高调制带宽下的氮化镓Micro-LED LiFi光通信系统的设计与实现

本研究旨在探究高调制带宽下的氮化Micro-LED LiFi光通信系统在高调制带宽下的技术应用,首先,阐述了高调制带宽下的氮化Micro-LED LiFi系统原理,分析了其基于微小发光二极管的高速光通信的可行性。接着,完善了系统硬件设计的选型与优化,在系统软件设计层面,采用了先进的信号处理和调制解调技术,实现了高速数据传输和低误码率。最后,完成了系统实现与测试,搭建了实验平台进行了性能评估。结果表明,通过优化硬件和软件设计,系统成功实现了高传输率,在不同距离和角度下进行了功能测试,验证了系统的安全可靠性,为系统性能的进一步提升奠定了良好的技术基础。

无线光通信一对多发射天线研究进展

无线光通信是一种新兴的通信技术,具有高速、大容量和安全性好等优势。然而,传统的无线光通信系统存在着单对单通信模式限制,无法满足多用户同时通信的需求。无线光通信中光学天线起着发射和接收耦合光信号的作用,一对多点发射天线可以拓展无线光通信的应用。对国内外一点对多点光学天线的发展进行总结,介绍了一对多光学天线的基本原理。对目前现有的几种一对多光学天线设计方案进行讨论。最后对该领域的发展趋势和未来发展方向进行展望。

CNN-AE在超奈奎斯特无线光通信端到端系统中的性能

符号间干扰的存在使超奈奎斯特(faster-than-Nyquist, FTN)速率无线光通信系统的性能受到严重影响,针对此问题,提出了一种基于卷积神经网络自编码器的端到端通信系统来消除符号间干扰的影响并完成信号的恢复。针对超奈奎斯特信号非正交的特性,采用交替训练算法分别训练发射机和接收机权重,解决监督训练中模型输入输出数据尺寸不匹配的问题。在此基础上,分析了该系统在Gamma-Gamma大气信道中的误码率(bit error rate, BER)性能。仿真结果证明,与采用最大似然估计的传统系统相比,该系统的误码率性能在各种条件因素影响下都有不同程度的提高。当加速因子在Mazo限内时,该系统可以消除FTN成型和湍流信道带来的复杂混合码间干扰,其误码性能几乎与正交传输系统相等。

无线光通信中的信道均衡研究进展

在无线光通信中,信道不理想是影响系统可靠性的主要因素,而在接收端放置一个与信道特性相反的均衡器可以抵消信道对信号产生的负面影响,从而校正多径时延等因素带来的码间串扰问题,使信号在接收端得到恢复和重建。文章在总结国内外均衡技术研究进展的基础上,对比总结了各个典型信道均衡技术以作参考,包括迫零均衡、最小均方误差均衡、判决反馈均衡、Volterra均衡等。在实际应用中可以根据具体需求及均衡算法特点选择适当的均衡器来实现信道均衡。最后,展望了无线光通信中信道均衡技术的发展前景,为后续研究者在该领域的探索提供新的思路和参考价值。

基于深度学习的可见光通信系统室内三维定位

针对目前室内可见光通信系统三维定位的准确率与定位速度依然不佳的问题,提出一种基于深度学习的可见光通信系统室内定位方法。首先,设计了一个神经网络将指纹数据编码成二维阵列,利用卷积神经网络学习指纹阵列与目标位置之间的关系;然后,通过粒子群优化算法自动搜索卷积神经网络的超参数,以降低深度神经网络的训练难度。此外,设计了定位数据训练集、验证集与测试集的划分方法,有助于缓解神经网络的过拟合问题,并提高定位准确性。仿真结果表明,所提方法在6×6×4m3室内环境下的平均定位误差为0.024m,平均定位时间为0.478s。

自由空间光通信中极化码的应用研究

【目的】在自由空间光(FSO)通信中,大气湍流效应会导致通信链路性能下降。【方法】文章提出了一种极化码信道编译码方案,使用蒙特卡洛算法构造了针对FSO通信中常见的Gamma⁃Gamma分布大气湍流信道的极化码。比较了文章提出的极化码编译码方案与未编码以及相近码长的低密度奇偶校验(LDPC)码在Gamma⁃Gamma分布大气湍流信道下的误码率(BER)。【结果】仿真结果表明,所提极化码与未编码比较时,在弱湍流强度下,当信噪比>6.7 dB时,极化码方案性能相较于未编码更优;在中湍流强度下,当信噪比>10.3 dB时,极化码方案性能相较于未编码更优;在强湍流强度下,当信噪比>11.5 dB时,极化码方案性能相较于未编码更优。所提极化码与LDPC码比较时,在弱湍流情况下,当信噪比>7.1 dB时,极化码整体性能优于LDPC码;在中湍流条件下,当信噪比>10.6 dB时,极化码整体性能优于LDPC码;在强湍流条件下,当信噪比>12 dB时,极化码整体性能优于LDPC码。此外,在码长短、码率低和译码宽度小时,文章所提出的极化码编译码方案具有更优的性能。【结论】使用所提极化码编码后,有效改善了FSO通信系统中的大气湍流效应,而且在中、高湍流强度这两种恶劣的大气湍流信道环境中,文章所提方案展现出了比LDPC码更为明显的优势。表明在FSO通信中,极化码具有良好的发展前景。

“光通信原理与技术”混合式教学探索与实践

“光通信原理与技术”是光电信息科学与工程专业一门专业核心必修课,为培养新型光电专业人才起着至关重要的作用。为适应应用型本科院校转型发展要求,通过研究本课程在传统教学中存在的问题,提出线上、线下混合式教学方式,深入挖掘思政元素,在教学方式改革、课程思政建设、课内实验和教学评价等方面进行教学改革探索,优化教学内容,将光通信专业知识与立德树人结合,为进一步打造一流课程奠定基础,对培养具有较强操作能力、解决问题能力的应用型技术人才具有重要的意义。

云计算智能嵌入式技术下光通信网络路由的研究

由于光通信传输带宽需求以及网络规模和复杂度不断增加,数据传输路径具有较多选择性,易导致路由能耗大、效率低。云计算平台可以提供海量的计算资源和存储空间,能够处理大规模的数据集,为此,基于云计算智能嵌入式技术研究一种光通信网络路由。利用嵌入式技术设计光通信网络的信号转换、编码、解码等功能,根据数据传输与网络节点的能耗特征建立网络路由能耗模型;引入蚁群算法,基于蚂蚁觅食原理找出所有可以实现数据传递的路由;采用遗传算法,通过选择、交叉、变异计算找出这些路由中数据传输最佳的路由,即能耗损失最小的路由。实验结果表明,所提技术能够提升数据传输速度,使丢包率在3.0%以下,且通信时延仅为23 ms,降低数据传送网络节点能量消耗,证实了所提方法的路由通信性能良好。

基于双向光通信的旋转部件传感参数遥测系统

为解决高旋、高温等极端环境下旋转部件传感参数原位采集和实时传输的难题,研制了多通道传感参数遥测系统。系统包含转子组件、定子组件和可视化终端。转子组件通过空间光通信实现与定子组件的双向无线数据传输。转子组件圆周轴对称、叠层架构设计降低了高速惯性力的影响。通过搭建5 000 r/min转速的模拟旋转测试环境进行系统功能和性能验证,实现采集精度0.25%,无线传输距离50 cm,传输速率10 Mbit/s和128通道同步采样率5 kHz。该设计方案为旋转部件试验和优化设计提供稳定可靠的参数测量技术。

基于RSMA的无线光通信中预编码与功率分配研究

【目的】针对无线光通信(OWC)系统中应用速率分拆接入(RSMA)技术的资源分配问题,提出一种基于线性逼近的联合预编码矩阵和速率分配算法,以提高系统的可靠性和性能。【方法】采用变量转换和线性逼近的方法将非凸分阶函数转化为凸函数。通过联合预编码矩阵和速率分配算法,有效地分配系统资源,提高系统性能。为了求解最优解,采用连续迭代算法进行优化。【结果】仿真结果表明,文章所提出的联合优化方案显著降低了系统中断概率,并具有快速的收敛速率。这意味着所提方案能够在基于RSMA的OWC(RSMA⁃OWC)系统中提供更可靠和高效的通信性能。【结论】文章所提方案为OWC系统中的RSMA技术提供了有效的资源分配方法,提高了系统的可靠性和性能。进一步的研究应聚焦于RSMA⁃OWC系统的中断概率问题以及资源分配、预编码设计和应用扩展等方面的挑战。该研究为推动RSMA技术在OWC领域的应用和发展提供了有价值的参考。

无线光通信中大气湍流噪声测量研究

光信号的强度闪烁、光斑漂移、光束扩展、到达角起伏等大气湍流现象会影响光信号在大气中的传输性能。本文将这种闪烁效应看作是光通信系统传输中的乘性噪声,推导了大气湍流乘性噪声模型,并进行了实验测量研究。结果表明:按照晴天、雾霾天、雪天、小雨天、中雨天、大雨天及阴天的顺序,湍流乘性噪声对光通信的通信质量影响加剧,大气折射率结构常数逐渐增大,噪声信号的偏斜度与陡峭度随之增加,导致光强信号的衰落概率变大;同时随着信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)的增大,系统的中断概率逐渐减小;而在相同的SNR下,中断概率随着大气折射率结构常数的减小而减小。研究大气湍流噪声对无线光通信系统的影响具有重要的意义,它为大范围、高速的无线光通信技术带来重要的技术突破,对无线光通信技术的发展起到重要的作用。

考虑光强分布的光通信光栅列阵光束整形方法

光栅单元阵列由大量的单元组成,每个单元的大小和形状都需要精确控制,以确保光束的整形效果。然而,在光通信过程中,光强分布的变化会导致光栅列阵中每个单元的响应度不一致,从而引起每个单元接收到的光信号出现差异,进而影响光束的整形效果。因此,提出一种考虑光强分布的光通信光栅列阵光束整形方法。以光通信光栅列阵中的最常用的列阵波导光栅为例,通过阵列波导结构中的阵列波导的芯区宽度、芯区折射率、包层折射率、波导周期宽度等参数,结合波导中的传播常数受到光束波长和折射率影响,得到阵列波导的归一化本征方程,将其结果结合匀化洛伦兹函数得到入射光和出射光的光强分布,通过计算得到光通信光栅列阵光束入射光及出射光的映射函数,利用函数调整光学参数,实现光通信光栅列阵光束整形。实验结果表明:该方法对光通信光栅列阵光束的整形效果好,整形光束的能量利用率高,光束不均匀性小。

自由空间光通信中的带符号光正交空间调制

【目的】针对光正交空间调制(OQSM)中频谱效率较低和系统吞吐量受限的问题,文章在自由空间光通信(FSOC)中提出了一种带符号的光正交空间调制(SOQSM)方案;另外,针对OQSM性能分析时所用信道不适合所有湍流的情况,文章采取适合所有湍流强度的Málaga信道对系统的误码性能进行分析。【方法】首先,该方案在发送端将输入的二进制比特流划分为5个部分,第1个部分用于星座符号映射,后4个部分用于激光器映射;然后,星座符号映射用于传输星座符号及其逆符号的实部和虚部;激光器映射分为同相相位与正交相位两部分,用于激活激光器的序列映射;最后,通过信道进行传输,在接收端进行信号的接收和处理。【结果】相比OQSM,SOQSM在一个传输周期内空间域额外携带了2log2 Nt比特的信息,并在符号域和空间域分别计算出平均误码率上界,最终得到SOQSM方案的平均误码率上界,其中计算平均误码率上界的方法具有较好的收敛性。该方案较大程度地提高了系统的频谱效率和传输速率,拥有较好的误码性能。【结论】蒙特卡洛仿真结果表明:在频谱效率相同时,相比光空间调制(OSM)和OQSM,SOQSM方案的误码性能更好,能在信噪比为16 dB时就达到10-6;当调制阶数相同时,SOQSM的误码性能更优,特别是在高信噪比时,仿真与理论契合度较高。在Málaga信道中弱湍流的误码性能更好;另外,不同湍流强度对SOQSM方案误码性能趋势的影响较小,但随着信噪比提高,影响会逐渐增大。因此,SOQSM相比OQSM和OSM具有更好的误码性能。

全光通信网络非线性突变频率干扰检测算法

【目的】针对全光通信网络非线性突变频率干扰问题进行分析时,主要依托于估计信道协方差直接展开干扰检测,并未展开网络通信信号变换处理,使得检测结果的F1⁃score值较低,为此提出了基于时域有限差分的全光通信网络非线性突变频率干扰检测算法。【方法】结合数据包抓包和镜像两种方式采集全光通信网络流量数据,并进行清理、转换和规约处理。依托于时域有限差分工作原理,在时域和频域空间内描述信号的时宽和带宽,应用导数与傅里叶变换算法对实时采集信号进行处理,利用变换后的信号分析非线性突变频率干扰情况,再针对变换后的信号进行检测分析。在时间⁃频率联合特征分析方法辅助下,提取干扰信号的时域、频域特征,依托于反向传播算法和最小化损失函数,简化非线性突变频率干扰检测过程,采用特征距离函数替换网络损失函数,并将其输入基于孪生网络的干扰识别模型中,得出非线性突变频率干扰检测结果。【结果】在不同噪声条件下,所提算法非线性突变频率干扰检测结果的F1⁃score值保持在0.95以上,检测时间低于40 ms。【结论】应用时域有限差分方法的新型检测方法,能够更准确地反映当前通信网络的干扰情况,保证通信网络正常运行,更好地满足了全光通信网络干扰检测要求。

可见光通信系统失真信号的无监督还原方法

发光二级管的非线性特性、环境光干扰以及信道噪声等因素会引发可见光通信系统出现非线性失真的现象,导致可见光通信系统的误码率升高。针对该问题,提出一种新的深度神经网络模型,并基于该模型对可见光通信系统的非线性失真符号进行无监督地还原处理。建立了可见光通信系统的数学模型,分析了引起信号出现非线性失真现象的多种因素;利用循环神经网络学习可见光信号序列的短期相关性,利用门控循环单元学习可见光信号序列的长期相关性;采用密集网络学习输入光信号与接收光信号之间的非线性映射关系。仿真结果表明,所提神经网络能有效降低可见光通信系统的误码率,并且在不同调制阶数与不同带宽条件下均实现了较好的效果。

针对光通信系统的调制与解调技术优化研究

文章主要研究和优化光通信系统中的调制与解调技术,系统性地探讨光通信系统的基本架构,基于外调制和相干解调的优化方法,以提高系统的传输效率和信号质量。在调制方面,采用直接调制技术和外调制技术增加调制信号的带宽;在解调方面,应用相干解调技术实现了对光信号的高效检测和解调。利用MATLAB等工具进行实验验证,结果表明所提出的调制与解调优化方法在提升光通信系统性能方面具有潜力与优势。

涡旋光场在光通信中的应用研究

涡旋光场可以携带任意大小的光子轨道角动量,理论上能够形成无限维的希尔伯特空间。这些轨道角动量模式之间相互正交,可以作为一个新的自由度,成为信息传输的独立通道。通过多个轨道角动量之间的模分复用技术可以提高光通信系统中的通信容量和频谱利用率,因此携带轨道角动量的涡旋光场在大容量自由空间光通信及水下光通信中具有广泛的应用。本文回顾了涡旋光场在自由空间及水下通信中的应用研究,介绍了湍流相位屏模型和自适应光学技术,并对使用自适应光学技术的相位补偿降低自由空间及水下通信中随机介质扰动的研究进行了阐述。

基于深度学习的水下激光通信系统弱光信号检测方法研究

水下激光通信系统弱光信号受到频谱和多径干扰,检测的精度不高,为了提高水下激光通信的稳定性,提出基于深度学习的水下激光通信系统弱光信号检测方法。采用空间波束形成方法构建水下激光通信采集和多层频谱分解模型,实现信号的波束特征增强处理,结合时间反转技术估计弱光信号的射频标签分布信息和多径信息,采用多径衰落抑制实现对水下激光通信系统的弱光信号增强处理,利用深度学习算法进行弱光信号检测过程中的寻优控制,使得整个信号检测过程保证在恒虚警概率。仿真结果表明,该方法进行水下激光通信系统弱光信号检测对多径衰落的抑制能力较好,不同信噪比环境下误码率较低,当信噪比增大至90 dB时,其误码率仅为10-5,且其检测时间小于10 ms,优于对比方法,具有更大的应用价值。

基于边缘计算的光通信网络安全风险等级评估方法

以提升光通信网络安全性为目的,提出基于边缘计算的光通信网络安全风险等级评估方法。首先构建光通信网络安全风险评估指标,并利用各边缘计算节点计算各终端指标数据。以各评估指标数据计算结果为基础,在云中心计算层内构建模糊综合评估模型,以模糊数学理论内的隶属度为基础,实现光通信网络安全风险多层次模糊评估。实验结果表明,该方法的光通信网络安全风险等级评估精度最高为97%,评估误差率最低为3%,该方法能够有效实现评估过程,基于评估结果进行网络优化能够提升光通信网络安全性能。

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。