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期刊信息/Journal information
光通信研究
武汉邮电科学研究院企管部
光通信研究

武汉邮电科学研究院企管部

毛谦

双月刊

1005-8788

bjb@wri.com.cn

027-87691537

430074

武汉市洪山区邮科院路88号

光通信研究/Journal Study on Optical CommunicationsCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是武汉邮电科学研究院主办的光通信专业刊物，是我国最早创办的以高新技术光纤通信为内容的科技期刊。宗旨为在坚持党的基本路线原则的前提下，活跃光通信领域的学术研究和技术交流，促进我国光通信事业的发展。主要刊载光通信领域的学术论文、研究成果的技术报告、工程设计技术方案、施工及维护经验，综述国内外光纤通信技术的最新进展和有关理论及最新动态等。面向从事光纤通信工作以及相关学科的科研、设计、生产、施工、维护等方面的科技人员和大专院校师生。本刊是湖北省、信息产业部优秀科技期刊，中文核心期刊。
正式出版
收录年代

    基于机器学习的光网络监测与优化方法

    李鸿刘武罗鸣
    1-10页
    查看更多>>摘要：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.

    机器学习光学性能监测光网络优化神经网络强化学习

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    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...
    11-17页
    查看更多>>摘要：[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-3 dB带宽从 420 kHz提高到 768 kHz.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.

    水下无线光通信同步光波信息和功率传输光伏负偏压离散傅里叶变换扩展正交频分复用

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    光通信系统全生命周期能效探讨

    刘泰李婷婷刘德强韩超...
    18-22页
    查看更多>>摘要：[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.

    光通信系统能效有用功效生命周期低碳

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    空间激光通信与测距一体化研究

    王熹邓磊陶坤宇付森...
    23-30页
    查看更多>>摘要：[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-48 dBm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 5 Gbit/s,BPSK模式下速率分别为 2.5 Gbit/s、1.25 Gbit/s和 625 Mbit/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 0.1 ns.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±0.36 cm.[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.

    卫星激光通信激光测距高精度一体化

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    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...
    31-35页
    查看更多>>摘要：[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.

    空分复用频域均衡循环前缀计算复杂度

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    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...
    36-44页
    查看更多>>摘要：[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 2dB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.

    可见光通信发光二极管非线性沃尔泰拉级数混合后均衡器

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    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...
    45-51页
    查看更多>>摘要：[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.

    智能电网虚假数据注入攻击卷积注意力模块卷积神经网络

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    全光通信网络非线性突变频率干扰检测算法

    安宁
    52-56页
    查看更多>>摘要：[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 40 ms.[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.

    全光通信网络非线性突变频率干扰时域有限差分通信信号信号变换干扰检测

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    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...
    57-63页
    查看更多>>摘要：[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 10 mm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 10 mm时,能获得更大有效消光比,范围为 0.84～6.69 dB,最小差分驱动电压为 200 mV,最小偏置电流为 15 mA,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.

    光通信短距低功耗光发射器

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    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...
    64-70页
    查看更多>>摘要：[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 100 GHz,每个传输通道都具有平顶响应,3 dB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 50 GHz,多通道的 3dB带宽为 900.5 MHz,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.

    光滤波器多通道平顶窄带宽相位调制多相移间插取样光纤布拉格光栅

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