基于单平衡探测器的空间光高阶DPSK传输方法

本发明属于空间光通信，涉及一种基于单平衡探测器的空间光高阶dpsk传输方法。

背景技术：

1、目前，射频通信和光纤通信是应用最广泛的通信技术。然而，射频通信的带宽是有限的，并且抗电磁干扰能力较弱；光纤通信虽然可以满足高速率、高带宽的需求，但在一些欠发达的偏远地区的铺设成本高，所以难以大规模的使用。自由空间光通信(free spaceoptics，fso)可以作为射频和光纤通信的一种替代方案，作为满足下一代及以后无线系统高速传输需求的一种有前景的通信技术。自由空间光通信是将信息加载到激光上在自由空间的大气中进行传输，它具有很多优点：带宽大、部署灵活、成本小、传输安全性高等。fso通信已经显示出了广阔的应用前景，可以成为通信的主链路、从链路等，近年来已成为研究的热点之一。

2、然而，fso通信信道中对信号质量造成影响的因素主要有大气衰减和大气湍流。大气衰减主要来源于大气分子的吸收散射现象从而对光信号的功率衰减；大气湍流会使得空气的折射率发生改变从而使得光信号在大气信道中产生光强闪烁、光束偏移，这会使得光信号产生相位的变化，以致影响信号的传输可靠性。dpsk(differential phase shiftkeying)调制技术作为fso通信的主流调制格式而被得到广泛的研究。由于dpsk调制是将信息加载到相邻符号的相位差中进行传输的，所以与相位调制技术相比可以避免相位模糊的现象，而且高阶的dpsk调制具有更高的频谱效率。然而，光dpsk通信系统的接收机复杂度会随着调制阶数变大而逐渐变得复杂，这主要是由于接收端的判决逻辑是旋转判决轴来进行每个dpsk符号不同信息位的逐一判决，所以阶数升高的时候，每个符号所包含的比特位个数就增大，判决轴将被旋转的次数就增加，因此接收机结构会越来越复杂，并且不够灵活；又由于解调支路的增多，接收机的探测灵敏度会降低，这会使得系统的误码性能下降。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于单平衡探测器的空间光高阶dpsk传输方法，在发送端通过在相邻两个符号之间构建正交性来表征相位信息，因此接收端只需要一个平衡探测器即可实现差分相位解调，同时通过几何整形使星座点之间的欧氏距离增大，从而降低解码端分辨星座点的难度，降低误码率，提升光dpsk系统的传输可靠性。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于单平衡探测器的空间光高阶dpsk传输方法，该方法在空间光dpsk通信系统的信号发送端，通过重建编码方案在相邻两个符号之间构建正交性来表征相位信息；在信号接收端，只采用一个平衡探测器来实现差分相位解调。

4、其中，所述编码方案包括：在每个信源符号后面添加一个辅助符号，该辅助符号与所述信源符号间的相位差为π/2，从而将每个所述信源符号相位的同向幅度与正交幅度加载到一个符号序列的相邻符号中。

5、在空间光dpsk通信系统的信号接收端，通过单平衡探测器实现差分相位解调包括：采用单平衡探测器对接收到的光信号及其延迟光信号进行混合拍频，获得每个符号的差分相位，利用相邻符号的正交性计算出相位的正切值；在dpsk星座图中，确定出每个象限内正切值随相位变化较快及变化较慢的相邻星座点，并增加这些星座点的相位间隔；再根据经过整形的dpsk星座图进行符号判决，判决方式包括：先通过计算出的正切值将符号范围限定为两个，再利用每个符号的正弦值的正负来区分两个象限内的符号，从而确定得到唯一的符号。

6、进一步的，所述利用相邻符号的正交性计算出相位的正切值包括：经过所述信号发送端编码的信号在所述信号接收端减法器的输出电信号表示为：

7、

8、

9、式中，为解调后的dpsk符号的相位，因此通过每个符号的正弦值与余弦值的比值即得到正切值。

10、进一步的，该方法可对8psk星座图进行整形，整形方式具体为：确定出每个象限内正切值随相位变化较快及变化较慢的相邻星座点，并增加这些星座点的相位间隔；即在8psk星座图中，将同一个象限内的相位离i轴较近的符号的相位变小，将离q轴较近的符号的相位变大，得到几何整形后的星座点与其对应的相位分别为：110→15°、111→71.6°、011→108.4°、010→165°、000→195°、001→251.6°、101→288.4°、100→345°。

11、进一步的，根据经过整形的8psk星座图进行符号判决的方式具体为：

12、若且则判为符号110，若且则判为符号000；

13、若且则判为符号111，若且则判为符号001；

14、若且则判为符号010，若且则判为符号100；

15、若且则判为符号011，若且则判为符号101。

16、进一步的，该方法可对16psk星座图进行整形，整形方式具体为：确定出每个象限内正切值随相位变化较快及变化较慢的相邻星座点，并增加这些星座点的相位间隔；即将靠近q轴的符号的相位进行整形，使其相位更靠近q轴，得到几何整形后的星座点与其对应的相位分别为：1110→11.25°、1111→33.75°、1101→60°、1100→85°、0100→95°、0101→120°、0111→146.25°、0110→168.75°、0010→191.25°、0011→213.75°、0001→240°、0000→265°、1000→275°、1001→300°、1011→326.25°、1010→348.75°。

17、进一步的，根据经过整形的16psk星座图进行符号判决的方式具体为：

18、若且则判为符号1110，若且则判为符号0011；

19、若且则判为符号1111，若且则判为符号0011；

20、若且则判为符号1101，若且则判为符号0001；

21、若且则判为符号1100，若且则判为符号0000；

22、若且则判为符号0110，若且则判为符号1010；

23、若且则判为符号0111，若且则判为符号1011；

24、若且则判为符号0101，若且则判为符号0001；

25、若且则判为符号0100，若且则判为符号1000。

26、本发明的有益效果在于：本发明可适用于单平衡探测器简化系统，在大气湍流强度较小的时候，由于单平衡探测器简化系统所分的光功率增大使得光电探测器的灵敏度增加，所以较两路解调系统来说具有一定的ber性能增益，并且可以减少一半的解调器件，进一步地简化了接收机的复杂度；此外，本发明通过对dpsk星座图进行几何整形，将符号相位对应正切值变化大的符号和相邻符号的相位间隔增大，以此来增大相邻符号的相位间隔来获得更大的判决区间，从而可提升一路解调系统的ber性能。

27、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。