自由空間光通信的多輸入方法和設備技術

本發明專利技術提供一種方法，其使用分集來補償傳播通過以大氣閃爍為特征的環境的自由空間光FSO信號的衰落。一個實施例涉及收集至少一個FSO光束，按波長將所述光束多路分用為至少兩個子光束，檢測每一子光束以從其產生電輸出，以及使用來自所述電輸出中的至少兩者的互補信息來復原信號。另一實施例涉及將所述FSO光束收集到空間分離的子孔徑的陣列上，檢測進入每一子孔徑的光以從其產生電輸出，以及使用來自所述電輸出中的至少兩者的互補信息來復原信號。此第二實施例使得兩個電子自適應處理能夠跨越所述子孔徑而相干地整合，且在多個發射孔徑的情況下跨越自由空間光多輸入多輸出MIMO系統而相干地整合。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及自由空間光通信。
技術介紹
長久以來已了解到自由空間光通信(FSO)的優點，例如高帶寬和高信號方向性。FSO的已知缺點之一是其容易經受閃爍(scintillation)。也就是說,瑞流和熱現象產生大氣折射率的局部化波動。傳遞經過此類波動的單載FSO光束可能由于光學折射而完全或部分地偏轉。一個結果是在光束被聚焦到一圖像點上的接收端處，該圖像點可能在圖像平面中游移。而且，FSO光束通常是作為相干激光束而產生。相關光束起初具有均勻的波前(wavefront)，即，隨著在光束的前面上的徑向位置緩慢變化的相位。具有均勻波前的光束是合意的，因為在檢測器處，該光束將經歷相對極少的相消性自干擾。然而，大氣中的折射率波動的第二影響是使FSO光束的波前失真。所述失真造成在檢測器處的光束的依賴于時間的相消性自干擾，這又導致所接收信號的衰落。對于與大氣閃爍相關的問題的已知解決方案中的一些使用機械鏡和自適應光學元件來跟蹤游移光束且校正失真的波前。然而，此類解決方案需要大量的硬件組件。其中一些還使用感測和機械致動的閉合迭代控制回路，這限制了其性能。這些缺點在用于FSO光束的QAM和其它高級調制方法的情況下尤其嚴重，針對這些情況的接收對所接收信號的振幅和相位的保真度是相對敏感的。
技術實現思路
我們已提供一種新解決方案，其利用了如下事實:不同波長在特征在于大氣閃爍的傳播環境中將通常展現不同的衰落特性。我們的解決方案提供了可完全在高速電子元件中完成的開環自適應處理的可能性。這通過利用由大氣產生的多路徑傳播而允許跨越波前的相干處理且實現光學ΜΜ0。在一實施例中，我們的解決方案涉及收集至少一個FSO光束，按波長將光束多路分用為至少兩個子光束，檢測每一子光束以從其產生電輸出，以及使用來自所述電輸出中的至少兩者的互補信息來復原信號。附圖說明圖1是在一實施例中根據本專利技術的發射器的簡化局部示意圖。圖2是在一實施例中根據本專利技術的接收器的簡化局部示意圖。圖3是展示在一個實施例中的接收器的光學部分的細節的簡化局部示意圖。為了呈現的簡單，已從圖3的視圖省略了光學混合體。混合體將通常用以實現相位分集。圖4是通過特征在于大氣閃爍的傳播環境進行傳輸的FSO傳輸系統的簡化局部示意圖。圖5是具有多個接收孔徑的示范性FSO接收器的簡化局部示意圖。具體實施例方式轉到圖1，示范性FSO發射器包含用于產生經譯碼電信號的數據編碼器10，所述電信號被施加于放大級20之后以調制兩個或兩個以上二極管激光器30的光輸出。如圖中所見，將波長多路復用器和望遠鏡的功能組合的光學系統40將來自激光器的光學輸出組合為光束50，所述光束50通過空間、通常通過大氣朝向接收器投射。雖然為了呈現的簡單而僅展示單個投射的經波長多路復用的輸出光束50，但將了解，空間分集的一些優點可通過其中產生多個經波長多路復用的輸出光束的布置而實現。這可例如通過使用多個發射孔徑來完成。所屬領域的技術人員使用用于數據編碼的已知技術、用于光信號產生、調制和放大的已知技術以及用于波長多路復用和用于將一個或一個以上FSO光束投射到空間中的望遠鏡式布置的已知布置將了解圖1中概念性展示的系統的許多替代實施方案。舉例來說，利用例如陣列波導(AWG)和多模干涉(MMI)裝置等平面波導技術的光學多路復用器可在至少一些情況下有用。同樣，例如鉺摻雜的光纖放大器(EDFA)等光纖放大器可在至少一些情況下有用。用于IOGbps和IOGbps以上的光學傳輸速率的優選數據編碼方法包含PSK、QAM和OFDM0另外，在至少一些情況下可能有利的是采用空間-時間塊碼和類似物，其中經譯碼群集符號布置于空間-時間矩陣或波長-時間矩陣中，或者布置于在空間、時間和波長中延伸的矩陣上。(空間-時間矩陣在多個輸出子孔徑和多個符號間隔上分布信號。波長-時間矩陣在多個波長子通道和多個符號間隔上分布信號。)轉到圖2，用于來自發射器的傳入光束60的示范性FSO接收器包含望遠鏡式收集系統70、波長多路分用器80、二極管光電檢測器90、模/數轉換器(ADC) 100和數字信號處理器(DSP)llO。如圖中所見，多路分用器80將傳入光束分離為占據不同波長帶的兩個或兩個以上子光束。每一子光束由光電檢測器90中的一者轉換為電信號。在ADC100處，經譯碼群集符號被復原且被解映射到二進制序列，所述二進制序列在DSP 110中經處理以產生輸出數據流120。所屬領域的技術人員使用用于數據解碼的已知技術、用于光信號檢測和解調的已知技術以及用于波長多路分用和用于收集一個或一個以上FSO光束的望遠鏡式布置的已知布置將了解圖2中概念性展示的系統的許多替代實施方案。舉例來說，利用對應于上文論述的光學多路復用器的平面波導技術的光學多路分用器可在至少一些情況下有用。如圖中可見,DSP具有多個輸入流,每一輸入流對應于經多路分用為相應子光束的波長通道中的一者。DSP使用來自這些波長通道中的至少兩者且優選全部的互補信息，以便計算輸出數據流120。舉例來說，可在兩個或兩個以上波長通道中的每一者上發送冗余信息。在此情況下，DSP可在一時間周期中選擇最強的那個波長通道(或波長通道子組)?！白顝姟币馕吨峁┳畲蟮臏蚀_接收的概率。可通過信噪比、通過從在相關波長通道上發送的導頻信號確定的錯誤概率或通過其它已知方式測量強度。特定通道選擇所持續的時間周期可例如通過傳播環境的相干時間的測量來確定，所述相干時間在一些情況下可為幾毫秒。根據此方法，在一個通道中較弱地接收的同一信息可能在另一通道中較強地接收的意義上，不同波長通道中的信息是“互補的”。不同波長通道中的信息也可能是“互補的”，因為不同的通道載運相異的數據流。也就是說，圖1的數據編碼器10可操作以將一數據流的不同部分分配到不同波長通道。此些分配部分可完全相異，或通過冗余譯碼，其可含有部分重疊的數據。在至少一些情況下，將有利的是DSP 110實施分集接收器。在分集接收器中，輸入到DSP的相應數據流130.1、…、130.n被指派不同的權重?；趶陌l射器接收的導頻信號，計算權重集合以最小化錯誤概率。在此情況下，不同頻率通道上的信息是“互補的”，因為當根據其經指派權重在DSP中組合時，每一通道均貢獻于經優化的所接收信號。在至少一些情況下，將有利的是DSP 110實施MMO技術以從空間-時間矩陣、頻率-時間矩陣和類似物復原信號。如下文將論述，此處理可包含例如從使用從發射器接收的導頻信號進行的測量獲得的傳播系數的使用?？稍诓煌ㄩL通道上以及從不同的發射器子孔徑發送單獨的導頻信號。同樣，可在不同的接收器子孔徑中接收導頻信號。因此，可針對每一波長通道確定傳播系數矩陣。在每一此矩陣內，給定系數表達給定發射器子孔徑與給定接收器子孔徑之間的衰減和相位延遲。下文將進一步描述此矩陣信息的使用。轉到圖3，圖2的接收器布置的細節包含本機振蕩器140，其將相位信息提供到光電檢測器90以便實現相干檢測。如果將在接收器中考慮所接收光信號的相位，那么相干檢測是必要的。這對于PSK、QAM和其它高級調制格式以及對于將傳播系數納入考慮的MMO處理是重要的，如下 文將論述。(所屬領域的技術人員將了解，對于相干檢測，在接收器布置中恰在光電檢測器90之前通常包含光學混合體。為了呈現的簡單，已從本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.07.07 US 61/362,201;2010.10.29 US 12/915,5061.一種方法，其包括: 收集至少一個自由空間光束； 按波長將所述光束多路分用為兩個或兩個以上子光束； 檢測所述子光束中的每一者以產生電輸出；以及 使用來自所述輸出中的至少兩者的互補信息來復原信號。2.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括在所述子光束中的每一者上接收導頻信號，且其中所述復原步驟是使用所述所接收導頻信號實施的。3.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括在所述多路分用步驟之后將所述子光束中的每一者引導到兩個或兩個以上空間分離的子孔徑的陣列上；且其中所述檢測步驟包括單獨地檢測在所述子孔徑中的每一者中收集的光，進而針對每一經波長多路分用的子光束產生多分量電輸出，所述多分量電輸出針對至少兩個所述子孔徑中的每一者具有一個分量。4.一種設備，其包括: 光學望遠鏡； 波長多路分用器，其經布置以將由所述望遠鏡選擇的光分離為占據不同波長帶的若干子光束； 檢測器級，其經布置以將每一子光束轉換為電輸出；以及 接收器，其與所述子光束輸出中的每一者成接收關系，且經配置以使用來自至少兩個所述子光束輸出的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：揚凱·陳，金田紀明，亞歷克斯·皮達威爾拜特斯基，
申請(專利權)人：阿爾卡特朗訊，LGS創新有限責任公司，
類型：
國別省市：