[发明专利]一种基于序列检测和空间分集的编码FSO系统实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种基于序列检测和空间分集的编码FSO系统实现方法。

背景技术

由于安装传输线缆的成本较高且在实际应用时施工周期长，自由空间光通信系统(Free Space Optics，简称FSO)能够灵活的提供方便、快捷的应用模式，在点对点的临时通信方面具有较大的优势。1960年休斯公司研制出第一台激光器后即转入了应用研究，建立了第一条大气激光通信系统。但由于大气散射和不可预测的气候干扰，通信质量较差，难以实用化。近年来，随着气象预测系统及通信技术的快速发展，FSO系统逐渐商用化，通常其传输码率在Gb/s量级，传输距离也在逐渐增大。FSO通信系统的应用范围已从军用和航天逐渐迈入民用领域，其技术本身也在不断的完善中。FSO系统在组网时非常灵活，该系统能够支持E1/T1、E3/DS3、OC-3/STM-1、ATM、FDDI、Fast Ethernet等多种协议。

但是，由于大气信道的随机性，信号在空间的传输具有较大的不确定性，对于传输性能通常无法预先获知。在大气信道中，温度的微小变化会使折射率产生微扰，这种现象被称为大气湍流。大气湍流是影响通信质量的主要因素，它对激光传输的最根本影响在于造成了传输光束相干性的退化。相干性的退化导致了传输光束许多物理量的随机变化，这些变化表现为相位起伏、到达角起伏、光强起伏等形式。这些随机变化对空间光通信链路中的信号光信息和信标光信息的传输、获取和处理过程的影响非常大，可能极大地降低通信质量。从某种角度来讲，空间光通信能否得到大规模的工程应用，很大程度上取决于大气湍流抑制技术能否得到有效突破。

空间光通信系统中通常使用直接检测方式。直接检测能有效测量入射到探测器上的光信号能量，但不能响应相位，仅能区分不同的强度，因此需要采用强度调制。最常用的数字强度调制形式为开-关键控(OOK)。OOK可以分解成简单的二进制开关脉冲调制形式，给定波长或给定时间段内可以有也可以没有光学脉冲，每个调制后比特位对应于这些开-关脉冲中的一个。在OOK中，二进制数据由每个T秒符号间隔中是否存在光脉冲来表示。根据准则：如果信息位为“1”，则发射激光脉冲；如果信息位为“0”，则不发射任何脉冲，这样就在发射机上将二进制信息序列直接映射成激光脉冲序列。因此，数据流中的“1”和发射机发射激光脉冲之间存在一一对应关系。

在使用OOK的大气光通信系统中，大气湍流会导致激光辐照度起伏，使得入射到探测器上的光信号强度忽高忽低，影响接收机的阈值判决，进而降低通信系统的可靠性。信道编码是一种常用的提高大气光通信系统性能的一项通信技术。利用合适的信道编码可以纠正因光强闪烁导致的在接收端的随机差错或突发差错，提高系统性能。由于大气湍流的相干时间在毫秒数量级，对于高速大气光通信系统来说，大气信道可以视为慢衰落信道，出现突发差错的概率较大。

在编码FSO系统中，用户信息首先进行信道编码，将用户比特映射为编码比特。信道编码通过在消息中引入冗余信息来帮助纠正接收信号中的误差。编码比特经交织后通过OOK调制器被映射为激光脉冲序列。生成的激光脉冲序列经大气衰落信道传输后经由光电管接收并检测，得到包含噪声的电信号，然后进行解调和解码。解调器接收有噪声的电信号，并生成发送符号的估计。解码器处理这些估计，得到用户信息的估计。

在编码FSO系统中，交织器是一个重要的器件，具有双重作用。首先，通过将按顺序写入交织器的编码比特乱序读出并传输，交织操作使同一码字中的不同比特分散在数据帧的不同位置，避免了因深度衰落而造成的同一码字中的多个比特判决错误，将突发差错转化为随机差错；其次，通过合理设置交织器的交织深度，可以使同一码字中的不同比特经历不同的信道衰落，这样可以使不同比特经历的衰落平均化，减弱深度衰落对通信质量的影响，获得一定的时域分集增益，这一点对于慢衰落信道下的通信意义重大。交织操作的缺点则在于在接收端，必须将一个数据帧的所有比特接收解调完毕后才能开始译码，带来很大时延，不利于实时通信。交织器的交织深度越深，其性能越好，带来的时延也越大。

发明内容

本发明实例解决的技术问题是提供一种基于序列检测和空间分集的编码FSO系统的实现方法。本发明无需使用编码FSO系统中常用的交织器，可以显著降低FSO系统的时延并获得一定的编码增益和分集增益，适用于实时通信系统。