1 深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室，广东省光纤传感技术粤港联合研究中心，深圳市物联网光子器件与传感系统重点实验室，广东 深圳 518060
2 深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室，深圳市超快激光微纳制造重点实验室，广东 深圳 518060
3 人工智能与数字经济广东省实验室（深圳），广东 深圳 518107
光频域反射仪（OFDR）具有高空间分辨率、高精度和高灵敏度等多种分布式传感能力，其在油气资源勘探、结构健康监测，以及医疗微创介入手术等多种场合展示出了巨大的应用潜力。然而，扫频非线性噪声、相干衰落噪声，以及光纤中微弱的瑞利后向散射信号是影响光频域反射仪性能的主要因素。本文介绍了光频域反射仪基本原理和波长、相位两种传感解调方法，详细阐述了多种抑制扫频非线性噪声和相干衰落噪声的方法，同时介绍了光频域反射仪在三维形状、大应变、高温、折射率等4个方面的传感应用进展。
光频域反射仪 扫频非线性 相干衰落 三维形状 大应变 高温 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0106002
1 哈尔滨工业大学卓越工程师学院，黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学郑州研究院，河南 郑州 450018
3 国家管网集团科学技术研究院，河北 廊坊 065000
4 哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江 哈尔滨 150001
相位敏感光时域反射计（Ф-OTDR）系统通常用于振动监测中，具有响应速度快和检测灵敏度高的优势，但受相干衰落效应的影响，导致振幅较低位置提取的振动信号相位信息失真。为此，本文提出一种基于宽带声光调制的高保真Ф-OTDR传感方案，实现对振动信号相位信息的高保真提取。该方案具有调制结构简单紧凑、相位延迟控制精确、频率分量灵活可控、不牺牲响应带宽和空间分辨率等优点。在验证实验中，灵活调制脉宽为100 ns，且同时将包含三个非等间距频率的多频探测光脉冲注入2 km的传感光纤，并以幅值评估的方式对多频拍频信号进行复用。结果表明，该方案中相干衰落的概率从17.541%降低到0.045%，并实现了对模拟振动信号相位信息的高保真重构。
相位敏感光时域反射计 相干衰落效应 相位信息 多频脉冲调制
西安理工大学自动化与信息工程学院，西安市无线光通信与网络研究重点实验室，陕西 西安 710048
考虑大气湍流及电解调模块相位噪声对光通信系统性能的影响，基于低密度奇偶校验（LDPC）编码设计了一种自适应概率整形（PS）的实用自由空间光通信编码调制方案，实现以比特度量解码速率为目标函数的速率自适应，采用启发式算法求解M元正交幅度调制（M-QAM）信号星座点概率质量函数（PMF）分布的最优问题。结果表明：在弱湍流与相位噪声的联合影响下，概率整形正交幅度调制（PS-16-QAM）在最优概率分布下的比特度量解码速率比均匀分布16-QAM下更逼近香农容量。当湍流强度一定时，相位噪声增大对低信噪比下选取的PS分布影响更大，当前向纠错译码前的误码率为时，提出的PS方案与均匀分布编码调制系统相比最高可获得4.8 dB的整形增益。
光通信 自由空间光通信 湍流衰落 相位噪声 概率整形 速率自适应 光学学报
2023, 43(24): 2406004
1 北京邮电大学信息 1. 光子学与光通信国家重点实验室
2 2. 电子工程学院, 北京 100876
针对微波通信、雷达、电子战和导航等先进电子系统的应用发展需求, 为了实现具有实用价值的极低相噪耦合微波光电振荡信号产生, 提出了一种基于Sigma型光纤储能环腔架构的低相噪启钥式耦合微波光电振荡器。该方案通过Sigma型光纤储能技术消除了耦合微波光电振荡器中存在的偏振衰落问题, 并且通过有源光纤环腔再生增益特性极大增强了振荡器品质因数, 最终实现了10GHz耦合微波光电振荡器的开机启钥稳定运行, 起振信号在10kHz频偏处的相位噪声达到-139.26dBc/Hz。
耦合微波光电振荡器 Sigma腔 抗偏振衰落 品质因数 相位噪声 coupled optoelectronic microwave oscillator Sigma cavity anti-polarization fading quality factor phase noise
1 南京信息工程大学 气象探测与信息处理重点实验室，南京 210044
2 日本国立新泻大学 工学部电气电子工学科, 日本 新泻 950-2181
针对毫米波和传统蜂窝频段场景下频谱效率和传输可靠性较低的问题，文章提出了一种三维散射簇多天线信道模型以分析大规模多输入多输出(MIMO)系统性能。文章假设仰角和方位角分别遵循拉普拉斯和Von-Mises分布，推导出均匀平面阵列天线各单元之间空间相关系数的解析表达式，最后建立MIMO多天线系统模型并分析其系统性能。研究了仰角功率谱中不同角度扩展对均匀平面阵列衰落相关性和信道容量的影响，以及不同信噪比和天线阵元数对频谱效率的影响。分析结果与传统的均匀线性阵列进行比较表明，在毫米波场景下，均匀平面阵列比均匀线性阵列更适用于大规模MIMO系统，这使未来的移动网络工作在不同频段和蜂窝小区成为可能。
无线通信 大规模多输入多输出 功率谱 空间衰落相关性 信道容量 wireless communication massive MIMO power spectrum spatial fading correlation channel capacity
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
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
1 广东电网有限责任公司珠海供电局, 广东 珠海 519000
2 无锡联河光子技术有限公司, 江苏 无锡 214000
分布式光纤声波传感(DAS)系统中的单模光纤存在双折射现象, 导致光纤输出的光偏振态发生变化, 与参考光偏振状态不匹配从而产生偏振衰落现象。设计了一套基于偏振分集技术的DAS系统, 将瑞利散射光分别与2种状态的偏振参考光相干后进行光/电转换和数据采集, 消除了偏振衰落现象的产生, 从而减少DAS系统的漏、误报率, 大幅提升了系统的实用性。实验结果表明: 在DAS系统中, 采用偏振分集技术可以完全消除光纤沿线由于偏振衰落造成的系统误判, 提高DAS系统报警准确度。
偏振衰落 光纤传感 瑞利散射 衰落噪声 振动检测 polarization fading optical fiber sensing Rayleigh scattering fading noise vibration detection
