光空间调制技术的巨大潜力
【兰州理工大学王惠琴教授团队】

 

无线光通信作为一种新的传输技术,具有高带宽、高安全性和易部署等优势,在军事、救灾应急通信和新一代接入网中具有广阔的应用前景。但当激光信号在大气中传输时,会受到大气衰减、大气湍流和瞄准误差等多种因素的影响。为提高系统性能,光多输入多输出(OMIMO)的概念被提出。它充分利用分集技术,在不额外增加发射功率的前提下,可有效提高系统的容量,进而在提高传输速率、抵抗大气衰落等方面呈现出优良的性能。但多个激光器的协同、控制使得系统复杂度增加,并造成实际能耗增大;同时信道间干扰(ICI)、信道间同步(IAS)以及天线间相关性的存在也成为阻碍OMIMO技术应用的难题。光空间调制(OSM)技术在OMIMO技术的基础上,将调制从传统数字域拓展到数字-空间域。它利用数字调制符号传递信息的同时,还通过激光器索引携带额外信息,大大提高了系统的信道容量和传输速率。同时,由于每符号周期仅激活少量激光器,有效地解决了OMIMO技术中的不足,具有复杂度低、能效高、可有效避免信道间干扰和无需发射天线间精确同步等优点。因此,OSM在新一代光无线融合和接入网中具有较高的科学研究价值和技术发展潜力。

王惠琴教授领导的兰州理工大学无线光通信与传感技术研究团队近期致力于高速率增强型光空间调制系统设计及低复杂度译码检测算法研究。在本综述论文中详细介绍了OSM的研究背景和基本概念,系统分析了几种光空间调制技术的基本原理和国内外研究现状。同时,对实际应用中遇到的技术难题和相应对策进行了讨论,也指出了当前OSM研究中亟需解决的关键难题和发展趋势。该团队针对通信速率难以满足用户快速增长的需求问题,研究了OSM/OSSK技术的广义化原理,提出了激活激光器数目可变的增强型光空间调制(EOSM)。EOSM系统通过每次激活一个或两个激光器的不同索引组合来增大空间域映射,并在不同索引组合上映射了不同PPM符号。该方案提高了传输速率和激光器利用率,打破了发送端激光器数目必须为2的整数次幂的限制。在传输速率为6 bpcu时,EOSM系统的误码性能与空间脉冲位置调制(SPPM)相近,但明显优于光空间脉冲幅度调制(SPAM)和广义光脉冲位置调制(GSPPM)。同时,EOSM系统比SPPM、SPAM和GSPPM系统分别节约了12个、12个和3个激光器,极大地降低了建设成本。增强型光空间调制方案的提出为实现大容量、高速率传输提供了有效途径。

图1 传输速率相同时,各系统误码性能对比

图2 传输速率相同时,各系统频谱效率和复杂度对比

本文相关研究受到国家自然科学基金(61861026,61875080,61465007)的支持。

研究团队简介

兰州理工大学计算机与通信学院王惠琴教授领导的无线光通信与传感技术团队,长期以来致力于无线光通信技术中大气信道传输特性、信道编码与调制技术、信道估计、光信号检测等方向的理论研究和技术开发,在无线光通信领域具有多年的研究经验与工程积累。团队现有教授2人,副教授1人,讲师2人,博士、硕士研究生20余人。近年来,团队承担国家自然科学基金、省部级等各项科研项目20余项,申请国家专利23项,其中已授权8项,实用新型专利授权5项,软件著作权5项。在国内外学术期刊发表学术论文60余篇,出版教材3部,研究成果获厅局级以上奖励6项。同时,多名团队成员担任国内外多家著名学术期刊审稿人和国家自然基金函审专家。

相关论文

毛一聪, 王惠琴, 张悦, 等. 光空间调制技术的研究进展[J]. 光电工程, 2020, 47(3): 190712.

DOI:10.12086/oee.2020.190712