大气湍流对轨道角动量态复用系统通信性能的影响

通过数值仿真,以多个相位屏模拟大气湍流,研究大气湍流对轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)态复用通信系统质量的影响.改变大气湍流折射率结构常量C2n和传输距离z,分析其对OAM态复用系统归一化接收功率、误码率等的作用.研究结果表明当大气湍流强度增加和传输距离增长时,复用系统归一化接收功率下降、误码率增加.当C2n增大到5×10-13 m-2/3时,系统归一化接收功率下降到0.2以下,误码率增大到0.3以上;当传输距离增大到10 000m,系统归一化接收功率下降到0.3以下,误码率增大到0.35以上.同时,对比不同方位角指数l取值的两个OAM态复用系统受大气湍流的影响,发现:l取值越接近的系统,受大气湍流影响越大.在等同光学信噪比下大气湍流导致OAM态复用系统误码率性能降低2至3个数量级.该研究对OAM态复用系统的实用化具有积极的参考作用.     

多波束分集深海远程正交频分复用水声通信

针对深海远程信道传播衰减大、多途扩展严重的问题,提出一种单输入多输出（SIMO）模型下的水声正交频分复用（OFDM）多波束空间分集均衡方法。建立了深海远程信道下SIMO-OFDM接收信号模型,对宽带波束形成处理后的多个到达角度的波束输出进行独立的多普勒补偿和稀疏信道估计,最后基于最大比合并实现多波束均衡。相对于远程通信中常用的单波束处理方法,所提方法可获得额外的不同到达角度的多径分集增益;且基于阵列波束形成处理可明显提升各个波束输出信噪比,避免了单阵元信噪比过低导致的信道估计误差增大的问题。所提方法的计算复杂度大于单波束均衡,但低于多阵元最大比合并均衡。基于BELLHOP的数值仿真和中国南海实验结果表明,所提方法的误码率性能明显优于单波束均衡和最大比合并均衡,且在100 km的距离上实现了通信速率199 bps的无误码通信。      

自动补偿高效的差分相位编码QKD系统

提出一种自动补偿高效实用的改进型差分相位编码量子密钥分发方案.在Alice端采用偏振型强度调制器对连续激光进行调制，产生任意个相干脉冲进行差分相位调制编码；在Bob端采用双FM干涉仪代替传统的M-Z干涉仪，自动补偿了环境引起的偏振抖动，提高了系统的干涉稳定度.简化了系统的结构，提高了密钥生成效率，增强了系统的安全性.在实验上实现了稳定的80km量子密钥分配，误码率<4%. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 差分相位编码 偏振型强度调制器     

相干偏振复用正交相移键控实时相干接收中的并行流水型恒模算法(英文)

在对相干偏振复用四相相移键控信号进行偏振解复用的实时相干接收机中,为高效补偿偏振效应,同时降低系统对时钟频率要求与系统中FPGA资源的使用量,对接收机中广泛采用的恒模算法从并行性、滤波器阶数、以及流水性3方面进行了研究改进,提出了并行流水型恒模算法.研究结果显示,在43Gb/s高速相干接收系统中,相干接收机的并行度宜为32,滤波器阶数宜为5.VPI与MATLAB联合仿真结果表明,采用本文提出的并行流水型恒模算法后,基于FPGA的四相相移键控信号实时相干接收机对时钟频率的要求可以降低到168MHz;在不丢包的情况下,系统能够处理43Gb/s相干接收系统中的全部数据,有效实现偏振解复用;在背靠背情况下,补偿1×10-3误码率的OSNR为14.5dB.利用高层次综合软件将并行流水型恒模算法下载到FPGA中,DSP资源的使用量仅仅是传统算法使用量的1/8.     

HD+2，H+3和D+3与固体相互作用和三体尾流效应

从分子离子H⁺₃及其氘化同位素分子离子D⁺₃和HD⁺₂与超薄固体膜相互作用发生库仑爆炸为基础,分析讨论了H⁺₃,D⁺₃和HD⁺₂三种分子离子的形成机理,根据产物能谱分布,利用库仑爆炸技术确定了同位素分子离子HD⁺₂的结构形式,给出具体核间距数值.并确定在实验中不存在线状结构的HD⁺₂.提出一种三原子分子离子和固体相互作用中尾流效应的处理方式,通过和实验结果做比较发现这是一种非常理想的处理三体尾流效应的模式,并用之进一步确认了HD⁺₂的结构形状.文章对H⁺₃,D⁺₃和HD⁺₂三种分子离子的实验结果做了对比和讨论. 关键词： +₂')" href="#">微团簇HD⁺₂ +₃和D⁺₃')" href="#">H⁺₃和D⁺₃ 库仑爆炸 三体尾流势 团簇结构     

相干激光通信系统光学锁相环路载波恢复技术

基于科斯塔斯(COSTAS)光学锁相环路载波恢复进行建模分析,得到系统的闭环传递函数、误差函数及需要恢复的载波信号;设计系统采用复合控制,内环借助声光移频器实现快速、小范围跟踪,外环通过环路直接控制激光器拉进快捕带;为了得到良好的载波恢复和信号解调,设计基于异或门的COSTAS环鉴相模块对鉴相器进行分析,实现鉴相范围为[-42°,42°],鉴相增益为14.4mV/(°),在环路带宽为1.5 MHz时,搭建实验进行测试。实验结果表明在码速率5Gb/s时,载波恢复、信号解调良好,信号光功率为-40.4dBm时,误码率为1.55×10-8,随着速率的提高或降低,系统性能虽有下降,但仍能恢复载波信号并解调数据,为零差相干通信实验室验证提供了参考。     

基于扩频码的单载波迭代频域均衡水声通信

单载波时域均衡在长时延扩展水声信道中计算量大,并对接收机参数的选择较为敏感,可靠性低,而正交频分复用信号峰均功率比高、对频率偏移敏感. 针对这些问题,提出基于扩频码的单载波块传输高速率水声通信方法和基于T/4分数间隔迭代频域均衡的接收机算法. 该接收机利用已知扩频码进行信道估计以及对由多普勒偏移引起的旋转相位进行估计,并通过一种低复杂度迭代频域均衡算法改善系统性能. 开展了湖上实验研究,结果表明在浅水1.8 km距离且复杂多径干扰条件下,利用BPSK/QPSK调制可实现10^-2–10^-4的误码率并达到1500–3000 bit/s的有效数据率. 关键词： 水声通信 单载波 频域均衡 迭代处理     

OFDM-OAM光信号在大气湍流中的传输

在自由空间传输的过程中,轨道角动量(OAM)光束会受到大气湍流的影响,其螺旋相位会产生畸变,导致解调后的信号质量下降。为了研究不同湍流条件下大气湍流对正交频分复用(OFDM)-OAM光信号的影响,使用non-Kolmogorov湍流模型,通过改变模型中折射率结构常数C■和大气指数α模拟不同情况下的大气湍流,测试OAM光信号经过湍流模型后的解调高斯光强图样、光束强度以及其携带的OFDM-16QAM信号的误码率。实验结果表明:non-Kolmogorov湍流模型中C■和α的改变会对解调后的高斯光束以及探测到的OFDM信号产生一定的影响,而在发送端进行信道编码可以从一定程度上改善湍流对传输信号的影响。     

太赫兹介质超表面实现双域多信道复用

提出一种工作于0.25～0.35 THz的介质超表面，基于该超表面、结合轨道角动量（OAM）和频率域实现双域多信道复用，理论上可实现4×N(N为任意正整数)路携带不同信息的正交同轴波束的同时传输。超表面由介质柱阵列和介质基板构成，可基于Pancharatnam-Berry相位原理进行设计。选取0.25、0.3、0.35 THz三个频点进行仿真验证，结果表明：当3路具有不同频率和入射角的圆极化平面波沿4个不同方向斜入射至超表面上时，在垂直于超表面的方向上，12路交叉极化透射波被转换为彼此拓扑正交或频率正交的同轴波束，即结合OAM和频率域实现了12路信道复用。所提出的介质超表面在高速率大容量太赫兹通信领域具有潜在的应用价值。     

涡旋光束轨道角动量检测及其性能改善

利用光栅检测涡旋光束轨道角动量(OAM)并进行性能改善的方法容易实现且能降低通信系统成本。将涡旋光束照射到周期渐变光栅和环形光栅的合适位置,观察衍射图中光斑的分布规律,并对入射涡旋光束进行检测。实验结果表明,通过判断光斑中暗条纹的数量和朝向便可确定入射涡旋光束的拓扑荷的大小和正负,利用相位校正技术或光束复制技术可以使衍射结果中的条纹更加清晰,使用这两种技术后可将检测到的拓扑荷数提高至30。该研究为OAM复用通信中的解复用和涡旋光的产生提供了依据。     

基于随机共振的2PSK信号相干接收误码率的研究*

针对在信道环境恶劣的情况下,数字信号接收端的误码率较高的问题,提出一种基于自适应参数调节双稳随机共振系统降低误码率的新方法,得到了输入信噪比小于0db、相干解调接收二进制相移键控信号(binary phase shift keying,简记为2PSK)条件下,系统误码率与输入信噪比的仿真曲线。研究表明：通过非线性双稳系统的2PSK在输入信噪比达到-7.4db时较传统线性解调系统误码率可降低20.1%,这正是对2PSK信号在信道环境恶劣情况下传输的一个补充,对数字带通信号传输具有一定的参考价值。     

超高速相干光通信两步步长优化CMA算法

在超高速相干光通信中，对偏振解复用损伤和偏振模色散的补偿一般采用恒模算法(constant modulus algorithm, CMA)。标准的CMA算法具有自适应动态均衡的功能，加权信号根据输入信号进行不断更新，是一种目前流行的盲均衡算法。通常在CMA算法中，步长系数的取值严重影响着算法收敛、误差矢量幅度(error vector magnitude, EVM)和误码率(bit error ratio, BER)性能评价。提出了一种优化的CMA算法，具有两步步长系数，可标记误差矢量函数曲线稳定时的区间。经过计算验证表明，优化的CMA算法具有不同程度的解调性能改善，能够降低X、Y偏振态的EVM，具备较好的应用性。     

多体制兼容相干探测卫星激光通信技术

卫星相干激光通信系统中,信号调制格式以相移键控(PSK)为主,未兼容开关键控(OOK)的相干接收。针对卫星相干光通信接收机不兼容多种调制格式的问题,实验搭建了兼容OOK以及二进制相移键控(BPSK)的相干通信接收装置。在1 Gbit/s的通信速率下,当调制格式为OOK且信号光功率为-54.6 dBm时,误码率(BER)为10^-3,接收灵敏度距离散粒噪声极限3.3 dB;当调制格式为BPSK且信号光功率为-57.95 dBm时,BER为10^-3,接收灵敏度距离散粒噪声极限4.2 dB。该多体制兼容相干接收机的结构与当前大多数相干接收机的硬件通用,且具有较高的接收灵敏度,证明了卫星相干激光通信多体制兼容技术的可行性,具有重要意义。     

衍射深度神经网络下轨道角动量态的校正

衍射深度神经网络(D2NN)通过无源衍射层的深度学习，可实现快速高效的深度学习功能。利用多组不同湍流强度干扰下的轨道角动量(OAM)态和目标OAM态组成的训练数据集对设计的D2NN网络组件进行训练，更新和优化组件中各参数，直到由D2NN输出的OAM态与目标OAM态的平方误差损失函数达到预定的阈值，便可获得实现高速、高精度的OAM波前校正的D2NN组件。测试结果表明：D2NN迭代次数、衍射层数、训练参数的选择会对组件的校正速度和准确度产生影响，通过D2NN可以实现受大气湍流干扰的OAM态的高精度校正；当大气湍流强度为10^-14 m^-2/3、D2NN网络层层数为8时，组件性能最佳，其损失函数相比5层网络层的D2NN降低超过45.45%；而对于更强大气湍流的干扰，可以通过增加网络训练时的迭代次数来提高校正的准确度，迭代20次后损失函数的值降低率达到98.03%；对于湍流强度较弱的干扰，训练时采用纯相位参数，组件的性能更优；而对于强湍流的干扰，训练时采用相位参数与振幅参数两者相结合的方法，组件的性能更优；除此之外，OAM态的拓扑荷值越小，校正后的失真...     

基于空间分集的海洋无线光通信轨道角动量复用系统的性能

为了解决水下通信轨道角动量复用系统中海洋湍流引起的信号串扰,基于空间分集技术提出了一种海洋湍流缓解方案.用随机相位屏法模拟海洋湍流对信号产生的相位扰动,用分步传输法模拟光束的衍射传播,在接收端使用等增益分集合并技术对信号进行合并处理.系统采用4路轨道角动量复用8路空间分集,仿真分析了轨道角动量复用集合、海洋湍流强度和传输距离等因素对系统误码率性能的影响.仿真结果表明,轨道角动量复用集合的模式间隔从1增加到2,误码率降低较为明显;随着模式间隔继续增大,误码率性能改善有限;误码率随传输距离和湍流强度的增加而增大.结果证明在海洋光通信系统中使用分集合并技术可以有效缓解湍流对信号传输的影响.     

高稳定的差分相位编码量子密钥分发系统

在差分法基础上提出了一种改进的差分相位编码量子密钥分发(QKD)方案.Alice采用脉冲激光光源,通过两个串联光纤延迟环产生四个均匀的相干脉冲，并对脉冲进行差分调制，补偿了传输过程中环境对偏振的扰动.Bob采用双FM干涉仪,在窄脉冲门控模式下进行单光子探测.单程传输避免了木马攻击，增强了方案的安全性.实验结果表明，系统可以长期稳定运转(大于24h)，误码率为3％.改进的系统具有高效、稳定、低成本的优点，实施方便，有很好的实用价值. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 差分相位编码     

调相光栅的正交相干相位检测

本文提出了一种解调调相光栅相位的新方法.将一幅相位调制光栅图输入计算机,通过正交相干相位解调算法处理,能够高精度、快速地获得光栅的相位分布.本文详细论述了正交相干相位解调原理,并给出实验系统和处理结果,最后与其他类似的相位解调方法进行了比较.     

基于相位调制-解调的光纤激光相位噪声检测方法研究

在主动相位控制相干合成中,常用的光纤激光主动相位控制方法主要有外差法、多抖动法和随机并行梯度下降算法等. 基于多抖动法和外差法的原理,提出了一种新型的基于相位调制-解调的相位检测与控制方法. 该方法利用周期信号对参考光进行相位调制,将调制后的参考光与待检测信号光进行相干检测,通过对相干光强信号和相位调制信号的融合处理,实现相位噪声的检测和控制. 对该方法进行了数值模拟和实验研究. 实验结果表明,对于频率为2 kHz,噪声范围为[0,2π)的正弦噪声,相位检测精度优于λ/50,控制精度可达 关键词： 光纤激光 相干合成 相位噪声检测 调制-解调     

一种线性调频扩频水声通信的新同步方法

针对高速运动过程中的水声通信,提出一种新型稳健的同步方法。该方法充分利用线性调频（LFM）信号的自相关特性及LFM扩频水声通信解调原理。湖试结果表明该方法简单有效,能够消除同步误差累积。利用湖试数据进行的仿真结果表明:该方法在常速及变速运动情况下均有效;在水下24m/s高速运动、时变多途干扰、带内接收信噪比低于0dB时,数据率可达为100bit/s,误码率保持在10^-4左右。     

X射线通信系统的误码率分析

基于栅极控制脉冲发射X射线源与单光子探测技术的X射线通信语音方案已经在实验室实现, 为探索未来X射线深空通信应用打下了坚实的基础. 实验室X射线语音通信演示系统实现后, 迫切需要测试X射线通信系统的误码率性能. 在泊松噪声模型下对X射线通信演示系统的理论分析的基础上, 使用基于现场可编程门阵列的误码率测量方法对开关键控调制方式下X 射线通信误码率进行测量. 通过实验测量发现, 要实现语音通信, 系统误码率应该达到10^-4 量级; 分析、测量了现有系统在开关键控调制方式下不同速率对应的误码率, 论证了泊松噪声模型理论分析现有X射线通信系统的合理性; 分析提出了限制现有实验室条件下X 射线通信误码率性能的主要因素.