国际空间站宇航光纤通信器件发展综述

光纤通信技术在国际空间站(ISS)上首次大规模应用,是光通信技术从地面进入太空应用的一个重要里程碑。回顾了ISS舱内光纤通信所用宇航光缆和光纤连接器的技术发展历程,阐述了ISS对光纤通信技术的特殊需求;介绍了美国航空航天局(NASA)开展的光纤器件空间适应性试验研究情况,NASA和欧洲太空总署(ESA)负责建造舱段的光纤通信系统,以及NASA针对ISS光纤通信器件缺陷问题的质量调查情况和整改过程;结合ISS光纤通信器件质量问题的案例分析,总结了宇航光缆和光纤连接器在制造、工艺、材料、环境、检测和管理方面存在的问题和经验教训。最后,对宇航光纤通信器件的研发方向进行了展望。

基于边缘计算的高速光纤通信链路时延估计研究

由于未对接收信号进行去噪处理,导致光纤通信链路时延估计存在估计误差大、准确率低的问题,为了解决方法中存在的问题,提出基于边缘计算的高速光纤通信链路时延估计方法。通过边缘计算设计了高速光纤通信网络架构,基于网络架构中的边缘计算层,通过直射链路的方式构建高速光纤通信链路模型,接收光信号,并使用广义相关算法对接收到的信号进行去噪处理,根据去噪处理结果,结合卡尔曼滤波方法与Round-trip算法估计信号时延。实验结果表明,所提方法的高速光纤通信链路时延估计准确率高、效果好,具有较高的实际应用价值。

基于时频域联合数据辅助MIMO均衡算法的多维度复用千公里级相干传输系统

基于少模光纤的模式复用系统利用单根纤芯中的正交模式实现各独立信道的并行传输,能够有效提升系统容量,解决单模光纤系统的容量危机.本文联合使用模式复用、波分复用与偏振复用技术,基于六模渐变型光纤实现了80个波长通道下32 Gbaud四模双偏振16阶正交振幅调制信号的1000 km相干传输,并在接收端使用时频域联合数据辅助8×8多输入多输出最小均方算法,以补偿由光纤传输导致的模式耦合及模间色散等线性损伤.与传统的纯时域或纯频域多输入输出最小均方均衡算法相比,该算法分别实现了57.1%的收敛速度提升与25.1%的收敛误差下降.经过1000 km少模光纤传输后,80通道每个模式及偏振态的误码率均低于开销为20%的软判决前向纠错编码阈值2.4×10^(-2),系统净速率达68.2 Tbit/s.

基于DBR增强的850 nm GaAs/AlGaAs单行载流子光电探测器

高速850 nm GaAs/AlGaAs面入射型单行载流子光电探测器(PD)是短距离光链路中的重要器件,面临着带宽和响应度之间的相互矛盾。报道了一种基于分布布拉格反射器(DBR)增强的GaAs/AlGaAs单行载流子光电探测器(UTC-PD)。DBR由20个周期的高/低Al组分的Al_(x)Ga_(1-x)As三元合金组成,可以在830~870 nm范围内形成大于0.9的反射。在AlGaAs DBR的增强下,将GaAs吸收层所需的厚度降低到1 040 nm,兼顾PD对光的吸收率和光生载流子的渡越时间。采用双台面、聚合物平面化、共面波导电极结构制作了UTC-PD器件。该器件在850 nm波长、-2 V偏压下具有19.26 GHz的-3 dB带宽和0.492 6 A/W的响应度。

基于网络编码的机密业务多路径光传输方法

随着互联网应用发展,越来越多具有安全需求的机密业务在空分复用弹性光网络中传输时,面临被攻击或窃听的安全风险.为了确保机密业务的传输安全性和减少频谱资源的浪费,提出一种空分复用弹性光网络中基于网络编码的机密业务多路径光传输方法 .在机密业务的路由阶段,该方法通过设计评估链路被窃听概率、路径跳数和路径上空闲频谱资源的路径代价函数,为机密业务选择最小路径代价的两路径或三路径传输策;在纤芯选择中,设计路径碎片率和负载失衡的评估值,为机密业务选择满足业务带宽需求的碎片率低和负载均衡的纤芯;在频谱分配中,设计满足网络编码条件的频谱碎片和负载感知的频谱分配方法,通过滑动频谱窗方法,为机密业务寻找能网络编码、且导致纤芯的频谱碎片化程度小和负载均衡的频谱块.仿真结果表明,与其他采用网络编码的路由频谱分配算法相比,在负载大于200爱尔兰时,本文所提方法能有效降低机密业务阻塞率和提高频谱资源使用率.

基于架空光缆的高稳定频率信号传递技术研究

为解决架空光缆因晃动幅度大和温度变化剧烈引起的相位噪声恶化问题,采用双向传输与预补偿技术,设计了基于电子相位补偿的光纤频率传递方案,在包含30 km架空光缆、总长133 km的实际链路上进行频率传递试验,与单向传输设备相比相位噪声指标提高28 dB;采用双向传输光纤频率传递技术,在包含架空光缆与133 km全部埋地光缆进行对照测试,在5级风力情况下架空光缆传递相较恶化了4 dB,均可以满足架空光缆下频率传递使用需求;经实地试验表明,基于电子相位共轭的光纤频率传递技术可以优化经架空光缆传递后频率信号的相位噪声,为分布式雷达、分布式守时系统及航天测控等系统多站间同步方案提供支撑。

宽带接入网10G PON技术发展及部署

随着数字化时代的到来,宽带接入网已成为支撑各行业发展和维持社会生活的重要基础设施。万兆无源光网络(10G PON)技术作为下一代宽带接入技术,具备高速、高带宽、低延迟等优势,能够给用户带来更加快速、稳定的网络体验,同时能满足未来应用对网络带宽需求的持续增长。基于此,对10G PON技术的发展现状、关键技术特点以及部署与应用进行深入探讨,以期为未来宽带接入网的发展提供有益启示与指导。

基于开口圆环结构的太赫兹分束器设计

提出了一种基于开口圆环结构的太赫兹分束器,其由两种单元结构组成,这两种结构的区别在于是否存在底层连续金属层,这两种结构的顶层金属图案由开口圆环组成,介质层为聚酰亚胺薄膜。通过改变开口圆环的开口大小和半径排列构成了8×8的相位梯度超表面。当太赫兹波分别沿-z轴方向和+z轴方向垂直入射时,电磁波会被分成沿x,y轴对称但能量分布不同的四束波,两种入射模式能够得到两种不同的分束比。在0.7 THz下,当太赫兹波分别沿-z轴方向和+z轴方向垂直入射时,其分束比分别为0.8∶1和1.9∶1,实现对分束比的调谐。此分束器具有体积小、成本低的优点,可应用于太赫兹通信、太赫兹成像和太赫兹隐身等领域。

面向海上油气生产智能管控的物联网系统设计与实现

基于海上油气生产的需求,提出了一种用于海上油气生产过程智能管控的物联网系统设计方案,覆盖海上油气生产设施和陆上处理终端的数据采集、数据传输、数据处理和业务应用等各个技术环节,具备实时监控、数据传输和生产预警等功能,可以推进海上油气生产方式的数字化转型,提升油气生产的智能化管理水平。

光纤互联中光模块屏蔽笼散热技术

2013年,国务院提出“宽带中国”战略,到2020年缩小我国与发达国家之间的宽带网络基础设施差距。2020年,我国实现了“光进铜退”的第一次“光改”。在技术发展和政策推动下,2021年,政府工作报告提出加大5G网络和千兆光网建设力度,随后工业和信息化部印发《“双千兆”网络协同发展行动计划(2021—2023年)》,明确未来3年的发展目标。国家发展改革委与工业和信息化部发布的新方案要求在5G、千兆光网等领域布局新型基础设施项目。

室内VLC-WiFi异构网络中多色载波资源分配

可见光通信接入点(VLC AP)在室内密集部署的方式在扩大VLC-WiFi系统容量的同时,增加了覆盖的小区间干扰。为了降低小区间干扰,提高系统的吞吐量和平均用户满意度,本文设计了多色载波分配与功率控制(MCAPC)的资源分配方法。该方法依据VLC AP的部署位置和信道特性,采用软频率复用方法确定各VLC AP的无干扰的主载波和多色副载波,并设计基于匹配博弈的载波和子频带分配算法为用户分配异构网络的频带资源;最后,设计基于功率控制效用值的干扰抑制的载波功率控制算法进一步抑制小区间干扰。研究结果表明,所提MCAPC方法能够提高室内多色VLC-WiFi异构网的系统吞吐量和用户的平均满意度。

基于小波变换的光纤通信信号去噪方法

文章针对光纤通信中普遍存在的噪声问题,研究一种优化的小波变换去噪策略。首先,分析了光纤通信的基本过程和噪声来源。其次,介绍了小波变换的基本原理和信号去噪过程,包括小波分解、阈值处理以及信号重构等关键步骤。最后,引入一种基于统计的自适应阈值选择方法,以提高去噪的精准性和效率。通过在MATLAB平台上进行实验验证,结果表明该方法能显著提高信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)并降低均方误差(Mean Squared Error,MSE),具有一定的实用性和有效性。

模分复用系统中盲均衡算法的均衡性能研究

恒模算法(CMA)是一种广泛应用于模分复用系统的算法,可对系统中模式耦合、差分模式群时延和色散等损伤因素进行均衡补偿,进而得到理想信号。为了研究CMA算法在强耦合模分复用系统中的均衡性能,采用功率耦合理论搭建6×6模分复用系统模型,并在接收端使用CMA和修正的恒定模数算法(MCMA)对系统输出信号进行均衡,获得了星座图、均方根误差(RMSE)值和误比特率(BER)。结果表明,在星座图方面,MCMA可以减少散点,使星座点更紧凑;在RMSE方面,MCMA均衡后的信号的RMSE值小于CMA均衡后得到的RMSE值,说明MCMA均衡后的数据离散程度较低;在BER方面,当BER为10-3时,MCMA要求的光信噪比比CMA低1.0 dB,因此,MCMA的均衡效果优于CMA。该研究结果为强耦合模分复用系统中的均衡算法提供了一些参考。

浅谈配网自动化光纤通信系统施工技术

为了保证配网自动化光纤通信系统的稳定运行和信号的可靠传输,论文简要介绍了配网自动化光纤通信系统,对配网自动化光纤通信技术在施工过程中的施工要求、关键要点和注意事项进行了探究。

多芯超模光纤放大器增益均衡设计(内封底文章)

多芯超模光纤(MCSMF)的芯间距较小,多个芯子共同形成芯区支持多个超模传输,与普通单芯少模光纤相比,其具有较大的有效模场面积和较小的模式串扰,备受关注。MCSMF用于长距离传输时,与其相匹配的新型增益均衡放大器是实现信号中继并保持信号稳定传输的必要器件。文中提出了一种基于粒子群优化算法的19芯超模光纤增益均衡放大器,该光纤支持10个超模共同传输。通过粒子群算法分别优化各纤芯内掺铒浓度来降低不同超模的交叠积分因子,从而减小模式增益差(DMG)。结果表明,在包层泵浦条件下,最大DMG从1.33 dB (各纤芯均匀掺杂)降低至0.20 dB,在1 550 nm信号波长处10模式的平均增益为27.79 dB,且该放大器在整个C波段的增益平坦度低于1 dB。

基于图像识别技术的集团客户业务施工质检解决方案研究

当前运营商的集团客户业务施工质量检测主要采用人工检测的方式,该巡检方式存在人工巡检规程不统一、纸质巡检单易丢失、人工巡检效率低等痛点问题。为解决以上问题,对一种基于图像识别技术的集客业务施工质检的解决方案进行了研究。该方案将模式识别与智能系统技术与集团客户业务施工实际场景深度融合,并针对光缆分纤箱接地巡检的应用场景,采用线上化、智能化的巡检方式。有效地解决了当前人工巡检规程不统一、纸质巡检单易丢失、人工巡检作业效率低等核心问题,极大地提高了客户满意度和运营商品牌价值。

基于色散调控氟碲酸盐玻璃光纤的O-U波段平坦光频梳产生

光学频率梳(简称光频梳)作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术(WDM)、空分复用技术结合(SDM),通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种,分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点,但均很难同时实现宽光谱、高信噪比、高平坦度、高的单梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调,这在一定程度上影响了光频梳在光通信领域的应用。本文提出基于受激布里渊激光腔产生种子梳,采用腔外负色散光纤进行脉冲压缩,进一步利用色散调控的高非线性氟碲酸盐光纤进行扩谱,从而实现光频梳产生。数值计算结果表明,通过该系统,我们可以得到重复频率大范围可调、光谱覆盖整个O-U波段且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 dB的平坦光频梳,证明了通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统产生可用于光通信的平坦光频梳的可行性。

基于分布式光纤的蜂窝夹层结构脱粘损伤监测

航空航天蜂窝夹层结构服役环境恶劣,需要发展相应的结构健康监测技术以保证结构的安全运行。脱粘损伤因发生在内部胶层而难以监测,该文采用埋入胶层的分布式光纤传感器对蜂窝夹层结构脱粘损伤进行监测。在预埋损伤监测试验中采用高强光纤和边界浅槽的方式提高传感器存活效率,得到脱粘损伤应变特征。采用参数化建模方式对不同损伤位置进行大量有限元模拟,加入白噪声后得到含有脱粘损伤特征的13500组数据。将模拟数据代入卷积神经网络进行训练,训练后的网络对试验损伤数据的识别准确率达到98.84%。该方法能够识别20 mm^(2)脱粘损伤,同时定位平均误差小于4 mm。

基于三次样条插值的M-QAM载波相位估计

在基于高阶调制的相干光通信传输系统中,接收端信号受相位噪声干扰会对系统性能产生直接的影响。传统的盲相位搜索(BPS)算法具有较高的线宽容差,适用于多种调制格式,但随着调制阶数的增加,用于BPS的测试相位数量会急剧加大。针对M元正交振幅调制(M-QAM)格式,本研究提出了一种新的低复杂度载波相位估计(CPE)算法。首先利用BPS算法,得到B个测试相位和平均欧氏距离之间的关系;然后在此基础上,提出了一种基于三次样条插值(CSI)的两级BPS载波相位估计算法,得到(2B−1)个等间隔插值相位和平均欧氏距离之间的光滑曲线关系;最后取曲线的最小值处所对应的相位值为最优相位估计值。仿真结果表明,在使用少量测试相位的前提下,通过CSI算法可以有效地对载波相位进行恢复,与BPS算法相比,CSI算法乘、加法器计算复杂度分别降低了38%和42%(16-QAM),为载波相位恢复提供了新思路。

基于传统OM2光纤的大容量模分复用传输系统研究

基于传统多模光纤的模式资源,来构建多维复用超大容量光纤传输系统可以有效提升通信系统传输容量,满足急剧增长的数据业务需求.在本文中,我们联合波分复用、偏振复用和模分复用技术,基于传统OM2光纤实现了40个波长信道(1 535.04~1 566.31 nm)×2个模式信道(LP01和LP11b)的60 G波特偏分复用16阶正交幅度调制(Polarization Division Multiplexing 16-ary Quadrature Amplitude Modulation,PDM-16QAM)信号的短距模分复用相干光传输.整个模分复用链路由一对基于多平面光转换(Multi Plane Light Conversion,MPLC)的模式复用/解复用器和20 m OM2光纤构成.由于高模式隔离度的模式信道特性(<-20 dB),本系统无需相应数字信号处理算法进行模式解复用,而仅需2×2的多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)算法完成偏振解复用.在实验中,除了对系统关键参数,包括脉冲成型滤波器的滚降因子、削峰比及接收光功率进行了优化外,还引入了Volterra判决反馈均衡方案.该均衡方案不仅能够补偿调制器引入的非线性信号损伤,而且能够缓解前馈均衡方案导致的高频噪声增强问题.最终,实验结果显示所有80个信道的误码率皆低于20%软判决前向误码纠错(Soft Decision Forward Error Correction,SDFEC)阈值2.7×10-2,系统总容量达38.4 Tbit/s,表明基于多模光纤的模式复用相干光传输方案在未来超大容量短距光互联系统中具有应用潜力.