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大气\海洋激光通信与传输国际会议报道

来源: 发布时间:2018-12-26【字体:

      2018819-23,在美国加州圣迭亚哥召开的光学工程与应用大会,会议报道了大气\海洋激光通信与传输的最新进展,本报选取部分文章摘译如下: 

  1、美国宾夕法尼亚大学的Omar Alharbi等人发表了题目为《空海界面的测量和模拟及其对FSO系统的影响》的文章; 

  海洋表面对空-海(或海-空)成像、激光雷达扫描、激光通信均有相当大的影响。由于存在各种影响因素(包括风、航行的船等),海平面很少是平的,特别是在沿海地区。对于海洋表面粗糙度的描述方法及其对光传播的影响分析,大多数处理方法或者是完全基于纯理论的统计方法,或者是基于统计模型和物理参数模型相结合的混合研究方法(这也是本文作者的首选方法)。 

  为了更好地了解海洋表面的统计性质,作者在一个50英尺长的波浪槽中进行了实验研究,波浪槽不仅能产生大规模、多个频率的波浪,而且还能在一定速度范围内利用风吹动产生波浪。利用激光投影高速成像设备(如Photron FASTCAM Mini系列)、水波表面闪光的空间分布、扫描激光测速仪和Nd:YAG倍频激光器(532nm绿光),获得在不同的风荷载和更大尺度的波浪力作用下产生的海面扰动的统计模型。这些数据与作者建立的混合模型相结合,能够有助于测量、分析、理解海洋表面的形状,并有助于评估其对光传播的影响,特别是对空中到水下的自由空间光(FSO)通信链路的影响。 

  2、中国华中科技大学的Minghao Wang等人发表了题目为《激光束通过空气-海洋湍流通道的传播》的文章; 

  由于射频信号会在海水中急剧衰减,且在陆上又不用声波做通信载波,因此在空中和水下交通工具之间建立可靠的通信链路是一个具有挑战性的难题。蓝绿激光恰好位于海水和大气的透射窗口,所以基于蓝绿激光的自由空间光通信系统能够满足空-海通信需求,可为该场景提供高速率、低延迟的数据链接。除了空气-海水信道的吸收和散射衰减之外,另一个影响激光束传输的限制因素是湍流引起的强度波动。若仅考虑海水的衰减,激光通信的有效距离将被限制在100米左右,加入海洋湍流影响后,有效通信距离将减少到10米左右。同时,如果空中交通工具飞行高度很高,大气湍流也会大大降低激光光束质量。本文关注重点是空气-海水两类介质对光束传播的两级湍流效应,而非介质引起的衰减或海水表面畸变。湍流的影响因素十分复杂,不同深度处的海水湍流强度与该深度的海水盐度和温度相关,不同高度处的大气湍流强度与该高度的空气折射率结构常数相关,作者采用数值法来模拟光束通过两级湍流信道的传播,由参数化的大气/海洋湍流功率谱对离散相位屏建模。在此基础上,分析了双向链路两接收端的波束发散、区域闪烁和SNR损失。 

  3、以色列的本 - 古里安大学的Judy KupfermanShlomi Arnon联合发表了题目为《利用涡旋光束实现高保密性的自由空间通信》的文章; 

  现代通信系统的保密性变得日益重要。作者提出了一种在自由空间光通信系统(FSO)中安全探测涡旋光束的概念。传输光信号由高斯光束和低功率涡旋光束组成。对每一种涡模态,作者根据特定信号的最大接收功率选择探测器,接收功率取决于信号光的空间分布概率。窃听者是无法知道哪些模式与传输信号相关的。作者对最大信号检测与其保密性进行了数值计算。该技术可应用于自由空间光通信。 

  4、以色列的本 - 古里安大学的Laialy DarweshShlomi Arnon联合发表了题目为《数据中心对自由空间光通信的深入学习》的文章; 

  在过去的几年里,通信网络流量的总量呈指数增长,而数据中心(DC)是这个网络的主要组成部分。然而根据目前需求,现有DC面临着许多问题,如功耗高、可扩展性低、灵活性低。因此,有必要建立一个新的高速数据中心来应对这种指数增长。可用于扩展DC性能的一项技术是自由空间光通信(FSO)。FSO能够构建一个自适应的、灵活的、动态的网络,可满足未来DC的性能要求。然而,还没有人研究过DC的光通信信道。DC中有一个暖通空调(HVAC)系统,会导致温度和空气速度的非均匀变化,从而影响到光信号的传输性能。本文证明了可采用信道估计和信号检测的深入学习算法,改进信号检测并提高DC中的光通信性能,而无需了解信道模型。 

  5、法国圣安德鲁斯(安托万)技术学院的K. Elayoubi等人发表了题目为《1Tb/s星地激光通信上行链路台面实验》的文章; 

  微波通信的传输能力已遇技术瓶颈,针对数据中继卫星或宽带卫星的上行链路大数据量应用需求,需在卫星和地面间建立大容量的光通信链路。本文针对相关光学技术和通信技术开展详细研究,以实现在各种大气条件下进行高数据速率光通信。尤其需要注意的是,大气湍流衰减产生的不利影响,与星地上行链路光通信系统有特殊的关系。虽然相关研究和实验已经证明了低速率光通信链路的可行性,但是仍然需要确定适应于高速链路的技术解决方案及相关策略,以确保达到所需的链路性能。在此背景下,开展了多种台面实验,用于研究光通信系统中不同的调制和探测技术,并纳入到未来1Tb/s星地光通信链路的概念设计中。本文基于大气湍流效应的仿真模型,推导出了此类演示实验的预期性能,证明了建立高可靠性星地高速率激光通信链路的可行性。首先研究了开关键控(OOK)和差分相移键控(DPSK)两种调制方式,仿真结果有助于人们了解链路的复杂性,并指导发射机和接收机的优化设计,且优化后的链路性能可用。 

  6、美国加州大学的Tian Lang;等人发表了题目为《非视距水上紫外光通信信道的建模与实验验证》的文章; 

  本文利用蒙特卡罗多次散射模型对非视距(NLOS)水上紫外光(UV)通信信道的散射和湍流效应等特征进行了建模。本文报导了在海面上最远1700米远的距离内,湍流效应和路径损耗的实验测量结果,并综合考虑诸如通信距离、收发角、水面反射率、空气湿度和温度等关键参数的影响,对测量结果进行分析。这些信道建模和实验结果将作为进一步研究NLOS水上UV通信系统的基础,如岸-岸(STS)、岸-船(STV)和船-船(VTV)的通信链路配置等。 

  7、英国剑桥大学的Dominic O'Brien等人发表了题目为《可应用于虚拟现实的太比特级容量的无线光通信技术》的文章; 

  未来信息网络的核心将是采用全光无线接入的。光纤网络正在迅速扩展其覆盖范围,并将进一步延伸到家庭和办公大楼内的个人空间。网络数据速率和对无线服务的需求也呈指数增长,且服务的性质也随着设备数量的快速增长而不断演化。具有创建虚拟现实(VR)环境能力的新一代的3D显示器即将被推出。VR技术对带宽、延迟、定位和机动性都有较高的要求。在作者参与的欧洲合作项目WORTECS中,提出了开发一种能够支持超高速率(高达Tbps)的无线光通信系统。首期演示主要介绍了一个高密度网络,它可以为网络中的每个用户提供大于1 Gbps的传输速率,同时有为每个室内环境提供Tbps级传输速率的潜力。第二期演示主要介绍了超高速率的数据传输链路,使用了一种新颖的光纤-无线复合法来实现Tbps传输链路的功能。然而,VR是一个要求苛刻的应用场景,类似的应用场景还包括无线数据中心和飞机舱。本文首先介绍了Tbit/s级无线通信的需求,然后重点介绍了VR应用场景及其对数Gbit/s传输速率的需求。接下来,作者提出本项目面临的挑战,并介绍新型无线光通信系统架构与空间新方法相关的系统工程OFDM的频率多样性以及应用于VR的自适应比特率 

  8、捷克布拉格技术大学的Pavel TrojanekIvan Prochazka联合发表了题目为《基于单光子计数光通信链路的双向时间传输方法》的文章; 

  作者提出了一种基于单光子计数法的新型光学双向时间传输方法。该方法可与标准光纤或空气介质双向光通信链路并行使用,且不需要使用任何类型的光发射机(包括标准的小尺寸可插入式激光模块),从而避免了引入干扰。此外,由于平均信号强度仅需-100 dBm或更小,因此也可以在超过500公里的光纤中进行长距离传输,且不需要光放大器,但对于后者而言,其受限于高衰减而无需进行数据通信的状况。在实验室中,用仿真和真实数据对该方法进行了测试,结果表明其可靠性和精度优于1ps。由于采用了单光子计数方法,系统误差被控制在ps量级。作者下一步计划在光纤中或空气介质的实际通信数据链路中测试该方法。 

  9 美国先进系统与技术公司的Vladimir Markov等人发表了题目为《用于激光光束控制的USLP信标光的特点》的文章; 

  高效光束控制(BC)能够提高定向能激光系统的性能。为解决这一问题,现有研究已经探索了各种方法,目前看来使用超短激光脉冲(USLPs)做信标似乎是一种新的趋势,有希望获得理想的结果。事实上,USLP在非线性介质(湍流大气)中的传播可能会导致激光成丝,从而大幅减少光束截面积,并增加激光光丝的功率密度。通过使得自聚焦与离焦和电离损失之间达到平衡,可以产生稳定的光丝,并能够在很长的范围内传播。一旦达到此平衡态,光丝就可以用作BC中自适应光学系统(AOS)的信标光。另一方面,产生多个或部分聚焦的光丝也可能会改善相互作用条件及AOS性能。最后同样重要的是,该综述评估了USLP在非线性介质中传播时的相位和强度噪声的影响,结果表明,该噪声对传播光束的特征具有重要影响。 

  凡编译自:http://spie.org/Publications/Proceedings/Volume/9893 

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