文章提出一种科学合理的5G端到端应用场景预测方法, 并评估未来有可能成为杀手级的若干应用。不同于业内对一些5G细分场景的简单总结, 文章以5G时代的三大互连关系、三大技术场景以及五大行业类别作为判断依据, 建立有理论支撑和可信的应用体系评估预测标准。并针对一些行业应用“痛点”, 阐述其具体含义、关键性能指标、相关场景案例及未来设想。以期找到在未来涉及面广、用户量大, 能为国家、社会和个人带来巨大贡献和影响的关键性应用。

为了提高室内定位精度, 实现三维定位, 文章提出了一种基于单个发光二极管(LED)的室内反向定位系统。该定位系统解决了利用多个LED定位时的干扰问题, 其将日常所用的白光LED作为光源, 既与实际情况相符, 又便于将来推广使用。该定位系统根据接收机接收到的光照度来估算距离, 以残差平方和最小为目标函数拟合出最佳回归曲线, 再利用三边定位原理以及空间几何关系确定接收机坐标。实验结果表明, 在实际应用场景中, 该定位系统能够实现准确的室内定位服务。

随着智能电网的发展, 对配电网提出了更高的要求。配电网通信系统是配电网的重要组成部分, 是影响配电网发展的重要因素。提升配电网通信终端设备在线率是配电网通信系统稳定运行的关键。配电网通信终端接入模式和管理等问题影响了配电网通信终端在线率, 制约了配电网的发展。文章从配电网通信终端接入模式和管理两个方面探讨了配电网通信终端在线率下降的问题, 给出了优化的配电网通信终端接入模式并提出了配电网通信系统管理办法, 提升了配电网通信终端在线率, 提高了配电网通信系统稳定性, 推进了智能配电网的发展。

保偏光纤是光纤陀螺的核心元件, 随着光纤陀螺对精度和小型化的需求越来越强烈, 光纤的外形尺寸在不断减小。针对在减小光纤外径的同时保持光纤的优异性能这一难题, 文章对细径保偏光纤的波导结构和双折射条件进行了理论研究, 提出了60/100 μm(包层/涂层)细径保偏光纤的波导结构设计方法, 实现了基于等离子体化学气相沉积工艺和特殊拉丝技术的细径保偏光纤研制, 并通过小弯曲条件和温度变化等大量环境试验, 对细径保偏光纤的可靠性进行了研究, 结果表明, 所研制的60/100 μm细径保偏光纤具有优越的性能和良好的可靠性, 可满足光纤陀螺的应用需求。

光电探测器作为光通信系统的核心器件之一, 其性能对通信质量起着决定性的作用。随着光通信数据量的剧增, 传统的光电探测器已经不能满足需求。文章提出一种集成氮化硅波导的高性能硅基锗单行载流子光电探测器。借助Lumerical FDTD和DEVICE软件进行建模仿真, 通过对波导结构以及探测器尺寸进行设计, 最终该结构在1 550 nm波长和-1 V偏压下, 响应度高达0.97 A/W, 光电流线性输出>30 mA, 3 dB带宽高达28 GHz。

针对光子晶体光纤折射率传感器外表面金属薄膜易氧化的问题, 文章提出一种新型结构的光子晶体光纤折射率传感器, 该光子晶体光纤内部空气孔呈螺旋轨迹排列。光纤外表面进行双层膜涂覆, 使用银作为表面等离子体共振材料涂覆在光子晶体光纤的外表面, 在银膜外又涂覆了一层15 nm厚度的氧化锌薄膜以防止银被氧化。在各向异性的完美匹配层边界条件下, 利用全矢量有限元法对传感器特性进行了数值仿真, 结果表明: 该传感器所能测量的折射率范围为1.30~1.36, 灵敏度最高可达5 200 nm/RIU, 分辨率可达1.92×10-5RIU。

为了提高外腔可调谐激光器热调谐标准具表面温度的均匀性, 文章采用仿真分析的方法得到热调谐标准具表面温度分布特点, 提出了优化热调谐标准具加热电极的解决方案, 以实现热调谐标准具表面温度分布均匀化的目的。文章阐述了热调谐标准具优化加热电极轨迹分布、增加石英片以增加导热路径热阻以及优化加热电极功耗分布的技术方案, 通过对优化后的热调谐标准具进行热分析模拟, 得到优化后热调谐标准具的表面温度分布。分析结果表明, 优化后的热调谐标准具表面温度差降低了77%, 具有更好的温度均匀性。通过实验还验证了热调谐标准具表面温度均匀性对激光器波长稳定性的影响。

在传统的基于微环的电光开关结构中, 可通过设计不同微环与直波导间的位置来实现光通信的开关功能, 但其普遍存在开关电压过高的现象, 浪费资源。文章利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论, 应用传输矩阵理论方法, 提出了一种嵌套型双波导的微环谐振电光开关的器件模型, 在谐振波长为1 552 nm的情况下, 对该器件进行了仿真分析。仿真结果表明, 该器件模型具有非常小的开关电压(仅为1 V), 串扰 ＜-35 dB, 插入损耗＜4 dB, 时域响应总时间为5.33 ps, 其中微环的上升时间和下降时间仅为0.25 ps。所提出的电光开关结构具有开关电压低、响应时间短和频谱带宽大的特性, 能提高密集波分复用系统的性能。

同轴晶体管外形(TO)封装的半导体探测器年出货量高达千万只, 其质量控制与检测是非常重要的。传统的人工借助显微镜的目视检验因受主观判断和视觉疲劳影响, 误检率和漏检率较高。为了解决此问题, 文章提出了一种适用于同轴型半导体探测器封前外观自动光学检验(AOI)的方案, 运用视觉检测将合格品和不合格品自动识别并分拣, 引入景深合成技术实现线弧的高度检测。样机测试结果表明, 所提方案具备良好的检测适应性和较低的误检率, 适合生产线批量检测任务, 可以取代人工目视检验。

在超密集网络场景中, 针对以用户为中心的重叠虚拟小区系统的和速率的最大化, 提出了一种基于效用函数最优化模型的功率分配方案。通过分层交替迭代算法求解最佳功率分配, 首先将原问题分解为功率分割和虚拟功率分配两个子问题; 然后在高层功率分割中引入拉格朗日函数, 求解出一种基于均衡策略的最佳功率分割算法, 在底层利用虚拟功率完成进一步的功率分配。由于功率分割系数采用了最大化信干漏比(SLNR)的特征矢量形式, 从而实现了信号增强与干扰减少之间的均衡。仿真结果表明, 该算法在性能上优于传统的功率分配算法, 有效减少了干扰, 提高了系统的和速率。

基于5G的小区搜索相对于长期演进(LTE)而言, 新增了高频段场景的应用, 并对同步信号进行了重新定义。文章详细分析了5G系统的主同步信号(PSS), 对其新增内容进行了研究, 提出了适用于5G系统的PSS定时同步算法, 其中粗同步提出一种抗频偏性能较好的差分同步, 精同步基于PSS序列的共轭对称性提出一种低复杂度的同步算法。使用Matlab软件对该算法的性能进行了仿真分析, 结果表明, 即使在较高频偏影响下, 该算法也能快速且正确地锁定一个粗同步点, 受频偏的影响较小, 从计算复杂度来看, 该算法的计算量为常规算法的17.69%。

非正交多址接入(NOMA)是5G无线网络的基本支持技术, 可满足大规模连接和高吞吐量的异构需求, 能增加可接入的用户数。NOMA的关键思想是同一资源块为多个用户提供服务, 系统可容纳的用户数增加, 但对系统容量的提升有限, 针对此问题, 文章提出在NOMA的基础上, 将其与大规模多输入多输出(MIMO)天线结合, 提高系统的容量, 同时将下行多用户按照信道差异进行用户匹配, 两两分为一簇, 簇与簇之间的干扰采用块对角化(BD)算法进行消除, 簇内用户之间的干扰采用串行干扰进行消除。仿真结果表明: 发送端采用BD预编码可降低终端受到的干扰, 结合大规模 MIMO的NOMA系统频谱效率有很大提升; 在此基础上进行用户匹配分组后, 系统性能进一步提升。

在中短码长下, 不带循环冗余校验(CRC)辅助的极化码已经不具有竞争力, 为了增强极化码译码性能, 一般采用CRC辅助译码。针对传统的集中式CRC辅助方案只能在译码结束后选择路径而无法在译码中做剪枝操作, 文章提出一种通过交织器在极化码信息比特间离散分配CRC比特的辅助译码方案, 此方案允许CRC比特能够辅助串行抵消列表(SCL)译码期间幸存路径的选择以改善差错性能。仿真结果表明, 与集中式CRC辅助译码方案相比, 该算法在码率为0.125、误块率在10-1以下、CRC长度为8时提供0.5 dB增益; CRC长度为16时提供1.3 dB增益。