相干光脉冲位置调制信道容量及传信率最大化研究

分析了相干光脉冲位置调制的信道容量及传信率最大化条件.通过分析光外差接收的脉冲位置调制信号具有的概率分布特性,推导出采用最大似然检测的相干脉冲位置调制信道具有的转移概率矩阵和信道容量,证明在检测器散粒噪声极限假设下,信道容量只取决于接收脉冲能量和脉冲位置调制阶数.利用Jensen不等式化简信道容量得到其下限,该下限能够近似实际通信链路的信道容量.基于此估计出达到最高传信率时的脉冲位置调制阶数同粒子数反转的重建时间之间的关系,给出了二者在一定范围内的一般映射.数值仿真表明,在接收能量使信道误码率优于10-2时,估箅出的脉冲位置调制阶数能够使传信率接近最大值.     

论动态信息理论

本文综述了作者的研究成果.近十年,作者将现有静态统计信息理论拓展至动态过程,建立了以表述动态信息演化规律的动态信息演化方程为核心的动态统计信息理论.基于服从随机性规律的动力学系统(如随机动力学系统和非平衡态统计物理系统)与遵守确定性规律的动力学系统(如电动力学系统)的态变量概率密度演化方程都可看成是其信息符号演化方程,推导出了动态信息(熵)演化方程.它们表明:对于服从随机性规律的动力学系统,动态信息密度随时间的变化率是由其在系统内部的态变量空间和传递过程的坐标空间的漂移、扩散和耗损三者引起的,而动态信息熵密度随时间的变化率则是由其在系统内部的态变量空间和传递过程的坐标空间的漂移、扩散和产生三者引起的.对于遵守确定性规律的动力学系统,动态信息(熵)演化方程与前者的相比,除动态信息(熵)密度在系统内部的态变量空间仅有漂移外,其余皆相同.信息和熵已与系统的状态和变化规律结合在一起,信息扩散和信息耗损同时存在.当空间噪声可略去时,将会出现信息波.若仅研究系统内部的信息变化,动态信息演化方程就约化为与表述上述动力学系统变化规律的动力学方程相对应的信息方程,它既可看成是表述动力学系统动态信息的演化规律,亦可看成是动力学系统的变化规律都可由信息方程表述.进而给出了漂移和扩散信息流公式、信息耗散率公式和信息熵产生率公式及动力学系统退化和进化的统一信息表述公式.得到了反映信息在传递过程中耗散特性的动态互信息公式和动态信道容量公式,它们在信道长度和信号传递速度之比趋于零的极限情况下变为现有的静态互信息公式和静态信道容量公式.所有这些新的理论公式和结果都是从动态信息演化方程统一推导出的.     

Signal processing for noncoherent underwater acoustic communication approaching channel capacity

Noncoherent underwater acoustic communication channel in adverse conditions is modeled as a phase-random Rayleigh fading channel,and its capacity curve is derived.To approach the channel capacity curve,the concatenated code of the nonbinary LDPC code and the constant weight code is proposed for noncoherent communication which can late be iteratively decoded in the probability domain.Without information of channel amplitude or phase in the receiver,statistic parameters of the respective signal and noise bins were estimated based on the moment estimation method,the posterior probabilities of the constant weight code words were further calculated,and the nonbinary LDPC code was decoded with the nonbinary factor graph algorithm.It is verified by simulations that by utilizing the proposed concatenated code and its processing algorithm,gap to channel capacity curve is reduced by 3 dB when compared to the existing method.Underwater communication experiments were carried out in both deep ocean（vertical communication,5 km）and shallow lake（horizontal communication,near 3 km,delay spread larger than 50 ms）,in which the signal frequency band was 6 kHz to10 kHz,and the data transmission rate Was 357 bps.The proposed scheme can work properly in both experiments with a signal-to-noise ratio threshold of 2 dB.The performance of the proposed algorithm Was well verified by the experiments.     

灰霾粒子与水云粒子不同混合方式对量子卫星通信性能影响

为了研究混合粒子的不同混合方式对星地量子卫星通信的影响,根据灰霾粒子与水云粒子的谱分布函数,以及不同混合方式下的消光系数,提出了外混合方式中星地量子信道衰减的计算关系,建立了内混合方式中的Core-shell信道衰减模型;分析了在不同混合方式下,混合粒子的粒径比与信道平均保真度、信道误码率之间的定量关系.仿真结果表明,当混合粒子的粒径比分别为0.2和0.8时,外混合粒子对应信道容量、信道平均保真度、信道误码率分别为0.39和0.27,0.8和0.8,0.003和0.009;内混合粒子对应信道容量、信道平均保真度、信道误码率分别为0.8和0.21,0.94和0.81,0.018和0.021.由此可见,灰霾粒子和水云粒子的不同混合方式对量子卫星通信性能的影响有显著差别.因此,在实际的量子卫星通信系统中,应根据混合粒子的不同混合方式自适应调整系统的各项参量,以提高星地量子通信链路的可靠性.     

非线性光纤信道容量预测

为了计算非线性光纤传输对其信道容量的作用，从信号功率传输特性出发，提出了一种计算非线性光纤信道容量的数值解法，分别得到了非线性信道容量与输入脉冲峰值功率、自发辐射噪音系数、光纤非线性参量及群速色散之间的关系曲线并得出结论：单纯的提高脉冲输入功率并不能提高非线性信道容量，尤其对大功率系统．     

彩色照相材料信道容量的研究

本文从信息论观点出发,将彩色照相材料作为一个客观景物信息的传输通道,其单个空间可分辨面积构成一个独立信道,照相材料是大量独立信道并联组成的扩展信道,并提出了使用复层Shannon熵计算彩色照相材料独立信道容量的方法。作者在PDS显微光密度计——电子计算机系统上发展了全套测试计算程序,并完成了中国1821型彩色红外航空负片的信道容量测试。     

多输入多输出量子密钥分发信道容量研究

量子安全通信是一个量子密钥分发过程,目前采用的通信技术严重制约了量子密钥分发的比特率.将多输入多输出（MIMO）技术应用于量子密钥分发系统,可提高量子密钥分发的比特率,促进量子安全通信向高速大容量发展.文中首先构造出MIMO量子密钥分发信道中多光子纠缠态Wigner算符矩阵.并在此基础上,推导出多光子双模压缩纠缠态Wigner算符矩阵和MIMO量子密钥分发信道容量.为开发稳健的MIMO量子安全通信空时处理算法和优化设计高性能MIMO量子密钥分发系统提供理论支撑和技术基础. 关键词： 多输入多输出 双模压缩态 多光子纠缠态 信道容量     

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.     

基于混合纠缠态的概率超密编码

在理想的超密编码方案中,发送方凭借一个和接收方共享的最大纠缠纯态,可用传送一量子比特来实现传送两经典比特的信息.本文提出了一个凭借混合纠缠态的超密编码方案,并分析了该方案成功传送信息的概率上界.进一步讨论了该类超密编码的通信容量.     

无线紫外光MIMO通信线性注水功率分配方法

将无线紫外光多输入多输出(MIMO)通信与线性注水算法相结合,首先建立基于线性注水算法的无线紫外光非直视MIMO通信模型,并推导出其信道容量模型,然后在信号发射端采用等功率分配和线性注水算法两种方法进行功率分配,研究在无线紫外光非直视MIMO通信系统中采用这两种方法对通信系统中信道容量的影响,并进行仿真分析验证.仿真结果表明,在信噪比相同的情况下:当收发天线不对称时,采用线性注水算法进行功率分配相比于等功率分配算法,无线紫外光非直视MIMO通信信道容量得到显著提升;当收发天线对称,在信噪比较小时,利用注水算法可以明显提高信道容量,而在信噪比提高达到一定值后,采用注水算法进行功率分配的信道容量逼近等功率分配的信道容量.