微波信号在空间光通信系统中的传输

采用ITU(国际电信联盟)推荐的Ka波段为星间微波链路的通信频段,设计了采用激光链路透明传输微波信号的系统方案,包括直接微波信号传输和微波信号变频传输的两种方案.并指出了实现该目标的基本条件,即采用大功率、高光束质量的DPSSL(半导体激光器抽运固体激光器)为光发射机的光源,以及光发射机调制器的最佳选择是宽带LiNbO3波导调制器.     

用于卫星通信的一类UQPSK载波恢复算法及其性能的研究

非平衡QPSK(UQPSK)是通过对QPSK载波的两个正交分量分配不同的功率,以达到同时传输两种不同类型及速率的二进制比特流数据的一种调制模式,现在主要用于卫星数字通信,如跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)以及全球定位系统(GPS).本文针对TDRSS的S波段前向链路采用的UQPSK直接序列扩频调制,提出其中频载波恢复算法的改进设计,并给出了全数字化方案的性能和理论分析.最后基于FPGA实现的方案及性能证明了算法的有效性.     

星载单通道单脉冲自跟踪系统设计

对中继卫星的捕获跟踪是建立星间数据链路首要前提,星载自跟踪系统有着广泛的应用前景。针对Ka频段波束窄、星载设备小型化要求高等特点,提出了星载自跟踪系统设计方案。方案采用单通道单脉冲方式,利用TE21模馈源技术从天线获取自跟踪信号,通过微波前端模块将信号调制、合并为单通道,然后在捕获跟踪接收机中提取误差角度,实现天线角度的精确跟踪。经过链路分析,证明系统设计有效可行。根据方案研制出原理样机并进行了试验验证,跟踪精度在X、Y方向优于±0.05°,满足星间链路跟踪精度要求。     

中继卫星资源调度问题研究现状与展望

随着跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)的发展以及中继应用需求的增加,其资源调度成为决定系统性能的关键因素之一.分析了包括描述方法、活动与资源、约束条件等在内的中继卫星资源调度问题基本内涵,研究了目前中继卫星资源调度的数学模型和实现算法,比较了不同数学模型和实现算法的优缺点.针对未来卫星激光和微波链路联合组网的发展趋势,提出了基于多终端-多节点及基于资源故障的激光/微波混合链路中继卫星资源调度的基本方法.     

TDRSS多模式调制器设计及关键指标分析

TDRSS多模式调制器可产生多种模式的调制信号,在工程中具有较大的实际应用价值.对跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)信号形式进行了简单分析,针对多模式调制器的设计,介绍了硬件平台的选择、FPGA内的设计实现,并重点分析了几项关键指标.     

全双工光载无线通信链路模型研究

提出了一个新的全双工光载无线通信链路模型。方案的下行链路采用两个马赫曾德尔调制器级联以产生六倍频毫米波;采用单边带调制,有效防止了码元走离现象,提高了传输距离;上行链路复用了下行链路中的一阶光边带以作为上行基带信号的载波,从而无需在基站中额外配置激光源;采用延时零拍法解调,减少了对毫米波本地振荡器的需求,降低了系统的成本。仿真结果表明,所提出的全双工模型中,仅用10 GHz频率的调制信号就能产生60 GHz的毫米波,大大降低了调制信号频率,且下行链路传输距离可达250 km,而上行链路传输距离大于300 km。     

相位调制微波光传输链路特性分析（特邀）

常规的微波光子系统采用强度调制方式实现微波信号的电光转换,由于调制器采用马赫-曾德尔干涉结构(MZI),系统性能不仅受到自身正弦响应特性的制约,而且需要进行偏置点控制,因此存在动态范围受限、系统控制复杂以及3 dB固有损耗带来的效率不足的问题,而采用相位调制可避免该问题。围绕相位调制光传输链路,为了完成相位调制信号的光电解调,文章提出采用薄膜滤波器通过边带抑制与边带选通两种方式实现相位调制到强度调制的转换,并分析了链路射频性能与器件参数之间的映射关系。实测对比了相位调制与常规强度调制链路之间的传输特性,通过分析可知,在相同链路配置条件下,相位调制链路具有更高的传输效率,而且光滤波带来的均衡作用,使得相位调制链路的3 dB带宽比强度调制链路大两倍。     

全光自由空间光通信中继协作方案的研究

提出了一种结合副载波强度调制直接探测技术和全光放大转发中继的自由空间光通信(FSO)系统的基本结构,考虑背景噪声和放大自发辐射噪声对系统性能的影响,建立了Gamma-Gamma湍流模型下的全光通信系统模型。提出了两种中继协作方案,即全活跃中继方案与选择中继方案,基于相应的方案给出功率分配方式,仿真对比了中继辅助传输链路与直传链路的中断概率,以及在不同信道参数及中继数下采用这两种方案的系统中断概率。结果表明,中继传输能够明显改善链路的性能,选择中继方案优于全活跃中继方案。     

标准化星间激光通信链路接口模型设计方法

在星间数据交换过程中,同时传输不同类型的数据会对系统性能产生较大影响。为统一传输制式,提高数据传输效率,提出星间激光链路接口模型。在星间激光链路接口模型中,针对节点卫星数据处理转发效率低的问题,设计数据帧调整单元整合不同信源的数据;针对空间信道随机错误对系统性能影响较大的问题,添加链路传输处理单元提高激光链路传输的可靠性。研究了星间激光链路接口模型在中继卫星系统与分布式卫星系统中的实现方法。结果表明,采用星间激光链路接口模型后系统传输效率提升了49.93%,纠错性能提升了3.01 dB。     

星间激光链路数据中继技术研究进展

基于高性能激光链路构建高速安全的数据中继卫星系统可为不同轨道、不同功能的对地观测卫星和用户航天器提供大容量、无缝隙的数据中继服务,在军事和民用领域均具有广泛的应用前景。以欧洲为代表的发达国家相继开展了星间激光链路数据中继技术的理论研究和星上演示验证,并启动了相应的工程验证计划。综述了国内外星间激光链路数据中继技术的研究现状,对几种典型激光链路数据中继卫星系统,着重研究了系统结构、激光终端及模拟验证实验。最后,分析了数据中继卫星激光链路组网中着重关注的几个方向。     

外调制微波光子链路性能研究

针对外调制方式工作的微波光子链路,建立了链路的小信号分析模型,理论仿真了调制器输入光功率及调制器直流偏置点对链路增益、噪声系数和线性动态范围的影响。理论仿真与实验结果表明,适当增大调制器输入光功率以及使调制器工作在最佳线性偏置点,可提高链路增益和线性动态范围,同时降低链路噪声系数。该研究为优化外调制微波光子链路性能提供了有益参考。     

空间激光通信高速多制式光调制技术

空间激光通信调制技术以幅度调制和相位调制为主,单一通信终端只能适应特定的调制格式,灵活性较差,存在星间链路组网应用的局限性。文章基于数字处理的光调制技术,采用LiNbO₃晶体正交相位调制器,结合闭环偏压控制算法,实现了光调制格式、调制速率可变的星载光调制器,并针对空间应用对幅度调制和相位调制方式进行了优化,最大化光纤放大器效率。该技术硬件实现了625Mb/s~5Gb/s通信速率分档可调,OOK,BPSK和QPSK调制格式可变,发射EVM优于9%,实际引入灵敏度损耗小于1dB。该调制器已经完成所有空间环境试验,可广泛适用于各种体制的激光通信终端,进行星地、星间激光通信建链。同时,该调制器具备模拟调制的功能,可实现星间微波光子信号的透明转发。     

毫米波矢量调制器及其在有源相控阵天线中的应用

矢量调制器芯片作为一种可以同时对载波进行相位和幅度调制的新型电路,能够替代传统的数字移相器和数字衰减器用在有源相控阵系统中.先设计了一款工作在Ka波段毫米波单片矢量调制器,在片测试结果显示可以实现- 12～-40 dB的幅度调制与360°的相位调制.然后设计了一个Ka波段1×8阵有源相控阵天线,改变矢量调制器的控制电压...     

外调制宽带外差光相干传输链路的构建

设计了外调制微波外差相干模拟光传输链路.对比分析了外调制外差相干传输链路和外调制直接检测传输链路的性能,对影响链路的关键参数进行了分析,数值分析结果表明,该链路达到了设计要求.

Abstract：

Heterodyne amplitude modulated coherent link is very importmant to produce and transmit high speed microwave signal in wide-band optical transmission system.The performances of wide-band optical coherent link and direct detect link with external modulator are compared and the main parameters are analyzed in detail.Then an amplitude modulation optical coherent transmission system is designed to be used in analog transmission system.     

基于相位调制器的宽带窄线宽的线性调频激光源的产生

提出了一种基于相位调制器(PM)和可调谐光滤波器产生线性调频激光信号的方法。该方法利用带有基频的微波线性调频信号作为相位调制器的驱动信号,窄线宽的激光种子源经相位调制器调制后产生一系列的宽带线性调频激光信号。通过可调谐光滤波器抑制其他边带保留所需阶次的线性调频激光信号。实验结果表明:当光滤波器保留正二阶调频激光信号时,获得了调频带宽为2 GHz、调频速率为6 THz/s的线性调频激光信号。在观测时间为1 ms时,测得的线性调频激光信号的瞬时线宽为3.2 kHz。该方法结构简单,易于实现,并且对调频连续波激光雷达、相干光谱分析等测量应用有重要意义。     

基于光纤干涉仪的相位调制器半波电压的测量

基于相位调制干涉仪解调微波光链路的数学模型 ,提出了通过链路的S21增益峰值计算得到相位调制器半波电压的方案。 实验表明,此方法测得的相位调制器半波电压和厂家提供的数据相符合。把测得的相位调制 器半波电压应用在实际的光链路系统,增益仿真曲线和实验结果也相吻合 。在实验中,实现调制信号相位-幅度转换的光纤干涉仪由2个保偏 耦合器加特定跳线构成。实验结果表明,本文方案是一种结构简单、操作容易且具较高实 用价值的相位调制器半波电压测量方法。     

一种新型感性有源可变调制相加器

用负反馈扩展频带是目前国内外广泛采用的、行之有效的办法。在研制微波调相器的调制相加器时发现,用本文提出的感性有源可变调制相加器是扩展频带的另一有效办法。就增益带宽积而论,后者比前者大得多。 本文提出的调制相加器,就带宽、无失真输出电压和对组合波的抑制而言,比美国Motorola公司研制的Goddard跟踪系统的指标高得多。用流图理论详细地分析了它的性能,并得出了一系列有用的公式。理论分析和实验曲线相当吻合。整个电路比较简单,并能在40+85℃温度范围内稳定可靠地工作。     

单通带微波光子滤波器泵浦响应性能研究

基于受激布里渊散射效应和相位调制技术,实现了可调谐单通带微波光子滤波.单泵浦信号时,滤波器的频率调谐范围为0.5GHz~18.3GHz.采用一个激光器,通过外加在强度调制器上的微波信号强度调制得到泵浦信号时,滤波系统的稳定性优于两个激光器分别作光载波和泵浦信号的系统.当采用频率间隔为布里渊频移两倍的双泵浦信号时,滤波器的频率调谐范围为0.9GHz~31.3GHz.     

Microwave/millimeter-wave frequency subcarrier lightwavemodulations based on self-sustained pulsation of laser diode

A method of subcarrier lightwave modulation based on the self-sustained pulsation (SSP) of laser diodes is presented. The tunable microwave/millimeter-wave frequency subcarrier is generated by the laser diode itself under proper DC biases. The subcarrier is frequency-modulated when the DC bias is superimposed with a small AC signal. No external modulation is needed. A theoretical analysis based on a double-section laser diode reveals that Hopf bifurcation is the origin of SSP. Theoretical calculations also show that the modulator has the potential of generating subcarriers up to 100 GHz by proper control of the device parameters V-channeled substrate inner-stripe (VSIS) GaAlAs laser diodes were used to generate 1-7-GHz SSP subcarriers. A preliminary subcarrier multiplexing (SCM) experiment demonstrated the transmission of 1-GHz modulation and video signals on a readily FM-modulated 6.3-GHz SSP subcarrier