Author Affiliations
Abstract
1 Guangdong Provincial Key Laboratory of Nanophotonic Functional Materials and Devices, Guangzhou 510006, China
2 School of Electronics and Information Technology, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China
Vortex optical communication has been a hot research field in recent years. A key step is mode recognition in the orbital angular momentum (OAM) free-space optical (FSO) communication system. In this article, we propose an OAM mode recognition method based on image recognition technology, which uses the interferogram between the vortex beam and the Gaussian beam to identify the OAM mode. In order to resist the influence of atmospheric turbulence on the recognition accuracy, we added a Gaussian smoothing filter into the recognition process. Moreover, we used random phase screens to generate interferogram sets at distances of 1 km and 2 km. The verification result shows that the proposed scheme produces high identification accuracy for the distorted optical field. The average accuracy can reach 100% and 87.78% under the conditions of medium- and strong-turbulence levels, respectively. It is anticipated that these results might be helpful for improving the reliability of the OAM-FSO communication system in the future.
Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 020601
华南师范大学信息光电子科技学院，广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室，广东 广州 510006
无线光通信信道复杂多变，喷泉码作为一种新兴的无速率编码无需信道的先验信息即可实现不同信道环境下的自适应传输，与传统编码相比更能提升无线传输的质量。本文首先总结了喷泉码应用于无线光通信的优势以及国内外喷泉码的发展现状，然后深入研究了两类喷泉码编码方案的设计以及对喷泉码性能影响重大的度分布函数的设计，总结了一种喷泉码即(LT)码的译码方法以及近些年不断提出优化的方案，同时指出了喷泉码设计中亟需解决的关键难点，最后提出了喷泉码应用于无线光通信的必要技术和探索方向。
无线光通信 喷泉码 无速率编码 度分布函数 optical wireless communication fountain codes rateless coding degree distribution function
Author Affiliations
Abstract
1 College of Information and Optoelectronic Science and Engineering, South China Normal University, Guangzhou 510006, China
2 Guangdong Provincial Key Laboratory of Nanophotonic Functional Materials and Devices, Guangzhou 510006, China
In order to improve the signal-to-noise ratio and mitigate the damage of noise to the communication quality, an effective interference suppression algorithm, which is based on the improved density-based spatial clustering of applications with noise algorithms, is proposed for visible light communication systems using the complementary metal–oxide–semiconductor image sensor as the receiver. Experimental results show that the algorithm can learn the region where the payload data is located, filter out the noise data, and greatly decrease the interference. The effect of the algorithm is also studied through bit error ratio performance.
visible light communication optical data processing digital image processing Chinese Optics Letters
2020, 18(1): 011001
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Abstract
Guangdong Provincial Key Laboratory of Nanophotonic Functional Materials and Devices, South China Normal University, Guangzhou 510006, China
We present an automatic repeat request (ARQ) free space optical (FSO) system, which consists of a pulse position modulation (PPM) hard decision and an ARQ. The new ARQ’s data error detection is based on a PPM hard decision’s results and can eliminate the traditional ARQ information redundancy. The results of the numerical simulation have a good agreement with theoretical analysis and show that the ARQ-FSO system can effectively improve the bit error rate (BER) performance of the direct hard decision PPM system. Additionally, the proposed system significantly improves the average throughput efficiency compared to traditional ARQ systems. These characteristics make the ARQ-FSO system suitable for application in low BER and complexity FSO scenarios.
010.1300 Atmospheric propagation 010.1330 Atmospheric turbulence 060.2605 Free-space optical communication Chinese Optics Letters
2017, 15(6): 060101
1 华南师范大学广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
调制技术是影响无线光通信质量的重要因素之一，探索合适的调制方式是无线光通信的内在需要，为此，全面深入分析不同新型组合脉冲调制的性能。详细地分析了脉冲位置调制(PPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)等传统调制方式，以及脉冲位置宽度调制(PPWM)、差分脉冲位置宽度调制(DPPWM)、双幅度脉冲位置调制(DAPPM)和双幅度脉冲间隔调制(DAPIM)等新型组合调制方式的符号结构；全面比较了以上调制方式的平均发射功率和带宽需求；在给定模型下分析了它们的差错性能。数值结果表明：DAPPM 的功率利用率最好，DPPWM 的功率效率最低。当二进制比特位M 取一定值时，PPM 的带宽利用率最低，DPPWM 的带宽利用率最高；随着M 的增加，DAPPM 的带宽效率与DPIM 的带宽效率非常接近。而从差错性能看，在相同的信噪比RSN 条件下，当M 取值一定时，DAPPM 的误包率与PPM 接近，均优于其他组合调制方式，随着M 或RSN 增大，系统误包率逐渐减少；同时，通过增大PPWM的r 参数、减少DAPPM 的α 参数，可适当改善差错性能。因此，要根据实际系统的要求选择合适的调制方式。
无线光通信 调制方式 平均发射功率 带宽需求 误包率
1 华南师范大学广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
针对无线光通信系统中反向差分脉冲位置调制(RDPPM)功率利用率较低以及差错性能较差等问题，结合反向脉冲宽度调制方式(RPWM)与RDPPM，提出了一种新型组合调制方式，即反向差分脉冲位置宽度调制(RDPPWM)。研究分析了RDPPWM 的符号结构、平均发射功率、带宽需求以及在理想加性高斯白噪声(AWGN)干扰下的误包率，并与开关键控(OOK)、RDPPM、RPWM 等调制方式进行了比较。仿真结果表明，RDPPWM 可以获得较高的功率利用率，增加了信道容量，降低了带宽需求，且不需要符号同步；在相同信号接收功率-28 dBm 的条件下，RDPPM 的误包率是2.2×10-8，但是RDPPWM 的误包率却可以降低至2.6×10-12。故RDPPWM 为无线光通信的调制技术提供了一种新的选择。
光通信 反向差分脉冲位置宽度调制 平均发射功率 带宽需求 信道容量 误包率 激光与光电子学进展
2015, 52(7): 070603
1 北京邮电大学信息光子学与光通信教育部重点实验室, 北京 100876
2 华南师范大学光子信息技术广东省高校重点实验室, 广东 广州 510006
3 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院空间激光通信及检验技术重点实验室, 上海 201800
以空间链路方程为基础，详细推导了具有不同像差时的星间相干光通信接收系统信噪比表达式。以通信距离为60000 km、速率为2 Gb/s的2PSK零差同步轨道接收系统为例，通过数值仿真，全面比较了接收天线的倾斜、离焦、彗差和像散等像差对接收系统误码率(εBER)的影响。结果表明，不同像差单独作用时，倾斜像差的影响最大，象散的影响最小；不同像差相互作用时，它们中的某些能部分实现相互校正，从而降低误码率。以εBER≤10-6为比较标准，当彗差W31/λ≤1.00时，调整倾斜像差能实现它们之间的部分校正；当像散W22/λ≤0.53时，调整离焦能对像散进行部分校正。因此，在设计接收系统时，接收天线的像差所产生的影响不容忽视。这将为设计星间相干通信接收系统提供必要的理论依据。
光通信 星间相干光通信 像差 误码率
1 北京邮电大学信息光子学与光通信教育部重点实验室, 北京 100876
2 华南师范大学光子信息技术广东省高校重点实验室, 广东 广州 510006
3 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院空间激光通信及检验技术重点实验室, 上海 201800
星间相干光通信系统中，信号光与本振光的不同分布将影响外差混频效率。在假设信号光与本振光偏振一致、相位匹配、几何中心重合的前提下，详细推导了信号光振幅为平面波(Uniform)、高斯(Gauss)分布，本振光为艾里斑(Airy)、Uniform及Gauss分布时的6种外差混频效率关系式，其中4种得到了精确的解析式。在此基础上，通过数值仿真，全面对比分析了各种组合的外差混频性能，结果发现，Airy+Airy和Gauss+Gauss具有最佳外差混频性能，理论上可以达到100%外差混频效率；Uniform+Uniform的最大外差混频效率为72%，Guass+Uniform最大外差混频效率是82%，它们具有相似性；而Airy+Gauss组合是系统中常用的分布模型，其外差混频效率同时受探测器半径及Gauss束腰的制约。这将为设计星间相干通信系统提供必要的理论依据。
光通信 星间相干光通信 相干接收 外差效率 光学学报
2011, 31(10): 1006001
1 湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心, 湖南, 长沙 410082
2 浙江科技学院理学院, 浙江, 杭州 310023
3 华南师范大学 光子信息技术实验室, 广东, 广州 510006
光学相位式测量法的成功与否与光学条纹图的相位重建密切相关。相位重建就是把从条纹图中获取的相位值恢复成连续的相位值。在相位重建算法中有一个共同的研究方向就是构造一个优秀的相位数据评价机制——质量图, 以达到相位重建算法的最优化。通过对两个测量实验条纹图进行研究, 发现调制度对数(以常数e为底)幅值的梯度偏差可以作为质量评价依据, 其所反映的测量数据可靠性可与经典的相位导数偏差质量图相当, 一般情况下可以以它作为相位重建算法的导向或权值; 进一步提出了一种复合质量图-调制度对数幅值-相位导数偏差质量图, 把调制度对数幅值的梯度偏差与相位导数偏差相结合, 并对结合的参数进行了优化。这种质量图能够标识相位导数偏差质量图所不能标识的细节缺陷, 并对坏点的标识轮廓更为清晰, 其可靠度优于调制度对数幅值的梯度偏差和相位导数偏差图, 在相位重建算法的应用方面, 其结果连续性优于调制度对数幅值的梯度偏差质量图。
仪器 测量与计量 光学测量 相位重建 调制度 质量图
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Abstract
Laboratory of Photonic Information Technology, South China Normal University, Guangzhou 510006
The approximative formula for the far-field diffraction of a Gaussian beam through a circular aperture is obtained by using the superposition of Gaussian beams instead of the aperture function, and the explicit expression for calculating the beam divergence is also gained. Using the formula, the influences of the aberrations on the far-field wavefront and the beam's divergence are researched, and the results show that the large aberrations badly affect the far-field wavefront and the divergence. It is suggested that the aberrations and the diffractions should be avoided when designing the transmitter.
衍射 波前 发散度 050.0050 Diffraction and gratings 050.1970 Diffractive optics Chinese Optics Letters
2007, 5(1): 4
