光谱幅度编/解码系统的光频码片带宽优化设计方法

摘要

本发明公开一种光谱幅度编/解码系统的光频码片带宽优化设计方法，属于自由空间光通信技术领域。本发明首先用线阵光电探测器数据采集卡与计算机接收和记录光谱幅度编码系统发射的激光信号，然后根据线阵光电探测器的各探测单元的输出信号强度直方图来计算优化的光频码片数目和各光频码片分得的子光频带。利用本发明可最大程度地保证每个光频码片对应的子信道的探测信噪比大小相等，从而避免浪费宽谱光源的输出功率，提升使用光谱幅度编/解码方法的自由空间光通信系统的性能。

主权项

光谱幅度编/解码系统的光频码片带宽优化设计方法，其特征在于，所需的系统结构和实施方法如下：光谱幅度编码系统由宽谱光源101、凸透镜102、凸透镜110、光谱光栅103、反射镜107、线阵电光液晶空间光调制器104、反射镜108、光谱光栅105、凸透镜111、凸透镜106、编码控制与驱动模块109组成；宽谱光源101输出的光信号A001经过凸透镜102和凸透镜110变换后，入射到光谱光栅103上，光谱光栅103对光信号A001进行分光，使不同频率的光信号分量在空间上发生分离，再经反射镜107反射后入射到线阵电光液晶空间光调制器104上，从线阵电光液晶空间光调制器104透射的光信号经反射镜108反射后入射到光谱光栅105上，光谱光栅105对各光频信号分量进行空间合并，合并后的光信号再经凸透镜111和凸透镜106变换后，最终发射到自由空间信道中；编码控制与驱动模块109与线阵电光液晶空间光调制器104相连，通过编码控制与驱动模块109可以控制线阵电光液晶空间光调制器104的各个像素A002的状态；光谱幅度解码系统由光学接收天线201、光谱分光模块202、凸透镜203、线阵光电探测器204、解码处理模块205、线阵光电探测器数据采集卡和计算机组成；光学接收天线201接收到的光信号经光谱分光模块202进行分光，使光学接收天线201接收到的光信号的各光频信号分量在空间上发生分离，空间上分离的各光频信号分量经凸透镜203变换后入射到线阵光电探测器204上，最后通过解码处理模块205完成解码工作；线阵电光液晶空间光调制器104的每个像素A002相当于一个开关，当一个像素A002处于“开通”状态时，入射到像素A002上的光频信号分量可以透过，当一个像素A002处于“闭合”状态时，入射到像素A002上的光频信号分量不能透过；通过为凸透镜102、凸透镜110、凸透镜203设计合适的焦距参数，使线阵电光液晶空间光调制器104的被光信号覆盖的像素个数和线阵光电探测器204的被光信号覆盖的探测单元的个数相等，从而使线阵电光液晶空间光调制器104的各像素和线阵光电探测器204的各探测单元形成一一对应的关系，即若将线阵电光液晶空间光调制器104的一个像素设置为“闭合”状态，就会导致与之相对应的线阵光电探测器204的探测单元的入射光频信号分量的强度为0；所述方法通过如下步骤实现：Step001：将光谱幅度编码系统和光谱幅度解码系统都安装在光学平台上；在光学平台上，将光谱幅度编码系统的凸透镜106和光谱幅度解码系统的光学接收天线201进行光轴对准，使光谱幅度编码系统发射的光信号能够进入光谱幅度解码系统中；Step002：使宽谱光源101发射光信号，同时编码控制与驱动模块109向线阵电光液晶空间光调制器104的每个像素都输出“开通”信号，使反射镜107反射的所有光频信号分量都从线阵电光液晶空间光调制器104透射过去；Step003：由线阵光电探测器数据采集卡和计算机对线阵光电探测器204的探测信号数据进行接收和记录，从而得到线阵光电探测器204的各探测单元的输出信号强度A003，将各探测单元的输出信号强度A003存放在一个数组H中；Step004：在计算机中执行如下步骤，以便确定光谱幅度编码系统的优化的光频码片数目N₁以及各个光频码片分得的子光频带：S004‑1：指定允许的最大光频码片数目N_max的大小，将N₁初始化为0；S004‑2：计算线阵光电探测器204的所有探测单元的输出信号强度之和S；S004‑3：找出数组H中值最大的元素A005在数组H中的序号i_max，元素A005的值写为H(i_max)；S004‑4：如果H(i_max)≥S/N_max，则将序号为i_max的线阵光电探测器204的探测单元的入射光频信号分量对应的子光频带分配给一个光频码片，同时执行N₁＝N₁+1并将变量M初始化为0，否则：①找出满足条件且i_max+m不超过线阵光电探测器204的探测单元个数的最大非负整数m，将其值保存在变量M中；②将序号为i_max、i_max+1、...、i_max+M的线阵光电探测器204的探测单元的入射光频信号分量对应的子光频带分配给一个光频码片，同时执行N₁＝N₁+1；S004‑5：执行i_s＝i_max+M+1，如果i_s大于线阵光电探测器204的探测单元个数，则转S004‑8；S004‑6：如果H(i_s)≥S/N_max，则将序号为i_s的线阵光电探测器204的探测单元的入射光频信号分量对应的子光频带分配给一个光频码片，同时执行N₁＝N₁+1并将变量M′初始化为0，否则：①找出满足条件且i_s+m不超过线阵光电探测器204的探测单元个数的最大非负整数m，将其值保存在变量M′中；②将序号为i_s、i_s+1、...、i_s+M′的线阵光电探测器204的探测单元的入射光频信号分量对应的子光频带分配给一个光频码片，同时执行N₁＝N₁+1；S004‑7：执行i_s＝i_s+M′+1，如果i_s大于线阵光电探测器204的探测单元个数，则转S004‑8；否则转S004‑6；S004‑8：执行i_s＝i_max‑1，如果i_s小于1，则转Step005；S004‑9：如果H(i_s)≥S/N_max，则将序号为i_s的线阵光电探测器204的探测单元的入射光频信号分量对应的子光频带分配给一个光频码片，同时执行N₁＝N₁+1并将变量M′初始化为0，否则：①找出满足条件且i_s‑m≥1的最大非负整数m，将其值保存在变量M′中；②将序号为i_s、i_s‑1、...、i_s‑M′的线阵光电探测器204的探测单元的入射光频信号分量对应的子光频带分配给一个光频码片，同时执行N₁＝N₁+1；S004‑10：执行i_s＝i_s‑M′‑1，如果i_s小于1，则转Step005，否则转S004‑9；Step005：对于前述步骤确定的每个光频码片，按从低频到高频的顺序，如果一个光频码片B001对应的所有线阵光电探测器204的探测单元的输出信号强度之和B002小于S/(2×N_max)，则：将光频码片B001与相邻的光频码片合并成为一个光频码片，选择所要合并的相邻光频码片的准则是，相邻光频码片对应的所有线阵光电探测器204的探测单元的输出信号强度之和B003最小，若光频码片B001只有一个相邻的光频码片，则与它的唯一的相邻的光频码片进行合并，执行N₁＝N₁‑1；经过上述步骤，即可得到优化的光频码片数目N₁，并为每个光频码片分配子光频带，从而完成每个光频码片的带宽设计；其特征还在于，由于线阵电光液晶空间光调制器104的各像素和线阵光电探测器204的各探测单元具有一一对应关系，因此在光谱幅度编码系统中，根据每个光频码片对应的线阵光电探测器204的探测单元序号可确定每个光频码片对应的线阵电光液晶空间光调制器104的像素序号，编码控制与驱动模块109在输出编码控制信号时，将每个光频码片对应的所有线阵电光液晶空间光调制器104的像素当作一个整体，即向同一光频码片对应的所有线阵电光液晶空间光调制器104的像素输出相同的编码控制信号；在光谱幅度解码系统的解码处理模块205中，先将每个光频码片对应的所有线阵光电探测器204的探测单元的输出信号强度累加在一起，再进行解码运算。