空間分集光通信的信標光切換設計
摘要:為了解決空間分集激光通信中信標光同步快速切換的問題,提出一種使用FPGA實現(xiàn)陣列信標光同步轉換設計,解決了基于分集激光通信中多路信標光同步快速切換的問題。在此使用卡諾圖編程方式,生成電機驅動時序,通過原理圖編程方式設計多路粗精信標切換電路。實驗結果表明,該方法實現(xiàn)了分集激光通信中多光路的協(xié)同工作,并有效地簡化了傳統(tǒng)信標光切換復雜的系統(tǒng)結構。
關鍵詞:信標光切換;分集技術;大氣激光光通信;FPGA
0 引言
大氣激光通信作為一種新型的通信手段,其具有速率高、抗干擾和保密性強等特點,世界各國都將其作為未來無線通信發(fā)展的一個重要研究方向。在光通信中,捕獲、跟蹤與瞄準是建立通信鏈路必不可少的組成部分,其中為了能夠快速捕獲到信標光,要求首先使用粗信標光(光束發(fā)散角較大)進行粗定位,定位后再使用精信標光鎖定通信光的準確位置。目前,激光通信通常使用兩套獨立的信標光系統(tǒng)(分別是粗信標光學系統(tǒng)和精信標光學系統(tǒng))用于捕獲、跟蹤和瞄準,兩套系統(tǒng)使用同一的準直光學天線發(fā)射。這種方法使激光的捕獲、跟蹤與瞄準成本與器件數(shù)量增加,系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。對于抑制大氣湍流對激光通信的影響方面,分集光通信技術被廣泛使用,然而分集光通信由于其多輸入/多輸出的特點,使信標光切換成為捕獲、跟蹤和瞄準的關鍵技術。利用分集通信手段可以有效降低系統(tǒng)的誤碼率,提高信道容錯能力,降低大氣湍流對光束的影響。本文基于分集技術設計多路信標光同步切換電路,實現(xiàn)了原本多套激光器實現(xiàn)的功能,同時保證多光束能夠同步切換。這里提出使用步進電機推動聚焦透鏡壓縮粗信標光發(fā)散角,實現(xiàn)粗信標光到精信標光轉換的目的。為實現(xiàn)分集光通信,設計了4路同步信標光切換系統(tǒng),用于激光通信發(fā)射分集。試驗證明該系統(tǒng)具有通用性強、可擴展好和可靠性高的特點。
1 系統(tǒng)結構
系統(tǒng)結構如圖1所示,處理器使用Xilinx公司生產的Spartan3e系列XC3S500E,其片內包含:
(1)片內集成10 476個邏輯單元(Logic Cell);
(2)2個專用乘法器;
(3)20個RAM塊共360 Kb,72 Kb分布式RAM;
(4)4個DCM(數(shù)字時鐘管理單元);
(5)多達232個用戶可配置I/O口,最多92個差分I/O對。
配置芯片選擇Xilinx 4 Mb Platform FLASH配置芯片XCF04。
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