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自由空间激光通信技术长期以来都是卫星通信和载荷技术领域的研究热点，具有大带宽、高速率等特点。高轨中继卫星是星间数据传输的骨干节点，随着激光通信技术的成熟，激光通信链路已成为国内外高轨中继卫星数据传输的可靠途径。对国内外高轨卫星激光中继链路的最新发展动态及其未来发展规划进行综述，该综述为我国建设空间激光信息网络提供参考。

大气湍流与平台微振动的存在会导致星地激光通信链路的随机信道衰减，使通信质量无法得到保证。为了研究大气湍流与平台微振动共同影响下的星地激光通信性能，建立了联合星地激光链路随机衰减模型，并基于二进制相移键控调制、外差相干接收给出了该模型下系统平均误码率的闭合表达式。仿真分析了不同星地激光通信系统参数对系统误码率性能的影响，研究结果可为实际星地激光通信系统的设计提供一定的理论参考。

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。

为解决全球范围内任意两个用户进行量子通信的路径选择问题，根据蒲公英球形量子卫星网络的结构特性，提出了一种两端纠缠交换的量子路由方案。该方案同时从源节点和目的节点向中间节点建立纠缠，并通过无线信道传送Bell测量结果，从而完成量子态信息从源节点到目的节点的传输过程。仿真结果表明：随着交换卫星数目的增多，两端纠缠交换路由方案可以有效节约量子态信息的传输时间；随着交换卫星节点的增加，采用两端纠缠交换路由方案的量子信道建立速率与逐跳纠缠交换方案的量子信道建立速率相比具有显著优势，其路由传输开销小于逐跳纠缠交换方案。由此可见，两端纠缠交换量子路由方案具有信息传输时间短、量子信道建立速率高、无线传输开销小等优势。

提出了一种新的雷达系统线性调频信号产生与去啁啾的微波光子学方案。雷达发射端利用双平行马赫-曾德尔调制器产生4倍频的抑制载波双边带信号，利用光纤光栅将信号的两边带分离后分别进行循环相位调制，最后由光电探测器光电转换产生8倍频的线性调频信号。接收端利用发射端产生的中间信号将回波信号进行相位调制，滤出载波与含有回波信息的一阶边带拍频，得到1个单频信号，完成回波信号的去啁啾。经仿真分析并验证，使用10 GHz的射频信号，幅度为1、宽度为10 ns的抛物线信号，生成了中心频率为80 GHz、带宽为32 GHz、时间带宽积为320的线性调频信号，并详细验证了可调谐性能及压缩性能，生成时间带宽积为480、640、3200等的线性调频信号。在接收端完成了时延为1.0 μs、0.9 μs等回波信号的去啁啾，对应的探测距离为150 m、135 m等。方案结构紧凑，具有很好的可重构性。

由于各国愈发重视海洋安全和领土安全问题，水下激光通信发挥着越来越重要的作用。在复杂的海洋环境中实现信息高速和安全的传输是水下激光通信亟待研究的课题。梳理了国内外水下激光通信系统的发展历程，总结了系统的技术优势，给出了通信原理，分析了影响系统性能的关键技术。最后指出未来的水下激光通信系统将具有更高的通信速率、更低的误码率、更远的通信距离、更大的容量、更小的功耗和更小的体积等优点，并从点对点通信发展到组网式通信。

信道线性及非线性失真会降低基于四电平脉冲幅度调制（PAM4）的短距离光互联系统性能。利用PAM4发射芯片对信号进行预补偿能够缓解信道失真带来的影响，本文研究适用于短距离光互联的PAM4发射芯片架构，该架构基于查找表（LUT）均衡器和源串联终端数模转换器（SST DAC），能够灵活补偿光信道失真。本文利用流水线结构的选择器（MUX）进行高速LUT读取；同时，采用电阻反馈的预驱动电路减少高速DAC信号输出时的码间干扰。最终仿真结果显示，采用55nm工艺的PAM4发射端速率可达到40Gb/s，能够实现灵活配置的均衡模式，满足下一代数据中心、接入等光互联网络需求。

针对无线光通信中多像素光子计数器(Multi Pixel Photon Counter, MPPC)信号恢复时，易受背景光干扰且同步时钟信号提取困难的问题，提出一种基于MPPC的改进型光子计数同步通信方法。该方法首先利用MPPC完成光电转换，采用泊松分布模型下均值(Mean Value, MV)、安斯科姆根(Anscombe Root, AR)变换、最大似然(Maximum Likelihood, ML)检测算法对电脉冲进行阈值预判决；然后生成相位不同的门控周期时钟，并将其作为使能信号来统计脉冲计数总和，通过查找其最大值的方式确定最佳时隙同步时钟；最后通过比较每比特脉冲计数(Pulse Count Per Bit, PCPB)与计数阈值的相对大小确定比特信息。为验证方法的有效性，搭建了基于MPPC的高速无线光通信系统。实验结果表明，在波长为520nm、通信速率为2Mbps、采样频率为200MHz、比特误码率为3.8×10-3的条件下，改进型PCPB-MV、PCPB-AR、PCPB-ML检测算法较传统检测算法灵敏度可分别提升3dB、3.2dB、3.8dB左右。

为了揭示海洋光学界采用的散射相函数在水下无线光通信（underwater wireless optical communications, UWOC）系统关键性能指标仿真中的准确性问题，基于Monte Carlo方法，通过仿真研究了HG、TTHG、FF、SS、Haltrin等五种近似相函数在三种典型水质中，对UWOC系统接收机误比特率（bit error rate, BER）的影响，以期获得不同水质条件下最适合于UWOC系统信道仿真和系统性能检测估计的相函数模型。研究结果表明：就准确性而言，SS和FF相函数对BER仿真的影响最小；HG和TTHG相函数的影响则和水质有关；而Haltrin模型的BER仿真偏差最大。

针对自由空间光通信链路性能易受大气湍流影响的问题，构造出一种适用于自由空间光通信中的MIMO极化编码方法。极化码的快速构造采用将通用偏序法，并极化编码、调制及MIMO技术进行联合优化，在大气湍流信道下进行仿真分析。结果表明，在不同的构造方法、编码方案下，MIMO极化编码方法研究在保持低复杂度的同时，均能获得更好的系统性能。在误码率为1e-4时，即使在强湍流条件下，偏序法相比于Monte Carlo方法有约0.2dB的编码增益,且离线构造的计算复杂度可忽略不计；强弱湍流条件下，MIMO(2×2)-polar相较于SISO-polar具有明显的分集优势，且MIMO-ploar相对于 MIMO-turbo有1.1dB~1.6dB的编码增益。