重庆邮电大学 通信与信息工程学院， 重庆 400065
为了提高现有光空间调制系统的频谱效率，提出了一种在同相和正交域同时激活多根发射光学天线分别传输调制信号的实部与虚部的光广义正交空间调制（OGQSM）技术。该技术将调制符号扩展到同相和正交域，使得系统在空间域可以携带更多的比特，从而提高了系统频谱效率和误码性能。采用适用于所有湍流状态的Malaga湍流信道，分析了OGQSM系统在大气湍流、指向误差和路径损耗联合作用下的系统误码性能。蒙特卡罗仿真结果表明：与现有的光空间调制技术相比，所提出的OGQSM技术能够获得更好的频谱效率和误码性能，且接收光学天线数量与系统误码性能存在正相关关系，指向误差和大气湍流强度与系统误码性能存在负相关关系。
自由空间光通信 光空间调制 Malaga湍流信道 指向误差 频谱效率 free space optical communication, optical spatial
1 西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
2 陕西省智能协同网络军民共建重点实验室，陕西 西安 710000
无线紫外光在大气中进行非直视散射通信时，大气微粒的散射和吸收作用以及低空大气湍流的变化会对紫外光通信（UVC）性能产生强烈的影响。建立了低空大气湍流无线紫外光非直视（NLOS）单次散射通信链路模型，通过计算机仿真分析了收发端范围、折射率结构参数、指向角等不同因素下NLOS散射通信的光强分布特性、信噪比、信号衰减等系统通信性能，以及高度变化对白天和夜间UVC的影响。仿真结果表明：不同高度湍流变化下昼夜间无线UVC性能存在一定差距，水平通信、垂直通信和斜程通信时：在夜间的大气折射率结构常数相对于弱湍流情况增大一个数量级，信号能量平均衰减为原来的1/2.09、1/2.16、1/2.03；在白天的大气折射率结构常数相对于弱湍流情况增大一个数量级，信号能量平均衰减为原来的1/2.07、1/2.15、1/1.96。夜间通信受湍流的影响更大，白天的通信性能比夜间好，湍流对垂直通信的影响较大。
光通信 紫外光通信 湍流信道 大气折射率结构常数 光强分布特性 信号衰减 光学学报
2022, 42(24): 2406001
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
红外与激光工程
2022, 51(5): 20210420
重庆理工大学电气与电子工程学院，重庆 400054
针对自由空间光通信链路性能易受大气湍流影响的问题，构造了一种适用于自由空间光通信的多输入多输出（MIMO）极化编码方法。基于通用偏序法、极化编码、调制及MIMO技术联合优化快速构造极化码，并在大气湍流信道下进行仿真分析。实验结果表明，在不同构造方法及编码方案下，MIMO极化编码方法能在保持低复杂度的同时使系统获得更好的性能。在强湍流条件且误码率为10-4时，相比Monte Carlo方法，偏序法的编码增益约为0.2 dB，且离线构造的计算复杂度可忽略不计；强弱湍流条件下，相比单输入单输出（SISO）-polar方式，MIMO（2×2）-polar方式的编码增益约为1.1~1.6 dB，具有明显的分集优势。
光通信 极化编码 多输入多输出 偏序法 大气湍流信道 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1906004
吴琰 1,2,3,4梅海平 1,3戴聪明 1,3赵凤美 1,2,3魏合理 1,2,3,*
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 安徽省先进激光技术实验室，安徽 合肥 230037
4 淮南师范学院电子工程学院，安徽 淮南 232038
在指数韦伯湍流信道和Nakagami-m衰弱信道条件下，研究了基于选择合并技术的混合自由空间光/射频（FSO/RF）通信系统的性能。在考虑指向性误差的情况下，推导了基于副载波调制和强度调制/直接检测方案的选择合并混合FSO/RF通信系统的平均误码率和中断概率，并利用Meijer-G函数和扩展广义双变量Meijer-G函数得到其表达式。在不同副载波调制方式、湍流强度、指向性误差和RF信道衰弱参数m的情况下，分析了混合FSO/RF通信系统和FSO系统的误码率和中断概率。仿真结果表明，基于相干二进制相移键控副载波调制技术的混合FSO/RF通信系统性能明显优于其他三种调制技术；相比FSO系统，混合FSO/RF通信系统的性能更好。
光通信 混合通信系统 指数韦伯湍流信道 Nakagami-m衰弱信道 平均误码率 中断概率 激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1706005
上海申核能源工程技术有限公司, 上海 200233
对数正态信道是描述弱湍流条件下无线光通信衰落的有力数学工具。然而精确的对数正态信道性能表达式带有无法化简的多重积分, 难以揭示信道参数和性能的联系, 不利于性能估计。针对该问题, Wilkinson和Fenton近似被广泛应用于对数正态信道的性能分析, 但Wilkinson和Fenton近似的应用范围却缺乏标准, 这导致了系统设计时对理论性能的错误预判。为此, 文章基于原点矩的积分表达式讨论了Wilkinson和Fenton近似的特点, 提出了基于Wilkinson和Fenton近似来估计自由空间光通信中继性能的方法, 对比了Wilkinson和Fenton近似在此类性能分析中的适用范围。仿真结果表明, 在中低信噪比情况下, Wilkinson比Fenton近似更准确；在高信噪比情况下, Fenton比Wilkinson近似更精确。此外, 仿真结果还表明, Wilkinson近似方法的精度和对数正态信道的方差密切相关。
自由空间 激光通信 性能分析 湍流信道 对数正态信道 free-space laser communications performance analysis turbulence channels lognormal channels
重庆理工大学电气与电子工程学院, 重庆 400054
针对自由空间光通信下大气湍流引起极化码译码中错误比特难以定位的问题,提出一种自由空间光通信下的LSTM-SCFlips译码方法。首先将极化码串行抵消(SC)译码的对数似然比(LLR)信息序列进行one-hot预编码处理,在不同训练步长下,分析与学习极化码对数似然比信息序列的特征,综合考虑神经预测模型的均方根误差和计算复杂度,选取合适的训练步长,在提升预测结果精确度的基础上,进一步消除预测结果过拟合的现象。通过长短时记忆(LSTM)神经网络模型定位SC译码的第一个错误位时,按错误概率大小排序,依次进行SC译码算法的单比特或多比特翻转。仿真结果表明,在不同的大气弱湍流强度下,自由空间光通信下的LSTM-SCFlips译码方法在以牺牲少量计算资源为前提的情况下能更好地识别最优翻转位,降低计算复杂度,同时获得更好的误码率性能。当误码率为10 -4时,LSTM-SCFlips译码方法最优翻转位的正确识别率被提高7个百分点,且产生了0.3 dB~1.2 dB的编码增益。
光通信 长短期记忆人工神经网络 极化码 串行抵消译码算法 比特翻转 弱湍流信道 光学学报
2021, 41(14): 1406004
1 淮南师范学院电子工程学院, 安徽 淮南 232038
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
4 安徽省先进激光技术实验室, 安徽 合肥 230037
在Málaga湍流信道和Nakagami-m衰弱信道条件下,对基于选择合并技术的混合自由空间光/射频(FSO/RF)通信系统性能进行研究。在考虑指向性误差的情况下,推导了采用副载波调制和强度调制直接检测方案的混合FSO/RF系统的平均误码率和中断概率表达式,并利用Meijer G函数和扩展广义双变量Meijer G函数获得其闭合解。在不同的副载波调制方式、湍流强度、指向性误差及RF信道衰弱参数情况下,分别分析混合FSO/RF系统和单FSO系统的误码率和中断概率。仿真结果表明,相比单FSO系统,混合FSO/RF通信系统能有效提升通信系统性能。
大气光学 混合自由空间光/射频通信系统 Málaga湍流信道 Nakagami-m衰弱信道 平均误码率 中断概率 激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0101002
兰州理工大学计算机与通信学院, 甘肃 兰州 730050
为了进一步提高大气光通信系统的传输速率,设计了一种采用4阶脉冲幅度调制的超奈奎斯特(4PAM-FTN)速率大气光传输系统。推导了该系统在对数正态分布衰落信道中的理论误码率公式。分析了传输距离、波长对系统误码性能的影响,以及加速因子与传输速率之间的关系。蒙特卡罗仿真结果表明:误码率与传输距离成正比,与加速因子、光波长成反比。在加速因子为0.9时,系统可以在误码性能几乎不变的情况下获得6.1%的传输速率增益;当加速因子为0.83时,可以获得16.7%的传输速率增益。
光通信 脉冲幅度调制 对数正态湍流信道 误码率 超奈奎斯特 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 230605
