1 西安邮电大学电子工程学院,陕西 西安 710121
2 西安精密机械研究所,陕西 西安 710077
为了研究粗糙动态海平面对折射偏振光的影响,利用Elfouhaily海浪谱和快速傅里叶变换生成随机动态海面,建立了激光跨粗糙空气-海水界面的偏振光传输模型。研究了不同风速、不同距离、不同光发散角下激光穿过空气-海水信道后的偏振特性和闪烁指数。仿真结果表明,风速越大,接收偏振度越小,相同条件下,圆偏振光偏振度远大于线偏振光;信道距离越长,偏振度越低;风速和链路距离变大时,闪烁指数也变大;当光束发散角减小时,闪烁指数变大;反之闪烁指数减小。验证了所提模型的可行性。本文研究为空气-海水光通信提供了理论依据。
水下无线光通信 Elfouhaily谱 跨介质 偏振光 闪烁指数
1 西安邮电大学电子工程学院,陕西 西安 710121
2 中国船舶集团公司第705研究所水下信息与控制重点实验室,陕西 西安 710077
针对水下无线激光通信链路性能劣化问题,基于Yue谱推导了在包含有限外尺度和海洋水体分层不稳定度的弱海洋湍流信道下高斯光束的空间相干半径和闪烁指数闭合解析式,量化了基于高斯光束的海洋分集接收系统中的湍流强度和探测器间距阈值。在此基础上设计了一种基于高斯光束的里德-所罗门(RS)编码联合均衡等增益合并(EEGC)算法的单入多出(SIMO)通信系统。利用双曲正切函数法推导了系统的上限平均误码率(ABER)闭合解析式,并研究了海洋水体分层的不稳定程度和探测器分布方式对系统性能的影响。仿真结果表明,海洋水体分层的稳定与否对系统性能影响较为明显。此外,所设计的系统可有效抑制复合海洋信道下高斯光束的湍流效应,湍流越强,抑制效果越显著;也可有效降低探测器的分布方式对采用高斯光束传输的SIMO系统性能的影响。
无线光传输 海洋湍流 高斯光束 分集接收 里德-所罗门编码 光学学报
2023, 43(24): 2406001
1 西安邮电大学 电子工程学院, 西安 710121
2 中国船舶集团公司第705研究所 水下信息与控制重点实验室, 西安 710119
为了提升无线光通信系统接收灵敏度, 采用一种基于改进基分类器系数的AdaBoost弱光信号检测算法, 解决多像素光子计数器(MPPC)在弱光条件下的信号检测问题。该算法采用k最近邻(KNN)为基分类器组建强分类器, 针对传统AdaBoost算法基分类器系数仅与错误率有关而产生冗余的基分类器消耗系统资源的问题, 提出一种基于错误和正确分类样本权重的基分类器系数优化AdaBoost算法(W-AdaBoost), 将信号解调问题转换为分类问题; 并采用波长450 nm半导体激光器、MPPC光电转换器件搭建了无线光通信系统。结果表明, 系统在通信速率为2 Mbit/s、误比特率为3.8×10-3时, 改进的W-AdaBoost-KNN算法较传统AdaBoost-KNN和单一KNN算法,灵敏度分别提升了1.6 dB和4.8 dB左右。此研究结果说明W-AdaBoost-KNN算法可提高弱光条件下的信号检测效率, 提升无线光通信系统接收灵敏度。
光通信 AdaBoost算法 多像素光子计数器 集成学习 信号检测 optical communication AdaBoost algorithm multi pixel photon counter ensemble learning signal detection
红外与激光工程
2023, 52(9): 20220814
1 西安邮电大学电子工程学院,陕西 西安 710121
2 中国船舶重工集团705研究所水下信息与控制重点实验室,陕西 西安 710077
为改善室内可见光通信中传统光源布局方式造成的接收光功率不均匀从而导致通信盲区的问题,本文提出了一种局部非均匀的对称型布局方式,并结合自适应机制及模拟退火算法对遗传算法中的选择、交叉和变异算子进行改进,在考虑墙面一次反射的情况下利用改进遗传算法对LED芯片位置、芯片上的灯珠数目及半功率角进行同步优化。仿真结果表明:在5 m×5 m×5 m的房间模型中,采用改进遗传算法对灯源布局进行优化后,接收光功率均匀度达到了97.7%,平均光功率为1029 μW,光照均匀度达到了0.84。此外,利用改进的遗传算法针对不同尺寸房间模型中的灯源布局进行了优化,结果表明,接收光功率均匀度均得到了提高。
光通信 可见光通信 遗传算法 光源布局 接收光功率 中国激光
2023, 50(13): 1306001
西安邮电大学 电子工程学院,陕西 西安 710121
海水信道对光的吸收和散射造成信号衰减,海水湍流造成信号幅度起伏变化,两者都会降低水下无线光通信(UWOC)系统误码率(BER)性能。将两个信道特性对信号性能的影响综合考虑,提出了一种将传输距离和湍流概率密度函数等效为系统信噪比(SNR)和湍流噪声的方法,然后将信号衰减和湍流噪声同时作用在信号波形中,建立水下复合信道信号传输模型。依据实验系统参数,模拟复合信道下高斯最小频移键控(GMSK)调制的信号传输波形,采用一比特差分解调算法,对比解调波形与原始波形,分析复合信道对系统误码率性能的影响关系。模拟实验结果显示,与开关键控调制(OOK)、脉冲位置调制(PPM)相比,仅在海水衰减系数为
${\text{0}}{\text{.151}}\;{{\text{m}}^{-1}}$![]()
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的衰减信道下,GMSK系统分别可获得
${\text{4}}{\text{.8}}$![]()
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、
$ 3.3{\text{ dB}} $![]()
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的信噪比增益。在复合信道下,GMSK调制性能明显优于OOK调制和PPM调制,当海水衰减系数为
${\text{0}}{\text{.151}}\;{{\text{m}}^{-1}}$![]()
![]()
、湍流对数强度方差小于0.16时,GMSK调制系统无误码率极限,系统误码率由信道的衰减、湍流特性和高斯噪声共同决定,GMSK调制相比于PPM调制获得
$4.35{\text{ dB}}$![]()
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的信噪比增益;当湍流对数强度方差大于0.16时,系统存在误码率极限,极限值由湍流对数强度方差决定,且随着湍流对数强度方差的增加,系统极限误码率非线性递增。
水下无线光通信 复合信道 GMSK调制 湍流对数强度方差 误码率 underwater wireless optical communication composite channel GMSK modulation turbulence logarithmic intensity variance bit error rate 红外与激光工程
2022, 51(6): 20210622
光子学报
2022, 51(10): 1006006
1 西安邮电大学电子工程学院,陕西 西安 710121
2 海军装备部,陕西 西安 710077
针对基于蒙特卡洛的水下无线光信道仿真计算量大、计算效率低的问题,提出了利用Open MP(open multi-processing)和CUDA(compute unified device architecture)的水下无线光信道并行仿真方法。通过将计算密集型部分移植到各线程并行计算的方式提高仿真计算效率。在此基础上引入3种优化方案,通过剔除无效光子和限制高散射事件的方式,加速数据合并,减少主存显存的数据交换量,进一步提高仿真效率。对比分析了在不同水质、不同计算环境以及不同光子数和距离等条件下的加速效果。结果表明,相比于传统串行仿真,图像处理器(GPU)水下光散射并行计算方法的加速最高可达300倍;中央处理器(CPU)水下光散射计算方法的加速最高可达90倍。
海洋光学 并行架构 水下无线光通信 蒙特卡洛仿真 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1901001