奈奎斯特相干光通信系统仿真与实验研究

超奈奎斯特可见光通信系统的设计与实现
曹明华;张家玮;王效兵;周洪涛;张悦;王惠琴
【期刊名称】《兰州理工大学学报》
【年(卷),期】2024(50)3
【摘要】为了提升可见光通信系统的通信速率,运用超奈奎斯特通信理论设计了一种超奈奎斯特可见光通信系统.利用波长为660 nm的红光发光二极管、现场可编程门阵列开发板、数/模转换芯片、滤波器芯片和光电二极管以及外围电路模块实现了基于强度调制/直接检测的超奈奎斯特可见光通信系统电路,可以在不显著提高系统复杂度和器件成本的前提下有效提升可见光通信系统的传输速率.性能测试表明,该系统可以实现1 Mbit/s通信速率下超奈奎斯特信号的可靠传输,相较于同等条件下的常规奈奎斯特通信系统,传输速率提升了20%.
【总页数】6页(P98-103)
【作者】曹明华;张家玮;王效兵;周洪涛;张悦;王惠琴
【作者单位】兰州理工大学计算机与通信学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.12
【相关文献】
1.宽带奈奎斯特FIR滤波器的设计与实现
2.一种基于超奈奎斯特信号的鲁棒判决反馈均衡器的设计
3.基于MLSE的超奈奎斯特光传输系统均衡器设计
4.Gamma-
Gamma信道下混合调制超奈奎斯特大气光通信系统的误码率性能N-AE在超奈奎斯特无线光通信端到端系统中的性能
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超奈奎斯特无线光通信系统下的混合调制以及干扰消除算法超奈奎斯特无线光通信系统下的混合调制以及干扰消除算法随着无线通信技术的不断发展，无线光通信作为一种全新的通信方式，具有大带宽、高速率、高安全性等优势，越来越受到人们的关注。

超奈奎斯特无线光通信系统是无线光通信的一种重要技术体系，采用了超奈奎斯特调制技术，可以实现更高的数据传输速率。

在超奈奎斯特无线光通信系统中，混合调制和干扰消除算法是两个关键的技术，本文将详细介绍这两个技术的原理和应用。

混合调制是指将不同调制方式结合起来，达到更高的频谱效率和更好的抗干扰性能。

在超奈奎斯特无线光通信系统中，主要采用了两种调制方式：脉冲位置调制（PPM）和脉冲振幅调制（PAM）。

PPM调制是通过改变脉冲在时间轴上的位置来表示数字信息，而PAM调制是通过改变脉冲的幅度来表示数字信息。

混合调制即将PPM和PAM调制方式结合起来，可以利用它们各自的优势来提高系统的性能。

在混合调制中，需要解决的一个重要问题是信号的解调。

为了降低解调过程中的错误率，通常会采用有峰值检测功能的前向错误纠正（FEC）编码技术。

FEC编码可以利用冗余信息来纠正部分错误，提高信号解调的准确性。

同时，还可以采用逆调制和逆编码技术来还原原始信号。

除了混合调制，超奈奎斯特无线光通信系统中的干扰消除算法也是非常重要的。

由于无线光通信系统通常工作在高频段，受到来自大气湍流、杂散反射以及其他设备的干扰。

这些干扰会降低系统的信号质量，影响通信的稳定性和可靠性。

针对这种干扰问题，可以采用自适应算法进行干扰消除。

自适应算法通过估计系统中的干扰信号，然后将估计值从接收信号中减去，从而实现干扰的消除。

其中一个常用的自适应算法是最小均方误差（LMS）算法。

LMS算法通过计算输入信号与期望输出之间的误差来逐步调整滤波器的权值，最终使得输出信号与期望输出之间的误差最小。

此外，还可以采用空间滤波技术来消除干扰。

空间滤波技术是基于信号在空间上的变化特性，通过选择合适的滤波权值，使得接收信号中的干扰被抑制到最低程度。

北京邮电大学实验报告题目:基于SYSTEMVIEW通信原理实验报告班级:2013211124专业:信息工程姓名:曹爽成绩:目录实验一:抽样定理 (3一、实验目的 (3二、实验要求 (3三、实验原理 (3四、实验步骤和结果 (3五、实验总结和讨论 (9实验二:验证奈奎斯特第一准则 (10一、实验目的 (10二、实验要求 (10三、实验原理 (10四、实验步骤和结果 (10五、实验总结和讨论 (19实验三:16QAM的调制与解调 (20一、实验目的 (20二、实验要求 (20三、实验原理 (20四、实验步骤和结果 (21五、实验总结和讨论 (33心得体会和实验建议 (34实验一:抽样定理一、实验目的1. 掌握抽样定理。

2. 通过时域频域波形分析系统性能。

二、实验要求改变抽样速率观察信号波形的变化。

三、实验原理一个频率限制在0f 的时间连续信号(m t ,如果以012S T f的间隔进行等间隔均匀抽样,则(m t 将被所得到的抽样值完全还原确定。

四、实验步骤和结果1. 按照图1.4.1所示连接电路,其中三个信号源设置频率值分别为10Hz 、15Hz 、20Hz ,如图1.4.2所示。

图1.4.1 连接框图图1.4.2 信号源设置,其余两个频率值设置分别为15和202.由于三个信号源最高频率为20Hz,根据奈奎斯特抽样定理,最低抽样频率应为40Hz,才能恢复出原信号,所以设置抽样脉冲为40Hz,如图1.4.3。

图1.4.3 抽样脉冲设置3.之后设置低通滤波器,设置数字低通滤波器为巴特沃斯滤波器(其他类型的低通滤波器也可以,影响不大,截止频率设置为信号源最高频率值20Hz,如图1.4.4。

图1.4.4 滤波器设置4.为了仿真效果明显,设置系统时间如图1.4.5所示。

图1.4.5 系统时间设置5.之后开始仿真,此时选择抽样速率恰好等于奈奎斯特抽样频率,仿真结果如图1.4.6所示,图中最上面的Sink4是相加后的输入信号波形,中间的Sink8是输入信号乘以抽样脉冲之后的波形,最下面的Sink9是低通滤波恢复后的波形。

《相干光通信中高光谱效率调制方式的研究》篇一一、引言随着信息技术的飞速发展，光通信技术已成为现代通信领域的重要支柱。

在相干光通信系统中，高光谱效率的调制方式对于提升系统性能和传输速率至关重要。

本文将针对相干光通信中的高光谱效率调制方式进行深入研究，探讨其原理、性能及潜在应用。

二、相干光通信基本原理相干光通信是一种利用光波的相位和振幅信息进行传输的技术。

其基本原理包括光波的产生、调制、传输和检测等过程。

在相干光通信系统中，调制器将电信号转换为光信号，并通过光纤进行传输。

接收端利用相干检测技术对光信号进行解调和恢复原始电信号。

三、高光谱效率调制方式为了提升相干光通信系统的光谱效率，研究人员提出了多种高光谱效率的调制方式。

本文将重点介绍几种典型的调制方式，包括正交振幅调制（QAM）、正交频分复用（OFDM）和偏振复用调制（PolMUX）。

1. 正交振幅调制（QAM）QAM是一种将两个正交载波进行振幅调制的技术。

在相干光通信中，QAM可以通过调整光波的振幅和相位来实现高阶调制，从而提高光谱效率。

QAM的优点包括高带宽利用率、抗干扰能力强等。

然而，随着调制阶数的增加，QAM的误码率也会相应上升。

2. 正交频分复用（OFDM）OFDM是一种将信道划分为多个正交子信道的技术。

在相干光通信中，OFDM可以通过将数据分散到多个子信道上，以降低信号间的干扰和提高光谱效率。

OFDM的优点包括抗多径干扰能力强、适用于高频选择性信道等。

然而，OFDM对同步误差较为敏感，且需要复杂的频域处理。

3. 偏振复用调制（PolMUX）PolMUX是一种利用光的偏振态进行复用的技术。

在相干光通信中，PolMUX可以通过同时传输两个正交的偏振态来实现光谱效率的翻倍。

PolMUX的优点包括高光谱效率和抗干扰能力强等。

然而，偏振态的稳定性对PolMUX的性能有较大影响。

四、实验研究与性能分析为了验证高光谱效率调制方式的有效性，我们进行了实验研究。

超奈奎斯特可见光通信系统的设计实现和性能分析超奈奎斯特可见光通信系统的设计实现和性能分析近年来，随着信息技术的不断发展和人们对于无线通信的需求不断增加，可见光通信逐渐成为了一种备受关注的新兴通信技术。

其通过利用可见光的波长在空气中传输信息，可以实现高速、高带宽的传输，同时还可以避免无线电频谱资源的紧张问题。

超奈奎斯特可见光通信系统作为可见光通信的一种重要方向，在通信性能方面具有很大的潜力。

本文将介绍超奈奎斯特可见光通信系统的设计实现和性能分析。

超奈奎斯特可见光通信系统主要由发射端、信道和接收端三部分组成。

其中，发射端包括一个发送机制和一个适当的编码与调制方法，信道则是光通信中传输信息的媒介，接收端则用于接收、解码和还原传输的信息。

首先，我们来看超奈奎斯特可见光通信系统的发射端。

在发送机制方面，超奈奎斯特可见光通信系统主要利用了短脉冲的特点。

通过使用窄脉冲时序地址问题和分割址随机化技术，系统可以在较短的时间内传输大量的数据。

此外，编码与调制方法方面，我们可以采用正交调制方法，利用M-DPSK（M进制差分相移键控）来对信息进行编码和调制。

M-DPSK可以通过改变相位来表达不同的信息位，在保证通信质量的同时提高传输速率。

接下来，我们来看超奈奎斯特可见光通信系统的信道。

由于可见光通信主要在空气中进行传输，其信道特性复杂多变。

为了降低信道传输的错误率，并保证通信的可靠性，我们可以使用前向纠错编码和自适应调制技术。

前向纠错编码可以通过添加冗余信息来提高信道传输的可靠性，而自适应调制技术可以根据信道的变化来选择合适的调制方式和编码方式，从而提高传输速率和质量。

最后，我们来看超奈奎斯特可见光通信系统的接收端。

接收端主要包括接收机制、解调和还原信息的方法。

在接收机制方面，可以根据接收的光信号进行降噪和滤波处理，以确保接收的信号质量。

在解调和还原信息的方法方面，可以借鉴M-DPSK的反调和解码算法，将接收到的信号恢复成二进制数据，并还原成传输的信息。

超奈奎斯特无线光通信系统下的混合调制以及干扰消除
算法
混合调制技术是指在无线光通信系统中，同时采用了多种调制方式来传输数据。

常见的混合调制方式包括正交频分复用（OFDM）、脉冲幅度调制（PAM）和相位偏移键控（PSK）等。

在超奈奎斯特无线光通信系统中，混合调制技术主要包括OFDM-PAM 和OFDM-PSK。

其中，OFDM-PAM是指将数据信号先经过PAM调制，然后使用OFDM技术进行调制和传输。

OFDM-PSK则是指将数据信号先经过PSK调制，然后使用OFDM技术进行调制和传输。

这种混合调制方式的优势在于可以在保持低功耗和高速率的情况下，提高系统的容量和性能。

而在混合调制技术的基础上，超奈奎斯特无线光通信系统还采用了一种干扰消除算法，以提高系统的抗干扰性能。

这种算法主要包括空间域信号处理和时域信号处理两个方面。

在空间域信号处理方面，超奈奎斯特系统采用了多天线技术，即使用多个天线来接收信号。

通过对接收到的信号进行合理的处理，可以实现多用户之间的信号分离和干扰消除，从而提高系统的容量和性能。

在时域信号处理方面，超奈奎斯特系统采用了自适应均衡和估计算法来消除信道引起的干扰和失真。

自适应均衡主要通过对接收信号进行补偿和修正，使其更接近原始发送信号。

估计算法则主要用于对信道状态进行估计和预测，以便进行适当的信号处理和干扰消除。

总之，超奈奎斯特无线光通信系统下的混合调制和干扰消除算法可以有效提高系统的容量和性能。

通过采用多种调制方式和信号处理技术，可
以实现更高的速率和更低的误码率，从而满足不同应用场景对通信系统的要求。

研制开发的相干光纤通信系统仿真研究姜波波（安徽长安专用汽车制造有限公司，安徽相干光纤通信系统因其具有灵敏度高、中继距离长、通信容量大以及可以采用多种调制方式等特点，成采用相干光纤通信是目前光纤通信发展的主要趋势。

光信号的幅度、频率以及相位都可以被调制，从而可以大幅提高系统的传输效率，因此多适用于宽带视频、多媒体相干光纤通信；振幅；频率；相位Simulation Research of Coherent Optical Fiber Communication System Based on OptiSystemJIANG BoboAnhui Changan Special-Purpose Vehicle Manufacturing Co.communication system has thevarious modulation modes.Coherentbecome the focus in the high数字信号发生器CW激光器CW激光器极化波幅度调制器随机脉冲发生器光纤耦合器误码率分析仪光接收器眼图分析仪图1 振幅调制光路图改变光纤通信参数，选出振幅调制中的最优传输方案。

光纤通信中使用的有3个低损耗波长分别为850 nm、1310 nm和1550 nm。

本次仿真中分别对这个参数进行比较，眼图仿真结果如图2所示。

图2的横坐标表示周期，纵坐标表示幅度，从图中可以看出，波长为1550 nm的系统的传输性能明显比850 nm和1330 nm的性能好，故在本次设计中波长采用1550 nm。

在波长为1550 nm的基础上，变光纤参数中的色散值，设计了3 ps/nm·km、 ps/nm·km以及7 ps/nm·km共3个色散值，眼图仿真结果如图3所示。

可以看出，色散为5 ps/nm·km的系统的性能比振幅/m时间/位周期0.0030.0020.0010.5100.510.51时间/位周期时间/位周期21.71.41.10.80.50.0020.00170.00140.00110.00080.00050.5100.5100.510.51振幅/m时间/位周期21.71.41.10.80.50.5100.51振幅/m322171400.5100.5100.51时间/位周期0.0030.00200.51时间/位周期 2020年9月25日第37卷第18期Telecom Power TechnologyＳｅｐ．　２５，２０２０，Ｖｏｌ．　３７　Ｎｏ．　１８　姜波波：基于OptiSystem 的 相干光纤通信系统仿真研究结果看，设计的光电路振幅调制所展现的眼图的仿真效果比另两种调制方式更理想。

相干光通信中的数字信号处理算法的仿真与研究的开题报告1. 研究背景随着通信技术的发展和数字化程度的提高，数字信号处理成为了光通信系统发展中不可或缺的一环。

在相干光通信中，数字信号处理算法是实现信号采集、传输、接收等关键技术之一。

在此背景下，本文拟开展相干光通信中数字信号处理算法的仿真与研究，通过数值仿真和实验验证，探究数字信号处理算法在光通信系统中的性能优化和改进技术，为光通信系统的发展提供理论和实践基础。

2. 研究目的本研究旨在：1. 研究相干光通信中常用的数字信号处理算法，包括调制解调、信道均衡、时钟恢复等关键技术；2. 设计相应的数值仿真模型和实验平台，对数字信号处理算法进行性能评估和比较，验证其实际应用效果；3. 探索数字信号处理算法在光通信系统中的优化和改进方法，提高系统传输速率、抗干扰能力和误码率等性能指标。

3. 研究内容本研究的主要内容包括：1. 数字信号处理算法的理论研究。

对相干光通信中的数字信号处理算法进行理论分析，包括调制解调技术、信道均衡技术、时钟恢复技术等，探究其原理、特点和应用场景；2. 数值仿真模型的建立。

搭建相应的数值仿真模型，利用MATLAB等软件工具进行仿真实验，对不同数字信号处理算法进行性能比较和分析，探究其优缺点和适用范围；3. 实验平台的搭建。

建立实验平台，对不同数字信号处理算法进行实际测试，验证其在实际应用中的性能表现和可行性；4. 数字信号处理算法的优化和改进。

针对数字信号处理算法在实际应用中存在的问题和不足，提出相应的优化和改进方法，如基于神经网络的均衡算法、自适应系数的算法等。

4. 研究意义本研究旨在深入探究数字信号处理算法在相干光通信中的应用，为光通信系统的发展提供理论和实践基础。

具体意义如下：1. 探究数字信号处理算法在相干光通信系统中的应用特点和性能表现，为系统的优化和改进提供理论基础；2. 设计相应的数值仿真模型和实验平台，验证数字信号处理算法在实际应用中的可行性和实用性；3. 提出数字信号处理算法的优化和改进方法，促进数字信号处理的发展和创新；4. 推动光通信技术的发展，并为今后相关研究提供参考和借鉴。

论相干光通信仿真技术的研究【摘要】随着通信系统的日新月异的发展，对于通信系统的建立的技术手段也日益增多。

特别是随着科技的进步，对于通信系统的功能以及要求也越来越高。

为了节约成本，缩小建程。

对于正在规划中的通信系统可以先建立方案模型，通过对模型的参数实验来设计出最优方案，改进已有方案以寻求更完美的解决办法。

特别是对于光弧子通信，波分复用等实验难度大的系统，通过计算机仿真，就能产生更高的性价比，以达到更大的实用价值。

【关键词】仿真模型光通信一、关于相干光通信系统计算机仿真技术二十世纪七十年代，人类的信息时代拉开序幕。

在全球信息化的大背景下，人类对于通信的质量，容量的高需求急剧增加。

高速宽带光纤网络正是在这种大背景和大需求下产生的。

由于它极大的适应了人类发展的要求，其地位也随之突飞猛进。

光波系统的传输方式传统上分为两种，一种是系统结构简单的强度调制-直接检测。

强度调制直接检测（im-dd）就是对强度调制的光载无线信号直接进行包络检测，也就是说强度调制信号直接通过光电探测器则可恢复出原信号，这是一种古老的通信方式。

另外一种就是称之为相干光波系统的光纤通信系统，它是通过调制光载波的频率或相位传输信息，利用零差或外差技术检测传输信号的方案。

也是近代通信领域最常用的方案。

与强度调制-直接检测的光波系统相比，相干光波系统有着无可比拟的优点。

因为光接收机的灵敏度高，因而可以大大的延长传输距离。

同时它还可以最大限度的使用光纤带宽，实现多信道的复用。

通过它种种的优点也不难看出，相干光波系统涉及的学科专业交叉繁杂，不仅涉及光通信的理论知识，还包括电磁场的分析，微电子技术，电路规划设计等。

所以，对此技术的开发与实验通常耗资昂贵，而且缺乏专业人才对其分析评估。

由此看来，建立计算机仿真相光波系统，就显得十分具有参考价值。

总的来说，相干光波系统的仿真，可以通过计算机的建模计算来达到最佳的系统数值以达到目的，可以节约大量的资金。