大范围灾难的发生将导致多个数据中心同时毁坏, 现有内容备份策略无法完全恢复所有数据。因此, 在灾难发生前需对灾难区域内数据进行转移。文章研究了内容分块(CF)数据中心光网络灾前的快速数据转移问题, 构建了混合整数线性规划(MILP)模型并提出了最小时延(LD)快速数据转移算法(简称LD算法)。LD算法的性能与MILP模型非常接近, 整个网络数据转移时间接近最优解。此外, 仿真结果表明, 在相同数据冗余度下, 采用LD算法的CF数据中心光网络比内容复制数据中心光网络最多节省42%的数据转移时间。

针对两对被时间延迟分开的脉冲会根据相位和时延的变化影响脉冲间的传输特性, 且在脉冲重叠区域会受到交叉相位调制的影响发生干涉现象的问题, 文章提出了在色散渐减光纤环镜中观察脉冲对的传输特性, 研究结果表明, 可根据脉冲对之间的相位和时延变化, 观察脉冲对的时域特性和啁啾特性, 分析脉冲对在不同情况下的传输特性。

针对可见光通信中直流偏置光-正交频分复用(DCO-OFDM)系统存在的高峰均功率比(PAPR)问题, 可采用选择性映射算法来降低系统的PAPR。由于选择性映射算法只能在有限组相位旋转序列里选择局部最优, 因此引入遗传算法来搜索全局最优解, 同时针对遗传算法容易产生过早收敛的问题, 文章提出自适应调整机制、自适应多点交叉机制、最优解保护机制和立即淘汰机制来改进遗传算法, 进而提出改进型遗传选择性映射算法(IGA-SLM)。仿真结果表明, 该算法可显著降低可见光通信DCO-OFDM系统的PAPR。

光纤中传输的信号会受到衰减、色散和非线性效应的影响导致波形或频谱中包含的信号失真, 可采用特征值通信的方式来克服色散和非线性效应。文章首先使用达布变换(DT)合成孤子信号承载信息, 通过对比非线性傅里叶变换(NFT)中的解析和数值法, 选取合适的方法解调恢复信息。然后通过仿真实验对特征值通信方式进行了验证, 并研究了传输过程中影响特征值的幅度、脉冲持续时间和采样点数等因素, 仿真结果表明, 使用文章所提方法通信距离能达到2 000 km以上。在此基础上, 文章还对特征值的选取范围进行优化, 使得接收端能够更为准确地解调出特征值承载的信息。

基于白光发光二极管室内可见光通信系统的调制带宽有限, 在调制带宽受限的条件下, 如何进一步提升通信速率成为研究难点。文章设计了一种多进制变幅度变周期的调制技术, 给出了调制符号结构及符号参数配置, 详细分析、对比了该调制方式与开关键控、脉冲位置调制和数字脉冲间隔调制方式的带宽需求、传输容量、平均发射功率和误包率。仿真结果表明, 相对于常用的数字基带调制方式, 多进制变幅度变周期的调制技术占用调制带宽低、符号传输容量高且无需符号同步, 提高了调制效率, 也有效地提高了系统的通信速率。

为支持光子轨道角动量(OAM)模式大容量通信传输, 文章探讨了新型OAM信号传输光纤的设计与制备技术, 满足大幅度提高通信系统频谱效率和容量对特殊光纤的需求。文章模拟和评估了OAM模式在不同波导结构光纤中的模式特性和传播效果, 研究结果表明, 提高芯—包层折射率差有利于高阶OAM模式传输, 降低了光纤内部的各种微扰。采用等离子体化学气相沉积工艺, 高精度实现了设计的折射率剖面, 并成功拉制了高质量的OAM光纤, 其支持50 km传输28个有效OAM通道的渐变折射率; 开发出了可支持96个有效OAM通道的三环芯层结构传输光纤。同时, 针对新型传输需求, 通过对精确制备技术进行模拟, 研究开发出了保偏型OAM传输光纤和OAM掺铒光纤等支持更多OAM模式稳定传输的新型光纤。

光电收发模块作为光通信系统中的两个核心模块, 承载着电信号转化为光信号与光信号转化为电信号的核心功能, 其性能对整个通信质量起着决定性作用。文章提出一种改进型的高速率、低功耗和低成本4通道25 Gbit/s光电互连收发模块的封装设计, 在传统的以驱动芯片和调制器为基础作为发端和以探测器和跨阻放大器为基础作为收端的同时, 增加时钟数据恢复电路, 优化封装结构, 通过抑制链路抖动和减小阻抗失配引起的反射来提高通道带宽。优化后收发模块的背靠背眼图测试结果显示, 在25 Gbit/s速率下, 系统的误码率在1E-13以下, 且收发模块的总功率仅为3.9 W。

针对光纤温度传感装置普遍结构复杂且灵敏度偏低的问题, 文章提出并仿真验证了一种具有高灵敏度的椭圆形气孔温度传感装置。利用表面等离子体技术与光纤温度传感技术相结合实现温度传感。在光纤外侧包覆一层金属膜, 待测物质使用氯仿酒精混合物作为温度感应物质, 通过有限元矢量软件COMSOL进行模拟仿真。仿真结果表明, 当入射波长由0.5 μm增加到1.0 μm时, 其温度测量区间为-20~120 ℃, 可以得到最大光谱灵敏度6 nm/℃, 分辨率为1 337.12 RIU-1, 测量精度为2.85×10-5 RIU。

随着光通信设备在不同地区、不同环境下的广泛部署, 工程中出现了多起由于机房环境不合格导致的光模块硫化腐蚀失效事件, 客户对光模块在含硫环境下工作寿命预估的需求越来越强烈。文章提出了一种应用加速硫化腐蚀对光模块内部易腐蚀组件(电阻和磁珠)建立寿命预估模型的方法, 该方法以威布尔分布作为基准失效函数, 以相同环境应力或不同环境应力作为协变量, 利用电阻和磁珠加速硫化腐蚀试验的失效率数据进行模型参数估计, 对寿命预估模型进行了研究。研究结果表明, 该加速试验结果与工程失效数据吻合, 该寿命预估模型能够满足工程中光模块寿命的预估需求。

针对光纤布拉格光栅(FBG)超声探测传感器测量灵敏度和量程相互制约的问题, 文章提出了一种基于法布里珀罗(FP)腔和π相移FBG(π-FBG)的解调方案。文章分析了利用FP腔解调的原理并进行了详细的数值仿真分析。理论分析表明, 利用FP腔的两个纵模作为一组解调器同时解调, 可将系统灵敏度提高两倍, 并且具有很好的线性度。扩展到多个纵模时可构建解调器阵列, 从而极大地提高了系统的量程, 有效地解决了测量灵敏度和量程相互制约的问题。数值仿真结果表明, 该方案在实际可操作参数范围内切实可行, 并具有灵敏度高和响应速度快等优势。

为了研究挠性光电互联结构在实际工程应用中的可靠性, 建立了埋入光纤挠性基板光电互联结构有限元模型, 根据光器件Telcordia GR-468标准加载热循环试验条件, 对光电互联结构中的焊点应力、光纤应力和光电耦合效率进行仿真分析。热—结构仿真结果表明, 焊点和光纤的最大等效应力均在安全范围内, 光电耦合产生的最大损耗为0.7 dB, 光电传输未受到显著影响, 可以判定挠性光电互联结构在标准热循环作用下能够保证光电传输的稳定性。

卢比变换(LT)码是第一种具有实用价值的数字喷泉码。LT码在噪声信道中具有良好的性能, 且已在自由空间光通信(FSO)中广泛应用。文章首先简要说明了LT码的基本原理, 列举了LT码与其他几种FSO中常用的编码方案的优缺点。然后, 概括了国内外对LT码在FSO系统中应用的研究进展, 并从新型度分布和改进的译码方案两个角度详细介绍了LT码在FSO系统中应用的性能优化方案。最后, 指出了现有LT码相关研究的不完善之处, 对LT码在FSO中的未来研究方向提出了展望。

在5G移动通信系统中, 毫米波的应用可提供更大的带宽和更高的传输速率。5G毫米波基站通过大规模天线阵列发射高增益的定向窄波束以增加信号的覆盖范围。在毫米波基站密集部署场景中, 用户需要搜索多个基站发出的大量窄波束来找到最优波束, 该过程将消耗大量的时间和运算资源。文章设计了一种多基站场景下的系统模型, 重点考虑了用户与基站的布局、大尺度衰落、波束定向增益以及毫米波信道的特性。在此基础上设计了一种基于机器学习的波束搜索算法, 与传统穷举算法相比, 该算法具有更低的延时和运算开销。

针对超密集网络(UDN)下传统切换流程的信令交互过多造成切换总时延的增加, 导致用户体验质量下降的问题, 文章提出了基于软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)融合的超密集网络移动性管理算法, 该算法给出了将 SDN与NFV相结合的适应超密集网络的网络架构模型, 在此基础上提出了优化的切换信令流程, 并建立数学模型, 进行性能分析。仿真结果表明, 相较于传统算法, 该算法可以减少切换总时延。

针对现有无人机自组网(UANET)媒体接入控制协议统计优先级的多址接入协议(SPMA)中存在的满载门限计算过程收敛慢, 满载门限不能随信道承载能力自适应变化的问题, 文章提出了一种低时延UANET阈值自适应接入协议。采用信道满载门限快速收敛机制, 使系统开机后的阈值计算时间缩短, 降低了初始阶段堆积数据的传输时延, 同时采用满载门限自适应调整机制, 使系统能在外部信道环境发生变化时自适应调整信道的满载门限, 从而使信道承载能力与实际的信道负载相匹配, 当信道承载能力下降时通过调整满载门限在维持吞吐量不变的同时提高了数据传输成功率, 降低了数据传输时延。仿真结果表明, 该协议在UANET中消息平均时延、成功率和信道利用率等方面的性能优于现有UANET SPMA。