基于CL-IPPM的单光源逆向调制自由空间光通信系统

在单光源逆向调制(modulating retro-reflecto r,MRR)自由空间光通信(free-space optical,FSO)系统中,光收发端在接收MRR 端上行 再调制信号时,会受到自身下行信号的串扰,导致系统误码率性能恶化。本文提出采用组合 逻辑(combinatorial logic,CL)反向脉位调制(inverse pulse position modulation,IP PM)方案来消除下行信号对上行再调制信号的串扰,进而降低单光源MRR FSO通信系统误码 率。本项研究设计了基于CL-IPPM的单光 源MRR FSO通信实验装置,进行了仿真及全双工通信实验。实验结果表明,使用CL-IPPM 方案的单光源MRR FSO系统增益约5dB。同时,光收发端和MRR端均采用IPPM时, CL-IPPM方案可获得较好的误码率性能。此外,本文利用微角锥棱镜阵列的伪相位共轭特 性来提升该系统的鲁棒性,将CL-IPPM方案与微角锥棱镜阵列结合应用于单光源MRR FSO 通信系统,可实现弱/中湍流强度下误码率为10－3以下的全双 工通信。     

自由空间光通信的Fast QC-LDPC编码

自由空间光通信(FSO)系统采用大气信道作为传输媒介,而大气湍流效应引入了与信号强度相关的乘性噪声。为了消除乘性噪声所引起的信号衰落,引入了低密度奇偶校验码(LDPC),作为一种具有稀疏矩阵线性且性能接近香农(Shannon)限的号码,目前已有的研究成果都集中在高斯信道和瑞利信道上。根据大气信道的特点,主要针对对数正态分布和K分布,构造一种特殊的QC-LDPC码,推导对数似然比(LLR)。最后经置信译码(BP)结果显示,随着信噪比(SNR)的增加,系统误码率(BER)明显下降。由此可知,LDPC信道编码技术能够有效地改善FSO系统的性能。     

微角锥棱镜阵列在逆向调制激光通信中的应用

基于逆向调制反射器(MRR)的自由空间光(FSO)技术是将传统FSO链路中一个终端的激光发射器和跟瞄系统替换成MRR而构成的一个非对称的FSO系统。MRR主要由光调制器和无源逆向反射器构成。针对未来超高速信息传输与小型化链路的需求,研究使用微角锥棱镜阵列(MCCRAs)来替代MRR中的无源逆向反射器,研究MCCRAs的波前补偿特性在MRR FSO系统中的应用。对MCCRAs的波前补偿原理进行了理论分析,通过实验分析验证了MCCRAs的波前补偿特性。在同等实验条件下,实验结果表明,MCCRAs的波前补偿特性在抵抗大气湍流对激光传输造成的影响上有着良好的效果表现,可提升1～2个数量级的BER性能。对基于MCCRAs的MRR FSO系统进行整体评估,探讨国内MRR FSO技术面临的技术瓶颈并对未来工作提出进一步建议。     

自由空间光通信中被动调制研究进展

【目的】传统的自由空间光（FSO）通信需要参与通信的两端同时安装激光发射系统、激光接收系统和捕获、追踪和瞄准系统,使得系统的重量、体积、功耗、设备复杂程度和技术难度被迫提升,限制了FSO通信的发展。而利用非对称空间激光通信链路构建的被动调制技术,能够实现通信端体积小、重量轻和功耗低的设计,为自由空间激光通信技术在中小型场景中的应用提供了便利。【方法】文章对被动调制的原理及其调制形式进行了阐述,介绍了逆向调制系统的组成和逆向调制器（MRR）的工作原理,对常见MRR如角反射器MRR和“猫眼”MRR进行了分析,并对波长的选择以及光学接收器口径的大小进行了探讨。【结果】总结了被动调制的不同实现类型和特点,概括了其在FSO通信中的应用,展望了该技术未来的发展方向和前景。【结论】被动调制在未来可沿着高速率、焦平面像素化、双向通信和相干检测等方向发展并且有较大的发展空间。     

基于LDPC码和BPPM的无线光通信系统性能研究

为了克服光在弱湍流大气条件传输时,光强闪烁造成的突发错误,在已知信道衰落信息(CSI)和未知信道衰落信息(NCSI)条件下,研究了基于低密度奇偶校验(LDPC)码和二进制脉冲位置调制(BPPM)的无线光通信系统性能,论述了BPPM光通信信道对称性的特点,并与基于LDPC码和OOK调制的光通信系统性能进行了比较。结果表明,在NCSI和CSI情况下,基于LDPC码和BPPM的光通信系统相对于基于LDPC码和OOK调制的系统均有更优异的差错性能;在NCSI情况下,基于LDPC码和BPPM的光通信系统的性能相对于CSI情况下的系统性能损失并不大;且采用LDPC码BPPM相对于LDPC码OOK调制的光通信系统,随着湍流强度的增大系统性能损失较小。因此,基于LDPC码和BP-PM的光通信系统在不需要信道衰落信息估计的情况下,能获得较大的编码增益,便于工程实现,在无线光通信中将有一定的应用前景。     

自由空间光通信调制方式研究

分析了OOK、PPM、DPPM和DPIM符号结构,详细推导了传信率、发射功率、传输带宽、误时隙率的公式和误时隙率最佳门限的解析式,并给出了相应的仿真结果。分析与仿真表明,综合考虑性能指标和可实现性,DPIM更适用于未来自由空间光通信系统。     

逆向调制光通信的大气湍流及孔径平均效应

研究了逆向调制光通信回波反射链路中的大气湍流效应及抑制方法。利用相位屏方法模拟大气湍流效应,建立了弱湍流情况下高斯光束在传统无线光通信和逆向调制光通信中的传播模型,对比分析了高斯光束在传统自由空间光通信单向链路和逆向调制光通信双向链路中大气湍流引起的闪烁指数。结果显示大气湍流对逆向调制光通信回波反射链路的影响远大于对传统自由空间光通信中单向链路的影响。还研究了孔径平均效应对逆向调制光通信中回波反射链路中闪烁指数的影响。结果表明,对于逆向调制光通信,大的接收孔径对于大气闪烁的抑制依然有效。     

一种光通信系统中基于16-QAM的LDPC编码调制方案

设计了一种适用于16-QAM( quadrature amplitude modulation)系统的LDPC(low density parity check)级联编码调制方案。方案采 用了 本文所设计的一种低复杂度的软解调与二进制LDPC结合的算法,降低译码复杂度并增加方 案的实用性;同时方案 兼容当前OUT-4帧的级联码结构,这样可以利用级联码巧妙有效地解决LDPC码的错误平层问 题。仿真结果表明,本文 提出的LDPC级联编码调制方案,在误码率(BER)为10－8时,较G.709标准中的RS(255,9)的NCG(net code gain) 提高了2.8dB;同时,较ITU-T G.975.1标准 中两种码率相近的RS(255,9)+CSOC(n/k=7/6,J=8) 级联码和正交级联BCH码,在BER为10 －8时, 本文方案的NCG分别提高了1.3dB和0.2dB,且冗余度较两种方 案都低。此外,本文方案实现了3.28bits/symbol的SE (spectra l efficiency)。在BER为10－8时 ,本文方案较频谱效率低 于它的4-QAM、8-QAM以及8-QAM-RS(255,9)分别有着3.5、6.4和2dB的增益 。比较标准中建议的FEC(forward error correction)方案,本文提出的方案在NCG和SE两方面性能上都有所提升。     

自由空间光通信中LT码的编码技术研究

为了克服大气湍流对自由空间光通信(FSO)链路的影响,将LT码应用到FSO系统中,并结合基于部分信息LT码的修正转移鲁棒孤子分布(ISRSD),模拟了不同大气湍流强度信道,采用不同的编码方案进行模拟比较,结果表明:与RS码相比,误码率为10-4时,LT码获得大约2 dB的编码增益;相比于RSD,ISRSD能使译码开销降低1％～2％,且LT码采用ISRSD后,误码率为10-7时,系统获得0.2～0.5 dB的编码增益.     

基于OFDM的自由空间光通信中LDPC码性能分析

自由空间光通信作为一种新型宽带无线接入方式备受关注,同时LDPC编码与OFDM调制也是无线通信中提升信息传输速率与可靠性的关键技术.为了分析LDPC码在自由空间OFDM光通信中的传输性能,从子载波调制方式、码长码率以及迭代次数等方面对系统进行建模仿真.     

“猫眼”逆向调制自由空间光通信技术

“猫眼”逆向调制自由空间光通信链路通过逆向调制器对入射光调制并使其原路返回到发射端,链路只需要在一端使用搜索、捕获、跟踪系统,和传统终端相比重量轻、能耗小、费用低、组网灵活。文章首先对“猫眼”逆向调制自由空间光通信原理进行分析,介绍了 “猫眼”光学系统和逆向调制器等核心元件的作用及特点,重点对“猫眼“光学系统优化方法及多量子阱电吸收型调制器和MEMS调制器的特点做了介绍,最后对MEMS调制器进行了简单的性能测试。     

逆向调制阵列大气激光通信的误码率分析

为研究逆向调制阵列对大气湍流的抑制作用,提高逆向调制大气激光通信质量。首先,建立了逆向调制阵列接收光束传输模型,分析了光束经大气传输到达逆向调制阵列的信噪比;然后,建立了逆向调制阵列反射光束在大气信道中的传输模型,推导了不同数目反射光束在接收端的光强概率分布模型,分析了在不同湍流环境下采用逆向调制阵列的激光通信误码率;最后,仿真分析了在中等大气湍流条件下传输距离为1 km时,采用三个逆向调制器组成的逆向调制阵列的通信误码率比单个逆向调制器降低4 dB。     

逆向调制激光通信作用距离及误码率分析

为了分析逆向调制激光通信系统中OOK调制方式下的误码率特性,在分析回波功率模型和误码率性能的基础上,利用Optisystem仿真软件建立了逆向调制激光通信链路。链路采用NRZ码对不同通信距离、不同能见度下的100 Mbps和1 Gbps通信速率进行了仿真,根据所得信噪比值计算出不同条件下的误码率,并结合“眼图”特征得出不同条件下可实现的逆向通信距离。结果表明,误码率随着大气能见度的增大而减小,随着通信距离增大而增加。在大气能见度为10 km的条件下,系统可以实现通信速率为100 Mbps、距离为2 km的逆向通信。     

单光源全双工逆向调制的光通信技术研究

逆向调制光通信是自由空间光通信的一种特殊形式 ,它的系统包括两个不对称的终端:询问端和逆向调制端,询问端由光发送机和光接收机组成 ,逆向调制端由逆向调制装置组成。逆向调制光通信可实现逆向调制端对询问端的单向通信 ,它具有视场角大、功耗低、体积小等优点,适合于小平台工作环境。与 传统自由空间光(FSO)通信相比,逆向调制光通信系统无需复杂的跟瞄系统,但通常只能 完成逆向调制端对询 问端的单向通信。如果要实现逆向调制光通信的全双工通信,可以考虑从调制方式和系统设 计上进行研究。 本文从调制方式出发提出了一种单光源全双工逆向调制光通信方案,仿真分析了方案的信 号传输过程,实现了室内近距离逆向调制单光源全双工光通信实验,验证了方案的可行性 。     

船-岸无线激光通信实验

针对船载平台的特性设计了激光光束跟踪控制策略,并根据船-岸激光通信的特点,设计了155Mbit/s岸上通信终端和船载通信终端完成船-岸激光通信跟踪实验。其中船载终端x轴跟踪残差为3.5μrad(σ),y轴为6.7μrad(σ);平均接收光功率为-29.76dbm,标准差0.35dbm。岸上终端x轴跟踪残差为1.7μrad(σ),y轴为3.9μrad(σ);平均接收光功率为-28.18dbm,标准差0.26dbm。实验验证了该跟踪控制策略适用于船载激光通信。     

移动平台上空间光通信系统性能研究

针对移动平台空间光通信信道的大气湍流随机性强、指向误差大和链路高动态性等问题,建立适合于移动平台的大气信道模型,并进一步推导出采用脉冲调制(PPM)调制的通信系统端到端信道容量和中断概率的解析表达式。仿真分析了在大气弱湍流、中强湍流两种情况下,信噪比、系统分集、指向误差及通信距离等对通信系统中断概率的影响。结果表明,指向误差不宜超过1mrad;通信距离每增加1km,中断概率上升8~11dB。     

基于深度学习的ACO-OFDM自由空间光通信中信号检测

针对自由空间光通信(free-space optical communication, FSO)系统中大气湍流引起的光强起伏闪烁效应对正交幅度调制(quadrature amplitude modulation, QAM)信号影响很大,缺少实时信道信息时的最大似然(maximum likelihood, ML)检测器性能较差问题,本文提出了一种基于深度学习(deep learning, DL)的信号检测器。其网络框架采用了一个具有全连接层的深度学习神经网络(deep-learning neural network, DNN),实现了无导频的ACO-OFDM空间通信系统中信道盲估计、信道均衡和信号解调。仿真结果表明：在中强湍流大气信道下训练的DNN检测器,8QAM、16QAM和64QAM等调制信号解调的误码率分别可以下降到在2×10^-5、5×10^-5和5×10^-4左右,具有优越性能和鲁棒性,能较好抑制大气湍流引起的信道衰落。     

空间光通信的激光发射和接收技术及模拟实验

对１ ～６０ Ｍｂ／ｓ 空间光通信的激光发射和接收技术进行了研究,设计并组装了半导体激光调制驱动电路和雪崩光电二极管（ Ａ Ｐ Ｄ） 光电检测电路。模拟实验表明,其主要特性能满足小型空间光通信的要求。     

高速相干光通信系统中水印辅助的低密度奇偶校验方案

为了研究水印辅助的低密度奇偶校验(LDPC)方 案在高速相干接收光通信系统 中的译码性能,提出了一种适用于相干光通信系统的水印符号辅助的LDPC前向纠错方案 ,与传统LDPC相比,可以大大提高相干接 收机的抗噪声能力。在100Gbit/s 16进制正 交幅度高制(16QAM)相干接收光通信系统上的仿真实验结果表明, 在误码率(BER)为10－9时, 所提出的前向纠错方案与传统LDPC相比 较,信噪比(SNR)增益提高了0.45dB ;同时,在相同BER下,水印符号辅助的LDPC方 案的译码迭代次数有很明显的降低。