[发明专利]一种深空激光通信中的可变阶数及速率的PPM信号发射系统

说明书

本发明提供一种深空激光通信中的可变阶数及速率的PPM信号发射系统，包括任务模式控制单元、可变速率信号产生单元、编码单元、可变阶数PPM映射单元、驱动放大器、MZM光调制器、信号光激光器、EDFA光放大器、光学天线。本发明通过设定不同任务模式，改变PPM信号发射系统的信号速率阶调制阶数，实现不同深空应用场景下的稳定PPM信号的激光通信，采用可变速率及调制阶数方式，摒弃传统深空探测任务中通信信号体制及速率固化的思想，无需针对不同任务重新开展信号发射系统的二次研发及多载荷搭载，有效的减少了载荷搭载数量，可广泛应用于月球探测、火星探测及小行星探测、太阳系边际探测器等深空探测器中，并且可用于不同调制阶数及速率的通信性能对比分析。

技术领域

本发明涉及电通信技术领域，具体涉及一种深空激光通信中的可变阶数及速率的PPM信号发射系统。

背景技术

我国已前后展开了月球探测和火星探测任务，以“嫦娥四号”任务及“天问一号”任务的圆满成功为标志，我国深空探测领域的将不断扩展，向着更广阔的太阳系空间进行探索，目标瞄准更加遥远的木星、天王星等太阳系星体乃至更远的太阳系边际探测。由于深空链路距离长、衰减大，目前通过微波技术实现深空探测器的高速通信技术难度大、成本高。激光通信链路具有通信速率高、方向性强、保密性好、抗扰性优、组网灵活以及终端体积小、重量轻、功耗低等特点，相比于微波通信，其传输速率和作用距离提升显著，可适应未来深空探测活动对高速通信、超远距离传输等需求。

PPM脉冲相位调制是一种正交的高能效比的调制技术，由脉冲所处时隙的不同位置传递信息，具有较强的信道抗干扰能力。在峰值功率和平均功率受限的深空链路中，PPM调制比OOK调制具有更高的平均发射功率，能够以最小的光功率损耗获得最大的信息传输速率，因此在超远距离的深空通信信道中，PPM是一个十分理想的选择。

在先技术一，文献(D.O.Caplan,J.J.Carney,R.E.Lafon,et al.Design of a40Watt 1.55μm Uplink Transmitter for Lunar Laser Communications[C].Proc.ofSPIE,2012,8246:82460M；Boroson D M,Robinson B S,Murphy D V,et al.Overview andResults of the Lunar Laser Communication Demonstration[C].Proc.of SPIE,2014,8971,89710S)中，美国NASA的LLCD月球激光通信演示验证试验实现了距离380000km、下行(16PPM)速率622Mbit/s和上行(4PPM)速率20Mbit/s月地激光通信。该项目地面发射系统的调制体制为4PPM、速率20Mbit/s，星上发射系统调制体制为16PPM、速率622Mbit/s，无法实现信号速率的改变及调制阶数的改变。

在先技术二，文献(Zoran Sodnik,Clemens Heese,Pantelis-Daniel Arapoglou,et al.European Deep-Space Optical Communication Program[C].Proc.of SPIE,2018,10524:105240Q)中，欧空局ESA计划实施相应深空激光通信试验项目，主要包括DOCS(theDeep-space Optical Communication System)，旨在演示超过1AU距离条件下实现速率为10Mbit/s、调制体制为16PPM的下行通信，但是其PPM信号发射系统无法实现信号速率的改变及调制阶数的改变。

以上技术有已经实现了的PPM信号的深空激光通信，也有计划实施中的PPM信号的深空激光通信，但是都无法实现其发射PPM信号的调制阶数及速率的灵活变化。

发明内容