OFDM-PON系统中一种抑制峰均功率比的安全算法

安全性低和较高的峰均功率比(PAPR)是正交频分复用无源光网络(OFDM-PON)系统所面临的主要挑战,为此提出一种基于二维混沌加密的选择性映射(SLM)方案。该方案利用二维Logistic映射分别产生随机交织器和相位序列对OFDM信号进行加扰,达到系统加密的同时降低PAPR的目的。仿真结果显示,与传统SLM算法和原始光OFDM(O-OFDM)信号相比,所提出的方案可分别获得0.5dB和3.8dB的PAPR抑制增益。实验证明,7Gbit/s 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation)O-OFDM加密信号可通过25km标准单模光纤在强度调制/直接检测OFDM-PON系统中安全传输并且系统误码率性能得到改善。     

基于离散正弦/余弦变换DC-DMT的可见光通信系统性能研究

结合离散正弦变换(DST)和离散余弦变换(DCT),提出一种新的DST/DCT直流偏置-离散多音频(DCDMT)调制方案。在不增加系统复杂度的情况下,该方案可拓展独立子载波的个数,有望提高可见光系统的传输速率。通过推导该调制方案下的误码率表达式及该调制信号峰均功率比(PAPR)的互补累积分布,分析了限幅噪声对离散多音频(DMT)、直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)及非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)可见光系统误码率的影响。研究结果表明,理论分析的误码率与仿真结果一致,在相同的传输速率下所提方案误码率更低;PAPR的互补累积分布与调制阶数无关,但随子载波数N增加而增大,在N较大时理论分析与仿真结果吻合。误码率仿真结果表明,相同传输速率下DST/DCT DC-DMT与DCO-OFDM在低信噪比时误码率性能相当,均优于脉冲幅度调制-离散多音频(PAM-DMT)、DC-DMT及ACO-OFDM;在高信噪比时,限幅噪声会使系统误码率增大。     

基于群智能算法的光OFDM系统PAPR抑制

针对相干光正交频分复用(OFDM)系统中峰值平均功率比(PAPR)高的问题,对粒子群算法(PSO)、蝙蝠算法(BA)和鸟群算法(BSA)等几种群智能算法进行了研究,采用群智能算法优化OFDM符号的子载波相位,达到降低PAPR的目的。同时,通过动态调整认知系数和学习因子,分别对蝙蝠算法和鸟群算法进行了改进。对100Gb/s、二进制正交振幅调制(4QAM)的相干光OFDM系统的仿真实验表明,PSO、BA、BSA三种智能算法都能有效降低系统的PAPR,且改进BSA和改进BA与原始信号相比可使PAPR分别降低约5.11dB、5.48dB,具有更好的抑制效果;采用群智能算法优化后,系统误码率性能也得到提高,且随着光信噪比的增大,性能提高更加明显。     

光无线通信中基于哈特莱变换的翻转OFDM技术

提出了一种新的基于快速哈特莱变换(FHT)的翻转光正交频分复用(OFDM)方案(Flip-FHT).快速哈特莱变换为实三角变换,当用其处理傅里叶变换时,输入信号不需要厄米对称性.同时,与传统的基于快速傅里叶变换(FFT)的非对称限幅光OFDM(ACO-OFDM)中只有奇数子载波携带信息符号不同,该方案由于翻转了实双极信号的负数部分,使得偶数子载波也可以携带信息符号,故该方案适用于强度调制/直接检测(IM/DD)光无线通信(OWC)系统.与ACO-OFDM相比,Flip-FHT的频谱效率提高了1倍,计算复杂度在接收端降低了50％.仿真结果表明,与采用4QAM和16QAM(正交幅度调制)的ACO-OFDM相比,采用BPSK(二进制相移键控)和4PAM(脉冲幅度调制)的Flip-FHT可以在系统结构更简单、星座尺寸更小的情况下获得相同的性能.     

基于DCT级联ICF算法降低相干光正交频分复用系统峰均抑制比（英文）

为解决相干光正交频分复用中高峰均抑制比的问题,提出一种离散余弦变换(DCT)和迭代限幅滤波(ICF)级联的新算法。ICF算法是对限幅算法进行改善,添加了迭代过程,可以改善限幅运算对系统误码率的影响。基于DCT算法有较小的误码率和低计算复杂度的特点,所提算法对频域调制信号进行离散余弦变换,以降低高峰值信号的概率,再通过级联ICF算法来实现对峰均抑制比的降低。结果表明,与原始信号相比,当互补累积分布函数为10^-4时,所提算法的优化幅度为4.685 dB。在误码率为10^-3时,所提算法的光信噪比为20.96 dB,同时能做到长距离传输。除此之外,所提方案的总计算量为19 970。仿真数据表明,考虑峰均抑制比、误码率和计算复杂度等综合因素,所提方案性能最优。     

低复杂度的光空时网格编码

根据光通信的特点,提出一种基于脉冲位置调制(PPM)的低复杂度光空时网格码。该方案在发射端利用延迟分集思想,建立了信号在时间和空间上的关联性。在接收端采用反馈干扰抵消算法(FICA),并对消除干扰后的信号进行最大似然判决来完成译码。该方案以牺牲发射分集的性能来换取译码复杂度的降低,从而降低了对系统计算能力的要求。以天线数为2和3为例,分析了该算法与Viterbi译码算法的计算复杂度。仿真结果表明,当分集增益相同时,相对于采用Viterbi译码算法的系统,所提方案的译码复杂度分别降低了93.75%和95.84%,而其误码性能的恶化仅为3dB和4.77dB。     

基于联合编码调制的调光控制方案实现

针对可见光通信系统中闪烁抑制与调光控制功能的实现,提出了一种采用联合编码调制进行调光控制的方法。该方法利用脉冲宽度调制(PWM)匹配数据帧内与帧间的占空比,同时结合游程长度受限编码(RLL)实现闪烁抑制;通过分别采用多脉冲位置调制(MPPM)和重叠脉冲位置调制(OPPM)实现光强调节,以满足功率效率或频谱效率需求。理论分析表明,与典型的可变脉冲位置调制(VPPM)相比,占空比为0.9的MPPM的归一化功率可节省2.24dB,而占空比为0.5的OPPM的频谱利用率高出0.8bps/Hz,即OPPM具有较高的频谱效率。此外,基于FPGA平台开发实现提出2种调制方案,实验结果验证了联合调制调光方案可以在保证数据有效传输的条件下抑制光源闪烁并可进行高精度的调光控制。     

湍流信道下差分索引移位键控直流偏置光OFDM

针对现有光无线正交频分复用（OFDM）索引调制均需接收端已知信道状态信息的问题，通过构建满足差分运算的时频弥散矩阵进行索引映射，提出了一种差分索引移位键控光OFDM方案。推导出了该方案在最大似然准则下的平均误码率上界，并与子载波索引移位键控直流偏置光OFDM(SISK-DCO-OFDM)系统进行了性能对比。其次，依据差分信号的特点，构造了一种适用于机器学习的差分信号特征向量，并结合径向基神经网络提出了一种多分类检测器，有效降低了译码复杂度。结果表明，所提差分索引方案有效避免了复杂的信道估计，同时在高信噪比下获得了近似SISKDCO-OFDM的误码性能。所提检测器取得了近似差分最大似然检测算法的误码性能，而且复杂度大大降低，例如当子载波块长度为2和4时，所提检测器的复杂度分别降低了16.67%和70%。     

基于智能手机的快速可见光室内定位系统

基于智能手机的可见光定位不仅定位精度高,还兼具了可见光通信与移动互联网的优势。由于图像处理的高计算复杂度,现有系统定位速度较低无法支持实时导航。论文提出了一种快速和高精度的可见光室内定位系统,通过设计无闪烁线路编码方案和轻量级图像处理算法降低定位时延,同时还具有抑制调制闪烁和支持多级调光的优点。市售Android智能手机完成了原型系统开发和现场测试,实验结果显示,系统平均定位精度可达到7.5 cm,定位时间可低至22.7 ms(单灯)和35.7 ms(双灯),可支持移动速度高达18 km/h的实时室内导航。     

无线光通信中的增强型光空间调制

针对传统光空间调制传输速率低、激光器利用率不高等问题,提出了一种激活激光器数目可变的增强型光空间调制(EOSM)系统。通过每次激活一个或两个激光器的索引组合增大空间域映射,并结合脉冲位置调制(PPM)的特点来区分不同类的映射。详细介绍了空间域和信号域的映射规则,利用联合界技术推导出EOSM系统在弱湍流信道下的误码率的理论上界,并对EOSM系统与现有的三种光空间调制进行性能对比。结果表明:当激光器数和调制阶数固定时,EOSM系统的传输速率大于空间脉冲位置调制(SPPM)和空间脉冲幅度调制(SPAM)系统。当传输速率为6 bit/s、调制阶数为4时,EOSM系统的误码率与SPPM系统相近,但明显优于SPAM系统和广义空间脉冲位置调制(GSPPM)系统。当误码率为10~(-3)时,EOSM系统的信噪比比SPAM和GSPPM系统分别改善了约4.5 dB和1.2 dB。EOSM系统的计算复杂度比SPAM和GSPPM系统分别提高了17.78%和2.6%,比SPPM系统降低了70.2%。EOSM系统提高了激光器的利用率,大幅降低了系统的建设成本。     

高频谱效率的高维差分光空间调制

针对已有差分光空间调制系统（DOSM）中存在的频谱效率不理想问题,利用高能量效率的脉冲位置调制（PPM）和高频谱效率的脉冲幅度调制（PAM）,通过构建满足差分过程的空时弥散矩阵,提出一种包含空间域、时间域和数字符号域的高维DOSM（HD-DOSM）方案。在详细介绍HD-DOSM的差分编码原理后,推导了HD-DOSM的理论误码率上界,并与DOSM进行了性能对比。结果表明:所提方案实现了频谱效率和误码性能的折中。当频谱效率为1 bit·s^-1·Hz^-1、误码率为1×10^-3时,和基于PAM的DOSM相比,HD-DOSM的信噪比改善了约2 dB,其传输速率增加了2 bpcu （bit per channel use）。利用发送信号的稀疏性,提出了一种先检测PPM符号的分步检测算法,以有效降低接收端译码算法的计算复杂度。当PPM阶数为4时,相较于最大似然检测算法,所提方案的复杂度降低了约75%。     

双级受激布里渊散射压缩获得高质量窄脉冲波形

针对受激布里渊散射(SBS)脉冲压缩系统中经常出现的波形调制现象,提出一种抑制调制、改善窄脉冲波形质量的新方法——双级SBS脉冲压缩结构。此方法以"两次压缩,子峰能量主峰提取"为控制手段,能够解决输出脉冲的多峰调制问题,有望成为获得高压缩比、高质量窄脉冲的一种新途径。提出并建立双级SBS脉冲压缩系统物理模型和数值计算模型,并利用典型SBS介质CCl4和FC-72开展了实验研究,获得无调制单峰结构的压缩脉冲,并与理论模拟结果符合较好。     

基于围长为8的QC-LDPC编码调制的高速相干光传输系统(英文)

针对常规LDPC码结构性差,编译码复杂度高,且存在差错平台效应的缺点.本文采用了一种改进的基于Tanner图的搜索算法,来构造具有准循环结构的校验矩阵.和未经过编码的调制方案相比,本文所提方案不仅没有表现出差错平台效应,而且带来了显著的编码增益,同时降低了实现复杂度.针对系统纠错性能和数据吞吐量之间的矛盾,提出了QC-LDPC编码与MQAM调制相结合的自适应编码调制系统方案,仿真结果表明,该方案在保证系统误码率性能的同时,能够提供最大化的数据吞吐量.     

一种基于DMD二值振幅调制的多模光纤出射光斑聚焦扫描技术

受限于空间光调制器(SLM)有限的刷新速率,现有的基于SLM的多模光纤(MMF)成像方法并不能满足对活体生物组织内窥成像的需求。考虑到数字微镜器件(DMD)的刷新速率比SLM高两个数量级,因此提出了一种基于DMD二值振幅调制的MMF出射光斑聚焦扫描技术。理论分析表明,MMF出射端任意聚焦区域内的总光强与DMD子区域的振幅调制系数之间存在二次函数关系,因此,通过DMD对MMF入射波前进行二值振幅调制,可实现对MMF出射光斑的聚焦和扫描。对于给定数目的可调制子区域,该二值振幅调制算法的调制次数是基于纯相位迭代优化算法的1/256,是基于三步移相最优相位算法的1/3。基于该技术实现了对长度为5 m、直径为105μm的MMF出射光斑在三维空间上的聚焦和扫描。研究表明,该技术具有调制速度快、算法可靠性高、聚焦点均匀性好等优点。     

宽视场偏振调制成像的变指数正则化重构方法

提出了一种针对宽视场偏振调制显微成像的顾及多降晰因素的点扩展函数(PSF)估计与图像重构的正则化方法,对降晰过程中图像因偏振角调制曲线的拟合偏差、光学系统退化和电荷耦合器件(CCD)离散欠采样而退化的PSF估计选用了自适应的变指数函数正则化模型,充分利用获取的图像内容特性选用可变的正则化范数,有效抑制了全变分(TV)正则化的阶梯效应和Tikhonov正则化保边性差的缺点。求解过程采用了优化的Split-Bregman迭代算法,在保证估计精度的同时降低了计算复杂度。实验结果表明,本文提出的方法能有效估计出成像退化的PSF,重建的噪声鲁棒性更好。     

光子辅助矢量微波/毫米波产生的关键技术研究

光载无线技术(RoF)因其大带宽、高移动性和低传输损耗等特点,成为未来接入网极具前景的解决方案之一。同时,该技术与矢量调制格式结合可以有效提高系统容量。但是如何低成本地产生光矢量微波/毫米波一直是亟待解决的问题。从预编码和光子倍频技术出发,提出多种光子辅助微波/毫米波产生方案,这些方案从成本、器件可用性、系统复杂度、系统容量等角度对传统方案进行了改进,为将来的研究工作提供参考。     

用细菌视紫红质膜实现多进制数字光学运算

细菌视紫红质(bR)膜对黄光和蓝光的透射具有互补调制特性，由解黄光、蓝光透射光强的速 率方程而得到黄光和蓝光的互补抑制透射特性的解析表达式和图示结果.提出了无进位和无退 位的多进制数字光计算的矩阵加、减运算模型，构造了新型光计算的基本处理模式和计算结 构，设计了多进制矩阵的加法和减法的最佳实验方案，并用bR膜实现了多进制数字光矩阵的 减法运算实验操作. 关键词： 细菌视紫红质膜 数字光计算 运算结构 光调制     

基于空间光调制器的非相干数字全息单次曝光研究

菲涅耳非相干相关全息术(Fresnel incoherent correlation holography,FINCH)利用在空间光调制器(spatial light modulator,SLM)上加载双透镜模式对同一物点光分束自相干,并通过改变加载的相位因子得到不同的相移全息图.本系统利用SLM可分区编码调制特性,将FINCH成像中SLM上分三次加载的0°,120°,240°相位双透镜掩模各提取1/3组成一幅复合相移模式加载,并研究了三种相位分布方式对FINCH成像质量的影响.结果表明:三个相位在SLM上分布间隔越大,再现像越清晰.在此基础上,提出了一种新的掩模加载方式,在SLM加载透镜阵列,每一个相位因子对应一个双透镜,具有一个光轴.实验表明,通过这种加载方式,通过SLM后形成的三个相移图能够一次在电荷耦合器上记录,并且三个相移图不重叠,然后通过MATLAB编程计算将不同相移角度的全息图分别提取出来,通过三步相移计算合成一幅包含有物光波的复值全息图,最后通过数值再现算法重建待测样品.此系统可用于对光源相干性较低的实时成像系统,也为微小形变测量、动态物体的观测提供了新方法,为非相干数字全息术的发展提供了新思路.     

基于DPIM调制的MIMO空间光通信系统

为了抑制空间光通信中大气湍流效应和降低误包率,提出了一种引入分布式多出多入技术,基于数字脉冲间隔调制的多出多入空间光通信系统.在弱湍流信道模型和APD探测器下建立了多出多入系统链路模型,推导了最大似然检测下的最佳阈值和误包率.计算结果表明:发射分集通过多路径传输平滑接收信号光强起伏;接收分集增加孔径平滑效应,减弱接收光强起伏;在发射平均功率、接收孔径总面积和背景噪音相同的条件下,数字脉冲间隔调制的不同多出多入系统存在几乎相同的最佳雪崩光电二极管增益;比较多出多入通信系统下三种调制方式,数字脉冲间隔调制的误包率较少劣于PPM调制而大大优于OOK调制.     

三角波调制对谐振微光学陀螺偏置稳定性的影响（英文）

谐振式微光学陀螺是一种新型的惯性传感仪器,与传统的机械陀螺与其他光学陀螺相比具有很多理论上的优势。通过分析抑制载波和提高信噪比,深入地研究了三角波调制频率和幅度对谐振式微光学陀螺偏置稳定性的影响。通过理论计算和仿真分析,考虑得到更好的载波抑制效果,调制幅度应选为15.44V;考虑提高信噪比,调制频率应设为1 MHz。搭建了谐振式微光学陀螺系统,实验测试结果与理论分析吻合较好。此外,采用优化的调制参数,陀螺的偏置稳定性由0.39(°)/s提高到0.18(°)/s(10s积分时间)。研究结果表明:选择优化的调制三角波参数可以将陀螺偏置稳定性提高一倍,对于其他调制方案,如正弦波相位调制方案,同样可以通过分析载波抑制和信噪比优化调制参数,改善陀螺偏置稳定性。