[发明专利]逆向调制光通信中预补偿发送光功率的湍流抑制方法和装置

说明书

本发明公开了一种逆向调制光通信中预补偿发送光功率的湍流抑制方法和装置，装置分为询问端和逆向调制端，询问端发出激光，通过光学天线进行光束准直以后传输到逆向调制端，逆向调制端的调制器将输入信号调制到询问端发送来的激光上，并通过“猫眼”效应将询问端发送过来的激光原方向反射回去；本发明在询问端增加了发射光功率预补偿机制，通过光强幅值采样模块感知接收信号的大小，从而可自适应改变发射光功率。本发明可将接收到的光强维持在恒定值，从而抑制大气湍流对逆向调制无线光通信的影响，可实现性能更好的逆向调制无线光通信。

技术领域

本发明属于无线光通信技术领域，特别是一种逆向调制光通信中预补偿发送光功率的湍流抑制方法和装置。

背景技术

二十一世纪到来，人类也进入了信息化的时代，随着庞大的通信网络的建立，人类对于通信质量的要求越来越高，传输庞大的数据信息对于通信速率的要求也越来越高。在军事通信中，传统的通信方式如无线电通信受到通信容量不足、抗干扰能力不强、频谱分配受限等因素的影响，而光纤通信受到了地形等不利因素的影响，使得光纤的架设和维护都十分困难，不仅成本昂贵，而且也缺乏机动性。同是利用光作为载波进行通信的方式，无线光通信具备光纤通信的大部分优点，设备的架设受地形干扰较小，机动性比较强，因此无线光通信在一些特殊应用中备受关注。

传统的无线光通信是利用激光作为通信载波，在自由空间进行信息传输的通信方式，具有高带宽、重量轻、结构紧凑、无频谱分配限制、高安全性、容易部署等优点。其系统一般由光发送机和光接收机两个终端组成，并且要求两个终端实现光学对准，从而完成点对点通信。一般来说，为了保证光信号能够从发送端到达接收端，无线光通信设备需要配备复杂的自动瞄准、捕获和跟踪(Pointing,Acquisition and Tracking，PAT)系统，这不仅需要提供额外供电，而且还大大增加了系统的功耗、成本、体积和重量。

针对无线光通信的这个问题，研究人员提出了逆向调制空间光通信方式，逆向调制无线光通信系统将光发送机和光接收机设计在同一端，称作询问端，系统另一端是由反射器件和调制器件组成的逆向调制端。在工作时，首先由光发送机发出一束没有经过任何调制的激光束，这束光达到逆向调制端以后会被光学系统原方向反射回来，同时调制器会将逆向调制端的信息调制到原方向返回的光束上，这束光达到询问端后被解调出来，从而实现单向空间光通信。

逆向调制光通信是无线光通信的一种特殊形式，拥有很多的潜在应用。逆向调制无线光通信系统从一定程度上解决了传统无线光通信系统存在的需要自动跟瞄等问题，因此各国对这一技术相当重视并进行了大量的研究。在某些特殊情况下，通信链路要求其中一端质量、体积和功耗都尽量小，然而传统的自由空间光通信系统由于需要光束追踪和对准的器件，所以系统体积和功耗都很大，使用逆向调制装置能够解决这样的问题，比如针对无人机的应用等。

国外对逆向调制技术的研究相比于国内起步较早。早在1966年，相关研究人员为了开发利用卫星通信，就提出了逆向调制光通信技术，但是受到当时器件发展的影响，逆向调制无线光通信技术发展缓慢。后来得益于各种光电器件如激光器、检测器等的发展，逆向调制无线光通信技术得到了较大的发展，逆向调制光通信的传输速率也不断提高。美国海军实验室(NRL)从1998年开始就对其战术应用进行了深入研究，并且将该技术应用于爆炸性军械处理(EOD)、无人机(UAVs)和无人战车(UGVs)三个领域。此外，欧洲的英国、瑞典等国家也都开展了相关研究。

但是，在实际应用中，激光光束在传输的过程中，极易受到大气湍流的影响，大气湍流会引起波前相位畸变，从而产生光强闪烁，导致接收端接收面的光强分布不断变化。光强闪烁是大气湍流最为明显的激光传输效应之一，实际是光强随着时间变化而产生随机起伏的现象，其主要原因是大气折射率变化导致传输中的激光相位发生变化，最终导致传输激光的振幅起伏，从而产生了光的强度起伏。已有的研究结论显示，传统无线光通信单向链路受到大气湍流的影响非常大。逆向调制光通信传输过程中，其激光传输链路要经历往返两次大气信道，受到的大气湍流影响与传统无线光通信单向链路相比则更加明显。