最新刊期
      2018 年 第 卷 5 期

        光通信系统与网络技术

      • 余少华
        2018(5): 1-7. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.001
        摘要：网络通信技术（如网络带宽、芯片内的晶体管数量和软件代码数等）经过几十年的指数级增长之后,在未来二十年前后会碰到七大"技术墙",包括移动通信技术墙、IP数据通信技术墙、光纤通信技术墙、集成电路技术墙、软件复杂性技术墙、大数据处理技术墙和能耗技术墙。这七个"技术墙"相对独立、相互影响又自成体系。翻越每一个"墙"的难度巨大,而同时翻越七个墙的难度就更可想而知。由此引发我们做出战略性和全局性思考,除按原来的方式继续发展（趋缓、改变增长方式或用新模式新理论新方法）外,是否还有另外的路径可走,而不用翻每一道墙。从未来发展看,这一路径可能是网络通信的人工智能化,其会逐渐逐步地发展几十年,从低级、中级、高级到超级,作为一种可能的选项用以弥补"带宽等无法达到指数级增长"之不足。文章最后简述了人工智能（AI）对网络通信产生的影响,并对网络智能体趋势做了初探。  
        关键词：网络通信技术;移动通信技术墙;IP数据通信技术墙;光纤通信技术墙;集成电路技术墙;软件复杂性技术墙;大数据处理技术墙;能耗技术墙;网络智能体   
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      • 石蒙,迟楠
        2018(5): 8-13. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.002
        摘要：许多研究人员已经将基于发光二极管的可见光通信（VLC）与照明通信相结合,然而VLC系统的性能主要受限于系统带宽和信噪比（SNR）,之前的实验并没有充分利用信道资源,特别是SNR资源。针对SNR资源利用问题,文章提出了一种基于时间的混合调制无载波幅度相位VLC系统,在该系统中,信号的实际调制级别不仅可以是一个整数,而且可以是一个十进制数,通过按一定的比例对比特进行分组,可以提高信道的SNR资源利用率。通过仿真和实验验证了该系统的可行性和有效性。实验结果表明,当驱动信号的峰峰值电压范围为0.65～0.86V时,可以获得约10%的比特率改善。  
        关键词：可见光通信;无载波幅度相位调制;混合调制;发光二极管   
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      • 殷爱菡,陈伟
        2018(5): 14-17. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.003
        摘要：光纤布拉格光栅（FBG）传感网络具有功能多样化和规模庞大化的发展趋势,对其可靠性和可扩展性提出了更高的要求。文章提出了一种新颖的基于正方形传感单元（SSU）的多环FBG传感网络,首先分析了光开关在FBG传感网络中的作用;接着描述了SSU网络的构建过程及光在内环与外环中的传输过程;然后设计了一种用于故障修复的远程节点;最后详细分析了链路故障时,该网络的故障修复过程并且定量讨论了其扩展性。结果表明,该网络至少可以修复一个链路故障,同时发生两个故障时,修复效果也比较好,具有很高的可靠性及可扩展性。  
        关键词：光纤布拉格光栅传感网络;光开关;可靠性;可扩展性   
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      • 张思雨,王旭东,吴楠,李卓龙
        2018(5): 18-24. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.004
        摘要：针对室内可见光通信网络技术在地铁车厢等特殊场景下的应用问题进行了研究。基于光attocell网络概念,构建了一种适用于地铁车厢的小单元覆盖矩形网络结构模型,并充分考虑了用户受相邻单元光接入节点（AP）干扰的情况。为了提高单元边缘区域频谱效率,将直接部分频率复用和软频率复用方案应用到模型中。推导了网络的信干噪比累积分布函数及单元频谱效率闭式表达式,通过频谱效率对比分析评估了不同复用方案的网络性能。结果表明,边缘区域频率复用因子为2的方案性能最佳,能够有效地缓解边缘区域用户受临近单元AP干扰的程度,提高边缘区域频谱效率。因此,在地铁车厢原有的照明设备下,采用直接部分频率复用（复用因子为2）的矩形网络结构可作为构建地铁可见光通信网络的推荐方案。  
        关键词：可见光通信;光attocell网络;部分频率复用;地铁车厢   
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      • 赵明君,崔力民,侯建明,宋广磊,项旻,李明,李蔚,郑强
        2018(5): 25-28. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.005
        摘要：光纤中的随机散射现象凭借其在不同应用场景中的重要影响成为了一个非常热门的研究主题,但到目前为止,还没有理论方法能够准确描述光纤中散射现象的随机性及其影响。文章提出一种能够分析光纤散射现象随时间和散射点位置随机变化的较为准确的数值模型,并用该数值模型分析了分布式拉曼放大系统中的瑞利散射和自发拉曼散射噪声的频谱。之后,将仿真分析结果与现有模型的仿真分析结果和实验测量的结果进行了对比分析。文中模型计算得到的功率密度谱与实验结果误差在5dBc/Hz以内,而现有模型在高频区的误差往往>10dBc/Hz,说明文中结果与实际测量结果相比误差更小,证明了模型的准确性。文中模型可作为一种分析优化分布式光纤系统,特别是分析具有分布式光放大的系统的工具,例如具有双向拉曼放大的超长跨距光纤电力通信系统、光纤传感器系统以及光纤随机反馈激光器等。  
        关键词：分布式拉曼放大;双向拉曼放大;自发拉曼散射;瑞利散射;随机分布模型   
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      • 丁伟曼,杨志,李保罡,李永倩
        2018(5): 29-32. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.006
        摘要：文章提出一种基于权值的Polar码删余方法,并将其应用于高斯信道下的图像传输中。该方法对图像灰度值权值相同的比特进行Polar码编码,并根据图像灰度值权值的大小确定删余位数,权值大的二进制序列编码后删余位数少,权值小的删余位数多。用峰值信噪比（PSNR）来衡量重建图像的性能,仿真结果表明,在信噪比为6dB的高斯信道下的图像传输中,所提方法得到的PSNR相比于固定Polar码删余法提高了18dB,相比于随机删余法提高了11dB。信噪比越大,改进的删余Polar码的性能优于固定删余码率的Polar码和随机删余法的性能越明显。  
        关键词：Polar码;删余;图像传输;峰值信噪比   
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        光纤光缆技术与应用

      • 马行星,李果华,虞杰,邹欢欢,姚晓天
        2018(5): 33-39. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.007
        摘要：光纤环是光纤陀螺组成的核心部件,不同绕制方式绕成的光纤环性能差别很大,随时间变化的温度梯度会影响光纤环的瞬态特性。针对采用八级对称绕法绕制的高精度光纤环,分别通过理论分析和实验验证来研究其瞬态特性,建立高精度光纤环存在等效不对称度情况下的径向和轴向温度激励模型,分析其在两种温度激励下的热致非互易误差角度大小,采用智能桌面温箱和温度激励装置搭建实验平台,对两种热致非互易误差角度大小进行实验测试,根据测试结果及理论分析,可得到高精度光纤环的等效不对称度大小,分析光纤环瞬态特性,判断其绕制性能,对光纤环用于光纤陀螺具有指导意义。  
        关键词：光纤环;等效不对称度;八级对称绕法;温度激励;热致非互易误差角度   
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      • 许刚,解鹏飞,郭昆亚,周桂平,张田婷
        2018(5): 40-45. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.008
        摘要：针对温度变化对光纤复合低压电缆（OPLC）传输性能的影响,综合考虑电缆温度场分布以及材料膨胀系数不同导致的应力差分布特性,建立了OPLC温度变化与传输损耗的数学模型。在此基础上,设计了基于电力场、光场、温度场和应力场等多物理场耦合的仿真模型,采用有限元分析方法,结合COMSOL Multiphysics仿真软件,分别模拟了OPLC在稳定运行状态和短路故障状态下的温度分布及光单元传输损耗特性。仿真结果表明,OPLC在稳定运行状态和短路故障状态下的温度分布及传输损耗与理论计算基本相符,由短路故障引起的光纤传输损耗呈平稳衰减趋势,在工程上可以忽略不计。  
        关键词：光纤复合低压电缆;有限元法;短路故障状态;传输损耗   
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        光电器件研究与应用

      • 巩稼民,丁哲,李思平,薛孟乐,侯玉洁,蔡庆,任帆
        2018(5): 46-51. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.009
        摘要：为提高拉曼光纤放大器（RFA）的放大带宽和光纤通信系统的传输容量,利用4个不同波长的泵浦设计了带宽为100nm的宽带RFA。在对拉曼耦合波微分方程数值求解的同时,结合粒子群优化算法优化了4个泵浦的波长及功率,得到了3组平均开关增益分别为18.690 9、19.638 7和21.764 1dB,所对应的增益平坦度分别为0.879 7、0.914 4和0.945 2dB的优化结果。基于3组优化后的泵浦功率和泵浦波长,对粒子群优化算法的边界条件进行改进,进一步提升了RFA的性能,也使算法的性能得到改善。最终实现了增益为22.480 4dB、增益平坦度为0.696 3dB的宽带RFA。同时,对算法中的惯性权重和学习因子等参数进行了适当的调整,用来分析对比不同参数选择时优化结果如何变化,分析对比的结果为算法参数的选择提供了参考。  
        关键词：宽带拉曼光纤放大器;平均开关增益;粒子群优化算法;增益平坦度   
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      • 陆志成,张雨茜,张伟,郭俊宏,张雪花,胡芳仁
        2018(5): 52-55. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.010
        摘要：根据等效介质理论和严格耦合波理论,提出了可见光波段下基于氧化铝材料的亚波长导模共振光栅滤波器的理论设计与仿真方法。利用Rsoft软件分别仿真分析强调制和弱调制下的氧化铝光栅反射光谱,并探讨了光栅周期（400～420nm）、占空比（0.2～0.8）和光栅厚度（117～367nm）等结构参数的改变对光栅光谱特性的影响。仿真结果表明,氧化铝光栅在610nm波长处具有优秀的滤波效果:旁带<3%,半高宽（FWHM）<0.3nm,高反射率（接近100%）。最后采用快速原子束刻蚀技术制备出了可见光波段下的氧化铝材料导模共振滤波器。  
        关键词：亚波长光栅;导模共振;氧化铝;可调谐滤波器   
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      • 王建丰,孙兵,张祖兴
        2018(5): 56-58. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.011
        摘要：鉴于对温度和折射率双参量同时监测的必要性,设计并实验研究了一种基于复合干涉仪结构的双参量传感器。通过级联单模光纤-空芯光纤-光子晶体光纤,同时形成了一个法布里-珀罗干涉仪和一个马赫-曾德干涉仪。通过同时观测反射光谱和透射光谱的变化,可以同时监测温度和折射率两种参量的变化。利用透射谱对折射率的敏感性和反射谱对温度的敏感性,通过实验测得该传感器的折射率灵敏度和温度灵敏度分别为127.46nm/RIU和52.3pm/℃,表明该传感器可以对环境折射率和温度同时进行监测,具有实际应用价值。  
        关键词：光子晶体光纤;折射率;光纤传感   
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      • 王磊,李培丽
        2018(5): 59-62. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.012
        摘要：提出了一种基于光学tamm态（OTS）的石墨烯光开关方案。在该方案中,利用在金属-分布式布拉格反射镜界面处产生的OTS,以及石墨烯的电控特性,通过改变外加电压来改变石墨烯的折射率,使OTS的本征波长发生漂移,光的反射率由最低点上升至高反射区,从而实现光开关的通断控制。利用有限元法和时域有限差分法对提出的光开关进行了仿真研究。研究结果表明,当入射波长为846.5nm时,可以实现光开关,其插入损耗为0.88dB,消光比约为12.7dB,响应时间约为1.36ps。该光开关具有插入损耗低和响应时间快的优势,在未来的光通信系统和光信息处理系统中具有很好的应用前景。  
        关键词：光开关;光学tamm态;光子晶体;石墨烯   
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        无线通信技术

      • 赵季红,悦俊鹏,曲桦,徐西光,王文科
        2018(5): 63-68. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.013
        摘要：针对拉普拉斯噪声环境中的大幅度冲击噪声干扰导致频谱检测性能降低的问题,提出了基于绝对值负指数累加的稳健型频谱感知算法。该算法首先通过对接收信号绝对值做负指数处理来抑制大幅度的冲击噪声,然后再将其进行累加作为检验统计量,并利用中心极限定理得出判决统计量的概率密度函数,求出判决门限,进而判断频谱是否被主用户占用。理论分析和仿真结果表明,所提算法在相同虚警概率及不同信噪比下的检测概率高于目前常用的绝对值累加算法、能量检测算法和绝对值开平方累加算法的检测概率。  
        关键词：认知无线电;频谱感知;拉普拉斯噪声;理论判决门限;检测概率   
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      • 成顺利,闫坤,李卓,李昂阳
        2018(5): 69-73. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.014
        摘要：白光发光二极管（LED）的发光模型是室内可见光定位系统设计的重要基础,发光模型参数不准确会严重影响可见光定位的精度。针对这一问题,文章提出了一种朗伯模型参数优化方法,该方法利用基于接收信号强度的可见光室内技术中朗伯模型参数对定位误差的影响,通过调整朗伯指数寻找最小测距误差,当测距误差最小时,所对应的朗伯指数与LED的真实朗伯指数最为接近。仿真了室内5m×5m×3m的场景,结果表明,朗伯模型参数优化方法能显著提高可见光室内定位精度,也验证了朗伯模型参数优化方法的可行性及有效性。  
        关键词：发光二极管;可见光通信;朗伯辐射模型;室内定位;接收信号强度   
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      • 田赛赛,赵夙,朱琦
        2018(5): 74-78. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2018.05.015
        摘要：针对认知无线电网络中次用户（SU）参与频谱感知的积极性低以及SU到融合中心（FC）的信道条件差,造成发送到FC的数据不可信的问题,提出一种基于反拍卖技术（RAT）的中继协作频谱感知算法。该算法将SU分为普通次用户和中继次用户,在这两种SU之间采用RAT的方式激励SU参与到频谱感知当中,以解决SU的积极性低的问题,通过中继的方式可以解决信道条件差的问题。仿真结果表明,所提方法的感知性能明显好于非中继方法,并且提高了用户的积极性。  
        关键词：认知无线电;协作频谱感知;反拍卖;中继   
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