[发明专利]一种用于空间相干激光通信的QPSK信号频偏估计方法

说明书

一种用于空间相干激光通信的QPSK信号频偏估计方法，通过四次方的方式对平衡探测后的ADC采样信号消除调制信息；对所述消除调制信息后的数据做少量点数FFT运算，得到信号频谱；对所述信号频谱的峰值处所对应的频率值除以4，得到初步频偏估计值Δf₁；使用初步频偏估计值Δf₁对采样信号做初步频偏补偿；通过查找表得到初步频偏补偿后的信号相位信息；对所述相位信息做差分运算，得到相邻符号相位差；对所述相位差进行处理，求得相位；通过求得的相位估算出残留频偏值Δf₂；最后使用所述频偏估计值Δf₂对初步频偏补偿后的信号二次频率补偿，得到最终频偏补偿后的信号。

技术领域

本发明涉及一种用于空间相干激光通信的QPSK信号频偏估计方法，属于激光通信技术领域。

背景技术

与微波通信相比，空间激光通信具有传输速率高、抗干扰能力强、终端体积小、功耗低、重量轻等特点，因此成为当前最具潜力的星间与星地高速通信技术发展方向之一。激光通信技术体制分为相干通信体制和非相干通信体制两大类。目前，空间激光通信的主用体制主要包括OOK调制/直接探测、PPM调制/直接探测两种非相干探测体制、PSK调制/相干接收探测。其中，OOK调制/直接探测体制接收解调技术简单，但探测灵敏度较低；PPM调制/直接探测体制带宽利用率低，不利于星间高速率、高灵敏度通信；PSK调制/相干探测体制具有较高的接收灵敏度和抗背景干扰能力，是高轨星间远距离高码率激光通信链路的首选。另一方面，按照国际认可的评价标准，激光链路的性能可以用通信速率乘以链路距离的平方进行表征：

Q＝R_b·L²

Q为链路性能，单位为Gbit/s·10⁶km²，R_b为通信速率，单位为Gbit/s，L为链路距离，单位为10³km²。当Q＞1000Gbit/s·10⁶km²时，选择相干激光通信体制更为合适；Q＜1000Gbit/s·10⁶km²时，可以选择相干通信体制，也可以选择非相干通信体制。但是对于高轨空间链路激光通信，Q＞100000Gbit/s·10⁶km²是必然的。

因此，基于未来的星间链路发展需求，综合相干通信体制比直接探测在码率扩展、探测灵敏度、抗背景光干扰能力等方面的优势，相干体制将是建设未来激光通信网络的重要方案。

随着高速高阶相干激光通信终端在轨实验取得圆满成功，验证了QPSK相干体制的激光通信，空间相干激光信号调制体制已从BPSK开始向QPSK转变。

空间相干激光通信系统如图1所示，在发射端，由窄线宽信号激光器产生的激光作为载波，经过电光调制器调制为QPSK信号，调制后的光信号经掺铒光纤放大器(EDFA)进行放大并由发射天线发送至自由空间信道。经过空间链路传输后，在接收端由接收天线接收到的光信号经窄带光滤波器滤除部分背景光噪声，随后信号光与本振光在2×4 90°光混频器中进行混频后输出的4路光信号经平衡探测后转换为2路电信号(同相I路和正交Q路电信号)。最后由ADC对两路电信号进行模数转换并送入DSP数据处理单元，在电域完成对激光通信信号的处理。由于接收光与本振光频率不一致，不能完美混频，从而存在频偏，在后续DSP数据处理单元中需对信号进行频率偏移估计及补偿。