本發(fā)明屬于自由空間光通信，具體涉及一種多格式兼容空間激光通信接收裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、自由空間光通信具有高速率、保密好、輕量化等優(yōu)點，是未來無線通信領(lǐng)域里重要組成部分。目前遠(yuǎn)距離高速空間激光通信多采用高靈敏度相干通信體制，相干通信體制可以解調(diào)各類先進(jìn)調(diào)制格式?？紤]到未來通信網(wǎng)絡(luò)的兼容性，多格式兼容的接收機得到了快速發(fā)展。

2、多格式兼容的接收機主要由光學(xué)混頻器、平衡探測器、本振激光器等組成，硬件復(fù)雜，成本較高且可靠性差，在某些輕小型及動態(tài)信道的場景下無法適用。為此，提出了基于kramers-kronig算法的直接探測方式實現(xiàn)多格式兼容接收，同時考慮空間激光通信系統(tǒng)中動態(tài)信道（湍流、吸收及散射）等問題，提出基于接收光強抖動及湍流測試混合自適應(yīng)均衡的方法，該方法改善湍流強度變化下通信信號畸變，提高抗湍流性能。

3、參見趙賀的碩士學(xué)位論文“多調(diào)制格式兼容高速激光調(diào)制發(fā)射技術(shù)研究”，該論文在發(fā)射端利用雙iq調(diào)制器發(fā)射、在接收端采用相干探測，可兼容接收多種通信格式；該接收機由兩個光學(xué)混頻器、四個平衡探測器、兩個本振激光器組成，該裝置能夠有效兼容多種通信格式發(fā)射，同時可以兼容接收多種通信格式，具有高速率和高適用性，然而，該方案增加了系統(tǒng)復(fù)雜性且維護(hù)成本高昂，同時未考慮到在空間激光通信系統(tǒng)中動態(tài)信道（湍流等）問題。

4、另外傳統(tǒng)基于kramers-kronig算法的接收機可以通過直接探測方式實現(xiàn)對相位調(diào)制格式解調(diào)，不過基于kramers-kronig算法的接收機都沒有實現(xiàn)多格式兼容接收。另外傳統(tǒng)接收機面向光纖通信應(yīng)用場景，面對空間激光通信系統(tǒng)中動態(tài)信道（湍流等）特性適用性差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決現(xiàn)有系統(tǒng)復(fù)雜性高且維護(hù)成本高昂，面對空間激光通信系統(tǒng)中動態(tài)信道特性適用性差的問題，提出一種基于kramers-kronig算法的自適應(yīng)均衡多格式兼容空間激光通信接收裝置及方法。

2、本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是：

3、多格式兼容空間激光通信接收裝置，該裝置包括信號源、c波段可調(diào)諧激光器、iq調(diào)制器、功率放大器、發(fā)射天線、接收天線、光纖耦合器、前置放大器、光電探測器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、光功率模塊、溫度脈動儀和fpga；

4、所述信號源與iq調(diào)制器通過射頻線連接，c波段可調(diào)諧激光器與iq調(diào)制器通過光纖連接，iq調(diào)制器與功率放大器連接，功率放大器與發(fā)射天線光纖連接，發(fā)射天線與接收天線無線傳輸，接收天線與光纖耦合器光纖連接，光纖耦合器分別與前置放大器和光功率模塊光纖連接，前置放大器、光電探測器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次光纖連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器和fpga用射頻線連接，光功率模塊和溫度脈動儀分別通過usb數(shù)據(jù)線與fpga連接。

5、由信號源產(chǎn)生并發(fā)射單邊帶電信號，并通過iq調(diào)制器加載到c波段可調(diào)諧激光器產(chǎn)生的光信號上，同時調(diào)節(jié)iq調(diào)制器偏壓工作點，將光信號調(diào)節(jié)為單邊帶光信號，經(jīng)過功率放大器放大功率后，將單邊帶光信號傳輸給發(fā)射天線，發(fā)射天線發(fā)射單邊帶光信號經(jīng)過大氣信道被接收天線接收，接收天線將接收的單邊帶光信號傳輸給光纖耦合器；光纖耦合器分成兩路傳輸，第一路光信號經(jīng)過前置放大器將功率放大，放大后的單邊帶光信號通過光纖接入光電探測器的解調(diào)恢復(fù)，把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再將信號傳輸至fpga進(jìn)行信號恢復(fù)；第二路光信號經(jīng)過光功率模塊連接fpga計算接收光強抖動的閃爍指數(shù)實時反饋給fpga，溫度脈動儀將大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)實時反饋fpga，fpga針對光強抖動和大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)賦予權(quán)重并進(jìn)行自適應(yīng)均衡。

6、所述光纖耦合器，將輸入光信號按1：99比例分割成兩個輸出光信號。

7、所述前置放大器，是增益可調(diào)型摻鉺光纖放大器。

8、多格式兼容空間激光通信接收裝置的通信接收方法，該方法包括以下步驟：

9、步驟1，發(fā)射多格式單邊帶光信號；

10、由信號源1產(chǎn)生并發(fā)射多格式單邊帶電信號，通過iq調(diào)制器3加載到c波段可調(diào)諧激光器2產(chǎn)生1550nm的單邊帶光信號上，后進(jìn)入功率放大器4放大單邊帶光信號的功率，放大后的單邊帶光信號進(jìn)入發(fā)射天線5中傳輸；

11、同時切換iq調(diào)制器3的偏置點，將偏置點調(diào)整正交偏置點時，此時進(jìn)行各個信號單邊帶光調(diào)制。

12、步驟2，將單邊帶光信號接收并處理信號為電信號；

13、從iq調(diào)制器3發(fā)射的單邊帶光信號利用發(fā)射天線5傳輸?shù)浇邮仗炀€6后，通過光纖耦合器7分成兩路光信號，第一路光信號經(jīng)過前置放大器8將功率放大，放大后的單邊帶光信號通過光纖接入光電探測器9的解調(diào)恢復(fù)，把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將數(shù)字信號傳輸至fpga13進(jìn)行信號恢復(fù)，第二路光信號經(jīng)過光功率模塊11連接fpga13計算接收光強抖動的閃爍指數(shù)實時反饋給fpga13，溫度脈動儀12將大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)實時反饋fpga13，fpga13針對光強抖動和大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)賦予權(quán)重并進(jìn)行自適應(yīng)均衡；

14、步驟3，恢復(fù)并自適應(yīng)均衡解調(diào)非相干信號；

15、首先，基于kramers-kronig算法恢復(fù)完整信號；然后，先后對信號進(jìn)行非相干解調(diào)方式和相干解調(diào)方式；如圖2所示；

16、非相干解調(diào)方式如下：采用光功率模塊11實時獲取接收光強抖動，采用溫度脈動儀12實時獲取了大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)數(shù)值；fpga13基于接收光強抖動和湍流測試的結(jié)果，采用rls算法進(jìn)行自適應(yīng)均衡；經(jīng)過自適應(yīng)均衡、閾值判決，比特同步與誤碼率計算完成非相干解調(diào)；

17、自適應(yīng)均衡具體內(nèi)容如下：基于接收光強抖動和湍流測試rls算法的自適應(yīng)均衡，實時更新遺忘因子，通過這種方式能夠更好適應(yīng)湍流環(huán)境變化：

18、??（一）；

19、其中，表示代價函數(shù)，用于最小化加權(quán)誤差平方和，是時間序列，表示誤差信號，是期望輸出，是濾波器系數(shù)向量，是輸入信號，是遺忘因子；

20、遺忘因子更新公式如下：

21、??（二）；

22、其中，是更新遺忘因子，是初始值，是光強抖動閃爍指數(shù)，和是更新權(quán)重；

23、如果非相干解調(diào)方式解出信號，誤碼率符合條件，即完成ook解調(diào)，如出現(xiàn)誤碼率大于0.1直接進(jìn)入相干解調(diào)方式（步驟4），依次進(jìn)入psk解調(diào)過程。

24、步驟4，恢復(fù)并自適應(yīng)均衡解調(diào)相干信號；

25、信號依次經(jīng)過時鐘恢復(fù)、恒模均衡、頻偏估計、相位恢復(fù)得到判決前信號，該信號經(jīng)過與步驟3相同的自適應(yīng)均衡后，進(jìn)行比特同步與誤碼率計算完成解調(diào)；

26、步驟5，判定通信狀態(tài)并重啟解調(diào)系統(tǒng)；

27、若步驟4仍未完成解調(diào)（誤碼率仍大于0.1），判定當(dāng)前信道環(huán)境差，無法實現(xiàn)無差錯傳輸，默認(rèn)當(dāng)前調(diào)制格式為psk，等待一段時間后重新進(jìn)入步驟3。

28、本發(fā)明的有益效果是：

29、本發(fā)明主要實現(xiàn)的功能有：基于kramers-kronig算法實現(xiàn)多格式信號的調(diào)制與解調(diào)；基于接收光強抖動及湍流測試混合自適應(yīng)均衡。

30、1）相比與傳統(tǒng)相干探測的多格式信號解調(diào)，基于kramers-kronig算法的解調(diào)結(jié)構(gòu)和算法在無需格式識別情況下完成多格式信號解調(diào)，節(jié)省硬件邏輯資源和系統(tǒng)功耗，同時減少了本振激光器、平衡探測器、光學(xué)混頻器等硬件，降低了對系統(tǒng)硬件的要求，成本較低且可靠性高。

31、2）本發(fā)明基于接收光強抖動和湍流測試混合自適應(yīng)均衡的方法，能夠有效改善湍流強度變化下通信信號畸變，從而有利于多格式的判決并提高通信誤碼性能。