最新刊期
      2021 年 第 00 卷 4 期

        光通信系统与网络技术

      • 雷震宇,卢晓强
        2021(4): 1-4,20. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2021.04.001
        摘要：在非授权的情形下，由于缺少时间同步的信令，导致稀疏码多址接入（SCMA）系统中异步接收的问题不可忽视。现有的置信传播消息传递算法（BP-MPA）可以对异步SCMA系统进行检测，但是复杂度较高。针对上行异步SCMA系统检测算法复杂度较高的问题，文章在BP-MPA的基础上，根据每个资源对用户发送码字概率的判断，选择部分高可靠用户节点不参与消息传递算法的迭代，提出一种改进的置信传播消息传递算法（IBP-MPA）。仿真结果表明，在相同条件下，IBP-MPA可以在保证检测性能的情况下大幅降低BP-MPA的复杂度。  
        关键词：异步稀疏码多址接入;消息传递算法;置信传播消息传递算法   
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      • 王华华,秦红,方泽圣,李平安,陈博
        2021(4): 5-9. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2021.04.002
        摘要：极化码是世界上唯一被证明香农门限可达的编码方案。由于连续消除（SC）译码的串行特性导致时延很高，于是置信传播（BP）译码因其具有更高的吞吐量而受到了更多关注。由于BP译码性能不如SC译码，于是将比特翻转（BF）译码应用于BP中。针对当前BP BF（BPF）译码中出现的翻转集构建不准确的问题，文章提出了一种新的误码率BPF译码算法用于构建翻转集，并提出了粗翻转集和精翻转集的概念。文章通过方差能够体现数据稳定性的特点构建了粗翻转集，再通过误码率的差值大小来缩小翻转集的范围，即精翻转集。研究结果表明，文章所提算法优于目前最优的BP、增强型BPF（EBPF）和对数似然比BPF（BPF-LLR）等译码算法，同时，该算法迭代次数相比其他翻转译码算法有明显降低。  
        关键词：极化码;置信传播译码;比特翻转;翻转集   
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      • 李贵勇,李平安,李贺宾
        2021(4): 10-14. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2021.04.003
        摘要：对于具有混合预编码的毫米波大规模多输入多输出（MIMO）系统，由于系统中硬件的缺陷会在接收的导频中引入随机相位偏移，这将使得传统信道估计算法的性能变得非常差，甚至不能估计出信道信息。为了解决这个问题，文章利用来自不同射频链的导频，在同一时间段内具有相同的相位偏移，而在不同时间段具有不同的相位偏移的特性，提出了基于迭代重加权（IR）的部分相干压缩相位提取（PC-CPR）（IR-PC-CPR）算法。该算法首先对接收的相干导频做相位偏移补偿，然后再使用IR算法估计信道参数来实现高精度的信道估计。仿真结果表明，文章所提算法与PC-CPR算法相比具有更好的性能。  
        关键词：毫米波;混合预编码;压缩相位提取;迭代重加权   
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      • 陈中盛,高冠军,刘鸿飞
        2021(4): 15-20. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2021.04.004
        摘要：针对传统相干光通信系统中光纤链路传输性能评估方法理论计算复杂且计算时间较长的问题，文章采用机器学习技术对调制格式和输入光功率等参数各异信道的相干光传输系统传输性能进行关联式建模和精确评估。建模和评估结果表明，该机器学习模型能够代替复杂的理论计算，并且能够较为准确地给出预测值，理论计算值与模型预测Q值整体的平均误差为0.27 dB，理论计算值与模型预测光信噪比（OSNR）值整体的平均误差为0.33 dB；采用机器学习模型的计算时间稳定在4.4 s左右，而采用理论计算的时间随着干扰信道个数的增加计算时间逐渐增加。  
        关键词：机器学习;相干光通信;传输性能评估   
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      • 张萌,吕博
        2021(4): 21-25,49. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2021.04.005
        摘要：未来信息网络对于时间同步的精度和可靠性提出了更高的要求，为了验证时间同步协议潜在的安全隐患，文章对精确时间协议（PTP）的报文和延时攻击进行了实验模拟分析。为解决传统加密方式无法抵御时间同步协议延时类攻击的问题，文章将PTP与量子秘钥分发技术相结合，提出了一种面向未来网络同步可靠性需求的量子增强安全同步协议，在加密防控报文攻击的基础上，实现对延时类攻击的检测和预警，触发保护机制。理论分析表明，该协议可主动预防针对时间同步协议的安全攻击，实现时间同步信息的安全传输。  
        关键词：时间同步;量子增强安全同步协议;量子秘钥分发;延时攻击   
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      • 王萍,蒋林,山蕊,杨博文,付怡雯
        2021(4): 26-31,71. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2021.04.006
        摘要：针对三维有源光网络路径配置时间长、光路由器插入损耗大和网络硬件开销高等问题，文章设计了自适应路由算法和无阻塞、低损耗光路由器。自适应路由算法利用XYZ确定路由算法进行端口的初次判断，再根据端口阻塞情况进行二次判断，最终选择无阻塞和距离短的端口作为节点输出端口；针对三维通信需求分别设计层内6端口和层间3端口光路由器代替7端口光路由器。实验结果表明，利用自适应路由算法进行路由计算时，路径建立过程延迟小、阻塞低，光路由器所需波导和微环谐振器数量少、插入损耗低，平均插入损耗仅为0.88 dB，光网络硬件开销低。  
        关键词：三维有源光网络;电配置路由器;光路由器;自适应路由算法   
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      • 张羽桐,赵江南,艾勇,梁赫西,胡仁杰
        2021(4): 32-35,55. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2021.04.007
        摘要：针对远距离的激光接收对准问题，文章提出利用大面积雪崩光电二极管的激光网桥系统，用作广域网的延长以及局域网之间的连接。激光网桥系统的软件需要一台计算机作为服务器进行信息处理，硬件连接是经过交换机及电光转换，通过放置在两幢楼的两台双向激光镜头进行发射接收。这个系统采用1 550 nm的近红外光，两幢大楼之间的距离约为1 km，而激光在这个条件下的几何损耗约为26 dB/km，调节两台激光器的相对位置直到两幢大楼接收的光功率在-30 dBm以内时，成功达到了两端视频通信所需的阈值光功率，因而可以进行双向视频通信。  
        关键词：激光;网桥;广域网延长;大面积雪崩光电二极管   
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      • 夏少娴,翟峰,夏信,王守志
        2021(4): 36-40. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2021.04.008
        摘要：随着国网信息化建设，国家级、集团式网络安全威胁层出不穷，形成适合电网的量子级安全可靠通信技术解决方案尤为重要。文章从多终端量子密钥应用角度出发，提出了一种基于量子保密通信技术的手持抄表解决方案，实现技术升级换代。首先，从技术理论和应用领域，介绍分析了量子保密通信技术的现状及其与经典设施相结合的可行性；然后，以量子密钥管理系统为核心，设计实现了量子密钥安全存储和业务安全流程应用模型；最后，在搭建量子密钥分发整体环境的基础上，实现多终端量子密钥应用验证架构设计，验证了量子密钥业务应用流程，有效提升了系统的整体安全性。  
        关键词：量子保密通信;电力量子密管;接口设计;多终端应用   
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        光纤光缆技术与应用

      • 姚国珍,尹伊萌,李永倩,范寒柏
        2021(4): 41-49. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2021.04.009
        摘要：光纤布拉格光栅传感器采用波长变化反映被测量大小，因此提高光纤光栅的波长解调精度具有重要意义。传统解调方法大多结构单一导致性能受限且对于重叠谱和畸变谱的测量精度欠佳，限制了解调精度的提升。高精度波长解调方法主要解决系统温度稳定性差和寻峰精度低等问题。文章介绍了光通信中光纤光栅波长解调技术的应用，综述了近几年高精度光纤光栅波长解调方法，包括参考光纤光栅、迈克尔逊干涉仪和气室的硬件方法，以及基于神经网络和基于粒子群的软件方法；阐述了每种解调方法的原理以及在光纤光栅传感领域应用时的优缺点，分析了光纤光栅解调方法存在的问题及发展趋势。  
        关键词：光纤布拉格光栅;解调精度;硬软件方法   
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        光电器件研究与应用

      • 谭忠祥,傅焰峰,胡胜磊,王宁,张德川,肖希
        2021(4): 50-55. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2021.04.010
        摘要：针对硅光芯片在应用中由于其模场较小存在耦合损耗较大的问题，文章利用一款硅光调制器芯片对其与单模光纤的耦合效率进行了研究。首先对模场匹配理论进行了分析，随后对硅光芯片以及耦合用的单模光纤进行了模场测试，提出了一种提高耦合效率的低成本耦合方式。实验结果表明，该单模光纤与硅光芯片的耦合效率达到70%。利用该方案制作了光组件并进行了四阶脉冲幅度调制（PAM4）眼图测试，得到了较好的眼图。  
        关键词：硅光芯片;硅波导;耦合效率;单模光纤   
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      • 李沐霖,张巧芬,史圣达,庞亮雨,高梓皓
        2021(4): 56-60. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2021.04.011
        摘要：为了获取优质的超短脉冲光源，文章将自相似脉冲与光栅对结合，通过数值模拟方法详细分析了自相似脉冲的演化和压缩过程。首先将半高全宽（FWHM）为1 ps、能量为45 pJ的高斯脉冲入射到色散渐减光纤中，产生具有强线性啁啾的自相似脉冲，然后利用光栅对对自相似脉冲进行啁啾补偿压缩，最终得到FWHM为80 fs、峰值功率为507.6 W的超短脉冲输出，压缩品质参量Q为0.96，压缩因子为12.5。在此基础上，文章又分析了色散渐减光纤中的三阶色散对光栅对压缩质量的影响，发现随着三阶色散的增加，压缩脉冲品质会显著降低。研究结果表明，当系统中三阶色散效应较小时，利用自相似脉冲与光栅对可得到高功率的超短脉冲。这一结果对超短脉冲的获取是有帮助的。  
        关键词：自相似脉冲;光栅对;色散渐减光纤;啁啾补偿;三阶色散   
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      • 李树德,刘彩霞,徐林,安建欣,刘政
        2021(4): 61-65. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2021.04.012
        摘要：在星间激光通信中，精跟踪单元常采用四象限探测器用于光斑位置定位，定位误差的大小直接影响精跟踪单元的测角精度。为实现微弧度量级的测角精度，文章研究了影响探测器定位误差的各个噪声因素，并根据星间光通信的实际情况进行了简化分析，提出了定位误差的具体计算方法，最后通过具体算例评估了各噪声因素的影响程度。研究结果表明，提高发射功率可以在一定范围内提高接收端信号的信噪比，减小定位误差，进而减小测角误差，提高测角精度。但定位误差并非随发射功率的增大而线性减小，当发射功率增大到一定程度之后，定位误差的减小有限，这时再单纯通过增大发射功率来提高测角精度代价将非常大。  
        关键词：四象限光电探测器;定位误差;噪声因素;精跟踪单元   
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        无线通信技术

      • 任智,苏新,郭黎,吴本源
        2021(4): 66-71. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2021.04.013
        摘要：为解决现有多个域网（PAN）太赫兹无线个域网（WPAN）介质访问控制（MAC）协议中存在的在常规信道时间分配时段（N-CTAP）的网络间节点传输数据干扰问题，即在常规节点传输数据过程中，存在部分节点与其他网络节点互相在对方的通信范围之内，导致在传输数据时，很有可能受到干扰的问题，文章提出了一种低干扰多PAN太赫兹WPAN MAC协议（LIPAN）。通过将常规节点分类提出边缘节点类型概念，找出会产生干扰的常规节点；自适应常规节点类型报告机制，将常规节点的节点类型告知微微网协调器（PNC）；常规节点时隙分配新机制，使得PNC按照常规节点类型分配时隙资源，从而降低常规节点在数据传输过程中所受到的干扰，有效提高了数据传输的成功率以及网络吞吐量，减少了平均时延。  
        关键词：边缘节点;无线个域网;太赫兹;时隙分配;介质访问控制协议   
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      • 万盛亚,王代强,罗双
        2021(4): 72-78. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2021.04.014
        摘要：天线在通信系统中起着关键作用，但单一频段的天线已经无法满足如今的需求，因此多频天线的研究非常必要。文章提出了一种基于共面波导馈电的多频微带天线。该微带天线将刻蚀在基板导电表面的环形缝隙作为初始结构，之后在基板的不同位置加载电偶极子、超材料互补开口谐振环（CSRR）、交指电容加载环型谐振器（IDCLLR）及U形槽，从而实现微带天线的多频谐振。研究结果表明，天线能够同时在无线局域网（WLAN）波段（2.42~2.51 GHz）、全球微波互联网（WIMAX）波段（3.63~3.74、5.45~5.66 GHz）、卫星通信业务上行频（3.94~4.08 GHz）、国际移动通信系统（IMT-2020（5G））通信波段（4.84~4.98 GHz）、卫星通信业务下行频（5.88~6.24 GHz）和X波段（7.19~7.85 GHz）7个频段内谐振。使用网络分析仪对天线实物的回波损耗进行测试，测试结果与仿真结果基本吻合，具有良好的工程意义。  
        关键词：微带天线;多频;共面波导馈电;超材料;开槽;谐振   
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