2x2中继混合射频/自由空间光航空通信系统性能分析

基于解码转发中继方式,研究了2×2中继条件下混合射频/自由空间光(RF/FSO)航空通信系统的性能。建立了2×2中继混合RF/FSO通信系统模型,利用Meijer’s G函数推导出该系统信噪比的概率分布函数及累积分布函数,并推导了该系统平均误码率(BER)和中断概率的闭合表达式。仿真分析了大气湍流强度、孔径尺寸和调制方式对平均BER和中断概率的影响。结果表明,孔径平均效应可有效改善混合RF/FSO航空通信系统的性能,2×2中继通信系统性能明显优于1×1中继通信系统。     

偏分复用系统信道串扰的理论模型及消除方案

建立了偏分复用(PDM)系统中信道串扰的数学模型,并提出了消除该串扰的方案,即用解复用端一路光信号的射频(RF)功率作为反馈信号以监测光信号在链路中偏振态的变化和在接收端的串扰情况,用粒子群优化(PSO)算法作为逻辑控制单元的算法,控制偏振控制器以消除信道间的串扰。数值仿真了RF功率与信道串扰大小之间的关系,并在2×50Gb/s偏分复用-差分正交移相键控(PDM-DQPSK)传输系统平台上仿真验证了消除串扰方案的效果。结果表明该方案能够大幅降低系统误码率,改善系统性能。     

一种新的自由空间光通信调制方式——圆偏振位移键控

自由空间光通信(FSO)在开放的大气链路中传输光信号, 不可避免地会受到大气扰动和背景光噪声的影响, 导致系统的可靠性降低。为了抑制大气扰动等对FSO系统造成的不利影响, 提出一种新的光信号调制方式——圆偏振位移键控(CPOLSK)。该调制方式利用圆偏振光的两种旋光状态进行数据的传送, 接收端结合差分方法进行光信号接收。给出了CPOLSK的装置模型, 并对其性能进行了分析。与目前广泛采用的开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)方式相比, CPOLSK很好地抑制了背景光噪声的影响, 同时对光电探测器内部噪声也有一定的抑制效果。     

基于最大值判决及光硬限幅器的光码分多址并行干扰抑制系统

针对光码分多址（OCDMA）的多用户干扰问题,提出一种引入光硬限幅器、基于最大值判决的光码分多址并行干扰抑制系统.该系统在发送端对比特“0”和比特“1”分别使用一个地址码和它的移位变形进行映射,以避免发送比特“0”时无光脉冲通过的问题,实现并行干扰抑制;在接收端光电检测器前引入一个光硬限幅器,判决电路采用最大值判决,以避免门限判决所引起的误判,进一步减小多用户干扰.阐述了其工作原理,系统采用光正交码作为地址码,PIN光电检测器,分析推导了系统的误码率表达式,进而对新型系统的多用户干扰抑制作用进行误码性能仿真.仿真结果表明,当信号光子到达率为25时,新型系统比常规系统的误码性能改善10个数量级以上,比常规并行干扰抑制系统改善2个数量级以上.     

存在干扰下的星地融合协作传输系统平均误符号率分析

卫星通信技术作为构建新一代泛在无线通信网不可或缺的一种手段,近几年来受到了国内外学者的广泛关注.本文研究了引入多天线中继技术构成的星地融合协作传输系统在干扰条件下的性能.首先,针对用户同时接收到直达信号和中继译码转发信号,并且受到干扰的情况下,得到经过最大比合并后的输出信干噪比表达式.其次,假设卫星链路和地面链路的衰落分别服从阴影莱斯分布和瑞利分布,基于Meijer-G函数,分别推导出直达链路和中继链路的矩母函数闭合表达式,并进一步得到系统平均误符号率的闭合表达式.最后,计算机仿真不仅验证了理论性能分析的正确性,而且定量分析了天线数、干扰数目和调制方式等对系统性能产生的影响.     

基于SOA全光偏振调制的双信道PolSK光传输系统

提出一个新颖的采用两个级联半导体光放大器(SOA)作为独立全光偏振调制器实现双信道偏振态位移键控(PolSK)光传输系统方案,并进行了实验验证.从发射机端输出的PolSK光信号具有四个偏振态,构成了两个独立的二进制数据信道.各信道数据可以采用不同的码制,码率以及不同的时钟信号.该系统方案,提高了通信系统的比特-符号比以及频谱利用率;又由于PolSK光信号功率恒定,减小了光纤链路中非线性效应对光信号的影响提高了通信系统长距离数据传输能力;在接收机端实现了光信号的直接偏振检测,简化了接收机的设计和成本;又由于采用了稳偏接收模块使接收系统能够实现稳定信号接收.构成了基于本方案的实验系统,进行了一系列基础实验和性能测试.分别进行了50 km,80 km以及100 km长距离光纤数据传输实验,实验结果表明所提出的系统方案是有效的.     

自由空间光通信中气象因素影响分析

自由空间光通信(FSO)技术作为一种无线宽带技术已经成为光纤接入的良好替代方案之一。FSO在安装调试快捷性和成本核算方面要比光纤通信具有很大的优势。本文通过激光通信链路预算和能见度数据分析，给出了FSO系统的链路可信度及通信距离与气象因素之间的函数关系。这对FSO用户在安装配置通信系统时具有重要的指导意义。     

基于相位波动远端补偿的微波频率光纤传递新方法

为研究微波信号光纤传递的性能,提出了一种对相位波动在远端进行抵消补偿的微波信号光纤传递新方法。该方法利用法拉第旋转镜将远端返回的光信号再次返射至远端,对光纤链路因温度、压力变化引入的相位波动通过远端的倍频混频电路进行抵消补偿。理论仿真与验证实验证实了该方法的有效性。在微波调制频率为1GHz,光纤链路长度为25.2km的实验中,频率传递的稳定度损失为2×10-12 s-1和6×10-17 d-1。此方法优化了本地端的结构,本地端不需要光电光转换,无需设计相位信息的精确测量与实时补偿系统,且光纤链路引入的相位扰动对长期稳定度的影响可以降低约三个数量级。     

室内可见光多维CAP空间调制

针对室内可见光通信（VLC）光链路发射源（LED器件）有限的调制带宽问题,基于多维无载波幅度相位调制（CAP）技术,提出一种频带利用率高效的光空间调制方案（OSM-CAP）。OSM-CAP系统将输入信息序列分成两部分,一部分进行空域映射即空间调制,其结果用来选择激活的LED;另一部分进行信号域映射,即CAP调制。其中,CAP调制采用序列二次规划算法求取的时域正交多维CAP滤波器组实现。对于采用强度调制/直接检测（IM/DD）的VLC系统,该CAP信号还将进行单极化处理,文中提出两种相应的解决方案,即采用添加直流偏置（OSM-DCO/CAP方案）和零值位置极性编码（OSM-U/CAP方案）。基于朗伯体辐射模型,且可见光背景噪声建模为加性高斯白噪声,推导了OSM-DCO/CAP、OSM-U/CAP调制方案的误码率理论解,仿真验证了其准确性。在5 m×5 m×3 m的室内场景下,探讨了无载波幅度相位调制维度以及接收机个数、发射机间距、收发平面距离以及链路遮挡情况等信道参数对系统性能的影响。结果表明,星座调制阶数相同时,CAP调制维度越高,误码性能越好;接收机个数增多、发射机间距加大以及收发平面距离减小与系统可靠性存在正相关关系;链路存在遮挡情况时,会提高信道间的差异性,改善系统性能。     

基于单光子探测的高精度长距离光纤双向时间比对

在长距离光纤时间传递链路中,为了避免使用中继放大导致双向传输时延不对称以及引入附加的噪声,提出一种基于单光子探测的长距离光纤时间传递方案。将经过主端（从端） 1 pulse/s时间信号控制的激光脉冲序列作为发送信号,利用从端（主端）具有极高探测灵敏度的单光子探测器接收到达信号,并基于双向时分复用同纤同波时间比对方案得到双向光纤链路传输时延变化,进而根据时间相关单光子计数和高斯拟合的数据处理方式得到两端之间钟差的时间稳定度。为了实现单光子探测器在门控模式下对长距离光纤实验系统的长期测试,设计并实现了外部触发门控工作方式下动态调整的触发控制系统。通过利用光纤链路传输时延变化量,实现对门控触发信号的控制。350 km单模光纤和对应长度的色散补偿光纤（链路总损耗约为100 dB）的时间传递系统实验结果表明,时间传递稳定度优于1.5 ps@1 s和0.4 ps@8192 s。所提方法为长距离高精度光纤时间传递提供了一种有效的解决方案。     

基于空间分集的高空平台光链路性能研究

针对高空平台不稳定性以及大气湍流对平台光通信性能的影响,提出利用空间分集技术改善高空平台光通信链路性能。在系统采用开关键控(OOK)调制条件下,利用矩母函数特性分别得到采用协作分集技术和多输入多输出(MIMO)技术的高空平台光链路误码率表达式,并求解协作通信系统中继平台的最优位置。仿真结果表明:协作分集技术与光MIMO技术对高空平台光链路性能的改善效果受到跟瞄误差的限制。采用发射选择分集的光MIMO技术对光链路的误码率性能最好。与采用重复码的MIMO方法相比,协作分集技术更适用于跟瞄误差大的通信系统。中继平台的最优位置与中继策略以及跟瞄误差无关。在中继平台最优位置附近,采用协作分集的光链路性能优于采用重复码MIMO光通信链路。     

基于210km实地通信链路的高稳定性光学频率信号传递

利用西安和咸阳之间的电信省级骨干光纤网构建了210km的光学频率信号传递测试链路,链路损耗为0.23dB/km。实验中采用可搬运、基于光纤干涉仪、线宽约为200 Hz的激光器作为光源,利用两台低噪声双向掺铒光纤放大器(EDFA)补偿光纤链路损耗和增加光信号的传输距离,放大器平均增益控制在15dB左右,以防止激射。通过测量和分析不同情况下光纤链路的附加相位噪声,可观测到铁路震动引起的规律性干扰。当噪声抑制系统在锁定状态时,链路的相位噪声被抑制了23dB,在剔除铁路干扰时段数据后,获得的210km实地通信链路的秒级频率稳定度达到了1.51×10-14,万秒频率稳定度达到了5×10-17。利用210km通信链路进行了光学频率信号的远程传递测试,分析了限制频率稳定度的主要影响因素,并针对现行光纤布设方式提出了补充要求。该研究为基于通信链路的高精度光学频率信号的传递与比对提供理论支撑。     

利用非线性光学环路镜实现多个波长的同时变换

利用非线性光不路镜（ＮＯＬＭ）成功地实现了多个波长的同时变换,最大波长变换间距大于２５ｎｍ。实验系统中采用增益开关分布反馈半导体激光器（ＧＳ ＤＦＢ－ＬＤ）产生的超短光脉冲作为控制光,频谱分割法得到多波长激光作为信号光。改变控制光的输入功率或非线性光学环路镜中的偏振控制器的偏振方向能够改变不同变换波长信号的性能。     

基于多重降质复合信道的UWOC系统误码率性能研究

针对海水信道吸收、散射、气泡和湍流效应等对水下无线光通信系统性能的影响,建立融合多重降质效应的水下无线光复合信道模型。基于Mie散射理论计算水下微气泡群的体散射函数、散射系数和散射相函数。湍流信道模型采用混合指数广义伽玛分布进行建模。随后,将复合信道对信号的衰减以及湍流噪声等效传递至光信号,推导出了复合信道在通断键控调制方式下误码率的封闭表达式。此外,研究了湍流强度、气泡数量、链路距离和海水水质等参数对误码率性能的影响。研究结果显示,随着链路距离的延伸,误码率线性增长,表现出退化趋势;港口海水因其较高浊度和丰富的悬浮颗粒,难以保证系统通信的可靠性。此外,气泡的存在和链路距离的扩展同样会显著加剧误码率的恶化。     

脉冲波形对级联相敏放大器光传输系统性能的影响

研究了相敏光放大器（PSA）中抽运光和信号光之间存在相位漂移时,信号脉冲波形对级联相敏光放大器光纤通信系统传输性能的影响。通过系统仿真,得到了在不同的相位漂移下高速信号脉冲眼图劣化度随光纤色散变化的曲线,以及在给定的光纤色散下放大器有相移与无相移时信号眼图劣化度随信号脉冲指数变化的曲线。由仿真结果可知,脉冲波形不同对系统性能的影响亦不同。采用超高斯脉冲的系统性能优于采用高斯脉冲,耐用超高斯脉冲指数存在最佳值。     

采用QPSK调制的50 Gbit/s高速大气激光通信传输特性研究

高级多电平调制格式在海上高速和高光谱效率的光通信中已经显示出巨大的潜力。将正交相移键控(QPSK)调制格式引入自由空间光(FSO)通信,实验证明可实现高达50 Gbit/s的高速FSO传输链路,能够清楚地观察到所发送的QPSK信号的眼图和星座图。通过比较传输之前和之后的误码率曲线,可以发现接收灵敏度都小于-36.7 dBm。当误码率为3.8×10-3时,它们的功率损失都小于4.2 dB。     

100.8 km大动态零差相干微波光子传输链路

针对微波通信、超视距雷达和有线电视系统等军民应用需求,为了实现光载射频信号的大动态远距离传输,提出了基于光学锁相环与粒子群算法的零差相干微波光子传输链路技术。该链路前端采用零差光锁相环实现了本振光对信号光的相位跟踪锁定,抑制了锁相带宽内的激光器频率漂移和相位噪声以及长距离光纤导致的相噪恶化,同时平衡探测方式消除了直流分量相关相对强度噪声;通过分析链路前端非线性失真来源,在后端数字处理单元利用粒子群算法寻找最佳非线性失真纠正系数,并对I/Q两路数字信号进行延时匹配、幅相均衡以及线性相位解调,实现了100 MHz频段内射频信号的大动态远距离(≥120 dB·Hz^2/3和100.8 km)传输。     

光互连技术在信号处理中的某些应用

叙述了近年来在天津大学研究及开发光互连网络的情况。这些研究围绕着解决信号传输中的延迟和通信带宽,开展的研究工作有：完成包括64个处理器的光电混合处理器阵列系统;giga—bit／s机群系统光互连链路;在链路中采用时分复用技术(TDM),实现了“虚拟并行传输”;在链路中设计了硬件路由功能,并组成光环网;在网络系统中实现波长路由,并建立了波长路由双环网,采用该技术可以避免路由延迟;在光互连网络中应用了MEMS光开关,实现了星型一环形二级结构;用同步光传输技术实现了多通道数据传输卡。     

内置RF电路对增益开关工作的不利影响

对设有内置式RF电路的分布反馈（DFB）半导体激光器在增益开关工作状态下出现反常光谱的原因进行了分析.分别对该激光器在正常工作（即小信号驱动）和增益开关（即大信号驱动）情况下的时域和频域输出结果进行了对比和分析，研究发现内置式RF电路的瞬态失效是导致增益开关DFB激光器产生多波长光谱的原因.     

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