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
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
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
介绍了无线通信和涡旋电磁波的基本概念及相关技术，详细回顾了近年来基于涡旋电磁波的无线通信技术实验研究进展，包括微波涡旋电磁波通信、太赫兹涡旋电磁波通信、中红外涡旋电磁波通信、近红外涡旋电磁波通信和可见光涡旋电磁波通信等。同时，介绍了卫星涡旋激光通信技术的理论研究进展以及拓展结构光（如贝塞尔光和矢量光等）通信在抵抗障碍物和湍流影响方面的实验研究进展。最后也讨论了涡旋电磁波无线通信技术的挑战与展望。多频段和多维度融合的涡旋电磁波及拓展结构化电磁波，可以为多场景、跨尺度、大容量、远距离、高鲁棒性的无线通信提供潜在解决方案，也有望应用于未来卫星通信中。
无线通信 自由空间光通信 轨道角动量 涡旋电磁波 结构化电磁波 卫星通信 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706001
重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065
【目的】针对自由空间光（FSO）链路和射频（RF）链路的保密信息容易被外部窃听者窃听的问题，为提升混合RF/FSO通信系统的保密性能，同时考虑到实际工程中FSO链路往往无法满足视距条件且不同天线分支之间会由于收发模块小型化产生相关性，需要对可重构智能表面（RIS）辅助的混合RF/FSO系统的安全性能进行研究，以得到系统安全性能与RIS部署位置和天线相关性程度等参数的关系。
【方法】文章考虑单个窃听者，分别针对RF和FSO链路进行窃听，RF链路服从任意相关的Nakagami-m分布，FSO链路服从Gamma-Gamma分布。采用解码转发协议，推导得到了两种窃听场景下通信系统的安全中断概率（SOP）和严格正安全容量概率（SPSC）的闭合表达式，并对SOP进行了渐近分析。此外还利用Matlab软件进行了仿真实验，通过蒙特卡洛仿真来验证所推导公式的准确性。
【结果】仿真结果表明，将RIS部署在靠近接收端的位置可以降低系统的SOP，RF主信道的信道质量与窃听信道相比较好时，天线相关性程度的增加会使系统的SOP上升。
【结论】RIS辅助的FSO链路相比RF链路具有更好的安全性，虽然多天线分集技术能够有效提高系统的安全性能，但是类似指向误差和大气湍流引起的衰落，天线相关性也会对系统的安全性能造成损害，通过降低天线相关性程度能有效提升系统的安全性。
光通信 混合射频/自由空间光通信系统 可重构智能表面 天线相关性 物理层安全 optical communications mixed RF/FSO communication system RIS antenna correlation physical layer security 光通信研究
2024, 50(2): 22005601
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
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
重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065
针对自由空间光(FSO)链路视距受限问题，提出了一种光智能反射面（OIRS）辅助的混合FSO/射频(RF)系统，介绍了系统模型。OIRS用于解决障碍物遮挡问题，其辅助的FSO链路服从几何和抖动误差下的Malaga分布，RF链路服从任意相关的Nakagami-m分布，并在目的节点采用等增益合并接收技术。推导了混合FSO/RF系统的中断概率、平均误码率的闭合表达式，并对中断概率进行渐近分析。仿真结果表明：OIRS辅助的混合FSO/RF系统中断和误码性能取决于质量更差的一条信道，二进制相移键控调制误码性能优于二进制频移键控调制。
智能反射面 自由空间光通信 混合双跳系统 性能分析 intelligent reflecting surface, free space optical
光子学报
2023, 52(11): 1106002
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
华东师范大学 通信与电子工程学院，上海 200241
针对自由空间光（FSO）通信系统易受大气湍流效应影响的问题，为降低系统在饱和湍流情况下的误码率（BER），并且考虑到实际工程中需要在有限信噪比（SNR）下得到最大的分集增益，需要对系统的分集性能进行研究，以得到分集增益与SNR和系统链路数量等参数的关系。文章选择采用多输入多输出（MIMO）技术，设计了基于正交振幅调制（QAM）的MIMO-FSO通信系统，分析了系统在负指数分布信道模型下的性能表现，推导出系统的BER计算公式与分集增益相关参数（如分集阶数（DO）、分集阶数增量（IDO）和收敛速度（SOC）等）的闭式表达式，并利用数学软件Matlab进行仿真实验，通过蒙特卡洛仿真来验证所推导公式的准确性。仿真结果表明，MIMO技术在不增加发射功率和接收孔径面积的情况下，可以大幅度降低FSO通信系统的BER，且在饱和湍流信道下，系统链路数量越多或湍流强度越低时，DO随SNR增长到理论最大值的速度越快。MIMO技术有效地抑制了大气湍流对系统的负面影响，大幅提高了系统性能。在条件允许的情况下，尽量使用多的发射机和接收机可以使得系统在有限SNR下获得的分集增益更高，但是也需要考虑到实际工程中的部署成本和安装难度来选择合适的链路数量。
自由空间光通信 正交振幅调制 多输入多输出技术 误码率 分集阶数 FSO communication QAM MIMO technology BER DO
