1.1 研究目的及意义

在信息量爆炸性增长的今天，社会对大容量通信技术需求非常强烈。这特别表现在大容量星间、星地信息传输技术需求方面。在目前仍在使用微波通信手段的同时，人们迫切需求大容量通信技术的出现。在这种情况下，新兴的激光通信技术就应用在了卫星通信中。早期的卫星激光通信系统都采用非相干通信方式达到了中低速通信的要求，但系统的发射功率和接收机的灵敏度限制了通信速率的进一步提高。而相干光通信却在长距离、高速率通信方面具有很大的优势，成为未来激光通信的主要手段。

相干光通信系统可以大幅度提高光接收机灵敏度，延长中继距离。通过适当增加对中频信号起重要作用的本振光的功率，可以增强接收端的中频信号，从而使相干光通信的接收灵敏度比强度调制直接检测系统高约10-20dB。这将大大延长中继距离，减少中继设备，节约工程费用。相干光通信可以提高频率的选择性，增大通信容量。由于相干光通信接收机的选择性好，即中频放大器选择性可以做得很好，使传输信号不受其它信号的干扰，所以保证了系统的稳定性。

越来越多的国家认识到了相干光通信在激光通信领域的重要性，因此，投入了越来越多的资金、人力、物力，相继开展了在相干光通信领域内研究，促进了激光通信技术从非相干光通信向相干光通信方向转变。近十年来，特别是美国、日本及欧洲的一些国家在相干光通信技术方面的研究进展非常迅速。若我国在今后一段时期内能在相干光通信的关键技术以及工程化实施方面取得突破性的进展，就可在军事通信领域进一步缩短与美国、日本以及欧洲国家的差距，同时有效地促进我国军事通信的高科技化，现代化，提高全面综合作战能力。实现卫星相干光通信还将使我国在信息时代掌握主动，带动信息产业的迅速发展，满足军用、民用对多种通信方式及高码速率、大容量、保密通信的需求。相干光通信的研究可以推动星间、星地激光通信技术的发展，可极大地推进空间光通信技术实用化进程，必将促进激光技术、光电器件、空间光通信工程化设计等方面的发展，对军事科学技术及光电信息产业发展有重要的推动作用。

从目前国内外的研究来看，相干光通信尤其在星间、星地之间的激光卫星通信中，还有许多关键技术函待解决，例如相干光通信中调制方式的选择、多普勒频移的补偿、相位噪声的抑制，以及在此基础上多光束技术的应用。这些关键技术成为了限制相干光通信技术发展的瓶颈。在这个背景下，研究相干光通信的关键技术具有重大的意义，本文针对以上问题提出了相应的算法，为以后相干光通信系统的设计提供了理论依据和技术支持。

1.2 国内外研究现状

早在90年代，以欧洲和美国为代表，开始研究激光通信技术。实现了从IM/DD激光强度调制直接检测的方式向相干光调制与解调方式转变。我国对相干光通信技术的研究也开始提上了口程，逐渐开展了对相干光通信关键技术的研究。

1990年，欧洲航天局开始研究固体激光器相干光通信系统，重点是系统设计和器件的研究，完成了YAG固体激光器、光电相位调制器和相干接收机的测试，实现了基于YAG激光器的通信演示系统。在模拟太空环境下，采用零差数字相移调制(BPSK)/基于Costas环路原则的试验系统，通信速率为140 Mbps，误码率为10-9。1996年，欧洲航天局启动了研究星间相干光通信的短程光学星间链路商业项目（SROIL），该项目是相干光通信系统的典型代表，目的是验证低轨道(LEON星系的移动通信和同步卫星(GEO)轨道间通信。该项目利用先进的激光器件与技术实现了小型化、高码率的星载相干通信端机。其设计参数为:采用零差数字相移调制的调制接收方法，天线尺寸3.5cm，通信速率1.SGbps，误码率l0-6，系统质量小于10 kg，功耗低于40W，激光波长为1550nm 。

瑞士在发展SILEX计划的同时，瑞士Contraves的空间中心在欧空局卫星星座链路，星间链路先进技术和通用技术等的多个合作计划的先期研究基础上，以工业化应用为目标，设计和发展了OPTEL系列的激光通信终端，以满足各种空间应用的需求，所发展和解决的主要关键技术是高码率零差相干光通信技术，采用的是BPSK调制方式。研制系列包括OPTEL-02短距离光通信终端，距离为2000km时的通信速率为1.5Gbps; OPTEL-25中等距离光通信终端，距离为25000km时通信速率为1.5Gbps;OPTEL-80长距离光通信终端，距离为8000km时通信速率为2.5Gbps等系列。

德国的TerraSAR-X激光通信终端TerraSAR-X计划搭载一个激光通信终端(LTC)通信速率为5.625Gbps(24*255Mbps)可以用来进行星间激光通信(美国的低轨卫星)和星地激光通信，用于实时传输合成孔径雷达上的数据，届时将实现第一次的空间相干光通信实验。TSXLCT激光通信终端可以用来进行星间激光通信和星地激光通信，在10^-9的误码率情况下双向通信的速率为:距离为6000km时的通信速率为8Gbps距离为20000km时的通信速率为1 Gbps(发射功率为O.5W)，距离为72000km时的通信速率为500Mbps(发射功率为5-7W)终端采用相干光通信方案，BPSK调制，零差相干检测。

综合以上国内外具有代表性激光相干通信系统，在相干光通信中，相位噪声、多普勒频移的补偿、相干检测以及多光束技术是该领域的研究热点和难点。对这方面的研究很多，然而在现有的国内外系统中，例如，在欧空局、日本、美国等关于激光通信系统的描述中只是一些技术指标等方面的简单介绍，通过对国内外目前相干光通信的进展情况的分析，本文将确定稳频技术，偏振保持技术，中频放大技术等几个方面作为关键技术进行研究。

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