[发明专利]自由空间光通信的多输入方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及自由空间光通信。

背景技术

长久以来已了解到自由空间光通信(FSO)的优点，例如高带宽和高信号方向性。FSO的已知缺点之一是其容易经受闪烁(scintillation)。也就是说，湍流和热现象产生大气折射率的局部化波动。传递经过此类波动的单载FSO光束可能由于光学折射而完全或部分地偏转。一个结果是在光束被聚焦到一图像点上的接收端处，该图像点可能在图像平面中游移。

而且，FSO光束通常是作为相干激光束而产生。相关光束起初具有均匀的波前(wavefront)，即，随着在光束的前面上的径向位置缓慢变化的相位。具有均匀波前的光束是合意的，因为在检测器处，该光束将经历相对极少的相消性自干扰。然而，大气中的折射率波动的第二影响是使FSO光束的波前失真。所述失真造成在检测器处的光束的依赖于时间的相消性自干扰，这又导致所接收信号的衰落。

对于与大气闪烁相关的问题的已知解决方案中的一些使用机械镜和自适应光学元件来跟踪游移光束且校正失真的波前。然而，此类解决方案需要大量的硬件组件。其中一些还使用感测和机械致动的闭合迭代控制回路，这限制了其性能。这些缺点在用于FSO光束的QAM和其它高级调制方法的情况下尤其严重，针对这些情况的接收对所接收信号的振幅和相位的保真度是相对敏感的。

发明内容

我们已提供一种新解决方案，其利用了如下事实：不同波长在特征在于大气闪烁的传播环境中将通常展现不同的衰落特性。我们的解决方案提供了可完全在高速电子元件中完成的开环自适应处理的可能性。这通过利用由大气产生的多路径传播而允许跨越波前的相干处理且实现光学MIMO。

在一实施例中，我们的解决方案涉及收集至少一个FSO光束，按波长将光束多路分用为至少两个子光束，检测每一子光束以从其产生电输出，以及使用来自所述电输出中的至少两者的互补信息来复原信号。

附图说明

图1是在一实施例中根据本发明的发射器的简化局部示意图。

图2是在一实施例中根据本发明的接收器的简化局部示意图。

图3是展示在一个实施例中的接收器的光学部分的细节的简化局部示意图。为了呈现的简单，已从图3的视图省略了光学混合体。混合体将通常用以实现相位分集。

图4是通过特征在于大气闪烁的传播环境进行传输的FSO传输系统的简化局部示意图。

图5是具有多个接收孔径的示范性FSO接收器的简化局部示意图。

具体实施方式

转到图1，示范性FSO发射器包含用于产生经译码电信号的数据编码器10，所述电信号被施加于放大级20之后以调制两个或两个以上二极管激光器30的光输出。如图中所见，将波长多路复用器和望远镜的功能组合的光学系统40将来自激光器的光学输出组合为光束50，所述光束50通过空间、通常通过大气朝向接收器投射。

虽然为了呈现的简单而仅展示单个投射的经波长多路复用的输出光束50，但将了解，空间分集的一些优点可通过其中产生多个经波长多路复用的输出光束的布置而实现。这可例如通过使用多个发射孔径来完成。

所属领域的技术人员使用用于数据编码的已知技术、用于光信号产生、调制和放大的已知技术以及用于波长多路复用和用于将一个或一个以上FSO光束投射到空间中的望远镜式布置的已知布置将了解图1中概念性展示的系统的许多替代实施方案。举例来说，利用例如阵列波导(AWG)和多模干涉(MMI)装置等平面波导技术的光学多路复用器可在至少一些情况下有用。同样，例如铒掺杂的光纤放大器(EDFA)等光纤放大器可在至少一些情况下有用。

用于10Gbps和10Gbps以上的光学传输速率的优选数据编码方法包含PSK、QAM和OFDM。另外，在至少一些情况下可能有利的是采用空间-时间块码和类似物，其中经译码群集符号布置于空间-时间矩阵或波长-时间矩阵中，或者布置于在空间、时间和波长中延伸的矩阵上。(空间-时间矩阵在多个输出子孔径和多个符号间隔上分布信号。波长-时间矩阵在多个波长子通道和多个符号间隔上分布信号。)