兰州理工大学计算机与通信学院，甘肃 兰州 730050
针对现有光空间调制传输速率和频谱效率低的问题，提出了一种超奈奎斯特速率光空间脉冲位置调制（OSPPM-FTN）方案。推导了Gamma-Gamma湍流信道下该方案最大似然检测时的平均误码率上界，并与已有光空间脉冲位置调制（OSPPM）系统进行了性能对比。在此基础上，针对OSPPM-FTN发送信号的特点，提出了一种多分类神经网络（MNN）信号译码器，以大幅降低计算复杂度。最后，采用蒙特卡罗方法进行了仿真。结果表明，随着加速因子的减小，所提系统的频谱效率和传输速率有明显提升，其代价是信噪比（SNR）损失。当加速因子为0.9时，相比于传统（4，4，4）-OSPPM，所提系统的频谱效率和传输速率分别提升了17%和5.5%，SNR损失仅为1 dB。同时，采用MNN译码器可逼近最大似然最优译码性能并降低其计算复杂度，当探测器数目为8和16时，计算复杂度分别降低了69.75%和89.95%。
光通信 光空间调制 超奈奎斯特 深度学习 误码率
1 兰州理工大学计算机与通信学院，甘肃 兰州 730050
2 西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
针对现有光无线正交频分复用（OFDM）索引调制均需接收端已知信道状态信息的问题，通过构建满足差分运算的时频弥散矩阵进行索引映射，提出了一种差分索引移位键控光OFDM方案。推导出了该方案在最大似然准则下的平均误码率上界，并与子载波索引移位键控直流偏置光OFDM（SISK-DCO-OFDM）系统进行了性能对比。其次，依据差分信号的特点，构造了一种适用于机器学习的差分信号特征向量，并结合径向基神经网络提出了一种多分类检测器，有效降低了译码复杂度。结果表明，所提差分索引方案有效避免了复杂的信道估计，同时在高信噪比下获得了近似SISK-DCO-OFDM的误码性能。所提检测器取得了近似差分最大似然检测算法的误码性能，而且复杂度大大降低，例如当子载波块长度为2和4时，所提检测器的复杂度分别降低了16.67%和70%。
光通信 光OFDM 差分索引移位键控 信道状态信息 机器学习 光学学报
2023, 43(18): 1801004
兰州理工大学 计算机与通信学院，兰州 730050
超奈奎斯特(FTN)技术可以提高无线光通信(OWC)系统的频谱效率，但信号在传输过程中会受到人为引入码间干扰(ISI)和大气湍流的影响，导致系统误码率(BER)性能恶化。针对此问题，文章构建了4阶脉冲幅度调制(4PAM)的多输入多输出(MIMO)FTN-OWC系统，通过采用MIMO技术抑制了大气湍流对信号的影响。在此基础上，推导了该系统在Log-normal信道下的理论BER，并分析了信道间相关性对系统BER性能的影响。仿真结果表明，当BER为10-4时，2×2 MIMO-FTN系统的BER性能较单输入单输出(SISO)-FTN系统提高了9.5 dB。当信道相关且相关因子低于0.6时，MIMO-FTN系统的BER性能优于SISO-FTN系统。
无线光通信 超奈奎斯特 多输入多输出 误码率性能 空间相关性 OWC FTN MIMO BER performance spatial correlation
兰州理工大学 计算机与通信学院, 兰州730050
为进一步提高大气光通信系统的速率和可靠性, 提出一种采用反向传播(BP)神经网络辅助检测方案以改善脉冲位置调制(PPM)和正交相移键控(QPSK)混合调制的超奈奎斯特(FTN)大气光通信系统误码率。对BP神经网络进行离线训练来提取信道特征, 从而改善了系统在时变大气信道下的误码性能。仿真结果表明: 与最大似然检测相比, 在加速因子为0.8, 误码率为10-3, 滚降因子分别为0.6和0.7时, 该方法的系统误码性能可依次提高2.0 dB和1.5 dB; 在加速因子为0.8, 误码率为10-4, 滚降因子分别为0.8和1时, 系统误码性能可依次提高2.0 dB和1.8 dB。
超奈奎斯特 反向传播神经网络 混合调制 误码率 faster-than-Nyquist, back-propagation neural netwo
1 西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130013
3 中国计量大学信息工程学院，浙江 杭州 310018
4 兰州理工大学计算机与通信学院，甘肃 兰州 730050
5 西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 710021
6 西安电子科技大学通信工程学院，陕西 西安 710119
无线光通信是指以光波作为载体在自由空间中传递信息的技术，具有带宽高、成本低和安全性高等优点。捕获、瞄准和跟踪(acquisition, pointing and tracking, APT)系统是建立无线光通信系统的前提，简单、可靠、动态性能好的APT系统可以克服由机械平台震动及外界环境变化对无线光通信系统的影响。因此，需要对APT系统进行较为深入的理论和实验研究，从而设计出一种适合无线光通信的捕获、瞄准和跟踪方法。本文分析了国内外在捕获、瞄准、跟踪方面的研究成果，同时介绍了西安理工大学在自动瞄准方面所做的工作，主要包括初始捕获系统、非共视轴控制系统、光束检测系统等方面的进展，以及1.3 km、5.2 km、10.2 km、100 km距离链路的外场实验，验证了APT系统的有效性。最后展望了无线光通信中APT的发展。
兰州理工大学计算机与通信学院，甘肃 兰州 730050
现有光空间调制存在传输速率低、发射器利用率低和误码性能不理想等问题，利用分层空间结构，并结合脉冲位置调制（PPM），提出了一种标记型多层光空间PPM（MMLOSPPM）。它利用额外扩展的每个PPM符号内的时隙进行层标记，提高了首先检出层及其调制符号的正确性。此外，推导出了Gamma-Gamma湍流模型下系统理论误比特率的表达式，并用蒙特卡罗方法对其进行了验证。结果表明：当频谱效率为3/2 bit·s-1·Hz-1时，（5×4-2-2）MMLOSPPM系统的传输速率相较（4×4-2）空间PPM（SPPM）和（3×4-2）广义SPPM（GSPPM）改善了3 bpcu（bit per channel use）；在传输速率相同的条件下，（5×4-2-2）MMLOSPPM系统所需要的激光器数目分别比（7×4-4）GSPPM和（16×4-4）SPPM节约了2个和11个，并且在大信噪比（SNR）区域（SNR大于28 dB）中MMLOSPPM系统获得了最好的误码性能。
光通信 无线光通信 光空间调制 脉冲位置调制 多层光空间调制 光学学报
2022, 42(14): 1406003
1 兰州理工大学计算机与通信学院，甘肃 兰州 730050
2 西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
脉冲位置调制（PPM）具有简单、抗干扰能力强等优点，但存在频带利用率不高的缺点。为了提高系统的频带利用率和传输速率，设计了一种相移键控（PSK）与PPM相结合的混合调制超奈奎斯特（PSK-PPM-FTN）速率大气光通信方案。推导了该方案在Gamma-Gamma分布大气信道下的误码率（BER）公式，并分析了BER与传输距离、波长以及时间加速因子之间的关系。蒙特卡罗仿真结果表明：将高阶PPM与多进制PSK相结合，能在≥0.8的水平通信链路中以较小的BER为代价传输更多的信息；当=0.8时，正交相移键控-4阶脉冲位置调制-超奈奎斯特速率（QPSK-PPM4-FTN）传输的信息量相较于QPSK提高了1.5倍，系统带宽利用率相较于PPM4提高了150%。
光通信 混合调制 误码率 超奈奎斯特速率 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1306003
1 兰州理工大学计算机与通信学院, 甘肃 兰州 730050
2 兰州理工大学电气工程与信息工程学院, 甘肃 兰州 730050
针对已有差分光空间调制系统(DOSM)中存在的频谱效率不理想问题,利用高能量效率的脉冲位置调制(PPM)和高频谱效率的脉冲幅度调制(PAM),通过构建满足差分过程的空时弥散矩阵,提出一种包含空间域、时间域和数字符号域的高维DOSM(HD-DOSM)方案。在详细介绍HD-DOSM的差分编码原理后,推导了HD-DOSM的理论误码率上界,并与DOSM进行了性能对比。结果表明:所提方案实现了频谱效率和误码性能的折中。当频谱效率为1 bit·s -1·Hz -1、误码率为1×10 -3时,和基于PAM的DOSM相比,HD-DOSM的信噪比改善了约2 dB,其传输速率增加了2 bpcu (bit per channel use)。利用发送信号的稀疏性,提出了一种先检测PPM符号的分步检测算法,以有效降低接收端译码算法的计算复杂度。当PPM阶数为4时,相较于最大似然检测算法,所提方案的复杂度降低了约75%。
光通信 光空间调制 信道状态信息 差分光空间调制 误码率 频谱效率
兰州理工大学计算机与通信学院，甘肃兰州730050
索引调制光OFDM虽可实现高频谱效率，但其误码性能还不够理想。为此，本文结合非对称限幅光OFDM技术，通过每组激活数目不等的子载波，提出了一种广义索引调制非对称限幅光OFDM（Asymmetrically Clipped Optical OFDM with Generalized Index Modulation， ACO-OFDM-GIM）方案。每个子载波块中选择激活数目不唯一的子载波，同时引入子载波分配算法进一步提升了系统的误码性能。文中详细介绍了ACO-OFDM-GIM调制映射原理，推导了其在湍流信道下的理论误码率，并采用仿真实验进一步验证了其性能。结果表明，与ACO-OFDM、ACO-OFDM-IM等系统对比，ACO-OFDM-GIM系统的传输速率和误码性能都有明显改善。在频谱效率相同的情况下，ACO-OFDM-GIM系统在大信噪比时能够获得比ACO -OFDM和ACO-OFDM-IM系统更好的误码性能。当误码率为
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时，强湍流条件下（4，［1，2］）ACO-OFDM-GIM系统的信噪比相对于（4，2）ACO-OFDM-IM和ACO-OFDM系统分别改善了约
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和
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。ACO-OFDM-GIM方案为未来大气激光通信传输速率的提高提供了一种有效手段。
1 兰州理工大学计算机与通信学院, 甘肃 兰州 730050
2 兰州理工大学理学院, 甘肃 兰州 730050
推导了预编码直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)和预编码非对称限幅O-OFDM(ACO-OFDM)系统子载波信噪比(SNR)的表达式。仿真结果表明,在视线传播信道下,预编码不会影响系统的误码率(BER)性能;在多径信道下,预编码能均衡光无线信道的频率选择性衰落,使系统接收端子载波的SNR均匀化,从而改善系统的BER性能。此外,采用蒙特卡罗方法仿真分析了离散傅里叶变换、离散余弦变换和离散哈特莱变换预编码O-OFDM系统的峰均功率比(PAPR)和BER性能,验证了理论分析的正确性。最后,在考虑O-OFDM符号双边限幅的情况下,仿真验证了预编码对PAPR的抑制性能。
光通信 预编码 光正交频分复用 峰均功率比 误码率 双边限幅 光学学报
2021, 41(17): 1706004
