光纖504輸出多路單模信號，相干接收機對多路單模光纖504進行相干接收處理，相干接收處理方法如圖4所示，此處不再贅述。

本發(fā)明實施例提供的基于光子燈籠102的相干接收系統(tǒng)，通過引入光子燈籠102，可以實現(xiàn)將多個模式的光輸出為多路的單模光信號，以實現(xiàn)在湍流條件下，提高空間光的耦合效率，對于光子燈籠102輸出的每一路單模光信號，相干接收機103都能進行相干接收處理，能實現(xiàn)多種模式混雜時的相干接收。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種基于光子燈籠的相干接收方法，應(yīng)用于如上第一方面所述的基于光子燈籠的相干接收系統(tǒng)，包括：

參見圖6，圖6為本發(fā)明實施例提供的基于光子燈籠的相干接收方法的流程圖：

步驟601，接收天線101接收自由空間光，將自由空間光進行耦合；

步驟602，光子燈籠102接收耦合后的自由空間光，將耦合后的自由空間光轉(zhuǎn)換成多路單模光信號，并傳輸多路單模光信號；

步驟603，相干接收機103接收多路單模光信號，將多路單模光信號實現(xiàn)相干合路，得到一路光信號。

本發(fā)明實施例提供的基于光子燈籠102的相干接收方法，通過引入光子燈籠102，可以實現(xiàn)將多個模式的光輸出為多路的單模光信號，以實現(xiàn)在湍流條件下,提高空間光的耦合效率，對于光子燈籠102輸出的每一路單模光信號，相干接收機103都能進行相干接收處理，能實現(xiàn)多種模式混雜時的相干接收。

需要說明的是，本發(fā)明實施例的方法是應(yīng)用上述系統(tǒng)的方法，則上述系統(tǒng)的所有實施例均適用于該方法，且均能達到相同或相似的有益效果。

具體的，將自由空間光進行耦合，包括：自由空間光通過耦合透鏡進行耦合。

具體的，光子燈籠，將耦合后的自由空間光轉(zhuǎn)換成多路單模光信號，包括：將耦合后的自由空間光中的多種模式光轉(zhuǎn)換成多路單模光信號。

具體的，相干接收機接收多路單模光信號之后，包括：將多路單模光信號依次進行相干混頻、平衡接收、數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理技術(shù)處理。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

本說明書中的各個實施例均采用相關(guān)的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于裝置實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法實施例的部分說明即可。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。