复合抛物面聚光器作为可见光通信光学天线的设计研究与性能分析

针对室内可见光通信的特点, 选择复合抛物面聚光器作为可见光通信系统光学天线, 介绍了复合抛物面聚光器的几何结构和光学特性, 利用光学仿真软件 TracePro对复合抛物面聚光器进行了设计、建模与仿真. 通过对不同光源条件下复合抛物面聚光器聚光特性的仿真发现: 在光源为朗伯辐射模型时复合抛物面聚光器的聚光性能更好, 且视场角越小增益越高; 但接收端与光源的相对位置对小视场复合抛物面聚光器的实际增益有明显影响, 在仿真条件下, 视场角为10°的复合抛物面聚光器实际增益为22.88, 比理论值降低了31%. 在此基础上, 在一个5 m×5 m×3 m的房间中对采用复合抛物面聚光器为光学天线的室内可见光通信系统进行了建模, 分别得到了直射链路和非直射链路下房间内各个位置的光功率分布. 仿真结果表明, 采用一个视场角为60°的复合抛物面聚光器为光学天线, 两种链路下平均接收功率分别提高了4.29 dBm和4.77 dBm, 非直射链路比直射链路的平均接收功率提高了11.2%.     

空间激光通信组网从光端机控制技术研究

为提高空间激光通信效率,实现空间激光通信组网,对激光通信组网从光端机控制技术进行研究.首先,阐述空间激光通信组网"一对四"系统原理,并分析从光端机控制方式;然后,对从光端机捷联控制技术建立数学模型并设计非线性跟踪微分器,对从光端机的方位轴进行MATLAB仿真分析;最后,搭建组网通信系统,对从光端机进行实验.实验结果表明...     

电接口以太网传输大气激光通信系统的研制

介绍了基于电接口的大气激光通信系统的工作原理及各部分的组成，测试了光学天线的天线效率以及准直发散角的大小(天线效率约为35％，准直发散角为1.3mrad)，并对系统进行了光功率链路的估算。计算结果表明：所设计的系统完全可以满足2km内大气传输的要求。在此基础上研制出基于电接口的通过以太网传输的大气激光通信系统。该系统由激光器收发子系统、光学天线子系统以及媒体传输子系统组成，其中为了避免大气湍流，光学天线采用了双路发射、双路接收的形式。此系统可以实现计算机和以太网之间以及2台计算机之间的通信。工作速率为10Mb/s和100Mb/s自适应，工作距离为500m。     

一点对多点同时空间激光通信光学系统研究EI北大核心CSCD

随着空间激光通信技术的发展以及建立抗干扰高速天空地一体化信息网络的需要,研究空间激光通信组网技术迫在眉睫.在分析空间激光通信组网技术难点的基础上,提出了一种新的激光通信组网方案.利用广角扩束镜与双光楔组结合作为多点激光通信系统的光学天线,广角扩束镜可实现对不同方位目标信号光的收集,双光楔组可实现对不同方位目标的同时动态跟踪.以此光学天线为基础,研究了可实现一对多同时空间激光通信的总体方案,设计了系统中的光学天线、中继光学分系统、收发分光分系统等.该方案可为空间激光通信组网提供一种新的技术途径.     

光学原理的力学类比

系统地类比了光学原理与力学原理，并从这种类比关系出发对波动力学的建立进行了讨论。     

旋转抛物面的光学性质及其应用

旋转抛物面是以抛物线的主轴为转动轴线将抛物线旋转一周而成的曲面.如果我们将一个光学反射面做成旋转抛物面形状,它具有什么样的光学性质,又具有哪些实际应用.本文将作简要介绍,并对其光学性质加以证明.     

二级级联式室内可见光通信光学接收天线设计

针对室内可见光通信系统的传统光学接收天线无法同时满足高增益和大视场的问题, 设计了一种二级级联式光学天线. 通过分析信噪比、通信速率与接收天线视场角的关系, 发现视场角为40°–60°的光学天线最适用于室内可见光通信系统. 通过光学仿真软件TracePro的模拟及计算, 给出了所设计的二级级联式光学天线的增益随信号光入射角的变化关系. 结果表明, 相较于传统接收天线, 二级级联式光学天线具有更好的光学性能, 视场角为菲涅耳透镜单独接收时的4 倍. 利用Matlab对二级级联式光学天线竖直向上时的接收功率分布进行仿真, 结果显示探测器接收到的信号功率提升效果明显, 平均值较直接探测时增大了7 dBm, 进一步证实该二级级联式光学天线适用于室内可见光通信系统.     

基于室内可见光通信技术的新型两级光学接收天线设计与分析

针对室内可见光通信系统的应用需求,设计了一种新型两级光学接收天线.根据复合抛物面聚光器光学增益随视场增大而减小的聚光特性,将复合抛物面聚光器截面基准曲线旋转设计得到具有一定旋转角与厚度的透镜壁复合抛物面聚光器.进一步结合透镜壁复合抛物面聚光器和半球透镜的优势设计了一种新型两级光学接收天线,在增益保持的情况下视场角增大了近20~?.在一个5 m×5 m×3 m的空旷房间,通过Trace Pro建立光学天线的分析模型,Matlab软件对室内可见光通信系统进行信道建模.计算结果表明,采用这种新型两级光学接收天线,与直接接收的情况相比,平均接收功率增幅为757.2%,是复合抛物面聚光器的5.62倍;信噪比平均值增幅为28.07%,是复合抛物面聚光器的1.67倍;光学增益为11.49,是复合抛物面聚光器的2.81倍.且光斑半径仅为2.5 mm,较复合抛物面聚光器减小了近37.5%,使得能量集中均匀分布,进一步证实该新型两级光学接收天线适用于室内可见光通信系统.     

空间激光通信最新进展与发展趋势

空间激光通信凭借其带宽优势,成为未来高速空间通信不可或缺的有效手段,是近年来国际上的研究热点。本文详细介绍了美国、欧洲和日本在空间激光通信技术领域的最新研究进展和未来发展规划,总结了国内外空间激光通信演示计划的主要参数指标。通过对空间激光通信最新研究计划的分析,归纳出空间激光通信高速化、深空化、集成化、网络化、一体化5个发展趋势,以及需要突破的高阶调制、高灵敏度探测、多制式兼容、"一对多"通信等关键技术。为我国激光通信设备及相关研究提供借鉴和参考。     

自制数字式光学定律演示仪

采用旋转电位器与数字表头制做了数字式光学定律演示仪，它能够演示光的反射定律，折射定律，全反射现象。     

无线激光通信系统弱光干扰技术

为了探求对无线激光通信最有效、最实用的干扰方式,针对目前应用范围最广泛的强度调制/直接检测无线激光通信系统,采用理论分析、仿真和实验相结合的方法详细地研究了无线激光通信系统的弱光干扰的原理和条件,验证了弱光干扰的可行性,发现其干扰现象主要表现为误码率升高。同时,研究了干扰光的不同重复频率、功率和占空比对采用不同通信体制、速率、发射功率等设计的无线激光通信系统产生的不同的干扰原理和现象。发现了同步通信与异步通信因其不同的时钟体制造成的弱光干扰差异,同步通信主要发生“比特干扰”和 “时钟恢复干扰”,异步通信系统主要发生“起始位干扰”和“数据位干扰”。由于异步通信中帧结构和编码都较为简单,与同步通信相比更易受到干扰光的影响,受到干扰的程度更为严重。     

光无线通信端机发射接收光学系统的设计

提出了一种新颖的光无线通信收发光学系统方案。该系统采用了多光束传输链路，提高了通信的容量、能量和可靠性。确定了系统的总体方案，并对其中光源、滤波器、作为合波装置的锥形光纤三个关键器件进行了设计，分析结果表明该方案是可行的。     

自由空间光学Comega多级互连网络特性研究

光学Ｃｏｍｅｇａ网络是一种新颖的易于光学实现的多级光互连网络。本文对该网络结构及特性进行了详细分析，和到了网络的互连函数，并给出了它与Ｓｔａｒａｎ，Ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ，Ｏｍｅｇａ，Ｂａｎｙａｎ及基准等常见网络的拓扑等价证明。     

卫星内无线光网络通信技术及其实现

卫星内无线光网络通信的基础在于卫星内无线光通信链路. 为保障链路质量, 必须解决适合卫星内环境的抗噪和抗多径损害等技术问题, 以及相关设备的适当重量、体积和功耗等实现问题. 其关键是结合载波和卫星环境的特性, 并配合其它卫星技术研究无线光网络通信技术. 实验表明, 在卫星内实现适应编码调制和脉冲波形技术, 无线光噪声复合消除技术、后验均衡技术和有序捆绑解调解码技术等, 点对点和点对多点高速光链路误码率达到了正常通信要求. 为进一步利用无线光属性组建高服务质量（QoS）网络, 获得高的整体通信效率奠定坚实根基.     

光学神经网络模式识别系统原理及其现状

评述光学神经网络模式识别系统的原理及发展现状并就几个比较典型的问题进行了讨论。     

实际大气中无线光通信的系统差错性能

无线光通信(FSO)系统的性能受大气湍流影响会产生剧烈波动。根据系统和大气参数评估系统差错性能的研究具有现实意义。以大气湍流信道和光电探测模型为基础,使用拟合概率分布替换常用的对数正态分布,建立了FSO系统差错性能的数学仿真模型,改进了湍流条件下系统误码率计算公式,并且进行全天的验证实验。实验结果显示,光强概率分布对系统性能有显著的影响,原有公式在某些情况下的计算结果有较大偏差,而改进公式的计算结果具有更好的适应性和准确性。该改进公式可有效评估湍流条件下FSO系统性能,并为相关理论研究提供参考。     

千兆无源光网络上行光信号特性研究与检测方案

由于千兆无源光网络系统中的上行光信号采用高速突发模式,故对其特性的检测是实现实时光层监测的难点.详细分析了上行光信号的传输特性、帧开销及噪声模型.并在此基础上,设计了一种检测方案,该方案通过高阻抗的前置放大器将信号引出,不影响原系统的正常工作,从而满足了实时检测的需要;通过峰值检波电路将高频突发信号降为低频进行处理,大...     

混沌光通信与混沌激光测距的研究进展

激光器的不稳定性是一个普遍现象,而混沌是激光器不稳定性的一个重要特例。近年来,基于混沌激光的一些应用技术相继被提出及完善。结合国内外研究现状,简要介绍了混沌激光在通信及测量领域的应用,包括混沌保密通信、混沌激光雷达和混沌光时域反射仪等技术,并指出了混沌光通信与混沌激光测距的发展趋势。     

Optical Communications Research at Institute of Telecommunications

Abstract

In this contribution we present a brief summary of research activities carried out at Instituto de Telecomunicações (IT, Institute of Telecommunications) in optical communications. These activities cover various aspects related with optical components/subsystems, optical communication systems, and optical networking.     

孔径平均效应对采用相位补偿技术的空间相干光通信系统误码率的影响

基于大气湍流影响下的空间相干光通信系统模型和孔径平均效应的平面波模型,通过数值模拟研究了弱光强波动条件下孔径平均效应以及大气湍流内外尺度对相干光通信系统误码率和接收孔径直径最优值的影响。研究结果表明:孔径平均效应能够有效减小相干光通信系统的误码率,改善系统性能;原始信噪比越高,传输距离越短,波长越长,相位补偿模式的J值越大,接收孔径直径越接近最优值,孔径平均效应对误码率的改善效果越明显;孔径平均效应会影响接收孔径直径的最优值,相位补偿模式的J值越大,影响越明显;系统误码率和接收孔径直径最优值会随着大气湍流内尺度的增大而相应增大,随着大气湍流外尺度的减小而相应减小。研究结果将为空间相干光通信系统设计提供必要的理论依据。