本技术涉及可见光无线激光通信技术,特别是一种双偏振双孔径的多波长可见光无线激光通信系统。该系统由发射端数字信号处理模块和两组五波长激光发射模块组成,旨在提升通信效率和信号稳定性。
背景技术
当前新一代移动通信正朝着更高速率、更低时延、更大容量的方向发展,而当前无线通信的频谱资源十分拥塞。为了打造空天地海一体化的高速大容量立体通信网络,急需将无线通信拓展到更高的频段,如毫米波、太赫兹、红外、可见光、紫外等频段。可见光波长是380nm-760nm,频段是400THz-800THz的非授权频段,不受电磁辐射干扰,并且正好位于水下的传输窗口,具有高速传输的潜力,近年来正成为新的研究热点[1-3]。可见光通信的发射器分为非相干光源如发光二极管(Light-emitting diode,LED)和相干光源如激光器(Laser diode,LD)。相比于LED,LD具有相干性高、发散角小、功率高、光束集中、调制带宽大等优势,可见光激光通信(Visible light laser communication,VLLC)有望将新一代无线通信的速率和容量推向新的高峰[4]。
在过去十几年的研究中,可见光激光通信系统主要基于单波长点对点通信,只能实现10Gbps量级的速率,传输距离集中在10米以内的场景。在国外,2020年沙特阿卜杜拉国王科技大学(Jorge A.Holguin-Lerma等)基于480nm的蓝光激光器实现了0.38米的正交幅度调制信号传输,速率可达10.5Gbps[5]。2021年,英国牛津大学(William Matthews等)基于单个绿光激光器实现了3.45Gbps的开关键控信号传输[6]。在国内,2016年台湾工业技术研究院(I-Cheng Lu等)基于682nm激光器实现了11.1Gbps的1.2米短距离通信[7]。复旦大学(覃国津,卢芝蓝等)分别基于蓝光激光器和绿光激光器实现了6Gbps[8]和11.2Gbps[9]的100米长距离高速通信。
为了进一步提高通信系统的容量和频谱利用率,近两年研究者开始考虑将多发多收、波分复用、偏振复用技术引入VLLC系统。2023年印度古鲁-纳纳克德夫大学(AbhishekSharma等)结合偏振复用和多输入多输出技术,采用RGB三色激光器实现了60Gbps的信号传输[10]。2024年,英国剑桥大学(Cheng Chen等)基于10波长激光模块实现了105.36Gbps的无线室内通信[11]。在国内,2022年台湾阳明交通大学(Wahyu Hendra Gunawan等)基于波分复用和非正交多址接入系统实现了21.01Gbps的通信速率,但传输距离只能达到4米[12]。2023年,复旦大学(胡俊辉等)自行研制了集成的RGB发射模块,基于比特加载的离散多音调制技术实现了46.41Gbps的空间光通信[13]。2024年,复旦大学(周钰宁等)基于该RGB发射模块以及时域混合霍夫曼编码,在100米的远距离传输中实现了47Gbps的速率[14]。
综合以上文献,可以发现目前的可见光通信系统大部分仍然采用简单的点对点通信系统,并且是针对一维时间信号的传输,难以充分利用光波的各个自由度,包括波长、偏振态、相位、空间等维度,也难以从不同维度对信道进行观测,不利于传输容量和频谱利用率的提升以及应用场景的拓展。
实现思路