刘超 1,2,3,4,*李学莹 1,2,3张开河 1,2,3兰斌 1,2,3[ ... ]鲜浩 1,2,3,4
作者单位
摘要
1 自适应光学全国重点实验室,四川 成都 610209
2 中国科学院自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209
4 中国科学院大学,北京 100049
随着人类对太空的探索日益加深,传统射频通信愈发不能满足高速深空通信的需求,各航天国家先后对深空激光通信技术开展研究。激光通信是实现空间通信的一种重要手段,相比于传统射频通信,激光通信具有通信速率高、终端载荷小、抗干扰能力强等优点,更适用于超远距离的深空通信。目前,美国进行的研究最多,且已成功实施了两次深空激光通信演示验证。本文针对已有的深空激光通信研究与演示结果进行综述,分析了实现深空激光通信的关键技术,对深空激光通信的发展历程与未来发展进行了探讨。
深空激光通信 激光通信 深空探测 星际激光通信 
激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706015
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部,上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
提出一种基于四象限探测器跟瞄和通信复用的强度调制直接探测的空间光通信系统,以超声波电机驱动的双光楔为光束偏转执行单元形成光束位置跟踪的闭环系统。驱动电机转动周期为15 ms,位置分辨率为0.83 μrad。经理论分析和实验验证,该系统的位置闭环跟踪-3 dB带宽约为4 Hz。当位置探测误差小于10%时,即光束探测精度小于12 μrad,对应的探测灵敏度为-45.2 dBm。在10 Mbit/s的通信速率和无信号编码下,误码率为1×10-3时对应的通信灵敏度为-44 dBm。验证了利用四象限探测器作为跟踪与通信复用探测器的可行性,可应用于小型化、轻量化的星间激光通信终端。
自由空间光通信 四象限探测器 位置分辨率 跟踪带宽 通信灵敏度 
激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706013
吴晓薇 1杨雷 1,*展月英 1孙扬 1,2[ ... ]王强 1
作者单位
摘要
1 中国科学院空间应用工程与技术中心,北京 100094
2 中国科学院大学,北京 100094
激光通信是近年深空探测领域的研究热点之一。深空激光通信采用脉冲位置调制(PPM)提升通信能量效率,并使用单光子探测器以高效地接收信号。其中,超导纳米线单光子探测器(SNSPD)被广泛认可是最优选择之一。本文分析了SNSPD的死时间和抖动特性,以及高速脉冲信号的拖尾现象,对基于PPM-SNSPD调制探测方式的深空激光通信产生的影响,并计算了SNSPD在该体系下的光子计数特性。基于分析,提出一种偏移补偿保护时隙PPM符号同步算法。相较普通的保护时隙同步算法,所提算法能有效减少PPM-SNSPD体系下的同步误差,提升系统误码率。
自由空间光通信 深空激光通信 脉冲位置调制 单光子探测器 
激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706012
Author Affiliations
Abstract
1 National University of Defense Technology, College of Advanced Interdisciplinary Studies, Changsha, China
2 National University of Defense Technology, Nanhu Laser Laboratory, Changsha, China
3 National University of Defense Technology, Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, Changsha, China
Orbital-angular-momentum (OAM) multiplexing technology offers a significant dimension to enlarge communication capacity in free-space optical links. The coherent beam combining (CBC) system can simultaneously realize OAM multiplexing and achieve high-power laser output, providing substantial advantages for long-distance communication. Herein, we present an integrated CBC system for free-space optical links based on OAM multiplexing and demultiplexing technologies for the first time, to the best of our knowledge. A method to achieve flexible OAM multiplexing and efficient demultiplexing based on the CBC system is proposed and demonstrated both theoretically and experimentally. The experimental results exhibit a low bit error rate of 0.47% and a high recognition precision of 98.58% throughout the entire data transmission process. By employing such an ingenious strategy, this work holds promising prospects for enriching ultra-long-distance structured light communication in the future.
orbital angular momentum coherent beam combining free-space optical communication bit error rate 
Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036003
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 长春工程学院 电气与信息工程学院,长春 130012
2 长春工程学院 机电工程学院,长春 130012
为改进脉冲位置调制方式的性能,结合差分脉冲位置调制和多脉冲位置调制的优势,提出一种新型差分脉冲位置调制方式。在给出其符号结构的基础上,分析了其传输容量、带宽需求和功率需求,推导出Gamma-Gamma湍流信道下自由空间光通信系统的平均误时隙率和误包率模型,仿真分析了湍流强度、传输距离和调制阶数对该系统性能的影响,并将其与开关键控和三种脉冲位置调制方式进行比较。理论分析与仿真结果表明,新型差分脉冲调制方式比单脉冲位置调制、差分脉冲位置调制和多脉冲位置调制具有更高的传输容量,比单脉冲位置调制和差分脉冲位置调制具有更低的带宽需求,比多脉冲位置调制和开关键控具有更高的功率利用率和更好的差错性能,而且不需要符号同步,可以简化系统实现的复杂度。
光通信 自由空间光通信 脉冲位置调制 大气湍流 误时隙率 误包率 Optical communications Free space optical communication Pulse position modulation Atmospheric turbulence Slot error rate Packet error rate 
光子学报
2023, 52(11): 1106002
作者单位
摘要
西安理工大学自动化与信息工程学院,西安市无线光通信与网络研究重点实验室,陕西 西安 710048
考虑大气湍流及电解调模块相位噪声对光通信系统性能的影响,基于低密度奇偶校验(LDPC)编码设计了一种自适应概率整形(PS)的实用自由空间光通信编码调制方案,实现以比特度量解码速率为目标函数的速率自适应,采用启发式算法求解M元正交幅度调制(M-QAM)信号星座点概率质量函数(PMF)分布的最优问题。结果表明:在弱湍流与相位噪声的联合影响下,概率整形正交幅度调制(PS-16-QAM)在最优概率分布下的比特度量解码速率比均匀分布16-QAM下更逼近香农容量。当湍流强度一定时,相位噪声增大对低信噪比下选取的PS分布影响更大,当前向纠错译码前的误码率为10-2时,提出的PS方案与均匀分布编码调制系统相比最高可获得4.8 dB的整形增益。
光通信 自由空间光通信 湍流衰落 相位噪声 概率整形 速率自适应 
光学学报
2023, 43(24): 2406004
Author Affiliations
Abstract
1 Nanjing University, College of Engineering and Applied Sciences, and Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, School of Electronic Science and Engineering, School of Physics, National Laboratory of Solid State Microstructures, Nanjing, China
2 Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Beijing, China
3 Xin Lian Technology Co., Ltd., Huzhou, China
Free-space optical communication (FSO) can achieve fast, secure, and license-free communication without physical cables, providing a cost-effective, energy-efficient, and flexible solution when fiber connection is unavailable. To achieve FSO on demand, portable FSO devices are essential for flexible and fast deployment, where the key is achieving compact structure and plug-and-play operation. Here, we develop a miniaturized FSO system and realize 9.16 Gbps FSO in a 1 km link, using commercial single-mode-fiber-coupled optical transceiver modules without optical amplification. Fully automatic four-stage acquisition, pointing, and tracking systems are developed, which control the tracking error within 3 μrad, resulting in an average link loss of 13.7 dB. It is the key for removing optical amplification; hence FSO is achieved with direct use of commercial transceiver modules in a bidirectional way. Each FSO device is within an overall size of 45 cm × 40 cm × 35 cm, and 9.5 kg weight, with power consumption of ∼10 W. The optical link up to 4 km is tested with average loss of 18 dB, limited by the foggy test environment. With better weather conditions and optical amplification, longer FSO can be expected. Such a portable and automatic FSO system will produce massive applications of field-deployable high-speed wireless communication in the future.
free-space optical communication acquisition, pointing, and tracking system field-deployable system 
Advanced Photonics Nexus
2023, 2(6): 065001
作者单位
摘要
1 重庆理工大学电气与电子工程学院,重庆 400054
2 重庆理工大学期刊社,重庆 400054
针对非对称协作自由空间光通信系统中信道条件得不到充分利用以及高阶调制导致的数据可靠性恶化问题,提出了一种分层调制联合物理层网络编码方案。该方案首先在信源节点处对待发送信息进行数据优先级划分,并给不同优先级的数据分配不同比例的发射功率;然后将调制后的数据发送至各个节点,并在中继节点处对接收到的数据进行物理层网络编码;最后中继节点将编码后的信息发送至目的节点,目的节点利用物理层网络编码方案恢复出原始信息。仿真结果表明,在高信噪比信道中,系统误码率可下降至10-8以下;在强大气湍流信道中,使用该方案系统至少可获得1.5 dB的信噪比增益。该方案对强大气湍流信道表现出更好的抗干扰性能。
光纤光学与光通信 协作自由空间光通信系统 数据优先级 分层调制 物理层网络编码 强湍流 
激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1706001

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