全双工逆向调制回复空间光通信系统性能评价

基于逆向调制反射器(MRR)的空间光通信系统因其结构紧凑、可免去链路一端的捕跟(APT)系统、功耗低等优点,是空间光通信系统研究热点之一。提出采用双波长激光发射实现全双工逆向调制回复空间光通信结构,并基于该结构对强度调制解调模式,通信距离为300 km,通信速率为1 GHz下的地面站对近地小卫星全双工通信链路进行了链路计算及通信误码率的分析。当MRR端口径为0.1 m时,通信链路余量大于5 d B,通信误码率优于10-15,满足通信链路的要求。并进一步分析了仿真结果存在的缺陷。结果表明所提出的空间光通信结构在小卫星对地面站全双工激光通信是可行的,是未来空间光通信系统发展趋势之一。

逆向调制空间激光通信技术研究进展

逆向调制空间激光通信技术通过构建不对称空间激光通信链路,实现通信端的小体积、轻重量和低功耗设计,更加便于空间激光通信技术在中小平台的应用。在介绍逆向调制空间激光通信的技术原理和优势基础上,分析总结国内外该领域相关技术进展,提出了逆向调制激光通信技术的未来发展趋势。

逆向调制无线激光通信全双工技术

为了弥补传统逆向调制技术只能实现单向通信的应用局限,文章提出了全双工逆向调制无线激光通信。分析了激光功率和调制形式对逆向调制系统的影响,借助仿真软件建模,搭建了双向相位/强度调制的正交逆向调制通信系统,分析了系统的眼图和波形。借助双根压电陶瓷设计了基于猫眼效应的反射角度改变的逆向调制器。在基于铌酸锂相位调制器的高速数据传输系统上,搭建了基于压电陶瓷的逆向强度调制通信系统,利用误码仪和示波器验证了系统的可行性。

逆向调制激光通信链路的数据传输建模与分析

数据传输建模效果直接影响逆向调制激光通信效果,针对当前建模方法存在逆向调制激光通信链路的通信速率慢、抗外界干扰能力差等不足,为了提高逆向调制激光通信链路数据传输效率,设计了一种基于组合优化理论的逆向调制激光通信链路数据传输建模方法。首先对当前逆向调制激光通信链路数据传输建模的研究进展进行分析,指出单一建模方法存在的局限性,然后根据组合优化理论,采用灰色模型对逆向调制激光通信链路数据传输性能进行线性建模,并神经网络对逆向调制激光通信链路数据传输性能进行非线性建模,最后与单一建模方法进行仿真分析,结果表明,本文方法可以更好描述逆向调制激光通信链路数据传输性能与其影响因素之间的变化关系,可以提高逆向调制激光通信链路数据传输成功率,而且逆向调制激光通信链路数据传输速度更快,解决当前逆向调制激光通信链路数据传输建模过程中的一些难题,实际应用价值更高。

基于散斑检测的逆向调制光通信

为了解决长距离逆向调制光通信系统中弱信号难以检测的难题,将散斑检测方式用于逆向调制光通信中,实现对逆向调制端弱小光信号抖动的检测.设计了系统方案和检测原理,并实验完成了60m距离上1.3kHz数字信号的传输和330m距离上模拟话音的传输.该检测方式简单、便宜、易于模块化,在低速的逆向调制光通信系统中有较好的应用.

基于声光调制的逆向调制光通信系统研究

为了扩展自由空间光通信的应用领域,设计了一套稳定性好、实用性较强的逆向调制光通信系统。采用一种基于声光调制器、逆向光链路等核心元件的实验方法,利用现场可编程门阵列发出晶体管-晶体管逻辑门电平对声光调制器进行控制,采用二进制频移键控与二进制脉宽调制调制相结合的四进制调制方法,同时使用冗余校验置换、改进的汉明码等加密纠错方式,实现了室内逆向调制激光通信。结果表明,该通信系统的串口通信速率可达115.2kbit/s、高频载波达1MHz、且保密性良好、误比特率低于10-6,同时证明了激光外调制逆向通信系统载波最高可达到5MHz左右。

影响逆向调制反射光特性的因素分析

为了研究逆向调制器结构参数及接收距离对系统反射光特性的影响,通过建立"猫眼"目标离焦结构等效模型,采用几何光学方法对该模型进行理论分析,推导出表达反射光特性(发散半角、反射光斑半径、反射光功率密度)的相应计算公式并进行数值计算和实测实验。理论分析与实验结果表明:逆向调制器结构参数及接收距离对调制系统反射光斑半径和功率密度的影响明显且呈规律变化,减小透镜焦距、增大透镜口径、增大接收距离可以加快反射功率随离焦量变化速度,有助于改善调制效果。且一般情况下,正离焦的反射光发散半角小于负离焦的反射光发散半角。

全双工逆向调制自由空间激光通信系统的设计与分析

逆向调制自由空间激光通信(MRR FSO)系统是将传统FSO链路的一个终端替换成逆向调制器(MRR)而构成的一个非对称FSO系统,因其功耗低、MRR端体积小和易安装等优点,成为自由空间光通信技术研究热点之一。针对MRR FSO系统现存在的捕获系统复杂、对准难度大等技术难题,在原有MRR FSO系统的基础上设计了一种全双工MRR FSO系统。其中光收发机端的共用光学天线模块采用较大孔径的反射式天文望远镜系统,主要用来减小光束发散角、增加接收孔径。MRR端采用单个大尺寸或多个小尺寸MRR器件,来提升反射光信号质量,并搭建室外长距离实验系统,对该MRR FSO系统进行测试,验证了该系统的合理性。结果表明,所设计的全双工MRR FSO系统在长距离全双工激光通信是可行的,为最终实现长距离全双工MRR FSO系统做铺垫,是未来MRR FSO技术的发展方向之一。

微角锥棱镜阵列在逆向调制激光通信中的应用

基于逆向调制反射器(MRR)的自由空间光(FSO)技术是将传统FSO链路中一个终端的激光发射器和跟瞄系统替换成MRR而构成的一个非对称的FSO系统。MRR主要由光调制器和无源逆向反射器构成。针对未来超高速信息传输与小型化链路的需求,研究使用微角锥棱镜阵列(MCCRAs)来替代MRR中的无源逆向反射器,研究MCCRAs的波前补偿特性在MRR FSO系统中的应用。对MCCRAs的波前补偿原理进行了理论分析,通过实验分析验证了MCCRAs的波前补偿特性。在同等实验条件下,实验结果表明,MCCRAs的波前补偿特性在抵抗大气湍流对激光传输造成的影响上有着良好的效果表现,可提升1～2个数量级的BER性能。对基于MCCRAs的MRR FSO系统进行整体评估,探讨国内MRR FSO技术面临的技术瓶颈并对未来工作提出进一步建议。

“猫眼”逆向调制自由空间光通信技术

"猫眼"逆向调制自由空间光通信链路通过逆向调制器对入射光调制并使其原路返回到发射端,链路只需要在一端使用搜索、捕获、跟踪系统,和传统终端相比重量轻、能耗小、费用低、组网灵活。文章首先对"猫眼"逆向调制自由空间光通信原理进行分析,介绍了"猫眼"光学系统和逆向调制器等核心元件的作用及特点,重点对"猫眼"光学系统优化方法及多量子阱电吸收型调制器和MEMS调制器的特点做了介绍,最后对MEMS调制器进行了简单的性能测试。

逆向调制激光通信作用距离及误码率分析

为了分析逆向调制激光通信系统中OOK调制方式下的误码率特性,在分析回波功率模型和误码率性能的基础上,利用Optisystem仿真软件建立了逆向调制激光通信链路。链路采用NRZ码对不同通信距离、不同能见度下的100 Mbps和1 Gbps通信速率进行了仿真,根据所得信噪比值计算出不同条件下的误码率,并结合"眼图"特征得出不同条件下可实现的逆向通信距离。结果表明,误码率随着大气能见度的增大而减小,随着通信距离增大而增加。在大气能见度为10 km的条件下,系统可以实现通信速率为100 Mbps、距离为2 km的逆向通信。

猫眼逆向调制自由空间激光通信技术的研究进展

猫眼逆向调制自由空间激光通信技术相比传统激光通信技术更具优势。本文介绍了逆向调制自由空间激光通信技术的原理和猫眼逆向调制终端的原理结构。综述了国内外猫眼逆向调制自由空间激光通信技术在调制器特性、猫眼光学系统和技术应用3个方面的研究现状。分析了猫眼逆向调制自由空间激光通信的关键技术。最后,展望了该项技术的应用前景。

逆向调制光通信的大气湍流及孔径平均效应

研究了逆向调制光通信回波反射链路中的大气湍流效应及抑制方法。利用相位屏方法模拟大气湍流效应,建立了弱湍流情况下高斯光束在传统无线光通信和逆向调制光通信中的传播模型,对比分析了高斯光束在传统自由空间光通信单向链路和逆向调制光通信双向链路中大气湍流引起的闪烁指数。结果显示大气湍流对逆向调制光通信回波反射链路的影响远大于对传统自由空间光通信中单向链路的影响。还研究了孔径平均效应对逆向调制光通信中回波反射链路中闪烁指数的影响。结果表明,对于逆向调制光通信,大的接收孔径对于大气闪烁的抑制依然有效。

逆向调制无线光通信空间分集分析

在逆向调制无线光通信系统中,大气湍流对系统的影响大于传统的无线光通信系统。本文研究了一种基于逆向端调制器分集的逆向调制无线光通信系统,以减小大气湍流对系统的影响。利用相位屏法,建立了弱湍流下的激光大气的传输模型,对比分析了逆向调制无线光通信系统逆向端逆向调制器分集和不分集分别所受到的大气湍流的影响。结果显示在相同情况下,逆向调制无线光通信系统在逆向端对逆向调制器进行分集能抑制大气湍流对系统的影响,使整个系统的闪烁指数下降。

猫眼逆向调制通信链路信噪比分析

猫眼逆向调制激光通信比其他逆向调制通信方式的通信速率更快,其原因是通信链路逆向调制端的猫眼结构可以实现匹配尺寸更小的调制器。本文在柯林斯衍射积分公式的基础上得到经过大气衰减作用的猫眼激光回波接收功率,并进一步结合光电探测器噪声和大气湍流引起的闪烁效应,仿真分析了通信距离、湍流强度、激光波长、入射角度、猫眼孔径和接收口径对接收端信号信噪比的影响。

逆向调制阵列大气激光通信的误码率分析

为研究逆向调制阵列对大气湍流的抑制作用,提高逆向调制大气激光通信质量。首先,建立了逆向调制阵列接收光束传输模型,分析了光束经大气传输到达逆向调制阵列的信噪比;然后,建立了逆向调制阵列反射光束在大气信道中的传输模型,推导了不同数目反射光束在接收端的光强概率分布模型,分析了在不同湍流环境下采用逆向调制阵列的激光通信误码率;最后,仿真分析了在中等大气湍流条件下传输距离为1 km时,采用三个逆向调制器组成的逆向调制阵列的通信误码率比单个逆向调制器降低4 d B。

弱湍流下逆向调制光通信直流偏置光正交频分复用系统性能分析

针对现有微机电系统逆向调制器调制速率低、线性区域有限的问题,根据双限幅直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)的特点,通过DCO-OFDM提高逆向调制光通信的传输速率。将双限幅引起的非线性失真建模为限幅噪声,推导有效信噪比函数;研究地—地和空—空特殊通信条件下,逆向调制光通信中双限幅DCO-OFDM在弱湍流中的理论平均误码率公式,并采用蒙特卡洛法进行仿真,分析对称限幅时直流偏置对性能的影响。结果表明:在较大的光功率下,有效信噪比随着直流偏置的增大,先增大、后减小;较小的直流偏置会造成严重的限幅噪声,限制有效信噪比随光功率变化;该结果对通信链路的设计优化有一定的参考意义。

基于K均值算法的逆向调制光通信信号判决方法

逆向调制无线光通信在无人机、小型化平台等领域具有广阔的应用前景,但是易受大气湍流的影响,接收信号会出现较大的低频随机性起伏,使用固定阈值的硬判决方法判决时误码率较高。为了提高信号判决的准确率,提出一种基于K均值算法的信号判决方法,通过学习接收到样值点的内在特征,依据其相似性动态自适应地对该窗口内的样值点进行分类。研究结果表明:湍流信道条件下,与传统的硬判决方法相比,基于K均值算法的信号判决方法误码性能更优,误码率为10-6时,信噪比需求降低约2 dB。

逆向调制光通信弱湍流下闪烁指数分析

运用多相位屏建模的方式建立了弱湍流下的逆向调制光传输模型,模拟了距离小于1 000 m情况下平面光在逆向调制光传输链路中的传输过程。通过改变整个数值分析过程中的大气折射率常数,探究了大气折射率常数对逆向调制光传输链路的闪烁指数的影响。结果表明,在弱湍流中,大气折射率常数越大,逆向调制光传输链路的闪烁指数越大。当大气折射率常数小于10^(-17)时,闪烁指数达到非常小的数值,大气湍流基本不产生影响。选定较大大气折射率常数的情况下,分析逆向调制端的反射镜的大小对逆向调制光传输链路的闪烁指数的影响。结果表明,逆向调制端的反射镜的尺寸越大,整个链路的闪烁指数越小。但是,随着逆向调制端反射镜的尺寸不断增大,对于闪烁指数的改善效果会越来越小。

线性阵列逆向调制器反射光强测试实验研究

为了分析逆向调制器的反射光场和反射光强的变化规律,利用532 nm激光照射逆向调制器阵列,测试得到了离焦量、入射角变化时的逆向调制器的反射光场和反射光强,得到了阵列调制器反射光强与单个逆向调制器反射光强关系。测试结果表明,一定范围的正离焦使反射光束发散角变小,反射光能量聚焦度好,负离焦相反。入射角使反射光场发生畸变,反射光强与入射角成反比。离焦量为0或负离焦时,阵列调制器的反射光强是单个调制器反射光强的线性叠加。