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空间相干光通信中本振光功率对信噪比的影响

红外与激光工程 2016年第2期45卷 234-239页

作者：孔英秀柯熙政杨媛西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048 西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

为研究空间相干光通信的信噪比受本振光功率、探测器特性和光波偏振态的影响,对探测器在不同工作状态下以及光波偏振态变化时的信噪比进行了研究,讨论了在不同工作状态下探测器特性参数和本振光功率对信噪比的影响,并通过实验验证了本... 详细信息

为研究空间相干光通信的信噪比受本振光功率、探测器特性和光波偏振态的影响,对探测器在不同工作状态下以及光波偏振态变化时的信噪比进行了研究,讨论了在不同工作状态下探测器特性参数和本振光功率对信噪比的影响,并通过实验验证了本振光功率和光波偏振态对信噪比的影响。结果证明空间相干光通信中探测器特性参数限制了本振光功率的取值,实际最大信噪比小于理论值,最佳本振光功率大于理论值,且两光束的偏振方向越接近,输出信噪比越大,最佳本振光功率越小。

关键词：空间相干光通信外差探测信噪比偏振控制本振光功率

大气湍流下带有跟踪误差的空间相干光通信性能分析

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光子学报 2015年第8期44卷 50-55页

作者：南航张鹏佟首峰陈纯毅长春理工大学光电工程学院长春130022 长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程中心长春130022 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室长春130022

在星地链路的空间相干光通信系统中,大气湍流、跟踪误差会影响系统的混频效率和误码率.根据混频效率公式分别推导了大气湍流强度和跟踪误差与系统混频效率的关系并进行仿真计算.计算结果表明,混频效率随跟踪误差和大气湍流强度的增加而... 详细信息

在星地链路的空间相干光通信系统中,大气湍流、跟踪误差会影响系统的混频效率和误码率.根据混频效率公式分别推导了大气湍流强度和跟踪误差与系统混频效率的关系并进行仿真计算.计算结果表明,混频效率随跟踪误差和大气湍流强度的增加而降低,其中当跟踪误差大于12μrad或湍流强度超过10-16时,混频效率趋近零.建立了大气湍流下带跟踪误差的光混频效率及误码率的数学模型,并计算了不同情况下的混频效率.在跟踪误差小于2μrad时大气湍流是混频效率的主要影响因素,当跟踪误差继续增大时跟踪误差起主导作用.根据传统相干光通信系统参量取值估算得最大混频效率约为67.8%,当误码率为10-9时系统接收灵敏度为17photon/bit.

关键词：空间相干光通信混频效率跟踪误差大气湍流误码率

空间相干光通信中基于DSP的多普勒频移补偿技术

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重庆邮电大学学报（自然科学版） 2011年第4期23卷 389-393页

作者：向劲松潘乐春张苗苗张孝雷重庆邮电大学光纤通信技术重点实验室重庆400065

目前通常采用光锁相环(optical phase-locked loop,OPLL)完成空间相干光通信中的相位同步。针对光锁相环性能受空间通信终端间多普勒频移影响的不足,采用基于数字信号处理(digital singnal procesor,DSP)的开环方法补偿多普勒频移,并将... 详细信息

目前通常采用光锁相环(optical phase-locked loop,OPLL)完成空间相干光通信中的相位同步。针对光锁相环性能受空间通信终端间多普勒频移影响的不足,采用基于数字信号处理(digital singnal procesor,DSP)的开环方法补偿多普勒频移,并将开环补偿方法应用于一种递推解调系统中,根据前一时刻的数据信息进行后一时刻的数据解调。仿真结果表明:采用基于DSP的开环补偿方法可以补偿多普勒频移,使空间相干光通信系统不使用光锁相环,且性能接近多普勒频移被完全补偿的理想状态。

关键词：空间相干光通信多普勒频移频偏估计 DSP开环补偿

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空间相干光通信中平衡探测技术研究

空间相干光通信中平衡探测技术研究

作者：石倩芸武汉大学

学位级别：硕士

空间相干光通信具有调制方式多样、探测灵敏度高、波长选择性强、保密性能好等优点,是实现未来远距离、高可靠空间光通信的重要手段。本振激光的相对强度噪声(RIN)和大气信道都是影响系统通信性能的重要因素,在实际工程系统中都必须予... 详细信息

空间相干光通信具有调制方式多样、探测灵敏度高、波长选择性强、保密性能好等优点,是实现未来远距离、高可靠空间光通信的重要手段。本振激光的相对强度噪声(RIN)和大气信道都是影响系统通信性能的重要因素,在实际工程系统中都必须予以考虑。平衡探测技术可以实现RIN噪声的抑制,改善系统的通信性能。指数韦伯(EW)信道下带跟瞄误差的信道特性有助于研究平衡探测在大气信道下的中断概率和误码率特性,能对实际工程起到指导作用。本文首先根据空间相干光通信与大气信道的基本原理,给出了空间相干光通信系统的基本结构与EW模型下大气信道对信号光的衰减模型。分析了路径损耗、跟瞄误差和大气湍流的原理,并给出了这三者综合作用下概率密度分布函数的闭合表达式,为后续研究奠定了理论基础。其次,系统介绍了二进制相位调制(BPSK)与平衡探测的基本原理,对平衡探测进行了理论分析与实验研究。理论分析了平衡探测相对单管探测的优势,采用平衡探测能够有效地抑制RIN噪声。讨论了平衡失配与本振光强对相干光通信性能的影响,平衡失配会带来平衡探测性能的下降,选择合适的本振光强能够改善平衡探测的性能。还搭建了基于光纤的相干光通信实验平台,并对实验室自研5Gbps平衡探测器进行了测试与实验研究。测试表明平衡探测器的信噪比优于29dB,具有良好的平衡一致性;平衡探测器的通信眼图与实时波形图性能良好,表明其用于相干光通信的可行性。实验验证了实现相干探测所需的信号光功率不仅会随着通信速率的增加而增加,还会随着本振光功率的增加先减小后增加。最后,结合平衡探测的性质,给出了大气信道下相干光通信的中断概率和误码率的闭合表达式。并对公式进行了数值分析,研究了湍流强度、接收孔径、抖动偏差、光束半径和调制方式对系统通信性能的影响。结果表明:系统的通信性能随着湍流强度的增加而下降,随着电信噪比的增加而增加;跟瞄误差会带来系统通信性能的下降,减小抖动偏差有利于改善系统的通信性能;当系统的光束半径较大且跟瞄精度优越时,通过适当减小光束半径可以改善带跟瞄误差系统的通信性能;增加接收孔径有利于降低几何损耗并缓解湍流作用,能够改善系统的通信性能;在相同接收孔径与湍流强度下,BPSK调制的通信性能优于DPSK调制,PSK调制的通信性能随着相位调制阶数的增加而下降。

关键词：空间相干光通信平衡探测大气信道指数韦伯模型跟瞄误差

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空间相干光通信的相位匹配研究

空间相干光通信的相位匹配研究

作者：陈莫中国科学院研究生院(光电技术研究所)

学位级别：硕士

近十几年以来,随着对地观测卫星、遥感卫星的广泛应用,卫星所获取的大量观测数据需要及时、快速地传回地面。而近地轨道卫星在境内的可通信时间短,境外设站又受到多种限制,需要建立实时、高速的通信链路。传统的无线微波通信传输速率慢... 详细信息

近十几年以来,随着对地观测卫星、遥感卫星的广泛应用,卫星所获取的大量观测数据需要及时、快速地传回地面。而近地轨道卫星在境内的可通信时间短,境外设站又受到多种限制,需要建立实时、高速的通信链路。传统的无线微波通信传输速率慢,抗干扰能力差,已经难以满足卫星通信的需求。此外,对于一些较为敏感的数据信息传输,无线微波通信的安全性难以保证。海量数据的实时、安全传输,已经成为卫星通信发展的瓶颈。空间光通信是指以光信号为信息载体、地球大气或太空自由空间作为传输信道的通信方式。与传统的无线微波通信方式相比,自由空间光通信具有通信频带宽、信息容量大、抗干扰和抗截获能力强、体积质量小、功率低等优点。空间光通信根据其接收探测方式的不同可以分为直接探测和相干探测,直接探测的优点是结构简单,缺点是探测灵敏度相对较低。而相干探测以其探测灵敏度高等突出优点备受人们关注,是一种更加具有发展潜力的探测模式。空间光通信的发展,主要受制于大气信道对传输光束的严重的影响。大气链路对传输光束相位波前的影响主要体现在两个方面,一是造成信号光和本振光之间的相位出现随机piston平移误差,二是造成信号光波前相位严重畸变。这两方面的影响使得相干探测的混频效率极低,严重制约了空间相干通信的应用。针对随机相位piston误差,采用对本振光的相位进行调制的方式可以很好的解决信号光与本振光相位不同步的问题。对于波前相位畸变误差,采用自适应光学(AO)技术与其他波前相位补偿技术相结合的方式进行补偿。针对光纤相干探测和空间相干探测两种不同方式,AO技术的作用方式会有所不同。对于光纤相干探测,AO技术的主要作用在于提高系统光纤耦合效率。试验中经过AO技术补偿波前相位畸变之后,单模光纤(SMF)的耦合效率由1.3%提高到46.1%,5Gbps空间BPSK相干通信链路稳定建立,误码率小于10-9。对于基于空间探测中单的相干光通信系统,AO系统的主要作用是提高相干混频效率。经过AO技术补偿之后,混频效率由1%以下提高到30%。更进一步,采用空间滤波技术补偿更高阶的波前相位畸变之后,混频效率提高到70%。全文通过理论、仿真、实验等方面证实:采用AO技术与其他相位补偿方法相结合的方式,可以在中湍流情况下建立起高速、安全、稳定的空间相干光通信链路。全文所开展的研究工作是对大气链路下的相干光通信系统实用化有益的探索研究,将对空间相干光通信技术的应用具有一定的推动作用。

关键词：自适应光学空间相干光通信相位匹配大气湍流单模光纤耦合

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大气湍流对空间相干光通信的影响研究

激光与光电子学进展 2015年第8期52卷 89-95页

作者：孔英秀柯熙政杨媛西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048 西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

光外差探测效率不仅与大气湍流有关,还与信号光及本振光在探测器光敏面上的分布特性有。对不同光场分布下大气湍流对外差效率的影响进行了分析对比,讨论了湍流影响下外差效率随探测器半径的变化关系。结果表明:当信号光和本振光为Airy+G... 详细信息

光外差探测效率不仅与大气湍流有关,还与信号光及本振光在探测器光敏面上的分布特性有。对不同光场分布下大气湍流对外差效率的影响进行了分析对比,讨论了湍流影响下外差效率随探测器半径的变化关系。结果表明:当信号光和本振光为Airy+Gauss模型时,大气湍流对外差效率的影响最小,且外差效率达到最大值后不随探测器半径的增大而变化;Airy+平面波模型受湍流的影响最大,即使在弱湍流下外差效率下降也十分迅速,最大可下降95.13%。

关键词：光通信大气湍流外差效率光场分布空间相干光通信外差探测

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空间相干光通信原理及其关键技术研究

空间相干光通信原理及其关键技术研究

高速空间QPSK相干光通信接收机中时钟同步等模块的FPGA设计与实验验证

2015年（第七届）西部光子学学术会议

作者：孔英秀柯熙政杨媛西安理工大学自动化与信息工程学院

空间相干光通信在接收端采用外差探测技术,大大提高了对微弱光信号的探测灵敏度。但是,空间相干光通信受大气信道湍流效应的影响很大,严重时会使通信数据消失。本文提出了一种基于双平衡探测的空间相干光通信技术,对空间相干光通信系统... 详细信息

空间相干光通信在接收端采用外差探测技术,大大提高了对微弱光信号的探测灵敏度。但是,空间相干光通信受大气信道湍流效应的影响很大,严重时会使通信数据消失。本文提出了一种基于双平衡探测的空间相干光通信技术,对空间相干光通信系统的原理和组成进行了分析。重点研究了光波偏振控制和波前修正等关键技术,并进行了仿真实验研究。结果证明,当两光束的偏振方向大于600时,中频信号幅值下降60%,信噪比下降到0.1,比特误码率增加107倍;当湍流引起的波前相位严重畸变时,两光束的相干性遭到破坏,失去了外差探测的优越性。

关键词：空间相干光通信外差探测偏振控制湍流效应波前修正

来源： cnki会议评论

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高速空间QPSK相干光通信接收机中时钟同步等模块的FPGA设计与实验...

作者：鹿迅北京邮电大学

学位级别：硕士

空间激光通信具有高速率、大带宽、强抗电磁干扰能力等优点,是空间通信领域的研究热点之一。基于数字信号处理的数字相干光通信技术凭借其灵敏度高、信道容量大、频谱效率高以及可使用数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)算法... 详细信息

空间激光通信具有高速率、大带宽、强抗电磁干扰能力等优点,是空间通信领域的研究热点之一。基于数字信号处理的数字相干光通信技术凭借其灵敏度高、信道容量大、频谱效率高以及可使用数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)算法补偿多种信道损伤等优点,成为空间光通信领域的关键技术之一。但是目前针对空间信道特性的实时DSP算法研究较少,因此基于传统光纤信道DSP算法,设计实现复杂度低、易于FPGA实现的面向空间光通信的实时DSP算法具有研究价值。本文主要围绕QPSK空间光通信系统数字相干接收机的实时DSP算法设计与实现展开,主要研究内容如下。(1)搭建了 1.25GBaud QPSK空间相干光通信系统实验平台,针对平台中线缆和PCB布线非严格等长等原因造成的IQ两路相对延时问题,设计并实现了一种基于伪随机二进制序列的接收机多通路数据对齐算法。基于Stratix-V-5SGXMA7K2F40C3芯片的实现综合结果表示,所设计算法资源占用2%,最大时钟约束频率可达179.37MHz。1.25GBuad QPSK空间相干光通信在线实验表明,所设计模块可实现IQ两路对齐功能。(2)针对传统的格拉姆-施密特(Gram-Schmidt Orthogonalization Procedure,GSOP)算法中乘法与开根号运算复杂度过高的问题,设计了一种简化GSOP正交化算法,减少了 33%的乘法器并避免了开根号的计算。离线实验结果表明,所提算法相比于传统算法性能只降低1dB左右。1.25GBuad QPSK空间相干光通信在线实验结果表明,弱湍流情况下所提算法接收机灵敏度能够达到-32dBm@1E-3,与其离线验证性能相仿。(3)针对传统的并行时钟同步算法中独立数控振荡器(Numerical Control Oscillator,NCO)在硬件实现中的实时性满足不了 1.25GBaud系统的高速数据处理要求,本文提出了一种基于共享NCO的并行时钟同步算法。基于Stratix-V-5SGXMA7K2F40C3芯片的实现综合结果表示,所设计算法最大时钟约束频率可达166.28MHz,能够满足1.25GBaud系统的156.25MHz时序要求。离线实验结果表明,所提算法相比于传统算法资源节省30%,接收机灵敏度只劣化1dB左右。1.25GBuad QPSK空间相干光通信在线实验结果表明,弱湍流情况下所提算法接收机灵敏度能够达到-32dBm@1E-3,与其离线验证性能相仿。

关键词：空间相干光通信数字相干接收机 FPGA IQ不平衡补偿时钟同步

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激光器线宽对空间相干光通信系统性能的影响

仪器仪表学报 2017年第7期38卷 1668-1674页

作者：孔英秀柯熙政杨媛西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048 西安工业大学光电工程学院西安710021

空间相干光通信系统的信噪比受激光器线宽的影响很大。对比分析了两光束到达平衡探测器光敏面的时间差τ_d和探测器特性参数不同时,激光器线宽对外差探测输出信噪比的影响。理论分析和实验结果表明,激光器线宽展宽引起差频信号带宽增大... 详细信息

空间相干光通信系统的信噪比受激光器线宽的影响很大。对比分析了两光束到达平衡探测器光敏面的时间差τ_d和探测器特性参数不同时,激光器线宽对外差探测输出信噪比的影响。理论分析和实验结果表明,激光器线宽展宽引起差频信号带宽增大与τ_d无关。当差频信号带宽增大2.673倍时,输出信噪比减小0.369 2倍,约等于1/2.673。增大探测器的内增益、响应度和响应带宽,可以减缓信噪比随激光器线宽增大而减小的速度,但内增益和响应带宽过大,相应的噪声信号也越强,反而不利于信噪比的提高。

关键词：空间相干光通信激光器线宽外差探测信噪比相干时间