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(wèn)題，提出一種使用FPGA實(shí)現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(wèn)題。在此使用卡諾圖編程方式，生成電機驅動(dòng)時(shí)序，通過(guò)原理圖編程方式設計多路粗精信標切換電路。實(shí)驗結果表明，該方法實(shí)現了分集激光通信中多光路的協(xié)同工作，并有效地簡(jiǎn)化了傳統信標光切換復雜的系統結構。
關(guān)鍵詞：信標光切換；分集技術(shù)；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(diǎn)，世界各國都將其作為未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展的一個(gè)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(jìn)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(分別是粗信標光學(xué)系統和精信標光學(xué)系統)用于捕獲、跟蹤和瞄準，兩套系統使用同一的準直光學(xué)天線(xiàn)發(fā)射。這種方法使激光的捕獲、跟蹤與瞄準成本與器件數量增加，系統穩定性下降。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(shù)被廣泛使用，然而分集光通信由于其多輸入／多輸出的特點(diǎn)，使信標光切換成為捕獲、跟蹤和瞄準的關(guān)鍵技術(shù)。利用分集通信手段可以有效降低系統的誤碼率，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(shù)設計多路信標光同步切換電路，實(shí)現了原本多套激光器實(shí)現的功能，同時(shí)保證多光束能夠同步切換。這里提出使用步進(jìn)電機推動(dòng)聚焦透鏡壓縮粗信標光發(fā)散角，實(shí)現粗信標光到精信標光轉換的目的。為實(shí)現分集光通信，設計了4路同步信標光切換系統，用于激光通信發(fā)射分集。試驗證明該系統具有通用性強、可擴展好和可靠性高的特點(diǎn)。

1 系統結構
系統結構如圖1所示，處理器使用Xilinx公司生產(chǎn)的Spartan3e系列XC3S500E，其片內包含：

(1)片內集成10 476個(gè)邏輯單元(Logic Cell)；
(2)2個(gè)專(zhuān)用乘法器；
(3)20個(gè)RAM塊共360 Kb，72 Kb分布式RAM；
(4)4個(gè)DCM(數字時(shí)鐘管理單元)；
(5)多達232個(gè)用戶(hù)可配置I／O口，最多92個(gè)差分I／O對。
配置芯片選擇Xilinx 4 Mb Platform FLASH配置芯片XCF04。