基于空间光通信的同源调制解调装置

本公开涉及空间光通信，更具体地，涉及一种基于空间光通信的同源调制解调装置。

背景技术：

1、在空间光通信中，调制与解调是数据传输的关键步骤，由于基带信号本身频率很低，不能直接发送，其中，将基带信号加载到光源上，这个过程为调制，而解调是上述内容的逆过程，是将接收到的光信号转换回原始数据信号的过程。

2、调制方式多种多样，包括但不限于振幅调制、频率调制、相位调制、偏振调制等。常见的调制方法例如利用包络检波法（非相干解调）进行解调，该方法实现简单，成本低，但其对噪声敏感，不能有效区分相位和频率的变化。对于其它一些调制方法，由于其包络不能直接反映调制信号的变化，需要采用相干解调的方法。相干解调时，为了无失真地恢复基带信号，接收端必须提供同频同相的相干载波，与已调制信号相乘，取出低频得到原始信号。相干解调能够有效利用信号的相位和频率信息，与包络检波法相比，其具备多种优势，例如：相干解调可以在低信噪比情况下实现可靠的通信；相干解调对相位噪声和频率噪声具有较强的抑制能力，且还可以利用正交偏振状态提高信息传输容量；同时，相干解调适用于所有线性调制的信号。但由于相干解调对相位和频率的同步要求非常高，任何微小的相位误差或频率偏差都会影响解调性能，导致需要复杂的系统来保持频率与相位同步。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提供了一种基于空间光通信的同源调制解调装置，用以解决现有技术中相干解调时由于接收端必须提供同频同相的相干载波，导致系统过于复杂的技术问题。

2、本公开的一个方面提供了一种基于空间光通信的同源调制解调装置，包括：光源，用于提供未调制的非偏振光；偏振分束器，用于将非偏振光分束为两束互相垂直的偏振光，其中，两束偏振光根据偏振状态不同，分别沿不同的路径传播；调制器，用于对其中一束偏振光进行信号调制，将基带信号加载至载波上，输出调制信号；接收设备，用于接收调制器输出的调制信号和另一路未经调制的未调信号，并将调制信号和未调信号分别转换为电信号，其中，调制信号和未调信号在空间传输过程中的光程一致；数模转换与信号处理系统，用于对接收设备转换后的两路电信号进行相干解调处理，得到原始的基带信号。

3、根据本公开的实施例，接收设备包括：二维光栅耦合器，用于将调制信号和未调信号根据不同的耦合效率耦合至光波导中，实现偏振态的分束，其中，分束后的两束不同偏振态的信号光沿不同路径传播。

4、根据本公开的实施例，接收设备还包括：偏振旋转器，用于对二维光栅耦合器输出的其中一路信号光的偏振方向进行旋转，使得其与另一路信号光的偏振方向相同。

5、根据本公开的实施例，接收设备还包括：光混频器，用于对经过偏振旋转器处理的一路光信号和另一路光信号进行相干叠加处理，提取相位和频率信息。

6、根据本公开的实施例，接收设备还包括：光电探测器，用于对经过光混频器处理的两束信号光进行光电转换处理，将两束光信号分别转换为电信号。

7、根据本公开的实施例，数模转换与信号处理系统包括：带通滤波器，用于对接收设备转换后的两路电信号进行滤波处理，提取特定频率范围内的信号，滤除不相关的噪声和高频干扰；相乘器，用于将带通滤波器处理后的两路电信号进行相乘，提取相位和频率信息，得到高频信号和低频信号；低通滤波器，用于滤除高频信号，保留低频信号；判决器，用于对低频信号进行判决，提取出原始的基带信号。

8、根据本公开的实施例，偏振分束器包括：光栅偏振分束器。

9、根据本公开的实施例，调制器的调制方式包括：线性调制。

10、根据本公开的实施例，接收设备接收的调制信号和未调信号被同时发射。

11、根据本公开的实施例，调制信号和未调信号在空间传输过程中的介质被配置为无法改变信号光的偏振状态。

12、本公开实施例提供的基于空间光通信的同源调制解调装置，至少具有以下有益效果：

13、（1）本公开实施例提供的基于空间光通信的同源调制解调装置，利用不同偏振态的光可以被分束、合束，将非偏振光分束为两束正交的偏振光，两束正交的偏振光一束调制，一束作为接收端的相干解调载波，两者共同传输，光程一致。由于两束正交偏振光是由同一束光源产生并分离得到，两束正交偏振光的频率相位完全一致，提高了系统的稳定性，同时接收端不需要再提供同频同相的相干载波，大大降低了系统的复杂程度。

14、（2）本公开实施例提供的基于空间光通信的同源调制解调装置，两束信号光的发送与接收一致，提高了相位频率的匹配程度，即使接收或发射端处于运动状态，存在多普勒频移的现象，也不会对相干调制造成影响，扩展了通信系统的适用范围。

技术特征：

1.一种基于空间光通信的同源调制解调装置，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的基于空间光通信的同源调制解调装置，其特征在于，所述接收设备包括：

3.根据权利要求2所述的基于空间光通信的同源调制解调装置，其特征在于，所述接收设备还包括：

4.根据权利要求3所述的基于空间光通信的同源调制解调装置，其特征在于，所述接收设备还包括：

5.根据权利要求4所述的基于空间光通信的同源调制解调装置，其特征在于，所述接收设备还包括：

6.根据权利要求1所述的基于空间光通信的同源调制解调装置，其特征在于，所述数模转换与信号处理系统包括：

7.根据权利要求1所述的基于空间光通信的同源调制解调装置，其特征在于，所述偏振分束器包括：光栅偏振分束器。

8.根据权利要求1所述的基于空间光通信的同源调制解调装置，其特征在于，所述调制器的调制方式包括：线性调制。

9.根据权利要求1所述的基于空间光通信的同源调制解调装置，其特征在于，所述接收设备接收的调制信号和未调信号被同时发射。

10.根据权利要求1所述的基于空间光通信的同源调制解调装置，其特征在于，所述调制信号和所述未调信号在空间传输过程中的介质被配置为无法改变信号光的偏振状态。

技术总结
本公开提供了一种基于空间光通信的同源调制解调装置，涉及空间光通信技术领域，用以解决现有技术中相干解调时由于接收端必须提供同频同相的相干载波，导致系统过于复杂的技术问题。该装置包括：光源，用于提供未调制的非偏振光；偏振分束器，用于将非偏振光分束为两束互相垂直的偏振光；调制器，用于对其中一束偏振光进行信号调制，将基带信号加载至载波上，输出调制信号；接收设备，用于接收调制器输出的调制信号和另一路未经调制的未调信号，并将调制信号和未调信号分别转换为电信号，其中，调制信号和未调信号在空间传输过程中的光程一致；数模转换与信号处理系统，用于对接收设备转换后的两路电信号进行相干解调处理，得到原始的基带信号。

技术研发人员：刘佳垚,陈伟,李明,穆春元
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/30