[发明专利]一种星间光通信载波频偏补偿电路及方法

说明书

本发明公开了一种星间光通信载波频偏补偿电路，包括光混频器、平衡探测器、分频器、第一乘法器、第二乘法器、锁相环路、声光移频器、本振激光器和频率补偿电路；通过锁相环路对接收光信号/本振信号的下变频后的中频信号进行解调时载波的精跟踪，并输出正弦电压信号驱动声光移频器，从而在一定的频率范围内使本振信号跟随接收光信号的载波频率；通过增加频率补偿电路对所述频偏信号以及锁相环路输出的反馈信号估计载波的频率偏移，然后根据频率偏移估计值计算频率偏移补偿信号以控制本振激光器，进行频率补偿，将频偏控制在锁相环路的范围内。本发明能够能够在无需预知轨道的条件下对光通信载波进行补偿以消除频偏，提高通信可靠性。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种星间光通信载波频偏补偿电路及方法。

背景技术

通信的目的是通过信道快速有效、安全准确地传输信息。卫星通信技术作为未来信息高速公路的重要组成部分，已经成为推动社会进步提高人类生活水平的重要力量。

随着对卫星间通信研究的逐渐深入，人们对数据速率的要求已经向数Gbps方向发展。因此，以激光为信息载体的相干光通信系统进入了人们的视线，以激光链路代替微波链路成为卫星通信发展的必然趋势。

激光具有高度相干性，频率高的特点，因此激光通信相对于微波通信具有带宽大，数据传输速率高的优点。激光通信具有可高达数百Gbps的通信能力，满足未来海量空间信息传输的需求。除此之外，采用激光为传输介质建立通信链路还具有发散角小，不易被截获，保密性高，光束能量弥散度小，能够进行超长距离的有效传输，通信终端体积小、质量轻、功耗低等若干优势，非常适合作为卫星通信的信息载体。

近地轨道(Low Earth Orbit，LEO)中的卫星作为地球观测过程的一部分，可积累大量的数据。这些数据需要实时地发送到地球上的地面站(Ground Station,GS)，以便于人们可以尽快地获得有用信息，例如：预测海啸或者地震等自然灾害的到来。然而，近地卫星的角速度远远大于地球的速度，与地面站的连接时间很短，难以实现实时的数据传输。需要通过地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)中的卫星将大量任务数据传送到指定地面站。

在LEO和GEO卫星之间的相干通信链路中，由于卫星的相对运动导致的多普勒频移和激光器的频率偏移是目前需要解决的重要问题。对于典型的LEO-GEO链路，估计的多普勒频移量大于+/-7GHz，同时激光器的微小漂移就可能造成信号光与本振光频率的频差变得非常大，可能达到数十GHz的量级。

与传统的直接强度调制(IM/DD)的激光通信相比，相干激光通信具有灵敏度高、速率快等优点，特别适合星间激光通信和弱信号光的探测。在相干体制下，二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying，BPSK)信号调制的零差接收机可实现理论上的最高灵敏度，是相干光通信研究的热点。

BPSK零差接收机要求本振光和信号光的相位严格同步，BPSK零差相干光接收机中的光锁相环不允许在没有补偿的情况下接收这样大的频率偏移信号，目前星间通信多采用在轨时刻估计多普勒频偏大小，对于激光器利用高精度的温度补偿电路控制温漂。

但是，现有的这种频偏补偿方式需要能够有预知轨道的条件下才能对光通信载波进行补偿以消除多普勒效应和激光器的温漂引起的频偏，若条件不足导致频偏估计不准确，将会导致误码率的上升，通信可靠性不高。

因此，在星间BPSK零差相干光接收机中亟需一种能够补偿多普勒效应和激光器漂移的全新方案。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种星间光通信载波频偏补偿电路及方法，能够在无需预知轨道的条件下对光通信载波进行补偿以消除多普勒效应和激光器的温漂引起的频偏，提高通信可靠性。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种一种星间光通信载波频偏补偿电路，包括：