1 东南大学 移动通信全国重点实验室，南京 210096
2 网络通信与安全紫金山实验室，南京 211111
光纤通信与大容量高频无线通信深度融合是未来第六代移动通信（6G）的核心技术底座，对于构建“沉浸式通信、泛在连接、通信人工智能（AI）一体化”等6G典型场景具有重要意义。文章梳理了优化光纤无线融合传输系统架构和提升频谱效率的主流技术及其实现方案，对研发团队在这些方面取得的部分进展进行了总结。首先，面向新一代沉浸式通信的大容量需求，借助商用数字相干光模块（DCO），提出了一种“光纤－无线－光纤”一体融合传输系统新型架构，率先完成了光子太赫兹100/200/400 GbE实时无线传输通信实验，最高实现了2×240.558 Gbit/s的线路速率；其次，面向覆盖范围广和灵活部署的应用场景，将数字副载波复用（DSCM）技术引入光纤无线融合接入系统，文章设计并搭建出同时支持最多32路固定宽带接入和32路W波段毫米波无线接入的点对多点（P2MP）100 Gbit/s相干无源光网络（PON），能够灵活调整速率且便于后续迭代升级；最后，面向通信AI一体化需求，提出了一种基于似然感知的矢量量化（VQ）变分自编码器（VAE），基于AI技术对光纤无线融合通信系统进行端到端优化，在无需太赫兹功率放大器的情况下，成功演示了净速率为366.4 Gbit/s的双偏振（DP）2×2多输入多输出（MIMO）太赫兹信号6.5 m无线传输和20 km标准单模光纤（SSMF）传输。上述技术在未来6G典型场景中具有巨大的应用潜力，此外，文章还从大容量、长距离、集成化和智能化等方向对超100 Gbit/s光纤无线融合传输技术进行了展望。
光纤无线融合传输 数字副载波复用 无源光网络 端到端智能星座整形 integrated fiber-wireless transmission DSCM PON end-to-end intelligent constellation optimization 光通信研究
2024, 50(1): 23016001
1 中国传媒大学 a.信息与通信工程学院
2 中国传媒大学 b.数据科学与智能媒体学院, 北京 100024
载波重用技术是降低无源光网络(PON)成本的一种重要方法, 也是提高PON传输容量的主要方法。文章设计了一种PON系统结构, 系统采用了副载波重用(SCM)和波分复用(WDM)的联合复用技术, 极大地提高了PON的传输容量。在系统中采用无源反射滤波器实现载波重用, 极大地降低了系统成本。文章采用Optisystem光子模拟软件搭建出了基于反射滤波器实现载波重用的SCM/WDM-PON系统结构, SCM采用3和6 GHz作为射频副载波, WDM采用范围为193.1~194.5 THz、波长间隔为200 GHz的8个波长为光载波, 用户上下行传输的数据速率为1 Gbit/s。文章还研究了反射滤波器的反射系数、光载波功率和传输距离对上下行数据传输性能的影响, 得到了当反射滤波器的反射系数为97%、光载波功率为5 dBm和传输距离<27.2 km时, 系统总体性能最优的结论。
无源光网络 副载波重用 波分复用 载波重用 反射滤波器 PON SCM WDM carrier reuse reflection filter
1 国防科技大学 电子科学学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 气象海洋学院，湖南 长沙 410073
在激光雷达的水下应用中，由于水体对光的吸收和散射作用使得激光在水下的传输复杂多变，尤其是后向散射所造成的噪声会降低目标对比度甚至淹没目标回波，导致水下激光回波检测面临挑战。副载波调制技术可以有效地改善激光雷达系统水下探测性能，提高目标回波信号的信噪比。基于Monte Carlo方法提出了改进的副载波调制脉冲激光雷达水下传输模型，研究了海水衰减系数和通频带等因素对于系统性能的影响。仿真结果表明：相比于传统激光雷达，水体环境参数、滤波过程中的通频带选择对于系统水下探测性能影响较大；副载波调制技术可以提高目标回波信噪比和测量精度，有效改善系统性能。
水下激光雷达 副载波调制技术 Monte Carlo方法 目标回波信噪比 测量精度 underwater lidar sub-carrier modulation technology Monte Carlo method target echo signal-to-noise ratio measurement accuracy 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200185
国防科技大学 电子科学学院，湖南 长沙 410073
复杂的水体环境，特别是水中微粒的吸收和散射作用，使得水下激光雷达测距系统的接收信号中存在大量的后向散射杂波。随着距离的增大，目标回波会逐渐淹没在杂波中，而副载波调制技术可以有效地提升目标对比度，实现水下激光雷达的测距增程。首先建立了光子在海水中传输的蒙特卡洛仿真模型，然后研究了结合激光雷达优势和微波雷达优势的副载波调制技术，给出了伪随机序列作为副载波时发射、接收和相关处理的详细步骤，最后对四种不同类型的副载波(方波、锯齿波、正弦波和伪随机序列波)在不同的水质和发射脉冲宽度的情况下进行了仿真研究。结果表明：伪随机序列对于目标对比度的提升方面性能最好。
副载波调制 激光雷达测距 蒙特卡洛仿真法 海洋光学 伪随机序列 subcarrier modulation lidar ranging Monte Carlo simulation ocean optics pseudo-random sequence 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200193
实验研究了一种采用单个激光源和一个双极化马赫-曾德尔调制器(MZM)产生两路不同频率光射频信号的矢量系统。通过光副载波复用,采用一个调制器和一个光载波即可将两路四相相移键控(QPSK)射频信号加载到两个不同频率的光副载波上,采用偏振复用克服不同频率光信号的串扰,实现了80 km单模光纤(SMF)的高质量信号传输。实验表明,单边带调制格式下,15 GHz和30 GHz的QPSK信号分别经双极化MZM调制,并经80 km SMF传输后,15 GHz的QPSK信号的传输性能表现更优,当光电检测器(PD)的输入功率高于-10.2 dBm时,其解调后的系统误码率(BER)低于3.8×10 -3。系统结构简单,复杂度低,使用的电、光器件少,有效地降低了成本,在未来接入网中发挥了巨大的作用。
光通信 光载无线通信 单边带调制 副载波复用技术 四相相移键控 中国激光
2020, 47(11): 1106002
陆军工程大学通信工程学院, 江苏 南京 210007
针对光载无线通信(ROF)链路大量程、高精度时延测量需求,提出了基于时、频、信共传模式下的ROF链路时延测量方案。将秒脉冲信号进行副载波调制,使ROF信号和时延测量信号同波长传输,解决了秒脉冲测量信号对于ROF信号的干扰问题,同时实现了ROF传输和高精度时延测量功能。搭建了实验测量系统,验证了ROF系统和时延测量系统的兼容共生特性,测量了温度剧烈变化下的25 km光纤链路绝对时延及其时延变化。实验结果表明该方法在保证ROF链路信号传输质量的情况下能够实现高精度、大量程的链路时延测量。
光通信 光载无线通信 传输 时延 副载波调制 光学学报
2019, 39(12): 1206005
1 西安理工大学 自动化与信息工程学院,西安 710048
2 厦门市移动多媒体通信重点实验室（华侨大学）,厦门 361021
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。
光通信 自由空间光/射频链路 混合低密度奇偶校验编码 副载波调制 混合调制 optical communication free space optical/radio frequency link hybrid low density parity check coding subcarrier modulation hybrid modulation
1 西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
2 西南科技大学特殊环境机器人技术四川省重点实验室, 四川 绵阳 621010
3 北京邮电大学光电信息学院, 北京 100876
在紫外光散射通信系统中,脉冲展宽和噪声会对信号产生严重影响。为降低系统误码率、提高通信距离,加入了低密度奇偶校验码(LDPC)进行码元纠错。对比了开关键控(OOK)和二进制相移键控(BPSK)副载波强度调制的性能,仿真分析了BPSK副载波强度调制下不同编码效率、不同译码方式的LDPC码对非直视(NLOS)紫外光通信系统误码率的影响。结果表明:BPSK副载波强度调制的性能优于OOK调制,编码效率越小的LDPC码的纠错能力越强,置信传播算法和对数似然比置信传播算法译码性能几乎一致,均优于最小和算法。在小角度、短距离时,非直视紫外光通信系统误码率更小,当误码率为6.5×10
-6时,LDPC(672,168)码与未编码序列相比,通信距离提高约一倍。
光通信 紫外光散射 低密度奇偶校验码 二进制相移键控副载波强度调制 激光与光电子学进展
2018, 55(12): 120602
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
基于大气弱湍流信道模型,设计了模糊聚类与改进反向传播(BP)神经网络相结合的星座图识别方法。采用模糊C均值(FCM)算法对无线光副载波多进制相移键控(MPSK)信号星座图进行聚类分析,通过计算其硬趋势均值获得星座图特征,然后将特征输入改进BP神经网络分类器进行调制识别。在对数振幅起伏方差
σχ2=0.1时,总正确识别率达到100%,随着起伏方差的增大,MPSK信号星座图聚敛性变差,但总正确识别率也达到87.5%,同时提高了16进制相移键控(16PSK)调制的识别率。
光通信 无线光通信 大气湍流 副载波调制 模糊C均值 反向传播网络 星座图识别 激光与光电子学进展
2018, 55(6): 060602
燕山大学电气工程学院， 河北 秦皇岛 066004
提出了一种结合副载波强度调制直接探测技术和全光放大转发中继的自由空间光通信（FSO）系统的基本结构，考虑背景噪声和放大自发辐射噪声对系统性能的影响，建立了Gamma-Gamma湍流模型下的全光通信系统模型。提出了两种中继协作方案，即全活跃中继方案与选择中继方案，基于相应的方案给出功率分配方式，仿真对比了中继辅助传输链路与直传链路的中断概率，以及在不同信道参数及中继数下采用这两种方案的系统中断概率。结果表明，中继传输能够明显改善链路的性能，选择中继方案优于全活跃中继方案。
光通信 自由空间光通信 协作方案 中断概率 副载波强度调制 全光放大转发中继 中国激光
2016, 43(10): 1006004
