室内可见光多维CAP空间调制

针对室内可见光通信（VLC）光链路发射源（LED器件）有限的调制带宽问题,基于多维无载波幅度相位调制（CAP）技术,提出一种频带利用率高效的光空间调制方案（OSM-CAP）。OSM-CAP系统将输入信息序列分成两部分,一部分进行空域映射即空间调制,其结果用来选择激活的LED;另一部分进行信号域映射,即CAP调制。其中,CAP调制采用序列二次规划算法求取的时域正交多维CAP滤波器组实现。对于采用强度调制/直接检测（IM/DD）的VLC系统,该CAP信号还将进行单极化处理,文中提出两种相应的解决方案,即采用添加直流偏置（OSM-DCO/CAP方案）和零值位置极性编码（OSM-U/CAP方案）。基于朗伯体辐射模型,且可见光背景噪声建模为加性高斯白噪声,推导了OSM-DCO/CAP、OSM-U/CAP调制方案的误码率理论解,仿真验证了其准确性。在5 m×5 m×3 m的室内场景下,探讨了无载波幅度相位调制维度以及接收机个数、发射机间距、收发平面距离以及链路遮挡情况等信道参数对系统性能的影响。结果表明,星座调制阶数相同时,CAP调制维度越高,误码性能越好;接收机个数增多、发射机间距加大以及收发平面距离减小与系统可靠性存在正相关关系;链路存在遮挡情况时,会提高信道间的差异性,改善系统性能。     

用于FTN系统的二阶导频辅助载波相位恢复算法

针对超奈奎斯特系统引入的码间干扰使载波相位估计难度增大的问题，提出了一种二阶电域导频辅助载波相位估计方案，将导频辅助相位噪声补偿模块与基于Viterbi的最大似然相位估计模块级联，牺牲约1.7%的带宽开销，可以有效克服超奈奎斯特系统引入的码间干扰，对激光器线宽导致的相位噪声进行准确估计。在调制格式为16进制正交幅度调制的超奈奎斯特系统中，经仿真验证可知：该算法在加速因子不超过Mazo极限时可以有效跟踪相位噪声；在加速因子低至0.833、误码率为2×10^-2、光信噪比代价为1 dB的条件下，该算法能容忍的最大线宽乘积为5×10^-4；相较于一阶导频辅助载波相位恢复算法，该算法具有更大的线宽容忍度，所需的光信噪比也更小。     

湍流信道下差分索引移位键控直流偏置光OFDM

针对现有光无线正交频分复用（OFDM）索引调制均需接收端已知信道状态信息的问题，通过构建满足差分运算的时频弥散矩阵进行索引映射，提出了一种差分索引移位键控光OFDM方案。推导出了该方案在最大似然准则下的平均误码率上界，并与子载波索引移位键控直流偏置光OFDM(SISK-DCO-OFDM)系统进行了性能对比。其次，依据差分信号的特点，构造了一种适用于机器学习的差分信号特征向量，并结合径向基神经网络提出了一种多分类检测器，有效降低了译码复杂度。结果表明，所提差分索引方案有效避免了复杂的信道估计，同时在高信噪比下获得了近似SISKDCO-OFDM的误码性能。所提检测器取得了近似差分最大似然检测算法的误码性能，而且复杂度大大降低，例如当子载波块长度为2和4时，所提检测器的复杂度分别降低了16.67%和70%。     

超低照度下的可见光物联网终端设计

针对物联网的广覆盖、多连接的应用需求,研究了超低照度下的可见光通信技术。采用LED照明灯发送红外协议格式的可见光信号时,调制深度小于0.625%时人眼觉察不到闪烁。参考朗伯光源辐射模型,模拟了一个30 m×2.1 m×2.6 m的室内可见光通信场景,仿真结果表明调制深度为0.46%时使用20×12阵列的9.7 W LED照明灯作为发射装置,其有效光信号覆盖范围可达616 m~2。在实验室搭建了可见光智能家居系统,测试遥控机器人对该信号响应准确率为100%时的最远距离,实验测试结果为14.3 m,与仿真运算结果14 m间相对误差约为2%。     

不同相位调制波形对背向散射噪声的抑制

谐振式光纤陀螺系统中,背向散射噪声成为制约其系统精度的重要因素之一.对陀螺双路系统其中一路光波信号进行研究,利用相位调制频谱展开及光场叠加的方法,对光纤环形谐振腔输出光场进行理论分析.理论上载波分量的出现会在系统中引入背向散射噪声,因此仿真分析引入载波分量的幅度,得到采用三角波调制比正弦波更有利于抑制载波分量.以抑制载波分量为目标,搭建自外差载波抑制测试平台,对相位调制器施加三角波与正弦波两种波形调制,得到采用三角波调制时载波抑制比最高可达64.3dB,比正弦波调制时高出6dB,与理论分析相符;在陀螺系统应用中,采用三角波调制时陀螺输出信号载波抑制程度更大,波动更小,更加稳定.     

双向使用高非线性光纤实现同时解复用出两路10 Gbit/s信号

提出一种利用双向使用高非线性光纤(HNLF)实现同时解复用出两路信号的全光解复用方案.将复用信号和控制光的混合信号从HNLF的两端同时注入,复用信号中的某一路信号通过交叉相位调制使控制光产生蓝移或红移,在HNLF的输出端用窄带滤波器将控制光的蓝移或红移部分滤出从而同时实现两路信号解复用.理论分析了信号光和控制光在HNLF中的相互作用和解复用原理.搭建80 Gbit/s光时分复用系统,对双向使用HNLF的解复用结构进行了实验研究.在HNLF的两个输出端同时实现不同信道的无误码解复用,其中信道解复用的最大功率代价为2.6 dB.     

基于光纤传感的核信号读出方法中的调制驱动模块设计和实现

基于光相位调制的核信号读出方法将探测器信号调制进光纤中，并使用光纤作为模拟信号的传输介质。在该读出方案中，调制驱动模块负责载波信号的产生及放大，是该方案读出电子学系统的重要组成部分。为了产生低相位噪声，幅度大且幅度可调的载波信号，本工作提出了基于锁相环的载波产生电路和基于MMIC射频放大器的载波放大电路的设计方案，该方案结构简单，尺寸小，性能优异。对载波产生电路使用了ADIsimPLL仿真软件进行了环路滤波器的设计和仿真，同时也对载波放大电路使用ADS仿真软件进行了设计和仿真，并在实验室条件下进行了测试。测试结果表明，输出26 dBm载波信号相位噪声好于–110 dBc/Hz@100 kHz，能够用于信号解调。     

室内可见光OFDM通信系统调光控制技术

针对室内可见光通信高速率传输和照明控制的问题,分析了采用脉冲宽度调制调光控制技术的可见光正交频分复用技术系统的调光性能与误码性能.提出了基于功耗小、性能好的单极性正交频分复用系统的调光控制方案,对单极性正交频分复用系统的驱动电流和误码率特性进行了仿真,仿真结果表明,单极性正交频分复用系统可在不牺牲照明质量的同时改善系统性能.此外,针对室内低照明、低功耗的应用需求,提出了一种功率更加有效的补零非对称削波正交频分复用系统,仿真分析表明,补零非对称削波正交频分复用系统可在不损失误码性能的情况下提高系统的功率效率.     

双边带载波抑制调制载波信号馈送系统的研究

研究了基于双边带载波抑制调制的高频载波信号馈送系统的传输性能.分析了双边带载波抑制调制的原理,系统输出倍频信号的功率以及载波信号经过馈送系统后相位噪音发生劣化的原因.通过实验测量输入载波信号和输出倍频信号的功率和相位噪音验证了理论分析的正确性.结果表明,系统输出倍频信号的功率为-5.7dBm,载波信号经过馈送系统后近端相位噪音劣化了6dB,远端相位噪音劣化了21dB.     

双边带载波抑制调制载波信号馈送系统的研究

研究了基于双边带载波抑制调制的高频载波信号馈送系统的传输性能.分析了双边带载波抑制调制的原理,系统输出倍频信号的功率以及载波信号经过馈送系统后相位噪音发生劣化的原因.通过实验测量输入载波信号和输出倍频信号的功率和相位噪音验证了理论分析的正确性.结果表明,系统输出倍频信号的功率为-5.7 dBm,载波信号经过馈送系统后近端相位噪音劣化了6 dB,远端相位噪音劣化了21 dB.     

基于幅度相位联合校正算法的8-QAM自由空间相干光通信

提出了基于幅度相位联合校正算法的8阶正交幅度调制(8-QAM)自由空间相干光通信方案。与传统的自由空间光通信方案相比,本文提出的方案不仅无需信道状态信息(CSI)就可以实现对原信号的高精度还原,同时还具有较高的光谱效率。仿真实验表明,当接收端与发射端的频偏f 0=20 MHz、激光器联合线宽Δf=10 kHz、信噪比为20 dB时,该方案在归一化大气闪烁标准差σ=0.25、归一化相位噪声方差σΦ^2=0.07的对数正态湍流信道条件下,其误码率(BER)与未采用联合校正算法的8-QAM系统相比低4个量级。     

Gamma-Gamma湍流信道中大气光通信系统误码特性分析

大气信道中的大气湍流是影响无线激光通信系统性能的主要因素之一, 其引起的强度闪烁效应会对接收信号的提取和还原造成很大干扰。基于Gamma-Gamma概率分布的大气湍流信道统计模型, 研究了利用副载波相移键控(PSK)强度调制技术的大气光通信系统的误码特性; 推导了副载波二进制相移键控(BPSK)及开关键控(OOK)两种调制模式下的系统误码率表达式; 对在一定条件下的大气光通信系统, 比较了副载波BPSK和OOK两种调制模式的误码特性; 分析了链路特征、接收口径尺寸、通信波长和天顶角等因素对系统误码率的影响。结果表明, 增大接收孔径和通信波长都能有效地降低系统误码率, 而天顶角的增大则会使系统误码率增加, 副载波BPSK调制模式的误码特性要优于OOK调制模式的误码特性。     

IRZ-Manchester coding for downstream signal modulation in an ONU-source-free WDM-PON

Inverted return-to-zero (IRZ)-Manchester coding is proposed for optical downstream signal using amplitude shift keying (ASK) modulation in an optical network unit (ONU)-source-free wavelength-division-multiplexing passive optical network (WDM-PON), and ASK modulation is used for the optical upstream signal generation using remodulation over the optical downstream signal. With IRZ-Manchester coding, differential phase shift keying (DPSK) modulation can be overlaid on the downstream optical ASK signal for broadcasting services. Our experimental results show that the IRZ-Manchester coded optical ASK downstream signal has no modulation extinction ratio restrictions from the overlaid DPSK modulation, and that the remodulated optical upstream signal has very limited signal crosstalk from the downstream signals. In comparison with the conventional schemes using only Manchester coding or IRZ modulation, the proposed IRZ-Manchester coded modulation scheme shows better performance under different PON upstream and downstream traffic bit rate ratios.     

Optical access transmission with improved channel capacity using non-orthogonal frequency quadrature amplitude modulation

A new modulation scheme that improves the bandwidth efficiency of an optical access link is proposed in this paper. It is implemented using non-orthogonal frequency shift keying (FSK) and quadrature amplitude modulation (QAM) simultaneously. We call the proposed technique non-orthogonal frequency quadrature amplitude modulation (NOFQAM). Especially, non-orthogonal FSK based on digital signal processing (DSP) is proposed for the first time. DSP-aided non-orthogonal FSK allows us to select RF carrier frequency irrespective of the channel bandwidth to allocate FSK symbols, unlike the existing orthogonal FSK. The non-orthogonality is implemented using a sequential correlation, where a received NOFQAM signal is correlated with only one RF carrier at a time by using DSP. After the sequential correlation is completed, both the FSK and the QAM symbols are recovered successfully and merged to generate the NOFQAM symbols. For experimental verification, a 20-km optical access link, which can transmit a 64-NOFQAM signal sampled at 10 Gsample/s, is implemented. We observed no increase in occupied channel bandwidth and a power penalty <0.5 dB compared to the 16-QAM scheme. A bit error rate lower than 10^?11 was obtained for the frequency spacing considered herein, which corresponds to 3% of the used RF carrier (1.5 GHz) when there are 50 sampling points per 64-NOFQAM symbol.     

5 × 10 Gbps WDM-CAP-PON based on frequency comb using OFDM with blue LD

Presently, optical access networks are in great demand to meet the bandwidth requirement due to rapid growth in high speed applications for smart devices, cloud computing, big data analysis and other 5G applications. In this paper, 5?×?10 Gb/s wavelength division multiplexing carrier-less amplitude phase modulation-passive optical network (WDM-CAP-PON) with frequency comb is proposed and demonstrated. Also, 450 nm blue laser diode having bandwidth 0.8 GHz is used for visible light communication using 6 m FSO link to support cost effective high data rate optical network. The WDM-CAP-PON employing orthogonal frequency division multiplexing has been analysed in terms of tolerance to the fiber non-linearities through the effect of variations in launch power (??5 to 4 dBm), datarate (2.5–40 Gb/s) and distance (20–110 km) on Q-factor and error vector magnitude (EVM%) by considering pre-, post- and symmetrical-dispersion compensation schemes. It is reported that post-compensation is superior to pre- and symmetrical-compensation schemes to achieve the minimum 3.8?×?10^?3 BER under 7% forward error correction (FEC). The faithful transmission distance achieved for 10 Gb/s WDM-CAP-PON using post dispersion compensation scheme is 110 km.     

基于H-PPM的可见光通信系统RS编码性能分析

为了改善复杂交通环境下湍流信道的光强闪烁对信号的影响,研究了大气湍流光强闪烁的系统模型,并且针对PPM和DPIM等调制方法存在的问题,提出一种新型的无线光通信调制方法——头脉冲位置调制(head pulse position modulation,H-PPM)。根据湍流信道的特点,推导出基于H-PPM的可见光通信系统未编码时与RS(Reed-Solomon)码纠错后的误时隙率公式。数值仿真曲线证明,当系统误码率为10-10时,RS(15, 7)纠错码可以提高约18 dB的编码增益。由此可得,采取H-PPM调制和RS编码相结合可提高信号的质量,更有利于复杂交通环境下的可见光通信。     

自纠错码在PWAM光纤传输系统中的应用

基于自纠错码的二级脉冲幅度调制与脉冲宽度调制(PWAM)光纤传输技术,对系统中的接收机灵敏度进行了分析.在模拟信号信噪比不小于50 dB,数字信号误码率不低于10－9情况下进行仿真.结果表明,在没有增加系统复杂性的前提下,使用自纠错码时二级脉冲幅度调制以及脉冲调制光纤接收机灵敏度将有1.1 dB的改善.     

The Influence of Signal Polarization on Quantum Bit Error Rate for Subcarrier Wave Quantum Key Distribution Protocol

In this paper, we consider the influence of a divergence of polarization of a quantum signal transmitted through an optical fiber channel on the quantum bit error rate of the subcarrier wave quantum key distribution protocol. Firstly, we investigate the dependence of the optical power of the signal on the modulation indices’ difference after the second phase modulation of the signal. Then we consider the Liouville equation with regard to relaxation in order to develop expressions of the dynamics of the Stokes parameters. As a result, we propose a model that describes quantum bit error rate for the subcarrier wave quantum key distribution depending on the characteristics of the optical fiber. Finally, we propose several methods for minimizing quantum bit error rate.     

空间尘埃等离子体对量子卫星通信性能的影响

为了研究尘埃等离子体中带电尘埃的粒子半径、粒子浓度和带电荷数对量子通信性能的影响,首先根据Mie散射理论得到单个带电尘埃粒子的光散射截面;然后通过粒子浓度求出总的消光截面,得出链路衰减的数学模型,提出了带电粒子特性与量子纠缠度的关系;针对退极化信道,当单个尘埃粒子所吸附带电粒子的个数为50时,给出了尘埃粒子半径、粒子浓度与信道容量和量子误码率的定量关系.仿真结果表明,当量子信号的传输距离为10km时,尘埃粒子浓度从1×10~(10) m~(-3)增加到10×10~(10) m~(-3),信道容量从0.6726降低到0.1075;尘埃粒子半径从0.1μm增加到10μm时,量子误码率由1.334×10~(-3)增加到5.309×10~(-3).由此可见,尘埃等离子体中带电尘埃粒子的半径和浓度对量子卫星通信性能有显著的影响.因此,为确保量子通信的可靠性,应根据所探测到的等离子体环境的状况,调整卫星通信系统的各项指标参数.