空間分集光通信的信標(biāo)光切換設(shè)計

摘要：為了解決空間分集激光通信中信標(biāo)光同步快速切換的問題，提出一種使用FPGA實現(xiàn)陣列信標(biāo)光同步轉(zhuǎn)換設(shè)計，解決了基于分集激光通信中多路信標(biāo)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(qū)動時序，通過原理圖編程方式設(shè)計多路粗精信標(biāo)切換電路。實驗結(jié)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(biāo)光切換復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：信標(biāo)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，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(zhǔn)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(biāo)光，要求首先使用粗信標(biāo)光(光束發(fā)散角較大)進(jìn)行粗定位，定位后再使用精信標(biāo)光鎖定通信光的準(zhǔn)確位置。目前，激光通信通常使用兩套獨立的信標(biāo)光系統(tǒng)(分別是粗信標(biāo)光學(xué)系統(tǒng)和精信標(biāo)光學(xué)系統(tǒng))用于捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)，兩套系統(tǒng)使用同一的準(zhǔn)直光學(xué)天線發(fā)射。這種方法使激光的捕獲、跟蹤與瞄準(zhǔn)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(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，使信標(biāo)光切換成為捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)。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(shù)設(shè)計多路信標(biāo)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(jìn)電機推動聚焦透鏡壓縮粗信標(biāo)光發(fā)散角，實現(xiàn)粗信標(biāo)光到精信標(biāo)光轉(zhuǎn)換的目的。為實現(xiàn)分集光通信，設(shè)計了4路同步信標(biāo)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(jié)構(gòu)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，處理器使用Xilinx公司生產(chǎn)的Spartan3e系列XC3S500E，其片內(nèi)包含：

(1)片內(nèi)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(dá)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。