水下无线光通信系统信道冲激响应拟合函数对比分析

鉴于目前尚未有用于拟合清澈海洋水质信道冲激响应(CIR)曲线的函数,提出一种使用双指数函数拟合清澈海洋水质CIR曲线的方法,并与现有的其他4种拟合函数如单伽马、逆高斯、双伽马、CEAPF进行对比,以揭示所提方法的优势.在不同海水水质、传输距离、接收机视场角条件下,研究5种拟合函数各自的拟合效果和适用范围,并通过蒙特卡罗...     

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。     

海冰对水下量子通信信道性能的影响

为研究海冰对水下量子通信信道性能的影响,基于海冰在不同的密度、盐度下的吸收与散射特性,建立了海冰参数与消光系数之间的关系、光量子信号衰减模型;根据海冰在不同密度、盐度下的消光特性,分别建立海冰参数与信道利用率、量子密钥分配系统误码率、系统成码率之间的关系并进行数据仿真。理论分析与仿真结果可为海冰环境下的水下量子通信设计提供参考。     

海洋矿物质颗粒对水下量子通信信道性能的影响

海洋矿物质颗粒是影响光子在水下传输的重要因素之一.为了研究海洋矿物质颗粒对水下量子通信信道性能的影响,建立了海洋矿物质颗粒群密度、传输距离与链路衰减的关系模型并进行了仿真.针对退极化信道,研究了矿物质颗粒群密度和传输距离与信道容量、信道误码率的关系并进行了仿真.仿真结果表明,当传输距离为50 m时,随着矿物质颗粒群密度的增大,链路衰减由0.098 dB增加到2.92 dB,链路效率由6.2×10-6减小到2.7×10-7.当矿物质颗粒群密度为1.0×104 m-3时,随着传输距离的增加,信道容量由0.97逐渐减小到0.6,误码率呈指数增大.由此可见,消光效应造成的影响在传输过程中不可忽略,在实际通信过程中,应根据环境情况及时调整传输设备的参数,保证通信质量.     

基于Mie散射理论的C@H_2O复合粒子散射特性研究

大气中大量存在的复合粒子会对激光传输效率产生很大影响。由于空气中水蒸气含量较高,以C作为凝结核外层包裹以水的核壳结构微粒对光传输具有明显的散射效应。本文应用Mie散射理论对C@H_2O核壳结构微粒的散射特性进行了理论分析和数值计算,首先给出了不同入射波长、核粒子半径以及水膜厚度条件下散射强度分布变化曲线;其次给出了不同入射波长、核粒子半径以及水膜厚度条件下偏振变化情况;最后讨论了光学截面与粒子半径之间的关系。结果表明各参数对前向散射强度影响较大,入射波长越大散射强度越弱,C核半径增大粒子的前向散射增强,水膜厚度增大粒子的前向散射增强,而后向散射无明显影响;入射波长较大时,粒子在多个角度出现线偏振光,入射波长增大、碳核半径变大、水膜厚度增大,偏振度峰值都会增多;随着入射波长的增大,散射截面最大峰值位置向着半径增大的方向移动,并伴随一定的振荡现象,散射和消光截面在碳核半径为0.1μm左右达到最大值。     

基于DFT-SAMP算法的MIMO-VLC系统压缩感知信道估计

多输入多输出(Multiple-input-multiple-output,MIMO)可见光通信(Visible Light Communications,VLC)系统接收端需精确的信道状态信息用以解调信号,而常用的最小二乘算法对噪声敏感,估计误差较大,难以保证可靠性。基于信道稀疏特性,利用压缩感知方法进行MIMO-VLC信道估计,提出一种基于离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)的稀疏度预测自适应匹配追踪(DFT Based Prediction-sparsity Adaptive Matching Pursuit,DFT-SAMP)算法。首先,通过DFT的稀疏度预测方法对信道冲激响应的稀疏度进行预估计,将估计的稀疏度作为算法初始步长,以快速逼近真实稀疏度,提高算法效率;其次,采用SAMP算法重构信道冲激响应,提高信道估计准确性,保证通信可靠性。基于2×2的MIMO-VLC系统信道估计实验结果表明,导频数为32时,本文算法相较于最小二乘算法在误码率满足前向纠错的误码率阈值(3.8×10^-3)时所需的信噪比降低4.5 dB;...     

基于大气激光通信系统的实验测量研究

文中介绍了激光通过大气随机信道的光强分布测试系统的结构、工作原理和关键技术,在设计激光光斑测量系统基础上,进行了不同气象条件下的视距实验测量,给出了不同天气情况下的测量结果并进行了分析和讨论。用此系统可以方便、准确、形象地观测激光通过大气随机信道后光强的变化情况,为进一步建立大气随机信道模型提供了有力的依据。     

基于自适应光学补偿的自由空间光通信系统性能研究

自由空间光通信在未来全球通信网中具有潜在的应用价值,然而自由空间光通信的性能易受大气湍流影响,而自适应光学能够解决大气湍流问题.在gamma-gamma分布大气湍流中,用自适应光学技术对自由空间光通信系统进行补偿,进行通信系统误码率的分析,给出了上行链路和下行链路的模拟结果.结果表明:自适应光学误差补偿技术能够很好地提高自由空间光通信的性能,并且低阶自适应光学补偿就能达到很好的校正效果.     

基于光探测器空间辐射效应的卫星光通信系统误码率特性

通过对空间辐射环境中PIN光探测器损伤机理的分析,得到了光电流与暗电流在辐照条件下的变化规律.在此基础上,建立了基于PIN光探测器空间辐射效应的卫星光通信系统误码率模型.仿真得出,辐照强度约为5×104 Gy和8×104 Gy时,50MeV质子和10MeV质子辐照条件下的系统误码率先后达到10-6;在5×105 Gy~6×105 Gy范围内,电子与Gamma射线辐照下的误码率亦达到10-6.结合系统误码率的损伤机理,进一步研究了判决阈值对误码率的影响.结果表明,辐照强度为1MGy时,判决阈值由4.3×10-7 A上升至5.5×10-7 A,能够使误码率降低近3个量级.因此,适当选取判决阈值能够有效的改善系统误码率情况.     

基于全内反射透镜二次配光的水下LED通信研究

蓝绿LED通信被认为是解决水下近距离高速无线数据传输的有效手段。然而由于LED发散角较大,造成通信链路的几何损耗增加,制约了水下LED通信距离的提升。针对这一问题,提出了一种基于全内反射(TIR)透镜压缩水下LED通信阵列光源出射角的方法,将LED通信光源的出射角从130°压缩到7°;利用该光源研制发射样机,在大型水池中搭建测试系统,并对发射机的性能进行测试。结果表明,所设计的通信样机在水下传输距离为16.6 m时,最大可支持23 Mbit/s的传输速率;与未采用TIR透镜时相比,在同等速率条件下,传输距离增加9.3 m。这表明基于TIR透镜二次配光的方法,可有效减小发射机出射角,降低链路损耗,增强通信系统的传输能力。这为提升水下LED通信的传输性能提供了新的技术思路。     

基于太阳能电池板的无线光通信与传能复合系统实验研究

为明确光载波无线传输系统中,复合传输相比单独传输的优越性,实验对比了单独传能、单独通信、复合传输三种结构在传输距离为0.1m、接收的光功率估值为3.5mW、光通信速率为1kbps时的输出特性.结果表明,单独传能系统在与电感串联的负载为4kΩ时,电池板输出最大功率为1.82mW,复合传输系统在与电感串联的负载为5kΩ时,电池板输出最大功率为2.1 mW,比单独传能系统高出15%;与电容串联的负载较低时复合传输系统输出信号波形发生畸变,优化负载后波形得以改善,相同条件下幅值比单独通信系统高出1.52V.     

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。     

一种基于多重散射的光学Hash函数

本文提出了一种基于光与多重散射介质相互作用的光学Hash函数构造方法.该方法创新性地利用多重散射介质对相干调制光的天然随机散射作用,实现了对调制光的"混淆"和"扩散",从而满足了Hash函数的核心功能要求:高安全强度的单向编码/加密.所设计的光电混合系统能有效地模拟Hash函数中的"压缩函数",结合具有特征提取功能的S...     

基于神经网络的可见光通信系统信道估计方法

针对现有的非对称限幅光正交频分复用（ACO-OFDM）可见光通信（VLC）系统中信道估计方法存在导频数量过大、精度低、估计效率不高的问题,提出一种基于深度神经网络（DNN）的VLC信道估计方法。利用梯度集中化（GC）方法进行模型优化,并采用端到端的方式跟踪信道信息并恢复失真信号。仿真结果表明：所提方法的误码率（BER）和均方误差（MSE）性能均优于传统方法;在使用较少的导频和省略循环前缀（CP）进行信道估计时,所提方法具有更强的鲁棒性。此外,在DNN训练过程中引入GC方法,可以加快网络的收敛速度,提高其优化能力。     

偏振复用CO-OFDM-OQAM系统的高频谱效率频域信道估计方法

研究对象是偏移正交幅度调制的相干光正交频分复用通信（CO-OFDM-OQAM）系统的信道估计方法。为了减少训练序列所占用的频谱资源,进一步提升频谱效率,为偏振复用CO-OFDM-OQAM系统提出了一种新的频域信道估计方法。该方法利用偏振复用系统的解调原理和固有虚部干扰系数的对称性规律设计全负载型实值导频方案,结合插值法,将每个偏振态上训练序列需要占用的频域符号个数降低为4。此外,该方法的另一个优势是具有更好的功率峰均比。搭建了偏振复用CO-OFDM-OQAM系统的数值仿真平台,在背靠背（BtB）、100 km和200 km光纤传输3种场景下对所提方法的频谱效率、功率峰均比和信道估计性能进行了验证。获得的结果证实所提方法能够提高频谱效率,而且功率峰均比更加优良。     

大气信道对红外激光通信系统性能影响的实验研究

针对近地面、准水平红外激光大气通信系统的应用,利用微脉冲激光雷达、大口径激光闪烁仪在济南市区进行了为期一周的昼夜连续观测,获得了影响红外激光通信系统性能的关键大气参量的信息.着重分析了大气衰减信道、大气湍流信道对一公里通信链路系统性能的影响,考查了通信设备在复杂大气条件下应用的可行性及可靠性.最后就减弱大气信道对通信性能影响的方法进行了总结和探讨.     

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。     

基于自适应随机共振的水下蓝绿光微弱信号检测

海水的吸收和散射导致光信号严重衰减,使得水下无线光通信系统中低信噪比信号检测成为一大难题。基于此,提出一种自适应随机共振水下蓝绿光微弱信号检测方法。分析了水下弱光信号特点以及随机共振的产生条件,结合多策略融合的粒子群算法与随机共振动态调整系统参数,使系统达到最优匹配状态,进而提升弱光信号的检测性能。搭建了水下无线光通信实验系统进行实验,结果表明,在接收信噪比为-1.7 dB时,使用该方法得到的误码率低至2×10^-4,验证了该方法的可行性和有效性。