基于正交频分复用的水声自适应通信系统性能仿真研究

本文从平均谱效率的角度分析并讨论了基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex,OFDM)技术的水声自适应通信系统的通信性能。在两种典型的水声统计信道假设下,根据信道状态信息的不同精确程度,针对不同的调制方式,对水声自适应通信系统的平均谱效率进行了理论推导,并给出了部分性能函数的解析形式,而后从多个角度给出了较为全面的数值仿真分析结果。仿真结果显示:当目标误码率为10-3时,水声自适应通信系统可以在相同发射功率下,显著地改善通信性能(约3 bit/s/Hz);在同样的目标误码率下,如果维持传输性能不变,自适应通信系统可以显著节省发射功率(约10 dB)。在信道状态信息不确知的情况下,当信道估计误差大于-15 dB,或多普勒补偿后信道的扩展因子大于0.03时,自适应系统的性能才会显著劣化。此外,在统计意义上,自适应通信方法对于系统性能的改善程度随通信距离的增加而增大。     

基于马赫-曾德尔干涉仪的激光探测大气多普勒频移

以马赫-曾德尔干涉仪作为谱分析器,进行了多普勒频移和气溶胶的非相干探测模拟实验。在发射机脉冲能量为500 mJ,重复频率为10 Hz,光谱线宽不超过0.005 cm~(-1),光束发散角小于0.10 mrad,接收望远镜镜头直径为350 mm,以雪崩二极管为探测器,数字采样率为2×10~7 sampling/s,采样数据位数为16 bit(有效位数为11 bit)的条件下,获得了45°斜程探测距离为2500 m的风廓线,视线风速探测精度为2 m·s~(-1)。模拟结果显示,以马赫-曾德尔干涉仪作为谱分析器的激光雷达可用于火星风沙直接探测。相对于354.7 nm激光脉冲,1064 nm激光脉冲(可以与激光诱导击穿光谱仪兼容)回波的干涉对比度高,Mie后向散射强度高于Rayleigh后向散射强度。     

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。     

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。     

基于综合光学调制技术的光纤无线双向通信系统设计

提出并研究了一种使用单光源的光纤无线双向传输系统.该系统只需在中心站配置一个可调谐激光器,以产生频率恒定的激光光源,通过综合光学调制(频率调制、强度调制)技术将基带信号调制到光载波上,最终形成60 GHz毫米波下行信号;同时,相同的光我波在基站被重用,作为上行链路传输光源.系统结合光载波重用技术和综合调制技术特点,合理...     

63-Tb/s(368×183.3-Gb/s) C- and L-band all-Raman transmission over 160-km SSMF using PDM-OFDM-16QAM modulation

By using PDM-OFDM-16QAM modulation,all-Raman amplification,coherent detection,and 7%forward error correction(FEC)threshold,we successfully demonstrate 63-Tb/s(368×183.3-Gb/s)signal over 160-km standard single mode fiber(SSMF)transmission in the C-and L-bands with 25-GHz channel spacing.368 optical channels with bandwidth spacing of 25 GHz are generated from 16 external cavity laser sources.After 160-km SSMF transmission,all tested bit error rate(BER)are under 3.8×10-3,which can be recovered by 7%FEC threshold.Within each channel,we achieve the spectral efficiency of 6.85 bit/s/Hz in C/L band.     

湍流信道中的分层光空间调制

将分层技术引入光空间调制中,同时激活两个分别采用脉冲位置调制(PPM)和脉冲幅度调制(PAM)的激光器,构建一种适用于湍流信道的分层光空间调制(LOSM)系统。在详细介绍系统中层映射和比特映射原理的基础上,推导出分层光空间调制系统的误码率表达式,并利用蒙特卡罗仿真进一步验证了该方案的正确性。结果表明,与传统光空间调制系统相比,分层光空间调制系统可大大提高系统的频谱效率。在传输速率相同的情况下,(5,4,2,4)-LOSM系统的频谱效率是(8,4,16)-SPPM (空间脉冲位置调制)系统的9倍以上;当频谱效率为4 bit·s~(-1)·Hz~(-1)时,(5,4,2,4)-LOSM系统与(8,4,2)-SPAM(空间脉冲幅度调制)系统具有相同的误码性能,但前者的传输速率几乎是后者的2倍。     

电极表面改性对染料敏化太阳电池性能影响的机理研究

采用强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)技术,从染料敏化太阳电池(DSC)电子传输和复合角度对比了不同光强下导电玻璃表面阻挡层及TiO₂薄膜优化使电池性能改善的内在原因.阻挡层的引入和TiO₂薄膜的优化均通过电沉积法实现.结果表明,对多孔薄膜电极的不同改性均提高了电池的短路电流J_sc和效率η,但对电子传输和复合过程的作用机理有所不同:前者延长了电子寿命τ _n,但电子传输时间τ _d变化不明显;而后者则主要是延长τ _n的同时也缩短了τ _d. 关键词： 染料敏化 太阳电池 调制光电流谱/调制光电压谱 电子输运     

基于波长调制的离轴积分腔输出光谱技术EI北大核心CSCD

介绍了基于波长调制的离轴积分腔输出光谱(WM-OA-ICOS)技术的实验装置。使用1.392μm的分布反馈式(DFB)激光器作为光源,以反射率为99.8%、相距60cm的两片镜片组成的谐振腔为气体吸收池,选择7185.87cm^(-1)的CH_4吸收谱线,对不同浓度的CH_4气体进行探测。通过优化压力、调制频率、相位和振幅等参数,并结合Allan方差,得出系统的稳定时间为203s。实验选取100s的测量时间,得出CH_4气体的探测极限为8.7×10^(-7),相应的最小的可探测吸收为2.2×10^(-6) Hz^(-1/2)。相对于离轴积分腔输出光谱技术,WM-OA-ICOS技术的灵敏度约提高了21倍。采用二次谐波峰值高度(2f)以及二次谐波峰值高度与一次谐波中值之比(2f/1f)两种方法测量CH_4气体浓度,结果发现,2f/1f方法的稳定性更好,线性度更高。     

基于波长调制的离轴积分腔输出光谱技术

介绍了基于波长调制的离轴积分腔输出光谱(WM-OA-ICOS)技术的实验装置。使用1.392μm的分布反馈式(DFB)激光器作为光源,以反射率为99.8%、相距60cm的两片镜片组成的谐振腔为气体吸收池,选择7185.87cm~(-1)的CH_4吸收谱线,对不同浓度的CH_4气体进行探测。通过优化压力、调制频率、相位和振幅等参数,并结合Allan方差,得出系统的稳定时间为203s。实验选取100s的测量时间,得出CH_4气体的探测极限为8.7×10~(-7),相应的最小的可探测吸收为2.2×10~(-6) Hz~(-1/2)。相对于离轴积分腔输出光谱技术,WM-OA-ICOS技术的灵敏度约提高了21倍。采用二次谐波峰值高度(2f)以及二次谐波峰值高度与一次谐波中值之比(2f/1f)两种方法测量CH_4气体浓度,结果发现,2f/1f方法的稳定性更好,线性度更高。     

基于MIMO的无人机斜程激光通信性能分析北大核心CSCD

研究了大气湍流信道下无人机“空-地”斜程激光通信的下行链路单输入多输出(single input multiple output, SIMO)和上行链路多输入单输出(multiple input single output, MISO)技术。基于双伽马(Gamma-Gamma)分布的大气湍流模型,利用Meijer函数推导了大气湍流和指向误差联合影响下的SIMO下行链路误码率闭合表达式;利用α-μ分布建立了Gamma-Gamma湍流模型的MISO上行链路误码率性能近似表达式。系统研究了天线数、天顶角和指向误差对系统的影响,研究结果表明,空间分集技术可以有效改善系统的误码率性能,当束散角为500μrad、下行链路接收器和上行链路发射器为3时就可以得到超过10 dB的性能优化;天顶角对“空-地”斜程激光通信误码率性能影响显著,要达到系统误码率10-6的性能要求,天顶角需控制在30°左右的较小范围内。     

基于综合光学调制技术的光纤无线双向通信系统设计

提出并研究了一种使用单光源的光纤无线双向传输系统.该系统只需在中心站配置一个可调谐激光器,以产生频率恒定的激光光源,通过综合光学调制（频率调制、强度调制）技术将基带信号调制到光载波上,最终形成60 GHz毫米波下行信号|同时,相同的光载波在基站被重用,作为上行链路传输光源.系统结合光载波重用技术和综合调制技术特点,合理利用资源,基站结构更为简化.仿真结果表明,该系统可以将速率达2.5 Gbit/s的数据在单模光纤中双向传输20 km,功率代价小于0.5 dB,相对已有的技术方案,该传输系统在传输功率、传输距离、传输性能方面具有明显优势.     

用于长距离光学频率传递链路的双向掺铒光纤放大器的优化设计

光纤链路中高精度光学频率传递对光钟比对有重要意义,双向掺铒光纤放大器(EDFA)有助于在长距离光学频率传递中对信号进行损耗补偿和高精度传输。基于铒粒子受激放大的基本原理,设计了可用于光纤光学频率传递链路中的低噪声、高增益双向EDFA,并对其参数进行了仿真优化。实验结果表明,该双向EDFA的噪声指数为3.86dB,增益为20.14dB,引入的相位噪声在频率为1Hz处仅为0.1rad2/Hz。将该双向EDFA作为放大补偿器件应用于200km光纤光学频率传递链路中,获得了3.8×10-16/s的秒级频率稳定度及2.8×10-19/(104 s)的万秒级频率稳定度,在频率信号传递和光钟比对领域有着广阔的应用前景。     

一种基于相干检测的双向输出信号频率可选的光纤无线系统

提出了一种单光源、双向输出信号频率可选的光纤无线系统,该系统在单光源条件下,利用相干检测技术、数字信号处理技术,结合并行相位调制器以及波长选择开关结构,在上下行链路实现基带信号、多个毫米波信号输出.仿真验证表明,针对20Gbit/s 16-QAM调制信号,经30km光纤传输,系统下行输出信号频率实现0~60GHz可选,其传输最小矢量误差为6.53%(0GHz)~7.61%(60GHz);上行输出信号频率实现0~120GHz可选,其传输最小矢量误差为6.89%(0GHz)~8.30%(120GHz).理论分析和仿真结果表明,该系统双向链路均可实现频率可选的信号输出,且双向传输具有较好的性能表现.     

基于双平行马赫-曾德尔调制器的大动态范围微波光子下变频方法

为了提高微波光子下变频链路的性能,提出了基于集成双平行马赫-曾德尔调制器的微波光子下变频方法.通过理论推导和数值仿真分析了系统的增益和无杂散动态范围,实验搭建了基于双平行马赫-曾德尔调制器的下变频链路,控制直流偏置电压使双平行马赫-曾德尔调制器工作在高载波抑制的双边带调制模式,并对链路进行了性能测试.实验结果表明:该下变频链路的增益为7.43 d B,无杂散动态范围达到了110.85 d B/Hz2/3,工作频段可覆盖5—18 GHz的宽频范围.基于双平行马赫-曾德尔调制器的下变频方法可优化设计输出频谱,系统结构简单、易于实现,为微波光子下变频链路提供了有效的解决方案.     

80 Gb/s高速PAM4调制850 nm垂直腔面发射激光器

展示了高速直接调制850 nm氧化物限制垂直腔面发射激光器（VCSEL）的结果。优化设计应变InGaAs/AlGaAs量子阱以实现高微分增益,通过表面刻蚀来调节光子寿命实现响应平坦化。研制的氧化物孔径约7μm的VCSEL具有平坦的频率响应,3 dB调制带宽为24 GHz,相对噪声强度值-155 dB/Hz,未采用任何预加重和均衡技术情况下PAM4调制数据传输速率达80 Gb/s。     

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。     

基于反射式半导体光放大器的OFDM-PON上行通道吞吐潜力

对正交频分复用无源光网(OFDM-PON)的上行通道物理层的吞吐量进行研究。OFDM-PON在光网络单元(ONU)端采用反射式半导体光放大器(RSOA)作为无色光源,实现双边带光强度调制,并在光线路终端(OLT)采用加半导体光放大器(SOA)前置放大的PIN光二极管做直接检测。基于一个RSOA的窄带相干积分模型,采用对有源区中载流子速率方程和光波传播方程的微扰解对RSOA的动态电光调制特性和频率啁啾特性进行理论与实验探讨,证明RSOA具有低通调制特性,其3dB截止频率关联于偏置电流和输入光功率。利用RSOA的频率啁啾和SOA的高通增益特性,并将RSOA与中心波长蓝移的光滤波器级联,实现光学均衡,把上行通道的3dB截止频率从1.5GHz扩展到2.2GHz。进一步采用自适应比特加载的调制格式,使通过一个RSOA的上行数据吞吐量可以达到4Gb/s以上,则一个包含10个ONU的OFDM-PON的上行吞吐量可达到40Gb/s。     

40 Gbps OFDM-PON系统采用偏振复用技术实现上行链路传输(英文)

为了提高PM-CO-OFDM-PON系统中上行数据的传输速率,提出采用偏振复用结构与相干检测技术相结合,通过光载波源方式实现上行链路光网络单元无色化传输的技术方案.利用光学软件VPI和Matlab,搭建了基于偏振复用技术的40Gb/s PM-CO-OFDM-PON系统仿真平台,结果表明:该方案可有效提高PM-CO-OFDM-PON系统中上行数据传输速率,并实现光网络单元无色化;利用相干检测比直接检测可以更高地提高接收端的灵敏度.     

染料敏化太阳电池中TiO2颗粒界面接触对电子输运影响的研究

采用溶胶-凝胶法制备TiO₂浆料,通过丝网印刷技术印刷和不同温度曲线烧结TiO₂薄膜,并应用于染料敏化太阳电池(DSC).高分辨透射电子显微镜发现,低温下多孔薄膜中TiO₂颗粒之间呈现点接触,510 ℃烧结后TiO₂颗粒间由点接触变为面接触,近邻颗粒数增多,接触面积增大.同时采用强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)技术,研究了不同颗粒接触方式和接触面积对电子传输与复合的影响.结果表明:在420- 510 ℃之间,随着烧结温度提高,颗粒接触面积增大,电子传输时间(τ _d)缩短,电子有效扩散长度(L _n)增大,暗电流减小;当烧结温度达到550 ℃时,薄膜比表面积减小,多孔结构坍塌,表面态密度增大,电子传输时间(τ _d)增大.电池光伏特性研究表明:在480-510 ℃范围内烧结得到的TiO₂薄膜,电池短路电流密度(J_sc)最佳,电池效率(η)最好. 关键词： 界面接触 电子输运 暗电流 染料敏化太阳电池