自由空间全光通信链路的设计方法

在自由空间光通信系统中,由于中继距离的不确定性,相应的链路传输损耗也不同,因而各中继器有不同的增益。针对自由空间光通信折这一特点,介绍了一种解决方法,即采用具有自动增益控制（ＡＧＣ）的光放大器作为中继器,并分析噪声累积对系统性能的影响。结果表明,采用掺铒光纤放大器可以得到好的系统性能。     

自由空间光通信系统

自由空间光通信(FSO)是一个通过自由空间(大气)传输高速率光信号的技术,自由空间光通信系统的特点是高带宽、低成本、易安装、保密性好、无须频率申请、传输协议透明。这篇文章详细叙述了FSO系统的整体电路设计和控制程序设计。     

自由空间光通信和混合自由空间光通信／射频系统的可用性分析

自由空间光通信（Free Space Optics，FSO）是一种视距范围内的自由空间激光传输技术。由于信道吸收和散射的影响，单FSO链路系统由于受到云的阻碍，其可用性就会下降。与此相反，射频信号（Radio Frequency，RF）不易受云的影响，因此，混合FSO／RF系统的可用性就会得到显著提高。混合FSO／RF系统提供了很高的无线宽带连接和服务质量，尤其适合高速率传输的新型网应用。     

星间光通信链路优化设计

建立了一种空间光通信链路模型,对光通信链路的总体性能进行了仿真计算,并研究了在一定误码率、一定发射功率下优化通信光束发散角与径向偏角方差的关系。     

1 Gbps实时传输的自由空间光通信链路损耗

远距离自由空间光学（FSO）通信系统面临的最大挑战是在大气湍流影响下信号传输会造成光强度衰减/波动,导致通信链路中断。文中提出了一种基于通信系统接收功率的对数正态统计来计算由湍流引起的通信链路损耗的方法,可评估指导FSO通信系统中的系统参数。文中模拟了不同强度湍流影响,接收终端口径为2 cm、20 cm条件下,850 nm、1 550 nm波长的光通信链路损耗与传输距离的关系。然后利用模拟分析结果设计了一个接收口径为20 cm的FSO通信系统,在强湍流条件下完成~2 km距离传输高清图像和视频。FSO通信系统的传输速率为1 Gpbs,与4 G网络相比,可以满足大量无压缩数据流传输的清晰度和实时性。     

自由空间光通信中误码测试系统的开发

提出了一种基于FPGA的误码测试系统的设计方案,对其中的关键技术进行了论述.该测试系统已成功应用于自由空间光通信系统中,经过仿真和实际应用验证,该方案是行之有效的.     

以太网自由空间可见光通信系统的研究

基于可见光的自由空间光通信(FSO)在某些要求载体光必须被人眼所见的场合拥有广泛的用途.提出了一种在可见光FSO系统中使用以太网技术的方案,重点研究系统中可见光LED阵列光源,抛物面天线的软件模拟,新型分集接收器的设计原理等关键技术,最后测量系统的实际性能.     

自由空间光通信中的空时网格码

讨论了无线激光通信中的空时网格码。首先设计了带有两副发射天线的4PPM-空时网格码的编码器,并介绍其设计原理和编译码方法,其次对多输入多输出大气光信道的信道容量进行了理论分析,最后通过蒙特卡洛算法对光信道容量和误码率进行仿真验证。结果表明:基于空时网格码的自由空间光通信能够减小闪烁效应对大气光通信中误码率的影响;当发射天线数目固定不变时,系统误码率随着接收天线数目的增加而减小;当收发天线数目可变时,系统信道容量随着收发天线数目的增加而增大。     

瞄准误差和Gamma-Gamma大气湍流下信号束散角的优化分析

在自由空间激光通信(FSO)系统中,瞄准误差和大气湍流严重影响系统通信链路,是链路性能恶化的两大主要因素.通过对联合信道的理论分析,建立了信道模型,并利用Meijer G函数推导出了直接探测系统和相干探测系统平均信道容量的表达式.通过在Matlab中的仿真结果可知,在给定瞄准误差和大气湍流的条件下,信号光的光束束散角并非越小越好,而是存在最优束散角,该束散角不仅可以保证系统性能良好,而且使得发射系统功率取得最小值,并且采用相干探测系统可以抑制大气湍流对系统的影响,有效提高系统的性能.     

用于"最后一公里"的自由空间光通信系统

介绍了一款FSO系统的工作原理、结构设计和系统测试结果.着重分析了系统中光学发射和接收系统以及激光发射电路和以光纤模块作为数据接口的光电接收电路设计,并对该系统进行了双向通信测试试验.     

光束发散角对紫外LED散射通信接收能量的影响

为了更准确地研究紫外光的通信性能,针对紫外LED散射光通信中光能量传输特征,以及光束发散角对散射链路构成与接收光子能量有一定影响,采用多个LED组成阵列发射的方法,扩大光束与散射体的作用效应,分析了光束发散角对不同散射体作用时光子能量的变化关系,研究了紫外光散射通信脉冲调制方法与提高发射功率措施,提出了脉冲位置调制驱动阵列LED的解决方案,并进行了紫外LED散射通信系统室外传输测试。结果表明,在短距离通信中,大的散射角使得光对散射体的作用区域增大,散射效应明显,到达光接收端的光子数量增加;实际通信应用中,散射光通信具有较高的灵活性和实时性,可适当进行光学处理来优化光路结构。此结果为进一步增加传输距离和传输效果提供了正确的指导。     

无线光通信中对角分层空时编码的研究

本文主要研究对角分层空时编码在无线光通信中的应用,并对其误码率特性进行了分析。仿真结果表明,随着收发天线数的增加,系统的信道容量几乎成倍的增长,同时误码性能有明显的改善;说明该系统具有对角分层空时编码原有的信道容量和良好的误码率性能,能够很好的保证传输质量,同时有望抑制大气的闪烁效应。     

Free space optical system design using particle swarm optimization

The performance of the free‐space optical (FSO) communication system is severely affected by atmospheric properties and misalignment between transmitter‐receiver sections. These effects can be minimized by selecting the precise and proper value of operating parameters. The divergence angle can play a key role in mitigating the negative impact of deviation of an optical beam from its fundamental direction due to different adverse influences. In this paper, we have presented a particle swarm optimization model for determining the optimum divergence angle for designing an optimal FSO link. The FSO transreception quality depends on the medium properties which have a number of detrimental effects like rain, fog, haze, physical obstruction, scattering, and atmospheric turbulence. The proposed work investigate the optimum divergence angle with respect to the maximum deviation angle under different adverse conditions, as mentioned above. Taking into account these effects, the analytical expression of optical link margin and the optimum divergence angle with respect to the maximum deviation angle is derived. The results are analyzed for finding out the most suitable wavelength of the transmitter, transmitted power, link margin, and the link budget under different adverse conditions for reliable communication.     

一种基于捕获跟踪策略的光束发散角分析方法

根据捕获跟踪策略和激光检测理论，给出了直接探测情况下最佳光束发散角的表示式。利用这一表示式，分析了背景光功率和探测器暗电流效光功率对系统性能的影响，为大气激光通信系统中激光光束发散角的设计提供了参考依据。     

光束发散角对星载激光测高仪森林回波的影响

植被树高是生物量评估和森林生态监测的重要参数,但是大区域的植被树高数据获取困难.由大光斑星载激光测高系统森林回波可反演大区域植被树高,然而大坡度山区的植被和地面回波混叠严重,难以准确提取波形参数反演植被树高.为此建立森林目标回波的解析模型,推导出从混叠回波中分离植被和地面回波的必要条件,指出导致回波混叠的因素除了目标粗糙度和坡度,还有发射脉冲的发散角.分析了地表粗糙度和地形坡度对植被冠层回波的展宽效应及其对波形分解的影响,通过比较实测GLAS波形和仿真回波波形,验证了压缩光束发散角可降低森林回波对大坡度地形的敏感性.对于卫星轨道高度在500~600 km之间时,激光测高仪光束发散角一般在40~60μrad,更有利于森林植被树高的反演.所得结论为提高大坡度山地森林树高反演精度,从星载激光测高仪的系统设计角度提供了有意义的参考.     

接收光路光束发散角对多普勒测风激光雷达测量精度的影响

介绍了已研制的基于Fabry-Perot标准具直接探测多普勒激光雷达的风速测量原理,讨论了接收光路光束发散角对测风激光雷达系统测量精度的影响.数值计算结果表明当接收光路光束发散角小于1 mrad时,由于光束发散引起的多普勒速度测量相对误差可以控制在5%之内,并在实测光路发散角的基础上分析了系统的测量误差,结果显示,在5 km时最大测量速度误差为0.6 m/s.     

无线光通信光功率衰减模型分析

现有的无线光通信系统中,光功率衰减模型普遍采用的是平面波假设下的模型,而实际无线光通信系统发射的激光是高斯光束。因此,建立高斯光束下的光功率衰减模型更加符合实际情况。利用理论推导结合仿真的方法,分析了高斯光束下发射光功率计算中积分限的选取,在综合考虑精确性和简易性的原则下,建立了高斯光束的光功率衰减模型,并以此为基础,比较了平面波和高斯光束下的光功率衰减模型,研究了平面波近似带来的误差。结果表明:两种模型明显不同,平面波假设下的模型会低估无线光通信系统的性能,在分析最大可通信距离时会带来12%~13%的相对误差。     

半导体激光器远场发散角的近似计算

从半导体激光器的单模工作条件出发,提出一个远场发散角的近似公式。比较用此近似公式计算结果与数值计算、二阶矩近似计算的结果发现,在半导体实际应用中的波导层范围,该公式能减少计算难度,同时能够满足精度要求。     

非傍轴旋转对称拉盖尔-高斯光束的远场发散角

基于功率密度的二阶矩方法,推导出了非傍轴旋转对称拉盖尔-高斯(LG)光束远场发散角的解析公式,并表示为伽玛函数的幂级数求和形式。计算结果表明,当初始束腰宽度和波长之比w0/λ趋于0时,对任意非傍轴旋转对称LG光束,远场发散角趋于渐近值63.435°,与阶数无关。对于p=0的特例,则退化为非傍轴高斯光束的结果。