1 华能陇东能源有限责任公司，甘肃 庆阳 744500
2 西安热工研究院有限公司，西安 710000
3 西北电力设计院，西安 710000
【目的】由于数据中心网络的高速发展，对高速率、大容量数据中心光传输系统的性能研究也极为迫切，单载波400或600 Gbit/s传输将逐渐成为下一代通信网络主流的传输速率，当前人们对400 Gbit/s传输系统在数据中心网络中应用的研究较为广泛，而对600 Gbit/s传输系统的详细研究较少。
【方法】为了满足数据中心通信容量日益增长的需求，文章基于单载波600 Gbit/s速率下一代数据中心弹性光网络（EON）传输系统，对影响传输系统的传输距离和频谱利用效率问题进行了详细的理论分析和实验研究。
【结果】分析表明，单载波最大入纤光功率决定传输系统的最大传输距离，而传输系统的频谱利用效率与传输通道带宽有关，同时对单载波600 Gbit/s EON传输系统进行实验研究，实验通过对比不同入纤光功率与系统Q因子和纠前误码率的关系，以及不同通道数3 dB通道滤波带宽与系统Q因子的关系，证实系统传输距离和频谱利用效率分别与最佳入纤光功率和滤波带宽有关，并且实验表明，600 Gbit/s传输系统最佳单波入纤光功率和最佳滤波带宽分别为＋4 dBm和77 GHz，此时系统传输距离最远，频谱利用效率最高。并且在此实验数据下实现了600 Gbit/s传输系统48 h无误码长期稳定运行，这说明该入纤光功率和带宽可有效延长和提高600 Gbit/s通信系统的传输距离和频谱利用率。
【结论】对于600 Gbit/s速率EON传输系统存在一个最佳入纤功率和滤波带宽，使得系统在不引起明显光纤非线性代价和通道串扰情况下传输距离最远，带宽利用率最大，文章提出的600 Gbit/s传输系统最佳入纤光功率和滤波带宽对600 Gbit/s传输系统的工程建设具有非常有意义的参考作用。
高速通信 入纤功率 弹性光网络 频谱效率 high-speed communication incident power EON spectral efficiency 光通信研究
2024, 50(1): 22004101
大连海事大学信息科学技术学院，辽宁大连 106026
为了进一步提高频谱效率，在大规模多输入多输出(MIMO)系统中引入了非正交多址 (NOMA)，然而当基站与用户之间的信道较差时，这很难保证用户的频谱效率。为解决这一问题，探讨了基于智能反射表面(IRS)的大规模 MIMO-NOMA系统，来保证用户的频谱效率。具体地，首先考虑了 IRS辅助的大规模 MIMO-NOMA系统模型。然后根据簇头选择算法，为每个波束选择一个簇头来设计模拟预编码。之后，根据等效信道的相关性对用户进行分组，选择在每个波束中等效信道增益最强的用户来设计数字预编码。最后联合优化基站的功率分配和 IRS的相移矩阵，来保证用户频谱效率的公平性，即最大化最小频谱效率。仿真结果表明，与没采用 IRS的大规模 MIMO-NOMA系统相比，IRS辅助的大规模 MIMO-NOMA系统可显著改善最弱用户的频谱效率。
大规模 MIMO 非正交多址 智能反射表面 预编码 最大化最小频谱效率 massive MIMO Non-Orthogonal Multiple Access Intelligent Reflecting Surface precoding maximize the minimum spectral efficiency 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(7): 659
暨南大学信息科学技术学院，广东 广州 510632
为了提高水下光无线通信（UOWC）的频谱效率和功率效率，提出了一种基于多层非对称剪裁光正交频分复用（Layered-ACO-OFDM）的UOWC系统。该系统通过对子载波分层调制的方法，充分利用了传统非对称剪裁光正交频分复用（ACO-OFDM）中损失的频谱资源，极大地提高了光无线通信系统的频谱效率。此外，Layered-ACO-OFDM系统不需要加入直流偏置，故功率效率也得到了大大提升。考虑了可见光在海水中传输过程中的吸收和散射效应，建立了基于蒙特卡罗方法的UOWC信道模型，并较为全面地研究了海水中不同叶绿素浓度和不同接收机参数下的信道响应。结果表明，与传统ACO-OFDM相比，基于Layered-ACO-OFDM的UOWC系统具有频谱效率高的优势。同时，当信噪比为27 dB时，在清澈海水中其可以实现10 m距离下1 Gb/s的高速率通信。
激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2106005
大连海事大学 信息科学技术学院, 辽宁 大连 116026
针对可见光通信系统传输性能问题, 文章提出了一种无载波幅度相位(CAP)调制与数字脉冲间隔调制(DPIM)结合的混合调制方案。该方案分别利用两者频谱效率和功率效率较高的特点, 发送端在脉冲间隔调制的脉冲时隙加载直流偏置光CAP(DCO-CAP)信号, 实现混合调制信号的并行生成, 接收端通过门限检测和最大似然检测完成混合调制信号的串行解调。推导了室内可见光高斯信道下混合调制方案的误码率(BER)及误帧率(FER)解析表达式。此外, 从频谱效率和FER两方面对比分析了该混合调制方案与传统DPIM及DCO-CAP方案的性能优劣。数值仿真结果表明: 当频谱效率相同时, 混合调制方案较单一调制有更高的可靠性。
可见光通信 无载波幅度相位调制 脉冲间隔调制 误帧率 频谱效率 VLC CAP modulation pulse interval modulation FER spectral efficiency
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing Key Laboratory of Space-Ground Interconnection and Convergence, School of Information and Communication Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
2 Institute of Electronic and Information Industry, China Center for Information Industry Development, Beijing 100876, China
3 Department of Electronic Engineering, College of Information Science and Technology, Jinan University, Guangzhou 510632, China
This paper proposes a hybrid layered asymmetrically clipped optical (HLACO) single-carrier frequency-division multiplexing (SCFDM) scheme for dimmable visible light communication. It designs a signal structure that combines layered asymmetrically clipped optical (LACO)-SCFDM and negative LACO-SCFDM in proportion for improving the inherent weaknesses of orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM)-based dimmable schemes and further enhancing the system performance. Compared to the HLACO-OFDM-based dimming scheme, it obtains a lower bit error ratio and enables efficient communication over broader dimming range. Its spectral efficiency realizes 2.875 bit·s-1·Hz-1 within the dimming range of 30%–70%, and the attainable average spectral efficiency gains exceed at least 19.21% compared to other traditional dimmable schemes.
dimming control single-carrier frequency-division multiplexing visible light communication spectral efficiency complexity Chinese Optics Letters
2021, 19(4): 040601
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
基于未对准衰落(即指向误差)和Malaga湍流分布的联合概率密度函数,采用Meijer G函数推导自适应多进制相移键控(MPSK)调制系统的平均误比特率和中断概率渐近表达式。接收机半径一定时,通过调整光束束腰半径和抖动标准差参数值,可获得系统最优误比特率。当束腰半径与接收机半径之比wz/a=10且抖动标准差与接收机半径之比σs/a=1.5时,非自适应二进制相移键控(BPSK)系统平均误比特率曲线下降最快;而wz/a=5,σs/a=1.5时,自适应MPSK系统频谱效率和平均误比特率均达到最优。当未对准衰落一定且平均电信噪比较小时,自适应系统平均误比特率和中断概率主要受未对准衰落影响,但随着平均电信噪比的增加,受湍流的影响增大。
光通信 无线光通信 Malaga湍流 未对准衰落 自适应调制 频谱效率 平均误比特率 光学学报
2020, 40(22): 2206004
Author Affiliations
Abstract
Electrical and Computer Engineering Department, University at Albany, New York 12222, USA
A plethora of physical-layer techniques aim to enhance the performance of communication systems in several ways. Spectral efficiency and security are on the top of the list of enhancements; however, both are isolated and antagonistic islands of research. Augmented communication (ACom) is introduced in this Letter as the first technique that aims to combine these two enhancements in visible light communications (VLCs). The dividends of the proposed concept are demonstrated via simulations and the performance is experimentally validated. Results show that ACom can simultaneously provide the high spectral efficiency and the resistance to eavesdropping, while introducing minimal signal-to-noise ratio penalties.
augmented communications orthogonal frequency division multiplexing spectral efficiency physical layer security visible light communications Chinese Optics Letters
2020, 18(9): 090601
兰州理工大学 计算机与通信学院, 兰州 730050
针对现有光空间脉冲位置调制频谱效率低、激光器利用率不高等问题, 将分层技术与空间脉冲位置幅度调制相结合, 提出了一种适合于大气激光通信的多层空间脉冲位置幅度调制方案.通过 额外增加少量几个激光器构成多层结构, 并通过脉冲位置幅度调制中的脉冲位置携带比特信息, 不同层通过脉冲幅度得到区分.介绍了系统中层映射、空间脉冲位置幅度映射及其逆映射的原理, 并 推导出该方案的误码率表达式.利用蒙特卡洛仿真方法进一步验证了该方案的正确性, 并与传统空间调制系统的性能进行了对比.结果表明: 与传统光空间调制系统相比, 所提方案提高了系统的频 谱效率, 且所用激光器数目更少.在传输比特相同的条件下, 相对于(32,4,128)-空间脉冲位置调制系统, (9,4,8,2)-多层空间脉冲位置幅度调制系统的频谱效率提高了16倍, 当误码率为10－3时, 其信噪比改善了约1 dB, 且所用激光器数目不到前者的1/3.其中, 括号中的参数分别表示激光器数目、探测器数目、采用调制方式的阶数及层数, 层数为1时忽略.
大气激光通信 多层光空间调制 脉冲位置幅度调制 频谱效率 误码率 Atmospheric laser communications Multi-layer optical spatial modulation Pulse position amplitude modulation Spectral efficiency Bit error rate
兰州理工大学 计算机与通信学院, 甘肃 兰州 730050
超奈奎斯特传输理论与调制技术相结合, 可有效提高系统的频谱效率。本文将超奈奎斯特理论引入大气激光通信系统, 构建了一种适合于log-normal湍流信道的超奈奎斯特光传输系统, 推导了QPSK调制方式下超奈奎斯特大气光传输系统平均误码率的表达式, 利用蒙特卡洛仿真进一步分析了该系统的误码性能及频谱效率。结果表明: 采用超奈奎斯特技术方案可以较大幅度提升大气光传输系统的频谱效率, 当SNR为18 dB, S.I.为0.4时其频谱效率可以达到1.7 Baud/Hz, 而未采用超奈奎斯特技术时只有1.56 Baud/Hz。另一方面, 大气湍流对超奈奎斯特系统误码性能的影响较明显, 当S.I.为0.4, BER为3.8×10-3时, 信噪比恶化了约1 dB。相对于频谱效率的提升, 误码性能的恶化是能够接受的。因此, 可以将FTN技术引入大气光传输系统来提高系统的频谱效率。
超奈奎斯特 log-normal湍流信道 大气激光通信 误码率性能 频谱效率 faster-than-Nyquist log-normal turbulence channel atmospheric laser communications bit error rate performanc spectral efficiency
兰州理工大学 计算机与通信学院, 甘肃 兰州 730050
相对于传统的光空间调制, 光广义空间调制在传输速率和频谱效率上虽然有了较大的提升, 但其误码性能不够理想。本文利用脉冲位置调制(PPM)和脉冲幅度调制(PAM), 通过每次同时激活两个激光器而提出了一种双空间调制(DSM)。采用联合界技术推导出了DSM的误码率理论上界, 分析了其频谱效率、传输速率和复杂度的影响因素, 并与已有光空间调制的性能进行了对比。仿真结果表明: DSM不仅提升了系统的频谱效率和传输速率, 而且有效地改善了系统的误码性能。在相同的传输速率下, 当误码率为1×10－3时, 相对于(4, 4)-8PPM SPPM 和(3, 4)-4PPM GSPPM方案, (3, 4)-8PPM-2PAM DSM的信噪比分别改善了约2.5 dB和6 dB, 频谱效率分别提高了2.335 bits/(s·Hz)和0375 bits/(s·Hz)。DSM方案为未来大气激光通信传输速率的提高提供了一种有效手段。
激光通信 双空间调制 脉冲幅度调制 脉冲位置调制 传输速率 频谱效率 laser communication double spatial modulation pulse amplitude modulation pulse position modulation transmission rate spectral efficiency
