卫星光通信中基于轨道预测的零差频率捕获技术研究

发布时间：2022-01-16 17:10

　　卫星光通信是一种空间光通信技术,与传统的微波通信相比,卫星光通信具有诸多优势。随着科学技术的发展,人们对卫星通信速率的需求不断提高。零差相干探测相比于直接探测,具有更高的信噪比,信噪比的提高有利于进一步提高通信性能。然而,在星间光通信中,卫星间的相对运动会导致零差探测接收到的信号光产生多普勒频移,信号光频率漂移会严重影响零差相干光通信系统的性能。针对信号光频率漂移需要捕获的问题,研究如何建立零差频率捕获模型具有重要意义。首先,总结了频率捕获技术的研究现状。针对初始频差过大的问题,一般会采用温度调谐来进行粗捕获,但由于温度调谐速度太慢,会大大增加频率捕获时间。通过对对星间光通信中多普勒频移特性的分析,发现对多普勒频移进行估计和预补偿可以大大缩短频率捕获时间。因此,本文的研究是基于轨道预测多普勒频移并进行预补偿这个基础,给出零差频率捕获方案。其次,建立了零差相干光通信系统的仿真模型,推导出了基于I支路延迟的XOR鉴相器平均输出电压表达式,提出了基于轨道预测的闭环捕获方案,对闭环频率捕获模型的鉴相、鉴频特性和频率捕获性能进行了仿真分析。仿真结果表明,所建模型可以实现频率的快速捕获。最后,提出... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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多普勒频移对BPSK通信系统影响的仿真模型图

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文‐13‐器(NZRPulseGenerator)输出电脉冲信号。使用相位调制器对激光器输出光信号进行BPSK调制。相位偏移角为180°，即利用0相位偏移表示数据1，180°相位偏移表示数据0。在信道传输模块中，使用理想移频器（IdealFrequencyConverter）来模拟星间光通信中存在的多普勒频移。在接收模块中，利用信号光和本征光相干混频，并通过光电探测器转化为电信号后来解调得到基带信号。对APD输出的电信号进行交流耦合和滤波后接入误码率测试仪（BERAnalyzer）测试眼图和误码率。多普勒频移对BPSK通信系统影响的仿真模型图如图2-5所示，其中子系统的功能是对信号光和本征光进行180°混频，其内部结构如图2-6所示：图2-6子系统——180°混频器模型表2-2BPSK光通信系统仿真参数配置仿真参数数值比特率5Gbps每比特符号的采样点数16采样频率80GHz比特序列长度2048Bits时间长度0.4096μs设置信号激光器和本征激光器线宽均为0.1MHz，在多普勒频移为1MHz和1.25MHz两种情况下，对BPSK通信系统的通信性能进行仿真分析，通信性能评价指标为眼图以及误码率。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文‐14‐图2-7f=1MHz情况下的眼图图2-8f=1.25MHz情况下的眼图仿真结果如图2-7和图2-8所示，分析如下，多普勒频移为1MHz时，OptiSystem软件误码率分析仪得到的最大Q因子为9.4524，最小误码率为4.23×10-9，眼图如图2-7所示。多普勒频移为1.25MHz时，OptiSystem软件误码率分析仪得到的最大Q因子为0，最小误码率为1,也就是此时根本无法通信，眼图如图2-8所示。对比频率漂移为1MHz和为1.25MHz时的眼图，能够很明显发现多普勒频移对BPSK调制方式影响非常大。原因是BPSK解调思路是接受到的信号光与本征光相干，信号光和本征光之间由于多普勒频移会导致两者中心频率存在一定频差，这个频差会随着时间的推移积累为相差，而BPSK调制原理就是相位调制，频率漂移会严重影响BPSK通信系统的性能。实际上只要存在多普勒频移，只要通信时间足够长，量级可以与多普勒效应产生的频差周期比拟，那么BPSK通信系统性能就会急剧下降。为了验证这

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
[1]零差相干光接收技术研究[D]. 祝尊震.上海交通大学 2018



本文编号：3593090