专题:自由空间光通信

• 基于注意力机制WGAN-GP的可见光指纹定位方法

  马芊慧;王旭东;吴楠;曲佳;

  为减少可见光指纹定位在指纹建库中的人力物力消耗并提升传统数据增强算法的全局感知能力，提出基于注意力机制Wasserstein GAN-梯度惩罚（GP）项的可见光指纹定位方法。该方法在生成器和判别器中嵌入多头自注意力模块，对指纹空间分布特征进行增强，并引入GP项以解决模式坍塌问题；采用发光二极管（LED）的光强信号作为特征构建指纹数据库，利用增强后数据训练轻量化网络实现位置估计。仿真实验表明：所提模型生成数据质量较传统GAN显著提高；在5 m×5 m×3 m的室内场景下，实测定位误差可达6～8 cm。

  2026年01期 v.50;No.352 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 1872K]
  

• 基于VLC的光互连关键技术研究

  潘云龙;周盈君;迟楠;

  为了应对数据中心与芯片间高速、低功耗互连的迫切需求，系统介绍了基于可见光通信（VLC）的光互连关键技术，重点分析了3类典型系统：基于激光器（LD）的50通道波分复用（WDM）系统，基于4通道Micro-发光二极管（LED）的芯片互连系统，以及基于304通道高密度Micro-LED阵列的互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容系统。分析结果表明：LD-WDM系统通过多波长复用传输，实现了519.21 Gb/s的总速率，适用于中长距离数据中心互连；Micro-LED系统在低功耗（<1 pJ/bit）下展现出优异性能，其中4通道系统支持15.05 Gb/s,304通道系统总带宽超过1 Tb/s，适用于短距离、高密度芯片间通信。最后，展望了VLC光互连技术在多场景融合、新器件与新架构等方面的发展方向。

  2026年01期 v.50;No.352 10-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 1302K]
  

• 混合衰落环境SIMO-UWOC系统选择性合并分集误码性能分析

  朱家彬;李岳衡;居美艳;吕勇;黄平;王媛;任杰;

  为提升水下无线光通信系统在复杂海洋衰落环境中的误码率性能，构建了一个综合考虑广义Gamma分布海洋湍流、零视轴指向误差及Elamassie路径损耗的单入多出-水下无线光通信（SIMO-UWOC）系统，研究该系统选择性合并（SC）分集误码性能，并基于Meijer-G函数与多变量Fox-H函数推导出系统平均误码率的理论闭型表达式，通过蒙特卡洛仿真验证其正确性。仿真结果表明：相比单入单出（SISO）-UWOC系统，采用SC分集的SIMO-UWOC系统能显著提升误码性能与传输距离；在误码率为10~(-6)时，分集阶数为2、3、4对应的传输距离较SISO-UWOC系统分别提升126.5%、179.4%和203%，且性能随接收孔径增大及指向误差抖动减小而持续改善。

  2026年01期 v.50;No.352 15-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 1561K]
  

• 基于时分复用-曼彻斯特编码的水下无线光通信系统设计

  顾韩彬;周田华;范婷威;胡谷雨;刘继桥;张大伟;曾令楠;

  为解决水下无线光通信系统中信号起伏对解调造成的干扰以及大功率激光二极管（LD）带宽受限的问题，设计一种基于时分复用与曼彻斯特编码的水下无线光通信系统，并通过在搭载高功率LD与高灵敏光电探测器（PD）的通信系统中开展对比实验，分析了有无时分复用结合的曼彻斯特编码在信号质量、误码率方面的差异。实验结果表明：采用该系统可在等效100 m传输距离下实现50 Mb/s的通信速率，平均误码率降至9.509×10~(-5)，相较于无复用系统提升约一个数量级，显著提升了系统的传输可靠性。

  2026年01期 v.50;No.352 22-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 1193K]
  

• RF-UWOC双跳DF中继系统中断性能研究

  郭萌;李岳衡;郝博学;吕勇;居美艳;

  针对复合衰落信道下的射频-水下无线光通信（RF-UWOC）混合双跳中继系统中断性能，提出一种基于解码-转发（DF）协议的RF-UWOC混合双跳中继系统。通过分别构建RF链路的广义K衰落-大气损耗复合模型及UWOC链路的广义Gamma湍流-水下路径损耗-指向误差复合模型，推导了系统在DF协议下分别采用强度调制/直接检测（IM/DD）与外差检测（HD）时的中断概率精确闭式解及高信噪比渐近表达式。理论分析与仿真结果表明：系统性能受RF链路衰落参数与传输距离、UWOC链路湍流强度、指向误差及传输距离等因素共同影响；高信噪比下系统渐近性能由各信道衰落参数的相对大小决定。在相同参数配置下，HD性能显著优于IM/DD。

  2026年01期 v.50;No.352 25-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1394K]
  

• 大气光通信链路综合仿真方法研究

  石卓灵;蒋大钢;牛梦晨;卜煜霖;

  为解决大气光通信链路性能仿真中接收过程建模不完善的问题，提出了一种大气光通信链路综合仿真方法。该方法以相位屏法模拟大气湍流与发射端跟踪误差对光束传输的影响，并进一步引入接收透镜聚焦模型与接收端跟踪误差，实现了从发射到探测器接收功率的全链路闭环仿真。仿真结果表明，基于探测器接收功率的性能评估结果与现有理论模型存在明显偏差，尤其在接收端跟踪误差作用下，焦平面功率起伏分布与理论预测显著不符。该综合仿真方法可为大气光通信链路的精确设计与性能理论验证提供有效支撑。

  2026年01期 v.50;No.352 33-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 1836K]
  

• 基于姿态检测与Sugeno模糊推理的速率自适应算法

  夏巍;荣凯;马驻;

  为解决水下湍流导致光束偏移、通信链路不稳定的问题，提出一种基于姿态检测与Sugeno模糊推理的速率自适应方法。通过MPU9250姿态传感器实时采集设备三维姿态数据，经差值运算得到相对角度偏差，并将其作为模糊控制器的输入变量，依据预设模糊规则动态匹配最优通信速率等级，实现收发两端速率同步调整。实验结果表明，该方法可在Y、Z轴偏移角度变化时自动切换通信速率（从460 800 b/s降至1 200 b/s），有效维持链路连通性，显著提升水下可见光通信的可靠性与鲁棒性。

  2026年01期 v.50;No.352 42-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 1237K]
  

• 一种基于哈特莱变换的低空UAV可见光高效传输系统

  张琳;罗文锋;叶林钧;张帆;郭晓;汤健;郑杰恒;

  为解决低空无人机系统高速数据传输中射频频谱资源受限的问题，提出了一种基于哈特莱变换（DHT）的低空无人驾驶空中航空器（UAV）可见光高效传输系统。该系统通过DHT实现实数域调制，无需传统离散傅里叶变换系统中的厄米特对称约束，从而提高了频谱利用率；设计了相应的系统结构与频域均衡方案，并推导了光域能量效率与有效频谱效率的理论表达式。仿真结果表明：与采用复数调制的传统光正交频分复用系统相比，所提系统在保持相同误码率和有效频谱效率性能的同时，可实现更高的频谱效率与传输速率。

  2026年01期 v.50;No.352 47-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 1517K]
  

• 基于CNN的自由空间光通信模式分集发射技术

  方志平;何易非;杨冬;谢远举;周光波;青廉;

  为提升自由空间光通信（FSO）的抗湍流干扰能力，提出一种基于卷积神经网络（CNN）的FSO模式分集发射（MDT-FSO）技术。该技术利用CNN实时分析湍流导致的轨道角动量模式功率分布，并动态优化发射信号。系统比较了选择性组合（SC）、等增益组合（EGC）和最大比值组合（MRC）3种方案。数值仿真结果表明:在强湍流条件下，SC-MDT方案使FSO系统的平均接收功率提高约4 dB，而MRC-MDT方案使FSO系统平均接收功率提升约5 dB。

  2026年01期 v.50;No.352 54-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 1399K]
  

光器件

• 基于薄膜铌酸锂调制器的相位式激光测距关键技术研究

  胡宇斌;周鹏威;张圣龙;吕扬帆;

  针对基于薄膜铌酸锂调制器的相位式激光测距系统精度缺少长期稳定性的问题，提出一种基于开方电路的偏压控制方案。首先，分析该调制器传输函数曲线漂移对测距系统精度造成干扰的原因；然后，根据该调制器的工作原理，设计基于开方电路的偏压控制模块，用于稳定该调制器的Quad点。同时，搭建用于验证偏压控制模块功能的测距系统，进行精度的稳定性测试。实验结果表明：在测距系统中未采用该偏压控制模块时，10 h后系统测量误差增加了3.11 mm，而采用该偏压控制模块后，系统测距精度较为稳定。

  2026年01期 v.50;No.352 59-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1286K]
  

• 硅基Sb₂Se₃相变材料非易失性电控光开关

  余闰;杨岚曌;牛磊;王荣平;吕业刚;徐培鹏;

  为解决硅基光子集成电路因热光/载流子效应调控机制导致的器件尺寸大、静态功耗高及易失性问题，设计了2种基于硅基Sb_2Se_3相变材料的非易失性电控光开关结构——非对称方向耦合器（ADC）与马赫-曾德尔干涉仪（MZI）。通过硅基PIN掺杂电热调制器调控Sb_2Se_3的晶态。实验结果表明：ADC光开关在1 550 nm波长下非晶态与晶态的串扰分别为-11dB和-22 dB，插入损耗约为0.4 dB与1 dB，耦合长度优化至23.65μm，结构紧凑且具备多级调控能力；MZI光开关的消光比超过14 dB，单次最大调控能耗仅为0.32 mJ，展现出良好的低功耗特性。

  2026年01期 v.50;No.352 65-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 1517K]
  

• 小型化高性能光子晶体分束集束融合设计

  冯俊杰;华昌洲;

  为克服光器件功能单一、传统出射光集束结构复杂与面积大的局限，基于二维三角晶格光子晶体波导，设计一种小型化高性能光子晶体分束集束器。该器件在结构中心引入耦合微腔实现分束功能，并在输出端两侧各设置2个微腔用于出射光集束。利用时域有限差分（FDTD）法仿真表明：通过调节中心微腔中2个介质柱半径R_1与R_2，可在总透射率不低于99%的条件下，实现直通、上下对称输出及三通道均分等多种分束比例；同时，输出端的微腔结构使光波在简化设计中获得约70μm的稳定辐射距离，且无旁瓣产生。

  2026年01期 v.50;No.352 72-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 1678K]
  

• 抗干扰与光波集束多功能复合可控光子晶体分束器

  刘锦浩;华昌洲;

  针对传统光子晶体器件功能单一、级联集成易导致尺寸增大与效率降低的问题，设计一种兼具抗干扰与光波集束功能复合可控光子晶体分束器。首先通过时域有限差分法分析光子晶体能带特性和光传输特性，进而在传输波导中引入菱形滤波腔、可调介质柱和喇叭形集束结构，最终实现了滤波、分束与集束的集成化设计。仿真结果表明：该分束器对工作波长1.448μm的光波透射率达99.5%，并能有效滤除杂波；通过调节分束路径前介质柱半径，可实现分束比例在1:1:1～2:2:1内的连续可控；输出端集束结构使光波辐射距离提升至56.5μm，较初始模型提高约5倍。

  2026年01期 v.50;No.352 77-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 1506K]
  

• 星载光纤放大器可靠性建模与优化

  胡韵俏;徐洁;余馨;张楚涵;李珏;黄泽龙;杨期森;郭长磊;

  为提高星载光纤放大器在空间环境下的长期工作可靠性，以双包层掺镱光纤放大器为例，综合运用可靠性框图（RBD）、失效模式与影响分析（FMEA）和故障树分析（FTA）方法，建立了系统可靠性模型，并开展冗余设计与可靠性分配优化。分析结果表明：无冗余单级放大器工作5 a末可靠度为0.57，采用冷备份双泵浦方案可提升至0.75，提升约31.6%；冗余设计使泵浦源失效率对系统可靠度的敏感程度降低68.7%；采用阿林斯分配法进行元件可靠性分配，使系统5 a末可靠度高于0.91，满足设计要求。

  2026年01期 v.50;No.352 82-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1400K]
  

光传感

• 基于光离子化的VOCs在线检测系统

  刘瑛;王恩红;李文;郭淇;周豪;

  针对目前挥发性有机物（VOCs）在线检测系统存在系统响应速度慢、灵敏度低、检测误差大等不足，设计了一种基于光离子化的VOCs在线检测系统。通过采用介质阻挡放电技术，设计了新型光腔和电离室结构，并基于光离子化原理，实现了对VOCs的快速检测。实验结果表明：2台样机的响应时间均不超过6 s，最大示值误差为2.913%FS，短期浓度最大偏差为0.352%，长期浓度最大偏差为0.772%。

  2026年01期 v.50;No.352 89-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1312K]
  

光网络

• 基于DSCM的数据中心光互连架构设计

  杨泽崇;刘逢清;

  为突破传统电交换在数据中心机架内面临的带宽与高时延瓶颈，设计一种基于数字子载波复用（DSCM）的数据中心光互连架构。该架构融合DSCM技术与光无源器件，构建以超级节点为核心的转发系统，通过子载波动态分配与光域无队列直通传输机制，实现服务器间高效通信。仿真结果表明：在均匀流量满载（ρ=1.0）时，所提架构端到端时延较传统电交换架构降低近3个数量级，始终低于0.03 ms，并实现99.62%的带宽利用率，吞吐量接近800 Gb/s的理论上限；在流量集中场景下，其丢包率仍趋近于零，展现出优异的稳定性。

  2026年01期 v.50;No.352 94-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1357K]
  

微波光子

• 高精度微波光子频率测量技术研究

  黄桂霞;李浩楠;李响;范志强;王云祥;邱琪;

  微波光子频率测量技术具备快速响应、大宽带和强抗干扰等优势。设计了一种基于频率-时间映射的高精度微波光子频率测量系统，系统主要包括线性调频（LFM）激光光源、微波信号强度调制光路、相干拍频与信号检测以及信号处理等模块。通过将待测信号与LFM光源进行外差拍频，实现频率到时间的精确映射，从而获取微波频率信息。分析了调谐速率、光源线性度、线宽及滤波器带宽等关键参数对测量精度的影响。研究结果表明：在光源线宽为0.1 MHz、调谐速率为1 GHz/μs、线性度为1×10~(-5)的条件下，系统在2～18 GHz频率范围内测量精度可达0.26 MHz。

  2026年01期 v.50;No.352 99-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1332K]
  

光传输

• 适用于OFDM光纤通信系统的时频双域概率整形方法的研究

  辛雅洁;杜建新;颜伟宸;

  为了提高16进制正交幅度调制（16QAM）网格编码调制（TCM）正交频分复用（OFDM）光纤通信系统的性能，并抑制其非线性损伤，提出一种基于级联哈夫曼分配器与比特级平行序列的时频双域概率整形（TF-PS）方法。该方法通过分层查找表（Hi-LUT）与级联标签加权求和匹配器（CLWSDM）实现低码率损失的概率整形，并引入基于标志取反的再整形策略以逼近最优分布；同时结合多维高阶星座点分配，将高概率比特映射至低功率星座点，以降低峰均功率比。基于Matlab与Optisystem的仿真结果表明，相较于无整形的系统，所提TF-PS方法使误符号率降低约4.5 dB，并获得0.752 b·s~(-1)·Hz~(-1)的非线性概率整形增益。

  2026年01期 v.50;No.352 104-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 1374K]
  

量子通信

• 星地云层信道连续变量量子密钥分发密钥率研究

  禹钧译;杨林峰;张振荣;刘奥;程锦;陈宇杰;陈兰剑;

  为评估连续变量量子密钥分发（CV-QKD）在实际星地云层信道下的性能，基于STK-Matlab联合仿真平台，建立了星地云层信道CV-QKD模型，引入液态水含量与能见度关系，仿真分析了不同类型云层在不同轨道条件下的密钥率。仿真结果表明：高能见度云层（卷云）对密钥率影响较小，4 km厚度下密钥率仍可达7.8×10~4 b/s；而当层云厚度仅为30 m时，密钥率从无云条件下的8.2×10~4 b/s骤降至2.4×10~4 b/s，严重影响通信可行性；低轨道（高度为800 km）在兼顾系统覆盖能力与密钥生成性能方面具有优势；1 550 nm波长在高能见度条件下穿透性能更优。

  2026年01期 v.50;No.352 111-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 1455K]
  
下载本期数据