基于蒙特卡洛法的水下无线光传输特性分析

水下无线光传输面临功率衰减和时域宽度变大的问题,蓝绿光长距离传输特性更难以测试。利用蒙特卡洛法对水下蓝绿高斯光束传输过程进行仿真,分析海水类型、传输距离和发散角等因素对接收功率及脉冲响应的影响,数值对比小发散角情况下不同海水类型和传输距离的接收面上功率分布。结果表明,随着海水衰减系数、传输距离和发散角的增加,接收功率逐渐减小,时域宽度扩展变大。其中浑浊港湾海水在10 m以上传输距离时,接收功率受发散角的影响微乎其微,而时域宽度随发散角的增加由0.32 ns变为0.8 ns。虽然传输距离相差一倍,纯海水和清澈海水功率相似度依然高达99%。基于海水衰减系数的差异性,利用功率相似度和面积比来研究水下长距离的传输,可高效快速地获得长距离传输特性。

无线光传输系统接收机的设计及特性分析

设计和搭建了一个无线光传输系统。针对系统接收机的稳定性和信噪比要求,详细推导和分析了接收机的光电二极管特性、电路的稳定性和带宽、接收机的噪声和信噪比。详细分析了接收机中噪声的来源,给出了其影响因素及其计算方法,并参考实验器件参数实现了定量计算。在LTspice--IV上对光电二极管前置放大电路进行了建模和仿真,分析了其信号增益和噪声特性,其结果与理论分析接近。对系统进行了1MHz方波传输实验测试,在接收端能得到较好的方波信号,能为后续的信号处理模块提供稳定可靠的前级信号。

运动体信号监测与瞬态无线光传输系统的研制

通过研究运动体的信号采集及信号传输的光通信互联模型,分析了瞬态光传输窗口的可行性.利用中断嵌套在系统软件中实现了周期性采样与瞬态数据传输.设计出基于电池驱动低功耗微处理器的运动体信号采集与瞬态无线光传输系统.该系统能在最高速率为25 m/s的周期运动机体上实现以0.7 ks/s的采样速率采样,1 Mb/s的传输速率瞬时传输数据.

一种应用于离心机的无线光传输系统PPM调制解调器设计

在空间生命科学实验中,无线光传输技术非常适用于离心机转子与定子之间的实验数据传输。以VHDL为开发语言,以FPGA为开发平台,完成了一种应用于离心机的无线光传输系统PPM调制解调器设计,实现了传输信号的脉冲调制与解调,从而为提高整个传输系统的可靠性奠定了基础。

水下无线光传输系统中Fresnel透镜的聚光性能研究

基于大口径、短焦距Fresnel透镜作为水下无线光传输(UWOT)系统中天线的应用需求,搭建了一套用于测量Fresnel透镜聚光性能的实验装置。采用450 nm和532 nm激光作为测试光源,获得了通光口径为75 mm、焦距为25 mm的Fresnel透镜聚光性能与透镜表面、激光波长、入射角之间的关系曲线,测量了激光入射角对450 nm和532 nm激光聚焦光斑的影响。实验结果表明:在相同的实验条件下,激光通过Fresnel透镜锯齿面的聚光效率要比平滑面高10%～15%;Fresnel透镜对532 nm激光的聚光效率要比450 nm激光高5.4%。随着激光入射角的增加,Fresnel透镜的聚光效率逐渐降低,入射角为0°时的聚光效率比±30°大25%以上。当激光入射角为5°时,450 nm激光聚焦光斑开始发生彗差畸变;当激光入射角增加至15°时,532 nm激光聚焦光斑开始发生彗差畸变。

蒙特卡洛法仿真激光在水下信道中的传输特性

针对海洋港湾海水强吸收和高散射的特性,文章利用蒙特卡洛方法仿真研究了激光在浑浊港湾海水中的传输特性。文章在一定的光波长、光能量和发散角下,量化分析了水质参数和传输距离对激光的功率、脉冲响应以及光斑质量的影响。研究结果表明,激光在浑浊港湾海水中传输时,随着衰减长度的增加,光功率的衰减特性保持一致,且光功率的衰减速度不符合比尔定律所描述的线性关系。在相同的水质条件下,光脉冲的宽度和光斑的尺寸随着传输距离的增加而增大,但是当传输距离从20个衰减长度传输至30个衰减长度时,光脉冲宽度基本不变,光脉冲展宽量的变化小于1 ns,此时光斑尺寸持续增大。另外,在相同的衰减长度处,光脉冲和光斑的展宽量随着水质衰减系数的增大而减小。

光无线传输下隐秘图像可逆信息隐藏方法仿真

为了完善光无线传输系统的版权保护、隐蔽通信等功能,需要进行光无线传输下隐秘图像可逆信息隐藏方法研究。但是采用当前方法进行信息隐藏时,无法保障隐藏信息的完整性,存在信息隐藏精度低的问题。现提出一种基于整数变换的光无线传输下隐秘图像可逆信息隐藏方法。所提方法先利用密钥设置原始图像中每个像素的比特位,给出不同像素的波动值,选取相应的灰度像素组进行变换,并对变换后的像素组进行溢出检验,获取用于嵌入额外信息的像素组,促使信息隐藏者通过替换其对应的LSB将额外信息嵌入到加密图像中,完成对光无线传输下隐秘图像可逆信息隐藏。仿真证明,所提方法信息隐藏精度高,可以为完善光无线传输系统的版权保护、隐蔽通信等功能提供可行的依据。

光无线传输下静态展品图像信息隐藏方法仿真

为了更好的保障光无线通信环境下图像信息传输的安全性与质量性,需要进行光无线传输下静态展品图像信息隐藏。但是采用当前方法进行图像信息隐藏时,无法保障图像的隐藏质量,存在图像信息隐藏误差大的问题。为此,提出一种基于LSB的光无线传输下静态展品图像信息隐藏方法。该方法先融合于同态公钥加密方法在隐藏前依据密钥选择图像需要隐藏的信息像素,采用差分扩展方法将像素的各比特数据嵌入到其它像素中,在此基础上组建图像的伪像素,在隐藏后替换需要隐藏的信息像素,采用Logstic方程设计出图像置乱的混沌序列发生器,生成随机混沌序列,依据其结果完成光无线传输下静态展品图像信息隐藏。仿真证明,所提方法图像信息隐藏质量高,为保障光无线通信环境下图像信息传输质量提供可行的依据。

高速光无线传输仪器研制及测试

为满足高速光无线传输在高校高速数传实验场景下的应用需求,研制了高速光无线传输仪器,并实测了其性能。该仪器主要由包含了IP175GHR芯片的介质转换模块和CS6721三合一智能芯片为主控芯片的光模块组成,具有体积小、成本低、可靠性高等特点。提出了一种适用于全温度范围内的消光比算法,能够在长距离传输和温度变化较大环境下保持光功率稳定。根据所选的微控制单元(MCU)特性,设计了3种下位机软件程序。经实验测试:该高速光无线传输仪器具有稳定、快速的数据传输能力,且在多数场景下可快速建立光无线传输链路,能较好地应用于光无线传输实验教学场景。

水下无线光信号的时域展宽特性分析

光信号在海水信道中传输时,受其散射影响导致多径传输,使接收到的信号发生时域展宽。分析了水下无线光传输的散射特性,利用蒙特卡洛统计方法,仿真了激光冲激信号在近海海水中的时域展宽特性;通过拟合不同脉宽的光信号,得到了近海海水中无线光传输的时域展宽模型。结果表明,在近海中冲激信号的时域展宽随传输距离的增加而快速增加,在一定范围内为高斯函数,且近海中光信号的传输距离与传输速率呈指数衰减的关系。

基于微波光子六倍频的光载无线通信系统

构建了基于微波光子倍频的光载无线传输系统。基于偏振调制器实现了六倍频光毫米波产生,利用马赫增德尔调制器实现了QAM信号调制并进行光载无线传输,测试了41.5GHz QAM信号调制和10km光载无线传输光纤传输之后的QAM信号星座图。该系统实现了远距离音视频或高清数字信号传输。

水下无线光通信系统参数对LDPC码性能的影响

随着海洋资源的探索,无线光通信在海洋中的应用越来越广泛,但是由于海水对光信号的吸收和散射,导致传输距离增加时接收功率快速衰减,从而限制了无线光在海水中的传输。文中通过研究无线光在海水中的传输特性,建立无线光海水信道传输模型;并在该模型研究基础上,建立水下无线光通信实验仿真系统,研究在低密度奇偶检验码的条件下,系统结构对系统性能和无线光信号在海水中传输距离的影响。结果表明,相同条件下LDPC编码系统可提高4.5 dB编码增益和2 m的传输距离;同时增加光信号发射功率、光学接收半径和减小光源发散角都可降低系统误码率和提高光信号传输距离,并且系统结构参数的改变和对应系统性能以及传输距离的改变不是线性关系。

基于偏振调制器的微波光子倍频系统实验研究

为了证明微波光子倍频系统可以构成光载无线通信系统的一部分,采用不受光纤色散影响的基于偏振调制器的倍频系数可调的微波光子系统,理论论证和分析了基于偏振调制器的二倍频、四倍频和六倍频的系统原理和特性。针对于不同的倍频系数,构建了相应的实验方案,进行了实验验证、数据分析和实验结果讨论,在不断进行实验系统优化的基础上实现了良好的倍频输出结果。结果表明,倍频输出的微波/毫米波信号在仪器测量允许的范围内最大可达到42GHz,且此系统具有受光纤色散影响小的优点。

里德-所罗门编码联合分集接收系统对海洋湍流抑制性能研究

针对水下无线激光通信链路性能劣化问题,基于Yue谱推导了在包含有限外尺度和海洋水体分层不稳定度的弱海洋湍流信道下高斯光束的空间相干半径和闪烁指数闭合解析式,量化了基于高斯光束的海洋分集接收系统中的湍流强度和探测器间距阈值。在此基础上设计了一种基于高斯光束的里德-所罗门(RS)编码联合均衡等增益合并(EEGC)算法的单入多出(SIMO)通信系统。利用双曲正切函数法推导了系统的上限平均误码率(ABER)闭合解析式,并研究了海洋水体分层的不稳定程度和探测器分布方式对系统性能的影响。仿真结果表明,海洋水体分层的稳定与否对系统性能影响较为明显。此外,所设计的系统可有效抑制复合海洋信道下高斯光束的湍流效应,湍流越强,抑制效果越显著;也可有效降低探测器的分布方式对采用高斯光束传输的SIMO系统性能的影响。