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综述
摘要
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。
激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0500001
大气光学与海洋光学
孙晶  黄普明  幺周石  
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摘要
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。
激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0301003
光纤光学与光通信
刘文亚  王翔  赵尚弘  牟迪  高航航  
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摘要
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。
激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0306004-1
光纤光学与光通信
聂敏  郭建伟  卫容宇  杨光  [ ... ]张美玲  孙爱晶  裴昌幸  
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摘要
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。
激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0306002-1
光纤光学与光通信
李昊  魏永峰  季玉双  李想  
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摘要
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。
激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0306003-1
综述
曾凤娇  杨康建  晏旭  赵孟孟  [ ... ]杨平  文良华  
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摘要
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。
激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0300002-1
光纤光学与光通信
赵太飞  马壮  李星善  
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摘要
光源布局是影响室内LED光通信照明和通信性能的关键因素之一。相比传统布局使用的大发散角朗伯型LED,小发散角LED具有反射面积小、中心光强度高等优点。以小发散角LED为光源,以最优光照度均匀性、最少LED数量为目标,对正方形和长方形房间的光源布局进行了优化设计,并分析了优化布局的系统性能。结果表明,两种房间中优化布局的照度均匀率均大于90%,接收光功率均大于-2 dBm。在正方形房间中将LED数量减少16个时,用本方法优化后的系统性能优于传统布局,平均光照度提高了7.7%,平均信噪比提高了0.89 dB,信噪比均方差降低了0.04 dB。
激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0106002
光纤光学与光通信
摘要
星间可见光通信(VLC)凭借其优势逐渐成为小卫星领域的研究热点。通过功率复用,非正交多址接入(NOMA)技术可有效解决因LED调制带宽较窄而导致的VLC系统容量和通信速率受限的问题。结合星间VLC和NOMA技术,构建了星间NOMA-VLC系统,并对信道模型和噪声模型进行了分析。针对系统通信速率优化问题,建立了基于和速率(Sum-Rate)最大化的优化模型,在将非凸的目标函数转换成凸函数的基础上,通过凸分析给出了目标问题的显式最优解。仿真结果表明,和已有功率分配算法相比,所提功率分配策略在保证最低数据速率的约束下,可显著提升系统的和速率。
中国激光
2021, 48(7): 0706002
光纤光学与光通信
刘雪  陈鹤鸣  胡宇宸  
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摘要
提出了一种用于电光调制和粗波分复用的片上集成器件。该集成器件的电光调制器模块和粗波分复用器模块都是由硅基光子晶体波导和L3型谐振腔组成,两个模块间采用硅基光子晶体波导连接。该器件根据等离子体色散效应,采用L3型谐振腔和PN结实现了对波长的调制;根据微腔与波导的直接耦合理论,采用L3型谐振腔结构实现了滤波。利用基于三维时域有限差分法(3D-FDTD)的Lumerical软件对其进行仿真分析,结果表明该集成器件在工作波长1530 nm和1550 nm下均可以先完成各自的电光调制再进行双通道波长的复用。该器件在工作波长1530 nm和1550 nm下的插入损耗分别为0.70 dB和0.95 dB,消光比分别为20.97 dB和22.05 dB,调制深度均为0.99,信道串扰分别为-29.05 dB和-27.59 dB,器件尺寸仅为17.83 μm×17.3 μm×0.22 μm。该集成器件结构紧凑,易于集成,可应用于高速大容量波分复用光通信系统。
中国激光
2021, 48(3): 0306002
光纤光学与光通信
徐世武  吴怡  王徐芳  
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摘要
目前,基于压缩感知的可见光定位采用线性最小二乘法重构信号,容易陷入局部最优解,且需要高密度的发光二极管布局。针对这些问题,提出了一种基于粒子群优化压缩感知的可见光定位算法。首先,建立一种基于重构接收信号强度残差的适应度函数;其次,将指纹定位的权重求解问题转换为稀疏矩阵的重构问题;最后,采用粒子群优化重构信号。仿真结果表明,所提算法的时间复杂度较低、鲁棒性好,即使在低密度的发光二极管布局下,定位误差依然很小。当信噪比为10 dB、网格间距为50 cm时,所提算法定位误差的平均值为3.67 cm,显著低于现有的10种同类算法。还详细分析了不同参数对所提算法定位误差的影响,所得结果可为实际可见光定位系统的设计提供有益的参考。
中国激光
2021, 48(3): 0306004
00 11