1 西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048
2 西安工业大学 电子信息工程学院，西安 710021
3 中国计量大学 信息工程学院，杭州 310018
4 商洛学院 电子信息与电气工程学院，陕西 商洛 726000
5 西安工程大学 电子信息学院，西安 710600
6 兰州理工大学 计算机与通信学院，兰州 730050
【目的】变形镜（DM）是自适应光学系统中实现波前校正的关键器件，其性能直接决定了系统的波前畸变校正能力。通过研究DM及其控制算法，可以不断改进自适应光学系统的校正能力。该研究一方面可以提高DM的精度和响应速度，使其更好地校正各种复杂的波前畸变，另一方面，可以改进控制算法，提高校正的效率和准确性。这些都将直接影响到自适应光学系统的成像质量和性能，因此，研究DM及其控制算法对于改进自适应光学系统的校正能力、扩展应用领域以及提升成像质量和性能具有重要意义。
【方法】文章旨在梳理国内外关于DM及其控制算法的研究进展，分析不同的控制算法对波前畸变的校正精度，为自适应光学的发展奠定基础。首先以几种典型的DM为例，对DM的建模以及对分离促动器DM、拼接子DM、薄膜DM、双压电DM、微机电系统（MEMS）DM和音圈DM的结构及工作原理进行了详细介绍。接着分析了基于Prandtl-Ishlinskii（PI）迟滞模型的控制算法、解耦控制算法和稀疏采样控制算法等几种控制算法。
【结果】文章总结了西安理工大学在该领域所做的工作，最后指出了未来在该领域的技术突破和改进方向。
【结论】DM及其控制算法的研究为自适应光学的发展奠定了基础，使其应用于更多的领域，进一步提高自适应光学系统的性能。这将有助于改善成像质量，推动自适应光学技术的发展。
变形镜 控制算法 自适应光学 DM control algorithm adaptive optics 光通信研究
2024, 50(2): 22006201
1 西安航空职业技术学院 人工智能学院，西安 710089
2 西安理工大学 自动化与信息工程学院，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 西安工程大学 电子信息学院，西安 710600
在光通信领域，激光器及其调制带宽、调制速率对无线光通信至关重要。对半导体激光器信号的调制方式主要有内调制和外调制两种。这两种调制技术具有各自的特点，适用于光纤通信中的不同领域，都是当前重要的研究热点。内调制激光器又称为直接调制激光器，因其具有高速传输以及低成本的特点，成为目前应用在第五代移动通信技术（5G）前传和数据中心中的高性价比光源。而外调制激光器不存在光源附加的Chirp，所以可以有效地克服光纤色散造成的复合二次差拍（CSB）失真。文章在回顾通信激光器及其调制技术发展历程的基础上，介绍了西安理工大学在该领域所做的工作以及取得的主要进展。针对半导体激光器发生非线性失真的内外因素进行讨论，仿真响应特性各参数、线性化补偿方法以及功率控制系统对光发射器件输出光源的作用，并分析了温度的起伏对激光器和调制器件输出功率产生的影响。采用折射率椭球基本理论和数值分析，分别在纵向和横向调制下，讨论出射光强随温度的变化趋势。结果表明，纵向调制下出射光光强随温度的变化趋势只与铌酸锂（LN）晶体折射率的变化有关；横向调制下出射光光强随温度的变化趋势不仅要受到晶体折射率的影响，还要受到晶体尺寸及其膨胀系数的影响，因此可以利用特殊尺寸的晶体来提高电光调制器的温度稳定性。
无线光通信 激光器 直接调制 外调制 响应特性 optical wireless communication laser direct modulation external modulation response characteristic 光通信研究
2024, 50(2): 22004801
西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 710021
针对传统天线选择算法在完全广义空间调制（FGSM）系统中运用会出现局限性且误码性能不理想等问题，提出一种基于皮尔逊（Pearson）相关系数的选择算法，其基本原理是根据不同位置的光电探测器与发光二极管组合之间的Pearson系数相关性进行天线选择，能够提升FGSM系统性能及扩大使用范围。结果表明：当误码率为10-3时，在发射天线数量为4、调制方式为脉幅调制的情况下，FGSM系统的传输速率相较于广义空间调制增加了1 bpcu（bit per channel use）；采用基于Pearson相关系数选择算法后的完全广义空间调制-多输入多输出（FGSM-MIMO）系统相较于随机选择算法所需信噪比改善了5.1 dB，相较于最大范数选择算法改善了0.8 dB。综上所述，在同一时刻发送相同信息的情况下，基于Pearson相关系数选择算法的FGSM-MIMO系统在光空间通信领域具有更好的发展前景。
光通信 多输入多输出 完全广义空间调制 天线选择算法 皮尔逊相关系数 误码率
西安工业大学 电子信息工程学院, 西安 710021
针对基于傅里叶变换光正交频分复用(FFT-OFDM)的非正交多址可见光通信(NOMA-VLC)系统存在可靠性低、用户公平性差等问题, 提出将提升小波变换(LWT)作为载波调制方式, 建立基于LWT-OFDM的NOMA-VLC系统, 介绍了系统中的信号处理过程, 构建了5 m×5 m×3 m的室内空间实验环境。实验结果表明: 与基于FFT-OFDM的NOMA-VLC系统相比, 随着正交幅度调制方式的阶次由4增大到64, 所提系统的平均误码率达到阀值3.8×10-3时, 所需的信噪比(SNR)值较低, 至少低4.4 dB; 用户性能差异变化不明显甚至不变。
光通信 非正交多址 提升小波变换 可靠性 用户公平性 optical communications, non-orthogonal multiple ac
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
西安工业大学 电子信息工程学院，西安 710021
多输入多输出（Multiple-input-multiple-output，MIMO）可见光通信（Visible Light Communications，VLC）系统接收端需精确的信道状态信息用以解调信号，而常用的最小二乘算法对噪声敏感，估计误差较大，难以保证可靠性。基于信道稀疏特性，利用压缩感知方法进行MIMO-VLC信道估计，提出一种基于离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform，DFT）的稀疏度预测自适应匹配追踪（DFT Based Prediction-sparsity Adaptive Matching Pursuit，DFT-SAMP）算法。首先，通过DFT的稀疏度预测方法对信道冲激响应的稀疏度进行预估计，将估计的稀疏度作为算法初始步长，以快速逼近真实稀疏度，提高算法效率；其次，采用SAMP算法重构信道冲激响应，提高信道估计准确性，保证通信可靠性。基于的MIMO-VLC系统信道估计实验结果表明，导频数为32时，本文算法相较于最小二乘算法在误码率满足前向纠错的误码率阈值（3.8×10-3）时所需的信噪比降低4.5 dB；利用DFT-SAMP算法进行信道估计，在保证可靠性的同时，运行效率相比SAMP算法提升约69%，为MIMO-VLC系统信道估计提供了更为有效的方式。
MIMO-VLC 压缩感知 信道估计 误码率 MIMO-VLC Compressed sensing Channel estimation Error rate
西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 710021
现行可见光定位技术采用各类传感器以及混合复杂算法实现定位，操作难度大且易受干扰，导致系统的定位精度不稳定。为提高可见光室内定位的精度与稳定性，提出将迁移特征学习与生物启发网络相融合的方法并将其应用于可见光室内定位中，在可见光环境下采集图像，利用改进的小波阈值去噪法去除图像噪声对深度特征的影响，提取可见光图像的深度特征并建立指纹库，构建天牛须搜索算法优化的神经网络模型，进行训练与定位测试。结果表明：在实测定位阶段搭建的0.8 m×0.8 m×0.8 m实验环境中，预测坐标的平均误差为4.26 cm，其中，误差小于4 cm的预测点数量占总坐标点数量的63.4%，误差小于6 cm的预测点数量占总坐标点数量的78%。所提方法为室内定位提供了一种稳定可靠的方法。
光通信 可见光视觉成像 图像深度特征 生物启发 神经网络 室内位置感知 中国激光
2023, 50(10): 1006007
西安工业大学 电子信息工程学院, 西安 710032
针对传统室内定位算法精度较低的问题, 提出一种基于Elman神经网络的室内定位算法。使用Elman神经网络进行指纹库插值扩充, 完备指纹库, 两者结合减少定位误差, 并对该算法模型进行了实验验证。实验结果表明: 在0.8 m×0.8 m×0.8 m环境中, 所提算法的平均定位误差为4.6 cm, 满足室内定位对于精度的要求。
可见光通信 室内定位 Elman神经网络 数据插值 visible light communication indoor positioning Elman neural network data interpolation
1 西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
2 西安工业大学 电子信息工程学院, 西安 710021
为了提高可见光通信系统性能, 将可见光通信技术与其它通信技术异构融合, 能使各类技术取长补短, 增强通信系统容量, 提高资源利用率。介绍了可见光通信分别与电力线通信(PLC)、WiFi、以太网、长期演进(LTE)网络、第五代/第六代移动通信技术(5G/6G)融合的方法及发展现状, 对可见光通信异构融合系统的未来发展做了展望。
可见光通信 异构融合 以太网 visible light communication heterogeneous integration ethernet
1 南京华盾电力信息安全测评有限公司，江苏 南京 210000
2 西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 710003
3 中电太极（集团）有限公司西安研发中心，陕西 西安 710000
为了解决可见光通信技术（VLC）中的信息孤岛问题，完善上行链路的通信需求，用电力线通信（PLC）对传统VLC进行有效补充，使其在提供电源的同时接入上行骨干网。为了保障信号在PLC与VLC级联系统两级信道中的有效传输，提出了一种基于正交频分复用（OFDM）的中心节点解调调制（CNDM）模型。针对PLC多径衰落和VLC的反射特点建立级联系统信道模型，并结合OFDM与级联系统的信号特点设计了同时适用于PLC与VLC中直流偏置光OFDM系统的传输方案。为了有效抑制级联信道干扰，设计了多段联合控制信号帧结构。实验结果表明：仿真条件下，级联系统在不同调制策略下均能满足通信需求，且信号质量很好，误码率可达10-4；实测条件下，级联系统能实现信号的有效传输，保障信号的可靠收发，整体最小误码率为0。
光通信 可见光通信 电力线通信 级联通信 正交频分复用 信道建模 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2306002
