重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065
【目的】针对自由空间光（FSO）链路和射频（RF）链路的保密信息容易被外部窃听者窃听的问题，为提升混合RF/FSO通信系统的保密性能，同时考虑到实际工程中FSO链路往往无法满足视距条件且不同天线分支之间会由于收发模块小型化产生相关性，需要对可重构智能表面（RIS）辅助的混合RF/FSO系统的安全性能进行研究，以得到系统安全性能与RIS部署位置和天线相关性程度等参数的关系。
【方法】文章考虑单个窃听者，分别针对RF和FSO链路进行窃听，RF链路服从任意相关的Nakagami-m分布，FSO链路服从Gamma-Gamma分布。采用解码转发协议，推导得到了两种窃听场景下通信系统的安全中断概率（SOP）和严格正安全容量概率（SPSC）的闭合表达式，并对SOP进行了渐近分析。此外还利用Matlab软件进行了仿真实验，通过蒙特卡洛仿真来验证所推导公式的准确性。
【结果】仿真结果表明，将RIS部署在靠近接收端的位置可以降低系统的SOP，RF主信道的信道质量与窃听信道相比较好时，天线相关性程度的增加会使系统的SOP上升。
【结论】RIS辅助的FSO链路相比RF链路具有更好的安全性，虽然多天线分集技术能够有效提高系统的安全性能，但是类似指向误差和大气湍流引起的衰落，天线相关性也会对系统的安全性能造成损害，通过降低天线相关性程度能有效提升系统的安全性。
光通信 混合射频/自由空间光通信系统 可重构智能表面 天线相关性 物理层安全 optical communications mixed RF/FSO communication system RIS antenna correlation physical layer security 光通信研究
2024, 50(2): 22005601
华东师范大学 通信与电子工程学院，上海 200241
针对自由空间光（FSO）通信系统易受大气湍流效应影响的问题，为降低系统在饱和湍流情况下的误码率（BER），并且考虑到实际工程中需要在有限信噪比（SNR）下得到最大的分集增益，需要对系统的分集性能进行研究，以得到分集增益与SNR和系统链路数量等参数的关系。文章选择采用多输入多输出（MIMO）技术，设计了基于正交振幅调制（QAM）的MIMO-FSO通信系统，分析了系统在负指数分布信道模型下的性能表现，推导出系统的BER计算公式与分集增益相关参数（如分集阶数（DO）、分集阶数增量（IDO）和收敛速度（SOC）等）的闭式表达式，并利用数学软件Matlab进行仿真实验，通过蒙特卡洛仿真来验证所推导公式的准确性。仿真结果表明，MIMO技术在不增加发射功率和接收孔径面积的情况下，可以大幅度降低FSO通信系统的BER，且在饱和湍流信道下，系统链路数量越多或湍流强度越低时，DO随SNR增长到理论最大值的速度越快。MIMO技术有效地抑制了大气湍流对系统的负面影响，大幅提高了系统性能。在条件允许的情况下，尽量使用多的发射机和接收机可以使得系统在有限SNR下获得的分集增益更高，但是也需要考虑到实际工程中的部署成本和安装难度来选择合适的链路数量。
自由空间光通信 正交振幅调制 多输入多输出技术 误码率 分集阶数 FSO communication QAM MIMO technology BER DO
1 华中科技大学 光电信息学院，武汉 430074
2 湖北光谷实验室，武汉 430074
为了简化实时相干自由空间光（FSO）/无线传输系统结构并降低成本，文章基于带通Delta-Sigma调制（DSM）技术，实现了一个低成本的FSO系统。带宽为400 MHz、速率为1.6 Gbit/s的256进制正交振幅调制（256-QAM）信号经DSM后，生成10 Gbit/s偏振复用-正交相移键控（PDM-QPSK）信号，在50 m的FSO链路中实现实时传输，且该系统的灵敏度达到-46.2 dBm。从而证明，相干检测和带通DSM的结合将是未来光无线场景的一种有前途的技术。
Delta-sigma调制 相干检测 实时 自由空间光传输 DSM coherent detection real-time FSO transmission
重庆三峡学院 电子与信息工程学院, 重庆 404100
针对海岛间通信系统存在建设成本高和传输信号需要中继放大等问题, 文章采用曼彻斯特编解码设计了一种新型自由空间光(FSO)通信系统, 支持100 km海底光缆(采用G.654普通单模光纤)级联1 km FSO无线链路实现10 Gbit/s光信号的收发和传输。文章采用仿真实验测试了无线光信号在晴天、雨天和雾天中传输前后的时域波形、光谱、眼图和误码率(BER)等指标。研究结果表明, 光信号接收机灵敏度在背对背系统中为-18.92 dBm; 光信号接收机在晴天、雨天和雾天, 经100 km海底光缆级联1 km FSO信道传输信号时的灵敏度分别为-17.72、-16.66和-11.16 dBm。相关结果证明,应用曼彻斯特码的海岛间FSO通信系统在未来海域信息传输领域具有重要的潜在应用价值。
自由空间光通信 曼彻斯特码 海岛 光谱 误码率 FSO communication Manchester code island optical spectrum BER
1 四川卫生康复职业学院人文社科部，四川自贡 643000
2 西南科技大学计算机科学与技术学院，四川绵阳 621010
为提高无线 Mesh网(WMNs)的容量，提出一种将自由空间光 (FSO)技术集成到现有基于 RF的 WMNs中的解决方案。首先，基于每个节点预期的长期上行和下行流量需求，构建一个整数线性规划 (ILP)，用于 FSO收发器和 RF链路调度的联合分配，以找到关键位置节点，对这样的节点升级后，能够最大限度地提高整个网络的容量；其次，为了避免原始 ILP的复杂性，提出一种概率贪婪调度算法，以非常低的计算成本计算出一个可行解，作为比较基准，还提出了一种模拟退火算法。仿真实验结果表明，采用对若干关键位置的节点进行升级，可以提高网络容量。
无线 Mesh网 有向图 FSO技术 整数线性规划 链路调度 容量提高 Wireless Mesh Networks directed graph FSO technology Integer Linear Program link scheduling capacity improvement 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(1): 60
1 空军工程大学信息与导航学院，陕西 西安 710077
2 294638部队，江西 南昌 330000
研究基于解码转发（DF）中继的三跳混合射频/自由空间光/射频（RF/FSO/RF）航空通信链路性能。航空子节点到骨干节点为RF链路，骨干节点之间为FSO链路，并假设三跳中的调制方式相同，RF信道服从Nakagami-m衰落模型，FSO信道服从Exponentiated Weibull大气湍流分布模型。推导了端到端中断概率（OP）和平均误码率（BER）的闭合表达式，分析了大气湍流强度、RF信道衰落系数及不同调制方式对系统OP、平均BER性能的影响。结果表明：在三跳DF中继方式下，最优的OP、BER性能取决于信道质量最差的一跳，二进制相移键控（BPSK）调制误码性能要优于二进制频移键控（BFSK）调制及高阶PSK调制。推导的闭合表达式有利于量化分析链路性能，为系统设计提供参考。
光通信 RF/FSO/RF通信链路 Exponentiated Weibull分布模型 Nakagami-m衰落信道 平均误码率 中断概率 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0306004
1 长春工业大学人文信息学院，吉林 长春130122
2 长春理工大学 电子信息工程学院，吉林 长春130022
3 长春大学 中俄学院，吉林 长春130022
4 东北电力大学 电气工程学院，吉林 吉林132012
自由空间光通信(FSO)是一种通过激光在无需光纤的情况下实现双向信息传输的通信系统。它具有带宽宽、保密性好、抗干扰性强、无需频率申请、体积小、功耗低等特点。尽管FSO通信系统有较高的安全性，但波束溢出还是会威胁到通信的安全，在通信中采用混沌加密的方式可有效地提高系统的安全性。采用差分混沌键控(DCSK)的Gamma-Gamma湍流模型来提高FSO通信系统的安全性，推导了系统误码率的表达式。通过空间信道图像数据的传输，对接收到的数据进行统计直方图、像素相关性和明文敏感性分析，结果表明系统具有很好的保密性能。
自由空间光通信 Gamma-Gamma湍流模型 差分混沌键控 FSO communication Gamma-Gamma turbulence model differential chaos shift keying (DCSK) 红外与激光工程
2020, 49(S1): 20200207
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
研究一种基于选择合并分集的三点协作架构下的混合射频/自由空间光(RF/FSO)航空通信系统链路性能。在该架构下,FSO链路服从平均孔径效应下的Exponentiated Weibull大气湍流分布模型,RF链路采用Nakagami-m衰落信道模型,推导了系统端到端性能指标的闭合表达式,通过仿真分析湍流强度、调制方式及分集通信方案对系统中断概率(OP)、平均误码率(BER)的影响。仿真结果表明:相比单FSO链路通信,混合RF/FSO航空通信具有更好的BER及OP性能;低阶M-PSK调制能有效改善大气湍流对混合RF/FSO航空通信系统的影响;在信噪比高时,合并分集的通信方案对系统误码性能的改善要优于低阶调制。
光通信 RF/FSO通信系统 协作通信 Exponentiated Weibull分布模型 Nakagami-m衰落信道 平均误码率 中断概率 激光与光电子学进展
2020, 57(21): 210605
华南师范大学 信息光电子科技学院, 广州 510006
卢比变换(LT)码是第一种具有实用价值的数字喷泉码。LT码在噪声信道中具有良好的性能, 且已在自由空间光通信(FSO)中广泛应用。文章首先简要说明了LT码的基本原理, 列举了LT码与其他几种FSO中常用的编码方案的优缺点。然后, 概括了国内外对LT码在FSO系统中应用的研究进展, 并从新型度分布和改进的译码方案两个角度详细介绍了LT码在FSO系统中应用的性能优化方案。最后, 指出了现有LT码相关研究的不完善之处, 对LT码在FSO中的未来研究方向提出了展望。
卢比变换码 数字喷泉码 自由空间光通信 度分布 译码方案 LT codes digital fountain codes FSO degree distribution decoding scheme
