【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光通信，尤其涉及一种分布式光纤通感一体系统及实现方法。
技术介绍
1、随着通信网的不断发展，通信系统和感知系统在硬件、信息处理上高度趋同。在继承现有光纤网络架构的基础上，探索推动传感设备与通信设备融合发展，实现通信信号与传感信号混合传输、互为利用，实现通信感知一体化，是提升传感测量距离和精度、节约网络纤芯资源、降低运维成本的最佳技术路径，成为近年来的研究趋势及热点。分布式光纤通感一体系统将光纤通信与光纤传感技术无缝融合，为信息传输和环境感知提供了新的可能性。
2、申请人发现，现在的分布式光纤通感一体系统在强噪声干扰环境下感知信号信噪比受限，感知性能不理想。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，有必要提出一种分布式光纤通感一体系统以解决或部分解决上述问题，本专利技术提出的技术方案如下：
2、一种分布式光纤通感一体系统，包括发送端、感知接收端、通信接收端和传输链路单元，其中：
3、所述发送端，用于将原始业务信号调制在相位上形成psk通信信号；还用于生成两路存在波长间隔的lfm光信号；还用于以一路lfm光信号为载波，嵌入psk通信信号生成lfm-psk通感一体化光信号；还用于将所述lfm-psk通感一体化光信号及另一路lfm光信号耦合后发送给所述传输链路单元；
4、所述感知接收端，用于对接收的所述lfm-psk通感一体化光信号和经所述传输链路单元返回的瑞利散射信号进行匹配滤波，以检测分析传输光纤的相位信息的变化，从而分辨出所述传输
5、所述通信接收端，用于将接收的所述lfm-psk通感一体化光信号及所述另一路lfm光信号就行外差相关检测，以还原psk通信信号，再基于所述psk通信信号获取所述原始业务信号。
6、进一步的，所述传输链路单元可以包括分光器、环行器、传输光纤和振动器，所述分光器的输入端与所述发送端相连，所述分光器的两输出端分别与所述环行器的输入端、所述感知接收端相连；所述环行器的两个输出端分别与所述传输光纤、所述感知接收端相连；所述传输光纤的另一端还与所述通信接收端相连，所述振动器对靠近所述通信接收端的传输光纤进行振动以产生瑞利散射信号经所述传输光纤、所述环形器返回至所述感知接收端。
7、进一步的，所述发送端可以包括依次连接的激光器、马赫曾德尔调制器、波长选择开关、第一光放大器、相位调制器、第二光放大器和耦合器，所述发送端还包括任意波形发生器，所述任意波形发生器用于产生lfm电信号至所述马赫曾德尔调制器，用于产生psk电信号至所述相位调制器；所述波长选择开关的另一个输出端直接与所述耦合器相连。
8、进一步的，所述马赫曾德尔调制器输出为lfm光信号，所述相位调制器的输出为所述lfm-psk通感一体化光信号，所述lfm光信号的表达式为：
9、
10、其中，as为信号幅度，fi为lfm光信号的载波频率，k为调频斜率，t为频率变化周期；所述lfm-psk通感一体化光信号表达式为：
11、
12、其中，m表示psk调制阶数，ai代表psk符号。
13、进一步的，所述感知接收端至少包括：匹配滤波器、第一示波器，所述匹配滤波器的一个输入端与环行器连接，另一个输入端与所述分光器连接，所述匹配滤波器的输出端与第一示波器连接。
14、进一步的，所述感知接收端还包括第三光放大器、第一光带通滤波器，所述第三光放大器的输入端与所述环行器连接，输出端与所述第一光带通滤波器连接；所述第一光带通滤波器的输出端与第一示波器连接。
15、进一步的，所述通信接收端至少包括第四光放大器、第二光带通滤波器、相干接收机和第二示波器，其中：第四光放大器的输入端与传输光纤连接，输出端与所述第二光带通滤波器连接；所述第二光带通滤波器的输出端与相干接收机的输入端连接，所述相干接收机的输出端与第二示波器连接。
16、进一步的，所述通信接收端还包括相互连接的偏振片和可调衰减器，所述偏振片的输入端与第四光放大器的输出端连接，所述可调衰减器的输出端与第二光带通滤波器的输入端连接。
17、进一步的，所述相干接收机用于接收lfm-psk通感一体化光信号及所述另一路lfm光信号，将所述另一路lfm光信号作为参考光实现外差相干检测，并移除lfm-psk通感一体化光信号中作为载波的lfm光信号，以得到psk通信信号。
18、另一方面，本专利技术还公开了一种分布式光纤通感一体系统实现方法，包括：
19、将原始业务信号调制在相位上形成psk通信信号；
20、生成两路存在波长间隔的lfm光信号；
21、以一路lfm光信号为载波，嵌入psk通信信号生成lfm-psk通感一体化光信号；
22、将所述lfm-psk通感一体化光信号及另一路lfm光信号耦合后发送给传输链路单元；
23、感知接收端对接收的所述lfm-psk通感一体化光信号和经所述传输链路单元返回的瑞利散射信号进行匹配滤波，以检测分析传输光纤的相位信息的变化，从而分辨出所述传输光纤的振动强度和频率；
24、通信接收端将接收的所述lfm-psk通感一体化光信号及所述另一路lfm光信号就行外差相关检测，以还原psk通信信号，再基于所述psk通信信号获取所述原始业务信号。
25、基于上述技术方案，本专利技术较现有技术而言的有益效果为：
26、本专利技术通过数字信号处理(digital signal process，简写为：dsp)将业务信息调制在相位上，形成相移键控(phase shift keying，简写为：psk)通信信号。同时生成线性调频波形(linear frequency modulation，简写为：lfm)作为传感探针，以lfm波形作为载波，通过改变lfm光信号的相位来嵌入通信信号，生成lfm-psk通感一体化光信号。通信接收端使用相干接收检测lfm-psk光信号，然后移除lfm载波并解调psk通信信号完成高速率高频谱效率信息传输。感知接收端从传输链路单元接收到瑞利散射信号后，使用相干检测分离出光纤振动导致的相位变化分量，检测震动的强度和频率，实现分布式感知。
27、lfm-psk通感一体化光信号是一种集成波形，可在同时同波长同偏振下实现通信和传感功能，不需要额外开销，可以直接套用于现有的光纤系统中。对于光纤通信而言，lfm光信号是一种线性频率调制技术，对其搭载的相位调制信号干扰很小，因此可以采用高阶相位调制实现更高的传输速率和频谱效率。对于光纤感知而言，与未加载通信信号的lfm信号相比，psk通信信号的引入会令lfm信号更接近随机信号，使散射信号经过自相关处理后的峰值旁瓣比增加。相比于现有技术而言，本系统在强噪声干扰环境下感知信号信噪比更高，感知性能更好。
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1.一种分布式光纤通感一体系统，其特征在于，包括发送端(10)、感知接收端(20)、通信接收端(30)和传输链路单元(40)，其中：
2.如权利要求1所述的分布式光纤通感一体系统，其特征在于，所述传输链路单元(40)包括分光器(41)、环行器(42)、传输光纤(43)和振动器，所述分光器(41)的输入端与所述发送端(10)相连，所述分光器(41)的两输出端分别与所述环行器(42)的输入端、所述感知接收端(20)相连；所述环行器(42)的两个输出端分别与所述传输光纤(43)、所述感知接收端(20)相连；所述传输光纤(43)的另一端还与所述通信接收端(30)相连，所述振动器对靠近所述通信接收端(30)的传输光纤(43)进行振动以产生瑞利散射信号经所述传输光纤(43)、所述环形器返回至所述感知接收端(20)。
3.如权利要求1所述的分布式光纤通感一体系统，其特征在于，所述发送端(10)包括依次连接的激光器(11)、马赫曾德尔调制器(12)、波长选择开关(13)、第一光放大器(14)、相位调制器(15)、第二光放大器(16)和耦合器(17)，所述发送端(10)还包
4.如权利要求3所述的分布式光纤通感一体系统，其特征在于，所述马赫曾德尔调制器(12)输出为LFM光信号，所述相位调制器(15)的输出为所述LFM-PSK通感一体化光信号，所述LFM光信号的表达式为：
5.如权利要求1所述的分布式光纤通感一体系统，其特征在于，所述感知接收端(20)包括：匹配滤波器(23)和第一示波器(24)，所述匹配滤波器(23)的一个输入端与环行器(42)连接，另一个输入端与所述分光器(41)连接，所述匹配滤波器(23)的输出端与第一示波器(24)连接。
6.如权利要求5所述的分布式光纤通感一体系统，其特征在于，所述感知接收端(20)还包括第三光放大器(21)和第一光带通滤波器(22)，所述第三光放大器(21)的输入端与所述环行器(42)连接，输出端与所述第一光带通滤波器(22)连接；所述第一光带通滤波器(22)的输出端与第一示波器(24)连接。
7.如权利要求1所述的分布式光纤通感一体系统，其特征在于，所述通信接收端(30)包括第四光放大器(31)、第二光带通滤波器(32)、相干接收机(33)和第二示波器(34)，其中：第四光放大器(31)的输入端与传输光纤(43)连接，输出端与所述第二光带通滤波器(32)连接；所述第二光带通滤波器(32)的输出端与相干接收机(33)的输入端连接，所述相干接收机(33)的输出端与第二示波器(34)连接。
8.如权利要求7所述的分布式光纤通感一体系统，其特征在于，所述通信接收端(30)还包括相互连接的偏振片(35)和可调衰减器(36)，所述偏振片(35)的输入端与第四光放大器(31)的输出端连接，所述可调衰减器(36)的输出端与第二光带通滤波器(32)的输入端连接。
9.如权利要求7所述的分布式光纤通感一体系统，其特征在于，所述相干接收机(33)用于接收LFM-PSK通感一体化光信号及所述另一路LFM光信号，将所述另一路LFM光信号作为参考光实现外差相干检测，并移除LFM-PSK通感一体化光信号中作为载波的LFM光信号，以得到PSK通信信号。
10.一种分布式光纤通感一体系统实现方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤通感一体系统，其特征在于，包括发送端(10)、感知接收端(20)、通信接收端(30)和传输链路单元(40)，其中：
2.如权利要求1所述的分布式光纤通感一体系统，其特征在于，所述传输链路单元(40)包括分光器(41)、环行器(42)、传输光纤(43)和振动器，所述分光器(41)的输入端与所述发送端(10)相连，所述分光器(41)的两输出端分别与所述环行器(42)的输入端、所述感知接收端(20)相连；所述环行器(42)的两个输出端分别与所述传输光纤(43)、所述感知接收端(20)相连；所述传输光纤(43)的另一端还与所述通信接收端(30)相连，所述振动器对靠近所述通信接收端(30)的传输光纤(43)进行振动以产生瑞利散射信号经所述传输光纤(43)、所述环形器返回至所述感知接收端(20)。
3.如权利要求1所述的分布式光纤通感一体系统，其特征在于，所述发送端(10)包括依次连接的激光器(11)、马赫曾德尔调制器(12)、波长选择开关(13)、第一光放大器(14)、相位调制器(15)、第二光放大器(16)和耦合器(17)，所述发送端(10)还包括任意波形发生器，所述任意波形发生器用于产生lfm电信号至所述马赫曾德尔调制器(12)，用于产生psk电信号至所述相位调制器(15)；所述波长选择开关(13)的另一个输出端直接与所述耦合器(17)相连。
4.如权利要求3所述的分布式光纤通感一体系统，其特征在于，所述马赫曾德尔调制器(12)输出为lfm光信号，所述相位调制器(15)的输出为所述lfm-psk通感一体化光信号，所述lfm光信号的表达式为：
5.如权利要求1所述的分布式光纤通感一体系统，其特征在于，所述感知接收端(20)包括：匹配滤波器(23)和第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐健，刘军，李伯中，陈芳，吴广哲，许超，赵景宏，齐霁，詹鹏，张佐星，吴頔，李国相，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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