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。

智能反射面辅助的混合FSO/RF系统建模和分析

针对自由空间光(FSO)链路视距受限问题,提出了一种光智能反射面(OIRS)辅助的混合FSO/射频(RF)系统,介绍了系统模型。OIRS用于解决障碍物遮挡问题,其辅助的FSO链路服从几何和抖动误差下的Malaga分布,RF链路服从任意相关的Nakagami-m分布,并在目的节点采用等增益合并接收技术。推导了混合FSO/RF系统的中断概率、平均误码率的闭合表达式,并对中断概率进行渐近分析。仿真结果表明:OIRS辅助的混合FSO/RF系统中断和误码性能取决于质量更差的一条信道,二进制相移键控调制误码性能优于二进制频移键控调制。

无人机FSO/RF混合中继链路传输速率优化方法

针对FSO(free space optica)链路和RF(ratio frequency)链路之间通信速率不匹配以及由地面多用户移动所带来的通信服务状态变化问题,提出了无人机自由空间光通信/射频(FSO/RF)混合中继链路传输速率优化方法。以用户公平性、最低服务质量以及无人机总功率为约束,建立了无人机中继协作的FSO/RF混合通信下行链路模型,提出了一种基于无人机动态轨迹和发射功率联合优化算法。利用连续凸逼近及拉格朗日对偶函数法,将原非凸模型转化为凸优化问题进行求解。对不同能见度下链路传输速率进行分析,结果表明,能见度为1.7 km时,FSO链路和RF链路均达到全速传输。所提算法相较固定式中继平均通信速率有了447.5%的提升,相较非功率优化算法链路平均通信速率提升32.5%。

基于被动相位噪声补偿的自由空间光学频率传递

针对自由空间光信号传输更易受到环境影响的特点,提出了一种被动相位噪声补偿技术。该方法利用探测往返传输的光信号与发射端参考信号拍频获得链路引入的相位噪声,在发射端通过声光移频器(acousto-optic modulator,AOM)对待传递信号移频取共轭即可在接收端获得相位稳定的光学频率信号。该方法避免了使用复杂的鉴相和伺服控制电路,使系统具有更快的补偿速度且没有鉴相范围的限制。实验结果表明,150 m的室外自由空间链路的平均时间1 s的附加频率不稳定度约为1.9×10^(-16),平均时间1000 s的附加频率不稳定度约为4.6×10^(-19)。该相位噪声补偿技术为高精度的自由空间光学频率传递提供了一个简单可靠的方案。

混合自由空间光通信网络的光学矩阵计算与优化

自由空间光通信网络受到大气中不同湍流影响,传输信号质量较低,由此提出一种混合自由空间光通信网络的光学矩阵计算与优化方法。通过统计大气湍流特征,采用平滑微扰法分析信号经过大气湍流时的偏差;利用对数正态分布函数以及负指数分布形式,构建混合自由空间光通信网络信道模型;调制光纤光栅折射率,采用光学矩阵将非均匀的光栅划分成小段,通过分段均匀处理,将相邻两段首尾相接,获得整体光纤光栅滤波的传递函数,完成光学矩阵计算与优化。实验证明该方法的通信优化结果与理想结果几乎相同,能够满足现实网络通信需求。

大气湍流下带有跟踪误差的空间相干光通信性能分析

在星地链路的空间相干光通信系统中,大气湍流、跟踪误差会影响系统的混频效率和误码率.根据混频效率公式分别推导了大气湍流强度和跟踪误差与系统混频效率的关系并进行仿真计算.计算结果表明,混频效率随跟踪误差和大气湍流强度的增加而降低,其中当跟踪误差大于12μrad或湍流强度超过10-16时,混频效率趋近零.建立了大气湍流下带跟踪误差的光混频效率及误码率的数学模型,并计算了不同情况下的混频效率.在跟踪误差小于2μrad时大气湍流是混频效率的主要影响因素,当跟踪误差继续增大时跟踪误差起主导作用.根据传统相干光通信系统参量取值估算得最大混频效率约为67.8%,当误码率为10-9时系统接收灵敏度为17photon/bit.

混合毫米波射频/多输入多输出-自由空间光通信中继系统

为准确评价混合毫米波射频/多输入多输出-自由空间光通信(millimeter Wave Radio Frequency/Multiple Input Multiple Output-Free Space Optical,mmW RF/MIMO-FSO)中继系统的性能,利用Meijer-G函数推导出混合mmW RF/MIMO-FSO中继系统端到端中断概率、误码率以及遍历容量的闭合解析表达式。该混合系统的中继采用固定增益方案、接收端采用等增益合并方式合并多路信号。mmW RF信道服从Nakagami-m衰落,FSO信道服从Gamma-Gamma分布。数值仿真结果显示,MIMO技术可以有效缓解由于大气湍流强度的增强而导致的混合中继系统性能降低。随着激光发射器和光电探测器相对应的收发孔径数目的增加,混合中继系统性能逐渐增强,但与此同时系统的复杂度也不断提高。综合分析可知,当激光发射器发送的激光信号束与光电探测器使用的接收孔径数相等且都为2时,MIMO-FSO链路的性能达到最佳状态。

基于CNN-SPGD算法的相干光通信像差校正方法研究

为了降低大气湍流对自由空间光通信系统传输性能的影响,建立了一套自适应光学校正系统来校正高阶像差。对该系统的混频效率,误码率和迭代次数等参数进行研究。首先,将图像的Zernike系数划分为8个大类,256个小类,通过CNN模型预测输入光斑的大类。对于每一小类的像差,取每一阶系数范围的中点作为标准点形成一个标准Zernike系数向量,按照其对应的标准电压作为初始校正电压进行校正。实验结果表明:随机并行梯度下降算法使混频效率达到0.80、0.85和0.9需要的迭代次数分别为110次、161次和280次;在使混频效率达到相同值的前提下,CNN-SPGD(Convolutional Neural Networks-Stochastic Parallelism Gradient Descent)算法所需的迭代次数分别为4次、37次和141次。而在相同的迭代次数下,CNN-SPGD算法在系统中的混频效率更高,误码率更低。CNN-SPGD算法与SPGD算法相比,像差校正速度更快。该CNN-SPGD算法可以大幅度减少传统自适应光学系统的迭代次数,满足激光通信的各种需求。

射频信号光纤传输技术研究现状及进展

随着现代战场中电磁环境的日趋复杂化,情报侦察、电子对抗、通信和遥感等系统中不同频率、制式的射频(RF)信号密集交叠,RF信号光纤传输技术所具有的宽带、抗干扰和信号损耗小等优势将在这些系统中发挥关键性的作用。概述了RF信号光纤传输技术的特点和优势,介绍了国内外的研究现状及进展情况,展望了RF信号光纤传输技术的发展前景。

混合FSO/RF系统自动切换条件的研究

研究混合FSO/RF通信系统链路双切换理论,主要针对自由空间光通信受天气因素影响严重的问题。通过分析得出信号的码元速率与带宽成正比关系,降低码元速率即可降低噪声,从而缓解噪声的影响,提高系统信噪比;在能见度较小的天气条件下,低速的自由空间光通信系统性能仍达不到门限值,系统才将切换至射频链路。此理论使实际通信中能够更加充分的利用FSO及RF的优势进行互补,提高系统信噪比的同时又减少了信道切换的次数。

中远红外量子级联激光器研究进展(特邀)

量子级联激光器具有效率高、体积小、功耗低、波长可大范围选取的特点,已经被广泛应用于定向红外对抗系统、自由空间光通信和痕量气体传感等领域。回顾了量子级联激光器近20年的进展。首先总结了量子级联激光器的总体发展历程和发光原理;接着介绍了主要用于定向红外对抗的大功率量子级联激光器的几种典型有源区结构设计,然后讨论了气体传感用的单模分布反馈量子级联激光器;接着又论述了单片集成高亮度量子级联激光器相干阵列的研究情况;此外,还介绍了自由空间通信用的量子级联激光器的发展情况;最后,描述了近些年才出现中红外量子级联激光器光频梳的研究进展。

散射效应对FSO-OFDM系统的影响研究与仿真

为了研究了大气散射效应对光信号的影响,以雨粒子为例,从其物理特性出发,应用Mie散射理论和Joss雨滴谱分布,计算了雨粒子对光波传输的衰减,在此基础上分析了光散射效应对自由空间光通信-正交频分复用系统性能的影响。结果表明,在散射信道中,自由空间光通信-正交频分复用系统的性能主要取决于散射造成的光强度起伏方差,其次为散射造成的光强度衰减系数。

降低FSO-OFDM系统峰值平均功率比研究

虽然OFDM调制技术在射频领域中已得到了广泛的研究,但在无线光领域中的研究才刚开始。由于FSO-OFDM系统中采用马赫-曾德尔(MZM)调制器进行电光转换,该调制器的转移特性曲线为余弦函数,存在很大的非线性问题,因此,FSO-OFDM系统比射频OFDM系统对PAPR更加敏感。为了降低系统PAPR,重点研究了基于Golay互补序列和Reed-Muller码的编码类降低PAPR的算法,对输入的二进制序列进行编码,产生Golay互补序列作为传输码字,来降低系统PAPR,并通过MonteCarlo方法对其进行了仿真验证,结果表明该算法在QPSK系统中可以将峰值功率控制在3 dB以下,在QAM系统中峰值功率可以降低至4.5 dB。

偏振FSO-OFDM系统中的LMS信道估计

本文首先设计了一种基于光偏振的基带FSO-OFDM系统模型,阐述了其发射和接收部分光偏振调制和解调工作原理,介绍了大气散射信道模型。由于大气散射信道为频域选择性衰落信道,在此信道中,每个子载波的信道冲激响应在相干时间内的值保持相关性,因此本文利用同一子载波中距离小于相干时间的连续若干个OFDM符号信道特性之间的相关性,采用LMS算法对未来符号位置迭代的初始值进行预测,再进行迭代得到信道冲击响应值。在本系统中,水平和垂直线偏振光经过的光路相同,因此信道特性基本一致,最后再通过对两路信道估计值进行加权,得到更加准确的信道预测值。通过仿真进行验证,结果表明,在散射信道中(最小均方)LMS算法可以很好的对信道进行跟踪,同时系统误码率可得到大约2dB的改善。

软切换链路下的混合编码与副载波调制方案

为了提高自由空间光/射频(FSO/RF)混合通信链路的性能,采用混合低密度奇偶校验(LDPC)编码与副载波相移键控/正交振幅调制(PSK/QAM)联合调制的方法,对不同传输比例下混合系统的误比特率性能进行了仿真分析,取得了不同信道条件下单链路和混合链路传输方案的误比特率数据。结果表明,在弱中强湍流条件下采用副载波二进制相移键控(BPSK)调制,相比开关键控(OOK)调制可获得大约4.4dB～5.2dB的增益。采用软切换的混合LDPC编码与副载波BPSK/16QAM调制方案,依据链路状态调整比例为1∶1和3∶1时,不同湍流强度下可获得大约0.3dB～7.4dB的性能增益。这一研究结果对于提高FSO/RF混合通信系统的全天候高效可靠传输性能具有重要的参考价值。

FSO-OFDM系统建模及性能仿真

由于光色散以及电子器件速率的限制,自由空间光通信(FSO)系统传输速率受限,误码性能不理想。为了充分发挥FSO的潜力,支持更高的信息传输速率和改善系统误码特性,将OFDM与FSO这两项较成熟的技术相结合,对系统进行建模并利用Matlab软件对FSO-OFDM系统进行性能仿真,验证了FSO-OFDM系统采用不同调制阶数、不同子载波数、不同保护间隔长度下系统的误码性能,为系统参数的合理选择提供了理论依据。

基于自由空间光通信的云无线接入网上行链路优化研究

为了提高云无线接入网的前传传输速率,探讨了将无线电自由空间光应用于云无线电接入网的网络优化中,设计了上行链路中联合射频和无线电自由空间光链路的前传,使用户的传输速率最大化。仿真实验表明,添加无线电自由空间光链路大大提高了用户的速率。

级联RS码的自由空间光通信正交频分复用系统性能分析

为了有效抵御大气散射效应和提高频谱利用率，提出了自由空间光通信正交频分复用系统．由于大气信道的不稳定性，该系统在传输过程中导致误码率很高．将里德-所罗门码引入自由空间光通信正交频分复用系统中，对其进行了半实物仿真，仿真结果表明：当误码率为10^-2时，正交频分复用较开关键控性能优越4dB；在广延雨、平流雾、沙尘天等不同的天气条件下，当误码率为10^-5时，里德-所罗门（255，223）信道编码较未编码性能优越4～5dB．正交频分复用系统和里德-所罗门码的技术能降低系统的误码率．

空间激光通信网络中的全光相位再生技术

围绕空间激光通信网络中高速数据多跳传输应用需求,针对相位调制激光链路经过空间长距离传输后信号质量劣化的问题,研究了基于相位敏感四波混频参量效应实现二进制相位调制高速激光信号的全光相位再生技术。利用Matlab软件数值分析了全光相位再生系统的影响因素,并基于OptiSystem仿真平台搭建了全光相位再生系统。结合高轨-地面站空间激光通信系统链路预算,对速率为10 Gbit/s的DPSK信号光经背靠背、相位噪声劣化以及劣化后全光相位再生处理三种传输场景进了对比分析。模拟仿真结果与数值分析结果均表明,与劣化后未经再生处理的系统相比,全光相位再生处理后的系统误码率平均优化4个数量级,信噪比提升约3 d B,表明该空间激光通信全光相位再生技术可实现相位调制信号的全光相位再生,能够有效提升空间相干激光通信系统的性能,可以应用于空间高速激光通信网络中继节点处的全光数据中继等方向。

基于OFDM的大气激光通信湍流抑制关键技术研究

文章在分析无线激光通信(FSO)存在两种主要的大气信道问题的基础上,针对激光大气信道问题尤其是在复杂湍流环境下的频率选择性衰落问题和多径效应问题,提出了基于正交频分复用(OFDM)的湍流效应抑制方法,构建了FSO-OFDM系统,研究了该系统的基带模型以及信号的多载波调制与解调方法。分析了无线激光通信中存在复杂湍流环境下的大气信道问题,讨论了大气湍流影响下的平面波激光通信系统模型,建立了大气湍流影响下对数正态湍流通道的高斯光束空间光通信系统模型,推导了光波强度的概率密度函数,研究了利用信噪比概率密度函数分析各种大气湍流效应对系统性能影响的方法;设计了无线光通信系统的OFDM多载波调制方案,构建了FSO-OFDM系统基带模式模型,并基于该模型研究了其信号的调制与解调原理。最后,采用MATLAB编程实现FSO-OFDM系统,对多径干扰下的FSO通信系统进行仿真实验,进行了不同保护间隔下的误码率特性实验,验证了FSO-OFDM系统具有很强的抗多径干扰和频谱选择性衰落能力以及良好的BER性能,可有效解决码间干扰大、链路不可靠的问题,具有非常广泛的应用前景和使用价值。