上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室，特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
为了利用模分复用（MDM）和超奈奎斯特（FTN）传输技术提高无源光网络（PON）的传输容量和频谱效率，同时也为了保证系统具有良好的误码率性能，本文提出了基于矩阵分解预编码和MIMO预均衡器的联合损伤补偿方法，用于消除超奈奎斯特模分复用无源光网络（FTN-MDM-PON）中存在的MDM信道损伤和FTN传输损伤。对于矩阵分解预编码技术，本文采用奇异值分解（SVD）预编码、带功率预分配的奇异值分解（SVD PA）预编码和Cholesky分解（Chol）预编码方式，分别将它们与MIMO预均衡器结合后对比三种联合方案降低FTN-MDM-PON系统误码率的效果。仿真实验结果表明：采用SVD PA预编码、Chol预编码与MIMO预均衡器结合的联合损伤补偿方法时，FTN-MDM-PON系统中的4个线偏振（LP）模式的FTN信号经过5 km少模光纤（FMF）传输后，接收端误码率能够低于7%硬判决-前向纠错（HD-FEC）门限3.8×10-3。其中，Chol预编码与MIMO预均衡器结合的联合补偿方案降低误码率的效果最优，相比于表现较优的SVD PA预编码结合MIMO预均衡器方案，接收光灵敏度提升了1 dB~3 dB。
光通信 无源光网络 模分复用 多输入多输出 超奈奎斯特 预编码 预均衡
1 华东师范大学通信与电子工程学院，上海 200241
2 华东师范大学上海市多维度信息处理重点实验室，上海 200241
在带内全双工（IBFD）多输入多输出（MIMO）通信系统中，通道间串扰、非线性失真及多径效应的共同作用使自干扰信号异常复杂。为在大带宽应用场景下消除此复杂自干扰信号，提出一种由最小二乘（LS）算法辅助的MIMO非线性自干扰光域消除方案，并将其与数字域消除相结合。该方案对IBFD MIMO系统中的复杂自干扰信号进行建模，并利用LS算法对模型参数进行估计，进而重建出模拟参考信号并用于实现光域模拟自干扰消除。此外，通过设置门限，在保证模拟消除深度的情况下忽略自干扰信号中功率较低的分量来降低LS算法阶数，提高参考重建速度。经实验验证，当MIMO多径自干扰信号的载波频率和波特率分别为1 GHz和0.5 Gbaud时，所提方案经过光域模拟和数字域自干扰消除后，可实现约35 dB的自干扰消除深度。
光纤光学 射频光子学 带内全双工 自干扰消除 多输入多输出 非线性串扰
西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 710021
针对传统天线选择算法在完全广义空间调制（FGSM）系统中运用会出现局限性且误码性能不理想等问题，提出一种基于皮尔逊（Pearson）相关系数的选择算法，其基本原理是根据不同位置的光电探测器与发光二极管组合之间的Pearson系数相关性进行天线选择，能够提升FGSM系统性能及扩大使用范围。结果表明：当误码率为10-3时，在发射天线数量为4、调制方式为脉幅调制的情况下，FGSM系统的传输速率相较于广义空间调制增加了1 bpcu（bit per channel use）；采用基于Pearson相关系数选择算法后的完全广义空间调制-多输入多输出（FGSM-MIMO）系统相较于随机选择算法所需信噪比改善了5.1 dB，相较于最大范数选择算法改善了0.8 dB。综上所述，在同一时刻发送相同信息的情况下，基于Pearson相关系数选择算法的FGSM-MIMO系统在光空间通信领域具有更好的发展前景。
光通信 多输入多输出 完全广义空间调制 天线选择算法 皮尔逊相关系数 误码率
1 中山大学电子与信息工程学院，广东广州 510006
2 中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄 050081
低轨(LEO)宽带星座卫星通信作为地面 5G无线通信系统的重要补充，始终面临地面可视卫星数量大、传统选星算法计算复杂度高等难题。为实现高效的卫星分组选择算法，基于多输入多输出(MIMO)系统原理，以大尺度路径损耗模型为基础，结合递减卫星选择算法，从而以较低计算复杂度、更快收敛速度有效逼近最优容量性能。该算法在典型 LEO星座系统构型下通过数值仿真得到了验证，为未来 5G低轨卫星星座通信传输方案设计提供了一种参考思路。
卫星通信 多输入多输出系统 低轨卫星 选星算法 satellite communication Multiple Input Multiple Output Low Earth Orbit satellite satellite selection algorithm 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(5): 608
1 北京理工大学 信息与电子学院, 北京 100081
2 重庆创新中心, 重庆 401120
3 前沿交叉科学研究院, 北京, 100081
汽车雷达基于电磁波信号感知路况, 具有全天时、全天候、低成本等优点, 是未来智能化交通和自动驾驶的重要传感器。其中, 高精确度目标测距、测速, 高分辨力角度估计和多扩展目标跟踪是汽车雷达领域的研究重点。本文针对汽车雷达波形、天线设计、测角算法以及目标跟踪算法等关键模块和主要设计思路进行梳理, 结合雷达抗干扰、MIMO编码、扩展目标状态估计等技术难点, 介绍并归纳了近几年代表性的文献, 旨在为以后的研究提供参考和依据。
汽车雷达 抗干扰 多输入多输出 目标跟踪 automotive radar anti-interference Multiple Input Multiple Output(MIMO) target tracking 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(4): 437
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
复旦大学通信科学与工程系电磁波信息科学教育部重点实验室，上海 200433
采用少模光纤强耦合模分复用技术是大容量光纤通信系统的一种主要方案，而数字信号处理能在数字域补偿信道中带来的损伤，为信号恢复提供了灵活性并进一步提升传输容量。介绍了少模光纤强耦合通信系统中相比单模光纤系统所受到的额外损伤，并介绍了补偿损伤所使用的多输入多输出（MIMO）均衡算法、空时编码（STC）算法、干扰消除算法和最大似然估计算法的工作原理和主要研究进展，同时阐述了当前这些算法在复杂度、传输时延、光传输速率等方面仍存在局限性。结果表明，MIMO均衡算法结合STC有明显优势，在未来大容量长距离少模光纤强耦合通信系统中具有重要的应用意义。
光通信 模分复用 强耦合 少模光纤 多输入多输出均衡器 空时编码 干扰消除 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1700001
黑龙江大学 物理科学与技术学院, 哈尔滨 150080
针对可见光通信(VLC)技术存在数据传输速率低、收发端同步困难等问题, 提出一种以彩色发光二极管(LED)阵列为发射端、手机摄像头为接收端的光学相机通信(OCC)系统。首先, 设计了一种特殊的帧结构来解决系统收发端同步问题, 并通过建立图像处理算法提取出彩色LED各通道灰度统计特性以区分LED颜色; 然后, 引入反向传播神经网络分类器提高颜色识别准确率; 最后, 以m伪随机序列作为测试数据进行系统通信误码率的测量, 研究发射端LED阵列刷新率、相机偏转角、传输距离、LED颜色数对误码率的影响。实验结果表明: 所设计的帧结构可以确保信息传输的稳定性; 当使用8种颜色进行信息传输时, 该系统可以在20~30 cm内实现误码率为10-6量级、通信速率为4.824 kb/s的实时通信。
可见光通信 光学相机通信 发光二极管阵列 多输入多输出技术 颜色编码 visible light communication optical camera communication light-emitting diode array multiple-input multiple-output technology color coding
上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室，特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
为解决模分复用无源光网络（MDM‐PON）模式间串扰的问题，本文提出了一种基于多输入多输出（MIMO）预均衡的串扰消除方法。利用帧头插入的时分训练序列，在接收端相干检测后估计信道的冲激响应，并将其用于发送端MIMO均衡器抽头系数的计算。采用线偏振（LP）模式的模分复用（MDM）传输仿真系统对所提方法进行验证，并将所提方法与基于迫零（ZF）预编码的串扰消除方法进行了对比。结果表明：连接5 km少模光纤（FMF）时，与迫零预编码相比，MIMO预均衡使各模式（LP01、LP11、LP21、LP31）信号的误码率在满足7%硬判决‐前向纠错（HD‐FEC）门限时的发送光功率分别降低了3.0 dB、4.1 dB、1.2 dB和9.2 dB。另外，考虑到光纤色度色散的影响，本文进一步提出了带色散预补偿的MIMO预均衡器结构，该结构可以实现对色散的补偿。
光通信 无源光网络 模分复用 多输入多输出 预均衡 模式串扰
兰州理工大学 计算机与通信学院，兰州 730050
超奈奎斯特(FTN)技术可以提高无线光通信(OWC)系统的频谱效率，但信号在传输过程中会受到人为引入码间干扰(ISI)和大气湍流的影响，导致系统误码率(BER)性能恶化。针对此问题，文章构建了4阶脉冲幅度调制(4PAM)的多输入多输出(MIMO)FTN-OWC系统，通过采用MIMO技术抑制了大气湍流对信号的影响。在此基础上，推导了该系统在Log-normal信道下的理论BER，并分析了信道间相关性对系统BER性能的影响。仿真结果表明，当BER为10-4时，2×2 MIMO-FTN系统的BER性能较单输入单输出(SISO)-FTN系统提高了9.5 dB。当信道相关且相关因子低于0.6时，MIMO-FTN系统的BER性能优于SISO-FTN系统。
无线光通信 超奈奎斯特 多输入多输出 误码率性能 空间相关性 OWC FTN MIMO BER performance spatial correlation
