基于数字相干体制的激光测距数传一体化技术研究与实现

针对传统微波测控通信系统通信速率与测量精度难以同时进一步提升的问题,提出了一种光载波下基于调相体制的高精度测距、测距与通信一体化方法,利用QPSK数字相干激光通信速率高的特点,设计综合信息帧格式,结合双向单程测距与非相干测速,在单个光载波下通过激光通信中的再生时钟得到比特相位级高精度测距信号,实现激光高速通信与高精度测量的一体化,提高信道的集成度。研制了包含两套光学天线及终端的原理样机,验证了星间双向非相干激光链路统一测控与星地双向非相干激光链路统一测控模式,结果表明,在1 550 nm波长无线光信道条件下,测距随机差（1σ）≤1 cm（0.78 cm @6 kHz多普勒动态）,测速随机差（1σ）≤1 cm/s（0.221 cm/s @ 6 kHz多普勒动态）,误码率≤1×10-9狜10 Gb/s单通道传输速率的性能指标,可为激光统一测控系统及激光星间链路设备等提供技术支撑。     

OOK与BPSK兼容激光通信性能分析

为适应空间激光通信组网技术,多体制复用的通信方式应运而生。发送端采用强度调制器兼容实现了开/关键控(OOK)和二进制相移键控(BPSK)调制,接收端通过内差探测方式兼容实现了这两种调制信号的解调。在实际工程应用中,激光通信系统中散粒噪声、电子器件热噪声不可避免地会影响通信性能,在此基础上,进一步分析了强度调制器偏压点误差量与光学滤波器带宽大小对于非相干OOK和相干BPSK通信信噪比的影响。仿真结果表明：光学滤波器带宽对非相干OOK通信性能影响较大,接收光功率-46 dBm时,1 nm滤波带宽的非相干OOK信噪比开销约1.26;接收光功率-50 dBm以下时,20 nm滤波带宽的相干BPSK信噪比开销小于0.02。非相干OOK无编码通信灵敏度在1.25 Gbit/s速率时需满足-46 dBm@10^-6,光滤波带宽应不大于0.8 nm,强度调制器偏压误差应控制在半波电压的1%以内。在消共模噪声和优化光滤波带宽条件下,1.25 Gbit/s速率的BPSK无编码通信灵敏度满足-55 dBm@10^-6。     

多调制格式兼容的空间激光高速通信调制仿真与实验研究

为了顺应自由空间光通信多调制格式兼容的趋势,改善系统灵活性差、成本较高等问题,提出一种基于双IQ调制器的多调制格式兼容的激光通信发射方案。首先,基于Optisystem软件建立系统模型仿真分析,所得眼图和星座图验证了所提方案的正确性;然后,研制了多调制格式兼容发射硬件,并实验研究了调制格式的兼容性、可切换性和通信性能。实验结果表明:所设计硬件兼容发射OOK、BPSK、DPSK、QPSK、PM-DQPSK 5种调制格式;速率分档可调,最高可达40 Gbit/s;当发射端产生40 Gbit/s PM-DQPSK调制格式信号时,在离线接收条件下,误码率为10-7时的灵敏度达到-39.8 d Bm。通信调制仿真及实验结果验证了所设计方案的可行性,所得到结果也为空间激光通信系统设计提供了技术参考。     

掺铒光纤放大器作为光学预放的高灵敏度零差相干接收机

星间高码率光通信系统中由于无法进行光学中继放大,需要高码率、高通信灵敏度的光学接收机。分析了采用掺铒光纤放大器(EDFA)作为光学预放的高灵敏度零差相干接收机方案,并搭建了零差相干通信系统,测试了系统在通信速率为8～10 Gbit/s下的二进制相移键控(BPSK)通信性能。实验表明,此系统在无编码误码率要求为10~(-3)时,10 Gbit/s BPSK通信信号接收灵敏度约为-48 dBm,距离量子噪声极限仅7 dB,优于已发表的10 Gbit/s零差相干通信系统测试结果。     

基于OOK体制空间光非相干测距通信系统设计与实现

面向商业航天用空间激光通信5～10 Gbps星间链路传输速率以及厘米级的星间高精度测距需求,本文分析了目前国内外使用的三种激光通信体制的特点以及应用场景,提出了一种新的OOK体制测距方法,采用FPGA+高精度鉴相器+ADC设计方案,降低了工程应用成本,试验结果表明测距精度小于1 cm;研制了采用本文方法的OOK通信测距单元原理样机,开展了5 Gbps通信码速率下测距精度试验验证,试验中记录了两台样机各自发送测量数据帧和接收测量数据帧的本地钟时间,通过信号处理方法消除系统误差,并开展了包括时钟及PPS不同情况下的测距精度测试、插拔光纤前后的测距精度测试以及断电前后测距精度测试等,测试结果显示各种模式下的测量距离测距精度均优于1 cm.本文的技术可用于星座组网星间激光通信终端的设计与研制中,将有效提升我国激光星间链路的通信及测距能力.     

基于Delta-Sigma调制的多频相位激光测距

为解决激光卫星终端在完成通信功能的同时,也能够实现测距功能的问题,文章设计了基于Delta-Sigma调制方式实现的激光相位测距,可以实现通信与测距一体化,采用多频点相位测距兼顾测距范围与测距精度.多频点调制信号都是使用基于Delta-Sigma调制的高速数字输入输出(I/O)端口生成的,而不采用任何数模转换器(DAC...     

空间探测中测距与通信一体化研究

卫星间相对位置的测量有地面监测网、微波雷达和激光测距等手段。结合激光通信测距一体化的发展现状,制定出通信与测距一体化系统设计方案。     

光纤混沌双向保密通信系统研究

本文提出光纤混沌双向保密通信设想,通过耦合光注入半导体激光器激光混沌全光耦合反馈同步系统和光纤传输信道,建立了光纤混沌双向通信系统模型,数值实现了该系统在长距离光纤传输中的同步,详细地分析了系统同步时间随光纤传输长度的关系.证明了光纤的交叉相位调制是限制激光混沌在光纤传输中同步的主要原因,导出了系统传输的非线性相移.数值模拟了具有正弦调制信号的调制频率0.5GHz混沌模拟通信和数字信号调制速率0.4Gbit/s以及20Gbit/s的混沌数字通信以及调制速率0.05Gbit/s 混沌键控通信的应用,计算出光纤混沌数字通信速率和同步误差等关系,还特别分析了系统解码特性和调制带宽,表明系统具有非常好的保密性能和具有高速率通信的能力.光纤混沌双向保密通信是可以实现的.     

基于MR-BPSK技术的超长跨距光传输

提出了一种全新的MR-BPSK(受控旋转二进制相移键控)方法。通过预定义的二进制序列,将BPSK(二进制相移键控)信号随机进行0°或者90°旋转,所得到的伪QPSK(四相相移键控)信号能够通过传统CMA(恒模算法)进行恢复。采用上述方法,成功实现了2Gbit/s速率、440km的无中继传输。     

320 Gbit/s光时分复用系统研究

针对高速率OTDM(光时分复用)系统中的一些关键技术问题,如时钟提取、时分解复用和色散补偿等,提出了8×40Gbit/s的OTDM系统技术方案。结果表明,通过选择合适的时钟提取方式和基于对称性色散位移光纤的色散补偿技术,能够实现在一个时隙内对每个信道的40 Gbit/s归零码信号的解复用,且解复用后的信号质量较好。该系统实现了320Gbit/s OTDM通信。     

激光通信/测距一体化技术研究

介绍了激光通信和激光测距技术的优势,指出由于空间条件等的限制,激光通信和测距的复合需求不断增加,激光通信测距一体化技术将成为未来发展趋势。在此基础上,深入分析了国外激光通信测距一体化技术最新研究进展。然后,针对未来卫星远距离、高精度测距的需要,文章提出了在激光通信的基础上,通过设置特殊测距帧,实现激光通信和测距一体化的系统设计方案并进行了论述,为未来我国测控事业的发展提供了新型手段。文章最后对激光通信测距一体化技术的发展提出了建议。     

10Gbit/s EPON对称OLT光模块的设计

介绍了10Gbit/s EPON(以太网无源光网络)系统中对称OLT(光线路终端)光模块的设计方案和关键技术,重点描述在接收端如何实现双速率突发接收,以及10Gbit/s突发接收部分硬件电路的构成。测试结果表明:该模块在突发接收条件下接收端的接收建立时间和灵敏度均满足10Gbit/s EPON标准IEEE Std.802.3av的要求。     

光纤保密通信中的全光同步方案设计与实现

光纤保密通信是解决电域加解密“速率瓶颈”和光网络潜在安全威胁的一种有效途径，而实现光纤保密通信的前提是完成密码同步。为保证光纤保密通信系统成功解密，本课题组设计了一种新的全光同步方案，推导出了光纤信道传播时延差的计算公式，详细阐述了全光同步实现过程。采用OptiSystem软件分别在10 Gbit/s和40 Gbit/s加解密速率下进行了全光同步仿真实验，测试分析了密码同步状态对解密输出性能的影响，解密输出数据均与原始明文数据完全相同，而且都保持了较好的输出性能。研究结果表明，所提全光同步方案切实可行，既适用于10 Gbit/s信道速率，也适用于40 Gbit/s信道速率，既适用于常规光纤链路，也适用于经过色散补偿的光纤链路，可以有效解决光纤保密通信中的全光密码同步问题，对光纤保密通信系统的研制开发具有一定的参考价值。     

卷积码及维特比译码在卫星通信中的应用

在功率受限的卫星信道中,卷积码与BPSK(或QPSK)结合在一起被看作是可靠通信的一种有效的系统。该文讨论了卫星通信信道特性,介绍了卷积编码、BPSK信号和软判决,给出了卷积码最大似然译码——维特比译码算法。     

微弱光信号的量子增强接收优化方法(特邀)EI北大核心CSCD

在经典理论框架下,相干探测性能受限于散粒噪声对应的标准量子极限,而量子增强接收技术通过引入位移算子,采用关联的方式将经典的平衡零拍/零差探测转化为光子数态的测量,理论上可以突破标准量子极限并不断逼近Helstrom极限。无歧义量子态识别(Unambiguous State Discrimination,USD)是量子增强接收常用的识别判决策略之一。然而,由于微弱光信号的能量有限,传统的USD量子增强接收方法的适用微弱信号范围较小,微弱信号识别的错误率较高。提出了一种QPSK调制量子增强接收的混合测量优化方案,该方案首先通过二态零差测量将QPSK相干态的区分转化为BPSK相干态的区分,然后通过BPSK量子增强接收测量实现相干态的无歧义识别。仿真表明,混合测量方案在平均光子数在3.2~11.3之间优于经典的外差测量方案,而且比传统QPSK量子增强接收方案具有更大的适用信号范围。     

无线激光图像传输收发电路的设计与实现

设计并实现了激光发射与接收电路模块,每个模块主要由激光收发电路、数据处理器、存储器和视频转换电路等4部分组成,具有体积小、使用灵活的特点.重点介绍了622 Mbit/s高速激光收发电路的设计.研究并实现了对视频数据流的时序控制,如有效图像数据的提取与重新组合、存储等,采用曼彻斯特编码保证了激光信号接收与时钟恢复的稳定.在使用一组简易光学天线的情况下,理论通信距离大于6 km,并成功地完成了距离大于100 m的实验.结果表明:该系统可以稳定地传输图像,适合地面短距离高速接入等应用,为进一步研究无线激光通信技术提供了实验平台.     

光子防火墙中42 Gbit/s BPSK信号4位全光模式匹配系统及实验验证

在光子防火墙中,为了实现能够有效处理高速光信号的全光模式匹配技术,针对BPSK信号提出了一种信号速率高达42 Gbit/s的全光模式匹配系统,并采用商用器件进行了实验验证。首先,通过给BPSK输入序列分别添加同相和反相的相干载波将BPSK信号转换为2个互为反向的强度调制（IM）信号;然后,通过延时线和由高非线性光纤（HNLF）实现的光学AND门进行相关操作;最后,输出表征全光模式匹配结果的高电平脉冲。仿真和实验结果表明,所提系统可以在8位的42 Gbit/s BPSK输入序列中识别出4位目标序列,验证了BPSK信号的全光模式匹配的可行性,适用于高速光子防火墙。     

以光纤锁模激光器为发射源实现4×10Gbit/sOTDM信号330km传输

本文报导一个以稳定的光纤主动锁模激光器为发射源,以光电振荡器为帧时钟提取装置,以EA调制器为解复用器的4×10Gbit/s光时分复用通信实验系统。该系统成功地实现了单波长40Gbit/s数据信号在330km SMF中的色散补偿传输.     

1.3μm波长2.24Gbit/s光学长线传输系统的经验

这篇通信描述发生在实验性光学传输系统的实现过程中的问题。这个系统用市场上可以买到的光电元件,工作在2.24Gbit/s的速率,通过21公里的单模光纤,激光波长是1.3μm。     

100Gbit/s应用的挑战

当前云计算、物联网、移动互联网等技术的推出带来网络业务层、应用层深层次变革,视频、大规模存储和共享等数据类业务层出不穷,数据传送的带宽需求日益增长.100Gbit/s WDM/OTN光传送技术在传输容最、传输距离、传输性能等方面表现优异,得到国内外运营商普遍青睐.相对于10Gbit/s、40Gbit/s路速率,100Gbit/s能更好地缓解运营商日益面临的业务流量及网络带宽持续增长的压力.100Gbit/s WDM/OTN系统当前主要部署在干线网络以及大型本地网或城域网的核心层,用于核心路由器之间的接口互联,大型数据中心间的数据交互.随着100Gbit/s WDM/OTN系统规模部署,后续会进一步应用在城域网络业务流量汇聚,长距离传输以及海缆通信系统的大容量、长距离传输.100Gbit/s WDM/OTN系统所具备的大容量、长距离传送特性有利于传送网络层次进一步扁平化.