[发明专利]一种空间相干光通信2PSK调制信号的载波同步方法及系统

说明书

本发明提供了一种空间相干光通信2PSK调制信号的载波同步方法，解决现有开环方式载波同步方法同步精度较低的问题。该方法包括以下步骤：1)接收到发射通信终端发射的光信号，与本振光信号接入光学混频器，再经光平衡探测器后转换成中频模拟电信号；2)将中频模拟电信号转换为中频数字信号，对中频数字信号和数字本振信号进行数字混频和滤波，得到基带信号；3)对基带信号采用非线性重构去调制处理，并对去调制后载波进行全相位FFT频谱分析；4)同步控制模块根据判决结果，判断当前本振激光器中心频率是否在搜索频率范围内；5)对载波进行相位跟踪，得到基带信号I_base和Q_base，Q_base绝对值小于等于载波锁定门限后，对I_base进行幅度判决，得到通信解调数据。

技术领域

本发明属于空间光通信技术领域，具体涉及一种空间相干光通信2PSK调制信号的载波同步方法及系统。

背景技术

随着移动通信应用场景的快速扩展，当前无线通信技术受限于带宽和容量，且只能在有地面基站覆盖的区域使用，无法满足未来覆盖空天地海的高速通信需要。此外，在特定的应用场合中，复杂电磁环境、小型化终端、安全保密通信等需求，也对无线通信技术提出了新的挑战。

空间相干光通信技术拥有丰富的频带资源，能在极窄的波束中实现长距离高速数据传输，同时在尺寸、重量和功率(Size、Weight and Power，SWaP)方面显著减小，保密性高，抗电磁干扰能力强，搭载天基、空基平台通信覆盖范围广，具有广泛的应用前景，得到了高度重视。为满足长距离传输的高灵敏度探测，空间相干光通信多采用低阶的2PSK调制方式。目前，相关研究组织已经过多次空间试验，验证了相干光通信技术的可行性。

相比传统的无线电通信，对于星载、机载等运动载体上的空间相干光通信,在载波时频域同步上的难度明显增加。由于光信号载频高，收发双方相对运动造成的多普勒频偏可达Ghz量级，解调前需完成大范围的载频搜索和快速捕获，同时获取较高精度的频偏估计值以落入载波锁相环的频率牵入范围。另外，高灵敏度解调需要实现载波相位的高精度同步。现有的光信号载波同步方法常采用开环方式，如VV、非线性最小均方误差(NLLS)等前向载波同步方法，对载波频率和相位偏差具有较大的动态范围，但单一的开环方式由于其自身特点往往存在同步精度低的问题。因此，迫切需要设计一种空间相干光通信2PSK调制信号的载波同步方法，以满足工程实现要求的动态范围大、跟踪精度高。

发明内容

为了解决现有开环方式载波同步方法同步精度较低的技术问题，本发明提供了一种空间相干光通信2PSK调制信号的载波同步方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种空间相干光通信2PSK调制信号的载波同步方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)接收到发射通信终端发射的光信号，与本振激光器产生的本振光信号一起接入光学混频器进行光学混频，再经过光平衡探测器后，转换成中频模拟电信号；

2)将所述中频模拟电信号转换为中频数字信号，对所述中频数字信号和数字本振产生的数字本振信号进行数字混频和数字滤波，得到基带信号；

3)对基带信号采用非线性重构去调制处理，并对去调制后的载波进行全相位FFT频谱分析,找到幅度谱最大值处的频率作为频偏估计频率，并用该最大值判决是否检测到有效载波，并将判决结果和频偏估计频率送入同步控制模块；

4)同步控制模块根据判决结果，判断当前本振激光器中心频率是否在搜索频率范围内，若在，根据频偏估计频率计算频偏估计值，并用该值初始化载波NCO步长，转入步骤5)；否则，调整本振激光器中心频率，返回步骤3)，直至完成整个搜索频率范围的搜索检测；