1 中国科学院空天信息创新研究院中国科学院定量遥感信息技术重点实验室，北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
3 电子科技大学资源与环境学院，四川 成都 611731
提出一种成像前评价关联成像系统性能的方法，基于通信系统信道评价方法对观测矩阵进行分析，计算成像系统的信道容量，以信道容量来评价系统性能。对100幅成像场景、20种不同类型的观测矩阵以及2种重建算法进行成像仿真，并与成像重建后的图像质量评测效果进行对比分析。结果表明：本文在成像前对系统性能的评价结果与成像后的验证结果具有较好的一致性，当采样比例相同时，重构图像的均方差和信道容量对矩阵元素分布类型具有相同的依赖关系；当矩阵元素分布类型相同时，归一化信道容量和归一化反转均方差随采样次数变化的曲线具有很高的拟合程度，其拟合系数R2值普遍大于0.8。本文方法具有很强的适用性，其效果不随图像尺寸的变化而变化，能够广泛应用于常见的遥感场景。
成像系统 观测矩阵 采样比例 分布类型 信道容量 性能评价
1 西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
2 西安市无线光通信与网络研究重点实验室，陕西 西安 710048
3 陕西理工大学物理与电信工程学院，陕西 汉中 723001
4 陕西科技大学电子信息与人工智能学院，陕西 西安 710021
海洋湍流和光源参数对涡旋光束的信道容量有十分重要的影响。本文根据Rytov近似理论，利用有限外尺度且不稳定分层的各向异性海洋湍流功率谱，并引入xy平面上的两个各向异性因子来研究完美涡旋（PV）光束、拉盖尔高斯（LG）光束和贝塞尔高斯（BG）光束在海洋湍流下的信道容量，数值模拟了束腰半径、接收孔径直径和海洋湍流参数等对三种光束信道容量的影响。数值结果表明：当传输距离在30~70 m时，较小束腰半径（小于4 mm）的PV或者LG光束可获得比BG光束更大的信道容量；但较大束腰半径（大于12 mm）的PV或者LG光束的信道容量却大于BG光束。此外，当束腰半径小于2 mm时，PV光束的信道容量要大于LG和BG光束，表明采用窄束腰半径（小于2 mm）的PV光束相比LG和BG光束可以增大光通信系统的信道容量。本文的研究结果对海洋环境中光通信光源参数的选择具有重要意义。
海洋光学 信道容量 各向异性海洋湍流功率谱 涡旋光束 光学学报
2023, 43(24): 2401004
1 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏 南京 210044
随着水下无线通信的发展，关于海洋环境量子通信的研究也逐渐成为热点。其中，研究海洋气泡对光量子在水下传输的影响具有重要意义。为了研究海洋气泡对水下量子通信信道性能的影响，根据海洋气泡的粒径分布模型，研究了气泡的散射特性，并根据气泡的消光系数，分析了不同条件参数对链路衰减、纠缠度、信道容量以及信道误码率的影响，并进行了仿真实验。结果表明：气泡浓度和传输距离的增大，使链路衰减和误码率增加，对于幅值阻尼信道、退极化信道和比特翻转信道，其信道容量均有所减小；随着气泡半径的增大、深度的减小，信道纠缠度降低。由此可见，海洋气泡对量子通信性能的影响不可忽略，在实际应用中为了保障水下量子通信的传输效率，应适当调节水下量子通信相关参数，减小海洋气泡环境对通信系统的影响。
海洋气泡 水下量子通信 链路衰减 信道纠缠度 信道容量 光学学报
2023, 43(18): 1806001
太赫兹（0.1~10 THz）通信技术以其超大带宽资源和超高通信速率等特点成为未来无线通信的关键技术。基于Beckman-Kirchhoff散射理论和射线追踪技术，在太赫兹波段对统一的多射线信道模型进行了修正，该模型结合了直射、反射和散射，并用已有的文献数据对模型进行了验证。此外，使用等功率分配和注水功率分配策略对太赫兹宽带信道容量进行表征。结果表明由于较高的频率选择性，资源分配在开发太赫兹频谱方面极为重要。该研究为太赫兹通信系统的研究与设计提供了参考依据。
大气光学与海洋光学 太赫兹 Beckman-Kirchhoff散射理论 射线追踪 多射线信道 信道容量 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2301001
1 陆军工程大学通信工程学院, 江苏 南京 210007
2 中国人民解放军第 61623 部队, 北京 100840
3 中国人民解放军第 31121 部队, 福建 福州 350001
量子噪声随机加密 (QNRC) 是一种新兴的提高光纤传输安全性的物理层加密方案。基于窃听信道模型, 以合法信道容量和信息截获概率为基本指标, 对相移键控 (PSK) QNRC 系统的传输性能和安全性能进行定量评估, 并分析了介观态功率、进制数以及量子噪声掩盖的量子态数对系统性能的影响。仿真结果表明: 为了提高系统的传输性能和安全性能, 发送端需采用光放大器; 在保证系统传输性能的同时, 可适当减小介观态功率来提高系统的安全性; 较高的进制数可有效地提高 PSK-QNRC 系统的安全性, 且不影响其传输性能; 系统数据安全性主要受限于量子噪声掩盖的量子态数。
光通信 量子噪声随机加密 合法信道容量 信息截获概率 optical communication quantum-noise random cipher legal channel capacity information interception probability
1 暨南大学光子技术研究院，广东 广州 511443
2 南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东 珠海 511458
传统光通信中的直调直检（IM-DD）系统是最大功率（幅度）受限的系统，中间没有放大器，提高信道容量的问题变成了给定带宽和最大功率（幅度）时的信号空间大小和分布的问题。提出了一种基于IM-DD系统的动态概率整形（DPS）算法，解决了功率受限的问题并提升了系统的信道容量以及误码性能。采用脉冲幅度调制（PAM）格式，仿真结果表明，DPS不仅能带来约0.9 dB的信道容量提升，而且在PAM4和PAM8中分别能带来0.8 dB和1 dB的误码性能提升。
光通信 直调直检 功率受限 信道容量 动态概率整形 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2306005
1 南京信息工程大学 气象探测与信息处理重点实验室，南京 210044
2 日本国立新泻大学 工学部电气电子工学科, 日本 新泻 950-2181
针对毫米波和传统蜂窝频段场景下频谱效率和传输可靠性较低的问题，文章提出了一种三维散射簇多天线信道模型以分析大规模多输入多输出(MIMO)系统性能。文章假设仰角和方位角分别遵循拉普拉斯和Von-Mises分布，推导出均匀平面阵列天线各单元之间空间相关系数的解析表达式，最后建立MIMO多天线系统模型并分析其系统性能。研究了仰角功率谱中不同角度扩展对均匀平面阵列衰落相关性和信道容量的影响，以及不同信噪比和天线阵元数对频谱效率的影响。分析结果与传统的均匀线性阵列进行比较表明，在毫米波场景下，均匀平面阵列比均匀线性阵列更适用于大规模MIMO系统，这使未来的移动网络工作在不同频段和蜂窝小区成为可能。
无线通信 大规模多输入多输出 功率谱 空间衰落相关性 信道容量 wireless communication massive MIMO power spectrum spatial fading correlation channel capacity
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
将无线紫外光多输入多输出(MIMO)通信与线性注水算法相结合,首先建立基于线性注水算法的无线紫外光非直视MIMO通信模型,并推导出其信道容量模型,然后在信号发射端采用等功率分配和线性注水算法两种方法进行功率分配,研究在无线紫外光非直视MIMO通信系统中采用这两种方法对通信系统中信道容量的影响,并进行仿真分析验证。仿真结果表明,在信噪比相同的情况下:当收发天线不对称时,采用线性注水算法进行功率分配相比于等功率分配算法,无线紫外光非直视MIMO通信信道容量得到显著提升;当收发天线对称,在信噪比较小时,利用注水算法可以明显提高信道容量,而在信噪比提高达到一定值后,采用注水算法进行功率分配的信道容量逼近等功率分配的信道容量。
光通信 多输入多输出 信道容量 紫外光散射 非直视 注水算法 光学学报
2021, 41(22): 2206002
