电子工程系

Department of Electronic Engineering

下列实验室按拼音顺序排序:

一. 未来网络与通信片上系统研究组

二. 无线光信息系统实验室 

 

一. 未来网络与通信片上系统研究组(http://fi.ee.tsinghua.edu.cn

实验室介绍

清华大学电子工程系未来网络与通信片上系统研究组致力于研究支撑未来网络和通信术持续发展的核心基础科学问题与关键技术,并通过芯片化、系统化与网络化的手段,对其进行原型实验与系统验证。目前,该实验室主要承担自然科学基金、973、863、重大专项等国家纵向课题及多项国际国内企业合作与专项项目;研究主题包括:下一代互联网、软件定义网络、无线移动网络、60GHz无线通信等。实验室与国内外高校、研究机构和企业有广泛深入的合作,研究生在读期间有各种国际交流机会(国际会议、交换国外访问等)。

详细内容请访问实验室主页。http://fi.ee.tsinghua.edu.cn/

 

 

二. 无线光信息系统实验室(http://www.owisys.org 

实验室介绍

由“千人计划”国家特聘专家徐正元教授创建的无线光信息系统实验室(OWiSYS Lab:http://www.owisys.org)位于清华大学伟清楼和清华-罗姆电子工程馆内,面积约500平方米,拥有现代化的光学和射频测试设备,用于无线光和无线射频信息系统的前沿理论和实验研究,覆盖射频、微波、红外光、可见光和紫外光频谱范围的通信、传感、成像、定位导航、智能交通等。
实验室有充裕的科研经费,来自国家973计划项目、863计划课题、自然科学基金、企业横向项目等。
目前实验室有教授、副教授、助理研究员、工程师、博士后、行政人员、博士和硕士研究生共计20多名。

实验室研究方向

1、多谱段光信号与无线传输介质的波粒作用机理研究和实验验证

考虑紫外光、可见光和红外光波段的单色或宽光谱光信号,研究在开放的无线传输空间中流体介质以及物理界面对光信号的波动和粒子叠加作用机理,支撑无线光通信、成像和传感技术的研究。无线光信道区别于传统的微波信道,体现出明显的波粒二象性,载波波长尺度缩小好几个量级。在开放传输空间中介质的光学特性决定了对不同波长的光信号有选择性吸收、散射、衍射。介质多种类、多模态(静态和动态)、多尺度、时空变,如大气和海水中组分的多样性、复杂性和随机性,导致光信号与传输路径中的介质作用时随波长的渐变规律尚不清楚。如何有针对性选择合适的光载波并找到适宜通信的“光窗口”尚有困难。同样,光信号与物理边界或不同介质的交界面作用时,物理界面(如室内物体或墙壁,不同大气层,海水表面)对光信号多次反射和吸收。这些介质或边界对不同光谱段波长的光信号作用后引起接收到的光信号时域展宽、波形畸变、能量衰减、时延等效应。该方向针对不同应用环境,兼顾光信号的粒子性和波动性,侧重理论研究和实验测量光信号的传输变化效应。

 大气非视距散射光通信,室内可见光通信

2、混杂光电干扰及通信系统容量研究

光信号无线传输和接收时受到复杂多样的环境及系统噪声干扰,像自然光、纷繁的人造光源(如下图)、与有用信号共存的光谱和电谱特性千差万别的其它通信光源、探测器电路噪声等,它们会呈现出大动态、随机性、非高斯、非线性、连续/离散混合型特性,随波长和时空分布的特征不明,但极大影响了通信系统性能并增加了理论研究的复杂度。这些光电干扰区别于光纤通信和微波通信,因此有必要深入探讨它们的特性,为有效抑制和提高通信系统信噪比提供理论依据。同时,在这些噪声干扰和信道特征下,目前对信道容量还缺乏全面的认识。

室外太阳光照射下的可靠光通信,多样化人造光源

3、无线光通信理论和通信技术

无线光信号的波粒特性所引起的收发取向性和传输信道的脆弱性对光信号的可靠传输与有效检测提出了严峻的挑战。首先,新型发散光源的使用使之有别于传统的点对点红外激光通信,降低了收发对准要求,使得系统更易快速铺设,但高性能的光学天线更具挑战,必须解决高增益大孔径宽视场光的会聚、收发一体化问题,有效抑制宽入射角噪声光及杂散光,挖掘光学系统孔径及滤波技术与视场角制约机制。其次,光信号易受遮挡干扰和空间流体介质的影响,需有效补偿信道的脆弱性从而保证通信的可靠链接,包括有效对抗非线性、非高斯混杂随机噪声,时空变信道统计特性对光信号的畸变。通过设计调制编码、系统均衡、弱信号最优检测技术,揭示通信系统传输速率、距离、误码率、功率等多种因素的错综复杂的交织机理及系统所达到的通信性能极限,研究逼近宽光谱信道容量限的无线光通信理论和技术。综合光学和电学手段,揭示跨波段波长的依赖性以及渐变效应,建立高效通信理论与技术。

4、无线光通信多维资源联合优化研究

无线光通信系统资源丰富,包括光波长、时间、电频率、码制、空间(简称“色-时-频-码-空”)等,尤其是波长和空间。通过分析无线光信号在多维度下耦合协同机制,挖掘资源、提升通信系统性能。研究无线光信号高密度阵列式收发单元子信道间的非线性耦合机制与解耦方法,以及多光源空间资源复用(如下图);针对光源覆盖定向性与接收移动性之间的矛盾,以及光信号被阻隔、光源故障等因素造成信号中断或强波动,研究无线光协同通信机制,动态整合多谱段实现可调控、任务可定制的、动态适应并可重新配置的无线光协同通信系统。探究光波与微波混合复用机制,中继理论与方法,分析信号空间最大自由度,协同利用多维资源,建立无线光传输网络理论框架和多维资源联合优化设计方法。

多发多收的天然光发射和接收阵列,高用户密度区的大容量数据空间分发

5、无线光信息系统及应用研究

1) 宽带无线光通信及网络(LiFi  — 光WiFi)

LED照明系统一个重要的附加应用就是室内移动终端(如手机、笔记本电脑等)嵌入的高速无线光接入和联网。由于微波信号穿透建筑物时深度衰减,在许多场所由远方基站发射的信号其到达强度达不到通信性能的要求,致使话音断续或数据链中断。同时电磁波间相互干扰以及有限的频谱资源导致系统容量的瓶颈。无线光网具有上网速度快(因为宽频谱)、链路性能高(光源信号强)、大容量(因为光的空间复用)等优点,已成为无线电系统的补充或替代,预期单链路可实现近于1Gbps的通信速度,同一空间区域如有若干个终端同时介入,整个网络可望达到几十Gbps的容量,并可融合现有有线网络(xDSL, fiber, cable, powerline)和无线网络(FSO, WiMAX, 3G, WiFi)。

2) 可见光导购/定位/导向系统

在大型复杂场所、建筑物内、大楼内,LED灯将遍布各地。白光LED光源可像GPS系统中的诸多卫星一样作为提供定位信息的泛在位置传感器。在大型购物场所,每个LED灯具有一个电标识码来代表它的位置,货架及商品的摆放位置可预先由商家录入图库。LED灯会连续广播它们的位置信息和商业广告信息。当手持终端一旦进入服务区后,它可与LED灯实时通信以获得这些信息。购物者通过键入商品类别或名称快速搜索商品位置,并借助一系列LED灯的导向来快速找到商品。另外,新型可见光导向/定位系统以模块可嵌入到手机中,借助建筑内部通道地图,向使用者提供详细位置与方向信息,从而实现GPS在室内/地下/隧道内无法实现的功能。

3) 微波受限环境下可见光通信和网络系统

在某些场合无线电系统被禁止或限制使用,主要是防止对环境中既有电子设备的干扰或造成引爆隐患,比如在医院、高铁、飞机机舱内、油/气/矿井等。可见光无线通信系统成为最佳选择。在医院,通信网络可依赖于LED照明系统提供用户(医患人员)端至接入点的短距离通信,并借助电力线或其它铺设的有线系统与控制处理中心实现通信。在飞机内,旅客通过座位上方的阅读灯入网。在矿井,矿工们依靠头盔上已装配的LED照明灯可互换信息,也可通过隧道照明灯接入最终将信息传递至井外,确保生命和财产的安全,矿工定位和井下实时监控。

4) 可见光智能交通及安全系统

越来越多的车辆制造商开始用白光LED装备新车辆。交通管制和市政建设单位也将交通信号灯和路灯用白光LED阵列取代。基于LED可高速调制的特性,车辆之间、车辆与交通信号灯或路灯间可实现通信。像交通信号灯的状态和周边交通路况均可及时发送至驾驶员,及早做好刹车或道路选择准备。同时车载传感器会将车辆的实时信息通过交通信号灯传送至远程信息中心,增强车联网的无线通信功能。类似的概念可用于机场飞机与地面航行控制器、飞机与飞机的无线光通信,以求得高安全性。

5) LED显示屏通信系统

LED除了作为照明外还有一个主流的应用就是显示,如广告屏、机场或火车站的交通信息牌、景区介绍、商业活动电子屏等。鉴于可调制的特点,LED还可同时作为通信的信号发射源,基于大面积LED阵列发送大容量数据信息,根据应用需求推送各种有价值的信息。 

6) 水下无线光通信系统

传统的水下通信依赖于声波技术,但通信速率很大程度上受限。最近半导体光器件的飞速发展为水下高速光通信带来了曙光。不同的海水对不同光波波长的吸收有显著差别,海水组分对光的散射也很强。侧重于对浅水至深水无线光通信系统构架和技术作深入研究,用于海洋生物种群和海底石油勘探传感系统。

欲详细了解人员、科研、论文等信息,欢迎访问实验室主页:  http://www.owisys.org