[发明专利]星间激光超宽带解调鉴相方法

说明书

本发明公开了一种星间激光超宽带解调鉴相方法，首先，遥测接口接收到星历信息，计算出两星初始多普勒频差，控制DAC输出电压信号反馈控制激光本振，使激光本振信号与光信号混频，控制两者频差在±200MHz内，具有残留载波的中频光信号经过平衡探测器的光电转换，产生两组IQ信号，一组IQ信号送入GTX高速收发器，完成高速信号的01判决等。本发明解决了传统鉴相方案受到ADC带宽限制的影响，基于四次方算法，利用超宽带信号的部分频段信息即可提取残余载波信号，而高效完成鉴相。

技术领域

本发明涉及激光通信技术领域，更为具体地，涉及一种星间激光超宽带解调鉴相方法。

背景技术

随着人们对激光技术掌握程度的不断提高，目前世界多国已经具备将其运用于星地通信中去的技术实力，相比传统微波通信而言，激光载波频率更高、HTJ能力更强、通信容量更大，理论上而言，激光通信可以同时传送1000万路电视节目和100亿路电话，在国内，激光通信技术已经运用于载人航天工程中去，未来还将用于第三代BD导航系统与星间多媒体SAT间的组网互联。

激光通信方案由光学与电学两部分组成，光学部分包括激光发生器、APT对准系统与平衡探测器的光电转换系统，用来将信息调制到激光载波上进行发送、接收、下变频、光电转换，电学部分由射频模块和基带模块组成，完成对电信号的二次下变频、环路捕获跟踪、基带信号处理功能。就目前的技术而言，电学部分存在两个技术难点，第一，由于SAT的相对运动的存在，且激光的频率高达数T赫兹，根据多普勒效应可以计算出两星间存在±9.8GHz大范围多普勒频偏，且多普勒变化率最大可达1.5MHz/s，接收端可以根据星历信息计算出初始频偏而调节光本振进行初始多普勒频率补偿，抵消激光载波与本振激光的频差，初始补偿后，由于激光本振的温漂特性，所以还剩下±200MHz残余频差，目前的技术方案经常失去锁定，第二个难点是带宽问题，在基带这块目前的方案都是利用高速ADC对中频信号过采样而实现的数据解调。

现有星间激光通信系统基带信号处理技术方案的缺点：

1.带宽低。现有的技术方案在基带处理部分采用ADC采样技术进行数据解调，这包括环路的鉴相、载波同步、符号同步、编码解码都是在数字域上进行的，根据奈奎斯特采样定律可知信号带宽必须小于等于1/2采样频率才能将数据不丢失地采集下来，这种传统接收机信号处理技术，最大的缺点是通信带宽严格受到ADC芯片采样率的限制，目前国内能够买到的ADC芯片的最快采样速率仅3Gsps，导致国内的HDRT设备目前最快能达到的通信速率还未突破1Gbps，目前国际上已经实现10Gbps的星间通信速率，想要超越该速率，利用传统ADC采样技术是无法做到的。

2.超高功耗。目前的方案是利用超高速ADC进行中频采样，这种超高速ADC芯片的功耗会很轻易地高达3W以上，处理采样后的超高速数字信号还会给FPGA带来极大地困难和功率消耗，所以说现有技术无疑会大大增加整个系统的功耗，目前国内已经做出来的宽带通信板卡功耗已经达到40W～50W，尺寸大、发热量高，不适合资源紧张的星上环境。

3、传统数字鉴相算法的局限性。为了补偿残余载波频偏，传统方案需要FPGA将高速ADC采集到的IQ信号进行鉴相运算处理，ADC的采样带宽要求为基带信号带宽的2倍以上，当通信带宽逐渐增加时，受器件本身条件约束，ADC的采样带宽已经无法满足需求，所以当通信速率达到10Gbps甚至20Gbps时，需要一种新的算法来实现鉴相。

4、集成度低。传统方案需要ADC+处理器+DAC的方案来完成基带处理和数据发送，通常高性能ADC、DAC外围电路和PCB设计非常复杂，需要占用大面积PCB尺寸和体积。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种星间激光超宽带解调鉴相方法，解决了传统鉴相方案受ADC带宽限制的影响，基于四次方算法，利用超宽带信号的部分频段信息即可提取残余载波信号，从而高效完成鉴相等功能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：