自由空間光通信（Free Space Optical Communication,FSO）是一種以激光作為信息載體、以大氣作為信道的通信方式。它具有容量大、保密性好、抗干擾能力強、頻率資源豐富等特點。目前空間光通信技術主要分為強度調(diào)制/直接探測（IM/DD）與多階調(diào)制/相干探測兩種通信體制。其中多階調(diào)制/相干探測體制憑借著其更高的檢測靈敏度、更靈活的調(diào)制方式以及更好的波長選擇性而被廣泛應用于現(xiàn)有的光通信終端中,同時也是未來空間光通信技術的重要研究方向。但在大氣通信鏈路中,除了激光通信系統(tǒng)收發(fā)端機引入的噪聲,由大氣散射和吸收效應造成的光強衰減,以及由大氣湍流效應引起的光強起伏和相位波動都會對系統(tǒng)的通信性能產(chǎn)生不利影響。隨著高速數(shù)字信號處理技術的發(fā)展,由大氣信道和收發(fā)端機引起的信號失真可通過接收端的數(shù)字信號處理算法進行補償,這無疑對提高空間相干光通信系統(tǒng)的通信容量,延長通信距離,提升系統(tǒng)的抗干擾能力有著巨大幫助。本文首先闡述了空間光通信技術的研究意義及研究進展,然后從相干光通信系統(tǒng)的組成結(jié)構及實現(xiàn)原理出發(fā),分析了大氣信道對系統(tǒng)通信性能的影響,最后深入研究了數(shù)字信號處理技術在空間相干光通信系... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所)吉林省

【文章頁數(shù)】：154 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

LLCD項目的月（左）地（右）通信端機

空間相干光通信系統(tǒng)中的數(shù)字信號處理技術研究4驗證輕小型通信終端進行地月高速光通信的可行性。2013年，NASA成功采用PPM調(diào)制格式完成了月地激光通信實驗，實現(xiàn)了622Mbps下行速率和20Mbps上行速率的光傳輸，鏈路距離在380000公里以上，實驗通過幀同步碼計數(shù)的方式實現(xiàn)高精度的地月測距。LLCD計劃的順利實現(xiàn)，為美國后續(xù)“激光通信中繼項目”提供了基矗LLCD項目的月地端機如圖1.1所示。圖1.1LLCD項目的月（左）地（右）通信端機Figure1.1TheMoon(left)andEarth(right)terminalsoftheLLCDproject為了更進一步拓展空間光通信的應用空間，美國于2011年實施了“激光通信中繼項目”（LaserCommunicationRelayDemonstration，LCRD）[13,14]。LCRD的目標是實現(xiàn)高低軌衛(wèi)星間光通信以及高軌衛(wèi)星和光學地面站（OGS）之間的中繼通信，如圖1.2所示。高軌演示終端已于2017年發(fā)射，采用1550nm光源，DPSK調(diào)制（兼容PPM）的方式，預計通信速率300Mbps~2.88Gbps。DPSK調(diào)制的接收機靈敏度雖低于M-PPM和BPSK零差相干接收，但復雜度較低，更適應空間環(huán)境。LLCD和LCRD系統(tǒng)的主要技術指標見表1.1。圖1.2LCRD項目鏈路（左）及任務架構（右）示意圖Figure1.2Linkdiagram(left)andtaskarchitecture(right)oftheLCRDproject

第1章緒論5表1.1LLCD和LCRD系統(tǒng)主要技術指標Table1.1MaintechnicalindexesofLLCDandLCRD參數(shù)LLCDLCRD波長/nm15501550調(diào)制格式PPMDPSK，PPM鏈路起始月球-地面站GEO-OGSOGS-GEO-OGS通信速率10~20Mbps（上行）22Mbps（上行）2.88Gbps（DPSK雙向）10~20Mbps（PPM上行）39~622Mbps（PPM下行）終端終端分類深空型GEO型天線口徑/mm100108發(fā)射功率/W0.50.5質(zhì)量/kg3069功耗/W50~140130地面終端光學天線口徑/cm4×40（接收）；4×15（發(fā)射）發(fā)射功率/W4×102009年，美國提出了“深空激光通信終端”（Deep-spaceOpticalTerminals，DOT）項目[15]，該項目以提高激光通信傳輸速率，減小通信終端的體積和功耗為目標，并于2017年年底和2018年分別完成了系統(tǒng)模型設計和地面測試，另計劃于2023年搭載“普賽克”飛行器進行深空激光通信技術驗證。DOT激光通信終端的發(fā)射和接收波長分別為1030nm和1550nm，平均發(fā)射功率為4W，采用220mm口徑離軸卡塞格林望遠鏡作為光學天線。DOT項目鏈路圖如圖1.3所示。圖1.3DOT項目的鏈路示意圖Figure1.3LinkdiagramoftheDOTproject


本文編號：3092026