基于BiGRU的水下可见光通信调制格式识别研究 被引量：1

1

作者 高文笛 汪昀楷 +2 位作者 徐迟 徐增熠 迟楠 《光通信研究》 北大核心 2025年第2期26-32,共7页

【目的】水下可见光通信(UVLC)作为替代传统声波通信的前沿技术,以其高速率、大带宽、低延迟和高安全性获得了广泛关注,但同时也面临着水下信道环境复杂、信号功率衰减和光电器件不理想等因素导致的非线性效应等挑战。这些低信噪比(SNR... 【目的】水下可见光通信(UVLC)作为替代传统声波通信的前沿技术,以其高速率、大带宽、低延迟和高安全性获得了广泛关注,但同时也面临着水下信道环境复杂、信号功率衰减和光电器件不理想等因素导致的非线性效应等挑战。这些低信噪比(SNR)和非线性效应引起的信号劣化,会导致接收端难以正确识别并解调出原信号,而正确识别出信号调制格式才能为后续使用其他算法,如非线性补偿和频率偏移补偿,来提升通信性能打下基础。文章旨在解决UVLC系统中调制格式识别(MFR)的性能限制问题,特别关注在复杂水下环境中提高识别准确率和系统鲁棒性。【方法】针对以上问题,文章提出了一种结合双向门控循环单元(BiGRU)和坐标变换的创新MFR算法。文章所提算法充分利用BiGRU在时序数据处理上的优势和坐标变换的高效性,有效提取信号特征,显著提高了在水下环境中MFR的准确性。【结果】实验结果显示,在不同发射电压条件下,该算法对2正交振幅调制(QAM)、4QAM、8QAM、8幅度相移键控(APSK)、16QAM、16APSK、32QAM、32APSK、64QAM和64APSK共10种QAM和APSK信号调制格式的识别准确率均超过96%,训练速度提高了1倍,并且在低SNR和非线性失真环境下鲁棒性显著。【结论】文章所提算法显著提升了UVLC系统在复杂水下环境中的MFR性能,具有重要的应用价值和技术创新点,为未来水下高速通信技术的发展奠定了基础。 展开更多

关键词 水下可见光通信 调制格式识别 双向门控循环单元 非线性失真 信号特征提取

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对数正态分布衰落下的光OFDM水下可见光通信空间分集系统 被引量：5

2

作者 蒋红艳 仇洪冰 +3 位作者 何宁 吴越 Zahir Ahmad Sujan Rajbhandari 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期66-72,共7页

水下可见光通信(UVLC)是实现高速宽带信息传输的有效方案,但由于受到信道中吸收、散射和湍流的不利影响而面临着许多困难。针对水下湍流信道中多径和衰落带来的影响,提出了一种光正交频分复用(O-OFDM)等增益合并的分集方案,根据广义的... 水下可见光通信(UVLC)是实现高速宽带信息传输的有效方案,但由于受到信道中吸收、散射和湍流的不利影响而面临着许多困难。针对水下湍流信道中多径和衰落带来的影响,提出了一种光正交频分复用(O-OFDM)等增益合并的分集方案,根据广义的朗伯定律得到信道增益,通过对数正态分布模拟信号衰落。采用蒙特卡洛方法对正交幅度调制(QAM)的非对称削波光正交频分复用(ACOOFDM)和直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)两种分集系统进行建模仿真,分析高斯信道和弱湍流信道下系统的误比特率,探讨不同分集数目和闪烁系数情况下的分集增益。研究结果验证了分集是降低湍流影响的有效手段,有利于改善水下信息传输性能,为弱湍流信道下正交频分复用可见光通信系统的设计、预测和评估提供参考。 展开更多

关键词 水下可见光通信 衰落 对数正态分布 空间分集 正交频分复用

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基于DCO-OFDM水下可见光通信系统的预均衡技术 被引量：2

3

作者 阎威龙 李晓记 +3 位作者 王俊华 李燕龙 杜卫海 高天 《光通信技术》 2021年第4期12-15,共4页

针对硬件预均衡技术和基于有限脉冲响应(FIR)滤波器的软件预均衡技术存在的问题,提出了数字预加重的软件预均衡技术,该技术根据发光二极管(LED)的频率响应参数针对性地补偿LED带宽,并设计了一套直流偏置光-正交频分复用(DCO-OFDM)水下... 针对硬件预均衡技术和基于有限脉冲响应(FIR)滤波器的软件预均衡技术存在的问题,提出了数字预加重的软件预均衡技术,该技术根据发光二极管(LED)的频率响应参数针对性地补偿LED带宽,并设计了一套直流偏置光-正交频分复用(DCO-OFDM)水下可见光通信系统作为实验测试平台。实验结果表明:采用数字预加重技术后,LED调制带宽由7.8 MHz提升至了16 MHz,且该技术实现复杂度低、灵活性强,预均衡后的信号频谱更加平坦。 展开更多

关键词 水下可见光通信 直流偏置光-正交频分复用 发光二极管 预均衡 数字预加重

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信道复用技术在LED水下可见光通信中的应用 被引量：1

4

作者 彭嘉驰 郭建中 +4 位作者 李燕龙 张亮 周英 艾勇 梁赫西 《应用光学》 CAS 北大核心 2023年第5期1133-1141,共9页

以发光二极管(LED)为发射端的水下可见光通信(UVLC)系统因器件带宽所限其传输速率较低,且受水质环境影响较大,致使通信综合性能不佳。为提高信道容量与通信质量,将信道复用技术应用在LED-UVLC系统中,以现场可编程门阵列(FPGA)为数据处... 以发光二极管(LED)为发射端的水下可见光通信(UVLC)系统因器件带宽所限其传输速率较低,且受水质环境影响较大,致使通信综合性能不佳。为提高信道容量与通信质量,将信道复用技术应用在LED-UVLC系统中,以现场可编程门阵列(FPGA)为数据处理核心,搭建LED蓝绿光发射阵列以及雪崩光电二极管(APD)接收阵列,设计出了一个4×4的多信道UVLC系统。我们将系统置于长20 m的水下环境中,以26.7 Mbit/s的通信速率,完成了误码率(BER)约为10^(−7)的双向传输。实验数据表明,当传输不同大小的数据文件时,对比传统的单输入单输出水下可见光通信(SISO-UVLC)系统,节省了约4倍的通信时间,且与仿真的信道容量增益一致。另外,在水质和通信距离相同的条件下,本系统能获得更优的BER性能。 展开更多

关键词 水下可见光通信 信道容量 通信质量 信道复用技术

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水下可见光通信星座几何整形和人工智能技术 被引量：2

5

作者 林显浩 迟楠 《光通信研究》 2023年第4期21-27,共7页

水下可见光通信(UVLC)具有高传输速率、大容量、低延时和低成本等优势,已成为水下通信领域可行且很有吸引力的替代方案,应用前景广阔。然而,UVLC性能受到带宽、各种线性或非线性效应等瓶颈问题的局限。为了缓解这些问题,文章研究了基于... 水下可见光通信(UVLC)具有高传输速率、大容量、低延时和低成本等优势,已成为水下通信领域可行且很有吸引力的替代方案,应用前景广阔。然而,UVLC性能受到带宽、各种线性或非线性效应等瓶颈问题的局限。为了缓解这些问题,文章研究了基于几何整形的振幅移相键控(APSK)调制和编码映射,提出了基于双向循环神经网络(BRNN)的波形级后均衡器。此外,文章还提出了用基于深度神经网络(DNN)的波形到符号接收机来代替传统的匹配滤波、下采样和后均衡等操作。实验表明,与传统接收机相比,基于BRNN后均衡电压动态范围提升了170 mV(69%),基于DNN的波形到符号接收机电压动态范围提升了245 mV(100%)。实验结果证明,基于BRNN后均衡和基于DNN的波形到符号接收机能有效提升系统性能,是未来UVLC中很有前景的技术方案。 展开更多

关键词 水下可见光通信 振幅移相键控 双向循环神经网络 后均衡 深度神经网络

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面向水下可见光通信的新型硫化锑探测器研究

6

作者 朱佳伟 漆宝梁 +7 位作者 王行健 唐荣欣 余礼苏 王正海 邓辉 吴之旭 夏勇 王玉皞 《光通信研究》 2023年第4期73-78,共6页

可见光通信(VLC)由于其传输速度快和保密性强等诸多优势已成为了一种行之有效的水下通信技术。光在水下传播时容易发生散射现象,导致光传播的能量随传输距离的增大而减少,因此改善接收端响应度是实现水下VLC的关键和核心。为此,文章首... 可见光通信(VLC)由于其传输速度快和保密性强等诸多优势已成为了一种行之有效的水下通信技术。光在水下传播时容易发生散射现象,导致光传播的能量随传输距离的增大而减少,因此改善接收端响应度是实现水下VLC的关键和核心。为此,文章首先针对探测器前端设计了一种新型的全息波导聚光系统,可有效提升水下探测器的信噪比;然后,构建了具有弱光探测能力的低成本硫化锑薄膜探测器。在上述基础上搭建VLC系统,实验结果显示,其接收端探测器的暗电流仅为10^(-7)A/cm^(2),3 dB带宽为220 kHz,响应度达0.2 A/W,且在蓝绿光波段的外量子效率超过70%。因此,新型硫化锑薄膜探测器结合全息波导聚光系统可以实现针对可见光的弱光探测,是一种十分有效的水下可见光接收系统。 展开更多

关键词 水下可见光通信 硫化锑 探测器 全息光栅 光波导

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基于最大比合并的水下湍流信道光束成形算法

7

作者 符杰林 武琼琼 李燕龙 《计算机应用与软件》 北大核心 2025年第6期296-301,310,共7页

针对吸收、散射和湍流在水下可见光高速数据传输中造成信号的衰减和衰落问题,提出一种基于最大比合并的光束成形算法。通过空间分集经历不同路径合并接收信号,建立信噪比最大化目标下的光束成形优化模型。在非负光信号和总功率约束条件... 针对吸收、散射和湍流在水下可见光高速数据传输中造成信号的衰减和衰落问题,提出一种基于最大比合并的光束成形算法。通过空间分集经历不同路径合并接收信号,建立信噪比最大化目标下的光束成形优化模型。在非负光信号和总功率约束条件下,求解最优光束成形矢量,形成具有最大信噪比的目标光束,克服湍流的影响。仿真结果表明,在弱湍流和强湍流影响下,当误码率为10^(-6)数量级,在2×2和4×4的可见光MIMO通信系统中,所提出的算法分别获得了2.2 dB、1.8 dB和2.2 dB、5 dB的信噪比增益。 展开更多

关键词 水下可见光通信 湍流 最大比合并 光束成形

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一种高效的水下可见光OFDM通信方案

8

作者 马春波 柴晨阳 敖珺 《光通信技术》 2021年第9期1-4,共4页

为了满足光正交频分复用(OOFDM)系统中发光二极管(LED)发送端信号实值正数的要求,依据快速哈特莱变换(FHT)"实进实出"的特性,采用FHT替代快速傅里叶变换(FFT),将正交幅度调制(QAM)映射应用在基于FHT的非对称限幅直流偏置OOFD... 为了满足光正交频分复用(OOFDM)系统中发光二极管(LED)发送端信号实值正数的要求,依据快速哈特莱变换(FHT)"实进实出"的特性,采用FHT替代快速傅里叶变换(FFT),将正交幅度调制(QAM)映射应用在基于FHT的非对称限幅直流偏置OOFDM系统,并进行了仿真实验。仿真结果表明:在同等水下背景噪声的条件下,与相同频带利用率的水下可见光OFDM通信系统相比,FHT系统具有较好的误码性能。 展开更多

关键词 水下可见光通信 光正交频分复用 快速哈特莱变换 水下背景噪声

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基于BO-BiGRU的后均衡器在水下高速可见光通信系统中的应用 被引量：5

9

作者 张昊宇 姚力 +3 位作者 陈超旭 施剑阳 沈超 迟楠 《电信科学》 2023年第5期11-19,共9页

信号在水下可见光通信(UVLC)信道传输的过程中易受到非线性效应的影响,为了提高系统通信性能,对接收的信号进行均衡是至关重要的。提出了一种基于贝叶斯优化算法的双向门控循环单元(BO-BiGRU)模型作为UVLC系统中的后均衡器,其能够自动... 信号在水下可见光通信(UVLC)信道传输的过程中易受到非线性效应的影响,为了提高系统通信性能,对接收的信号进行均衡是至关重要的。提出了一种基于贝叶斯优化算法的双向门控循环单元(BO-BiGRU)模型作为UVLC系统中的后均衡器,其能够自动寻找模型最优超参数,以实现模型的最佳性能。BO-BiGRU模型应用于1.2 m水下实验平台,采用64正交调幅(QAM)-无载波幅相调制(CAPM),在系统的误码率(BER)低于3.8×10^(-3)的7%前向纠错(FEC)阈值的情况下,实现了3.10 Gbit/s的数据传输速率,比传统的后均衡方法提高了128 Mbit/s。 展开更多

关键词 水下可见光通信 非线性效应 波形级别后均衡器 贝叶斯优化 双向门控循环单元

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基于SVM的水下LED可见光通信信号检测方法 被引量：14

10

作者 李晓记 杜卫海 +2 位作者 李燕龙 阎威龙 高天 《光通信技术》 2021年第5期50-54,共5页

针对传统直流偏置正交频分复用(DCO-OFDM)水下发光二极管(LED)可见光通信系统的信号检测性能较差且通信距离较近的问题,采用了基于支持向量机(SVM)的水下LED可见光通信信号检测方法,即先对信号数据进行网格搜索和交叉验证,得到最优的SV... 针对传统直流偏置正交频分复用(DCO-OFDM)水下发光二极管(LED)可见光通信系统的信号检测性能较差且通信距离较近的问题,采用了基于支持向量机(SVM)的水下LED可见光通信信号检测方法,即先对信号数据进行网格搜索和交叉验证,得到最优的SVM模型,再用所得模型对接收信号做出判决。仿真结果表明:在相同通信距离下且低信噪比(SNR)时,基于SVM检测的系统性能与基于直接判决最小均方(DD-LMS)检测的结果相当,高SNR时,前者优于后者;在相同误码率且通信距离小于3 m时,基于SVM检测的系统通信距离略远于DD-LMS检测。 展开更多

关键词 水下发光二极管可见光通信 支持向量机 直接判决最小均方检测 网格搜索 交叉验证

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高速可见光通信的前沿研究进展 被引量：45

11

作者 迟楠 陈慧 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1-12,共12页

本文立足于通信领域近年来备受关注的研究热点--可见光通信,阐述了其研究背景和基础系统架构,围绕材料器件、高速系统、异构网络、水下可见光通信和机器学习等五个前沿研究方向展开了对可见光通信研究进展的探讨,并概述了现阶段高速可... 本文立足于通信领域近年来备受关注的研究热点--可见光通信,阐述了其研究背景和基础系统架构,围绕材料器件、高速系统、异构网络、水下可见光通信和机器学习等五个前沿研究方向展开了对可见光通信研究进展的探讨,并概述了现阶段高速可见光通信技术面临的若干挑战。最后展望了可见光通信的前景:在未来万物互联的智能时代,可见光通信将以其高速传输的优势成为通信网络中不可缺少的一部分,与其它通信方式合作互补共同造福人类生活。 展开更多

关键词 可见光通信 材料器件 异构组网 水下可见光通信 机器学习

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DCO-OFDM系统压缩感知水下光通信信道估计方法 被引量：6

12

作者 胡云云 李晓记 +3 位作者 李燕龙 阎威龙 杜卫海 高天 《光通信技术》 北大核心 2020年第7期28-31,共4页

针对传统信道估计算法导频开销大而直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统频带利用率低的问题,提出了基于压缩感知深度优先多路径匹配追踪(MMP-DF)的水下光信道估计方法。该方法利用DCO-OFDM系统的导频处频域响应构建压缩感知模型,将MMP... 针对传统信道估计算法导频开销大而直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统频带利用率低的问题,提出了基于压缩感知深度优先多路径匹配追踪(MMP-DF)的水下光信道估计方法。该方法利用DCO-OFDM系统的导频处频域响应构建压缩感知模型,将MMP-DF算法用于水下光信道估计中,进而估计出信道时域脉冲响应。仿真结果表明:在DCO-OFDM系统中,与传统信道估计算法相比,该方法所需导频开销小但估计精度高;导频数量较少时,估计精度优于正交匹配追踪(OMP)算法。 展开更多

关键词 水下可见光通信 直流偏置光正交频分复用 信道估计 多路径匹配追踪 压缩感知

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水下无线光动态通信技术与实验研究

13

作者 王家兴 张鹏 +4 位作者 赵雅 刘传 刘润芃 杜扬凡 佟首峰 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期53-64,共12页

受水下湍流及水体生物的影响,通信发射光源易产生指向的不确定性,严重增加水下无线光通信的建链难度。针对这一问题,设计了一种基于伺服系统的水下无线光通信系统,该系统基于二维光电转台实现捕获不确定区域扫描,结合CMOS相机实现通信... 受水下湍流及水体生物的影响,通信发射光源易产生指向的不确定性,严重增加水下无线光通信的建链难度。针对这一问题,设计了一种基于伺服系统的水下无线光通信系统,该系统基于二维光电转台实现捕获不确定区域扫描,结合CMOS相机实现通信光轴的大视场捕获,最终实现水下无线光通信链路建立。通过实验验证了方案的可行性并对通信单元及伺服单元进行性能测试。实验结果表明,所搭建的系统能够在8.2 s内完成通信光斑的捕获对准,并在通信误码率为1×10^(-6)的情况下,实现50 Mbps的峰值通信速率。 展开更多

关键词 光通信 水下可见光通信 动态通信 伺服系统 光斑对准

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一种基于混沌加密的奇数阶正交变换辅助MIMO收发机设计

14

作者 常馨宇 邓涛 张琳 《光通信技术》 北大核心 2025年第2期57-63,共7页

针对水下可见光多输入多输出(MIMO)通信系统天线配置自由度低和安全性不足的问题,设计一种基于混沌加密的奇数阶正交变换辅助的水下可见光MIMO收发机。首先,提出了奇数阶正交矩阵生成算法,提升了水下可见光通信系统的可拓展性。其次,使... 针对水下可见光多输入多输出(MIMO)通信系统天线配置自由度低和安全性不足的问题,设计一种基于混沌加密的奇数阶正交变换辅助的水下可见光MIMO收发机。首先,提出了奇数阶正交矩阵生成算法,提升了水下可见光通信系统的可拓展性。其次,使用双混沌加密算法对传输数据进行加密,提升了水下可见光通信系统的信息传输安全性。仿真结果表明,相较于基准方案,该方案具有更优的可靠性和安全性性能。 展开更多

关键词 水下可见光通信 多输入多输出 正交变换 混沌加密 安全性

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DCO-OFDM系统中BPNN信道估计方法

15

作者 李晓记 高天 +1 位作者 阎威龙 杜卫海 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2022年第3期54-58,共5页

直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统中的削波操作、LED的非线性特性以及光信号受水下阻挡物引起的多径效应,都会造成系统性能的下降。将后向传播神经网络(BPNN)应用于水下可见光通信系统以补偿由上述三方面因素引起的非线性失真,即... 直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统中的削波操作、LED的非线性特性以及光信号受水下阻挡物引起的多径效应,都会造成系统性能的下降。将后向传播神经网络(BPNN)应用于水下可见光通信系统以补偿由上述三方面因素引起的非线性失真,即先用最小二乘算法进行初步估计,再将估计值输入神经网络训练进一步提高估计精度,待训练完成后将所得模型运用于在线估计。通过仿真以及水下可见光通信系统测试平台分别测试不同路径数以及传输距离对算法性能的影响。实验结果表明,BPNN算法可取得比LS算法更好的估计精度。 展开更多

关键词 水下可见光通信 直流偏置光正交频分复用 非线性效应 信道估计

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一种适用于DCO-OFDM系统的DFT信道估计算法 被引量：4

16

作者 高天 李晓记 +2 位作者 胡云云 阎威龙 杜卫海 《光通信技术》 2021年第4期38-42,共5页

针对直流偏置光正交频分复用系统中传统离散傅里叶变换(DFT)信道估计算法运算复杂度高和循环前缀(CP)内存在非有效信道系数的问题,提出厄米特对称的DFT(H-DFT)阈值改进信道估计算法。首先,根据信道时域响应变换到频域满足厄米特对称的性... 针对直流偏置光正交频分复用系统中传统离散傅里叶变换(DFT)信道估计算法运算复杂度高和循环前缀(CP)内存在非有效信道系数的问题,提出厄米特对称的DFT(H-DFT)阈值改进信道估计算法。首先,根据信道时域响应变换到频域满足厄米特对称的性质,只需对有效子载波的信道频域响应做厄米特对称即可获得全部子载波的信道频域响应;其次,根据CP外噪声的平均功率对CP内的信道抽头数据设置阈值来滤除CP内的噪声。仿真结果表明:与传统DFT信道估计算法相比,H-DFT阈值改进信道估计算法有效降低了运算复杂度,在误比特率和均方误差方面也得到了明显的改善。 展开更多

关键词 水下可见光通信 直流偏置光正交频分复用 信道估计 厄米特对称 厄米特对称的阈值改进

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