大连理工大学信息与通信工程学院，辽宁 大连 116024
提出一种低复杂度、低功耗且便于硬件移植、可应用于水下无线光通信（UWOC）系统的基于链表和线性表的稀疏Volterra（3l-sVolterra）算法，它通过结合链表与线性表的新数据结构来存储Volterra算法中的所有参数，有效降低了Volterra算法更新参数所需的片上资源消耗，同时能对参与运算的非线性项进行稀疏处理，便于移植到小型硬件系统中。随后，在C6748芯片上实现了所提出的算法，并搭建了基于绿光LED的UWOC系统，对设计的数字信号处理（DSP）系统和UWOC系统进行了性能测试。结果表明，与无稀疏操作的Volterra算法相比，所提算法能在保留相近非线性补偿能力的同时，将资源消耗降低30%，在5 m长水箱信道UWOC系统中实现了20 Mbit/s的通信速率。
光通信 非线性均衡算法 数字信号处理 链表与线性表 非线性项稀疏处理
Author Affiliations
Abstract
School of Information and Communication Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
This paper has proposed an experimental system for non-orthogonal multiple access (NOMA) wireless optical communication in challenging underwater turbulent environments, employing the gallium nitride (GaN)-based micro-LED array. This design of the GaN-based micro-LED array enables the independent transmission of signals from distinct data streams within the NOMA framework, facilitating direct optical power-domain superposition of NOMA signals. The experimental setup involves emulating oceanic turbulence channels, characterized by varying the level of scintillation intensity, to thoroughly investigate the bit error rate (BER) performance. The outcomes unequivocally demonstrate the superiority of our proposed NOMA scheme, as compared to conventional circuit-driven optical NOMA systems utilizing fixed LED array grouping, particularly in the presence of turbulent underwater channels. The proposed NOMA scheme exhibits consistently superior BER performance and maintains excellent linearity at the lower frequencies while effectively mitigating signal distortion at the higher frequencies.
optical non-orthogonal multiple access gallium nitride-based micro-LED array oceanic turbulence channels bit error rate Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 030101
大连理工大学信息与通信工程学院，辽宁 大连 116024
针对水下无线通信高速率、远距离、低成本和小型化设备的实用需求，本文设计研制了一种高鲁棒性的基于现场可编程门阵列（FPGA）和大功率LED阵列的小型化水下无线光通信系统。其光发射机的光源采用45 W大功率LED阵列，基于FPGA实现高阶调制与编码，并设计了准直光学发射天线有效减少光束发散角，大幅度延长了传输距离。在光接收端，设计了一种基于3 mm大孔径雪崩光电二极管（APD）的自动增益控制放大和FPGA解调与信号处理的光接收机，降低了光通信系统对准的严苛要求。该系统可实现30 Mbps 开关键控（OOK）信号和正交幅度调制（QAM）信号（16QAM信号）的12 m水下信道实时传输，二者的误码率（BER）分别为2.467×10-4和3.467×10-3。此外，该系统还实现了22 Mbps的非归零（NRZ）-OOK整形信号12 m水下+30 m空气的跨介质传输（总长度为42 m），BER为3.619×10-4。最后，实现了12 m水下信道中接收机偏离主光轴40°之内22 Mbps OOK信号的有效接收，提高了系统的鲁棒性。
水下无线光通信 现场可编程门阵列 LED阵列 高阶调制 小型化光端机
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
1 大连理工大学信息与通信工程学院, 辽宁 大连 116024
2 新疆大学信息科学与工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
采用Log-normal分布模拟海洋弱湍流信道,接收机采用等增益合并方式,在考虑雪崩光电二极管(APD)散粒噪声、信道衰减、几何损耗、Log-normal湍流和孔径平均因子等链路条件下,从理论上推导了水下无线光通信多输入多输出系统平均误码率和信道平均容量的上界表达式,并定量分析讨论了不同链路参数对系统平均误码率和信道平均容量的影响。数值结果表明,采用调制指数合适的正交幅度调制方式以及较大的天线数、接收孔径、发射光功率,均有助于提升系统性能。
海洋光学 弱湍流 正交幅度调制 孔径平均 平均误码率 信道平均容量 光学学报
2021, 41(19): 1901002
