基于U波段光波产生频率可调谐的微波载波

【目的】具有可调谐能力的高频微波载波(GHz)在第五代移动通信技术(5G)/第六代移动通信技术(6G)无线网络、雷达系统和卫星通信领域中有着广泛的应用。由于比较简单的系统结构、大带宽和低损耗的优点,基于光子技术生成高频可调谐微波载波的技术方案吸引了国内外研究团队的广泛关注。由于目前C波段有着成熟的商用器件,因此目前光生微波实验多在C波段进行。随着波分复用(WDM)—光载射频(ROF)技术借助WDM系统在光频域的合/分波来灵活实现微波频段的合/分波,利用ROF系统采用光生微波技术来简化基站配置,使得C波段的有限带宽资源(35 nm, 1 530~1 565 nm)越来越紧张。因此,光生微波技术的研究有着向更宽光谱范围扩展的驱动力。U波段可以提供宽至50 nm(1 625~1 675 nm)的信道带宽来缓解C波段的信道利用压力。在U波段,标准单模光纤已实现低至0.195 dB/km(@1 625 nm)的光功率损耗,特别是,掺铥光纤放大器在U波段也可实现达到18.7 dB(@1 655 nm)的大带宽增益。因此,基于标准单模光纤的WDM系统可向U波段扩展,从而促使WDM-ROF技术向这一波段延伸,进而带动光生微波技术向U波段拓展。文章研究了U波段的光生微波技术。【方法】从数学模型上看,现有光生微波技术对所应用的光载波波段是透明的,只需选择对应工作波段的光子学器件就可在任意波段使用这些方法来产生微波载波。从原理上看,C波段的光子学器件(如偏振控制器、相位调制器(PM)和光纤移相器(FPS)等)可以工作在U波段,这些器件的工艺技术成熟并易于购置。因此,文章采用C波段的PM、FPS和光耦合器等光子学器件,基于U波段光载波搭建了光生微波载波系统。【结果】最终基于该系统产生了调谐范围覆盖7.5~12.0 GHz、杂散抑制比达29.6~35.2 dB的可调谐微波载波。【结论】文章通过公式原理分析和实验验证,实现了将光生微波载波技术的工作波段扩展至U波段。

2μm波段Ge-on-SOI光电探测器的TPA探测

【目的】随着光通信技术的快速发展,工作在传统通信窗口的光通信系统未来可能会面临通信“波段紧缩”的状况。而在2μm波段,空芯光子带隙光纤的损耗可以低至0.2 dB/km,掺铥光纤放大器(型号为CTFA)在2μm波段的增益峰值可达30 dB,这些高性能器件的出现使得2μm波段有缓解通信“波段紧缩”的潜力,同时也对制作难度小且利于大规模生产的2μm波段硅基光电探测器提出了需求。硅基光电探测器的工作波段扩展主要方案有采用具有可调谐带隙的Ⅲ-Ⅴ族材料、引入低带隙宽度材料作为吸收区和利用吸收区材料在2μm波段新的光吸收机制等。而Ge具有非常高的双光子吸收(TPA)系数(1225 GW/cm@2μm),并且Ge-on-绝缘体上硅(SOI)光电探测器结构兼容标准硅光器件制作工艺,具有制作难度较低和成本较低的优势,是2μm光电探测器的一种较优方案。文章的研究目的是验证Ge-on-SOI光电探测器利用TPA这一特殊光吸收机制实现2μm波段光电探测的可行性。【方法】文章基于Ge材料在2μm波段较高的TPA效应产生电流的物理机制实现了2μm波段的光电探测。理论上,对Ge材料通过TPA效应产生的光生电流大小进行了分析与讨论;在实验上,基于片上硅基器件有源测试系统对商用波导型Ge-on-SOI光电探测器的光输入端(光栅耦合器)施加经过掺铥光纤放大器放大后的高功率2μm波段输入光,并调整光纤与光栅的对准以及输入光偏振态以尽可能减少输入光传输到Ge吸收层的损耗,最终通过探针获取探测器的TPA光生电流。【结果】在功率为21.9 dBm的2μm光信号输入下,该商用波导型Ge-on-SOI光电探测器在2μm波段产生了高至651 nA的TPA净光生电流,并近似获得了>10 mA/W的响应度。【结论】文章验证了通过Ge材料TPA效应实现2μm波段光电探测器的科学可行性,为基于TPA的2μm波段Ge-on-SOI光电探测器的设计提供了实验支撑。

基于模拟串行端口的虚拟设备通信技术研究

MBSE是复杂系统设计的重要范式,尤其对于大型嵌入式系统设计具有重大意义;但在MBSE的虚拟验证环节,针对节点的串行端口的互联通信仍缺乏有效灵活的手段;为解决该问题,提出了一种基于Linux系统内核驱动的串行端口模拟方式,实现了基于模拟串行端口的多虚拟设备间的通信技术;分析了标准串行端口的内核驱动架构,进行规范的驱动设计,构建模拟串行端口,以模拟设备替代真实硬件设备;实验验证了模拟的串行端口的功能可用性,且具备平均456.98 Mbps的最大传输速率,满足物理串行端口的速率范围要求;利用该模拟串行端口,实现了虚拟设备间的双向串行通信实验,能够支持嵌入式子系统间串行通信模拟的需要。

地星大气湍流路径三层传输模型数值模拟

星地激光通信具有高带宽通信的潜力,但大气湍流会显著影响卫星对地和地对卫星这类通信系统的能力。星地通信系统的室外实验费用昂贵且难以重现,现有的数值仿真大都基于水平均匀路径,不适用于星地链路长距离且不均匀的湍流路径,为了评估湍流对通信系统的影响,因此开发适用于星地链路的数值仿真是非常重要的。在数值仿真中,模拟湍流的相位屏数量太多会增加系统的复杂度,通过计算传统的Kolmogorov谱下相位屏为2层、3层、6层、11层以及21层时观测面光场的互相干因子并将其与理论值比较,发现三层模型能够在保证传输准确性的同时降低系统的复杂度。在此基础上,提出了地星大气激光传输三层模型,分析了不同湍流谱模型下(Kolmogorov谱与Non-Kolmogorov谱)的高斯光束辐度轮廓变化以及接收光束相干性的变化。仿真结果表明,在相同的大气条件下,与Kolmogorov谱相比,谱指数随高度变化的Non-Kolmogorov谱对传输光束的幅度以及相干性的影响更大。

高增益低噪声全光增益箝制EDFA

给出了一种新型全光增益平坦动态增益箝制EDFA的结构.通过采用两级放大,在输出端增加光栅和增益均衡滤波器,在获得高增益低噪声、C波段内平坦增益谱和动态增益箝制效果的同时又兼顾了经济性.仿真结果表明,该结构具有良好的增益箝制性能,在增加/移去波长时,剩余波长的增益保持不变.

以太无源光网络中光分配网的优化设计

提供了一种兼容光纤CATV网的以太无源光网络(EPON)的光分配网(ODN)设计方法,采用两级光网结构提高了系统设计的灵活性,并给出了光分路器的设计公式;提供了一种冗余环行干线和冗余分支结合进行ODN冗余保护的方法,能极大地提高EPON网络的可靠性。

采用啁啾光纤光栅色散补偿的长距离副载波复用光纤有线电视系统实验

给出采用啁啾光纤光栅进行色散补偿的1 550 nm副载波复用(subcarrier multiplexing,SCM)长距离光纤有线电视(cable TV,CATV)系统的实验结果.对系统中啁啾光纤光栅色散补偿器的最佳位置进行实验,实验结果与理论计算的最佳位置相符,并得到较好的组合二阶互调(composite second order distortion,CSO)输出指标.通过建立200 km传输实验系统,对比有无色散补偿模块(dispersion compensation module,DCM)时的指标测试结果,证明采用啁啾光纤光栅作色散补偿能够改善由自相位调制(self-phase modulation,SPM)效应引起的CSO指标劣化.

新型泵浦激光器控制器的实现

给出了一种新型的EDFA泵浦激光器控制器,采用脉冲宽度调制(PWM)方式实现泵浦的自动温度控制(ATC)及自动功率控制(APC),比传统模拟方式降低了功耗和体积.整个电路采用ADμC832单片机控制,全部控制软件采用C51编写.

基于异步时钟的高速实时光OFDM收发系统

近年来,由于正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术具有独特的优势,已经在无线电领域得到广泛应用,并开始被引入光通信中.目前,对于光正交频分复用(optical OFDM,OOFDM)技术的研究,主要集中在离线实验分析和基于全局时钟的实时分析,提出了一种基于异步时钟的高速实时光OFDM收发系统,通过实验实现了在25 km标准单模光纤(single-mode fiber,SMF)上可实时传输2.5 Gbit/s光OFDM信号,误码率小于1.2×10^(-5).

基于中心化梳状光源的125 Gbit/s全光OFDM-PON接入网架构

基于正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing,OFDM)技术的无源光网络(passive opticalnetwork,PON)因其通信容量大、抗色散能力强等优点,已成为下一代基于PON接入网的解决方案之一.与此同时,40/100 Gbit/s以太网标准的制定也使100 Gbit/s光网络传输实用化成为可能.提出一种基于中心化梳状光源的全光OFDM-PON网络架构,为100 Gbit/s光接入网提供了高效的实现方法.该系统以梳状光谱发生器为中心化光源,实现了全光连续OFDM信号的产生以及低成本的上下行相干检测.最后,对系统进行模拟仿真,并对结果性能进行了分析。

毫米波光载射频系统研究的新进展

论述毫米波光载射频(radio over fiber,RoF)系统研究的新进展.发展了基于光学倍频(optical frequencymultiplication,OFM)概念的毫米波光学生成理论与技术,包括通过电光调制器的高阶光波边模形成、光探测器自外差射频(radio frequency,RF)产生方法的推导、双向毫米波RoF系统的设计等;提出中频正交频分复用(orthogonalfrequency division multiplexing,OFDM)毫米波调制的新方案,对光调制器非线性造成的OFDM信号的失真建立完整的数学模型,优化光调制度;同时,实现双向40 GHz RoF实验系统,传输速率达到100 Mbit/s.

MCNS DOCSIS媒质访问层协议的分析

本文介绍了目前在HFC网上实现多媒体业务的MCNS DOCSIS协议中MAC子层的工作原理,分析了MAC子层的帧结构、管理报文的格式、MAC帧的定时与同步、上行信道带宽分配方法及初始化过程,最后对MAC层的特点作了阐述.

基于AES数据加密的网关通信设计

智能家庭网关在物联网（Io T）系统中扮演重要角色,负责网络层和无处不在的传感器网络（USN）层之间的连接。即使家庭网络应用正在快速发展,对基于家庭网关的开放开发架构的研究较少。这使得扩展家庭网络难以支持新的应用,共享服务以及与其他家庭网络系统的互操作。提出了一种集成接入网关（IAGW）,向上与操作员机器平台（M2M P/F）进行连接。在这种家庭网络方案中,网关提供标准接口,用于支持家庭环境中的各种应用,从现场配置到节点和服务访问。此外,M2M P/F也提供通信管理能力。创建了包含IAGW原型的简单家庭网络应用系统的测试平台,以测试其用户交互功能。实验结果表明,所提出的网关为用户配置和部署家庭自动化网络提供了极大的灵活性;它可以应用于其他监控区域,同时支持多普适传感器网络。

基于25GHz光器件的50Gb/s PAM4传输实验研究

50Gb/s NRZ信号所需要的传输带宽较高,25GHz光器件的带宽限制严重影响了信号质量。描述了采用商用25GHz光器件实现50Gb/s PAM4信号的传输实验方案。在背靠背(BtB)和25km标准单模光纤传输两种条件下,使用最大似然均衡(MLSE)算法进行译码。通过比较不同光功率情况下接收信号的误码率性能,证明了基于25GHz光器件的50Gb/s PAM4信号传输方案可以作为单路50Gb/s的候选实现方案。

相干光OFDM中基于包络检测的相位噪声消除

提出了一种基于包络检测进行相位噪声消除的相干光正交频分复用(OFDM)系统方案。介绍了光OFDM相干检测系统的原理,描述了采用包络检测对相干光OFDM系统进行相位噪声消除的方案,分析了该方案的可行性和优越性,结合N4391A光调制分析仪搭建了硬件实验平台,并通过Matlab对误码率的理论结果和实验结果作了分析。

基于全双工以太帧间隔的源同步时钟传输方法

提出在全双工以太物理层中,基于以太帧间隔(inter-packet gap,IPG)的固定比特率业务同步时钟传输方法.该方法引入同步剩余时戳(synchronous residual time stamp,SRTS)算法,是一种不受以太分组流量影响的带外时钟传输方法.通过连分数展开分析恢复时钟的各阶抖动成分,给出基于以太帧间隔的同步剩余时戳算法的参数选择方法,并通过软件仿真和现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)硬件实验证明了其优良的同步性能.

探讨建筑给排水的节能减排设计

介绍了建筑给排水节能减排设计的重要性,从建筑给排水设计、建筑给排水设计中节能减排的措施等方面进行了论述,指出只有树立良好的可持续发展理念,从建筑给排水设计上进行超前的节能减排设计,才能提高我国绿色建筑的节能性和环保性。

基于DOCSIS协议的电缆调制解调器前端系统的实现

作为实现外部网络与有线电视射频网络之间传递 IP数据包的电缆调制解调器前端系统 ,是有线电视网实现高速双向数据通信的关键设备 .该文论述了基于 DOCSIS协议的前端系统的实现方案和硬件设计要点 ,并简单说明了前端系统的操作系统和系统工作原理 ,最后简述了该前端系统的调试过程并给出了下行 6 4/ 2 5 6

一种扩展的SUZUKI移动衰落信道模型的二阶统计特性

研究一种扩展的SUZUKI移动衰落信道模型的统计特性,给出该模型包络过程的2个二阶统计量电平交叉率和平均衰落时间的解析式。由于瑞利过程是该模型的特例,因此这些解析式的验证可通过与瑞利过程的结果相比较进行。此外,还采用数值优化方法来检验提出的信道模型同实际轻度和重度衰落信道环境的相符性。最后的理论及计算机仿真结果表明,扩展的SUZUKI移动衰落信道模型具有优异的性能。

DD-MZM单边带调制系统偏置电压优化控制方案

为了获得更加稳定的梳状谱发生器,对基于DD(双平行)-MZM(马赫-曾德尔调制器)的单边带调制系统偏置电压控制方案进行了研究,着重分析了非理想消光比对MZM以及调制器偏置电压控制标准的影响,并在此基础上提出了优化的偏置电压判别标准。研究证明,在非理想消光比条件下,选取MZM传输曲线的最高点作为系统偏置电压的判别标准具有更高的精确性。