1 烽火通信科技股份有限公司，武汉 430205
2 武汉飞思灵微电子技术有限公司，武汉 430205
【目的】常用的max-log-map与log-map算法相比降低了软信息计算复杂度，但对高阶正交幅度调制（QAM）资源消耗仍较大，如8QAM、16QAM概率整形（PS）和64QAM PS。
【方法】8QAM采用星座区域划分的方式，文章中，软信息采用接收符号到最近比特0与比特1中垂线的距离信息表示，利用角度旋转和区域对称性简化计算距离信息；非麦克斯韦玻尔兹曼（MB）分布的16QAM PS和64QAM PS，比特1所在区域两侧边缘之间的中心界线与区域两侧比特0之间的中心界线不再重合，对区域进行合并近似，处理两界线间区域归属，展开max-log-map算法因式简化距离差计算软信息；基于MB分布的16QAM PS和64QAM PS的软信息可由非MB分布的软信息表达式化简得到。
【结果】经上述简化后，与max-log-map算法相比，8QAM软信息计算乘法次数48次和加减法次数75次分别缩减为12和16次，解调性能仅退化约0.05 dB；MB分布的16QAM PS乘法次数192次和加减法次数260次分别缩减为2和4次，解调性能仅退化约0.05 dB；更高阶的64QAM PS资源消耗缩减程度更大，乘法次数1 152次和加减法次数1 542次分别缩减为3和6次。
【结论】文章提出了适用于8QAM、MB分布的16QAM PS、MB分布的64QAM PS、非MB分布的16QAM PS和非MB分布的64QAM PS 软信息计算方法。当概率满足MB分布时，非MB分布的软信息计算方法可转化为MB分布计算方法；当PS因子为0时，基于MB分布的表达式可转化为均匀分布软信息计算式，非MB分布、MB分布和均匀分布的软信息计算可使用同一电路统一设计，提高电路复用率，降低硬件资源消耗。
光通信 数字信号处理 正交幅度调制 对数似然比 概率整形 optical communication digital signal processing QAM log likelihood ratio PS 光通信研究
2024, 50(1): 23010301
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 上海中科神光光电产业有限公司，上海 201815
4 上海佘山地球物理国家野外科学观测研究站，上海 201602
分布式光纤多维定位对于周界安防、地震速报、目标跟踪等应用有着十分重要的意义。地震源或空气中声源波长与光纤探测孔径为同一量级，光纤传感通道无法对波场进行密集采样，难以实现精准定位。为了消除光纤大探测孔径对目标源多维定位的影响，提出了一种基于相位校正的分布式光纤大探测孔径多维定位方法。首先建立了光纤传感通道对目标源的响应模型，分析了光纤阵列相位误差来源，根据目标源预估计位置对光纤阵列采样信号进行相位校正；然后对校正后的信号进行空间谱估计并采用多次迭代降低定位误差。现场初步实验结果表明，所提方法能够有效实现对目标源的二维定位，定位结果与实际测量位置的误差为1.1 m。该方法可用于既有光缆，提高了分布式光纤传感系统在实际应用中的定位能力。
光纤光学 分布式声波传感 阵列信号处理 目标定位
大连理工大学信息与通信工程学院，辽宁 大连 116024
提出一种低复杂度、低功耗且便于硬件移植、可应用于水下无线光通信（UWOC）系统的基于链表和线性表的稀疏Volterra（3l-sVolterra）算法，它通过结合链表与线性表的新数据结构来存储Volterra算法中的所有参数，有效降低了Volterra算法更新参数所需的片上资源消耗，同时能对参与运算的非线性项进行稀疏处理，便于移植到小型硬件系统中。随后，在C6748芯片上实现了所提出的算法，并搭建了基于绿光LED的UWOC系统，对设计的数字信号处理（DSP）系统和UWOC系统进行了性能测试。结果表明，与无稀疏操作的Volterra算法相比，所提算法能在保留相近非线性补偿能力的同时，将资源消耗降低30%，在5 m长水箱信道UWOC系统中实现了20 Mbit/s的通信速率。
光通信 非线性均衡算法 数字信号处理 链表与线性表 非线性项稀疏处理
1 中国科学院空天创新信息研究院，北京 100094
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
根据外差激光多普勒测振过程的物理原理，分析了其在目标存在低频高速运动情况下测量高频低速振动的过程。在这一过程中，因杂散光而产生的测量噪声表现出啁啾特性，该研究还阐明了这种噪声的影响和表现形式、特点。针对此啁啾噪声，提出了一种微分预处理解调方法，理论分析表明这种解调方法有明显的啁啾噪声抑制效果，并进一步进行了仿真和实验验证。搭建了存在杂散光的外差激光多普勒测振系统，对目标振动进行了测量，分别通过常规解调方法和微分预处理解调方法进行解调，实验结果验证了啁啾噪声的存在和微分预处理解调方法抑制啁啾噪声的有效性，该方法可使啁啾噪声功率下降约81.8%，可有效降低杂散光对测量结果的影响。
信号处理 激光多普勒测振 啁啾噪声 杂散光 微分预处理
1 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
2 光纤传感研究中心之江实验室，浙江 杭州 310000
简要回顾了从基于传统机器学习的普通感知型分布式光纤声波传感器（DAS）到基于深度学习的全智能化DAS的转变历程，深入分析了基于多维信息提取的DAS监督学习及半监督、无监督和跨场景迁移等深度学习方法的研究现状，概括了不同识别模型的构建思路、特点，及其识别性能、处理时间等评价指标，也论述了DAS从单源检测到多源混叠检测、从单任务到多任务处理等智能感知能力提升面临的新挑战，最后对全智能化DAS的信号处理发展方向及新趋势进行了展望。
光纤物联网 相敏光时域反射 分布式光纤声波传感器 智能感知 信号处理
华中科技大学光学与电子信息学院下一代互联网接入系统国家工程研究中心，湖北 武汉 430074
布里渊光纤传感系统由于其分布式监测的工作原理，会产生大量的数据。然而，相比于硬件技术的突破，海量数据处理技术的发展尤为不足。如何智能化、快速化、精确化处理海量数据从而更进一步提升系统性能、获取更为准确的传感信息是当今发展面临的最大难题。因此，研发先进的数字信号处理（DSP）技术用于处理海量数据刻不容缓。回顾近几年国内外用于传感系统数据处理的DSP技术，重点介绍图像视频降噪技术和机器学习信息提取识别技术在分布式光纤传感中的应用，进而为未来基于DSP技术的布里渊光纤传感研究提供参考。
光纤传感器 布里渊散射 数字信号处理 图像处理 机器学习
Author Affiliations
Abstract
Shanghai Jiao Tong University, School of Electronic Information and Electrical Engineering, State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Shanghai, China
Chaotic optical communication has shown large potential as a hardware encryption method in the physical layer. As an important figure of merit, the bit rate–distance product of chaotic optical communication has been continually improved to 30 Gb/s × 340 km, but it is still far from the requirement for a deployed optical fiber communication system, which is beyond 100 Gb/s × 1000 km. A chaotic carrier can be considered as an analog signal and suffers from fiber channel impairments, limiting the transmission distance of high-speed chaotic optical communications. To break the limit, we propose and experimentally demonstrate a pilot-based digital signal processing scheme for coherent chaotic optical communication combined with deep-learning-based chaotic synchronization. Both transmission impairment recovery and chaotic synchronization are realized in the digital domain. The frequency offset of the lasers is accurately estimated and compensated by determining the location of the pilot tone in the frequency domain, and the equalization and phase noise compensation are jointly performed by the least mean square algorithm through the time domain pilot symbols. Using the proposed method, 100 Gb / s chaotically encrypted quadrature phase-shift keying (QPSK) signal over 800 km single-mode fiber (SMF) transmission is experimentally demonstrated. In order to enhance security, 40 Gb / s real-time chaotically encrypted QPSK signal over 800 km SMF transmission is realized by inserting pilot symbols and tone in a field-programmable gate array. This method provides a feasible approach to promote the practical application of chaotic optical communications and guarantees the high security of chaotic encryption.
chaotic optical communication physical layer security deep learning digital signal processing Advanced Photonics Nexus
2024, 3(1): 016003
1 上海电力大学电子与信息工程学院，上海 201306
2 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室，上海 200444
针对DCO-OFDM 系统功率效率低以及高阶信号调制复杂度高的问题，提出一种联合子载波索引和功率叠加复用（Subcarrier Index-Power Modulated With SuperpositionMultiplexing，SIPM-SPM）的新型信息承载维度，将其应用于非对称限幅光正交频分复用（Asymmetrically Clipped Optical OFDM，ACO-OFDM）系统。该调制技术对高功率子载波采用SPM，添加两个8PSK 和QPSK 编码的复值数据，进一步增加了信号的传输容量，同时ACO-OFDM 系统避免了直流偏置带来的功率损耗。仿真结果显示：在ACO-OFDM 系统中，SIPM-SPM 相较于SIPM（8-PSK/QPSK），信号传输容量提高了28.6%；相较于相同信号传输容量的SIPM（32-PSK/QPSK），在误码率为1.0 × 10-3 时，信噪比增益>2.8 dB，色散容忍度提高了>560 ps/nm，光发射功率动态范围提高了>6.7 dB。这表明将SIPM-SPM 调制应用于ACO-OFDM 系统，具有较好的抗噪声性能和较高色散容忍度，也降低了对发射光功率的需求。
光正交频分复用 数字信号处理 非对称限幅 子载波功率索引 功率叠加复用 optical orthogonal frequency division multiplexing digital signal processing asymmetrically clipped subcarrier index-power modulation superposition multiplexing
