一种基于信道状态反馈的空间信息处理系统及方法

1.本发明涉及空间光通信技术领域，具体涉及一种基于信道状态反馈的空间信息处理系统及方法。


背景技术：

2.大气湍流会导致大气中温度与压强的不均匀分布，使光的折射率在扫描光场中随时间和空间位置变化而产生随机分布。光折射率变化使光波在传播过程中产生随机干涉效应，这种随机干涉，在信号接收端将使光信号的强度产生快速随机起伏，即光强闪烁。光强闪烁引起的相干时间为毫秒量级，严重时将使接收端接收不到光信号造成链路中断，因此，如何提高湍流信道下空间激光通信速率是一个亟需解决的问题。
3.通常可以使用自适应光学、多孔径发射、大口径接收、分集接收、信道编码、探测器自适应增益调整方法提高湍流信道下激光通信系统性能。概率整形作为一种新型的编码调制优化技术，不仅可以在扩充信道的传输容量的同时降低系统的复杂性，而且能在不增加系统复杂度的情况下提高系统的灵活性。目前，概率整形技术在光纤通信技术领域得到广泛应用，在湍流信道下该技术的研究内容较少，尤其是基于湍流信道状态信息实时对调制信号进行概率整形调整，提高湍流信道下光通信速率相关方法还没有报道。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于信道状态反馈的空间信息处理系统及方法。根据大气湍流信道的状态信息，通过概率整形技术实施调整调制信号星座概率分布，从而提高激光通信系统通信速率，改善通信误码率等性能指标，满足空间激光通信系统大气信道下应用需求。
5.本发明提供一种基于信道状态反馈的空间信息处理系统，所述系统包括信息收发模块和信息处理模块；信息收发模块包括湍流状态接收装置1、调制器2、概率整形编码器3和激光器4，调制器2与概率整形编码器3连接，概率整形编码器3分别与激光器4和湍流状态接收模块1连接；信息处理模块包括光电探测器5、电流镜6、解调器7、示波器8、闪烁指数计算装置9和湍流状态发送装置10，光电探测器5与电流镜6连接，电流镜6分别与解调器7和闪烁指数计算装置9连接，解调器7与示波器8连接，闪烁指数计算装置9与湍流状态发送装置10连接；信息收发模块和信息处理模块通过大气信道联通。
6.进一步，所述激光器4波长为1550nm。
7.进一步，所述调制器2选用qpsk（正交相移键控）相位型光调制器，qpsk相位型光调制器采用四进制相位调剂方式。
8.进一步，所述光电探测器5选用apd（雪崩光电二极管）器件。
9.进一步，所述示波器8带宽10gbps。
10.本发明还提供一种如上所述空间信息处理系统的处理方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1、发送信息经过调制器2得到调制信号，调制信号送入概率整形编码器3，概率整形编码器3输出信息加载在激光器4上发射进大气信道；步骤2、光电探测器5接收激光器4发送的光强信号，并转换为电信号，电信号被电流镜6分为两路信号；一路信号送入闪烁指数计算装置9得到湍流状态信息，并送入湍流状态发送装置10；另一路信号经过解调器7后，通过示波器8显示当前通信速率；步骤3、湍流状态接收模块1接收湍流状态发送装置10发送的湍流状态信息，概率整形编码器3依据湍流状态信息调整调制信号星座的概率分布；步骤4、示波器8显示经过调整后的通信速率。
11.本发明的有益效果为：根据大气湍流信道的状态信息，通过概率整形技术实施调整调制信号星座概率分布方式来降低湍流对激光通信系统性能影响，从而提高激光通信系统通信速率，改善通信误码率等性能指标，满足空间激光通信系统大气信道下应用需求。
附图说明
12.图1为空间信息处理系统的示意图。
具体实施方式
13.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
15.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
16.如图1所示为本实施例提供的基于信道状态反馈的空间信息处理系统，所述系统包括信息收发模块和信息处理模块；信息收发模块包括湍流状态接收装置1、调制器2、概率整形编码器3和激光器4，调制器2与概率整形编码器3连接，概率整形编码器3分别与激光器4和湍流状态接收装置1连接；信息处理模块包括光电探测器5、电流镜6、解调器7、示波器8、闪烁指数计算装置9和湍流状态发送装置10，光电探测器5与电流镜6连接，电流镜6分别与解调器7和闪烁指数计算装置9连接，解调器7与示波器8连接，闪烁指数计算装置9与湍流状态发送装置10连接；信息收发模块和信息处理模块通过大气信道联通。
17.所述激光器4波长为1550nm，所述调制器2选用qpsk相位型光调制器，所述光电探测器5选用apd器件，所述示波器8带宽10gbps。
18.本实施例空间信息处理系统的处理方法包括如下步骤：
步骤1、发送信息经过调制器2得到调制信号，调制信号送入概率整形编码器3，概率整形编码器3输出信息加载在激光器4上发射进大气信道。
19.其中，发送信息是指用户数据，可以是图像、音频、视频等二进制的用户待传输的信息。
20.概率整形编码器3主要是将等概率出现的码，经过编码后变换为不等概率出现的码型，这样做的好处是，可以将离散的信息集中化，降低通信的误码率，同时在解码的时候可以提升通信系统性能。
21.概率整形之后的信号为电信号，将电信号加载在激光器4的调制端，将电信号转换为数字信号输出。
22.步骤2、光电探测器5接收激光器4发送的光强信号，并转换为电信号，电信号被电流镜6分为两路信号；一路信号送入闪烁指数计算装置9得到湍流状态信息，并送入湍流状态发送装置10；另一路信号经过解调器7后，通过示波器8显示当前通信速率。
23.得到所述湍流状态信息的步骤为：闪烁指数计算装置9对电信号进行数理统计，根据闪烁指数计算公式得到此刻大气信道的湍流闪烁指数，该指数的大小直接反应大气湍流的强弱。
24.步骤3、湍流状态接收装置1接收湍流状态发送装置10发送的湍流状态信息，概率整形编码器3依据湍流状态信息调整调制信号星座的概率分布。
25.信号星座的概率分布，可以理解为信号“00”、“01”、“10”和“11”出现的次数，未调整之前信号出现的概率是等分的，则这四种码出现的概率是相同的。经过调整调制信号星座的概率之后，让这四种码出现的概率不同，避免大气湍流抖动使得接收端误判的出现。
26.步骤4、示波器8显示经过调整后的通信速率。