引用本文:
李宏伟,黄永梅,王强,等:星地光链路中孔径平均效应对相偏估计性能的影响[J]. 光通信技术,2019,43(6):50-53.
李宏伟1,2,3,4,黄永梅1,3,4*,王 强1,3,4,彭真明2
(1.中国科学院 光束控制重点实验室,成都 610209;2.电子科技大学 信息与通信工程学院,成都 611731; 3.中国科学院 光电技术研究所,成都 610209;4.中国科学院大学,北京 100049)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为了实现相干接收,提高星地光通信系统的性能,针对星地光链路的数字相干接收系统,分析了接收机孔径平均效应对相偏估计算法性能的影响;对比了当信道为常参信道(接收口径足够大)和大气湍流信道(有限接收口径)时,相偏估计性能的差别;给出了相偏估计误差与接收机孔径之间的关系曲线。仿真实验表明:当孔径在30cm以下时,相偏估计误差受孔径大小的影响较为明显。
关键词:星地光链路;孔径平均;相偏估计;估计误差;大气湍流
中图分类号:TN256 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2019)06-0050-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.06.012
0 引言
空间激光通信系统以其安全性高、传输速率高和抗干扰能力强等优点,受到国内外诸多学者和工程技术人员的高度重视。除了卫星间的光通信链路外,星地光链路、机载终端与地面之间的光链路和地面不同终端之间的光链路等都需要经过大气信道。由于大气信道会对光通信系统产生许多不良影响,如大气吸收导致接收到的信号能量下降、大气中粒子对光信号造成散射而引发多径干扰以及大气湍流会引起光信号的光强闪烁和波前畸变等[1]。因此,接收机接收到的光信号经常是信噪比不高且伴随着闪烁,当存在较强的大气湍流时,尤其如此。由于空间光通信系统具有上述特点,所以保证较高的系统性能和提高接收机的灵敏度是一项有效的措施。相干接收方案可以利用接收机本振光的放大作用,提升接收机灵敏度[2],相干接收也是目前学术界的一个研究热点。但是,实施零差相干接收,需要本振光与信号光同频同相,这是一个技术实现的难点。现在可供选择的相干接收方案有2种:第一种为使用锁相环对本振光与信号光之间的频偏与相偏进行估计,从而控制本振激光器的参数,实现对信号光频率与相位的跟踪;第二种为先使信号光与本振光在混频器中混频,且不去控制本振光,混频后进行光电探测和数字化采样,然后对采样得到的数字信号进行处理,通过数字信号处理(DSP)系统估计出频偏与相偏,进而进行数字域补偿[3,4]。由于使用锁相环的办法难度大、成本高,而随着高速模数转换器(ADC)和高性能DSP系统的飞速发展,使得数字相干接收表现出明显的优势。除了相干接收,适当增加接收孔径的面积,也是一个提高链路性能的有效措施[5]。孔径增大不仅可以接收到更多的信号能量、增加信噪比,还可以借助孔径平均效应,减轻大气湍流导致的光强闪烁程度。
目前,对于数字相干接收的研究多数集中在恒参信道(光纤通信系统),而对空间激光通信系统的数字相干接收研究不多,特别是关于大气湍流和接收孔径大小对数字相干接收的影响的文献很少。因此,本文针对数字相干空间光通信系统,研究接收机孔径平均效应对相偏估计算法性能的影响。
4 结束语
本文针对星地激光通信链路的数字相干接收机,考察了接收机孔径平均效应对相偏估计算法的的影响。随着接收机孔径的增大,光强的闪烁强度减弱,相偏估计误差减小。适当增加接收孔径面积,可有效抑制大气湍流导致的信号光强闪烁,从而提高通信系统性能。但是,随着接收孔径的增大,湍流引起的波前畸变也将增大,从而降低了相干接收机的性能。因此,选择适当的接收机孔径面积是一项重要的工作。此外,光强闪烁产生大量的低信噪比的信息位,而这些低信噪比的信息位的设计精度更高的相偏估计算法将成为下一步工作的重点。