基于LDPC编码的双工逆向调制自由空间光通信系统

在逆向调制(modulating retro-reflector,MR R)自由空间光通信(free-space optical,FSO)系统中, 激光信号在传输过程中受到双程大气湍流的严重影响,导致系统误码率性能恶化。本文提出 采用低密度奇 偶校验编码(low density parity check,LDPC)方法来降低MRR FSO通信系统的误码率, 并且尝试使用微角 锥棱镜阵列(microcorner cube retroreflector arrays,MCCRA)来改善MRR FSO信道的传 输稳定性。本项研究 中搭建了MRR FSO通信实验平台,进行了基于LDPC编码的频分双工MRR FSO通信实验。实验结 果表明 使用LDPC编码的MRR FSO系统增益约为3dB,使用微角锥棱镜阵列作为MRR FSO反射器件能够 通过补 偿大气湍流引起的相位畸变来提升系统性能。结果还证明了LDPC编码相较于MCCRA,更能够 提升MRR FSO系统的误码率性能。由此可见,将LDPC编码方式与微角锥棱镜阵列结合运用于MRR FSO系 统能获得更加优化的系统性能。     

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。     

全双工逆向调制自由空间激光通信系统的设计与分析

逆向调制自由空间激光通信(MRR FSO)系统是将传统FSO链路的一个终端替换成逆向调制器(MRR)而构成的一个非对称FSO系统,因其功耗低、MRR端体积小和易安装等优点,成为自由空间光通信技术研究热点之一。针对MRR FSO系统现存在的捕获系统复杂、对准难度大等技术难题,在原有MRR FSO系统的基础上设计了一种全双工MRR FSO系统。其中光收发机端的共用光学天线模块采用较大孔径的反射式天文望远镜系统,主要用来减小光束发散角、增加接收孔径。MRR端采用单个大尺寸或多个小尺寸MRR器件,来提升反射光信号质量,并搭建室外长距离实验系统,对该MRR FSO系统进行测试,验证了该系统的合理性。结果表明,所设计的全双工MRR FSO系统在长距离全双工激光通信是可行的,为最终实现长距离全双工MRR FSO系统做铺垫,是未来MRR FSO技术的发展方向之一。     

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 。     

一种新型的单光源双工通信系统

以单光源为基础光源,使用内调制与外调制相结合的调制方式,成功搭建了双工激光通信系统,并对其进行了理论分析与实验验证.光源部分作为中心基站(Central Station,CS),使用内调制实现下行链路,向基站(Base Station,BS)发送请求信息;BS端则使用声光外调制的方式实现上行反馈,向CS端发送反馈信息,实现了两个终端之间的相互通信.结果表明,该双工通信系统室内传输稳定,传输速率因器件而定,下行最高可达30 kb/s,上行最高可达3Mb/s,该通信系统可实现时分双工光通信,在相邻时段使用不同频率的光载波进行实时通信.     

无线光正交频分复用系统的实验研究

根据正交频分复用(OFDM)基本原理构建了无线光正交频分复用(FSO-OFDM)实验系统,仿真分析了信道噪声对FSO-OFDM系统性能的影响。最后通过实验验证了信道噪声对信号星座图的影响,为FSO-OFDM的应用提供了实验依据。实验表明FSO-OFDM系统具有较好的抗码间串扰的性能,其误码率低于单载波调制系统。     

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。     

基于特征向量构建的相干正交频分复用无源光网络系统

设计基于特征向量构建的相干正交频分复用无源光网络系统,避免无源光网络受到码间串扰的影响。设置光梳状谱发生器作为系统光源,生成光波信号,利用波分复用器分离生成的光波信号,完成分离后信号传送至IQ调制器,IQ调制器利用正交频分复用信号调制与解调过程调制分离信号,通过波分复用器集合完成调制的两路光波,集合后光波利用传输光纤传送至光节点;光节点中的相干接收器接收光波信号后,利用光电二极管传送至SVM均衡器,SVM均衡器利用特征向量构建方案均衡光波信号,实现信号的高效传输。系统测试结果表明,驱动功率为11 dB、本振光功率为6 dBm时,系统具有最佳的通信性能,所设计系统可有效改善码间串扰情况,均衡通信信号。     

一种基于光载波抑制的ROF双工系统

为克服远距离光纤传输系统中色散效应的影响,研究了一种基于光载波抑制的单工ROF(光纤无线电)系统,并提出改进的双工ROF系统传输方案。在中心站,采用20GHz的射频信号将下行链路信号耦合至光载波抑制频段处,通过单模光纤传输50km至基站,并重复利用未调制边带传输上行链路信号。通过仿真得到的系统光谱图和误码率曲线表明:加入上行链路信号传输后,下行链路的光纤能量损耗降低,上、下行链路同时具有较好的抗色散能力。     

Gamma-Gamma大气湍流下零判决门限差分探测自由空间光通信系统误码率性能

研究了中强大气湍流条件下基于零判决门限差分探测(DDTZ)的自由空间光(FSO)通信系统误码率性能。在两束传输光完全相关和完全不相关的情况下,推导了DDTZ FSO通信系统和具有最佳阈值的差分探测系统的平均误码率的计算表达式。仿真结果表明:DDTZ不存在传统固定判决门限单端探测(SDTF)中存在的差错平底问题;两个接收信号的相关性对DDTZ误码率没有影响;DDTZ误码率性能虽不及最优差分探测,但明显优于SDTF,因此在可实现性和误码率性能方面,DDTZ更具实际应用价值。     

卫星激光测距合作目标技术现状和进展

卫星激光合作目标技术是卫星激光测距系统的重要组成部分,广泛应用于导弹、人造卫星和月球等激光测距系统中．是实现高精度测距和精密定轨的关键技术。介绍了国内外卫星激光合作目标的技术现状,并展望了其未来发展趋势。     

基于激光与望远光瞳结合的星间基线指向测量方法

为解决编队小卫星星间基线指向的测量问题,提出了一种以激光与望远光瞳相结合的星间指向测量方法。建立了以迪卡尔坐标系为基准的星间基线指向测量模型,通过分析待测小卫星相对于基准小卫星空间位置发生改变时,待测小卫星特征点在基准小卫星上投影的改变规律,采用在待测卫星上放置一组空间阵列角锥棱镜的测量方案。对运行于不同半径轨道上的两颗小卫星之间的基线测量进行了仿真,最后通过实验对本文提出的方法进行了验证。实验结果表明,本方法可以实现对星间基线指向的测量,其测量结果的扩展不确定度为7.4′(k=2)。     

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。     

“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。     

卫星激光合作目标中角反射器的密接布阵设计

用于卫星合作目标的角反射器阵列的设计 ,国际上普遍采用的是圆形布阵方案。采用正六边形密接布阵设计 ,获得了轻量化、高稳定性的卫星激光合作目标。角反射器阵列尺寸为 2 80mm× 16 0mm ,重量小于 2kg ,共有38个角反射器单元 ;单元底面加工成正六边形 ,对边距为 31 5mm ,有效通光口径为 30mm ,高为 2 5mm ;考虑到星载角反射器的速差效应及其补偿要求 ,经计算机数值模拟 ,将单个角反射器的综合角度误差确定为 5°± 0 5″ ,并在加工时对每个直二面角人为引入约 1″的角度误差。该设计虽然在一定程度上增加了阵列基座的加工难度 ,但计算表明 ,在设计尺寸一定的情况下 ,与传统圆形布阵相比 ,合作目标阵列的重量减轻 15 5 % ,而有效反射系数及回波光子数均提高 10 3%。     

二维位移测量中激光漂移实时补偿方法研究

激光漂移是影响二维位移测量精度的主要因素之一。为了消除激光光源漂移对二维位移测量结果的影响,提出了一种双光路激光漂移实时补偿的方法。在二维位移测量系统中,根据测量光路结构工作机理建立了激光光源平漂和角漂对位移测量产生误差的模型,通过参考光路监测激光的漂移量,并利用误差模型将漂移量经过转换后补偿到测量结果中。理论分析表明,本文方法能够实现对平漂和角漂的完全补偿。分析了实际光路布置中的结构参数误差对补偿效果的影响,基于此选择光路的结构参数。实验结果显示,使用双路激光漂移补偿方法后,可以使8h内的X方向和Y方向的漂移量分别减少55.1%和73.3%。     

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。     

调制器失调下的大视场猫眼回波特性分析

基于猫眼效应的逆向调制激光通信系统可以实现更快的通信速率,但是在实际应用中系统一般为非理想状态,其中调制器失调对猫眼回波分布有着重要的影响。基于柯林斯衍射积分公式建立了调制器失调下的大视场猫眼回波分布模型,理论分析了调制器俯仰角与入射角的关系以及两者对回波分布的影响规律并进行了实验验证。结果表明:调制器俯仰角和入射角共同影响回波光斑的形状,若两者取值符号相反,可减弱产生的影响。利用这一特性可以增强回波强度,改善猫眼逆向调制通信系统的性能。