基于现场可编程门阵列和大功率LED阵列光源的小型化水下无线光通信系统的研究与实现

针对水下无线通信高速率、远距离、低成本和小型化设备的实用需求,本文设计研制了一种高鲁棒性的基于现场可编程门阵列(FPGA)和大功率LED阵列的小型化水下无线光通信系统。其光发射机的光源采用45 W大功率LED阵列,基于FPGA实现高阶调制与编码,并设计了准直光学发射天线有效减少光束发散角,大幅度延长了传输距离。在光接收端,设计了一种基于3 mm大孔径雪崩光电二极管(APD)的自动增益控制放大和FPGA解调与信号处理的光接收机,降低了光通信系统对准的严苛要求。该系统可实现30 Mbps开关键控(OOK)信号和正交幅度调制(QAM)信号(16QAM信号)的12 m水下信道实时传输,二者的误码率(BER)分别为2.467×10^-4和3.467×10^-3。此外,该系统还实现了22 Mbps的非归零(NRZ)-OOK整形信号12 m水下+30 m空气的跨介质传输(总长度为42 m),BER为3.619×10^-4。最后,实现了12 m水下信道中接收机偏离主光轴40°之内22 Mbps OOK信号的有效接收,提高了系统的鲁棒性。     

正交时频空间调制移动水声通信方法

为提高移动水声通信可靠性,提出了一种基于正交时频空间(OTFS)调制的移动水声通信方法。针对水声信道长时延扩展的特点,设计了一种低复杂度交叉域Turbo迭代均衡算法,先在时域内对接收信号进行最小均方误差(MMSE)均衡,将均衡后的外部信息传递到时延-多普勒域进行软译码;再将译码后的软信息反馈回时域,作为下一次时域均衡的先验信息,实现均衡与译码的迭代检测。此外,针对OTFS水声通信中OTFS符号维度过大导致MMSE均衡复杂度过高的问题,采用了一种低复杂度MMSE算法,先利用矩阵对角线元素得到一组初始估计值,再将矩阵求逆问题转换为求解初始估计值与准确求解值之间的误差,继而通过对误差向量的不断迭代估计来实现低复杂度计算。湖试数据处理结果表明,所提方法可在最大移动速度4 kn的情况下实现OTFS信号的可靠检测。     

相移超结构光纤布拉格光栅相位编/解码器的分析与设计

详细给出了采用传输矩阵法(TMM)分析的基于相移超结构光纤布拉格光栅(SSFBG)的相位编/解码器的理论,提出了设计方法.以长度为127切普(chip)的二相位和四相位编/解码对为例,对设计结果进行了仿真验证,通过与文献中的结果对比,进一步说明了分析方法和设计方法的正确性.仿真还比较了四相位码的A族序列和二相位码的Gold序列对光栅写入精度的灵敏度,发现在相同码长条件下,四相位码对光栅相移制作控制精度的要求要高于二相位码.     

A new family of two-dimensional triple-codeweight asymmetric optical orthogonal code for OCDMA networks

A new generation algorithm of two-dimensional triple-codeweight asymmetric optical orthogonal codes for optical code division multiple access （OCDMA） networks is proposed. The code cardinality is obtained and the error-probability performance for corresponding OCDMA system is analyzed. The codes with two constraints （i.e., auto- and cross-correlation properties） being unequal are taken into account. On the premise of fixed system resources, the code of the error-probability performance, it is shown cardinality can be significantly improved. By analysis that the codes with different parameters have different performances. Therefore, this type of codes can be applied to support diverse quality of service （QoS） and satisfy the quality requirement of different multimedia or distinct users, and simultaneously make the better use of bandwidth resources in oDtical networks.     

采用mQAM和孔径平均的水下弱湍流MIMO系统性能分析

采用Log-normal分布模拟海洋弱湍流信道,接收机采用等增益合并方式,在考虑雪崩光电二极管(APD)散粒噪声、信道衰减、几何损耗、Log-normal湍流和孔径平均因子等链路条件下,从理论上推导了水下无线光通信多输入多输出系统平均误码率和信道平均容量的上界表达式,并定量分析讨论了不同链路参数对系统平均误码率和信道平均容量的影响.数值结果表明,采用调制指数合适的正交幅度调制方式以及较大的天线数、接收孔径、发射光功率,均有助于提升系统性能.     

光载无线通信系统射频信号相移特性研究

测试研制的28GHz光载无线通信系统时发现,经光纤传输后接收端恢复的基带信号眼图会随时间出现张开与闭合的现象,使通信系统的可靠性遭到破坏。通过实验研究和理论分析发现,射频信号的传输时延会随着光纤周围温度的变化而改变,尤其对载波频率较高、传输距离较长的光载无线通信系统的可靠性影响更为严重。为了克服上述相位漂移问题,提出并实验论证了一种基于载波恢复技术的改进型光载无线通信系统,采用二次下变频结构,从中频信号中提取同步时钟,恢复出幅度稳定的原始基带数据。实验系统实现了28GHz载频、1Gb/s数据速率、25km的光纤传输,系统的误码率小于10~(-9)。     

适用于同步光码分多址通信系统的同步光码及其全光可调编/解码器

异步光码分多址通信系统,要求用户地址码具有好的循环自相关和互相关特性,因此,系统中的用户数受到很大的限制;而对同步光码分多址通信系统,只要求光地址码是非循环相关意义下的准正交,从而可实现较大的用户数,因此具有广阔的应用前景.实现同步光码分多址的关键之一是同步光码的设计和可调光编/解码器的实现.本文介绍了同步光码的构造方法,给出了同步光码的构造过程,分析了码的容量,提出了全光可调同步光码编/解码器的实现方法.