空间光通信中多进制相位编码实时数据传输方法和装置

本发明涉及了自由空间光通信领域的一种空间光通信的实时数据传输方法和装置，具体涉及了一种空间光通信中多进制相位编码实时数据传输方法和装置。

背景技术：

1、自由空间光通信是以激光作为载波，通过自由空间进行数据传输的无线通信技术。激光具有能量集中，发散角小等特点，用激光作载波具有频带宽度大，抗干扰能力强，信息不易被窃取等优势，并且可以避免布线和物理连接的限制，可用于高速、可靠的数据传输场景，是未来无线通信技术发展的重要方向之一。

2、随着数据量增多，人们对通信的需求也不断提高，相干光通信具有探测灵敏度高、传输速率快和频谱利用率高等特点，因此备受关注。

3、在相干光通信系统中，多进制相位编码是一种应对日益增长的数据需求和提高传输效率的重要手段，它利用不同的相位状态的载波信号来表示数字信息，常见的mpsk调制包括二进制相移键控(bpsk)、四进制相移键控(qpsk)和八进制相移键控(8psk)等。

4、传统的空间光通信中多进制相位编码的调制解调研究多为离线处理，无法对实时场景做出快速响应，通用性有限，难以灵活应用于实际的对实时性要求较高的相干光通信系统中。

5、实时处理能够随时处理传送到系统中的实时数据，并同步输出结果，但对计算资源的要求较高。fpga由于具有大量逻辑单元且可编程，并行处理能力强并且延时较低，可应用在高速数据处理以及通信方面。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题和需求，本发明提出了一种在空间光通信中进行实时数据传输的方法和装置，通过fpga进行实时的数字信号处理，并根据信道状况进行不同的多进制相位编码切换，实现实时数据的多进制相干编码传输及不同码型的切换，解决空间光通信系统中实时性以及恶劣大气信道条件下链路稳定性的问题，能更加直观的反映出通信系统的传输质量。

2、本发明的技术方案如下：

3、一、一种空间光通信中多进制相位编码实时数据传输方法

4、1)发射端中，对终端产生的视频信号进行编码压缩并将压缩后的视频信号发送给发射端fpga主控模块，发射端fpga主控模块根据大气信道环境时变特性对通信链路的调制参数进行实时优化，获得优化调制参数，根据优化调制参数设置伪随机序列数据流，压缩后的视频信号和伪随机序列数据流通过光电相位调制器进行发送；

5、2)接收端中，信号接收模块将接收到的信号发送给接收端fpga主控模块，接收端fpga主控模块对接收到的信号进行数字信号处理后发送给上位机。

6、所述1)中，发射端fpga主控模块中根据大气信道环境时变特性计算获得fso误码率，当fso误码率低于预设阈值下限，则在保持信号速率的基础上提升码型的阶数，如果无法提升码型的阶数，则提升信号速率；

7、当fso误码率高于预设阈值上限，则在保持信号速率的基础上降低码型的阶数，如果无法降低码型的阶数，则降低信号速率；其他则调制参数不变。

8、所述2)中，信号接收模块包括edfa和相干接收机，发射端的光信号依次通过edfa和相干接收机传输给接收端fpga主控模块。

9、所述2)中，接收端fpga主控模块对接收到的信号依次进行采样时钟恢复、信道均衡、载波频偏估计与补偿以及载波相位恢复后再发送给上位机。

10、二、一种空间光通信中多进制相位编码实时数据传输装置

11、装置包括发射端和接收端，发射端包括视频编码器、发射端fpga主控模块、激光器、光电相位调制器；接收端包括edfa、可调谐激光器、相干接收机、接收端fpga主控模块和上位机，视频编码器将终端的数据进行编码压缩并将压缩后的数据流发送给发射端fpga主控模块，发射端fpga主控模块根据大气信道环境时变特性对通信链路的调制参数进行实时优化，获得优化调制参数，再根据优化调制参数设置伪随机序列数据流，激光器与光电相位调制器相连，压缩后的视频信号和伪随机序列数据流通过光电相位调制器发送；可调谐激光器与相干接收机相连，接收端通过edfa和相干接收机将接收的信号发送给接收端fpga主控模块，接收端fpga主控模块对接收到的信号进行数字信号处理后发送给上位机。

12、所述发射端fpga主控模块包括码型切换模块，码型切换模块中根据大气信道环境时变特性计算获得fso误码率，当fso误码率低于预设阈值下限，则在保持信号速率的基础上提升码型的阶数，如果无法提升码型的阶数，则提升信号速率；

13、当fso误码率高于预设阈值上限，则在保持信号速率的基础上降低码型的阶数，如果无法降低码型的阶数，则降低信号速率；其他则调制参数不变。

14、所述接收端fpga主控模块对接收到的信号依次进行采样时钟恢复、信道均衡、载波频偏估计与补偿以及载波相位恢复后再发送给上位机。

15、本发明基于fpga开发板提出了一种针对空间激光通信多进制相位编码的实时数据传输方案，解决了传统无线光通信系统中实时性不强的问题。这一方案在实时数据处理和传输方面具有显著的优势，并为无线光通信技术的进一步发展提供了新的解决方案。

16、本发明的有益效果为：

17、本发明利用fpga的并行处理能力和低延迟特性提出了一种基于fpga的实时数据传输的方案，fpga内部的逻辑电路即时响应并对数据进行实时处理，能够应用在实时性要求较高的场合并可以更加直观的反映出通信系统的性能。

18、本发明还利用fpga的可编程性，根据不同的信道状况进行多进制相位编码的切换。这意味着本发明可以根据实时的信道质量来动态选择最优的编码方案，从而进一步提高数据传输的可靠性和效率。这种灵活性使得本发明的方案能够适应不同环境下的光通信需求，并提供更好的性能。

技术特征：

1.一种空间光通信中多进制相位编码实时数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种空间光通信中多进制相位编码实时数据传输方法，其特征在于，所述1)中，发射端fpga主控模块根据大气信道环境时变特性计算获得fso误码率，当fso误码率低于预设阈值下限，则在保持信号速率的基础上提升码型的阶数，如果无法提升码型的阶数，则提升信号速率；

3.根据权利要求1所述的一种空间光通信中多进制相位编码实时数据传输方法，其特征在于，所述2)中，信号接收模块包括edfa和相干接收机，发射端的光信号依次通过edfa和相干接收机传输给接收端fpga主控模块。

4.根据权利要求1所述的一种空间光通信中多进制相位编码实时数据传输方法，其特征在于，所述2)中，接收端fpga主控模块对接收到的信号依次进行采样时钟恢复、信道均衡、载波频偏估计与补偿以及载波相位恢复后再发送给上位机。

5.一种空间光通信中多进制相位编码实时数据传输装置，其特征在于，装置包括发射端和接收端，发射端包括视频编码器、发射端fpga主控模块、激光器、光电相位调制器；接收端包括edfa、可调谐激光器、相干接收机、接收端fpga主控模块和上位机，视频编码器将终端的数据进行编码压缩并将压缩后的数据流发送给发射端fpga主控模块，发射端fpga主控模块根据大气信道环境时变特性对通信链路的调制参数进行实时优化，获得优化调制参数，再根据优化调制参数设置伪随机序列数据流，激光器与光电相位调制器相连，压缩后的视频信号和伪随机序列数据流通过光电相位调制器发送；可调谐激光器与相干接收机相连，接收端通过edfa和相干接收机将接收的信号发送给接收端fpga主控模块，接收端fpga主控模块对接收到的信号进行数字信号处理后发送给上位机。

6.根据权利要求5所述的一种空间光通信中多进制相位编码实时数据传输装置，其特征在于，所述发射端fpga主控模块包括码型切换模块，码型切换模块中根据大气信道环境时变特性计算获得fso误码率，当fso误码率低于预设阈值下限，则在保持信号速率的基础上提升码型的阶数，如果无法提升码型的阶数，则提升信号速率；

7.根据权利要求5所述的一种空间光通信中多进制相位编码实时数据传输装置，其特征在于，所述接收端fpga主控模块对接收到的信号依次进行采样时钟恢复、信道均衡、载波频偏估计与补偿以及载波相位恢复后再发送给上位机。

技术总结
本发明公开了一种空间光通信中多进制相位编码实时数据传输方法和装置。本发明中，在发射端对终端产生的视频信号进行编码压缩并将压缩后的视频信号发送给发射端FPGA主控模块，码型切换模块根据大气信道环境时变特性对通信链路的调制参数进行实时优化，获得优化调制参数，压缩后的视频信号和根据优化调制参数设定的伪随机序列数据流通过光电相位调制器进行发送；在接收端中信号接收模块将接收到的信号发送给接收端FPGA主控模块，对接收到的信号进行数字信号处理后发送给上位机显示。本发明解决了传统无线光通信系统中实时性不强且码型速率单一的问题，在实时数据处理和传输方面具有显著的优势，并为无线光通信技术的进一步发展提供了新的思路。

技术研发人员：高士明,解科,李田焰,明成泽
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6