水下可见光通信(UVLC)作为水下无线通信技术的一个重要分支, 在海洋环境监测与水下**斗争等领域有着十分广泛的应用。文章首先简单介绍了UVLC的研究背景、意义及难点, 接着从光学衰减建模、垂直信道建模与湍流信道建模3个角度对水下可见光信道建模技术进行综述, 并调查了水下可见光不同调制技术相关的研究成果。由分析可知, 一方面, UVLC在水平方向上的光学衰减建模趋于完善, 目前还未建立准确且完整的水下可见光湍流与垂直信道模型; 另一方面, 强度调制在水下可见光调制技术中占据主流, 相干调制则通常用于提高系统的可靠性。最后分别从构建UVLC网络和自适应调制编码的角度对未来UVLC可能的发展方向进行了论述。

电力光网络的关键链路对业务质量的安全和可靠保障具有重要作用。关键链路识别方法的研究有助于提高识别过程的高效性和准确性。文章首先将最短路径敏感度作为网络效能测度, 并通过计算网络节点间最短路径长度, 研究链路状态恶化对网络效能的影响; 然后, 基于跳数最少、时延最短和可靠性最高等3种不同目标, 对链路状态变化与最短路径敏感度关联关系进行统计分析, 得到关键链路指标; 最后, 以实际的省级电力通信网为算例, 验证方法的可行性和正确性。研究结论对电力光网络的规划设计和运行维护具有参考价值。

为了解决空分复用弹性光网络(SDM-EONs)中芯间串扰(ICXT)带来的业务阻塞问题, 文章提出了一种动态寻路和串扰感知解决算法。首先在路由阶段设计了一个结合最短路径和路径负载的候选路径排序公式, 根据系统负载动态地为业务请求选择更加合适的传输路径。同时对于多芯光纤中的ICXT问题, 提出了一种串扰感知策略, 将ICXT的影响降至最低, 提高业务成功传输的概率, 降低阻塞率。文章定义了ICXT改善指数来评价所提算法与对比算法的性能差异。仿真结果表明, 文章所提算法相比于多篇对比文献, 在阻塞率性能和ICXT影响上有着明显的提升。

针对啁啾(chirp)信号的频偏估计方法存在分辨率受限和估计精度不高的问题, 提出了一种基于匹配滤波插值的频偏估计(MFI-FOE)方法。首先, 将接收信号与相应的匹配信号进行匹配滤波;然后,对匹配滤波输出的波形进行峰值搜索;最后, 计算相对偏差, 在峰值和紧邻峰值的左侧点或右侧点之间进行插值, 从而得到精准的频偏估计值。仿真结果表明, 与传统的频偏估计方法相比, MFI-FOE方法的信噪比门限降低了2~4 dB, 在整个相对频偏估计范围内性能稳定, 频偏估计的归一化均方误差更接近于克拉美罗界限。所提的MFI-FOE方法在估计精度和抗噪声能力方面都有显著地提升, 验证了该方法的有效性。

随着国家电网公司电力物联网战略的提出, 电力物联网越来越引起人们的关注。文章针对电力物联网中的基站部署策略进行研究。不同于传统的不考虑用户行为的基站部署策略, 文章提出了一种新的表征网络空间和业务聚集的聚集系数定义, 并在此基础上对高能效基站部署策略进行研究。仿真结果表明, 泊松簇叠加策略更适用于用户聚集程度较高的场景, 其能效比其他方案低。泊松点过程策略网络能效高但只适用于聚集程度低的场景。

高压海缆敷设是海上风电场开发的关键环节。为了提高海缆敷设与登陆的仿真模拟精度, 文章采用水动力分析方法在SESAM/HydroD软件中施加粘性阻尼得到了敷缆船运动响应幅值算子(RAO)。在Orcaflex软件中建立敷缆船-高压海缆-系泊系统耦合模型, 研究了船舶粘性阻尼对耦合系统响应的影响, 并通过对海缆位形、张力和曲率的对比评估给出了海缆登陆最大允许作业海况。研究结果表明,考虑粘性阻尼后船体的垂荡幅值减小55%, 海缆敷设时的有效张力、曲率及海缆登陆时的偏移量均明显减小。以考虑船舶粘性阻尼的分析结果作为工程指导, 可有效减少海缆登陆海域作业面积并增加作业窗口期, 提高海缆敷设效率。

文章针对基于拉曼散射的分布式光纤测温系统(DTS)实际应用于监测光缆温度过程中可能对测温结果产生影响的几种因素进行了研究, 并为如何提高DTS在实际监测光缆温度过程中的精度提供了可行性建议。首先, 对裸纤和光缆测温进行了对比实验, 实验结果表明, 若将裸纤获得的定标参数直接用于现场光缆, 会导致在同样的温度下, 光缆和裸纤测温结果之间总是存在一定的差值, 因此可通过对裸纤定标参数修正或光缆直接定标获得更高测温精度; 其次, 对架空光缆在实际工况下存在的弧垂和振动对测温精度影响进行了研究, 实验结果表明, 弧垂和振动对测温精度的影响较小, 但相比于振动, 弧垂对测温结果的影响更大, 即光缆的动态应变比静态应变对测温影响更明显。

在现代光通信系统中, 快响应速度的偏振控制在如扰偏和稳偏等技术的相关研究中有着极大的需求。然而, 目前的偏振控制器由于材料和结构等因素的影响, 响应速度最快只能在ns级别, 这成为偏振相关研究的主要瓶颈。文章介绍了一种基于商用低速电控偏振控制器和高速相位调制器的新型光学结构来实现超快的偏振控制。实验验证并分析了两个正交光场分量在振幅差缓慢变化和相位差快速变化同时进行的情况下, 庞加莱球上的偏振态变化轨迹。实验结果表明, 此方法大大提高了偏振控制的响应速度, 为更好性能的扰偏和稳偏技术提供了有力的支持。

数字预失真是改善功率放大器非线性化比较有效的技术方法。文章针对射频功率放大器的非线性强记忆效应带来的失真问题, 在分数阶记忆多项式模型和传统双线性多项式模型的基础上, 提出了一种改进的分数阶双线性多项式数字预失真模型。该模型利用间接学习结构并结合递推最小二乘(RLS)算法对建立的预失真模型进行自适应预失真系统仿真。仿真结果表明, 该模型与传统的双线性多项式模型相比, 归一化均方误差(NMSE)提高了2.6 dB, 系数减少了34.3%, 邻道功率泄漏比(ACPR)改善了约5 dB, 由此可知, 该模型能够有效地补偿功率放大器的非线性失真。

针对谐振腔传感器内壁水膜和盐垢会降低湿度测量精度的问题, 文章提出一种用于测量圆柱腔内壁介质薄膜厚度的方法。此方法基于介质微扰法的原理, 使用双曲余弦开缝形谐振腔作为传感器, 工作于TE111模式来测量介质薄膜厚度。以水膜为例, 理论推导了谐振腔水膜厚度与谐振频率的关系, 并通过仿真分析了TE111模式准确测量水膜的可行性; 采用矢量场方程的方法建立了TE111模式下谐振腔端面电流密度分布线的数学模型, 并设计了双曲余弦开缝形谐振腔传感器。仿真结果表明: 该谐振腔的电磁特性、辐射特性和流动特性均良好, 电磁泄露率基本为0, 取样误差为-1.25%, 符合设计要求; 可准确测量水膜、盐垢、油膜和污垢等介质薄膜的厚度, 且它们的膜厚均与谐振频率偏移量呈线性关系, 与理论相符。

泊松点过程(PPP)由于其理论可分析性和随机性而被广泛用于无线网络建模及分析, 但实际基站部署并不是完全随机的,针对基站在空间上存在互斥的情况, 文章采用泊松硬核过程(PHCP)建模异构蜂窝网络(HCN), 选择基于最大信干比(SIR)准则的基站接入方案, 采用每层泊松SIR近似方法推导出了两层基于PHCP的HCN的近似覆盖率。仿真结果表明, 该方法所产生的近似覆盖率为实际覆盖率的渐近下边界, 并且PHCP网络的覆盖率优于PPP网络覆盖率, 更适应于具有互斥性的实际基站部署。

针对啁啾(Chirp)信号参数估计的高复杂度和在低信噪比(SNR)下保持高精度等问题, 文章提出了一种改进的Chirp信号参数估计算法。该算法根据当信号能量和周期长度一定时Chirp信号频谱幅度的平方与调频率成反比的特性, 不断地产生已知Chirp信号的共轭与未知Chirp信号相乘, 找到使相乘后频谱幅度平方最大的已知Chirp信号的调频率。为了做到参数估计的高精度, 用修正的幅度插值(M-Rife)算法估计中心频率和修正相乘后信号频谱的幅值。将该算法与短时傅里叶变换(STFT)结合, 首先用STFT估计出调频率的大致范围和信号周期, 然后用二分法代替等步长使改进的Chirp信号参数估计算法在这个大致范围内搜索, 极大地降低了计算复杂度。实验结果表明, 在SNR≥-10 dB时, 该算法估计调频率归一化均方误差(NMSE)要优于分数阶傅里叶变换(FRFT)约1~2 dB, 接近克拉美罗下界(CRLB)。

第五代(5G)移动通信系统大规模多输入多输出(MIMO)技术利用信道硬化理论, 采用消息传递检测(MPD)算法实现了良好的检测性能。但是由于MPD算法的计算复杂度随调制阶数和用户天线数的增加而增加, 在实际的大规模MIMO系统中难以有效实现。概率近似-消息传递检测(PA-MPD)算法可以减少原始MPD算法的计算复杂度。文章将提前终止迭代过程和更新部分符号概率的策略应用于MPD算法迭代过程中, 提出了一种选择性更新-消息传递检测(SU-MPD)算法, 从而降低了MPD算法的计算复杂度。仿真结果表明, 在各种天线配置下SU-MPD算法的计算复杂度最大限度可降低为MPD算法的19%和PA-MPD算法的50%, 且不降低算法的检测性能。

屏幕通信是以动态条码为信息载体, 以可见光为媒介的近场通信方式, 因其抗干扰能力强、不占用频谱资源和部署简单等特点, 具有广泛的应用场景和极大的发展潜力。文章提出了一种基于深度学习方法的屏幕通信定位跟踪算法, 采用快速区域卷积神经网络(Faster R-CNN)算法对信息区域进行处理, 使光学摄像头在不依赖传统定位寻像图形的情况下智能定位携信区域, 进而提高单帧携信量; 采用卢卡斯-卡纳德(LK)光流法对抖动引入的帧间信息区域位置变化进行估计, 提升了连续帧处理速率从而提升了系统通信速率。实验结果表明, Faster R-CNN算法的平均精度均值(mAP)达到了90.91%, 同时引入LK光流法提升系统的处理效率, 相比于仅采用Faster R-CNN的算法处理时间缩短59.5%以上, 解决了终端系统处理能力瓶颈问题。

为了提高多输入多输出(MIMO)系统中索引调制方案的频谱效率, 文章将空间调制(SM)和码索引调制(CIM)相结合, 并利用并行传输的思想, 使每个时隙的传输信息比特由两个调制符号、两个天线索引和两个伪随机(PN)码索引进行传输。此外, 文章所提方案还利用天线选择技术和正交振幅调制符号的旋转对称特性, 分别提高了系统的误码率(BER)性能,降低了接收机的检测复杂度。仿真结果表明, 文章所提方案的BER性能明显优于其他几种索引调制方案, 并且与最优的最大似然(ML)检测算法相比, 文章提出的低复杂度ML检测算法具有与其相同的BER性能。