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
1 长春理工大学 光电工程学院,吉林长春30022
2 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林长春1300
3 吉林工程技术师范 学院量子信息技术交叉学科研究院,吉林长春10052
大气湍流引起的光强闪烁效应会导致信噪比下降,严重影响自由空间光通信的正常工作。空间分集技术能够有效克服这种影响,为抑制12.7 km城市水平信道大气湍流光强闪烁,设计了空间分集接收发射系统,并对分集接收的最大比合并、等增益合并和选择合并方案的抑制效果进行了对比,结果表明等增益合并方案工程实现简单,抑制效果明显,相比于单路信号闪烁指数可降低至40.1%。最后,根据全天闪烁指数变化反演了大气折射率结构常数变化,与PAMELA模型的模拟结果对比,趋势相符。研究结果对提高自由空间光通信质量有着重要意义。
自由空间光通信 光强闪烁 空间分集技术 湍流抑制 分集合并 free space optical communication light intensity scintillation spatial diversity technology turbulence suppression diversity merging 
光学 精密工程
2022, 30(5): 545
作者单位
摘要
1 桂林电子科技大学 信息与通信学院, 广西 桂林 541004
2 广西无线宽带通信与信号处理重点实验室 广西 桂林 541004
3 考文垂大学 计算机电子与数学学院, 英国 考文垂 CV1 2JH
水下可见光通信(UVLC)是实现高速宽带信息传输的有效方案, 但由于受到信道中吸收、散射和湍流的不利影响而面临着许多困难。针对水下湍流信道中多径和衰落带来的影响, 提出了一种光正交频分复用(O-OFDM)等增益合并的分集方案, 根据广义的朗伯定律得到信道增益, 通过对数正态分布模拟信号衰落。采用蒙特卡洛方法对正交幅度调制(QAM)的非对称削波光正交频分复用(ACO-OFDM)和直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM) 两种分集系统进行建模仿真, 分析高斯信道和弱湍流信道下系统的误比特率, 探讨不同分集数目和闪烁系数情况下的分集增益。研究结果验证了分集是降低湍流影响的有效手段, 有利于改善水下信息传输性能, 为弱湍流信道下正交频分复用可见光通信系统的设计、预测和评估提供参考。
水下可见光通信 衰落 对数正态分布 空间分集 正交频分复用 UVLC fading lognormal distribution spatial diversity OFDM 
红外与激光工程
2020, 49(2): 0203008
作者单位
摘要
北京邮电大学 电子工程学院 天地互联与融合北京市重点实验室, 北京 100876
为了解决水下通信轨道角动量复用系统中海洋湍流引起的信号串扰, 基于空间分集技术提出了一种海洋湍流缓解方案.用随机相位屏法模拟海洋湍流对信号产生的相位扰动, 用分步传输法模拟光束的衍射传播, 在接收端使用等增益分集合并技术对信号进行合并处理.系统采用4路轨道角动量复用8路空间分集, 仿真分析了轨道角动量复用集合、海洋湍流强度和传输距离等因素对系统误码率性能的影响.仿真结果表明, 轨道角动量复用集合的模式间隔从1增加到2, 误码率降低较为明显; 随着模式间隔继续增大, 误码率性能改善有限; 误码率随传输距离和湍流强度的增加而增大.结果证明在海洋光通信系统中使用分集合并技术可以有效缓解湍流对信号传输的影响.
无线通信技术 湍流缓解 复用系统 等增益分集合并 海洋湍流 轨道角动量 传输距离 误码率 Wireless communications technology Turbulence mitigation Multiplexing system Equal gain spatial diversity combination Oceanic turbulence Orbital angular momentum Transmission distance Bit error rate 
光子学报
2018, 47(11): 1106003
作者单位
摘要
1 长春理工大学空间光通信研究所, 长春 吉林 130000
2 吉林化工学院信息与控制工程学院, 吉林 吉林 132022
分析和研究大气湍流和瞄准误差综合效应下,空间分集接收技术对差分相移键控(DPSK)光通信性能的改善。在不同湍流情况下,讨论采用多入多出(MIMO)和单入多出(SIMO)空间分集技术的系统性能;并将3种分集合并技术对系统误码率(BER)和中断概率的影响进行分析;采用广义超几何方法推导出自由空间光通信(FSO)系统误码率闭合表达式。由分析和实验结果可知:空间分集技术可以提高系统误码率并降低中断概率,有效地改善大气湍流引起的信道衰落;当分集数增大时,系统性能改变越明显。对比3种分集技术,最大比合并接收分集技术最为优越。
光通信 空间分集技术 广义超几何 误码率 单入多出 多入多出 
中国激光
2016, 43(4): 0405002
作者单位
摘要
1 温州大学物理与电子信息工程学院,浙江 温州 325035
2 温州大学激光与光电子技术研究所,浙江 温州 325035
:为解决无线分集相干光接收机的自适应盲检测问题,提出了一种新的离散时间连续状态的网络输出反馈偏置型的复Hopfield神经网络用以解决多值QAM信号的盲检测问题。反馈电压偏置的引入即不脱离传统Hopfield模型,又能有效满足多值信号检测时所需的搜索空间变大的特殊要求。全文完成多值信号盲检测的优化问题构造和能量函数的映射,给出能量函数的证明、分析和它的约束条件,给出适用该问题的激活函数的基本特征,正确盲检测信号的权矩阵的配置方法。最后,通过详细的仿真结果展示和与其他算法性能对比进一步验证算法的有效性和优越性并指出算法所存在的问题和下一步的研究方向。
相干光通信 空间分集 输出反馈偏置 Hopfield网络 盲检测 coherent optical communication spatial diversity output-feedback-bias(OFB) Hopfield network blind detection 
红外与激光工程
2015, 44(2): 0715
作者单位
摘要
1 复旦大学 a.电磁波信息科学教育部重点实验室
2 b.信息科学与工程学院 通信科学与工程系,上海 200433
由大气湍流引起的闪烁效应是影响太赫兹无线通信系统性能的重要因素,为此提出了使用空间分集技术来改善受强大气湍流和噪声影响的太赫兹光子计数无线通信系统性能的方案,并分别推导了在开关键控(OOK)调制下基于Laguerre 模型采用发射分集、接收分集以及多输入多输出技术(MIMO)的系统在强大气湍流下的误码率表达式。数值分析结果表明,在自由空间使用分集技术可以有效对抗强大气湍流,降低通信系统的误码率,是一种在不利天气条件下提升太赫兹无线通信性能的简单而有效的方法。
太赫兹 大气湍流 空间分集 光子计数 Laguerre 分布 Terahertz atmospheric turbulence spatial diversity photon counting Laguerre distribution 
太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(5): 700
作者单位
摘要
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
研究了采用空间分集技术补偿机间激光通信链路中的大气湍流影响.基于直接相干探测接收分集系统模型,分析了最佳合并(OC)接收分集的功率增益和中断概率性能,并与等增益合并(EGC)分集和最大选择合并(SMC)分集系统进行了比较.分析结果表明:在强湍流条件和低中断概率时,OC和EGC可获得较高的功率增益,且明显优于SMC 系统,其中OC 系统性能相对EGC 具有优势,二者性能相差较小,但是OC 实现方式较复杂,因此实际航空激光通信工程应用中应综合考虑分集技术进行选择.
光通信 航空激光通信 大气湍流 空间分集 相干探测 
激光与光电子学进展
2015, 52(8): 080603
作者单位
摘要
1 温州大学物理与电子信息工程学院, 浙江 温州 325035
2 温州大学激光与光电子技术研究所, 浙江 温州 325035
为解决无线分集相干光接收机的电域自适应盲均衡的特定问题,根据动力学驱动反馈神经网络(DDRNN)的特点,提出一种基于同相部分与正交部分振幅激励的DDRNN盲均衡方法。设计了一种结构简单、灵活性强的连续多阈值的正弦函数型激励函数形式,详细分析了该激励函数的参数选择方法并提出了该问题接近点和远离点的新概念;进而从激励函数角度分析了DDRNN电域自适应盲均衡问题的放大因子取值。论述了高阶正交振幅调制(QAM)的激励函数用于低阶QAM系统盲均衡时的适用性。设计了多阈值激励函数和DDRNN新的能量函数并给出相关证明,该激励函数和能量函数的设计和分析不仅可适用于无线相干光接收机的自适应盲均衡,也可推广至其他相关领域。
光通信 相干探测 空间分集 自适应盲均衡 动力学驱动 反馈神经网络 
光学学报
2013, 33(5): 0506002

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