光通信系统与网络技术

  • 改进的非规则QC-LDPC译码算法和结构

    陈发堂;王永航;张翰卿;

    为提升非规则准循环低密度奇偶校验码的译码性能和降低译码器实现难度,文章提出了一种基于度数归一化最小和(BD-NMS)算法和一种改进的译码结构。首先分析了最优归一化因子变化规律,得到其在不同度数下的分布特性,依据分布特性对度数分层,最后利用密度演化和加权向量得到各层归一化因子。文章所提译码结构中,校验节点以提升值为单位分组,每组以2的整数次幂为单位分子层,子层按顺序依次更新。仿真结果与复杂度分析表明,文章所提译码结构资源消耗和复杂度更低;BD-NMS算法拥有更为优异的译码性能和收敛速度,在误码率为10~(-6)时译码性能比密度演化最小和(DE-MS)算法提升了0.19 dB左右,增加的复杂度只包括比较运算,易于硬件实现。

    2020年06期 No.222 1-4+16页 [查看摘要][在线阅读][下载 797K]
  • 基于软件方法提升流媒体服务器性能

    伍时扬;王功乾;

    针对流媒体服务节点硬件成本高、流媒体服务器硬件能力未被充分发掘利用的问题,文章提出了优化流媒体服务器性能的软件方法。首先,基于性能测试分析的结果,流媒体服务器性能瓶颈在于硬盘组负载不均衡,硬盘组的整体吞吐能力未被充分利用;其次,分析了Linux文件系统输入/输出(I/O)访问模式,提出了直接I/O与异步I/O相结合,加速文件读取的方法;然后,针对流媒体文件的特点,提出了分片存储技术,以支持并发读取,均衡硬盘组的负荷;最后,提出了基于内容热度的动态副本策略,以支持热点内容巨大的并发访问。经测试验证,采用这些技术优化流媒体应用软件后可大幅提升流媒体服务器的性能。

    2020年06期 No.222 5-7+24页 [查看摘要][在线阅读][下载 424K]
  • 基于光纤传感的物联网节点定位技术研究

    于春荣;王益芳;于瑷雯;

    基于光纤传感的物联网(IoT)具有测量感知与数据传输的双重特性,为了实现网络内任意节点的快速定位,文章研究了快速节点定位技术,该技术采用边界盒定位的方法优化了人工蜂群(ABC)算法。实验对光纤传感网络中的多个未知节点进行定位分析,并将所提算法、未优化的ABC算法和传统粒子群(PSO)算法的测试结果进行了对比。实验结果表明,随着种群数的增加,3种算法的定位精度都会提高,当种群数>20后趋于稳定,定位精度依次为2.2、3.0和3.3 m。由达到稳定的迭代次数和定位精度上下限可知,所提算法的收敛速度和定位稳定性均优于后两种算法。由此可见,基于所提算法的定位技术更适用于光纤传感IoT的节点定位应用。

    2020年06期 No.222 8-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 687K]
  • 基于数据挖掘的多波段激光数据分类算法研究

    赵丽莉;

    针对多波段激光干涉图像中的频谱数据混叠问题,文章提出了一种基于数据挖掘技术的自相关提取分类算法。首先,采用自相关计算模式完成数据属性分类;然后,通过属性隶属度函数作为判据设计了基于特征数据挖掘的自回归平均模型;最后,采用时序衰减权值系数循环迭代的方式完成数据挖掘。实验对混合激光光源进行测试,并与传统均值分类算法和最小二乘法分类算法作了对比。仿真结果表明,该算法的分类平均误差为0.110,优于另外两种算法(0.191和0.167),并且在相同数据总量的条件下该算法的耗时最少。由此可见,该算法对多波段激光干涉图像中混叠数据的有效分离具有很好的改善作用,在混叠数据分类应用中具有一定的实用价值。

    2020年06期 No.222 12-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 453K]
  • 两种高吞吐量低延迟光数据中心网络架构研究

    熊丽婷;张绍彪;揭吁菡;

    针对电数据中心网络(DCN)延迟高和吞吐量低等问题,文章提出了两种无源光DCN架构,一种针对小型DCN,一种针对大型DCN。两种架构均采用了阵列波导光栅路由器(AWGR)、耦合器和解复用器等无源光器件,并针对每种规模的架构给出了波长分配和分组传输方法。仿真结果表明,与电DCN(如Fat-tree和扁平蝶(FBFLY)网络)相比,所提方法具有更低的延迟和更高的吞吐量。而与其他光互连架构(如数据中心光开关(DOS)和Petabit)相比,其性能大致相当,分组延迟低于18μs,但成本更低。

    2020年06期 No.222 17-20+76页 [查看摘要][在线阅读][下载 361K]
  • 基矢编码协议安全性及抗干扰性研究

    卢利锋;吴海洋;黄兴;刘云;

    在BB84量子密钥分配协议中,安全密钥通常是从系统的测量结果中提取的,但在实际系统中容易受到攻击。基矢编码量子密钥分配协议的安全密钥在基矢信息中编码,不需要通过测量结果提取,该协议不涉及硬件的变换,只需对数据的后处理进行调整,因此实际系统易操作实现。针对基矢编码协议在实际系统中面临的光子束的截取重发攻击和分束攻击,文章对比分析了基矢编码、BB84和B92协议的实际安全性,分析结果表明,基矢编码协议在抵抗光子束的截取重发攻击和分束攻击方面具有更强的安全性。

    2020年06期 No.222 21-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 170K]
  • 融合信号功率波形与幅相特征的色散监测技术

    刘军;吕俊峰;李伯中;陈芳;田照宇;吴剑军;

    针对高速相干光通信系统,融合信号功率波形与幅相特征提出了一种大范围和高精度的色散(CD)监测技术。搭建了112 Gbit/s (28 GBaud)偏振复用正交相移键控(PDM-QPSK)仿真系统,证明了该方法的可行性并分析了监测误差。仿真结果表明,在6.4~48.0 ns/nm CD范围内,该方法实现了最大绝对误差和平均相对误差分别为62.1 ps/nm和0.002 7的CD监测。

    2020年06期 No.222 25-28+53页 [查看摘要][在线阅读][下载 878K]
  • 无中继光传输系统中KNN非线性补偿技术研究

    田霖;林睿;龙函;徐健;朱一峰;徐自闲;陆国生;陈保豪;

    针对偏振复用—正交相移键控(PDM-QPSK)无中继光纤传输系统中的非线性损伤问题,文章重点研究了一种基于K最邻近(KNN)聚类算法的非线性补偿技术。通过计算测试数据到所有训练数据点的距离对测试数据进行分类实现了对光纤非线性补偿。研究结果表明,在112 Gbit/s PDM-QPSK 350 km色散管理无中继光纤传输系统中,基于KNN算法的非线性补偿技术能够有效地补偿传输光纤非线性引起的损伤。特别地,在系统误码率为10~(-3)时,经KNN算法非线性补偿后输入端信号的光功率可提升约1 dBm。

    2020年06期 No.222 29-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 725K]
  • 基于机器学习的软件定义光网络入侵检测策略

    朱嘉豪;徐凯;王炎豪;陆煜斌;宣涵;沈建华;

    软件定义光网络(SDON)中,控制平面可能遭遇入侵威胁从而对网络的稳定可靠服务供给造成影响。文章针对SDON集中控制平面安全问题提出了一种基于机器学习的入侵检测策略,采用孤立森林算法来检测点异常,采用指数权重移动平均(EWMA)算法来检测序列异常。理论分析和仿真实验结果表明,所提的基于机器学习的SDON检测技术能够实现90%点异常检测准确率和85%序列异常检测准确率。

    2020年06期 No.222 33-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 367K]

光纤光缆技术与应用

  • 基于光谱的40μm保偏光纤参数测量方法

    王少华;何沛彤;陈琳;卫炀;谢良平;

    由于基于40μm保偏光纤的商用光纤器件制作技术和保偏熔接技术尚不成熟,一般的保偏光纤参数测量方法很难直接应用。文章提出在1根40μm保偏光纤上完成超辐射发光二极管(SLD)耦合对接和光纤偏振器在线制作,构建出一套简单的偏光干涉装置,利用调制光谱可同时实现拍长和双折射温度系数的测量。文章分别从理论和实验上对测量方法进行了阐述和验证。所提方法同样适用于其他直径的保偏光纤参数测量。

    2020年06期 No.222 37-39+44页 [查看摘要][在线阅读][下载 418K]

光电器件研究与应用

  • 基于VCSEL模式跳变产生全光物理随机数

    赵嘉敏;李璞;贾志伟;张建国;徐兵杰;王云才;

    针对当前大多数随机数产生方案结构复杂和体积庞大的问题,文章从理论上提出并仿真论证了一种基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)模式跳变直接产生全光物理随机数的技术方案。通过方波调制信号周期性重启工作在双稳区域的VCSEL,并利用自发辐射噪声平衡两个偏振模式出射的不对称,可以直接实现随机数的产生。仿真结果表明,该方法可以直接产生速率为2.5 Gbit/s且随机性得到验证的物理随机数。该方案主要包含一个VCSEL,结构简单,为随机数发生器的光子集成问题提供了新的解决方案。

    2020年06期 No.222 40-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 443K]
  • 用线性光纤器件验证光的半波损失

    孙世菊;马海强;

    针对验证光半波损失问题,文章提出了一种验证光半波损失的方案并进行了详细的理论推导和实验验证。该方案采用琼斯矩阵进行计算,分析了光场量子态的变化,计算了光在通过两种Sagnac干涉环后的出射情况,进而得到相位的π变化方案。该方案实验装置借助了由X型耦合器组成的Sagnac干涉环和附加偏振分束器与法拉第旋转镜组成的改进型Sagnac干涉环。实验结果表明,该方案结构简单,现象结果明显,得到的干涉对比度均达99%以上。

    2020年06期 No.222 45-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 259K]

无线通信技术

  • 一种改进的动态自适应多用户检测算法

    申敏;卢晓强;雷震宇;

    在大规模机器类通信(mMTC)上行免调度非正交多址接入(NOMA)系统中,活跃用户通常以高概率在几个连续时隙传输数据。为了充分利用相邻时隙之间的时间相关性,文章提出了一种改进的动态自适应(IDA)多用户检测算法,将压缩感知的重构思想结合时间相关性实现活跃用户和数据的联合检测。在估计支撑集过程中加入自适应阈值辅助策略选择原子,利用幂函数变步长方法提高稀疏度估计的准确性,并优化迭代终止条件。仿真结果表明,与贪婪重构算法和基于动态压缩感知(DCS)的多用户检测算法相比,在缺乏先验稀疏度条件下,IDA多用户检测算法表现出更优的信号检测性能。

    2020年06期 No.222 49-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 432K]
  • 均匀平面天线阵列的大规模MIMO系统评估

    周杰;李豪杰;刘杨;

    针对毫米波和传统蜂窝频段场景下频谱效率和传输可靠性较低的问题,文章提出了一种三维散射簇多天线信道模型以分析大规模多输入多输出(MIMO)系统性能。文章假设仰角和方位角分别遵循拉普拉斯和Von-Mises分布,推导出均匀平面阵列天线各单元之间空间相关系数的解析表达式,最后建立MIMO多天线系统模型并分析其系统性能。研究了仰角功率谱中不同角度扩展对均匀平面阵列衰落相关性和信道容量的影响,以及不同信噪比和天线阵元数对频谱效率的影响。分析结果与传统的均匀线性阵列进行比较表明,在毫米波场景下,均匀平面阵列比均匀线性阵列更适用于大规模MIMO系统,这使未来的移动网络工作在不同频段和蜂窝小区成为可能。

    2020年06期 No.222 54-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 562K]
  • 避免波束干扰的高效太赫兹双信道MAC协议

    姚玉坤;甘泽锋;冯鑫;刘顺辉;

    现有多输入多输出(MIMO)太赫兹通信网络双信道介质访问控制(MAC)协议工作在WiFi信道和太赫兹信道。多对节点同时在太赫兹信道传输数据存在波束重叠干扰问题,这会使消息传输的成功率和网络吞吐量下降。另外,在WiFi信道进行控制消息交互时存在的控制开销冗余问题会导致信道利用率低。基于这两个问题,文章提出了一种避免波束干扰的高效太赫兹双信道MAC协议(E-ABIMAC)。E-ABIMAC分为波束干扰预判机制、中继辅助机制和基于节点信息省略允许发送帧/确认帧(CTS/ACK)机制。仿真结果表明,与现有的MIMO太赫兹通信网络双信道MAC协议相比,所提协议的网络吞吐量提升了10.1%,信道利用率提升了11.7%,消息传输成功率提升了6.5%。

    2020年06期 No.222 59-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 627K]
  • 5G系统基于PSS和SSS联合频偏估计方法

    高尚蕾;张治中;段浴;席兵;

    针对5G中下行正交频分复用(OFDM)系统由于多普勒频移和发送机与接收机晶振不同步引起频率误差导致接收机解调信号出错的问题,文章提出了一种主同步信号(PSS)和辅助同步信号(SSS)联合的频偏估计算法。首先,对接收端的PSS和SSS分别与本地PSS和SSS进行互相关运算,其次将同一时隙第1个同步信号和物理广播信道块(PBCH)(SSB)的PSS互相关结果与第2个SSB的SSS互相关结果进行互相关运算计算初始频偏值;最后用同一个SSB中的PSS互相关结果和SSS互相关结果作互相关运算计算新的频偏值,并采用初始的频偏值对其进行极性修正,从而得到最终频偏。与基于PSS的频偏估计算法相比,该方法利用PSS和SSS进行联合频偏估计,提高了算法精度,同时将估计范围从[-3.5,3.5] kHz扩大到了[-7.0,7.0] kHz。

    2020年06期 No.222 65-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 829K]
  • 基于无线光通信智慧矿井研究现状

    陈习锋;丁举鹏;张心云;郑炅;易芝玲;

    智慧矿井平台能够提高采矿产量,其中通信、定位和传感系统能够保证矿工和矿物的安全。传统射频信号带宽不足、衰减严重和通信设备笨重等因素限制了其在矿井中的应用,第五代移动通信技术可应用在矿井下,但依然存在电磁干扰问题。无线光信号具有免疫电磁干扰和带宽宽的优势,而且无线光通信、定位和传感可借助矿井下光源设施,减少了通信设备成本和损耗。文章分别从无线光传播特性、通信方案、定位和传感几个方面介绍了矿井无线光研究现状,最后对矿井无线光通信小区布设、光源设计、中继方案和矿车防碰撞的发展进行了展望。

    2020年06期 No.222 70-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 616K]