基于脉冲激光在大气中传输的信道补偿

为了研究矩形脉冲激光在大气中的传输特性,建立了脉冲信号在大气中传输的数学模型,并提出了一种信道补偿算法。在相距6.2km的两栋高楼之间开展了100 MHz的矩形脉冲传输实验,并在FPGA编译软件上对信道补偿算法进行了验证。结果表明:脉冲信号经过大气信道后发生了畸变,大气信道在频域上表现为一个低通系统,抑制了大于430 MHz的高频信号。运用信道补偿算法后,脉冲畸变得到有效抑制,系统带宽得到拓宽,信号的信噪比提高了5倍左右;当光信噪比为10dB时,误码率降低为10-6。     

降低可见光通信不均匀限幅正交频分复用系统非线性限幅失真的功率分配方法

针对可见光通信中不均匀限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)系统发光二极管(LED)非线性限幅失真严重的问题,提出了一种降低LED非线性限幅失真的最优功率分配方法。基于原信号直接叠加非线性限幅失真成分的限幅处理模型,分析了ACO-OFDM系统中的LED非线性限幅失真;利用有效信噪比来衡量限幅失真,将限幅失真转化为有效信噪比分析;基于有效信噪比最优的原则给出了光功率约束下降低限幅失真的最优偏置信号和ACO-OFDM信号功率分配。仿真结果表明,当信道的信噪比较低时,信道噪声起主导作用;当信道的信噪比较高时,限幅失真起主导作用。在光功率约束下若不考虑偏置信号的影响而直接取其值为LED最小输出功率限制,则系统误码率(BER)在信道信噪比大于40dB的情况下也始终大于10-2,而采用最优功率分配时可以保证系统具有较好的误码率性能,当光功率约束为200mW和250mW时,分别需要24dB和27dB的信道信噪比即可使得系统的误码率低于10-3。     

基于重复混沌扩频序列的差分混沌键控系统

提出一种基于可重复混沌扩频序列的差分混沌键控保密通信系统, 并对该系统的误码率进行分析。通过复制差分混沌键控调制信号的参考信号产生重复的混沌扩频序列, 再和经串并转换后的部分数据流相乘, 其余并行数据流按照传统差分混沌键控进行调制, 两部分信号相加后发送到信道中进行传输。在接收端进行相关解调恢复出原信息。理论分析和仿真结果表明: 在多径衰落信道下, 该系统的误码率低于DCSK、CDSK和CD-DCSK系统, 且扩频因子越小, 误码率越低。信道中叠加服从高斯分布噪声时的系统误码率相比叠加服从瑞利分布噪声时的小。     

离散速率条件下的大气激光通信自适应调制编码系统性能

针对大气湍流引起的系统频带利用率下降的问题,研究了一种离散速率条件下的大气激光通信自适应调制编码系统。从信号层角度建立了湍流信道模型,给出了湍流信道下的瞬时信噪比概率密度函数,并采用外场实验验证了该信道模型。理论推导了系统频带利用率和误码率表达式,仿真结果表明大气激光通信自适应调制编码系统较传统单一传输模式系统具有优越性。研究了其频带利用率和误码率曲线特性,分析了误码率要求和湍流强度对系统性能的影响。结果表明降低误码率要求可大幅提高系统的频带利用率,且误码率要求越低,湍流强度越弱,频带利用率越高。     

基于DFT-SAMP算法的MIMO-VLC系统压缩感知信道估计

多输入多输出(Multiple-input-multiple-output,MIMO)可见光通信(Visible Light Communications,VLC)系统接收端需精确的信道状态信息用以解调信号，而常用的最小二乘算法对噪声敏感，估计误差较大，难以保证可靠性。基于信道稀疏特性，利用压缩感知方法进行MIMO-VLC信道估计，提出一种基于离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)的稀疏度预测自适应匹配追踪(DFT Based Prediction-sparsity Adaptive Matching Pursuit,DFT-SAMP)算法。首先，通过DFT的稀疏度预测方法对信道冲激响应的稀疏度进行预估计，将估计的稀疏度作为算法初始步长，以快速逼近真实稀疏度，提高算法效率；其次，采用SAMP算法重构信道冲激响应，提高信道估计准确性，保证通信可靠性。基于2×2的MIMO-VLC系统信道估计实验结果表明，导频数为32时，本文算法相较于最小二乘算法在误码率满足前向纠错的误码率阈值(3.8×10^-3)时所需的信噪比降低4.5 dB；...     

基于三种调制模式下的turbo码光无线通信系统分析

从分析大气对光无线通信系统的影响出发,研究了大气信道特性,建立了大气信道信噪比和能见度的关系.为降低系统误码率,提出了基于OOK、BPSK、BPPM三种调制模式的turbo码的编码方案,推导出三种不同方案对应的turbo码迭代MAP算法.应用建立的信噪比关系,分析和计算了基于三种不同方案的系统的误码率.结果表明,基于BPSK的turbo码系统比OOK和BPPM系统的信噪比降低约3dB,且在高的信噪比情况下,BPSK系统能显著降低系统的误码率.因此,基于BPSK的turbo码方案较适合光无线通信系统.     

42.8 Gbit/s DPSK信号的波分复用传输实验

实现了42.8 Gbit/s 差分相移键控调制信号的三信道波分复用传输实验.传输链路为410 km的标准单模光纤,分为四个放大段,采用色散补偿光纤进行色散补偿和掺铒光纤放大器/分布式喇曼放大器混合放大方式.给出了差分相移键控信号及其解调后的信号在背对背和传输后的光谱和眼图(中路波长信号).在接收端使用单端检测,给出中路波长的差分相移键控信号背对背情况和传输后的误码率曲线,并与单信道传输时进行比较.经过传输后的中路信号的误码率可维持在1.0E-3左右.     

42.8 Gbit/s DPSK信号的波分复用传输实验

实现了42.8 Gbit/s 差分相移键控调制信号的三信道波分复用传输实验.传输链路为410 km的标准单模光纤,分为四个放大段,采用色散补偿光纤进行色散补偿和掺铒光纤放大器/分布式喇曼放大器混合放大方式.给出了差分相移键控信号及其解调后的信号在背对背和传输后的光谱和眼图(中路波长信号).在接收端使用单端检测,给出中路波长的差分相移键控信号背对背情况和传输后的误码率曲线,并与单信道传输时进行比较.经过传输后的中路信号的误码率可维持在1.0E-3左右.     

双信道光混沌通信系统的理论模型及性能研究

针对一种新型的双信道光混沌通信系统实验方案，建立了描述其工作特性的理论模型；通过 数值模拟结果与报道的实验结果的比较，证实了该理论模型的合理性. 利用该模型，基于小 信号微扰理论，推导出了激光器传输函数的表达式；研究了信号能在系统中很好传递对系统 参量的要求；定量地分析了信道干扰对系统同步性能的影响. 对250MHz的调制信号在系统中 的传输和解调进行了数值研究，结果表明，信号在传输过程中能得到很好的隐藏，且在输出 端易于解调. 关键词： 光混沌通信 双信道 传输函数 信道干扰     

结构简单的D波段矢量毫米波信号产生的方法

提出一种新的基于单个强度调制器的D波段矢量毫米波产生方法。研究基于强度调制器,通过预编码技术,产生了八倍频D波段矢量毫米波信号,信号经过一定距离的无线传输之后输入接收端,最后对信号进行解调和误码分析。该方法具有一定的中心载波抑制功能,在无光学滤波器下成功传输了信号,降低了光载无线系统的链路成本。实验验证了152 GHz 4 GBaud正交相移编码(QPSK)信号的产生和传输,经过1 m的无线传输后,接收到的QPSK信号的误码率低于软判决前向纠错门限阈值(1.0×10~(-2))。     

时间反演技术在通信多路径传输中的应用

由于信号多路径传输的存在,对于高速率调制的通信信号,传输质量往往会受到影响。因此研究了基于时间反演的通信多路径信号传输算法,通过运用时间反演迭代技巧,在已知空间多路径传输函数的前提下,通过发射时间反演信号,使得信号在接收端聚焦,最终得以提高多路径信道环境下的信噪比,优化了信号波形,降低了误码率,明显减轻了定点通信中多路径传输带来的影响。通过多路径传输注入式实验,验证了算法的有效性。     

沙尘信道下激光通信系统的性能分析

沙尘对激光信号的散射和吸收作用会引起激光信号的严重衰减,本文结合我国沙尘粒子的半径分布特征,在考虑含水影响的基础上,研究了沙尘对激光信号衰减特性的影响,得到了接收端信噪比的表达式;同时针对OOK调制,推导了沙尘天气下激光通信系统的误码率和信道容量。仿真分析了能见度、传输距离、含水量以及激光波长等因素对误码率和信道容量的影响。结果表明:随着含水量和传输距离的增大以及大气能见度的减小,系统的误码率会呈现出不断增大的趋势,而信道容量则呈现减小的趋势。在能见度为4 km的情况下,波长为1 550 nm、传输距离为1 km时系统的误码率可达10~(-2)数量级,且归一化信道容量为8.48 bps/Hz。     

双向大气信道激光传输的信道互易性研究

在大气信道激光传输中,大气湍流对系统性能会产生较大影响,主要体现为降低传输速率和增加误码率。在具有信道互易性的双向激光传输链路中,两终端光斑信号强度的变化相关,可以在终端提取信道状态信息,以对信道影响进行补偿,从而提高传输速率。本文首先在弱湍流条件下,根据Rytov近似理论推导了平面波双向传输链路接收到的光斑信号的相关系数与传输路径的关系,并给出解析式。结果表明,两终端接收的光斑信号的光通量具有相关性,且相关系数与传输路径有关。进一步搭建了双向收发共轴激光传输系统,并进行了外场试验,试验结果不仅验证了双向大气信道激光传输链路具有互易性,且两接收端光斑信号光强的实时变化趋势相同。本文结论对实现大气信道高速率、低误码率激光传输具有重要意义。     

基于光纤光参量放大的异步双波长全光再生技术研究

本文提出了一种新型的多波长全光再生方案,利用相位时钟光纤光参量放大,并采用相邻信道偏振正交的方法,实现对由异步信源产生的双波长信号全光再生.理论分析了参量放大中的增益饱和现象用于幅度噪声抑制,以及利用相位时钟及后续色散实现对信号定时的机理.在这个基础上,对两个独立信源产生的异步双波长10Gbit/s信号进行再生实验,实验表明该方案有效的抑制了基于多波长3R再生系统中信道间的四波混频与交叉相位调制等非线性干扰.系统在单波长和双波长情况下分别将两路信号信噪比改善了至少6.5dB与4.5dB.误码率测试结果说明,与背对背测试结果相比,无论是在单波长还是双波长条件下,两路波长的信号经过再生后都实现了约2dB的接收机功率代价的改善.     

直接序列扩频机载数据下传系统

数据下传系统采用了直接序列扩频体制，中频实现了全数字化处理，具有较强的抗宽带干扰、多径干扰的能力。一般情况下，直接序列均使用PSK信号，而较少使用FSK或OOK。由通信原理可知，在FSK，PSK，OOK三种调制中，PSK信号是最佳调制信号，即在相同条件下误码率最小。本系统的调制方式为BPSK，采用差分BPSK信号避免产生相位模糊。     

可见光通信系统的非线性失真抑制研究北大核心CSCD

发光二极管的非线性特性是引起光信号出现非线性失真的一个重要因素,针对该问题,采用人工神经网络在接收端对信号的非线性失真进行抑制,进而降低可见光通信系统的误码率。将发光二极管的输入电信号与接收端转换后的电信号组成成对数据,将成对数据集送入神经网络进行训练,学习信号在电光转换、信道传输及光电转换过程中的非线性失真特性,通过神经网络对信号的非线性失真进行估计与抑制。此外,在训练过程中采用分布估计算法搜索神经网络的超参数集,以降低训练难度。实验结果表明,该方法在不同的信道环境下均能有效地改善可见光通信的性能。     

基于预编码的模群复用信号串扰抵消技术

在基于光子灯笼强度调制直接检测(IM-DD)的模群复用传输系统中,提出一种用于降低信号串扰的基于单端信道估计的预编码方案。该方案使用环形器和分路器作为信号返回机制,将信号返回到发送端进行发送端单端信道估计,然后将得到的信道传递矩阵用于预编码。实验结果表明,经所提预编码方案的处理,在背靠背及连接500 m少模光纤的模群复用传输系统中,信号误码率(BER)在1.3×10~(-2)前向纠错(FEC)门限时,LP_(01)-LP_(01)和LP_(11a)-LP_(11b)信道的信号发送功率分别降低了约3 dB和1 dB。本研究为解决点到多点的IM-DD模群复用传输系统中的信号串扰问题提供了一种有效的方案。     

基于法向量倾斜的可见光通信多输入多输出信道解相关技术

随着可见光通信多输入多输出(VLC-MIMO)系统收发端阵元数目增多、阵元间距减小以及传输距离增大,系统接收端信号间严重干扰、信道矩阵缺秩等问题逐渐凸显,导致系统的复用率降低、信道相关性增大。针对这些问题,提出以最小化最大干信比为优化目标;通过建立VLC-MIMO信道模型,分析收发端阵元法向量倾斜角度对信道相关性的影响;通过优化发光二极管(LED)法向量倾斜角度来减小信道相关性,并得到各个LED法向量的最佳倾斜角度。通过比较系统接收平面的光照度分布,发现所提出的优化方案能有效减小信号间干扰,与链路阻塞方式相比,该方案的误码率降低了42dB。     

振动对星间相干激光通信的影响

针对星间相干激光通信中卫星平台的振动造成发射天线和接收天线的瞄准角误差，使系统信号信噪比下降，误码率 (BER)增加，该文以瑞利分布作为振动造成的瞄准角误差模型，结合高斯本振光和艾里信号光外差检测模型，以PSK零差通信体制为例分析卫星振动对系统的瞬时误码率和平均误码率的影响，给出误码率仿真计算结果。指出接收天线瞄准角误差对星间光通信质量影响很大，在瞄准角误差的标准偏差σ小于1μrad范围内，系统误码率小于10^-6。     

光子灯笼模分复用系统MIMO-free高速传输实验

为考察无需多输入多输出模分复用系统的高速信号传输能力,采用模式选择光子灯笼型模式复用/解复用器构建了2×100 Gb/s双偏振正交相移键控模分复用通信实验系统,系统中用到的少模偏振控制器状态可由LP₀₁和LP_11b两个模式信道的信串比参数准确表征。测试了系统误码率与信串比关系,实现两个信道纠后无误码传输的条件为信串比约大于8 dB。当两个信道的信串比分别为14.25 dB和13.81 dB时,与背对背收发系统相比,纠后无误码阈值(10^-2)的接收光功率代价分别为1.40 dB和4.76 dB。分析了光纤衰减、偏振模色散和模式串扰对高速传输系统的影响,估算了串扰受限系统可支持的少模光纤传输距离约为30 km。