Author Affiliations
Abstract
School of Information and Communication Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
In order to alleviate the impact of turbulence on the performance of underwater wireless optical communication (UWOC) in real time, and achieve high-speed real-time transmission and low cost and miniaturization of equipment, a 2×2 real-time multiple-input and multiple-output (MIMO) high-speed miniaturized UWOC system based on a field-programmable gate array (FPGA) and a high-power light-emitting diode (LED) array is designed in this Letter. In terms of multiplexing gain, the imaging MIMO spatial multiplexing and high-order modulation for the first time are combined and the real-time high-speed transmission of PAM-4 signal based on the LED array light source in 12 m underwater channel at 100 Mbps rate is implemented, which effectively improves the throughput of the UWOC system with a high-power commercial LED light source. In light of diversity gain, the system employs the diversity of repeated coding scheme to receive two identical non-return-to-zero on-off keying (NRZ-OOK) signals, which can compensate the fading or flickering sublinks in real time under the bubble-like simulated turbulence condition, and has high robustness. To our knowledge, this is the first instance of a high rate and long-distance implementation of a turbulence-resistant real-time MIMO miniaturized UWOC system based on FPGA and high-power LED arrays. With spatial diversity or spatial multiplexing capabilities, its low cost, integrity, and high robustness provide the system with important practical prospects.
underwater wireless optical communication MIMO spatial diversity spatial multiplexing 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 020601
作者单位
摘要
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 underwater wireless optical communication field programmable gate array LED array high-order modulation miniaturized optical transceiver 
光学学报
2024, 44(6): 0606002
杨奇 1,4,*†王宜州 1†王元祥 2范峰 3[ ... ]戴潇潇 1
作者单位
摘要
1 华中科技大学光学与电子信息学院,武汉光电国家研究中心,湖北 武汉 430074
2 华中科技大学网络空间安全学院,湖北 武汉 430074
3 北京遥测技术研究所,北京 100094
4 湖北光谷实验室,湖北 武汉 430074
针对低轨卫星激光通信实时化、低功耗的应用场景,为了解决独立时钟源及传输信道复杂等问题,对时钟恢复算法和前向纠错码进行了改进与优化,实现了资源占用低、时延低且功耗为0.129 W和1.199 W的实时化全数字时钟恢复算法和低密度奇偶校验(LDPC)编译码。搭建了桌面演示系统,成功演示了二进制相移键控(BPSK)调制/相干探测、通信速率为1.024 Gbit/s的实时空间光传输,其中时钟误差约为1.50×10-4
低轨卫星 相干光通信 实时 低功耗 low-orbit satellite coherent optical communication real-time low power consumption 
激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0106003
作者单位
摘要
1 杭州电子科技大学通信工程学院,浙江 杭州 310018
2 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200240
提出了一种基于多波长分组的无源光网络系统监测方案,用于解决基于反射型的故障监测方案中用户之间易发生因干扰导致的链路状态误判的问题。该方案将不同波长分配到不同组,实现不同光网络单元(ONU)组之间的识别,从而避免不同组成员之间的干扰。在此基础上,将与光路终端距离相近的ONU分配到不同组内,以此降低组内ONU发生相互干扰的概率。此外,还研究了用户数量、传输脉冲功率和脉冲宽度对该系统性能的影响。通过理论推导与仿真可知,在检测波长通道数为4、检测光脉宽为10-8 s、用户数量为16、最大距离差为2 km的无源光网络系统用户中,检测信号的信噪比为9.06 dB,识别精度为2 m。这些结果表明,基于多波长分组的无源光网络监测系统方案能够支持对大容量无源光网络系统的监控,并且在易发生干扰的用户数量较多的情况下具有较好的性能。
光通信 光编码 故障监测 用户分布 信噪比 信号干扰比 optical communication optical encoding fault detection user distribution signal-to-noise ratio signal-to-interference ratio 
光学学报
2024, 44(1): 0106027
Author Affiliations
Abstract
Shanghai Jiao Tong University, School of Electronic Information and Electrical Engineering, State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Shanghai, China
Chaotic optical communication has shown large potential as a hardware encryption method in the physical layer. As an important figure of merit, the bit rate–distance product of chaotic optical communication has been continually improved to 30 Gb/s × 340 km, but it is still far from the requirement for a deployed optical fiber communication system, which is beyond 100 Gb/s × 1000 km. A chaotic carrier can be considered as an analog signal and suffers from fiber channel impairments, limiting the transmission distance of high-speed chaotic optical communications. To break the limit, we propose and experimentally demonstrate a pilot-based digital signal processing scheme for coherent chaotic optical communication combined with deep-learning-based chaotic synchronization. Both transmission impairment recovery and chaotic synchronization are realized in the digital domain. The frequency offset of the lasers is accurately estimated and compensated by determining the location of the pilot tone in the frequency domain, and the equalization and phase noise compensation are jointly performed by the least mean square algorithm through the time domain pilot symbols. Using the proposed method, 100 Gb / s chaotically encrypted quadrature phase-shift keying (QPSK) signal over 800 km single-mode fiber (SMF) transmission is experimentally demonstrated. In order to enhance security, 40 Gb / s real-time chaotically encrypted QPSK signal over 800 km SMF transmission is realized by inserting pilot symbols and tone in a field-programmable gate array. This method provides a feasible approach to promote the practical application of chaotic optical communications and guarantees the high security of chaotic encryption.
chaotic optical communication physical layer security deep learning digital signal processing 
Advanced Photonics Nexus
2024, 3(1): 016003
作者单位
摘要
1 宁夏信通网络科技有限公司, 银川750000
2 国网宁夏电力有限公司 信息通信公司, 银川750001
3 国网宁夏电力有限公司, 宁夏 银川750001
为满足当下电力通信运维需求, 提出一种基于光功率的智能化光纤在线动态监测系统。在系统主站端架设有监测中心与前置机模块, 链路经自动保护单元光功率监测器(OLP)使各子站端点连接站点的成套终端, 再使用光功率监测器(OPU)经IP网络捕获在线光功率值与预设阈值进行比对, 实现系统智能在线动态监测。实践结果表明: 该系统在40 ms内能完成故障链路的快速保护倒换, 并准确定位。
电力光通信 通信光纤 在线监测系统 动态监测 光缆 power optical communication, communication fiber o 
光通信技术
2023, 47(6): 0083
作者单位
摘要
武汉大学 物理科学与技术学院, 武汉 430072
为了解决传统连续时间线性均衡器(CTLE)均衡能力较差的问题, 提出了一种基于40 nm 互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的25 Gb/s新型CTLE电路, 该电路采用并联电感峰化、负电容零点补偿和输出缓冲技术。介绍了并联电感峰化及无源器件对CTLE频率特性的影响, 最后对新型CTLE电路进行了仿真。仿真结果表明: 在数据传输速率为25 Gb/s时, 该CTLE电路均衡后的-3 dB带宽从8.5 GHz拓展到21.3 GHz; 输出信号眼图的差分电压峰峰值为410 mV, 功耗为8.62 mW; 整体电路版图面积为667μm×717μm, 具备功耗低和面积小的特点。
高速光通信 连续时间线性均衡器 电感峰化 负电容补偿 互补金属氧化物半导体 high speed optical communication, continuous time 
光通信技术
2023, 47(6): 0032
作者单位
摘要
杭州电子科技大学 通信工程学院,杭州 310018
为了探寻信源编码对可见光无线通信(Li-Fi)技术的影响,研究了4种不同信源编码方式:不归零(NRZ)码、归零(RZ)码、载波抑制归零(CSRZ)码和双二进制码,并采用OptiSystem软件搭建了基于波分复用(WDM)的Li-Fi系统,讨论了4种码型对基于WDM的Li-Fi系统性能的影响。仿真结果表明:在10 Gb/s传输速率下,NRZ码型在传输距离方面表现较好;在40 Gb/s传输速率下,CSRZ码显露了强大的抗非线性性能及传输距离方面的优势。
自由空间光通信 信源编码 Li-Fi系统 误码率 品质因子 free space optical communication, source code, lig 
光通信技术
2023, 47(3): 0048
作者单位
摘要
重庆邮电大学 通信与信息工程学院, 重庆 400065
为了提高现有光空间调制系统的频谱效率,提出了一种在同相和正交域同时激活多根发射光学天线分别传输调制信号的实部与虚部的光广义正交空间调制(OGQSM)技术。该技术将调制符号扩展到同相和正交域,使得系统在空间域可以携带更多的比特,从而提高了系统频谱效率和误码性能。采用适用于所有湍流状态的Malaga湍流信道,分析了OGQSM系统在大气湍流、指向误差和路径损耗联合作用下的系统误码性能。蒙特卡罗仿真结果表明:与现有的光空间调制技术相比,所提出的OGQSM技术能够获得更好的频谱效率和误码性能,且接收光学天线数量与系统误码性能存在正相关关系,指向误差和大气湍流强度与系统误码性能存在负相关关系。
自由空间光通信 光空间调制 Malaga湍流信道 指向误差 频谱效率 free space optical communication, optical spatial 
光通信技术
2023, 47(3): 0023
作者单位
摘要
1 西安理工大学 自动化与信息工程学院,西安 710048
2 西安工程大学 电子信息学院,西安 710048
3 兰州理工大学 计算机与通信学院,兰州 730050
4 西安工业大学 电子信息工程学院,西安710021
5 陕西省智能协同网络军民共建重点实验室,西安 710048
为了克服大气湍流效应对无线光通信系统性能的影响,必须建立能准确描述大气折射率起伏的湍流模型。总结了国内外学者在大气湍流模型方面的研究进展,对不同大气湍流模型的理论建立进行深入分析并对比了其适用范围,同时介绍了在实际大气湍流中实验测量所建立的大气信道模型,最后对大气湍流模型的发展趋势进行了展望。
无线光通信 大气湍流效应 大气湍流模型 Kolmogorov谱 大气信道模型 wireless optical communication, atmospheric turbul 
光通信技术
2023, 47(3): 0009

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