光通信系统与网络技术

  • 基于FPGA的混沌神经网络同步实时实现

    张建勋;杨钊;虞名海;胡卫生;义理林;

    混沌作为一种非周期、类随机以及初值敏感的非线性动力学现象,是保密通信重要的传输载体。针对传统的混沌同步方式结构复杂和实现难度大的问题,文章提出通过现场可编程门阵列(FPGA)实现神经网络的方法来对混沌进行同步。在发射端使用FPGA,根据洛伦兹状态方程生成混沌信号,并对传输信号进行实时加密,利用神经网络对混沌发射系统进行精确的数学建模,在接收端通过训练好的神经网络模型对信号进行解密,并将神经网络模型在FPGA上验证通过,最终成功实现了对10 Mbit/s信号的实时加密和解密。该方法极大简化了混沌保密通信系统的同步结构,为点对多点的实时混沌保密通信提供了可能。

    2021年03期 No.225 1-5页 [查看摘要][在线阅读][下载 1292K]
  • 数字混沌抗干扰激光雷达设计

    高华政;冯丽燕;虞名海;张建勋;石梦悦;胡卫生;义理林;

    针对传统混沌激光雷达系统结构复杂和成本高的问题,文章提出了采用现场可编程门阵列(FPGA)和任意波形发生器(AWG)两种发射方案,基于改进的Logistic映射公式实时动态生成数字混沌信号。将在电上生成的数字信号调制到直调激光器上生成光域的混沌信号,混沌光信号作为激光雷达发射信号,进而配合光学收发系统搭建成套的激光雷达探测系统,对一个反射率为50%的待测物进行距离测量,无需复杂的光学结构即可实现厘米级别的准确测距。通过实验比较连续和二值化处理后的混沌信号测距效果,发现二值化混沌信号的测距准确度比连续混沌高一倍以上,对于不同频率下的方波、正弦波和混沌干扰信号具有更强的抗干扰能力,展现出更大的应用优势。

    2021年03期 No.225 6-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1142K]
  • 面向业务感知的共享链路保护策略研究

    魏勇;王旭蕊;赵炜;孟显;袁欣雨;

    针对传统弹性光网络采用专用路径1+1保护策略存在资源浪费的问题,文章提出了一种共享链路保护策略。在检测到链路故障后,柔性光转发器切换至共享保护链路,并根据业务的优先级和请求频率重排业务权重,依据业务权重提供差异化的路由和频谱分配。此外,文章提出一种以物理网络拓扑结构、业务需求集合和优质业务量占比为约束条件,以最小化频谱隙利用率为目标,具有业务区分的路由和频谱分配方法。理论分析和仿真结果表明,与传统的1+1保护方法相比,所提保护策略在降低网络拥塞率的同时,可以最多节省38%的频谱资源,能够最大限度地实现备份频谱资源的共享。

    2021年03期 No.225 11-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 651K]
  • 边缘计算与CDN的资源协同方案

    郭湘南;王功乾;伍时扬;陈永胜;

    针对边缘计算与内容分发网络(CDN)边缘节点如何实现资源协同的问题,文章提出了CDN缓存软件适配虚拟机和容器的技术与方法。通过对比分析物理机、容器和虚拟机3种部署模式下CDN的性能测试数据,评估了CDN虚拟化带来的性能损耗。容器模式性能损耗较小,其性能与物理机相当;而虚拟机模式性能损耗较大,其性能相当于物理机的75%左右。在性能标称值下,虚拟化后的CDN边缘节点可以释放中央处理器、内存和磁盘大部分资源,与边缘计算实现资源共享。

    2021年03期 No.225 16-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 631K]
  • 120 km长距离分布式光纤振动传感系统

    金燊;宋伟;杨纯;杨同友;李书华;

    针对输电线路等场景的超长距离监测应用问题,文章在分布式光纤相位敏感光时域反射仪的基础上,采用拉曼放大和外差检测的方式,设计了一种光电信号分段探测和采集的光纤传感系统。该系统依据光纤长度将光纤分为两段进行信号采集和处理,针对不同强度信号适配相应的信号处理和采集参数,解决了超长距离监测系统的动态范围不足和信噪比差的问题。经试验和分析,最终实现了超过124 km的单端超长距离分布式光纤监测系统,系统末端信噪比>10.5 dB。

    2021年03期 No.225 20-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 810K]
  • 单载波400 Gbit/s无中继超长距传输实验研究

    张勇生;张林;吴剑军;

    针对单载波传输速率不断提升对超长距无中继通信的传输跨距带来巨大挑战的问题,文章主要采用高阶泵浦前后向遥泵放大技术,结合G.654E超低损、大有效面积光纤及子载波频分多路复用技术,通过优化高阶泵浦功率、远程增益单元性能、线路放置位置和信号波传输波长等光路子系统参数,实现了单跨距501.18 km(78.68 dB)单载波400 Gbit/s无中继单纤芯超长距离传输。

    2021年03期 No.225 25-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 346K]

光电器件研究与应用

  • 光纤端面平面型螺旋相位板设计

    章杰侈;夏长权;高锐;

    针对传统阶梯型高阶螺旋相位板在光纤端面上制作难度大和使用过程中容易损坏的问题,文章提出了一种在光纤端面上制作平面型螺旋相位板的设计方案。这种相位板在不同方位角上高度相同,通过控制不同方位角处的折射率可获得不同的拓扑荷数。文章使用菲涅尔衍射理论对该方案产生的涡旋电场分布及光强分布进行了详细的理论分析,同时采用时域有限差分方法对基模高斯光束通过具有不同拓扑荷数的平面型螺旋相位板后在光纤中的传播过程进行了仿真验证。仿真结果表明,该种光纤端面平面型相位板对于高阶和低阶模式都能产生高质量的涡旋光束,有效克服了传统阶梯型螺旋相位板存在的不足。

    2021年03期 No.225 29-32+37页 [查看摘要][在线阅读][下载 1149K]
  • 匹配滤波在相干光纤通信系统中的特性研究

    段明雄;朱京;卢贺;吴广哲;李伟华;黄超;龙函;吴剑军;

    针对相干光纤通信系统中匹配滤波(如根升余弦滤波器)对系统的影响,文章在不同光学带宽、残余色散以及非线性情况下,对不同滚降因子R_f的系统特性进行了研究。文章分别仿真研究了256 Gbit/s偏振复用16阶正交幅度调制(PDM-16QAM)信号在光学带宽为33、50及100 GHz时的传输特性、残余色散在-300~300 ps/nm区间内的特性和注入功率为-3~4 dBm情况下传输1 200 km光纤链路的特性。仿真结果表明,对于光学带宽受限的系统,R_f选取(1+R_f)B(B为信号波特率)与系统光学带宽相近的值为宜;对于光学带宽接近两倍波特率的系统,滚降因子R_f选取0.2~0.5为宜。

    2021年03期 No.225 33-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 682K]
  • 纤芯包层复合结构FBG的光谱特性仿真研究

    董云辉;何巍;宋言明;孟凡勇;

    针对纤芯包层复合结构光纤布拉格光栅(FBG)制备难度较大的问题,文章首先分析了复合结构FBG的结构特征,然后从光纤耦合模理论出发,利用Rsoft结合Matlab软件分别模拟了单独存在的纤芯、包层光栅以及复合结构光栅的反射光谱,并且通过改变光栅周期、栅区长度以及调制深度,对复合结构FBG的反射光谱特性进行了仿真分析。仿真结果表明,光栅周期为541 nm并固定其他参数时,单独的纤芯与包层光栅中心反射波长分别为1 563.4和1 558.0 nm,复合结构光栅获得了具有相同中心波长的双峰反射光谱;复合结构光栅的光栅周期、光栅长度和调制深度会对反射谱的中心波长、强度与半高宽度造成规律性的影响。研究结果可以给光栅刻写与应用提供参考与理论支撑。

    2021年03期 No.225 38-42+58页 [查看摘要][在线阅读][下载 527K]
  • 400 Gbit/s FR4光收发模块的研究

    邓琨;高万超;陈意;付永安;孙莉萍;

    如今数据中心的业务流量需求急剧上升,很多服务商早已开始着手400 Gbit/s以太网通信系统的建设。相比于100 Gbit/s光模块,400 Gbit/s光模块可提供更高的传输带宽以及更低的功耗和成本。针对上述需求,文章提出了一种应用于数据中心光通信网络系统的400 Gbit/s光收发模块设计方案。首先介绍了400 Gbit/s光模块的相关协议及标准,然后给出了模块的总体设计框架,主要从速率转换、发射、接收和监控4部分进行了阐述,最后对该模块进行了测试。测试结果表明,该模块符合各项协议与标准的规定,是一种能实现数据中心400 Gbit/s以太网传输的良好解决方案。

    2021年03期 No.225 43-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 387K]
  • 光模块中互连结构的补偿设计

    宁静;宋小平;刘成刚;余春平;

    为解决光模块中各组件之间使用金丝互连线或柔性电路板互连产生的信号完整性问题,通过三维电磁仿真软件HFSS对金丝互连线和柔性电路板的电磁特性进行分析,并设计了相应的补偿结构。电磁仿真结果表明,具有补偿结构的金丝互连线的回波损耗(在0~20 GHz频率范围内)增加了约18 dB,插入损耗减小了0.10~0.25 dB;具有补偿结构的柔性电路板回波损耗(在0~20 GHz频率范围内)增加了约17 dB,插入损耗减小了0.10 dB。测试结果表明,使用补偿结构的光模块具有良好的传输性能,该补偿结构可以有效地应用于光模块中互连结构的设计。

    2021年03期 No.225 48-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 1605K]

无线通信技术

  • 基于模糊层次—熵权法的自适应垂直切换算法

    王珑璋;李翠然;

    针对当前异构网络中,采用多决策属性的垂直切换算法难以动态调整网络属性的权重值,从而无法满足用户服务质量(QoS)的需求问题,文章以接入最优的异构无线网络和保障用户QoS为目标,提出基于模糊层次—熵权法的自适应垂直切换算法。首先,根据用户对网络属性的不同要求,采用主观模糊层次赋权与客观熵权法结合的方式构建网络属性优化模型,之后根据用户体验采用自适应机制来动态地调整各网络属性权重值,最后利用成本函数对异构网络的状态进行切换预测,从而选择接入最优的无线网络。仿真实验表明,所提算法能有效降低网络切换率,能更好地保证异构无线网络之间的负载均衡,增加了移动终端的续航时间。

    2021年03期 No.225 52-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 703K]
  • 无线激光通信在海上大型无人机中的应用

    刘锡国;刘敏;毛忠阳;胡昊;徐建武;王红波;

    为了提高海上大型无人机无线通信能力,在总结分析国内外机载无线激光通信的技术发展现状、已开展实验情况和技术趋势的基础上,对应用场景进行了规划和设想,对海上大型无人机大气激光通信的性能指标、关键技术、面临的机遇和挑战进行了分析,为无线激光通信在我国海上大型无人机无线激光通信的应用及发展提供了借鉴和参考。

    2021年03期 No.225 59-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 235K]
  • 可见光通信中继技术研究

    朱蔓菁;王玉皞;刘晓东;

    可见光通信(VLC)作为射频通信的有效补充技术,可提供高速率、超低时延、绿色环保、低成本和安全可靠的通信服务。但覆盖范围受限和链路遮挡已成为VLC系统可靠通信的瓶颈。针对上述问题,在VLC中采用中继技术是一种有效方法。文章从中继技术的功能特性出发,分析中继协作的VLC系统模型,对中继协作的VLC系统的应用场景、组网方式、转发策略、调制方式、工作模式和多址接入等关键技术进行综述,并对采用相应关键技术中继协作的VLC系统的可靠性、安全性和能效性进行分析,最后提出采用非正交多址、多输入多输出和全双工模式的多中继协作的VLC异构网络是未来通信网络的研究重点和方向。

    2021年03期 No.225 64-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 1326K]
  • 公专融合5G车地无线通信系统

    李辉;张新波;

    第四代移动通信技术(4G)的长期演进技术(LTE)受国内1 785~1 805 MHz专网频段制约,轨道交通对于双网冗余配置和专门业务必须保证稳定的最低带宽要求,这使得LTE-Metro(LTE-M)综合承载系统的服务能力受到很大限制。针对上述问题,文章提出了对4G基站、核心网和车载终端适配器单元(TAU)进行升级,加入第五代移动通信技术(5G)公网非独立(NSA)基站的方案,利用4G专网作为列车自动运行通信控制(CBTC)系统业务的主网络,5G网络作为承载CBTC系统的辅网络,5G基站承载轨道交通专网的大带宽业务,实现了4G专网与5G公网融合以承载通信系统的大带宽需求。

    2021年03期 No.225 72-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 688K]
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