宽带光纤接入网的发展与研究

本文简要介绍了宽带接入网的发展状况,重点分析比较了各种宽带光纤系统各自的优缺点、发展前景和各自的实现方式.指出了不同接入方式的应用场合、发展前景和宽带光纤接入网给社会发展带来的巨大变化.     

光电跟踪设备数字视频图像信息光纤传输系统设计

为提高光电跟踪设备中数字视频图像信息的传输带宽,增强图像传输抗电磁干扰能力并减轻导电环配线工作量,开发了应用于光电跟踪设备的数字视频图像信息光纤传输系统。利用光纤传输抗干扰性强、带宽高等优势改善了数字视频图像信息的传输质量,增大了数据传输的容量。在发送端将并行的数字视频信息串行化,提供给光纤模块,电信号转换为光信号,通过光纤传输到接收端;在接收端光纤模块将光信号还原为高速的电信号,再经解串行化还原为原有的数据格式。场同步、行同步以及数据信息组合传输,经处理的时钟信号作为全局时钟单独传输。实验结果表明:利用光纤传输高速数字视频信息,图像正确,带宽达到1.25 Gbit,相机时钟频率可达62.5 MHz,数据传输延时为222 ns左右,最大为236 ns,时钟信号的边沿可对齐数据的有效位置。     

基于贝叶斯决策的多网络切换算法

现有的垂直切换技术通常不支持多网络下切换.为此,提出了基于贝叶斯决策的改进算法.首先根据接入用户终端的信号强度、网络阻塞率和误码率以及不同用户业务对网络的实际需求建立多条件相关的切换概率分布,得出先验切换概率;然后利用贝叶斯垂直切换决策算法计算出后验概率;最后,根据后验概率的决策规则选出最优接入网络.仿真结果表明,该算法不仅有效地实现异构无线接入网之间的垂直切换,避免了不必要的切换,而且还能保持较高的网络平均负载,使用户获得更好的服务.     

光纤色散法测量闪烁体脉冲光谱

提出了一种利用光纤波长色散测量脉冲光谱的方法.由于具有较宽光谱的脉冲光在一定长度的光纤中传播时会发生波形展宽,需要根据测量和标定结果校正展宽的波形才能得到光源的实际光谱曲线.标定时首先利用ps级脉冲光源对测量系统进行时间响应标定,得到系统的时间响应函数;接着测量不同波长光的走时,得到不同波长的群折射率;最后测量光纤中的光谱衰减,得到各种波长的相对衰减或传输效率.利用以上3个标定结果,对波形进行数字逆卷积,并进行走时校正和衰减系数校正,即可对所得到的波形进行恢复.经实验测量和数据处理,得到了一种红光闪烁体的发光光谱曲线,其中心波长与用其他方法测到的中心波长的差小于2 nm,谱线形状基本一致.研究显示,在脉冲光的脉冲宽度远小于其色散展宽时,可以利用光纤的波长色散对脉冲光的光谱进行测量.     

基于啁啾光栅的温度与应变测量解耦方法研究

实际环境中光纤光栅存在对应变与温度测量交叉敏感问题,提出了利用啁啾光纤光栅(CFBG)进行双参数同时测量的方法。通过将CFBG胶封于等强度梁上,利用CFBG反射谱的中心波长与带宽对温度与应变的灵敏度差异,组成系数解耦矩阵,实现对应变与温度的同时测量。室温下,CFBG的中心波长与带宽随应变变化的灵敏度分别为0. 79、1. 38 pm/με,线性度为0. 998 8、0. 999 3;在-20～60℃温度范围内,CFBG的中心波长与带宽随温度变化的灵敏度分别为22. 74、23. 97 pm/℃,线性度为0. 999 8、0. 997 0,表明使用单个CFBG可以实现同时测量应变与温度。     

基于光纤Sagnac干涉仪的高精度宽谱光源平均波长测量技术

精确测量宽谱光源平均波长对研制高精度光纤陀螺具有重要意义.提出了一种高精度宽谱光源平均波长测量方法.采用全保偏Sagnac环形干涉仪实现宽谱光信号的干涉,采用微弱相位信号检测技术实现光波长信息的提取.推导出了宽谱光平均波长的数学模型,提出了光路设计方案和信号处理方案,提出了不敏感Sagnac效应的四态方波偏置调制单边解调的波长检测算法.精度分析表明该方案可以实现高精度的宽谱光源平均波长测量.设计了基于FPGA的微弱信号检测电路实现±π/2 ±3π/2四态方波偏置调制单边解调加闭环反馈算法,验证了该测量方法的可行性.     

基于FPGA和以太网接口的光栅解调应用

光纤光栅的传感信息是采用波长编码的方式进行的,解调的关键就是把传感信息从波长编码中完整地解调出来.文中介绍的光栅解调系统采用F-P滤波器对ASE光源进行扫描;采用FPGA作为控制核心;采用DM9000A完成网络接口设计,在FPGA内部实现了对光栅传感信号质心解调算法的程序设计和以太网接口控制程序的设计,FPGA具有多通道高速同步解算的能力,在对F-P滤波器500 Hz的扫描速率下,很好地实现了光纤光栅波长的同步实时解算.解调系统的解调精度可达到2 pm左右.     

光纤传感技术中的色调制

描述了色调制概念以及应用于光纤传感技术中所显示的一些特点，并举实例说明它的使用方法。在许多工业危险环境及高电压和强磁场等场合，利用光纤传感技术做物理参数的测试，较为安全。但这种技术向工业转移，进展滞缓。究其原因，除了装置成本高和坚实性不够令人放心，主要是现有的光调制技术还存在各种缺点．光调制技术，像振幅、相位、极化方向的变化都是可以利用的方法，经多年实践比较，强度调制和波长监测是两种易行的方法。但是，它们各自存在缺点。强度调制法很难消除光源和其它元器件产生的伪信号，因而存在与绝对强度校正有关的问题。波长监测法是用两个独立波长下的强度比值去断定持测系统的状况，然而调制器只影响其中的一个波长，所以也很难剔除与两个波长相关的乱真信号的影响。本文讨论与光纤传感技术应用有关的色调制技术，可以克服上述谱的或两波长的监测方法中所遇到的一些困难。这种方法借助颜色科学中一些相关概念，如色图（chromaticdiasram），主波长（dominentwavelength）等利用多色光去感应持测对象物理变化的一种技术。在1987年由Jones和Kwans提出了以这种技术为基础的传感系统，显示出他独特的优点。一般，这一类系统使用精心构制的宽带探测器，测量多色光的谱变化，使用色?     

光网络中色散补偿和光分插复用的同时实现

提出了一种在光网络中同时进行色散补偿和光分插复用的方法,并进行了特性分析.设计中,采用啁啾光纤光栅补偿光网络中不同波长信道的色散积累,同时,让不满足布拉格反射条件的光波透过,形成下路信号.与下路信号具有相同中心波长的光信号也可以作为上路信号,进入光网络进行传输.     

脉冲激光波长测试系统光学天线研究

针对光纤光谱仪常规光纤探头接收面积小,难以探测远距离脉冲激光波长的情况,本文提出用带有光学天线的光纤光谱仪对脉冲激光幅度和波长进行测试的整体技术方案.通过对望远系统、光纤光锥、反射光锥等光学天线的接收角及光学增益进行的大量实验.结果表明采用不同的光学天线,可增大接收角或光学增益,实际应用中可以根据具体需要选择不同的光学天线.     

相移超结构光纤布拉格光栅OCDMA编/解码器及其相关特性研究

基于相移超结构光纤布拉格光栅(SSFBG)光码分多址(OCDMA)编/解码器由于具有产生超长光学码的能力成为了目前的研究热点,相关特性是衡量OCDMA编/解码器性能的主要特性。（目的）为了研究此类器件的实用特性,本文研究了基于SSFBG的OCDMA编/解码器的结构及实现双极性编/解码的原理,（方法）利用矩阵分析法仿真研究了器件的相关特性,推导了因光栅周期不同而导致的编/解码器之间布拉格波长偏差对器件相关特性的影响。（结果）结果表明随着码字长度的增加,器件的自相关和互相关的对比度增加;但是当保持码片间隔不变而增加码字长度时,编/解码器的相关特性对布拉格波长偏差更加敏感,对于长度为31的Gold序列,当码片间隔为6 ps时,为了得到编/解码器之间良好的相关特性,布拉格波长偏差应小于0.02 nm;（结论）同一码字可以在不同的布拉格波长下重复使用,此特性有望用于波分复用（WDM）型OCDMA系统中。     

二维非相干OCDMA系统信息侦听技术的研究

传统的能量侦听不能对采用二码键控调制方式的OCDMA系统实施有效信息截取;而多用户侦听多为采用多用户条件下等待出现单用户情况后进行信息截取,当系统用户容量较大时此方法缺乏实时性。本文以二维非相干光码分多址（OCDMA）系统为例,针对以上问题分别设计了不同的信息侦听方案,开展信息侦听技术探讨。首先,假设窃听者对整个系统的编/解码方式、地址码字的构造方式、系统的传输速率以及采用的频率片数量、大小等信息有足够的了解;然后,利用光电检测技术获取OCDMA系统中光信号在不同波段、不同时间的能量分布情况;最后,利用获取的能量分布矩阵可以有效地破译出系统中存在的地址码字。分别将两种侦听方案在利用Optisystem和Matlab软件搭建的二维非相干OCDMA软件平台上进行分析,其中系统采用了7个用户和7组二维地址码。分析结果表明,两种侦听方案均能有效的破译出用户的地址码字,实现对整个系统的信息窃取。可见二维非相干OCDMA系统仍然存在安全性问题。     

MIMO-OFDM 在不同 turbo 编码率下的实验研究

多输入多输出正交频分复用(MIMO-OFDM)是4G 和5宽带无线通信中最重要的空间接口。MI-MO 可通过多路天线传输多种信号,OFDM 可将一条无线通道分隔成空间非常接近的大量子通道,从而提供更可靠的高速通信。研究结果表明,MIMO 还可以和其他接口联合使用,如时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)。MIMO and OFDM 的结合对高速数据传输是最实际的应用。利用不同的 turbo 编码率,误码率(BER)得到了改善。     

基于IEEE 1588协议的分布式数据采集系统

为了提高光纤安防系统的误报率,需要同步采集多个监测节点的数据。基于同步采集需求,设计并实现了一种基于PXI总线数据监测系统。系统采用多节点分布式布局方式搭建了监控网,并通过IEEE 1588协议实现各监测节点数据的同步采集,以及将各监控节点采集的数据通过GPRS网络传送到监控中心。实验证明,系统可实现纳秒级同步,有效解决了多分布点同步采集数据的难点,为后续的算法优化创造了有利条件。     

小型化波导–微带复合功分网络设计

功分网络是有效载荷的重要组成部分,低驻波比、低损耗和轻小型化是航天器功分网络设计的重点。为实现一种新型高效功分结构,文中研制了一种Ka频段波导–微带复合功分网络,采用高集成一体化结构设计,集成了24通道的功率输出能力,有效降低了功分网络的体积和重量。实测结果显示,在23.4~ 24.59 GHz频带范围内,总口驻波比≤ 1.3,插入损耗≤ 1.6 dB,分口隔离度≥20 dB,且端口一致性良好,实现了一种轻小化、多通道、低损耗的功分网络设计,在星载毫米波功率合成领域的应用前景广阔。     

一种新型的模式复用器

为了进一步提高光纤通信传输容量以及突破单模光纤的容量极限,提出了一种新型的模式复用器结构,该结构可以将单模光纤中的纤芯基模转换为双模光纤中的高阶模。基于耦合模理论,通过MATLAB仿真与计算,证明此复用器的模式转换率可以达到100%,转换带宽为10nm。由于其良好的转换效率和带宽,此复用器装置可以用于模分复用传输系统中来增加光纤通信的传输容量。     

Using advanced optical multiple-access techniques in high-speed avionic local area networks for future aircraft applications: Part II: Optical time-division multiple-access networks

In the second part of this paper, we design a feasible optical time-division multiple-access (OTDMA) network to support airborne digitized video communications and multiplex of high-speed subsystems. Since the proposed local area network (LAN) uses two distinct wavelengths to carry the OTDMA signal and an optical clock stream, respectively, the problems associated with optical clock distribution and frame synchronization for high-speed transmission can be resolved, as compared with a single-wavelength OTDMA scheme. Consequently, the complexity of OTDMA receivers is reduced and each receiver can be operated in a self-synchronization manner. This in turn allows us to implement a large-scale distribution/broadcasting fiber optic network for future on-board digitized video communications and time multiplex of high-speed avionics and telemetry subsystems. The performance of OTDMA receivers is also analyzed. Moreover, a novel OTDMA network, which can support multi-rate data communications, is presented in this paper. Finally, we propose a high-capacity avionic wavelength-division multiplexing network, which can be efficiently used as a backbone to integrate various avionic LANs (e.g. employing OTDMA, optical code-division multiple access, and other medium-access protocols) in a single common-fiber-based network. As a result, this can feasibly reduce both the weight and physical size of airborne LAN's while improving their maintainability.     

用于生物荧光检测的多通道光路选通系统的设计

针对多通道生物荧光检测技术的需求,文中设计了一种多通道光路选通系统,利用步进电机带动多模光纤转动实现光路的快速切换和精确定位,从而实现对多路生物荧光的可靠检测.设计中采用高集成度的PSoC(Programmable System-on-chip)芯片为核心芯片,由于其内部集成了大量的模拟和数字模块,设计灵活,缩短了研发周期.经实验和计算可明确得出,该设计方案可满足整个系统的要求.     

非连续线性啁啾取样布拉格光栅型多信道光纤滤波器的设计

介绍了一种基于取样布拉格光纤光栅获得多信道光纤滤波器的方法。通过设计一种非连续阶梯型啁啾取样的布拉格光栅结构,可以分别实现单个信道宽度为50,100和200GHz的光纤滤波器。光纤滤波器的每个信道的宽度几乎完全相同,具有平顶、峭沿和高透射率特点,相邻信道间隔离深度超过28dB,平均插入损失不超过0.1dB,3dB带宽内相位响应起伏在5～30ps。利用介绍的方法制作具有相应非连续线性啁啾系数的全息相位掩模板,易于制作,成本低,重复性好。通过改变相应的光纤光栅参数,可以实现不同信道宽度的,性能稳定、可重复性高的光纤滤波器,在高速光通信系统以及光互连中有着非常好的应用前景。     

自适应天线阵列在码分多址通信系统中的应用

将自适应天线阵列应用于CDMA移动通信系统中,可抑制多址干扰的影响,提高系统的容量.研究了自适应天线阵列的组成及其自适应算法,并对采用了自适应天线阵列的CDMA系统进行了性能分析.理论分析和数值仿真的结果表明,与使用单一全向天线的系统相比,基站采用自适应天线阵列,改善了系统反向链路的性能,增加了系统的容量.