空间相干光通信中平衡探测器灵敏度测试实验

在空间相干光通信中,为了对本振激光器和大气信道产生的共模噪声进行有效的抑制,接收机中广泛引入平衡探测器,通过分析可知,平衡探测器在相干探测时灵敏度明显提高。为了探求空间相干通信中平衡探测器的性能,对其噪声形成的机理进行了分析,给出了2.5 Gbps和5 Gbps平衡探测器在非相干与相干探测条件下的灵敏度理论极限。设计了2.5 Gbps和5 Gbps平衡探测器,构建了平衡探测器测试系统,并对其灵敏度进行了测试,在2.5 Gbps通信速率下,非相干探测灵明度达到-21.1 dBm,相干探测的灵敏度达到-41.2 dBm,测试结果与理论分析值基本吻合。空间相干光通信中平衡探测器分析与设计为空间相干光通信系统提供了理论依据和实现条件。     

高灵敏度光束位置信号提取的激光通信跟瞄一体化（特邀）

提出一种基于四象限探测器跟瞄和通信复用的强度调制直接探测的空间光通信系统,以超声波电机驱动的双光楔为光束偏转执行单元形成光束位置跟踪的闭环系统。驱动电机转动周期为15 ms,位置分辨率为0.83μrad。经理论分析和实验验证,该系统的位置闭环跟踪-3 dB带宽约为4 Hz。当位置探测误差小于10%时,即光束探测精度小于12μrad,对应的探测灵敏度为-45.2 dBm。在10 Mbit/s的通信速率和无信号编码下,误码率为1×10^-3时对应的通信灵敏度为-44 dBm。验证了利用四象限探测器作为跟踪与通信复用探测器的可行性,可应用于小型化、轻量化的星间激光通信终端。     

空间光DPSK发射与自相干接收系统实验

搭建通信速率为10 Gbps的光DPSK调制发射、自相干接收单元实验测试平台。采用光相位调制和自相干接收技术实现光DPSK系统设计。为稳定输出信号解决相位漂移,发射单元设计出自适应增益控制单元和交叉点自适应控制单元。在系统测试平台上,完成差分编码模块、发射单元和自相干接收单元及系统性能测试。实验室环境条件下,测得系统接收单元灵敏度为-48 dBm,通信系统误码率优于1×10-7;误差矢量幅度为7 %,通信性能较好,满足系统设计指标要求。     

用于相干光通信的平衡探测器的设计与实现

针对国内长距离相干光通信接收系统采用单管探测器接收微弱信号噪声大、信噪比低等缺点,设计了一种应用于相干光通信系统的平衡探测器,运用两个PIN管分别加跨阻放大器(TIA),经过两个180°混频魔T进行耦合相减,消除了大部分的激光器相对强度噪声(RIN)。搭建了测试平衡探测器的相干光通信系统,使本振光和信号光进行光混频,输出眼图显示通信状态良好。通过对比双管和单管的频谱图,进一步说明相干光通信系统的噪声通过这种平衡探测器得到了降低,系统的信噪比提高了大约10 dB,从而证明了该平衡探测器运用于相干光通信系统的可行性和优越性。     

用于平衡探测器的5Gb/s前置放大器设计

相干光通信的平衡探测器采用双端差分结构,能够有效地提高光通信灵敏度。前置放大器作为光接收器的前端,其性能高低直接影响到整个光接收系统的工作性能,是光接收器的重要组成部分。文章采用SMIC 0.13μm CMOS工艺,实现了一种应用于5Gb/s平衡探测器的接收机前置放大器。前置放大器采用具有低输入阻抗特点的RGC结构作输入级,同时输出级采用两级结构,在保证带宽的前提下能够提供足够大的电流驱动50Ω负载。仿真结果表明,该前置放大器带宽能达到要求的5.12GHz,灵敏度达到-18.4dBm,眼图张开度良好,能够满足系统对噪声抑制的要求。     

星地激光通信中光学数字相干接收机的研究

光学数字相干接收技术在星地激光通信中具有广泛的应用前景。本文以窄线宽DFB激光器作为光源,采用自动频率控制环路,结合光学混频和数字信号处理技术,实现了最高速率为1.25 Gbps的相干光通信。实验结果表明,自动频率控制环路能够将信号光和本振光之间的频率差实时控制在10 Hz以内,光学混频器输出的I、Q两路信号相位差能够长时间稳定保持90°,基于FPGA的载波相位补偿技术能够有效修正自动频率控制环路的相位残差,在误码率为10-6条件下,该接收机的灵敏度优于每比特54个光子。     

全双工直接调制激光器光网络单元的优化研究

光放大器是光通信的关键组成部分。对半导体光放大器的算法模型进行优化与测试,系统的分析了建模运放的增益和噪声指数。测试结果表明,半导体光放大器的最佳幅度调制条件是输入-5dBm的功率与选择100mA的偏置电流,最佳相位调制条件是输入-20dBm的功率与选择100mA的偏置电流。分析并搭建了通信速率为2.5 Gb/s的20km双向传输通信系统,对半导体光放大器和分布反馈激光器集成的光网络单元进行了上行链路和下行链路的双向与单向传输测试。在前向误码率要求为2.4×10-4时,双向传输的上行接收灵敏度达到 -22.4dBm,下行接收灵敏度达到 -31.4dBm;单向传输的上行下行接收灵敏度分别达到 -22.7dBm 和-31.6dBm。     

四象限探测器的跟踪与通信复合探测技术

针对空间激光通信系统小型化设计的需求,提出了使用雪崩二极管(APD)型四象限探测器实现跟踪与通信复用的方案,用以降低通信系统的体积和功耗,提高光能量的利用率。简述了系统总体方案的组成与工作原理,在室内搭建测试平台,对跟踪与通信复用模式下的数据采集、通信速率、极限灵敏度、跟踪精度等探测性能进行测试。结果表明:采用靶面直径为4mm的APD型InGaAs四象限探测器,在曼彻斯特编码、强度调制/直接探测条件下,通信速率可达10 Mb/s,探测灵敏度为-35.4dBm,误码率为10~(-6)。当光斑直径为四象限探测器光敏面直径的一半左右时,光斑位置检测的最小分辨率为2μm,探测范围可达0.8 mm,角分辨率为0.8μrad。初步验证了使用APD型四象限探测器用于跟踪与通信复合探测技术的可行性,为空间激光通信系统小型化设计提供技术支持。     

采用NPRO光源的零差相干光通信实验

在空间相干光通信应用中,针对传统激光器线宽较宽、相位噪声大、易导致锁相环路失锁的问题,研制了单频Nd:YAG非平面环形（NPRO）激光器,其线宽小于1 kHz,相对强度噪声（RIN）低于-150 dB/Hz,具有窄线宽、低噪声的特点。搭建了光锁相环路,在信号光功率-67 dBm的情况下实现了两台NPRO激光器的相位锁定。在此基础上开展了信号频率为10 MHz和1.25 GHz的模拟通信实验,在信号光功率分别为-60 dBm和-53 dBm时可观测到较理想的眼图。在2.5 Gbps数字通信实验中,接收灵敏度达到-50 dBm,此时误码率为3.210-6。系统灵敏度可接近量子极限,明显优于传统的IM/DD方式,是一种适合长距离、大容量传输的空间通信方式。     

QPSK空间相干激光通信仿真与实验北大核心CSCD

相干激光通信因其具有高通信速率、复杂编码格式、极高灵敏度,已成为星间高速数据通信的重要技术之一。本文设计了一种QPSK空间相干激光通信系统链路,给出发射端二进制电信号到激光载波相位的调制映射表,和接收端激光载波相位到二进制电信号的解调映射表。对设计的空间相干激光通信系统链路进行数字化仿真,以星座图的EVM作为核心指标衡量系统性能,仿真分析接收端入射光功率、接收端光放大器噪声系数等因素对EVM的影响。根据仿真结果搭建相应通信链路,在输入光功率为-45 dBm、-48.5 dBm时,经测试得到相应星座图EVM分别为17.8%、24.4%,与仿真结果较符合。     

基于DFB-EAM的40Gbit/s可集成光网络单元全双工测试

为了兼顾用户端光网络单元的特点和传输速率, 在接收端采用可集成化的相干检测方案替代传统的直接检测方案, 分析了电吸收调制器的偏压特性, 搭建了速率为40Gbit/s的5km双向接入网通信系统, 对以分布式反馈激光器和电吸收调制器为上行发射机的可集成光网络单元进行了传输测试。结果表明, 在直接检测方案前向纠错(FEC)下, 双向传输下行信号接收灵敏度和上行信号接收灵敏度分别达到了-18.31dBm和-17.94dBm; 在相干检测方案FEC下, 双向传输下行信号接收灵敏度和上行信号接收灵敏度分别达到了-32.51dBm和-29.76dBm。相干检测方案的上行和下行接收灵敏度相较于直接检测分别有14.20dB和11.82dB的提升。该研究为未来用户端光网络单元提供了一种高速率可大规模部署的集成化方案。     

国外激光链路中继卫星系统的发展与启示

激光链路中继卫星系统是指以激光波束为媒介,为低轨信息获取类卫星提供高速数据传输服务的卫星系统。国外已开展了多次星间、星地激光通信实验,已由强度调制/直接探测通信体制过渡到相位调制/相干解调通信体制,通信速率可达5.6 Gbps。卫星激光通信正向更高通信速率、组网应用、终端小型化、轻量化方向发展。在系统分析欧洲、日本、美国等国家典型星间、星地激光通信实验和中继卫星发展计划的基础上,讨论了激光链路中继卫星系统的发展趋势,总结得到对发展我国激光链路中继卫星系统的若干启示。     

自适应光学对星地相干激光通信性能改善研究

相干激光通信能够实现每秒数百吉比特的通信速率和接近量子极限的灵敏度,在未来天地一体化信息网络中具有广泛的应用前景。大气湍流引入的光学波前畸变是影响星地相干激光通信链路性能的重要因素。本文将自适应光学技术应用于大口径光学地面接收站,并系统地开展了4 Gbps高速相干激光通信试验,试验结果表明,自适应光学技术能够有效抑制中等大气湍流的影响,并提高相干激光通信的灵敏度和稳定性。     

ASK heterodyne receiver sensitivity measurements with two in-line 1.5 ?m optical amplifiers

A heterodyne amplitude shift keying configuration was used to evaluate the performance of resonant-type optical amplifiers in a coherent lightwave communication system. With two in-line amplifiers, each with a gain of 25 dB, the total loss between the transmitter and the receiver was 95 dB at 10-9 bit error rate. At a 100 Mbit/s data rate, the receiver sensitivity without amplifiers was -49.3 dBm. With two amplifiers the receiver sensitivity could be maintained at -49.0 dBm.     

相干光纤电视传输实验系统

一种新型的相干光纤通信实验系统最近在桂林激光通信研究所完成。该系统用于传输彩色电视信号,其接收灵敏度述-56dBm,比目前的直接探测光纤彩电传输系统的接收灵敏度提高了近14dB。     

5 Gbps全差分双端光接收前置放大器设计

光纤通信在大数据时代得到广泛的应用, 其速度快、带宽大、可靠性高的特点满足了对长距离、大容量信息传输的要求。前置放大器作为光接收器的前端, 其性能高低直接影响到整个光接收系统的工作性能。基于SMIC 0.13 m CMOS工艺, 设计完成了一款5 Gbps光接收前置放大器。首先, 整体差分式结构可以消除共模噪声的干扰, 降低放大器的等效输入噪声。其次, 采用共源共栅的输入结构具有低输入阻抗的特点, 能有效抑制光电管大电容带来的不利影响。最后, 输出级采用电流模逻辑结构, 解决了输出增益与带宽之间的矛盾。仿真结果表明, 放大器增益达到62 dB, 带宽4.7 GHz;等效输入噪声30.1 pA/Hz, 眼图迹线清晰, 张开度较大, 能够满足5 Gbps平衡光探测器通信要求。