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.

螺旋因斯-高斯光束海洋湍流信道传输与通信特性仿真研究

为了研究螺旋因斯-高斯(HIG)光束在海洋湍流信道下的传输与通信特性,首先基于随机相位屏法和功率谱反演法,仿真研究了HIG光束经过海洋湍流后的传输性能(光强分布、相位分布、闪烁指数、质心漂移和重叠)与传输距离之间的关系,而后基于对数正态强度概率密度函数进一步分析通信误码率性能。为实现最优传输与通信性能,优化分析HIG不同光束参数(椭圆度、阶数、度数)下的性能规律。仿真结果表明:与高斯光束相比,HIG光束在不同距离下都具有较好的抗湍流能力,其中在100 m海洋湍流信道中(ε=10^(-5)m^(2)∕s^(3),X_(T)=10^(-5)K^(2)∕s,ω=-0.15,η=10^(-3)m,L_(0)=10 m),闪烁指数降低58%,质心漂移降低53%,误码率降低3个数量级。随着湍流强度增加,HIG光束传输与通信性能降低,且相比高斯光束,HIG光束性能改善能力减弱:在相对弱湍流状态下,误码率改善约4个数量级;在相对强湍流状态下,误码率改善约1个数量级。且随着海洋湍流外尺度增加,HIG光束质心漂移小幅增加,其余参数几乎保持不变。经过优化可知,椭圆度、阶数、度数存在最优值,可提高通信性能和传输性能,其中阶数最为敏感。仿真研究结果将有可能为HIG光束应用于水下光通信提供理论依据和技术参考。

海洋湍流信道中因斯-高斯光束及信号传输特性实验研究

因斯-高斯(IG)光束在复杂信道传输中具有较好的抗干扰能力。为此设计并搭建了基于模拟海洋湍流信道的激光通信实验平台,详细研究IG光束在海洋湍流信道下光束信号的传输及通信特性。首先实验对比研究了不同海洋湍流强度条件下,IG光束和高斯光束传输后的光强闪烁指数、质心漂移和探测器接收功率情况;其次通过调制0.5~3 MHz频率的方波信号,进一步研究两种光束传输后调制信号波形失真特性;最后进行IG光束和高斯光束的7.5 Mbit/s通信性能对比实验。实验结果表明:IG光束的闪烁指数、质心漂移、功率抖动均优于高斯光束,且随着海洋湍流强度增加,IG光束闪烁指数和质心漂移改善能力增强,功率抖动改善能力降低。在不同模拟海洋湍流中,相同频率的IG光束调制方波波形失真度整体低于高斯光束。在误码率为3.8?10-3(前向纠错阈值)时,IG光束在不同注水高度信道、不同温度信道和不同盐度信道中的通信性能比高斯光束分别提高了0.8 dB、4 dB和2.5 dB。该实验结果可以为IG光束应用于水下激光通信提供参考。

深度学习辅助水下光通信信号检测算法仿真及实验研究

针对水下光通信提出了深度学习辅助的信号检测方法,设计并搭建了室内水下光通信实验平台,测试了所构建的三种水箱信道(水流、浑浊水流1、浑浊水流2)的数学模型,对所提方法进行了仿真测试,采集实验数据集对比研究了三种信道下所提方法与自适应阈值法的性能。针对不同水下信道、5 Mbps通信传输,三种信道下所提方法误比特率相比自适应阈值法最高分别降低了2个数量级、1个数量级、1个数量级。针对浑浊水流信道1、不同通信速率(5 Mbps、10 Mbps、25 Mbps)通信传输,三种速率下所提方法误比特率均降低了1个数量级。相比自适应阈值法,所提方法在复杂信道下水下无线光通信提高性能方面具有一定作用,可为高速可靠水下无线光通信系统设计提供一定参考。

90°空间光混频器分光比的影响分析及自适应调整

为研究混频器中信号光分光比对相干零差接收机性能的影响,建模分析了90°空间光混频器的信号光分光比对接收机锁相性能和通信性能的影响。数值模拟结果表明,信号光Q路分光比k<0.5时,可提高通信性能,增加探测灵敏度4=0.5时,环路锁相时间最短,锁频范围最大4>0.5时,分光比存在最优值使锁相残余相位误差最小。根据分析结果设计了一种基于旋转半波片的分光比自适应调整系统,利用软件仿真研究了系统在不同分光比时的通信和锁相性能。结果表明,激光波长为1550nm,线宽为5kHz,通信速率为10Gbit/s时,通过旋转半波片使Q路的分光比在0.1〜0.6之间自适应调整,就能改变系统的锁相性能和探测灵敏度。当A=0.1时,探测灵敏度提高了2.56dB;当4=0.5时,锁相支路可实现的频差锁定范围为133MHz;当A=0.6时,锁相残余相位误差最小。仿真结果验证了该系统的可行性,同时为自适应调整分光比的90°混频器实用化提供了参考。