光通信系统与网络技术

  • 基于机器学习的光网络监测与优化方法

    李鸿;刘武;罗鸣;

    近年来,许多新型调制和复用技术以及动态网络概念被提出,以适应不断提高的网络带宽和质量需求。网络控制平台向系统化、智能化趋势发展,要求网络管理者不断监测网络各项参数,时刻优化网络状态。然而,大范围部署额外的监测设备获取参数信息从成本控制的角度缺乏可行性,利用已知数据与特殊算法进行网络性能监测和优化是更优的选择。机器学习方法因为其足够准确和高效逐渐被学术界采纳用于完成上述任务。文章梳理了在光网络监测与优化任务中使用机器学习算法的不同应用场景,综述了该领域的研究成果,并提出了现存的基于机器学习的光网络监测与优化方法存在的问题及可能的进一步研究的方向。基于机器学习的光学性能监测包括光学损伤辨别、信道质量评估以及通道功率预测,基于机器学习的网络配置优化方法包括强化学习优化通道功率。进一步研究方向可以考虑加强与运营商的合作,使用真实的现场数据,不断获取数据动态训练模型,并使用迁移学习和数据增强等技术,以保证算法的鲁棒性与泛化能力。

    2024年03期 No.243 5-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 1710K]
  • 基于SLIPT的水下自供电光通信系统设计

    张丽娟;夏艳;赵茜;李丹丹;

    【目的】对水下通信系统的供电系统进行能量补充通常非常昂贵且不切实际,基于太阳能电池的水下同步光波信息和功率传输(SLIPT)通信系统可在通信的过程中同步完成能量的收集,是水下传感通信系统自供电强有力的解决方案。但商用硅太阳能电池通信带宽十分有限,且容易在水下光衰减效应时出现信噪比深衰落的现象。【方法】文章采用一种负偏压的太阳能电池光接收器方案,将硅太阳能电池的-3dB带宽从420kHz提高到768kHz。对于水下环境中各种退化效应造成信噪比衰减的现象,采用了一种低峰均功率比(PAPR)的离散傅里叶变换扩展正交频分复用(DFT-S-OFDM)调制方案,抵消了系统中的深衰落现象。【结果】分别对比了不同浑浊度(吸收特性和散射特性)的水环境中的DFT-S-OFDM与OFDM调制系统的性能,扩频后的OFDM调制方案更具有鲁棒性。【结论】实验表明,在白光发光二极管(LED)连续照射3h下,能量收集系统的电池总电力效率可提高1.87倍,实现了通信过程中的能量同步收集。

    2024年03期 No.243 15-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 1966K]
  • 光通信系统全生命周期能效探讨

    刘泰;李婷婷;刘德强;韩超;吕佳欣;

    【目的】文章面向节能降碳探讨光通信系统的全生命周期能效,建立了不限于具体技术或结构,涵盖系统生命周期各阶段的能效描述通用模型,并分析了光通信系统能效提升的关键影响因素。【方法】从有用功效和能耗两个方面分别进行探讨,以建立光通信系统能效的通用模型。在有用功效的表述中,除通常使用的速率要素外,引入距离要素作为主要影响因素之一,并建议将特定场景应用中数据传输满足质量要求及网络保持连接状态产生的价值纳入有用功效,将这种描述方式命名为综合有用功效。在能耗的探讨中,将系统生命周期分解为生产制造、安装建设、运行维护和废弃回收4个阶段分别分析。基于所建立的通用模型对能效提升的主要影响因素进行探讨。【结果】研究形成以下观点:(1)距离要素可作为评价系统有用功效的主要因素之一,同时也是影响系统生命周期各阶段能耗的因素;(2)面向新场景和新应用,在系统有用功效中为数据传输满足特定质量要求设定权值并为保持连接状态赋值,可体现系统为满足场景应用需求所付出的能耗代价带来的价值;(3)系统全生命周期能耗需要考虑生命周期各阶段的能耗因素,并可将各阶段能耗以系统运行寿命折算到单位时间上进行累加;(4)合理的网络拓扑和路由设计、降低线路损耗与光传输技术和设备设施节能技术的演进同样都是降低系统全生命周期能耗、提升能效的重要手段。【结论】能效描述通用模型在系统有用功效和能耗的表述中均把距离要素作为重要影响因素,将光通信系统在通信距离上的价值体现和因距离带来的生命周期各阶段能耗对应起来,同时也建议将数据传输满足特定质量要求及网络保持连接状态产生的价值纳入有用功效的考量。该模型可更全面地对光通信系统的能效进行评价以促进系统能效提升,并且能够适应和推动光通信系统在新场景中的应用。

    2024年03期 No.243 22-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 433K]
  • 空间激光通信与测距一体化研究

    王熹;邓磊;陶坤宇;付森;杨奇;戴潇潇;曹哲玮;沈勤;刘陈;付松年;

    【目的】随着卫星技术和通信技术的不断提高,空间激光通信与测距一体化技术也逐渐成熟。而伴随着深空探测、卫星导航等领域的进一步发展,大量的业务及应用需求对星间的通信容量和测距精度又提出了更高的要求。在综合考虑卫星荷载与功耗的前提下,如何在实现激光卫星高速通信的同时,完成测距并进一步提升测距精度,成为亟待解决的课题。【方法】基于双向单程测距原理,设计并实现了一种同时支持正交相移键控(QPSK)和二进制相移键控(BPSK)的相干通信与测距一体化系统,为进一步提升测距性能,又从提升时钟精度入手,通过使用差拍采样方法,使用鉴频与鉴相来获取发送时钟与接收时钟之间的频率差与相位差,以此来获取到更高的时钟精度,从而对测距值进行校正。【结果】该系统能稳定工作在接收光功率大于-48dBm的环境,针对不同应用需求可设置不同的速率,QPSK模式下最高速率为5Gbit/s,BPSK模式下速率分别为2.5Gbit/s、1.25Gbit/s和625Mbit/s,系统测距精度理论上可达最小值53 ps,在正常通信时,使用Matlab与Vivado对测距数据进行计算处理,验证了系统测距精度小于0.1ns。进一步采用差拍采样方法,仿真条件下,测距精度可提升至码元宽度的10-3量级,达±0.36cm。【结论】所提通信测距一体化系统能够在高速通信的同时实现高精度测距,对未来激光卫星的相关应用具有一定的实际意义。

    2024年03期 No.243 27-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1980K]
  • 基于循环前缀的空分复用系统均衡技术研究

    王刘柱;郑之龙;薛玉玲;胡少华;张静;邱昆;

    【目的】在空分复用系统中,为了实现模式解复用,需要在接收端采用多入多出(MIMO)的均衡方案。随着传输模式数或者传输容量的上升,MIMO的计算复杂度急剧升高,致使对应的硬件模块功耗过大,必须降低MIMO均衡的计算复杂度。【方法】针对少模光纤短距传输系统,文章提出了用基于循环前缀(CP)的频域联合均衡技术来代替基于块卷积且带有独立色散补偿模块的频域均衡技术以降低MIMO均衡计算复杂度。【结果】基于VPI仿真软件中的少模光纤模型,搭建了6×6少模光纤仿真平台验证所提技术的性能与计算复杂度。仿真结果表明,在训练符号长度有限的前提下,不同CP占比的均衡性能和计算复杂度降低也有所差异。相同仿真条件下,CP占比越大,计算复杂度降低越大;CP占比越小,计算复杂度降低越小。在保持均衡性能一致的前提下,CP占比为11.11%的频域均衡方案的计算复杂度仅为传统的基于块卷积的频域均衡方案的15.29%。【结论】在均衡性能保持一致的前提下,相较于传统的基于块卷积且带有单独的色散补偿模块的频域均衡方案,文章所提出的添加CP的频域均衡方案具有更低的计算复杂度。

    2024年03期 No.243 35-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1397K]
  • 基于记忆多项式的Volterra混合均衡器设计与研究

    贾科军;雷蕾;蔺莹;余彩虹;

    【目的】发光二极管(LED)的非线性特性导致可见光通信(VLC)系统的误码率(BER)性能恶化,特别是在具有较高峰均功率比(PAPR)的光正交频分复用(O-OFDM)系统中。基于Volterra级数的单级均衡器可以处理LED非线性高阶失真,且延时较小。但是求解传统Volterra级数需要多重积分运算,基于Volterra级数的均衡器实现复杂度高,且单级均衡器存在误差累积,因此均衡抑制效果有限。【方法】首先,针对传统Volterra级数计算复杂度高的问题,只保留Volterra级数中各阶非线性项和内核系数的高阶幂级数项,提出了基于记忆多项式的Volterra级数(MPVS)。相比于传统Volterra级数降低了计算复杂度,同时考虑了当前时刻的所有输入信号,提高了非线性系统建模的精度。然后,设计基于记忆多项式的Volterra(MPV)均衡器和基于记忆多项式的Volterra判决反馈均衡器(MPV-DFE),对于单级MPV-DFE,若判决部分一个码元判断错误,那么这种错误会连续成串出现,导致整个码元序列受到影响。文章提出将MPV和MPV-DFE两个非线性均衡器级联构成混合后均衡器(MPV+MPV-DFE)。MPV均衡器对LED非线性失真信号一级均衡,可以抑制一部分非线性失真,从而减少MPV-DFE码元判断错误。再经过MPV-DFE二次均衡,可以更好地抑制残留的非线性失真。【结果】最后,采用蒙特卡洛BER仿真方法验证系统设计的有效性。结果表明:与单级MPV均衡器、线性级联非线性混合均衡器(LMS+MPV-DFE)相比,在4阶正交幅度调制(QAM)非对称限幅光OFDM(ACO-OFDM)系统BER为10~(-4)时,所提混合均衡器分别可以获得大约7和2 dB的信噪比增益。【结论】MPV均衡器实现简单,且将两级非线性均衡器级联设计混合均衡器可以更好地抑制LED非线性失真。

    2024年03期 No.243 40-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 3471K]
  • 基于CNN-CBAM的虚假数据注入攻击辨识研究

    周先军;王茹;刘航;金波;

    【目的】针对当前智能电网受到网络攻击时,未能及时锁定网络攻击位置实现快速部署防御策略的问题。【方法】文章提出了一种融合卷积注意力模块(CBAM)的卷积神经网络(CNN)模型(即CNN-CBAM模型)对虚假数据注入攻击(FDIA)位置进行检测。将FDIA的攻击辨识问题建模为一种多标签分类问题,CNN用于提取数据的空间特征,CBAM直接融合到CNN模块的卷积操作后,不仅能从空间域的角度关注重要的参数信息,同时还考虑了通道域上的特征关系,从两个维度对输入数据进行注意力分配,以提升模型的性能。【结果】在电气和电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)14和IEEE118节点系统上对所提出的CNN-CBAM模型FDIA位置检测的性能进行验证,实验结果表明,CNN-CBAM在IEEE14和IEEE118节点系统上的FDIA位置检测率分别为98.25%和96.72%。【结论】与其他方法相比,文章所提出的CNN-CBAM模型能够有效地提取数据间的时空特性,提高FDIA存在性和攻击位置辨识精度,并具有更好的鲁棒性。

    2024年03期 No.243 49-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 1889K]
  • 全光通信网络非线性突变频率干扰检测算法

    安宁;

    【目的】针对全光通信网络非线性突变频率干扰问题进行分析时,主要依托于估计信道协方差直接展开干扰检测,并未展开网络通信信号变换处理,使得检测结果的F1-score值较低,为此提出了基于时域有限差分的全光通信网络非线性突变频率干扰检测算法。【方法】结合数据包抓包和镜像两种方式采集全光通信网络流量数据,并进行清理、转换和规约处理。依托于时域有限差分工作原理,在时域和频域空间内描述信号的时宽和带宽,应用导数与傅里叶变换算法对实时采集信号进行处理,利用变换后的信号分析非线性突变频率干扰情况,再针对变换后的信号进行检测分析。在时间-频率联合特征分析方法辅助下,提取干扰信号的时域、频域特征,依托于反向传播算法和最小化损失函数,简化非线性突变频率干扰检测过程,采用特征距离函数替换网络损失函数,并将其输入基于孪生网络的干扰识别模型中,得出非线性突变频率干扰检测结果。【结果】在不同噪声条件下,所提算法非线性突变频率干扰检测结果的F1-score值保持在0.95以上,检测时间低于40ms。【结论】应用时域有限差分方法的新型检测方法,能够更准确地反映当前通信网络的干扰情况,保证通信网络正常运行,更好地满足了全光通信网络干扰检测要求。

    2024年03期 No.243 56-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 1384K]

光电器件研究与应用

  • 用于短距光通信的超低功耗光发射器研究

    廖海龙;王国栋;缪桦;张国平;

    【目的】为拓宽光通信在板级、背板级等短距互联场景的应用,文章设计了一种超低功耗的光发射器。方案的基本原理是采用Bias-T电路加载偏置电流和调制信号,驱动垂直腔面发射激光器(VCSEL)产生光脉冲信号。【方法】借助模拟仿真验证了方案的可行性,发现影响传输速率提升的主要因素是激光器件的寄生参数以及驱动电路的阻抗匹配;通过实验研究了在200和10mm两种电传输距离下,驱动产生的眼图质量及误码率随驱动电压和偏置电流变化的规律。【结果】电传输距离缩短至10mm时,能获得更大有效消光比,范围为0.84~6.69dB,最小差分驱动电压为200mV,最小偏置电流为15mA,光发射功耗降低至1.2 mW/Gbit/s。相比于传统光模块,光发射功耗降低约80%。【结论】该光发射器方案可应用于数据中心内部,配合低功耗光接收器,能显著降低数据中心整体功耗。

    2024年03期 No.243 61-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 3856K]
  • 多相移间插取样光纤光栅滤波器的设计与优化

    胡胜;白芯蕊;李莎莎;袁功进;戴润泽;宋海娜;刘聪;

    【目的】取样光纤布拉格光栅(SFBG)以其梳状滤波特性引起人们的普遍关注,成为光纤光栅技术研究的新热点。显然,设计具有高通道数、平顶和窄带宽的光学滤波器具有重要的工程意义。文章提出了一种插入多相移(MPS)的间插取样光纤布拉格光栅(ISFBG)滤波器。【方法】ISFBG具有大量反射通道,通过插入MPS,可引入多个平顶窄传输通道。通过优化插入ISFBG的两个π相移的位置,首先设计了具有41个传输通道的光学滤波器,该滤波器覆盖C波段,通道间隔为100GHz,每个传输通道都具有平顶响应,3dB带宽较窄(<1 GHz),形状因子较小(<3.2)。接着,保持其他结构不变,通过优化插入3个π相移的位置,可在此基础上进一步减小形状因子,从而改善传输通道的矩形形状。通过引入MPS技术,设计了插入3个π相移的ISFBG,可实现通道数目加倍,通道间隔减半。【结果】演示了一种通道数目为81的平顶窄带宽的光学滤波器,该滤波器覆盖C波段,通道间隔为50GHz,多通道的3dB带宽为900.5MHz,形状因子接近2.17。同时讨论了MPS的大小、位置和光纤的等效长度的精度对于实际制造的影响。【结论】所设计的滤波器具有较高通道数,每个通道都具有平顶响应且带宽较窄,符合设计目的。这种滤波器在多波长激光器和多波段微波信号处理系统中具有潜在的应用前景。

    2024年03期 No.243 68-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 1884K]
  • 光纤布拉格光栅压力传感技术与应用进展

    丁宝艳;赵强;陈东营;杜大伟;

    光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器具有水下无源、耐腐蚀、重量轻、成本低和抗电磁干扰等优点,应用广泛。文章简要介绍了FBG压力传感的基本原理,概述了FBG的写制技术、压力传感及增敏技术、温度补偿技术的发展现状,总结了近几年FBG压力传感器在海洋深度、湖泊液位测量、油气管道压力测量和岩土压力监测领域的应用进展,最后对FBG压力传感技术进行了展望。

    2024年03期 No.243 75-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 2166K]
  • 回音壁模式光学微腔及其应用研究进展

    黄嘉祺;邹辉;

    近年来,高品质因子的回音壁模式(WGM)光学微腔发展迅速,成为光学和物理领域的热点研究。光学微腔是一种微型光学元件,由于其微小的尺寸和高品质因子,可以加强光与物质的相互作用并使光在其中长时间存留。WGM光学微腔是光学微腔的典型代表之一,具有体积小、灵敏度高和寿命长等优点,目前,基于WGM光学微腔的应用主要集中在各类传感、激光器和滤波器等领域。然而,当前对WGM光学微腔的研究还未实现大规模生产,仅处于实验室研究阶段,工业化生产还存在成本高、制作工艺困难等缺点。文章重点介绍了WGM光学微腔的研究进展,阐述了回音壁材料对Q值的影响,近几年WGM光学微腔在传感、激光器和滤波器领域的应用,并提出了在可能实现全光网络的未来WGM光学微腔存在的挑战及进一步研究方向。对于后续研究,文章认为首先需降低成本、缩短时间,提高制备工艺的精度和效率;其次,需要解决微腔与光学器件耦合的问题,提高耦合效率并提高抗干扰能力;最后,需要解决腔体对环境的敏感性问题,以确保微腔在制备滤波器等器件时具有良好的稳定性。

    2024年03期 No.243 87-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 1358K]

光纤光缆技术与应用

  • 海底光缆系统经济性建模及快速规划算法

    高雯静;高冠军;

    【目的】海底光缆在国际通信链路中占据主导地位,在进行海底光缆通信系统的规划时往往是根据经验确定几组可能的方案,然后比选出传输性能和投资成本相对较优的方案。然而,随着通信设备和通信技术的发展,可选的调制格式和光纤数量不断增加,备选方案数量较多,无法快速确定最优方案。因此,有必要建立一个海底光缆通信系统的成本最优化模型,求解成本最优的系统规划方案。【方法】针对海底光缆通信系统中的系统规划配置问题,以跨段距离、光纤类型、光纤纤对数量、中继器输出功率、调制格式和实用信道数为研究变量,建立一个以传输性能、传输容量和供电电压为约束条件的成本最优化模型,利用级联遗传-字典序法对成本最优化模型进行求解计算。【结果】结果表明,文章所提优化算法与全遍历算法的规划结果差异不超过0.34%,但该优化算法运算次数远少于全遍历算法的运算次数,仅为全遍历算法的1/100。其次,级联遗传-字典序法的运算次数受变量范围的影响小于全遍历算法。最后,通过对比不同跨段距离下海底光缆通信系统的最优成本,发现其规划结果不具有规律性。【结论】各个设计变量之间相互影响,系统的最优成本设计无法根据经验得到,需要建立模型求解;文章采用的算法不仅运算结果精确,而且运算次数较少。

    2024年03期 No.243 96-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 1588K]

无线通信技术

  • 基于多波束/TDOA技术的双星干扰源定位

    葛明昊;赵来定;张更新;

    单星多波束干扰源定位方法需要在3个以上的同频波束都能接收到干扰源信号的情况下才能实现定位。由于同频波束的数量有限以及干扰源位置的随机性,往往会出现能接收到干扰源信号的同频波束少于3个,或接收增益过低影响定位精度的情况。【目的】针对只有两个可用波束的定位问题以及进一步提高干扰源的定位精度,提出了通过邻星与主星建立基于多波束天线与到达时间差(TDOA)技术的双星联合定位模型。【方法】通过建立双星联合定位模型,并联立出定位方程组证明了该模型的可行性。同时,基于定位几何稀疏精度因子(GDOP)对定位模型的接收增益误差、波束指向误差、到达时间差误差以及位置预测误差4个方面进行了定位误差分析,并使用Matlab进行仿真对比。【结果】仿真实验表明,基于多波束天线与TDOA技术的双星联合定位方法的定位精度明显优于传统的单星多波束定位方法。【结论】基于多波束天线与TDOA技术的双星联合定位方法利用了TDOA对定位精度影响较小的优势,使其代替部分波束参与到卫星定位中,不仅减少了对定位波束数量的需求,而且减少了测量增益的误差与波束指向的误差,大大提高了定位的精度并提升了可靠性,较单星多波束定位更具优势。

    2024年03期 No.243 103-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 1844K]
  • 基于加窗互模糊函数估计的卫星搜救定位技术

    郑超;屈德新;张更新;

    【目的】随着卫星技术的不断发展,将卫星应用于地面信息网络低覆盖区域进行人员搜救已普及,卫星搜救定位技术作为人员和设施位置指示的有效手段,广泛应用于海上、航空和个人遇险救援行动。而全球卫星搜救系统的发展和研究中,搜救源高精度和快速的定位是其主要目标。【方法】针对卫星搜救信号突发特点,采用双星时频差定位作为卫星搜救定位方法,其所需的到达时间差(TDOA)和到达频率差(FDOA)参数估计是提高定位精度的关键。为了提高双星时频差定位技术的参数估计性能和定位精度,文章提出了一种基于时域加窗的互模糊函数(CAF)时频差估计搜救定位技术方案,通过时域加窗CAF来提高时频差估计的精准度,并利用估计值代入双星时频差定位方程组从而解算出搜救信号源位置,即通过高效地提高时频差参数估计精度达到定位精度提高的目的,以准确找到搜救源。【结果】仿真结果表明,加窗下的CAF时频差参数估计方法可用于搜救定位中,能够获得精确时频差估计值,且加入傅里叶变换后可以减少参数估计时间,进而优化定位性能。将时差误差控制在4μs内、频差误差控制在0.2Hz以内时,定位精度可以达到千米量级。【结论】文章所提方案并入卫星搜救定位技术后定位性能得到改善,能够支持卫星搜救定位技术在搜救系统中的应用,算法结构简单,复杂度低,具有实际可行性。

    2024年03期 No.243 110-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 1781K]
  • 基于低轨卫星PCMA信号的信道估计算法研究

    王宇琦;江诗禹;刘子威;张更新;

    【目的】随着天地一体化信息网络的发展,低轨卫星通信系统迎来发展热潮,成对载波多址(PCMA)技术凭借其节省带宽资源的优点也逐渐向低轨卫星通信发展。然而,传统PCMA技术多用于高轨卫星中,无法适应低轨卫星信道高动态的衰落信道特性,使得PCMA接收端误码性能大大下降,其中的瓶颈在于重叠信号的信道估计与均衡技术。【方法】针对低轨卫星信道特点,文章提出了一种联合训练序列估计与自回归(AR)模型预测的信道估计方案。借鉴叠加训练序列信道估计的思想,引入了适用于PCMA混合信号信道估计的迭代方法,通过迭代提升训练序列信道估计的精确度;并利用AR模型实时预测数据序列的信道状态信息(CSI),同时也通过AR模型预测达到降低训练序列信道估计频次的目的,以适应低轨卫星信道的动态性。【结果】仿真结果表明,叠加训练序列信道估计的思路可以适用于PCMA信号中,经过迭代可以获得精确信道估计值。文章所提方法可以有效提高信道估计的精确性,且经过信号分离以及解调后,在信噪比>9 dB时误码率可以达到10-3量级。【结论】文章所提信道估计方案并入PCMA接收方案中后,误码率损失在可接受范围内,可以支持PCMA技术在低轨卫星通信中的应用,算法结构简单,复杂度低,具有实际可行性。

    2024年03期 No.243 117-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 1579K]
  • 低轨卫星物联网下NB-IoT时延功耗研究

    王凡;于啸;洪涛;

    【目的】在低轨(LEO)卫星物联网(IoT)场景下,广域覆盖范围内窄带物联网(NB-IoT)体制终端因为业务场景不同造成时延功耗需求也不相同。然而,地面NB-IoT体制终端业务场景单一,采用固定式工作状态定时器参数配置方法,无法满足LEO卫星IoT大尺度地理范围内多场景终端时延功耗的不同需求。【方法】针对LEO卫星IoT广覆盖特性,文章基于简化后随机接入交互流程终端工作状态切换的马尔科夫链模型,提出了以系统下行延迟和终端功耗作为非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的目标函数得到多场景帕累托前沿最优解集的方法,进一步从帕累托前沿中选择满足不同场景时延功耗需求的工作状态定时器参数在线配置终端。【结果】仿真结果表明,文章提出的多目标优化方法对工作状态定时器参数进行全局寻优,克服了穷举法等传统方法可能陷入局部最优的不足,并验证了简化随机接入交互流程可以有效降低终端时延功耗。【结论】文章所提多目标优化方法可以得到终端在LEO卫星IoT多场景下的工作状态定时器参数。

    2024年03期 No.243 123-129页 [查看摘要][在线阅读][下载 1578K]
  • 自由空间光通信中的带符号光正交空间调制

    赵辉;刘亮;韩利利;秦玉林;李俊男;

    【目的】针对光正交空间调制(OQSM)中频谱效率较低和系统吞吐量受限的问题,文章在自由空间光通信(FSOC)中提出了一种带符号的光正交空间调制(SOQSM)方案;另外,针对OQSM性能分析时所用信道不适合所有湍流的情况,文章采取适合所有湍流强度的Málaga信道对系统的误码性能进行分析。【方法】首先,该方案在发送端将输入的二进制比特流划分为5个部分,第1个部分用于星座符号映射,后4个部分用于激光器映射;然后,星座符号映射用于传输星座符号及其逆符号的实部和虚部;激光器映射分为同相相位与正交相位两部分,用于激活激光器的序列映射;最后,通过信道进行传输,在接收端进行信号的接收和处理。【结果】相比OQSM,SOQSM在一个传输周期内空间域额外携带了2log_2N_t比特的信息,并在符号域和空间域分别计算出平均误码率上界,最终得到SOQSM方案的平均误码率上界,其中计算平均误码率上界的方法具有较好的收敛性。该方案较大程度地提高了系统的频谱效率和传输速率,拥有较好的误码性能。【结论】蒙特卡洛仿真结果表明:在频谱效率相同时,相比光空间调制(OSM)和OQSM,SOQSM方案的误码性能更好,能在信噪比为16 dB时就达到10~(-6);当调制阶数相同时,SOQSM的误码性能更优,特别是在高信噪比时,仿真与理论契合度较高。在Málaga信道中弱湍流的误码性能更好;另外,不同湍流强度对SOQSM方案误码性能趋势的影响较小,但随着信噪比提高,影响会逐渐增大。因此,SOQSM相比OQSM和OSM具有更好的误码性能。

    2024年03期 No.243 130-137页 [查看摘要][在线阅读][下载 1814K]
  • 自由空间光通信中极化码的应用研究

    邢莉娟;李卓;王卓;

    【目的】在自由空间光(FSO)通信中,大气湍流效应会导致通信链路性能下降。【方法】文章提出了一种极化码信道编译码方案,使用蒙特卡洛算法构造了针对FSO通信中常见的Gamma-Gamma分布大气湍流信道的极化码。比较了文章提出的极化码编译码方案与未编码以及相近码长的低密度奇偶校验(LDPC)码在Gamma-Gamma分布大气湍流信道下的误码率(BER)。【结果】仿真结果表明,所提极化码与未编码比较时,在弱湍流强度下,当信噪比>6.7dB时,极化码方案性能相较于未编码更优;在中湍流强度下,当信噪比>10.3dB时,极化码方案性能相较于未编码更优;在强湍流强度下,当信噪比>11.5dB时,极化码方案性能相较于未编码更优。所提极化码与LDPC码比较时,在弱湍流情况下,当信噪比>7.1dB时,极化码整体性能优于LDPC码;在中湍流条件下,当信噪比>10.6dB时,极化码整体性能优于LDPC码;在强湍流条件下,当信噪比>12dB时,极化码整体性能优于LDPC码。此外,在码长短、码率低和译码宽度小时,文章所提出的极化码编译码方案具有更优的性能。【结论】使用所提极化码编码后,有效改善了FSO通信系统中的大气湍流效应,而且在中、高湍流强度这两种恶劣的大气湍流信道环境中,文章所提方案展现出了比LDPC码更为明显的优势。表明在FSO通信中,极化码具有良好的发展前景。

    2024年03期 No.243 138-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 1678K]
  • 基于RSMA的无线光通信中预编码与功率分配研究

    梁艳;张鹏;张鹍;

    【目的】针对无线光通信(OWC)系统中应用速率分拆接入(RSMA)技术的资源分配问题,提出一种基于线性逼近的联合预编码矩阵和速率分配算法,以提高系统的可靠性和性能。【方法】采用变量转换和线性逼近的方法将非凸分阶函数转化为凸函数。通过联合预编码矩阵和速率分配算法,有效地分配系统资源,提高系统性能。为了求解最优解,采用连续迭代算法进行优化。【结果】仿真结果表明,文章所提出的联合优化方案显著降低了系统中断概率,并具有快速的收敛速率。这意味着所提方案能够在基于RSMA的OWC(RSMA-OWC)系统中提供更可靠和高效的通信性能。【结论】文章所提方案为OWC系统中的RSMA技术提供了有效的资源分配方法,提高了系统的可靠性和性能。进一步的研究应聚焦于RSMA-OWC系统的中断概率问题以及资源分配、预编码设计和应用扩展等方面的挑战。该研究为推动RSMA技术在OWC领域的应用和发展提供了有价值的参考。

    2024年03期 No.243 144-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 2780K]
  • 基于OGCE-BEM的OTFS信道估计

    李心怡;解志斌;张金波;毛云龙;

    【目的】随着面向第六代移动通信技术研究工作的开展,传统的正交频分复用(OFDM)系统中的载波间干扰使得信道估计性能不足以提供高度可靠的通信,而正交时频空(OTFS)系统可以有效解决快速时变性和多普勒效应导致的通信系统可靠性下降问题,近年来受到了广泛关注。【方法】为了有效满足OTFS系统所需的信道估计性能需求,文章采用优化的广义复指数(OGCE)基扩展模型(BEM)将信道脉冲响应建模为时不变的基函数与基函数系数的形式,从而有效地拟合高速移动通信场景下的快速时变信道。OGCE-BEM通过更加密集的采样改善了频谱泄漏的问题,并且通过增加修正系数降低了高频基模型的误差。为了得到更为精确的基函数系数,文章基于遗忘因子与估计误差的关系,设计了可变遗忘因子的递归最小二乘(RLS)滤波器,使得RLS滤波器可以实时追踪基函数系数的变化。【结果】仿真结果表明,文章所提算法适用于高速移动通信场景,基函数的设计更为合理,相较于固定遗忘因子的估计方法,具有更低的均方误差,信道估计结果更加精确。与最小二乘(LS)、BEM-LS和BEM-线性最小均方差(LMMSE)信道估计方式相比,均方误差性能得到了明显提升。【结论】文章所提基于OGCE-BEM的信道估计算法有效减少了待估计未知参数量,提高了信道估计的准确性。

    2024年03期 No.243 151-156页 [查看摘要][在线阅读][下载 1332K]
  • 自由空间光通信中被动调制研究进展

    李晓鹏;魏梦霞;祝战科;柯熙政;

    【目的】传统的自由空间光(FSO)通信需要参与通信的两端同时安装激光发射系统、激光接收系统和捕获、追踪和瞄准系统,使得系统的重量、体积、功耗、设备复杂程度和技术难度被迫提升,限制了FSO通信的发展。而利用非对称空间激光通信链路构建的被动调制技术,能够实现通信端体积小、重量轻和功耗低的设计,为自由空间激光通信技术在中小型场景中的应用提供了便利。【方法】文章对被动调制的原理及其调制形式进行了阐述,介绍了逆向调制系统的组成和逆向调制器(MRR)的工作原理,对常见MRR如角反射器MRR和“猫眼”MRR进行了分析,并对波长的选择以及光学接收器口径的大小进行了探讨。【结果】总结了被动调制的不同实现类型和特点,概括了其在FSO通信中的应用,展望了该技术未来的发展方向和前景。【结论】被动调制在未来可沿着高速率、焦平面像素化、双向通信和相干检测等方向发展并且有较大的发展空间。

    2024年03期 No.243 157-165页 [查看摘要][在线阅读][下载 1554K]
  • 下载本期数据