室外可见光通信(VLC)系统中, 高强度的太阳光、高亮度的电子广告牌, 以及大量的人造光源等使得光电探测器容易出现饱和或者非线性输出等异常情况。为了解决此问题, 首先回顾了面向室外智能交通的VLC研究进展; 接着针对室外应用环境中出现的不同类型的干扰, 介绍了抗干扰收发技术, 包括光信道起伏与遮挡下的喷泉码方案、强背景光干扰与探测器饱和下的衰减分集接收技术, 以及多光源干扰下的自动对准与跟踪方法等; 最后, 指出这些抗干扰收发技术在未来的改进和研究方向。

针对可见光信号在传输中很容易遭受到障碍物阻挡而导致通信中断问题, 提出了一种由直射链路和漫射链路来交替传输光信号的解决方案。基于这一方案, 采用函数计算法和实验模拟方法, 对室内光通信漫射信道阶反射脉冲响应特性进行了深入分析研究。在此基础上, 探讨了4种场景下漫射信道阶反射脉冲响应特性及光平均接收功率的影响因素, 并对其进行了实验仿真。仿真结果表明: 发射光源的位置、发射光的角度θimg和光束扩散角度θmax是光平均接收功率的影响因素。

光纤是远距离传输时钟信号的重要途径之一, 光纤振动会对光纤的偏振模色散产生变化, 从而影响时钟信号的传输性能。为了降低光纤振动对时钟传输的影响, 详细分析了光纤振动对时钟信号传输劣化的原因, 提出了一种新的抗光纤振动传输技术方案, 并通过实验方法验证了该技术方案可以改善相位噪声10～15 dB。

为满足合成孔径雷达实时成像、数据回放等高速可靠数据传输需求, 解决传统数据传输系统由于接口要求高、体积与功耗大以及网络配置不灵活等原因不适合用于外场试验的问题, 基于ZYNQ芯片设计一种光纤接口到以太网接口的数据传输系统。主要介绍数据传输流程的实现方法, 并提出一种三级乒乓和指令并行的优化策略保证数据正确, 提高传输速度; 通过移植嵌入式Linux系统实现灵活修改网络配置。与传统方案相比, 该系统在体积、功耗和灵活性上具有明显优势。经实验验证, 数据传输速度可达770 Mb/s。

针对100G光传送网(OTN)设备前向纠错编码(FEC)技术标准不统一、线路侧接口互联互通困难的问题, 首先介绍了针对单一厂家设备的100G互通技术原理和缺陷, 然后提出一种兼容不同厂家100G OTN设备线路侧相干接口的设备技术。在模拟相干光(ACO)功能单元和数字信号处理(DSP)芯片之间引入模/数、数/模及数据预处理模块完成高速模/数、数/模转换功能, 通过数据预处理功能分析出信号的厂家类别信息, 进行后端DSP芯片的选择切换。实验结果表明该设备方案能够兼容不同厂家的100G OTN设备。

针对传统信道估计算法导频开销大而直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统频带利用率低的问题, 提出了基于压缩感知深度优先多路径匹配追踪(MMP-DF)的水下光信道估计方法。该方法利用DCO-OFDM系统的导频处频域响应构建压缩感知模型, 将MMP-DF算法用于水下光信道估计中, 进而估计出信道时域脉冲响应。仿真结果表明: 在DCO-OFDM系统中, 与传统信道估计算法相比, 该方法所需导频开销小但估计精度高; 导频数量较少时, 估计精度优于正交匹配追踪(OMP)算法。

为了解决空分复用弹性光网络节点中业务冲突问题, 在动态功能节点结构中配置全频谱转换器(FRSC)和空间选择开关(SSS)来转换冲突业务的频谱, 并在该节点结构基础上提出一种基于频谱集中度的频谱冲突解决(SCRASC)算法, 该算法综合考虑已使用的频谱块占比以及空闲频谱块与最大频谱块的距离, 优化频谱的集中度。仿真结果表明该算法在带宽阻塞率方面取得了较优的性能。

针对空间激光通信中无线光信号传输过程的串扰以及噪声问题, 提出一种结合恒模算法(CMA)和最小均方(LMS)算法的两级级联变步长自适应均衡算法——CMA-LMS均衡算法, 使步长因子的大小在一定范围与理论呈非线性关系。利用理论数据和步长因子的乘积对算法变量进行更新, 实现信道的非线性自适应均衡。实验结果表明: CMA-LMS均衡算法能够提高系统的性能; 在16阶正交幅度调制(16QAM)下, CMA-LMS均衡算法能够有效抑制系统的噪声和串扰问题。

针对光纤无线网络已有动态带宽分配算法时延较大、信道利用率较低的问题, 提出一种低延迟分布式动态带宽分配算法。该算法每个轮询周期包含无线请求报告和上行数据传输两个子周期, 可在无线信道和上行信道并行进行。无线请求报告子周期采用双向轮询方式, 而且节点回传Gate帧与上传数据也并行进行。仿真结果表明: 该算法可降低数据包平均时延和节点平均队列长度, 提高上行信道利用率。

为了解决弹性光网络中频谱碎片过多的问题, 提出了一种基于持续时间的奇偶分区频谱分配(OEPSA-HT)算法。该算法考虑混合速率业务、业务持续时间等因素, 根据链路中不同类型的业务划分专用区域, 同时将专用区域分为奇偶2种类型, 使得相邻的奇偶区域之间形成共享区域, 提高业务传输的成功率; 并且结合业务的持续时间, 采用一种分区-时间结合策略, 在时域下有效地减少频谱碎片。仿真结果表明: 算法能够有效地减少带宽阻塞率, 同时提高频带利用率。

光纤嵌入技术是实现变压器绕组分布式光纤传感的关键。变压器绕组在绕制过程中铜扁线需要进行一定程度的拉伸、弯曲和扭转, 光纤在此过程中常会受到较大的拉伸而断裂。为了对光纤嵌入变压器绕组线的工艺过程进行优化, 试验将200 m光纤嵌入到绕组线中, 并使用光纤布喇格光栅(FBG)对绕组线的完整加工过程进行了应变监测, 得到光纤在铜扁线绕制过程中不同环节所承受的应变值。试验结果表明: 光纤在铜线绕制过程中所受到的最大应变均位于收线机位置, 约4800 με, 在光纤的可承受范围之内; 光纤在整个过程未折断且FBG未发生啁啾现象。

针对传统电光调制器存在调制速度慢、损耗高和封装尺寸大等问题, 采用高电光系数的高分子材料, 结合狭缝波导理论, 提出了一种基于振荡微环的电光调制器, 并利用COMSOL Multiphysics和Lumerical FDTD solutions仿真软件对该调制器的关键性能进行仿真分析。分析结果表明: 该电光调制器在小封装尺寸条件下, 具有优异的光电性能, 而且兼容互补金属氧化物半导体(CMOS)标准制造工艺。

塑料光纤(POF)在高能物理宇宙线探测中应用广泛, 光纤的端面质量在很大程度上决定了探测器的性能, 从而影响宇宙线能谱和成分测量的精度。以高海拔宇宙线项目中电磁粒子探测器采用的BCF-92 POF作为研究对象, 通过Matlab图像处理的方式对光纤端面图像进行了预处理, 应用迭代最小二乘椭圆拟合法确定了纤芯和包层的端面几何参数并计算了端面不圆度。实验结果表明: 95.4%的样本光纤为合格光纤, 端面不圆度平均在0.75%左右, 该方法能满足高海拔宇宙线项目的探测需求。

针对无人潜航器(UUV)在水下容易受复杂环境的干扰而造成相对光源姿态偏转, 使定位与通信受影响的问题, 提出了一种基于曲面阵列的水下定位通信方案, 依此方案设计了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)为处理核心的水下定位通信系统, 并对系统进行了测试。测试结果表明: 此系统能够精确估计出接收端相对光源的姿态并做出调整, 在调整姿态后其通信性能具有明显提升。