OFDM-PON(正交频分复用无源光网络)技术受到越来越多的关注, 而子载波分配是其关键技术之一。文章介绍了两种已有的OFDM-PON子载波分配机制, 并在此基础上提出一种新的OFDM-PON上行传输的子载波分配机制, 该机制主要分为求余法和凑数法两部分, 可以有效地减少用于保护间隔的带宽浪费。仿真结果表明, 与已有的子载波分配机制相比, 新的子载波分配机制可以获得更高的吞吐量。

随着配电自动化的深入应用, 数据类业务及网络带宽需求不断增大, 针对此问题, 文章提出了采用TDM(时分复用)+分组传送技术进行业务传送的方案。建立一种业务传送隔离度的算法, 并采用以太网交换机和光电一体化接入设备对各自所传业务的承载隔离度进行了试验比较, 验证了隔离度算法的正确性, 旨在实现电力传输资源的高效利用。

设计了一种10 Gbit/s EPON(以太网无源光网络)综合安全方案, 用于解决其点到多点拓扑结构造成的诸如窃听和伪装对安全敏感类业务的威胁。该方案包括含有密钥交换的双向认证方案及基于时间标签的加密算法。其中, 认证方案可在注册过程中验证OLT(光线路终端)及ONU(光网络单元), 加密算法可使用帧结构中的时间戳生成时变的密钥。实验结果证明了该综合安全方案的有效性。

被动地维护OTN(光传送网)各网元及其触发的告警已无法满足当前复杂的网络管理需求。文章在OTN网络管理系统上梳理出影响业务的各种重要告警标题, 结合业务影响关联分析, 提出了一种先于故障处理的OTN告警分级预警算法, 为OTN告警分级预警和快速响应调度提供了有效可行的数理统计模型和依据。

相位噪声是限制新型调制信号传输性能的主要因素之一。相位噪声监控技术可以实时、动态地获取系统性能, 是未来高性能光纤通信系统中的关键技术之一。利用参量放大过程对参与信号相位敏感的特性, 提出了一种基于双泵浦参量放大的全光BPSK(二进制相移键控)信号相位噪声监控方案。系统仿真结果表明, 针对40 Gbit/s BPSK信号, 该方案可以实现0~0.4 Vπ范围内相位噪声的全光监控。

针对无线传感器网络体系在随机部署过程中出现覆盖空洞的现象, 借助于概率模型提出了一种 CHCAEDS(基于事件驱动策略的覆盖空洞补偿算法)。该算法首先对随机部署的特性进行验证, 给出随机部署表示形式；然后利用概率相关知识对监测区域内覆盖期望和节点数量进行求解, 以达到使用最少数量的节点覆盖最大的面积。仿真实验表明, 与其他算法相比, CHCAEDS在网络生存周期和算法运行时间上分别提高了12.59%和10.82%。

针对PCF(光子晶体光纤)很难同时获得平坦色散和低限制损耗的问题, 设计了一种新的可变空气孔的PCF, 通过改变包层中空气孔的大小来获得平坦色散和低限制损耗。采用FVFEM(全矢量有限元法)和APML(各向异性完美匹配层)的边界条件对该光纤的结构进行分析, 在设定1.55 μm处空气孔的有效折射率为1、石英的有效折射率为1.45的条件下进行了仿真计算, 结果表明, 该光纤在1.25～1.78 μm波长范围内具有超平坦色散, 并且色散值在0±0.68 ps/(nm·km)范围内变化, 其限制损耗低于10-3 dB/m。

三芯光纤复合海底电缆(简称为“海缆”)在运输、敷设和运行的过程中经常会产生拉伸的机械行为, 对其进行拉伸建模仿真, 可获得实体试验难以得到的应力、应变等数据。文章通过建立海缆拉伸有限元模型, 模拟了海缆的拉伸过程。首先根据海缆拉伸的力学特点对结构进行简化, 得到三芯海缆的几何模型；然后对其施加约束及速度载荷, 控制沙漏能, 仿真轴向拉伸过程；最后对数据进行有效提取和处理, 获得海缆的应力与应变, 为研究海缆的力学性能、判断海缆工作状态提供了参考。

海底电缆在装载、运输、敷设和运行过程中, 受外界多种因素的影响时常会发生扭转, 利用建模仿真的方法不仅可以克服实体试验操作困难的难题, 还可获得实体试验难以提取的数据。文章利用ANSYS软件建立海底电缆扭转的有限元模型, 进行了单元类型的选择、各层材料属性及参数的确定和网格划分方式的选择, 并且分析、控制了影响计算时间和精度的因素, 最后对海底电缆施加扭转载荷, 仿真扭转发生过程, 获取铜导体和光单元的应力及应变数据, 为分析海底电缆扭转的力学特性提供了一种可行方案。

从海缆历史温度数据中分析出海缆的老化或者故障位置是工程应用中急需解决的问题。针对上述问题, 采用EMD(经验模态分解)算法提取出海缆每一处历史温度数据的时频特征, 再通过矩阵相似度来衡量不同位置点海缆时频特征的相似度大小, 最后通过分析对比相似度的异常来确定海缆老化或故障的位置。实例验证结果表明, 问题海缆位置点与正常海缆位置点之间的相似度远小于正常海缆位置点之间的相似度, 因而能预测出所有问题海缆的位置点。

针对固定栅格WDM(波分复用)光网络频谱利用率低的缺点, 需对网络使用灵活栅格技术进行升级, 提出了基于瓶颈链路优先的升级策略。文章定义了瓶颈链路, 提出两种基于瓶颈链路的升级策略: 链路密度策略和拥塞链路策略, 并对这两种策略进行仿真, 仿真结果显示两种策略都能够降低带宽阻塞率。链路密度策略的带宽阻塞率降低程度取决于所取阈值的不同, 而拥塞链路策略能有效地降低带宽阻塞率。

设计了一种由六角形空气柱包层组成的C6v(六重旋转对称)全内反射型PCF(光子晶体光纤), 采用全矢量有限元法研究其基模色散, 数值研究结果表明, 在其他参数不变的情况下, 包层空气柱由圆形变成六角形后两基模偏振态会出现分离现象, 存在较大的模式双折射与较高的PMD(偏振模色散), 基模的波长色散在X偏振时与包层圆形空气柱时有相同的变化曲线, 说明包层空气柱形状对基模色散特性有较大影响。

为准确评估既设光缆未来任务时间是否适用于高性能光端传输设备, 提出一种基于传输性能指标预测的光缆可用性评估方法。在构建组合模型准确预测光缆性能指标的基础上, 根据光端设备对线路允许损耗变化范围的要求评估光缆的可用性。通过实例验证说明了基于性能指标预测的光缆可用性评估方法的准确性和有效性, 对解决光缆可用性评估问题具有一定的参考价值和指导意义。

对提高基于聚合物材料的WBG(波导布拉格光栅)的热光调制效率的方法进行了研究。根据聚合物材料的光学特性设计了三阶的WBG, 仿真分析了WBG结构参数对光栅传输特性的影响；为提高热光调制效率, 采用了内嵌式电极结构与在WBG两侧构建AT(空气沟槽)相结合的方案。模拟结果表明, 与一般热光型调制结构相比, 该方案的波长调谐灵敏度提升了1.87倍, 实现了大范围的波长可调。所设计的热光可调WBG具有受热性强、热均匀性高及热串扰低等优点。

针对非常规油气开采微地震监测检波器高频检测的要求, 提出了一种基于弹性薄壁管的FBG(光纤布拉格光栅)高频微地震检波器, 理论分析了该检波器的实验模型, 并对检波器的幅频特性和加速度灵敏度进行了实验研究。实验结果表明: 基于弹性薄壁管的FBG高频微地震检波器的固有频率为1 680 Hz；在50～1 200 Hz工作频率范围内, 加速度与波长有很好的线性关系, 线性拟合度为0.998 4, 加速度响应灵敏度为4.393 2 pm/G, 实验值与理论值的相对误差为0.15%。

根据严格耦合波理论和介质平板波导理论, 利用Comsol Multiphysic软件仿真设计了基于单晶n-ZnO/p-AlGaN LED(发光二极管)结构的DFB(分布反馈)半导体激光器的光栅结构。针对LED结构加电压后发射近紫外光, 分析了二维电场模式分布图, 得出单纵模传输随着光栅不同参量的变化情况。分析表明, 在4 V正向偏置电压下, 当占空比为50%、光栅周期为109.2 nm、光栅高度为69.8 nm时, 光谱线宽窄、单模选择性好, 电场模达5.877 4×107 V/m。为电泵浦DFB半导体激光器的设计与加工提供了一定的基础。

目前SPP(表面等离子激元)技术应用面临的主要困难依然是SPP传播中的高损耗问题, SPP波导亚波长约束与传播距离的矛盾和SPP传播中的强烈衰减是当前表面等离子研究的关键问题。文章采用非对称介质波导结构设计了一种加载玻璃的SPP传播优化器件, 应用的SPP激发模型与Kretschmann结构类似, 实现了无需牺牲波导亚波长尺寸来提高SPP传播距离。FDTD(有限差分时域)方法分析结果表明: 改进的波导结构能够显著增加SPP传播距离, 提高电场强度, SPP传播距离提高了近20倍。对比不同厚度的薄膜层可以看出, 薄膜最薄时, 局域化效果最好；改进的结构显著增加了SPP耦合效果。这种加载玻璃的SPP传播优化器件为SPP在新型光子器件、宽带通信系统、微小光子回路和光电子集成等方面的应用提供了关键器件。

针对强度调制/直接检测可见光通信系统, 提出了一种新的O-OFDM(光正交频分复用)技术方案, 即HP-OFDM(哈特莱极性光正交频分复用)。该方法利用快速哈特莱变换产生OFDM信号, 并通过坐标变换在极坐标系中实现OFDM信号单极化。硬件实现方面相较于常用的Cooley-Tukey FFT(快速傅里叶变换)可有效节约运算时间和存储空间, 便于硬件实现, 并且极坐标系单极化处理较好地解决了系统PAPR(峰均功率比)问题。仿真结果显示, HP-OFDM系统在达到ACO-OFDM(非对称限幅光正交频分复用)系统频谱利用率的同时, 其误码性能和PAPR均得到改善。

针对信道的衰落效应会大大影响通信速率和可靠性的问题, 提出了一种基于SSD(信号空间分集)方案的OFDM(正交频分复用)调制技术解决方法, 并通过实验证明了在可见光通信系统中, 该方法可以使得在衰落环境中(9～24 dB)信道误码率得到0.7～1.3 dB的改善, 并实现120～160 Mbit/s的物理数据速率。

为降低可见光通信系统的误码率, 提高系统的传输特性, 研究了可见光通信系统的信道均衡技术。建立了室内可见光通信系统的信道模型, 阐述了信道的直射冲激响应和反射冲激响应。针对多径效应导致的码间串扰问题, 采用一种改进的LMS(最小均方)算法对信道进行补偿。实验结果显示: 采用改进的LMS算法后, 收敛速度更快, 在系统趋于稳定时, 误码率明显降低。均衡器对时变信道跟踪效果更好, 系统稳态误差相对减小。

通信技术的快速发展及用户需求的日益增长, 导致小区业务负载分布出现越来越不均衡的现象, 针对此问题, 提出一种适用于LTE(长期演进)系统的基于负载预分配的移动负载均衡算法。当小区过载时, 利用层次分析法选择最优目标小区, 然后根据目标小区负载情况预分配过载小区负载量, 再通过可变步长调整小区独立偏置, 转移过载小区用户, 实现小区间负载均衡。研究结果表明, 该算法提升了小区间负载均衡度, 减少了系统切换次数, 增强了用户体验。

针对高速相干光传输系统的链路优化配置问题, 提出了基于逐次优化思想的链路EDFA(掺铒光纤放大器)增益配置方案, 以优化不规则链路配置条件下的系统性能和调节代价。优化目标是在系统性能达到要求或接近最优的同时, 尽量降低链路中所需调节的EDFA个数, 以尽可能减少或避免由于链路功率调节所引入的调节时延、瞬态效应及代价。仿真结果表明, 采用该方案可实现在系统性能接近最优的同时, 将链路所需调节的EDFA个数从8个减少到4个, 从而有效降低了最优化方案中由于过多的EDFA调节所引入的调节代价。

针对MIMO(多输入多输出)系统传输信道模糊、信道容量受限以及信号误码率较高的问题, 提出先对信号进行QPSK(正交相移键控)调制, 然后再将改进的CMA(恒模算法)与自适应波束形成技术结合用于MIMO系统中对信号进行均衡处理, 使信号具有较强的抗干扰性, 同时增强传输信息的可靠性和稳定性。实验结果表明, 采用QPSK调制均衡技术可以解决信道容量与误码率相矛盾的问题, 降低码间串扰和信道干扰, 还可以校正相位误差, 获得较快的收敛速度以及低误码率, 使信号得到最佳恢复。

配网通信技术是DA(配网自动化)管理系统的关键技术之一。文章首先分别讨论了以光纤通信、电力线载波技术和蜂窝无线公网技术承载DA业务的优劣；然后在此基础上进一步阐述了基于第四代移动通信技术LTE(长期演进)系统的组网方案；最后, 针对DA业务中低压集抄业务的两种典型应用场景(周期汇报和供电恢复)仿真评估了LTE在FDD(频分双工)以及TDD(时分双工)模式下承载DA业务的可行性。仿真结果表明, 对于周期性汇报居民用电业务, LTE FDD系统和LTE TDD系统均能满足该项业务QoS(服务质量)需求, 而LTE FDD系统更适合承载此类业务。在居民区供电中断后恢复场景下, 无论是LTE FDD系统还是LTE TDD系统, 在无线侧都需要进一步的优化方案, 以解决大量低压集抄终端同时接入时产生拥塞的问题。