针对400 Gbit/s传输性能及应用问题, 仿真分析了400 Gbit/s不同技术方案的传输距离与频谱效率、入纤功率限制与非线性效应, 结果表明, 4×100 Gbit/s技术可以满足骨干网1 000 km以上的传输需求, 而2×200 Gbit/s技术则必须结合低损耗或超低损耗光纤以及新型低噪声光放大器等才可能实现。城域网、数据中心等的大带宽互联可能率先采用400 Gbit/s技术, 而2×200或4×100 Gbit/s可以满足传输容量和传输距离的一般需求。

大多数RWA(路由波长分配)问题研究都是基于阻塞率、负载均衡、信号损伤和物理攻击的, 很少涉及到业务与链路工作状态的依赖关系, 然而链路的失效必然造成全网业务安全性能的下降。文章从业务风险的角度描述链路失效对全网业务的影响, 提出了一种基于网络风险的RWA算法——R-RWA。在路由分配阶段, 该算法把具有较小网络风险的路由方案分配给光路请求, 以降低链路失效对全网业务的影响。仿真结果表明, 与经典SP(最短路径)算法相比, 该算法可以有效地降低网络的安全风险, 提高网络的抗风险能力。

利用Optisystem仿真软件搭建了基于DQPSK(差分正交相移键控)编码的WDM(波分复用)单纤双向传输系统, 实现系统传输扩容; 同时提出采用分段色散补偿方法抑制色散对系统的影响, 利用非均匀信道间隔设置和非均匀色散管理降低四波混频效应。结果表明: 在传输距离为600 km、单信道速率为40 Gbit/s的8信道WDM系统中, 单纤双向传输时系统的品质因子(Q值)比单纤单向传输系统最大提高了14.9 dB; 对系统进行色散和四波混频抑制后, 系统Q值还可以提高11 dB以上。

家庭网关设备的功能和网络定位仅从运营商的基本需求出发, 结合运营商网络基础, 包括运营商的业务平台和管理平台, 而对通过家庭网关接入的流量均统称为数据业务; 同时, 随着智能路由器和OTT(“过顶”)业务的兴起, 家庭互联网业务和应用的入口被互联网企业持续渗透, 运营商管道化趋势加剧。针对以上问题, 文章从家庭网关和智能路由器在功能和定位上的异同入手, 分析了二者融合的方式, 提出了运营商通过智能型家庭网关进行入口竞争的可行性。

针对新疆电力通信系统中存在的问题, 介绍了OLP(光线路保护) 系统的工作原理, 重点研究了OLP系统在巴州-库车段超长距线路实际应用中的可靠性保障措施, 包括光功率补偿、色散补偿、OSNR(光信噪比)补偿以及切换时间等, 并给出了具体实现的原理和方法。实际测试结果表明, OLP设备能在毫秒级时间内完成新疆电力通信系统主干线路的路由切换功能, 保障业务通信正常, 大大降低了业务故障率。

同带泵浦结构是使激光器单根光纤达到输出功率极限的实现方法之一。文章针对同带泵浦结构激光器开展了研究, 首先通过建立简化模型进行数值模拟, 确定了同带泵浦结构激光器的最佳泵浦波长应位于1 010～1 030 nm; 然后研制了高效率1 018 nm光纤并进行了激光性能测试和对比分析。结果表明, 通过共掺使Yb3+离子发射次峰蓝移, 能促进1 018 nm激光的输出; 增大芯包比有助于提高1 018 nm输出激光效率。

为了探究高湿环境对光纤动态疲劳的影响, 实验选取多组光纤, 分别在高湿和一般环境下采用两点弯曲法测量光纤的动态疲劳。通过对动态疲劳曲线和实验数据进行分析发现, 在高湿环境下, 光纤所能承受的断裂应力会下降, 且测试时的应力速率越高, 断裂应力下降越明显, 进而影响光纤动态疲劳参数Nd值。

提出了在海缆中嵌入光纤光栅水听器监测海缆附近的拖锚情况, 实现在海缆受损前采取措施的安全预警方法; 分析了声源特性, 并基于台湾海峡建立声场模型, 对TL(声传播损失)进行了仿真。仿真结果表明, 当各水听器间的距离为500 m时, 该方法可以确定海底光缆沿线约1 km范围内声源的位置。

PCF(光子晶体光纤)在实际拉制过程中包层会形成间隙孔。文章提出一种类蜂巢晶格结构的光纤, 利用全矢量PWEM(平面波展开法)分析了该结构的圆形和正六边形纤芯的带隙特性, 发现纤芯形状对带隙影响作用比较小, 验证了PBG(光子带隙)主要是由包层有序排列的空气孔而形成的。计算分析了包层间隙孔直径dint、包层孔节距Λ和包层空气填充率f对带隙特性的影响。通过模拟计算发现, 在一定dint范围内, 增大f以及减小Λ, 带隙宽度均会增大, 并且带隙向高频方向移动。采用实际拉制的光纤进行模场面积计算和PBG分布的理论研究, 发现该结构光纤的光主要集中在基模传输, 同时在可见光波范围内存在PBG。

基于微环谐振腔FWM(四波混频)效应产生的OFC(光频梳)可实现多波长光源和光孤子传输、存储等, 能很好地满足光通信网络的要求。对基于微环谐振腔的OFC已有大量的实验报道, 但是理论研究却有些不足。文章介绍了目前两种微环谐振腔OFC的理论分析方法, 即NCME(非线性耦合模方程)和非线性LLE (Lugiato-Lefever方程), 对这两种方法的优缺点进行了比较分析。结果表明, LLE由于其计算速度快, 更适合用于基于微环谐振腔的超宽带OFC的理论研究。

深入研究了VBOTDA(矢量布里渊光时域分析)系统的原理, 该系统在传统BOTDA(布里渊光时域分析)系统的基础上采用外差方案, 可提高系统信噪比并获得布里渊相移信息。文章提出了一种将叠加平均去噪算法与FFT(快速傅里叶变换)分析法相结合的相位解调方法——频谱算法, 进行了理论分析并搭建实验平台验证了该算法的可行性和有效性。结果表明, 该算法对不同信噪比下的信号均有较好的解调效果; 对幅值为0.3 V且噪声标准偏差为0.5 V的信号, 采用1 000次叠加平均的频谱算法, 相位相对测量误差可降至0.71%。

采用二色镜和可变透过率腔镜作为谐振腔, 实现了790 nm半导体激光器端面泵浦下的双包层掺铥光纤激光器的连续和调Q运转。连续激光运转实验结果表明, 在光纤长度和泵浦功率固定时, 增益光纤存在激光输出功率最大情况下的最佳输出透过率, 在70%最佳透过率时, 得到激光中心波长1 930 nm、输出功率5.9 W, 斜率效率为46%。采用石墨烯分散液作为可饱和吸收体, 插入增益光纤与输出镜之间, 实现了掺铥光纤激光器的稳定被动调Q运转。当泵浦功率为3.4 W时, 获得最大平均输出功率为39 mW, 对应的脉冲宽度为0.9 μs, 脉冲重复频率为67 kHz, 单脉冲能量为210 nJ; 平均输出功率、脉冲宽度与泵浦功率近似呈线性关系。

脊波导的功率容量、衰减常数和特性阻抗是其传输特性的重要组成部分。在日常应用中, 脊波导元件必然会存在一定的形变。文章应用ANSYS建模与MATLAB软件相结合的方法计算了三角形脊波导错位和受力形变对其功率容量、衰减常数和特性阻抗的影响。结果表明, 错位形变对三角形脊波导的衰减常数影响较小, 而各项特性参数受底部形变影响较大, 研究所得结果可为三角形脊波导广泛应用提供参考。

为了获得具有高增益、低噪声和增益平坦度良好等特性的宽带混合放大器, 分别采用EDFA (掺铒光纤放大器)与FRA (光纤拉曼放大器)理论模型, 设计了EDFA+FRA HFA(混合放大器)的结构, 搭建了HFA系统, 优化了HFA性能参数, 研究了HFA的增益、带宽、平坦度和噪声指数等重要性能。通过FRA增益斜率与EDFA增益斜率进行互补, HFA的各项性能指标集中了EDFA和FRA的优点, 弥补了各自的不足, 这对高速率、大容量和宽带宽的长距离光纤通信具有重要意义。

为了克服FPF(法布里-珀罗滤波器)在高频扫描时驱动能力不足易产生失真的问题, 设计了一种推挽式的FPF驱动电路, 扫描频率可达1 kHz。利用TINA软件对该驱动电路建模, 仿真研究了PZT (压电陶瓷)容性负载对驱动电路的影响, 找出了对其进行容性补偿的方法。使用该方法消除了驱动电路自激振荡的隐患, 解决了高频信号驱动大容抗负载时易产生失真的问题。通过测试可知, 基于所设计的驱动电路的FPF高速可调谐激光器性能优良, 在1 kHz高频工作条件下, 其波长解调误差小于±10 pm。

针对OTN(光传送网)电路中传统异步FIFO(先入先出)的可能故障, 提出一种适用于OTN电路的异步FIFO, 该异步FIFO在出现空/满状态后会复位读/写地址, 这样就不会影响电路的同时读写功能。用比较读写地址最高两位的方法来确定接近空或接近满指示信号, 更容易判断异步FIFO的空/满状态。测试结果表明, 所设计的FIFO的空/满复位功能正常, 读写速率可达到133 MHz。

叉指数优化选择是传统MMSE-Rake(最小均方差Rake接收机)算法的重要组成部分, 广泛应用于UWB(超带宽) Rake接收机中。为了提高在低速传输条件下UWB系统对多径信号接收的快速识别能力, 提出了一种基于优化抽头系数的MBER(最小误比特率)改进算法, 该算法可在不降低多径分辨率的前提下, 通过简化Rake叉指数实现快速定位。仿真结果表明, 在低速CM3(NLOS信道)和CM4(特殊情况下NLOS信道)多径模拟信道传输条件下, 改进后的算法在性能上优于传统MMSE-Rake算法, 不仅降低了Rake接收机的复杂度, 还提高了信号接收的实时性。

在网络虚拟化环境中, 基于Stackelberg博弈模型提出了静态博弈算法下网络运营商对频谱的定价策略及静态和动态博弈算法下各虚拟运营商的频谱分配方法, 并推导了各运营商收益最大时的纳什均衡点。该方法能同时满足网络运营商和虚拟网络运营商收益最大化的需求。仿真结果验证了算法的有效性及纳什均衡点的存在性。

为了进行TD-LTE(时分长期演进)系统级测试仪表的开发, 需要对各层的功能进行测试和验证, RLC(无线链路控制)层主要完成数据处理功能。文章在对3GPP(第3代合作伙伴计划)开发测试协议进行认真分析研究的基础上, 首先在CCS软件中编写测试例进行软仿真来验证RLC层协议一致性; 然后搭建TTCN-3(测试与测试控制第三版)软件平台, 通过系统级的测试来验证RLC层的功能。结果表明, 在两种平台下该层功能都得以正确实现, 这为测试仪表的开发奠定了基础。

随着4G的逐渐商用化, 将出现4G、3G和2G长期并存的局面, 因而异系统互操作显得尤为重要。针对这种情况, 文章基于TTCN-3(测试与测试控制第三版)设计了一套关于TD-LTE(时分长期演进)系统到GSM(全球移动通信系统) 的测试例方案, 并通过异系统切换来对此进行验证。通过搭建新的仿真平台生成测试流程图与测试报告, 并对测试结果进行分析, 验证测试平台的优越性和测试方案的合理性与可行性。

LTE-A(改进的长期演进)上行支持一种基于Clustered DFT-S-OFDM(集合式离散傅里叶变换扩展正交频分复用)的非连续频域资源分配方式, 而为了在PUSCH(物理上行共享信道)中实现这种分配方式, 求解组合索引成了一个关键问题。针对这个问题, 文章提出一种基于组合数系统的贪婪算法, 以查表的方式取代传统的全搜索算法, 查找次数从O(N4)降到了O(N)。最后通过在DSP(数字信号处理器)中实现该算法, 证实了该算法具有更强的可行性和有效性。

ROADM (可重构的光分插复用器) 是构建大型全光交换网络的核心设备。目前, 大部分商用ROADM支持无色和无向性, 但无阻塞性由于其高成本仍无法广泛应用, 因此有效降低光通信业务的阻塞率是当前亟待解决的问题。文章基于具有多个上下路端口模块的有阻塞ROADM节点架构, 提出了三种RWA (路由和波长分配)算法, 以有效提高光通道业务的阻塞性能。仿真结果表明, 结合上下路端口状态的波平面算法能有效地降低光通道业务的阻塞率。