作者单位
摘要
大连理工大学信息与通信工程学院,辽宁 大连 116024
提出一种低复杂度、低功耗且便于硬件移植、可应用于水下无线光通信(UWOC)系统的基于链表和线性表的稀疏Volterra(3l-sVolterra)算法,它通过结合链表与线性表的新数据结构来存储Volterra算法中的所有参数,有效降低了Volterra算法更新参数所需的片上资源消耗,同时能对参与运算的非线性项进行稀疏处理,便于移植到小型硬件系统中。随后,在C6748芯片上实现了所提出的算法,并搭建了基于绿光LED的UWOC系统,对设计的数字信号处理(DSP)系统和UWOC系统进行了性能测试。结果表明,与无稀疏操作的Volterra算法相比,所提算法能在保留相近非线性补偿能力的同时,将资源消耗降低30%,在5 m长水箱信道UWOC系统中实现了20 Mbit/s的通信速率。
光通信 非线性均衡算法 数字信号处理 链表与线性表 非线性项稀疏处理 
光学学报
2024, 44(6): 0606004
Author Affiliations
Abstract
School of Information and Communication Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
This paper has proposed an experimental system for non-orthogonal multiple access (NOMA) wireless optical communication in challenging underwater turbulent environments, employing the gallium nitride (GaN)-based micro-LED array. This design of the GaN-based micro-LED array enables the independent transmission of signals from distinct data streams within the NOMA framework, facilitating direct optical power-domain superposition of NOMA signals. The experimental setup involves emulating oceanic turbulence channels, characterized by varying the level of scintillation intensity, to thoroughly investigate the bit error rate (BER) performance. The outcomes unequivocally demonstrate the superiority of our proposed NOMA scheme, as compared to conventional circuit-driven optical NOMA systems utilizing fixed LED array grouping, particularly in the presence of turbulent underwater channels. The proposed NOMA scheme exhibits consistently superior BER performance and maintains excellent linearity at the lower frequencies while effectively mitigating signal distortion at the higher frequencies.
optical non-orthogonal multiple access gallium nitride-based micro-LED array oceanic turbulence channels bit error rate 
Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 030101
Author Affiliations
Abstract
School of Information and Communication Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
In order to alleviate the impact of turbulence on the performance of underwater wireless optical communication (UWOC) in real time, and achieve high-speed real-time transmission and low cost and miniaturization of equipment, a 2×2 real-time multiple-input and multiple-output (MIMO) high-speed miniaturized UWOC system based on a field-programmable gate array (FPGA) and a high-power light-emitting diode (LED) array is designed in this Letter. In terms of multiplexing gain, the imaging MIMO spatial multiplexing and high-order modulation for the first time are combined and the real-time high-speed transmission of PAM-4 signal based on the LED array light source in 12 m underwater channel at 100 Mbps rate is implemented, which effectively improves the throughput of the UWOC system with a high-power commercial LED light source. In light of diversity gain, the system employs the diversity of repeated coding scheme to receive two identical non-return-to-zero on-off keying (NRZ-OOK) signals, which can compensate the fading or flickering sublinks in real time under the bubble-like simulated turbulence condition, and has high robustness. To our knowledge, this is the first instance of a high rate and long-distance implementation of a turbulence-resistant real-time MIMO miniaturized UWOC system based on FPGA and high-power LED arrays. With spatial diversity or spatial multiplexing capabilities, its low cost, integrity, and high robustness provide the system with important practical prospects.
underwater wireless optical communication MIMO spatial diversity spatial multiplexing 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 020601
作者单位
摘要
大连理工大学信息与通信工程学院,辽宁 大连 116024
针对水下无线通信高速率、远距离、低成本和小型化设备的实用需求,本文设计研制了一种高鲁棒性的基于现场可编程门阵列(FPGA)和大功率LED阵列的小型化水下无线光通信系统。其光发射机的光源采用45 W大功率LED阵列,基于FPGA实现高阶调制与编码,并设计了准直光学发射天线有效减少光束发散角,大幅度延长了传输距离。在光接收端,设计了一种基于3 mm大孔径雪崩光电二极管(APD)的自动增益控制放大和FPGA解调与信号处理的光接收机,降低了光通信系统对准的严苛要求。该系统可实现30 Mbps 开关键控(OOK)信号和正交幅度调制(QAM)信号(16QAM信号)的12 m水下信道实时传输,二者的误码率(BER)分别为2.467×10-4和3.467×10-3。此外,该系统还实现了22 Mbps的非归零(NRZ)-OOK整形信号12 m水下+30 m空气的跨介质传输(总长度为42 m),BER为3.619×10-4。最后,实现了12 m水下信道中接收机偏离主光轴40°之内22 Mbps OOK信号的有效接收,提高了系统的鲁棒性。
水下无线光通信 现场可编程门阵列 LED阵列 高阶调制 小型化光端机 
光学学报
2024, 44(6): 0606002
作者单位
摘要
大连理工大学信息与通信工程学院,辽宁 大连 116024
首先根据强波动理论,从海水湍流折射率的光功率谱函数出发,推导出了既适用于强湍流信道、也适用于弱湍流信道的闪烁指数解析式。基于统一的Málaga模型,推导出了水下无线光通信系统的平均误码率、平均信道容量和中断概率表达式。仿真结果表明:海水的温度和盐度的随机波动始终对闪烁指数有着显著的影响;当海水的平均温度高于20 ℃时,局部平均温度的改变对于闪烁指数影响甚微;当湍流的内尺度小于0.001 m时,可以认为海水信道处于强湍流状态;海水强湍流信道下的无线光通信系统的平均误码率、平均信道容量和中断概率性能均比海水弱湍流信道下差。
光通信 海水无线光通信 强湍流信道 闪烁指数 强波动理论 
光学学报
2022, 42(18): 1801001
作者单位
摘要
1 大连理工大学信息与通信工程学院, 辽宁 大连 116024
2 新疆大学信息科学与工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
采用Log-normal分布模拟海洋弱湍流信道,接收机采用等增益合并方式,在考虑雪崩光电二极管(APD)散粒噪声、信道衰减、几何损耗、Log-normal湍流和孔径平均因子等链路条件下,从理论上推导了水下无线光通信多输入多输出系统平均误码率和信道平均容量的上界表达式,并定量分析讨论了不同链路参数对系统平均误码率和信道平均容量的影响。数值结果表明,采用调制指数合适的正交幅度调制方式以及较大的天线数、接收孔径、发射光功率,均有助于提升系统性能。
海洋光学 弱湍流 正交幅度调制 孔径平均 平均误码率 信道平均容量 
光学学报
2021, 41(19): 1901002
Author Affiliations
Abstract
School of Information and Communication Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116023, China
This Letter investigates the performance of the two-way multi-hop system for underwater optical wireless communications. With the decode-and-forward (DF) relaying, the two-way multi-hop system is modeled, where the effects of absorption, scattering, and oceanic turbulence are all taken into account. An exact closed-form expression for outage probability is derived under the assumption that the oceanic turbulence obeys a log-normal distribution. Numerical results demonstrate the impacts of various parameters on the outage performance and indicate that the two-way multi-hop system significantly improves the performance in comparison to both the one-way multi-hop system and the two-way two-hop system.
010.4455 Oceanic propagation 010.7060 Turbulence 060.2605 Free-space optical communication 
Chinese Optics Letters
2019, 17(10): 100005
作者单位
摘要
大连理工大学信息与通信工程学院, 辽宁 大连 116024
测试研制的28 GHz光载无线通信系统时发现,经光纤传输后接收端恢复的基带信号眼图会随时间出现张开与闭合的现象,使通信系统的可靠性遭到破坏。通过实验研究和理论分析发现,射频信号的传输时延会随着光纤周围温度的变化而改变,尤其对载波频率较高、传输距离较长的光载无线通信系统的可靠性影响更为严重。为了克服上述相位漂移问题,提出并实验论证了一种基于载波恢复技术的改进型光载无线通信系统,采用二次下变频结构,从中频信号中提取同步时钟,恢复出幅度稳定的原始基带数据。实验系统实现了28 GHz载频、1 Gb/s数据速率、25 km的光纤传输,系统的误码率小于10 -9
光通信 相位漂移 载波恢复 温度变化 误码率 
光学学报
2018, 38(5): 0506003
作者单位
摘要
1 大连理工大学信息与通信工程学院 光通信与信息光子技术实验室, 辽宁 大连 116023
2 国家网河南省电力公司信息通信公司, 河南 郑州 450052
基于三只参数相近的半导体激光器及单一光纤信道仿真并实验实现了全双工混沌激光保密通信。当两端发送的数据速率均为1.25 Gb/s时,在一条标准单模光纤中全双工保密传输距离达25 km,正反向恢复数据的Q因子分别为2.1和2.0。该方案大幅度节省了光纤链路和设备、降低了实现成本,提高了数据传输的保密安全性。
光通信 混沌光 光学安全与加密 半导体激光器 
光学学报
2014, 34(s2): s206010
作者单位
摘要
大连理工大学信息与通信工程学院 光通信与信息光子技术实验室, 辽宁 大连 116023
混沌光子储备池计算是一种利用光混沌系统作为储备池实现信息处理的新技术,具有处理速度快、计算容量大、物理实现简单等优点,在未来光子计算机、智能信息处理等领域有广阔的应用前景。详细介绍了混沌光子储备池计算的概念、原理、实现过程和实现方案,比较了各种实现方案的优缺点。总结了目前混沌光子储备池计算中一些有待解决的问题,展望了混沌光子储备池计算的未来发展趋势。
光计算 光信息处理 储备池计算 神经网络 混沌激光 
激光与光电子学进展
2013, 50(3): 030003

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