基于低密度奇偶校验码的MPPM比特符号映射及系统性能研究

建立了基于低密度奇偶校验(LDPC)码和多脉冲位置调制(MPPM)的无线光通信系统模型,给出了相应系统模型下的解码算法,研究了(m,2)MPPM的比特符号映射方式,提出了用改进的遗传算法(GA)搜索的优化映射方法,最后在大气湍流信道下进行了仿真.仿真结果表明基于LDPC码和MPPM的无线光通信系统性能明显优于未编码的MPPM系统,结合LDPC码和多光束发射技术可以提高系统抗强大气湍流影响的能力;通过GA优化的映射方法在不增加系统复杂性的情况下能进一步提高系统的纠错性能,可以获得更大的编码增益.     

基于低密度奇偶校验码的超强前向纠错码设计

光纤中的传输效应(如色散、偏振模色散(PMD)和非线性效应等)会严重影响传输速率和传输距离的进一步提高。因而有必要研究性能更好的新超强前向纠错(Super-FEC) 码型,使其在光通信系统中获得更高的编码增益和更好的纠错性能。简单介绍了低密度奇偶校验(LDPC)码, 然后提出光通信系统中一种基于LDPC码的超强前向纠错(Super-FEC)码型,构造了冗余度为6.68%的新颖LDPC(3969,3720)码, 并给出超强FEC码型的仿真结果。通过与RS(255,239)及BCH(3860,3824)+BCH(2040,1930)进行对比分析, 还分析与探讨了新LDPC码型的编译码电路的设计实现问题。通过理论分析与仿真结果表明这种超强 FEC 码型具有良好的性能, 可以节省硬件开销, 比较适用于光通信系统中, 可作为超强 FEC 码型的候选码。     

High-Efficient Syndrome-Based LDPC Reconciliation for Quantum Key Distribution

Quantum key distribution (QKD) is a promising technique to share unconditionally secure keys between remote parties. As an essential part of a practical QKD system, reconciliation is responsible for correcting the errors due to the quantum channel noise by exchanging information through a public classical channel. In the present work, we propose a novel syndrome-based low-density parity-check (LDPC) reconciliation protocol to reduce the information leakage of reconciliation by fully utilizing the syndrome information that was previously wasted. Both theoretical analysis and simulation results show that our protocol can evidently reduce the information leakage as well as the number of communication rounds.     

连续变量量子密钥分发的数据逆向协调

基于多级编码/多级译码(MLC/MSD)系统实现了连续变量量子密钥分发的逆向数据协调。讨论了高斯连续变量量化过程中使互信息量最大时最佳量化区间的选取,并且通过理论计算给出了信噪比为4dB的情况下各级等价信道的最佳码率。协调方案中选择低密度奇偶校验码(LDPC)作为信道编码,结合边信息译码原理最终通过LDPC迭代译码算法实现了数据的逆向协调。     

非二进制低密度奇偶校验码在16QAM光传输系统中的性能

以16-相正交幅度调制(16QAM)为例,分析比较了伽罗华(GF(2 m))域上m=1,2,4时,3种低密度奇偶校验(LDPC)码在16QAM光传输系统中的性能.分析表明,无论在纠错性能还是译码效率方面,4进制LDPC码比16进制LDPC码具有更大优势.为进一步改善高阶调制光传输系统中非二进制低密度奇偶校验(NB-LDPC)码的性能,在16QAM系统下的4进制LDPC码中引入水印位符号.与传统的非二进制LDPC译码方案相比,水印位方案的平均迭代次数显著下降,即引入水印位可以极大地提高NB-LDPC码的译码效率.当误码率BER=10-5时水印位方案可以改善0.1dB的净编码增益.     

光突发交换网络中基于LDPC码的丢包恢复机制

基于前向纠错编码理论,在光突发交换网络中提出一种丢包恢复机制来降低突发丢失率.构造了一种能对突发包进行在线编解码的低密度奇偶校验码.入口边缘节点通过对信息突发包进行在线编码产生冗余突发包,出口边缘节点利用译码算法从接收到的突发包中恢复出丢失的突发数据.另外,为信息突发包增加一个额外的偏置时间以减少冗余突发与信息突发竞争信道资源.通过OPNET仿真软件对不同丢包恢复机制的性能进行仿真,结果表明,与奇偶校验码提出的丢包恢复机制相比,具有更低的突发丢失率和良好的丢包恢复能力.     

Reverse reconciliation for continuous variable quantum key distribution

An efficient and practical post-processing technique based on reverse reconciliation for continuous variable quantum key distribution is proposed and simulated with low-density parity check (LDPC) codes. MultiLevel Coding/ MultiStage Decoding, which fully utilizes optimization technique such as vector quantization and iterative decoding and the optimal channel coding most close to the Shannon limit, was used to realize efficient reverse reconciliation algorithm. Simulation results showed that the proposed m...     

地面与卫星太赫兹通信高频大气窗口分析

较大的传输路径损耗限制了太赫兹无线通信在大气中的传输距离,要想实现地面与卫星之间太赫兹波的长程传输,必须先找到低衰减的大气透明窗口。本文结合我国大气分布特点,通过大气辐射传输模型工具am（atmospheric model）对大气吸收衰减建模进行分析,从中选定适合我国地面与卫星太赫兹通信的理想地基站点;利用真实大气数据和分层传输理论,计算了地面与卫星之间太赫兹通信的总路径损耗,结合信号发射功率、天线增益、信噪比、噪声功率值和相应的路径衰减阈值,给出了天线增益分别为0～100 dBi时10～15 THz频段内的总可用带宽和大气窗口;通过将高海拔平台作为地面与卫星之间太赫兹通信的中继链路,给出了1～15 THz频段内的可用大气窗口,为我国地面与卫星通信链路的建立、地基站点和通信频段的选取提供了理论和数值参考。     

高斯量子密钥分发数据协调的性能优化

针对高斯量子密钥分发的数据协调问题,对高斯连续变量进行了最优量化,实现了Alice和Bob之间的互信息量最大。在分层错误校正(SEC)协议和多电平编码/多级解码(MLC/MSD)协议的基础上,各级码流采用了低密度奇偶校验码(LDPC)进行错误校正,并推出了一次硬信息级间迭代更新公式参与MSD译码算法。算法实现中使用双向十字链表方式存贮LDPC码的稀疏矩阵H,并用C语言实现整个数据协调过程,极大地降低了空间复杂度,提高了协调速度。实验仿真结果表明该算法可在信道信噪比4.9dB以上实现2×105个连续变量序列的可靠协调,协调效率达91.71%,在2.4GHz CPU,32G内存服务器平台上的协调速度可达7262bit/s。     

THz固定无线链路在大气中的特性

基于宽带太赫兹（THz）波的短距离宽带高数据率无线通讯是可行的。利用THz波大气传输衰减模型和经验的水汽连续体吸收, 结合HITRAN数据库, 发展了在THz频段电磁通信的一个新的传输模型, 形成了对宽频THz波在地表真实大气中水平传输衰减、路径损耗和信道容量的数值模拟能力;提出了100~900 GHz频段的五个可行的通信信道。相比低于100 GHz的无线通信频带, 虽然这五个信道具有的更大的自由传输衰减损耗,以及大气分子和水滴吸收衰减降低了通信数据率, 但通过增加发射和接收天线增益, 仍然可以在短距离实现THz低频带尤其是100~500 GHz的高数据率无线通讯。     

基于自适应滤波器的大气湍流噪声抑制

为了解决大气湍流效应所引起的光无线通信系统中的衰落问题,建立了与大气湍流噪声及其它加性噪声有关的信号模型,实现了最大输出信噪比可提高3-20dB的匹配滤波器。根据最大似然比准则,推导了强度调制/直接探测(IM/DD)的光无线通信系统的最佳判决门限。采用自适应滤波器实现了对探测门限中所含的信号和湍流的统计值的预测,该自适应门限探测技术对大气湍流噪声有很好的抑制作用,在强湍流情况下,可降低系统的误码率到10-5以下。     

Error Exponents of LDPC Codes under Low-Complexity Decoding

This paper deals with the specific construction of binary low-density parity-check (LDPC) codes. We derive lower bounds on the error exponents for these codes transmitted over the memoryless binary symmetric channel (BSC) for both the well-known maximum-likelihood (ML) and proposed low-complexity decoding algorithms. We prove the existence of such LDPC codes that the probability of erroneous decoding decreases exponentially with the growth of the code length while keeping coding rates below the corresponding channel capacity. We also show that an obtained error exponent lower bound under ML decoding almost coincide with the error exponents of good linear codes.     

合肥地区大气折射率结构常数高度分布模式

利用QHTP-2型温度脉动探空仪对合肥地区大气折射率结构常数进行了长期连续的实地探空测量,对大量探空实验数据的统计分析得出合肥地区(0～25 km)折射率结构常数随高度分布廓线,并以国际广泛应用的Hufnagel-Valley模式为基础拟合得出合肥地区大气折射率结构常数统计模式廓线。研究发现:合肥地区大气湍流随高度分布廓线存在明显的昼夜和季节变化,大气湍流在随高度增加而减小的趋势上叠加了随机起伏,并具有鲜明的跳跃式结构;合肥地区的高空湍流模式廓线较好地符合实测的平均廓线,能反映自由大气中湍流随高度分布的重要特征——指数递减和对流层增强。     

太赫兹无线通信系统中的反射器研究

采用传输矩阵方法和菲涅尔公式,根据THz频段不同区域内材料折射率的特点,计算模拟了聚合体聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride,PVDF）/聚碳酸酯（polycarbonate,PC）一维光子晶体对THz波的反射作用.结果表明这种反射器在亚太赫兹频段具有较好的反射性能和较大的反射带宽.此外,根据计算结果,本文还对THz反射器的理论研究和设计进行了讨论. 关键词： 太赫兹反射器 太赫兹无线通信 一维光子晶体     

Scintillation index of optical wave propagating in turbulent atmosphere

A concise expression of the scintillation index is proposed for a plane optical wave and a spherical optical wave both propagating in a turbulent atmosphere with a zero inner scale and a finite inner scale under an arbitrary fluctuation condition. The expression is based on both the results in the Rytov approximation under a weak fluctuation condition and the numerical results in a strong fluctuation regime. The maximum value of the scintillation index and its corresponding Rytov index are evaluated. These quantities are affected by the ratio of the turbulence inner scale to the Fresnel size.     

西安理工大学无线光通信系统自适应光学技术研究进展

总结了国内外自适应光学技术在无线光通信系统应用中的研究进展和技术分类,同时介绍了西安理工大学在该领域的工作,包括有波前测量的自适应光学系统、无波前测量的自适应光学系统、液晶空间光调制器波前校正、偏摆镜和变形镜组合的波前校正、空间光光纤耦合自适应光学波前校正等。自适应光学技术可有效修正无线光通信系统中由大气湍流引起的畸变波前,提高耦合效率和通信性能。虽然这些方法在理论分析和工程实际中尚不完善,但不失为人们在该领域进行的有益探索。

     

带初相位分布的径向基模激光束列阵在湍流大气中的传输特性研究

利用相干叠加原理和广义Huygens-Fresnel 衍射积分公式,理论上研究了具有确定初始相位排列的激光束列阵通过大气湍流的传播特性.发现在近距离的传输过程中,列阵光束的光强分布会出现螺旋状分布（即光学涡旋）.但由于大气湍流的影响,光束列阵远场涡旋特性随着传输距离的增加逐渐消失,成为无旋涡的实心光束;且当大气湍流变弱时,旋涡特性的有效传输距离逐渐变长. 关键词： 大气湍流 涡旋     

基于太赫兹量子级联激光器的无线信号传输的实现

文章采用连续波激射的太赫兹量子级联激光器(THz QCL) 为发射端、光谱匹配的THz量子阱探测器(THz QWP) 为接收端, 搭建了基于THz波的无线传输演示系统. 测量并分析了该演示系统的传输带宽. 采用搭建的无线传输系统演示了基于4.13 THz电磁波的图片文件的无线传输过程, 得到了与源文件一致的结果, 验证了采用THz QCL和THz QWP进行THz信号无线传输的可行性.最后, 分析了演示系统的传输速率, 给出了提高系统传输速率的方法.     

Partially coherent Gaussian–Schell model pulse beam propagation in slant atmospheric turbulence

Based on the extended Huygens-Fresnel principle, a two-frequency, two-point cross-spectral density function of partially coherent Gaussian-Schell model pulse （GSMP） beam propagation in slant atmospheric turbulence is derived. Using the Markov approximation method and on the assumption that （w1 - w2）/（w1 ＋ w2） ≤ 1, the theory obtained is valid for turbulence of any strength and can be applied to narrow-band signals. The expressions for average beam intensity, the beam size, and the two-frequency complex degree of coherence of a GSMP beam are obtained. The numerical results are presented, and the effects of the frequency, initial pulse width, initial beam radius, zenith angle, and outer scales on the complex degree of coherence are discussed. This study provides a better understanding of the second-order statistics of a GSMP beam propagating through atmospheric turbulence in the space-frequency domain.     

太赫兹大气传输特性实验研究

太赫兹在高速率通信、高分辨力雷达等方面具有广阔的应用前景,而对太赫兹辐射的大气传输特性及其规律进行系统的理论与实验研究则是发展利用该频谱资源的基础条件。对大气作用于太赫兹频段电磁辐射的吸收衰减进行了实验测试研究。通过双光路的差分系统设计,尽可能地减小太赫兹辐射源输出功率不稳定性所产生的系统误差,完成大气模拟环境下太赫兹波段多个频点传输的功率变化测定,以探索大气环境对不同频段THz波衰减的规律性;同时,建立太赫兹大气传输特性动态数据库对海量大气环境数据进行有效地分析,为实验数据处理及理论研究提供支持。收稿日期:; 修订日期: