空间相干光通信系统中的数字信号处理技术研究
发布时间：2021-03-21 01:14
自由空间光通信（Free Space Optical Communication,FSO）是一种以激光作为信息载体、以大气作为信道的通信方式。它具有容量大、保密性好、抗干扰能力强、频率资源丰富等特点。目前空间光通信技术主要分为强度调制/直接探测（IM/DD）与多阶调制/相干探测两种通信体制。其中多阶调制/相干探测体制凭借着其更高的检测灵敏度、更灵活的调制方式以及更好的波长选择性而被广泛应用于现有的光通信终端中,同时也是未来空间光通信技术的重要研究方向。但在大气通信链路中,除了激光通信系统收发端机引入的噪声,由大气散射和吸收效应造成的光强衰减,以及由大气湍流效应引起的光强起伏和相位波动都会对系统的通信性能产生不利影响。随着高速数字信号处理技术的发展,由大气信道和收发端机引起的信号失真可通过接收端的数字信号处理算法进行补偿,这无疑对提高空间相干光通信系统的通信容量,延长通信距离,提升系统的抗干扰能力有着巨大帮助。本文首先阐述了空间光通信技术的研究意义及研究进展,然后从相干光通信系统的组成结构及实现原理出发,分析了大气信道对系统通信性能的影响,最后深入研究了数字信号处理技术在空间相干光通信系...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
LLCD项目的月（左）地（右）通信端机
空间相干光通信系统中的数字信号处理技术研究4验证轻小型通信终端进行地月高速光通信的可行性。2013年，NASA成功采用PPM调制格式完成了月地激光通信实验，实现了622Mbps下行速率和20Mbps上行速率的光传输，链路距离在380000公里以上，实验通过帧同步码计数的方式实现高精度的地月测距。LLCD计划的顺利实现，为美国后续“激光通信中继项目”提供了基矗LLCD项目的月地端机如图1.1所示。图1.1LLCD项目的月（左）地（右）通信端机Figure1.1TheMoon(left)andEarth(right)terminalsoftheLLCDproject为了更进一步拓展空间光通信的应用空间，美国于2011年实施了“激光通信中继项目”（LaserCommunicationRelayDemonstration，LCRD）[13,14]。LCRD的目标是实现高低轨卫星间光通信以及高轨卫星和光学地面站（OGS）之间的中继通信，如图1.2所示。高轨演示终端已于2017年发射，采用1550nm光源，DPSK调制（兼容PPM）的方式，预计通信速率300Mbps~2.88Gbps。DPSK调制的接收机灵敏度虽低于M-PPM和BPSK零差相干接收，但复杂度较低，更适应空间环境。LLCD和LCRD系统的主要技术指标见表1.1。图1.2LCRD项目链路（左）及任务架构（右）示意图Figure1.2Linkdiagram(left)andtaskarchitecture(right)oftheLCRDproject
第1章绪论5表1.1LLCD和LCRD系统主要技术指标Table1.1MaintechnicalindexesofLLCDandLCRD参数LLCDLCRD波长/nm15501550调制格式PPMDPSK，PPM链路起始月球-地面站GEO-OGSOGS-GEO-OGS通信速率10~20Mbps（上行）22Mbps（上行）2.88Gbps（DPSK双向）10~20Mbps（PPM上行）39~622Mbps（PPM下行）终端终端分类深空型GEO型天线口径/mm100108发射功率/W0.50.5质量/kg3069功耗/W50~140130地面终端光学天线口径/cm4×40（接收）；4×15（发射）发射功率/W4×102009年，美国提出了“深空激光通信终端”（Deep-spaceOpticalTerminals，DOT）项目[15]，该项目以提高激光通信传输速率，减小通信终端的体积和功耗为目标，并于2017年年底和2018年分别完成了系统模型设计和地面测试，另计划于2023年搭载“普赛克”飞行器进行深空激光通信技术验证。DOT激光通信终端的发射和接收波长分别为1030nm和1550nm，平均发射功率为4W，采用220mm口径离轴卡塞格林望远镜作为光学天线。DOT项目链路图如图1.3所示。图1.3DOT项目的链路示意图Figure1.3LinkdiagramoftheDOTproject
本文编号：3092026
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
LLCD项目的月（左）地（右）通信端机
空间相干光通信系统中的数字信号处理技术研究4验证轻小型通信终端进行地月高速光通信的可行性。2013年，NASA成功采用PPM调制格式完成了月地激光通信实验，实现了622Mbps下行速率和20Mbps上行速率的光传输，链路距离在380000公里以上，实验通过帧同步码计数的方式实现高精度的地月测距。LLCD计划的顺利实现，为美国后续“激光通信中继项目”提供了基矗LLCD项目的月地端机如图1.1所示。图1.1LLCD项目的月（左）地（右）通信端机Figure1.1TheMoon(left)andEarth(right)terminalsoftheLLCDproject为了更进一步拓展空间光通信的应用空间，美国于2011年实施了“激光通信中继项目”（LaserCommunicationRelayDemonstration，LCRD）[13,14]。LCRD的目标是实现高低轨卫星间光通信以及高轨卫星和光学地面站（OGS）之间的中继通信，如图1.2所示。高轨演示终端已于2017年发射，采用1550nm光源，DPSK调制（兼容PPM）的方式，预计通信速率300Mbps~2.88Gbps。DPSK调制的接收机灵敏度虽低于M-PPM和BPSK零差相干接收，但复杂度较低，更适应空间环境。LLCD和LCRD系统的主要技术指标见表1.1。图1.2LCRD项目链路（左）及任务架构（右）示意图Figure1.2Linkdiagram(left)andtaskarchitecture(right)oftheLCRDproject
第1章绪论5表1.1LLCD和LCRD系统主要技术指标Table1.1MaintechnicalindexesofLLCDandLCRD参数LLCDLCRD波长/nm15501550调制格式PPMDPSK，PPM链路起始月球-地面站GEO-OGSOGS-GEO-OGS通信速率10~20Mbps（上行）22Mbps（上行）2.88Gbps（DPSK双向）10~20Mbps（PPM上行）39~622Mbps（PPM下行）终端终端分类深空型GEO型天线口径/mm100108发射功率/W0.50.5质量/kg3069功耗/W50~140130地面终端光学天线口径/cm4×40（接收）；4×15（发射）发射功率/W4×102009年，美国提出了“深空激光通信终端”（Deep-spaceOpticalTerminals，DOT）项目[15]，该项目以提高激光通信传输速率，减小通信终端的体积和功耗为目标，并于2017年年底和2018年分别完成了系统模型设计和地面测试，另计划于2023年搭载“普赛克”飞行器进行深空激光通信技术验证。DOT激光通信终端的发射和接收波长分别为1030nm和1550nm，平均发射功率为4W，采用220mm口径离轴卡塞格林望远镜作为光学天线。DOT项目链路图如图1.3所示。图1.3DOT项目的链路示意图Figure1.3LinkdiagramoftheDOTproject
本文编号：3092026
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3092026.html
