光通信系统与网络技术

  • 光电融合破解带宽、能耗难题

    张新全;余少华;

    信息化的不断深入,要求信息技术的带宽、时延和速率等性能持续提升,成本、能耗等持续下降。但受制于物理特性,电子信息技术面临诸多挑战,尤其是带宽、能耗等维度。充分利用光子的优势,文章提出基于光电融合使信息光子技术在连接/传输、路由/交换、计算/处理等诸多信息领域发挥出支柱作用,推动人类由电子信息时代进入光电信息时代。

    2021年05期 No.227 1-14+23页 [查看摘要][在线阅读][下载 2123K]
  • 基于色移键控和有限状态机的联合编码设计

    李嘉惠;李宗艳;李世银;

    针对可见光通信(VLC)中拓展圆星座的色移键控(CSK)调制调制阶数一定时存在误码率性能较差的问题,文章首先对星座点进行优化设计,在保持星座点指向三角形中心不变的情况下重新设计星座结构,改变星座点位置,增大星座点间最小码距,以改善误码率性能;其次,为进一步提高VLC信号的传输质量,文章引入有限状态机(FSM)原理,进行联合调制设计,进一步改善了误码率;最后,进行了仿真验证及性能分析,仿真结果表明,相比于传统的CSK调制技术,文章提出的优化拓展圆形星座CSK和FSM联合调制有更好的误码率性能,在10~(-6)级别误码率下,星座点数为4的CSK和FSM的联合编码(CC-FSM)相比于4-CSK有2.1 dB的增益;8CC-FSM码相比于8-CSK有1.7 dB的增益。

    2021年05期 No.227 15-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 907K]
  • 50 Gbit/s-EPON中基于预测的多波长带宽分配算法

    朱祥;李国勇;许鸥;

    根据IEEE 802.3ca新标准中对50 Gbit/s-以太网无源光网络(EPON)上行链路的说明,网络上行链路中需要对多波长进行动态带宽分配。文章采用长短时记忆神经网络对网络流量进行预测,旨在提高带宽分配的效率;同时,考虑到网络中不同类型业务对网络时延和带宽要求的差别,分别对不同优先级的业务采取不同的分配方案。仿真实验表明,基于神经网络预测的方法可以有效降低网络的延迟;对不同业务采取不同分配方案时,高优先级业务的延迟降低,并且随着网络负载的提高,延迟变化幅度较小。文章所提算法满足了高优先级业务的需求,虽然低优先级业务延迟与之前方式相比有所增大,但考虑到低优先级业务对延迟要求并不高,因此对于网络整体服务质量影响不大。

    2021年05期 No.227 24-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 2044K]
  • 基于反射滤波器实现载波重用无源光网络设计

    狄晗;陈新桥;刘晓蕊;霍恺丽;

    载波重用技术是降低无源光网络(PON)成本的一种重要方法,也是提高PON传输容量的主要方法。文章设计了一种PON系统结构,系统采用了副载波重用(SCM)和波分复用(WDM)的联合复用技术,极大地提高了PON的传输容量。在系统中采用无源反射滤波器实现载波重用,极大地降低了系统成本。文章采用Optisystem光子模拟软件搭建出了基于反射滤波器实现载波重用的SCM/WDM-PON系统结构,SCM采用3和6 GHz作为射频副载波,WDM采用范围为193.1~194.5 THz、波长间隔为200 GHz的8个波长为光载波,用户上下行传输的数据速率为1 Gbit/s。文章还研究了反射滤波器的反射系数、光载波功率和传输距离对上下行数据传输性能的影响,得到了当反射滤波器的反射系数为97%、光载波功率为5 dBm和传输距离<27.2 km时,系统总体性能最优的结论。

    2021年05期 No.227 31-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 1359K]
  • 基于深度神经网络的EON自适应调制方法研究

    王建华;冉煜琨;赵杰;

    为了在弹性光网络(EON)上最大化总频谱效率,提高用户体验质量(QoE),文章提出了一种基于深度神经网络(DNN)的自适应调制方法。首先对光纤中的网络传输质量进行估计,然后利用深度学习方法,将路由长度、跳数和视频质量作为请求特征的3个参数,根据每个需求的期望QoE,选择具有最大频谱效率的调制进制。仿真结果表明,所提方法的平均频谱效率在美国国家自然科学基金会(NSF)网络中比距离自适应和整数规划方法分别高了51%和32%,在中国网络(CN)骨干网中分别高了43%和29%;且所提方法的阻塞概率比距离自适应和整数规划方法最低降低0.01。

    2021年05期 No.227 36-40+44页 [查看摘要][在线阅读][下载 599K]
  • 基于混合式机器学习的光信噪比预测方法

    王峰;李兴华;李晓龙;朱东歌;邢祥栋;赵永利;

    随着网络技术的蓬勃发展,光网络向着超高速大容量的方向发展,光网络结构越来越复杂,导致网络中光信号传输受到各种物理层损伤的影响。在光通信设备中,物理层最重要的参数就是光信噪比(OSNR),其值的大小直接决定了业务能否正常运行,一旦不能满足要求,将会造成传输错误或失败、服务质量降低和传送消耗增加等问题。文章提出一种准确高效的光通信节点OSNR预测方法,将基于解析式的先验知识方法和基于深度学习的后验知识方法结合起来,提出了一种基于混合式机器学习算法的光通信节点OSNR预测方法,用先验知识去降低神经网络的训练代价,提供高准确度的OSNR预测,研究表明,文章所提方法可以在更苛刻的条件下提供高准确度的机器学习模型。

    2021年05期 No.227 41-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 389K]

光纤光缆技术与应用

  • 锚砸作用下光纤复合海底电缆的振动特性分析

    尚秋峰;巩彪;郑国强;

    针对海缆故障信号振动特性研究存在不足的问题,文章建立了锚砸作用下光纤复合海底电缆(海缆)的三维有限元模型。在质量为151.16 kg和速度为6.95 m/s的锚砸条件下进行了仿真计算,获得了海缆光单元受锚砸作用时,X、Y和Z 3方向上的加速度数据并进行了振动特性分析,给出了振动加速度信号的幅频特性、能量熵和峭度,分析了锚砸作用下海缆的振动特性,为采用光纤技术监测海缆工作状态提供了参考。

    2021年05期 No.227 45-49+56页 [查看摘要][在线阅读][下载 1763K]
  • 温度修正的单模光纤宏弯损耗特性理论分析

    孙云鹏;舒畅;林海涛;

    为了研究单模光纤宏弯损耗特性与温度变化的关系,文章根据Faustini L提出的理论公式进行了热光效应和热膨胀效应修正,基于该公式对温度影响下的纤芯—包层—无限涂覆层结构SMF28和1060XP单模光纤宏弯损耗分别进行了仿真分析,探究了温度、波长和弯曲半径等因素对单模光纤宏弯损耗特性的影响,并得到两种单模光纤与温度之间的线性拟合结果。研究结果表明,宏弯损耗随弯曲半径的减小而增大,随波长的增大而增大,随温度的升高而减小;当弯曲半径和波长一定时,宏弯损耗与温度之间具有单调性;增大弯曲圈数可有效增加其对温度的灵敏度。

    2021年05期 No.227 50-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 1066K]

光电器件研究与应用

  • 基于半导体激光器的信号有限时同步传输技术

    赵丽娜;魏庆涛;吕翎;

    针对电流调制半导体激光器的信号有限时同步传输问题设计了技术方案。文章首先对电流调制半导体激光器的特性进行了理论分析。在此基础上,利用滑模控制方法设计了独特的滑模面和滑模控制器,完成了电流调制半导体激光器对目标信号的有限时同步传输。研究结果表明,该项技术不但能够保证电流调制半导体激光器在有限的时间内完成对目标信号的同步传输,而且通过简单调节滑模面中的参量便可控制滑模面收敛的快慢。同时,该项技术对目标信号没有任何限制。

    2021年05期 No.227 57-60+66页 [查看摘要][在线阅读][下载 501K]
  • 长周期光纤光栅表面等离子体共振增强传感器

    刘志伟;董兴法;吕正兵;姜莉;吴婧;

    针对光纤表面等离子体共振传感普遍存在强度脆弱、灵敏度偏低及等离子体激发效率低下的问题,文章将长周期光纤光栅作为辅助平台,研究了表面等离子体共振传感器增强灵敏度的途径。在光纤光栅表面传感区域热蒸发一层金膜,通过调谐输入光纤光栅部位的偏振光模式来实现对外传感性能的增强。选用氯化钠溶液作为外界折射率感应物质,通过软件进行模拟仿真,仿真结果表明,镀金膜前后,横磁波和横电波的透射功率在空气中分别衰减了4.3和0.3 dB,在溶液中分别衰减了5.3和2.2 dB。在1.335~1.372溶液折射率变化范围内,两种偏振光源的折射率灵敏度分别提升了18.7和12.9 nm/RIU。

    2021年05期 No.227 61-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 1113K]

无线通信技术

  • 基于人工表面等离激元的宽带漏波天线

    白育堃;柴博;郑宏兴;

    为了解决漏波天线带宽有限和整体尺寸较大的问题,文章提出了一种新型宽带漏波天线。该天线由人工表面等离激元传输线和非对称圆形贴片组成,其工作频段为7~15 GHz(相对带宽为72.73%),能够从后向至前向连续波束扫描,波束扫描角度为69°,同时具有稳定的高辐射增益。该天线的最大仿真增益达到13.1 dBi,测试增益波动仅为1.64 dB,测试结果与仿真结果吻合较好。文章所提宽带漏波天线具有结构简单、性能稳定且易于加工的优点。此外,天线的整体尺寸较小,更有利于无线通信系统的集成。

    2021年05期 No.227 67-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 3475K]
  • 5G毫米波通信中基于波束赋形的节能机制

    陈发堂;吴峰;

    毫米波通信技术尽管能够满足第五代移动通信技术(5G)的设计指标,但是毫米波在传输过程中的路径损耗严重影响了其传输性能,需要使用波形赋形技术来集中传输的能量以削弱路径损耗带来的影响,而传统的非连续接收(DRX)机制应用在波束赋形系统中会导致波束失准,在5G系统中已不再适用。针对以上问题,文章提出一种长周期可调整的定向DRX(A-ODRX)机制,将波束搜索状态并入到长周期状态来克服波束失准,同时引入了长周期递增系数以节省功耗,采用半马尔可夫链和欧洲电信标准化委员会(ETSI)流量模型对A-ODRX机制进行了模拟仿真,仿真分析了A-ODRX机制下的平均延迟、节能效果以及波束失准概率。仿真结果表明,A-ODRX机制可以在明显降低波束失准概率的同时有效地降低终端的能耗。

    2021年05期 No.227 73-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 571K]
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