100Gb/sPM-QPSK相干光接收系统中改进的带内OSNR监测方法（英文）

为保证偏分复用正交相移键控(PM-QPSK)相干光通信系统的传输性能,提出了一种改进的基于高阶统计矩的光信噪比监测方案.该方案针对不同调制格式给出了不同的修正值,因此对调制格式透明.在搭建的100Gb/s PM-QPSK相干接收系统中对该方案进行了数值仿真,结果表明:当光信噪比在5~25dB的范围内,不同占空比调制码型的监测误差均小于0.5dB;光信噪比参考值为14dB时,在0.5dB的监测范围内,色散容忍度为2 400ps/nm,对一阶偏振模色散的容忍度为62ps.     

基于RS编码及网格编码调制的光PPM通信纠错技术

分析了RS(Reed-Solomon)纠错码和网格编码调制（Trellis Coded Modulation,TCM）技术在光脉冲位置调制通信中的应用.在此基础上,提出了以RS码作为外码,以网格编码调制技术作为内码,用于光脉冲位置调制通信的新编码方案,能以几乎不减少通信速率的优势,提高传统RS码系统在时变带限光信道中的通信性能.模拟研究了在不同空间光信道条件下,传统RS码的符号正确传输率和误码率,并对网格编码调制的编码增益、RS码与网格编码调制级联时的编码增益进行了仿真研究,证实了本方案的有效性.     

高光谱偏振成像全Stokes参量获取新方法（英文）

考虑到现有Stokes参量获取方法测量速度慢、测量精度低、系统结构复杂等特点,提出了一种基于双液晶可调相位延迟器(liquid crystal variable retarder,LCVR)和声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter,AOTF)的光谱偏振成像系统中全Stokes参量的新获取方法。从AOTF和LCVR的工作原理出发,介绍了系统的基本探测原理;根据偏振分析提出了快速获取全Stokes参量的新方法——该方法选取四个固定的LCVR控制电压,同时控制两个相同的LCVR对光波进行相位调制,得到四组(八个)两两相同的相位延迟量即可求得Stokes参量。此外,设计了能够稳定输出均方根为0~+8.72V连续可调方波的LCVR控制器,并对其进行定标,实现了不同波长下光波的精确调制。搭建实验样机,以偏振方向分别为0°,90°和45°的三个偏振片P_1,P_2,P_3作为偏振测量目标,测得了波长为632nm时的全Stokes参量图;以画有夹角为30°的红色、绿色、蓝色三色线条的实验板作为光谱测量目标,对400~750nm光谱范围的71个通道(光谱带宽为5nm)进行光谱成像,得到了与红色、绿色和蓝色的分析谱段范围相一致的光谱曲线。结果表明,该系统不仅可以快速准确地获取全部Stokes参量,而且系统结构简单、成像质量良好。     

空间调制型全Stokes参量偏振成像系统原理及仿真

空间调制型全Stokes参量偏振成像是针对同一目标不同偏振分量的同时探测技术,以双折射晶体作为调制元件,将Stokes参量S0~S3调制在同一幅图像中,只一次采集便可获得包含4个Stokes参量的调制信息。分析空间调制型全Stokes偏振成像系统的探测原理和数学模型。阐明重构偏振图像S0~S3的理论依据,并分析了系统参数的选择对图像重构效果的影响。根据实际系统参数,进行数值仿真模拟成像过程,获取调制图像,使用一种简单的频域解调算法,重构出S0~S3的4幅偏振图像,得到比较满意的重构效果,不仅验证了方案的可行性,同时为仪器设计或器件选型提供参考。     

高效纠错编码技术在无线光通信中的性能分析

在介绍无线光通信信道及系统模型的基础上,推导了无线光通信未编码系统和RS编码系统在已知信道边信息条件下的平均误码率,从接收光功率和对数振幅起伏方差方面对RS码编码系统和Turbo编码系统的性能进行比较.仿真结果表明,采用编码方案可以有效地改善大气湍流对通信链路性能的恶化,Turbo码编码方案比RS码编码方案能更好地抗大气湍流干扰.     

基于成像光通信的时间-空间扩频混合光码分多址编码方案

为了在成像光通信中充分利用时间和空间两种频带资源,以成像光通信为基础,提出一种利用二维光正交Pattern码结合时域扩频实现光码分多址(OCDMA)编码的新方案。分析在该方案中存在的多址干扰噪声,并给出了噪声的概率密度函数,然后讨论由多址噪声引起的误码率与判决门限、用户数、码长积和码重积之间的关系。在相同的码容量下与时域扩频光码分多址编码和空间扩频光码分多址编码方案相比,该方案能降低对相关器件性能(时域码片数量和空间像素规模)的要求,而且还可获得更小的误码率。最后给出编码解码的光学实现方案。     

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。     

高光谱偏振成像全Stokes参量获取新方法

考虑到现有Stokes参量获取方法测量速度慢、测量精度低、系统结构复杂等特点,提出了一种基于双液晶可调相位延迟器(liquid crystal variable retarder,LCVR)和声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter,AOTF)的光谱偏振成像系统中全Stokes参量的新获取方法。从AOTF和LCVR的工作原理出发,介绍了系统的基本探测原理;根据偏振分析提出了快速获取全Stokes参量的新方法--该方法选取四个固定的LCVR控制电压,同时控制两个相同的LCVR对光波进行相位调制,得到四组(八个)两两相同的相位延迟量即可求得Stokes参量。此外,设计了能够稳定输出均方根为0~+8.72 V连续可调方波的LCVR控制器,并对其进行定标,实现了不同波长下光波的精确调制。搭建实验样机,以偏振方向分别为0°,90°和45°的三个偏振片P₁,P₂,P₃作为偏振测量目标,测得了波长为632 nm时的全Stokes参量图;以画有夹角为30°的红色、绿色、蓝色三色线条的实验板作为光谱测量目标,对400～750 nm光谱范围的71个通道(光谱带宽为5 nm)进行光谱成像,得到了与红色、绿色和蓝色的分析谱段范围相一致的光谱曲线。结果表明,该系统不仅可以快速准确地获取全部Stokes参量,而且系统结构简单、成像质量良好。     

基于彩色结构光的自由曲面三维重建方法

彩色结构光三维重建过程中,系统的非线性耦合以及待测曲面的拓扑结构等均会对结构光解码产生影响,从而导致调制条纹漏检和颜色码误识别。为解决这一问题,提出一种基于彩色编码结构光的三维重建方法。利用YUV颜色通道对调制条纹进行滤波差分投影处理,通过调制条纹的波形分布提取中心特征线;利用颜色聚类方法精确获取调制条纹的颜色码信息值;最后,为了建立编码条纹码字与调制条纹码字间的对应关系,提出了基于序列特征组合的优化匹配方法,结合双目视觉深度感知数学模型,求解出编码码字的空间三维信息值。通过实验分析可知,本文方法的漏检率低,颜色码识别率高,具有较强的抗干扰性和鲁棒性。     

量子高斯密钥分发的逆向数据协调

加密系统中Alice端通过光纤传送相干态量子信号给Bob端,得到的一系列相关的高斯连续变量,然后从中提取出二进制密钥,这一过程称作高斯连续变量量子密钥分发.其中的数据协调步骤,即对相关连续变量的错误校正,是本文的研究问题.本文在分层错误校正协议(SEC)和多电平编码/多级解码(MLC/MSD)协议的基础上,用基于LDPC码的Slepian-Wolf编译码器实现协调.根据连续变量的多级Tanner信息传输流图,本文推导了多级迭代的内信息和外信息置信传播(LLR-BP)更新公式,并用实验比较了MSD三种译码模式的收敛性质及性能.仿真结果表明该算法可在信道信噪比2.5 dB以上实现10000个连续变量序列的可靠协调,协调效率可达92.3％.     

基于声光滤光和液晶相位调谐的高光谱全偏振成像新技术

为了获取高光谱分辨率、高空间分辨率、高偏振精度、高信噪比和稳定性好的全部Stokes参量光谱图像, 考虑到声光可调谐滤光器(acousto-optical tunable filter, AOTF)的±1级衍射光的正交特性, 提出用一个AOTF滤光, 一个液晶可变延迟器(liquid crystal variable retarder, LCVR)进行相位调制和两个CCD相机分别对±1级衍射光成像的高光谱全偏振成像新技术. 从所采用的光学元件的穆勒矩阵出发, 阐述了该技术的基本工作原理; 理论分析表明, LCVR不但不会影响到第一个Stokes参量的探测精度, 而且后3个Stokes参量的相对误差分别优于0.064%, 0.31%和3.97%; 利用原理样机获取了450–700 nm、光谱带宽为10 nm的26个光谱通道的图像数据, 成像质量良好; 以工作波长为600 nm的入射光为例, 对其全部Stokes参量图像进行了具体分析讨论. 结果表明, 该新技术原理正确, 方案可行. 该研究可为光谱偏振成像技术提供新的理论和实现方案.     

用Stokes参量法实现数字同轴偏振全息的研究

提出了一种基于Stokes参量的数字同轴偏振全息方法.在实验中用一束线偏振光和一束椭圆偏振光作为参考光, 分别与物光进行干涉,通过拍摄在两个相互垂直方向上的全息图,计算出物光在这两个方向的振幅和相位信息, 从而得到物光的Stokes参量和物体的全偏振信息,实现对各向异性物体偏振态空间分布的图像重建. 实验结果表明,该方法可用于物体的全偏振特性的测量.这种方法在求出物光Stokes参量的同时, 也可消除零级像和共轭像的干扰,因此也可用于同轴或离轴全息.     

室内可见光无载波幅度相位调制系统性能分析

针对室内可见光通信调制技术问题,提出翻转光无载波幅度相位调制和单极性光无载波幅度相位调制两种功率有效的调制方案,二者分别采用"正、负模块极性分组"以及"零值位置极性编码"方法实现信号单极性处理,以满足可见光通信"强度调制/直接检测"的要求.基于朗伯辐射模型,考虑到高斯背景光噪声的可见光直射传输信道,推导了包括直流偏置光无载波幅度相位调制在内的三种调制方案的误比特率闭式表达式,仿真验证了其准确性.在此基础上,分析比较了三者频带利用率,讨论了信道参量对光无载波幅度相位调制系统误码性能的影响,结果表明,在5m×5m×3m的室内场景下,与发射机辐射角为30°和45°相比,0°时的系统误码性能分别优于6.9dB和29.9dB;收发机距离为1m时,误码性能比2m时改善近12dB.     

连续变量纠缠态光场在光纤中传输特性的实验研究

连续变量纠缠态由于其确定性产生、高效率的特点而被广泛应用于连续变量量子信息处理.在量子信息处理过程中纠缠态与量子信道发生相互作用而退相干,这是限制长距离量子信息发展的重要因素之一.光纤信道作为理想的量子信道,是目前连续变量量子信息研究关注的热点.本文利用Ⅱ类匹配的楔角极化磷酸氧钛钾晶体构成了三共振的非简并光学参量放大器,获得了8.3 dB的光通信波段1.5μm连续变量纠缠态光场.将产生的纠缠态光场注入单模光纤,其量子特性在传输距离达50 km后仍得到保持,纠缠度为0.21dB.该研究可为基于光纤的长距离连续变量量子信息研究提供有效的依据.     

改进的MPPM-QPSK光通信系统两模均衡算法

多脉冲位置调制联合正交相移键控(MPPM QPSK)在接收机灵敏度方面具有明显优势,均衡算法可以有效优化数字相干光通信系统中信号带宽受限和码间串扰带来的影响,提高信号的传输质量.针对恒模算法仅能优化MPPM-QPSK中QPSK部分的问题,对两模均衡算法的内圈参考模值进行改进,提出了一种内圈模值不为0的两模均衡算法.将该算法应用到10 Gbit/s单载波高斯成形和Nyquist成形的MPPM-QPSK相干光通信系统中,并对其内圈模值、抽头数和步长等参数进行优化.实验结果表明,相比使用传统两模算法的系统,本系统的接收机灵敏度优化了约0.1dB.当脉冲数m=2,4,8,16时,相比不加均衡算法的系统,本系统的接收机灵敏度分别优化了0.9 dB,0.6 dB,0.5 dB,0.4 dB.     

自由空间光通信中的混合空时编码

在分析了大气对光信号的影响之后,利用脉冲位置调制(PPM)的正交性构造了一种适合于强度调制/直接检测式光通信的正交空时编码,并将其引入分层空时编码的首层以增加第一层信息符号的分集度;其次采用分组干扰抑制的方法消除其它层对信号的干扰,利用空时分组码(STBC)和分层空时编码的译码方法并结合最大似然判决准则恢复出原始信号.最后,利用仿真实验进一步验证了该方法的可行性.结果表明:在自由空间光通信中,混合空时编码方案的性能明显优于传统BLAST码方案的性能.     

基于Turbo码的无线光通信副载波误码性能分析

介绍了湍流信道条件下光强闪烁的对数正态分布模型,结合大气信道特点,在不同光强闪烁效应下,对比分析了几种未编码大气激光通信副载波系统的误码性能。采用Turbo码性能限分析了基于Turbo编码的无线光通信副载波调制系统误码性能,并对Turbo编码前后系统误比特性能进行了对比。仿真结果表明,二进制相移键控(BPSK)误码性能优于其它几种副载波调制,同时Turbo码技术在较强光强闪烁指数下能够获得较大的编码增益,可以有效地提高系统的抗干扰能力。     

产生暗归零码光标记信号的新方案

在对预编码、调制和编码过程进行改进的基础上,提出了一种利用一个双臂马赫-曾德尔铌酸锂调制器和一个电信号时延器产生可调占空比和消光比的光暗脉冲归零码二进制信号的新方案。实验证明这种信号能用传统的二进制强度调制-直接检测系统的接收机进行检测。实验得到了在调节电信号时延器时速率为2.5 Gbit/s的光暗脉冲归零码二进制信号的频谱变化规律,以及占空比分别为0.25,0.35,0.60和0.80时光暗脉冲归零码二进制信号的误码率和眼图。此外,利用该方案产生的光暗脉冲归零码二进制信号可以作为标记在光标记交换网络中得到应用。     

基于扩展卡尔曼的PDM-16QAM偏振态和载波相位快速跟踪

在偏振复用(PDM)高速光通信系统的相干检测中,需要实现信号偏振态和载波相位的快速跟踪。将扩展卡尔曼滤波器用在偏振复用16进制正交振幅调制(PDM-16QAM)光调制信号相干接收机中,成功实现了偏振态和载波相位的快速精确跟踪。在单信道112Gb/s PDM-16QAM传输系统中,数值仿真发现,扩展卡尔曼滤波器所能跟踪的最大偏振态旋转速率可达级联多模算法的100倍,而且具有很好的收敛精度,其收敛速度和精度可以通过调优参量控制。使用扩展卡尔曼滤波器跟踪100kHz线宽18 Mrad/s偏振态旋转信号时,10-3误码率(BER)对应的接收机灵敏度代价仅为0.2dB。研究了应用于长距离传输光通信系统的扩展卡尔曼相干接收的性能。     

光通信系统中基于有限域的LDPC码的构造(英文)

基于有限域中域特征提出一种新型LDPC码的构造法.所构造LDPC码的校验矩阵由基于有限域循环置换矩阵的阵列组成,可以有效地降低编译码复杂度.针对光通信的特点,构造出适合于光传输系统的且具有高码率和高编码增益的码字.仿真结果表明:本文构造的码率为93.7%的LDPC(3780,3542)码与其它几种构造法构造出的具有相同码率的码字相比具有更高的编码增益,更适合应用于光通信系统中.