[发明专利]星载激光通信方法

说明书

本发明公开了一种星载激光通信方法，包括：空时编码器对多个激光器发送信息序列进行空时分组编码；信道估计器估计出信道振幅和相位特征；合并器按照空时分组码对接收信号进行最大比合并，得到N×M合并增益，以在降低单个卫星携带载荷的尺寸和重量的情况下实现一发N×M收相干激光通信系统同样的合并增益，且保留相干通信体制。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种星载激光通信方法。

背景技术

相干探测在接收灵敏度上存在优势，对于空间远距离通信链路这样的弱信号强度探测，相干探测比直接探测的激光通信体制在通信速率和探测灵敏度上获得较大提升。为了进一步提高探测灵敏度，目前主要采用分集接收技术在接收端使用多个光学天线接收光信号，当各支路接收信号相互独立时，将其适当合并，可以有效改善信道对空间通信系统性能的影响。

传统的星载相干激光通信分集技术为一发多收，在接收端采用分集接收技术。下面以一发四收BPSK调制为例进行说明其他一发多收和其他调制方式的情况可进行同样推导。在这种分集技术下，每一个接收支路接收到的光场表达式如公式(1)所示：

其中，中，A表示光场的振幅，ω表示光场的频率，表示第k个码片的调制相位。

表示信道对发射端到光学接收天线0的影响；表示信道对发射端到光学接收天线1的影响；表示信道对发射端到光学接收天线2的影响；表示信道对发射端到光学接收天线3的影响，n₀、n₁、n₂和n₃分别是四个光学接收天线的接收噪声，分别服从n₀～N(μ₀，σ₀)，n₁～N(μ₁，σ₁)，n₂～N(μ₂，σ₂)和n₃～N(μ₃，σ₃)的高斯分布，且相互独立。四个支路的接收光场r0、r1、r2、r3分别与本振光E_lo＝Ae^j(ωt)相干后将光电流进行合并，合并后的表达式如公式(2)所示：

其中，R为光电探测器的响应系数。噪声经过合并后为

合并后信噪比如公式(3)所示：

单路信噪比如公式(4)所示：

当各路噪声相同时获得最大合并增益，SNR_mrrc＝4SNR_single。由于采用了一发四收的分集接收技术，信噪比获得了4倍的增益。传统的星载相干激光通信分集技术采用一发多收来提高接收信噪比，在星载激光通信场景中，由于载荷尺寸和重量的增加会造成卫星成本和制作难度的增加。例如上述例子中一发四收模式相比于一发一收模收将接收信噪比提高了四倍，但卫星携带的载荷也从一台激光器和一个光学天线增加到一台激光器和四个光学天线增加了卫星制作难度卫星成本和发射成本。

发明内容

针对传统的星载相干激光通信分集技术采用一发多收来提高接收信噪比，在星载激光通信场景中，由于载荷尺寸和重量的增加会造成卫星成本和制作难度的增加，根据本发明的一个方面，提供一种基于MIMO的星载激光通信方法，包括：

空时编码器对多个激光器发送信息序列进行空时分组编码；

信道估计器估计出信道振幅和相位特征；

合并器按照空时分组码对接收信号进行最大比合并，得到N×M合并增益，以在降低单个卫星携带载荷的尺寸和重量的情况下实现一发N×M收相干激光通信系统同样的合并增益，且保留相干通信体制。