引用本文:

蔡岳丰,李晓龙,闫宝罗,等. 基于铒离子竞争机制的光功率均衡技术[J]. 光通信技术,2020,44(9):58-62.

基于铒离子竞争机制的光功率均衡技术

蔡岳丰1,2,李晓龙1,2,闫宝罗1,2,刘 波1,2*,刘海锋1,2,孟森森1,2,林 炜1,2

(1.南开大学 现代光学研究所,天津 300350;2.南开大学 天津市光电传感器与传感网络技术重点实验室,天津 300350)

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摘要:针对大气湍流效应引起的接收功率起伏问题,提出了一种基于铒离子竞争机制的光功率均衡技术。讨论了基于Gamma-Gamma分布的大气信道模型中大气湍流对自由空间光通信的影响,对不同湍流强度下的光功率均衡效果进行仿真,仿真结果表明:在中等强度湍流条件下,该技术可将接收信号光功率波动范围压缩16 dB以上。

关键词:自由空间光通信;大气湍流;接收功率起伏;铒离子竞争机制;光功率均衡

中图分类号:TN256 文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)09-0058-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.09.014

0 引言
      自由空间光通信作为一种光通信与无线通信的产物,融合了微波通信与光纤通信的优势,具有频带宽、通信容量大和通信速率高等特点[1]。然而,光信号在大气信道中的传输不可避免地会被大气湍流效应所影响,导致其光强和相位在空间域和时间域上出现波动,造成相位畸变、光强闪烁等现象[2]。光功率均衡技术指在输出功率波动范围较大情况下,为了防止某时刻的输出功率超出接收机的工作范围,通过改变增益系数等手段压缩输出功率的波动范围,维持接收机的正常工作。
   迄今为止,已报道了许多有关光功率均衡技术的研究情况。王伟 [3]通过掺铒光纤放大器(EDFA)的功率均衡技术实现了输出功率的稳定度以及与计算机(PC)的通信。Khamis等人[4]通过控制增益实现功率均衡,减弱了12个通信信道中信道功率的波动。Santos等人[5]利用130 nm的互补金属氧化物半导体技术进行功率均衡控制,可以为信号提供26.5~36.9 dB的功率增益。Xin Lv等人[6]利用数字开关改变指数逼近函数,实现了4个动态范围的功率均衡。但是,这些研究由于采用了控制电路,因而存在电阻-电容(RC)或电阻-电感(RL)电路的瞬态响应时间延迟、光/电转换效率不稳定等问题,会对信号处理造成影响。因此,本文提出一种基于铒离子竞争机制的光功率均衡技术,以实现误码率的改善和通信质量的提升。

4 结束语
      在自由空间光通信中,大气湍流是引起接收光功率起伏的主要原因,因此针对大气湍流效应抑制的研究具有重要的意义。光功率均衡技术作为一种控制信号输出功率小范围波动的手段,可以抑制大气湍流引起的接收功率闪烁现象。本文采用了Gamma-Gamma模型对大气湍流进行建模研究,分析了接收功率起伏与湍流强度的关系,并给出了时域中对应的接收功率变化情况。基于接收光强的大范围起伏问题,本文提出了一种基于铒离子竞争机制的光功率均衡技术,并证明了该技术可以将中等强度湍流环境下的接收功率波动范围压缩16 dB以上,最大输出功率降低20 dB以上,同时证明了该技术对不同的湍流强度具有普遍性。光功率均衡技术对于抑制大气湍流效应、改善误码率具有较高的价值,在提升通信质量方面具备较大的应用潜力。