[发明专利]一种适用于M阶PPM调制的单光子通信的同步方法

摘要

本发明公开了一种适用于M阶PPM调制的单光子通信的同步方法。本发明提出的同步方法包括时隙同步方法、时钟同步方法和帧同步方法。包括步骤1).读取原始数据；2).添加帧同步码；3).M阶PPM调制；4).添加时隙同步头；5).激光器调制；6).单光子探测；7).时隙同步；8).时钟同步；9).帧同步；10).激光器解调；11).M阶PPM解调。本发明能够有效降低自然光噪声对通信质量的影响，同时还能解决由于接收端和发送端时钟相位不同步而导致的接收数据错误。

主权项

一种适用于M阶PPM调制的单光子通信的同步方法，它基于由发射控制器、激光器驱动器、激光器、发射光路、通道、接收光路、单光子探测器和接收处理器构成的装置实现，其特征在于包括以下步骤：1).发射控制器读取原始硬盘数据data00；2).在data00前添加帧同步码，帧同步码长度为Xbit，合并后的数据为data01；其中，X表示帧同步码长度；帧同步采用自相关性强的同步码；自相关性强的同步码具备如下特性：f(i,j)=Σi=0,j=t+ii=X,j=X+tx(i)*x(j)]]>式中，t为整数，表示i,j偏移量，i,j为帧同步码位置序号，x(i)、x(j)为在位置i，j时帧同步码取值；X表示帧同步码长度；f(i,j)为x(i)和x(j)乘加和；当t＝0时，f(i,j)取值最大；当t≠0时，f(i,j)取值快速减小；3).根据M阶PPM调制方式调制数据data01，得到数据data02；M阶PPM调制中，M取值范围为：M=2N0]]>其中N0为正整数，M为PPM调制的阶数；调制过程描述如下：调制将长度为N0的符号转化成一个长度为M的PPM符号序列，长度为M的PPM符号中只有一个时隙存在高电平有效信号，符号值所表示的十进制数即为信号在M序列的位置；4).在data02数据前添加时隙同步头，为了区别出调制数据，时隙同步头为连续M2个时隙有光脉冲信号，添加时隙头后的数据记为data03，其中，M2表示时隙同步头长度且M2>M；5).对data03进行激光器信号调制，激光器调制时，设置激光器工作频率为f0Hz，时隙频率f0/N Hz；一个时隙占用N个高电平有效信号，编号0～N‑1；在调制时隙同步信号时，将时隙头信号调制到编号0；在调制PPM信号时，将PPM信号调制到编号(N/2)取整数部分，其中f0为激光器工作频率，N为正整数；6).单光子探测器实时监测光路信号，单光子探测器工作频率与步骤5)中激光器工作频率一致，工作频率为f0Hz；单光子探测器记录时隙中连续高脉冲的个数；其中f0为激光器工作频率；7).当步骤6)中高脉冲个数超过阈值M3时，记为接收到时隙同步头，同时表明通信开始；否则，重复步骤6)，继续监听光路信号；当通信开始时，接收端开始存储通信数据，记为recv00；其中M3表示高脉冲个数；阈值取值根据实验环境进行调整，阈值M3<M2且M3>4；8).在步骤5)中，激光器调制时，PPM信号在编号为(INT)(N/2)的位置进行调制，其中(INT)(N/2)表示(N/2)取整数部分；利用信号在序列中的位置可以实现时钟同步，对数据recv00进行时钟同步处理后得到数据recv01；此过程称为时钟同步；同步过程描述如下：检查有效信号在时隙中的位置，当位置为(INT)(N/2)‑1时，数据右移；当位置为(INT)(N/2)+1时，数据左移，数据移位从而实现时钟同步；9).根据自相关算法校验数据recv01，查找到帧同步码，提取取出同步码后的数据recv02，帧同步码提取过程描述如下：将同步码与接收数据按照以下公式进行计算，计算结果与阈值比较，超过阈值则匹配成功；否则，继续进行下一组匹配；f(x,y)=Σi=0,j=ti=Nx,j=t+Nxx(i)*y(j),t∈[0~Ny-1]]]>式中，i为帧同步码位置序号；j为接收数据位置序号；x(i)为位置在i时帧同步码取值；y(j)为位置为j时接收数据取值；f(x,y)为帧同步码乘加和；t为求取f(x,y)时第一个接收数据所在的位置；Nx为同步码长度；Ny为一次通信包含的帧个数；10).激光器信号解调，根据步骤5)调制方式，对数据recv02解调得到数据recv03；11).M阶PPM信号解调，经过了时隙同步、时钟同步和帧同步后，M个时隙能够准确的排列在一个PPM符号内；此步骤对数据recv03直接提取PPM符号，得到数据recv04，对比数据data00和数据recv0；得到误码率。