水下声学无线传感器网络节点数字系统设计与关键技术研究技术,节点,设计,设计与,节点和,声学传感器,传感器节点,数字传感器

　　1. 掌握二相绝对码与相对码的码变换方法；

　　2. 掌握二相相位键控调制解调的工作原理及性能测试；

　　3. 学习二相相位调制、解调硬件实现，掌握电路调整测试方法。

　　1．时钟与基带数据发生模块，位号：G

　　2．PSK 调制模块，位号A

　　3．PSK 解调模块，位号C

　　4．噪声模块，位号B

　　5．复接/解复接、同步技术模块，位号I

　　6．20M 双踪示波器1 台

　　7．小平口螺丝刀1 只

　　8．频率计1 台（选用）

　　9．信号连接线4 根

　　相位键控调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它具有优良的抗干扰噪声性能及较高的频带利用率。在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：ASK、FSK）更低的误码率，因而广泛应用在实际通信系统中。本实验箱采用相位选择法实现相位调制（二进制），绝对移相键控（PSK 或CPSK）是用输入的基带信号（绝对码）选择开关通断控制载波相位的变化来实现。相对移相键控（DPSK）采用绝对码与相对码变换后，用相对码控制选择开关通断来实现。

　　（一） PSK 调制电路工作原理

　　二相相位键控的载波为1.024MHz，数字基带信号有32Kb/s 伪随机码、及其相对码、32KHz 方波、外加数字信号等。相位键控调制解调电原理框图，如图6-1 所示。

　　模拟信号的倒相通常采用运放来实现。来自1.024MHz 载波信号输入到运放的反相输入端，在输出端即可得到一个反相的载波信号，即π相载波信号。为了使0 相载波与π相载波的幅度相等，在电路中加了电位器37W01 和37W02 调节。

　　2．模拟开关相乘器

　　对载波的相移键控是用模拟开关电路实现的。0 相载波与π相载波分别加到模拟开关A：CD4066 的输入端（1 脚）、模拟开关B：CD4066 的输入端（11 脚），在数字基带信号的信码中，它的正极性加到模拟开关A 的输入控制端（13 脚），它反极性加到模拟开关B 的输入控制端（12 脚）。用来控制两个同频反相载波的通断。当信码为“1”码时，模拟开关

　　A 的输入控制端为高电平，模拟开关A 导通，输出0 相载波，而模拟开关B 的输入控制端为低电平，模拟开关B 截止。反之，当信码为“0”码时，模拟开关A 的输入控制端为低电平，模拟开关A 截止。而模拟开关B 的输入控制端却为高电平，模拟开关B 导通。输出π相载波，两个模拟开关输出通过载波输出开关37K02 合路叠加后输出为二相PSK 调制信号。另外，DPSK 调制是采用码型变换加绝对调相来实现，即把数据信息源（伪随机码序列）作为绝对码序列{an}，通过码型变换器变成相对码序列{bn}，然后再用相对码序列{bn}，进行绝

　　对移相键控，此时该调制的输出就是DPSK 已调信号。本模块对应的操作是这样的（详细见图6-1），37P01 为PSK 调制模块的基带信号输入铆孔，可以送入4P01 点的绝对码信（PSK），也可以送入相对码基带信号(相对4P01 点的数字信号来说，此调制即为DPSK 调制)。

　　（二）相位键控解调电路工作原理

　　二相PSK(DPSK) 解调器的总电路方框图如图6-2 所示。

　　该解调器由三部分组成：载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形电路。载波恢复和位定时提取，是数字载波传输系统必不可少的重要组成部分。载波恢复的具体实现方案是和发送端的调制方式有关的，以相移键控为例，有：N 次方环、科斯塔斯环(Constas 环)、逆调制环和判决反馈环等。近几年来由于数字电路技术和集成电路的迅速发展，又出现了基带数字处理载波跟踪环，并且已在实际应用领域得到了广泛的使用。但是，为了加强学生基础知识的学习及对基本理论的理解，我们从实际出发，选择科斯塔斯环解调电路作为基本实验。

　　1．二相(PSK，DPSK)信号输入电路

　　由整形电路，对发送端送来的二相(PSK、DPSK)信号进行前后级隔离、放大后送至鉴相器1 与鉴相器2分别进行鉴相。

　　图6-2 解调器原理方框图

　　2．科斯塔斯环提取载波原理

　　经整形电路放大后的信号分两路输出至两鉴相器的输入端，鉴相器1 与鉴相器2 的控制信号输入端的控制信号分别为0 相载波信号与π/2 相载波信号。这样经过两鉴相器输出的鉴相信号再通过有源低通滤波器滤掉其高频分量，再由两比较判决器完成判决解调出数字基带信码，由相乘器电路，去掉数字基带信号中的数字信息。得到反映恢复载波与输入载波相位

　　之差的误差电压Ud, Ud 经过环路低通滤波器滤波后，输出了一个平滑的误差控制电压，去控制VCO 压控振荡器74S124。它的中心振荡输出频率范围从1Hz 到60MHz，工作环境温度在0～70℃，当电源电压工作在+5V、频率控制电压与范围控制电压都为+2V 时，74S124 的输出频率表达式为： f0 = 脚为使能端，低电平有效，它开启压控振荡器工作；当74S124 的第7 脚输出的中心振荡频率偏离2.048MHz时，此时可调节38W01，用频率计监视测量点38TP02 上的频率值，使其准确而稳定地输出2.048MHz 的同步时钟信号。该2.048MHz 的载波信号经过分频(÷2)电路：一次分频变成1.024MHz 载波信号，并完成π/2 相移相。 这样就完成了载波恢复的功能。

　　从图中可看出该解调环路的优点是：

　　①该解调环在载波恢复的同时，即可解调出数字信息。

　　②该解调环电路结构简单，整个载波恢复环路可用模拟和数字集成电路实现。

　　但该解调环路的缺点是：存在相位模糊，即解调的数字基带信号容易出现反向问题。DPSK 调制解调就可以解决这个问题，相绝码转换在“复接/解复接、同步技术模块”上完成。

　　四、各测量点及可调元件的作用

　　1．PSK 调制模块

　　37K02：两调制信号叠加。1-2 脚连，输出“1”的调制信号；2-3 脚连，输出“0”的调制信号。

　　37W01：调节0 相载波幅度大小，使37TP02 峰峰值2～4V。

　　37W02：调节π相载波幅度大小，使37TP03 峰峰值2～4V。

　　37P01：外加数字基带信号输入铆孔。

　　1-2 断开3-4 相连时，37P02 为π相载波输出；

　　1-2 和3-4 相连时，37P02 为PSK 调制信号叠加输出。注意两相位载波幅度需调整相同，否则调制信号在相位跳变处易失真。

　　2．PSK 解调模块

　　38W01：载波提取电路中压控振荡器调节电位器。

　　38P01：PSK 解调信号输入铆孔。

　　38TP01：压控振荡器输出2.048MHz 的载波信号，建议用频率计监视测量该点上的频 率值 有偏差时，此时可调节38W01，使其准确而稳定地输出2.048MHz 的载波信号，即可解调输 出数字基带信号。

　　38P02：PSK 解调输出铆孔。PSK 方式的科斯塔斯环解调时存在相位模糊问题，解调出的基带信号可能会出现倒相情况；DPSK 方式解调后基带信号为相对码，相绝转换由下面的'“复接/解复接、同步技术模块”完成。

　　3．复接/解复接、同步技术模块

　　39SW01：功能设置开关。设置“0010”，为32K 相对码、绝对码转换。

　　39P01：外加基带信号输入铆孔。

　　39P07：相绝码转换输出铆孔。

　　五、实验内容及步骤

　　1．插入有关实验模块：

　　在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“ PSK 调制模块” 、“噪声模块”、“PSK解调模块”、“同步提取模块”，插到底板“G、A、B、C、I”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。

　　2．PSK、DPSK 信号线连接：

　　注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。

　　打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

　　4．基带输入信号码型设置：

　　5. 跳线开关设置：

　　6．载波幅度调节：

　　37W01：调节0 相载波幅度大小，使37TP02 峰峰值2～4V。(用示波器观测37TP02 的幅度，载波幅度不宜过大，否则会引起波形失真)

　　37W02：调节π相载波幅度大小，使37TP03 峰峰值2～4V。（用示波器观测37TP03 的幅度）。

　　7.相位调制信号观察：

　　（1）PSK 调制信号观察：双踪示波器，触发测量探头测试4P01 点，另一测量探头测试37P02，调节示波器使两波形同步，观察BPSK 调制输出波形，记录实验数据。

　　（2）DPSK 调制信号观察：双踪示波器，触发测量探头测试4P03 点，另一测量探头测试37P02，调节示波器使两波形同步，观察DPSK 调制输出波形，记录实验数据。

　　8．噪声模块调节：

　　调节3W01，将3TP01 噪声电平调为0；调节3W02，使3P02 信号峰峰值2～4V。

　　9．PSK 解调参数调节：

　　调节38W01 电位器，使压控振荡器工作在2048KHZ，同时可用频率计鉴测38TP01 点。注意观察38TP02和38TP03 两测量点波形的相位关系。

　　10．相位解调信号观测：

　　（1）PSK 调制方式

　　观察38P02 点PSK 解调输出波形，并作记录，并同时观察PSK 调制端37P01 的基带信号，比较两者波形相近为准（可能反向，如果波形不一致，可微调38W01）。

　　（2）DPSK 调制方式

　　“同步提取模块”的拨码器39SW01 设置为“0010”。观察38P02 和37P01 的两测试点，比较两相对码波形，观察是否存在反向问题；观察39P07 和4P01 的两测试点，比较两绝对码波形，观察是否还存在反向问题。作记录。

　　11．加入噪声相位解调信号观测：

　　调节3W01 逐步增加调制信号的噪声电平大小，看是否还能正确解调出基带信号。

　　12. 关机拆线：

　　实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。

　　1．基带输入信号码型设置：

　　2.基带信号与调制信号（绝对码）

　　3.基带信号与调制信号（相对码）

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李翔^[2]（2020）在《OCDMA-PON系统中地址码编码方案及其性能的研究》文中研究表明随着互联网信息的爆炸式增长和人们对各式各样网络服务需求的急剧增加,进一步提高光纤通信网络的传输速率变得刻不容缓,而作为信息传送体系“最后一公里”的接入网技术则成为了提高通信网络整体性能的重要突破口。其中,无源光网络（PON）技术凭借其成本低廉、易于升级和管理等优势吸引了众多研究者的目光。相比于其他PON技术,光码分多址无源光网络（OCDMA-PON）具有可随机接入、对业务透明、软容量和抗干扰性强等优点,其势必会成为下一代光接入网技术的最佳选择之一。OCDMA-PON系统的性能和成本与光地址码的选取、编解码器的设计及系统噪声抑制等光码分多址（OCDMA）关键技术密切相关,其中光地址码的选取是OCDMA-PON商业化过程中面临的最关键问题。在此背景下,本文重点对成本较低且能消除多址干扰（MAI）的频谱幅度编码（SAC）方案进行了研究,主要工作如下:（1）设计出一种具有零互相关特性的一维SAC地址码——双重多对角码（DW-MD）。DW-MD码继承了多对角码（MD）和双重码（DW）的优点,它不仅能够有效抑制SAC系统中的相位感应强度噪声,还可以利用自身的双“1”结构减少系统所需的滤波器数量。高斯近似的方法被用来推导该地址码在接收机噪声干扰下的误码率（BER）公式,数值分析结果表明:与MD码相比,DW-MD码能够在不牺牲系统性能的情况下,使得系统所需的滤波器数量减少近一半。最后,利用OptiSystem对采用DW-MD码和MD码的SAC系统进行了仿真。当使用非理想的高斯型滤波器作为编解码器时,DW-MD码的眼图更加清晰端正,且BER值比MD码低8～14个数量级。（2）从传统变重码和检测技术两个角度分别提出一种多服务质量（QoS）方案。变重码方案基于DW-MD码码重越大,对应用户误码率性能越好的原理来提供不同的QoS;而检测技术方案则是通过改变频谱直接检测（SDD）技术检测功率的大小来提供不同的QoS。理论分析和实验仿真的结果均表明两种多QoS方案具备可行性。两种方案各有所长:前者性能稍好,相对节约频谱资源且适用范围较广;而对后者而言,系统中低级别用户的QoS升级更加便捷并且不会影响其它用户的性能,它更适用于低级别用户占比较低的情况。（3）针对一维SAC系统中用户容量受到光源带宽限制的问题,基于一维DW-MD码设计了具有固定码重和可变码重的二维频谱/空间地址码。推导出的BER公式及数学分析结果表明二维频谱/空间地址码能够大幅提高系统容量。最后,利用OptiSystem仿真平台得到了二维变重系统中两个不同等级用户的眼图和BER值,验证了二维变重DW-MD码具有提供多QoS的能力。

肖庆华^[3]（2020）在《基于概率整形调制的波分复用无源光网络系统》文中研究表明4K/8K高频视频技术,物联网技术,人工智能,无人驾驶等诸多新技术,改变了人类生活、工作的方式。不同场景新技术的顺利应用使网络流量迅速增长。预计到2021年,全球移动流量将达到48,270 Pb/月。2019年,在国家政策指引下,通信业持续加快光纤带宽升级,接入网络基本实现全光纤化,保障了宽带用户接入速率持续提升。波分复用无源光网络作为一种高容量,低时延的光纤接入网,在5G时代具有广大的发展前进。本文针对波分复用无源光网络（WDM-PON）光纤传输中信号损伤和光网络单元接收功率灵敏度提升,提出了基于多对一概率整形（PS）技术的强度调制直接探测的波分复用无源光网络系统,其大致内容及创新点如下:1、针对光线路终端中器件带宽所限造成的信号高频损失,本论文提出了一种基于恒模算法和面向判决最小均方盲均衡算法的数字预均衡技术,详细说明了预均衡原理。另外,对于相位相关的16级正交幅度调制（16QAM）信号,提出一种基于参考信号的预均衡方法。将两种方法应用于WDM-PON中,实验验证两种方法均有明显的高频损伤补偿作用。2、提出一种基于麦克斯韦-玻尔兹曼分布的“多对一”的映射概率整形调制方案,将此方案应用于四级脉冲幅度调制（PAM4）信号,八级脉冲幅度调制（PAM8）信号以及16QAM中。通过理论验证,概率整形技术使信号获得整形增益,在低信噪比区域,概率整形信号更接近香农极限。并根据汉明距离对于高级调制格式中映射规则进行优化。实验验证概率整形技术可以使波分复用系统光网络单元的接收功率灵敏度增加。3、将LDPC编码和比特交织编码迭代译码（BICM-ID）应用到PS-PAM8和PS-16QAM WDM-POM信号的解码中,解决了多对一映射中比特序列重叠造成的译码歧义。在PS-16QAM WDM-PON中结合离散多音频调制（DMT）技术,详细说明DMT信号的产生原理,并通过离散傅里叶变换扩频技术降低DMT信号的峰均功率比（PAPR）。通过对BICM-ID系统的外信息转移图分析映射方案优化的效果,通过实验验证了改进方案对波分复用系统的可行性分析。该方案不仅降低了信号的PAPR,有效克服了信号在光纤中非线性效应的产生,还提高了系统的频谱效率。

赵钢明^[4]（2020）在《基于OFDM的RoF-PON系统性能优化研究》文中进行了进一步梳理随着通信领域的飞速发展以及人们生活水平的不断提高,人们对数据流量的需求呈现出爆炸式增长的趋势,大带宽、高速率、低时延,接入方式灵活多样等用户需求使得传统的接入网难以胜任这一艰巨的使命,因此研究下一代新型接入网具有十分重要的现实意义。未来接入网的发展能够同时为用户提供可选择式的有线/无线接入服务,这一方式可以通过将无源光网络（PON）技术和光载无线通信（RoF）技术相结合来实现,为适应远距离光纤通信的需要,正交频分复用（OFDM）技术的引入能够提高频带利用率并且有效抑制远距离光纤传输产生的色散效应。本文的研究主要立足于对下一代新型接入网RoF-PON系统的构建以及通过抑制OFDM较高的峰均功率比（PAPR）进而实现对RoF-PON系统传输性能的优化。本文首先研究了RoF技术中高频毫米波生成技术,选择合适的生成高频毫米波方案是RoF技术的关键。论文中分析了四种高频毫米波生成技术:直接强度调制技术、光外差技术、光学倍频技术以及外部调制技术的原理和优缺点。选择外调制技术作为系统中生成60GHz高频毫米波的方案。之后仿真分析了外调制法生成的三种边带信号:双边带（DSB）、光载波抑制双边带（OCS）以及单边带（SSB）的优缺点,最终选择单边带调制作为系统中上下行信号的调制格式。其次本文研究了PON系统中的无色化光网络单元（ONU）技术,分别分析了四种ONU无色化技术:基于波长可调谐激光器技术、基于宽谱光源分割技术、基于法布里-珀罗（FP-LD）激光器技术以及基于波长再利用技术的原理及优缺点。选择基于反射式半导体光放大器（RSOA）波长再利用技术作为本文系统中的无色化ONU方案。之后基于RSOA实现ONU无色化方案构建了OFDM-RoF-PON系统,仿真分析了OFDM-RoF-PON系统上下行传输性能,结果显示当下行信号采用传输速率为10Gbit/s的单边带（正交振幅键控）4/16QAM调制信号时,系统传输误码率在接收光功率为-19.5dBm时可以达到10-10,满足了实际传输的需要。系统上行采用传输速率为10Gbit/s的非归零码（NRZ）信号时,系统眼图结果睁开程度较大,传输性能较好。最后,本文研究了抑制OFDM信号较高PAPR的几种技术:限幅类技术、编码类技术以及概率类技术,选择改进概率类技术中的选择性映射（SLM）技术来降低系统中OFDM信号PAPR。改进后SLM技术具有计算复杂度低、抑制PAPR能力更好等优势,之后将改进的SLM技术引入到OFDM-RoF-PON系统中对系统非线性效应进行抑制,从而实现对系统传输性能的优化。通过仿真分析,结果表明:改进的SLM技术比传统SLM技术拥有更好的抑制PAPR能力,能够在更低的计算复杂度下产生更多的备选信号,同时在OFDM-RoF-PON系统中引入改进的SLM技术后,系统非线性效应得到了抑制,在相同光信噪比条件下,使用改进后SLM技术的系统传输误码率更小,系统传输性能更好。

徐星^[5]（2020）在《大容量宽带无源光网络若干关键技术研究》文中研究表明近年来我国科技发展迅速,高清视频、虚拟现实以及物联网等各种高新网络应用和技术层出不穷,极大的改善了网民的生活体验,基本上实现了万物互联的智能时代。思科白皮书预测在最近五年内,IP网络中的设备数量将飞速增长,达到地球总人口的三倍以上。据统计,截止2019年十月底,我国光纤接入（FTTH/O）用户已达4.16亿户,占固定互联网宽带用户总数的92%。随着宽带服务向高速率迁移,3.7亿固定互联网宽带用户能够实现100Mbps及以上接入速率,占总用户数的81.8%。宽带无源光网络作为连接骨干网和用户侧的桥梁,需要提供更大的系统容量、更高的传输带宽和信号质量,以及更低延时的灵活资源调度算法,从而满足日益增长的网络用户数量和各式各样的网络业务。随着网络规模的不断扩展,无源光网络的高能耗问题愈加突出。实现宽带无源光网络的大容量、高节能以及低延时性能,将是首先被考虑到的关键技术,在全球范围内引起了广大企业和学者的研究。星座成形作为一种数字信号处理技术,能够提升系统传输容量,改善信号传输质量,在光接入网中得到了热门的研究和应用。软件定义网络作为一种全新的组网方式,可以对无源光网络进行集中管理,实现资源的按需分配,从而为日益复杂的网络架构提供高效的节能规划。同时,用户需求的多样化和网络业务的细颗粒度和低延时需求将成为制约网络高效运行的重要因素。因此有必要对动态带宽分配算法进行研究,最优化地实现网络带宽资源的调度,从而避免频繁的阻塞丢包和降低数据包在无源光网络中的传输时延。本论文在研究大容量宽带无源光网络的基础上,重点研究了网络传输容量的提升方案,通过结合星座成形中的几何成形和概率成形技术,对误比特率、光信噪比、接收机灵敏度等系统性能进行改善,有效提高了系统的传输容量。将软件定义网络的策略应用到无源光网络的控制层面,实现了网络的集中管理和传输波长的灵活调度,大大降低了系统的能耗。充分考虑无源光网络的应用场景和特定流量特征,实现了网络资源的动态灵活调度,对不同优先级用户带宽进行有效公平的自适应管理,实现了网络利用率的最优化,提高了网络的数据吞吐量,为业务数据流的低时延性能需求提供良好的传输平台。论文的主要研究工作和创新点如下:1.基于符号级标签和菱形调制的PS-WDM-PON扩容传输方案在研究WDM-PON与星座成形数字信号处理技术的基础上,提出了一种基于符号级标签和菱形调制的PS-WDM-PON扩容传输方案。该方案通过增加低能量值信号点的发射概率,使得星座图的能量集中度有了极大的提高,降低了对信号发射功率的要求,提高了系统的误比特率性能。实验研究表明:在25公里PON的实验系统中,当误码率门限值为1*10-3时,16-9 CAP的概率成形信号相比于传统的16-CAP信号有了 2dB的光接收机灵敏度的改善,有效的提升了系统的传输容量和信号质量。2.基于星座结构优化的IM/DD OFDM-PON扩容传输方案在研究OFDM-PON的基础上,提出了一种基于星座结构优化的IM/DD OFDM-PON扩容传输方案。通过对星座图中不同环上信号点的几何位置设计,信号点能够更加向内部汇聚,实现了星座品质因子的最大化。同时,优化星座中信号点概率分布模式,使得信号平均功率得到降低。通过系统平台的搭建和数字信号处理技术的应用,实现了 PON中不同符号速率和信息熵下的传输实验验证。实验研究表明:与传统的调制方案相比较,光接收机灵敏度在1*10-3的误比特率条件下有了 1.5 dB的提升,有效降低了系统发射功率。此方案所具有的低功耗、经济实现以及低计算复杂度等优势使得接入网中的各种应用场景能够在低成本下得到较大的传输容量和较高的信号质量。3.高节能效率的SD-TWDM-PON方案在研究SDN基本理论和应用的基础上,提出了一种具有高节能效率的SD-TWDM-PON架构,动态对各种网络资源进行自适应地调度和供应,使得在光线路终端和光网络单元中可以实现流水线式的操作管理。根据网络负载情况,在节能性、链路速率、时隙分配和QoS性能之间动态实时进行权衡和裁决,实现接入网的全局性持续稳定高效运行。仿真研究表明:与传统无节能机制的光接入网相比较,该架构能够在保证QoS要求的情况下,降低多达75%的光线路终端收发机能耗。此外,该方案还能在确保平均包时延、抖动和数据吞吐量等性能的要求下,通过合理的链路速率和光收发机配置,实现高节能SD-TWDM-PON的持续高效运行。4.TWDM-PON的低时延动态带宽分配方案针对无源光网络的高效网络性能,提出了一种基于QoS的低时延TWDM-PON动态带宽分配算法。通过对高优先级业务优化带宽分配,并结合轮询和用户预留机制,实现了高负载率下多达16%的网络利用率提升和35%的平均数据包时延降低。提出了一种基于改进型随机早期检测的自适应资源调度方案,通过对转发队列的门限值进行灵活调整,实时动态地降低了时延敏感性业务的阻塞率,确保了突发性流量能够得到有效公平的带宽分配。仿真研究表明:与传统网络相比,数据总吞吐量提升了 12%,网络数据包时延降低了多达33%,很好满足了物联网时代对光接入网中业务低时延性能的迫切需求。

郑俊文^[6]（2019）在《基于多载波光源生成结构的RoF-WDM-PON系统研究》文中研究表明随着数据时代的到来,为了适应用户对数据业务的需求变化,电信服务必须逐渐向综合化、数字化、智能化、宽带化和个性化转变,另外,同步数字体系、无源光网络及波分复用技术逐渐成熟并投入使用,使得电信网、广播电视网、互联网三网融合成为可能。当前,如何提高服务质量和通信网络灵活性已成为电信专家和运营商密切关注和研究的课题,光载无线技术是一种结合了光纤通信传输带宽大、损耗低、抗电磁干扰强和无线通信接入灵活等特点的通信技术。波分复用无源光网络技术具有传输距离远、效率高、带宽大、安全性好等特点,将光载无线技术与波分复用无源光网络相结合可以满足人们对网络传输容量、多业务需求、接入灵活性等需求,这种技术上的结合将成为通信“最后一公里”问题极具潜力的解决方案。本文针对RoF技术、PON技术、WDM-PON技术,主要进行了以下讨论:简要介绍了微波光子学、RoF技术、PON技术的基本原理与特点,分析了WDM-PON系统的的基本结构与关键技术,比较了三种实现无色ONU的技术特点,总结了WDM-PON系统与传统的TDM-PON系统相比所具有的技术优势。提出了基于外调制器的多载波光源发生器结构,仿真验证了该结构的可行性,产生了超宽带平坦多载波光源,得到了平坦度小于0.9dB、频谱宽度在THz以上的平坦多载波光源,分析了系统生成的多载波光源频率间隔可调性以及多载波光源的子载波数量与平坦度的影响因素。将该结构应用于RoF-WDM-PON系统中,解决了传统波分复用系统使用的光源数量多、不易协调、设备维护管理不便等问题。提出了一种基于偏振复用的RoF-WDM-PON双向传输系统,利用偏振复用技术实现了ONU的无色化,简化了RoF-WDM-PON的系统结构,上下行信号均采用NRZ-OOK调制信号调制,下行无线信号基于基本的相干检测原理实现了RoF系统的高频无线信号传输,上行信号采用直接检测技术实现了低误码率的基带信号远距离传输,使用光学仿真软件Optisystem进行了仿真,仿真分析了下行信号、上行信号的光谱图、眼图及Q因子的变化情况,通过仿真结果得出,上下行信号能够稳定的传输,系统具有良好的传输性能。

彭扬名^[7]（2018）在《探讨新型无源光接入网的关键技术应用》文中认为为了满足宽带接入对带宽的需求,要关注光接入网在宽带接入的应用,分析新型无源光网络的OCDMA/WDM系统结构,使之具有良好的安全使用性能,并探讨和分析新型无源光接入网的关键技术,例如:正交波分复用无源光网络系统的超连续谱光源技术、光纤光栅技术等,更加灵活地处理带宽资源,提升带宽效率,改善和优化网络系统性能。

Network）。时分波分复用无源光网络是通过对两个复用（时分复用和波长复用）进行组合,从而增加带宽的大小,提高用户的服务质量。由于对高传输速率的需求越来越大,时分波分复用无源光网络（TWDM-PON）的研究已经引起越来越专家学者的关注。考虑到波长的灵活性和多用户的接入,以及网络各单元（ONU）之间的公平性,提高用户的服务质量已成为必要。对于ONU之间的公平性来说,大多数学者都是基于EPON（Ethernet Passive Optical Network,以太网无源光网络）进行研究.在TWDM-PON网络中考虑ONU之间公平性的研究很缺乏甚至没有。本文的主要工作为根据每个ONU的负载请求和时分波分复用无源光网络的工作原理提高ONU之间的公平性。针对如何公平的分配带宽和使用一个波长的公平时延,本文提出一种算法即带宽和时延的公平性算法（Bandwidth and Delay Fairness BDF Algorithm）。仿真结果表明,“宽和时延的公平性算法”具有可行性。

冯翰林^[9]（2016）在《WDM-PON中的瑞利后向散射（RB）噪声抑制技术》文中进行了进一步梳理随着信息技术的快速发展,各种宽带宽网络业务如超高清视频点播、网络云存储/计算、企业专用网等逐步应用,终端用户的接入带宽需求呈快速增长的趋势。波分复用无源光接入网（WDM-PON）通过采用波分复用技术能够有效地提升网络的整体容量,并具有多方面的优势:（1）带宽资源大:WDM-PON的用户采用特定的波长,可以独享该波长上的全部带宽。当用户数量增多时,只需要在系统中增加新的波长资源,避免了由于共享带宽而导致的单用户带宽减少;（2）升级简单:与采用复杂同步和定时协议的以太网无源光网络（EPON）和吉比特无源光网络（GPON）系统相比,WDM-PON系统对业务透明,可以兼容不同的传输速率,在升级时不需要更换系统的全部设备;（3）功率预算高:WDM-PON采用波分复用/解复用器,具有较低的损耗,ONU数量的增加不会导致系统传输损耗的提升,有利于提高网络的覆盖范围;（4）安全性好:与采用广播的方式发送下行信号相比,WDM-PON的每个ONU工作在不同波长上,不能接收其它ONU的信息,提高了网络的安全性。为了进一步降低WDM-PON的部署成本,可以沿用现有的单纤双向传输结构,同时配合“无色化ONU”,能够简化WDM-PON系统的复杂度。但是,基于单纤双向传输的WDM-PON中存在严重的瑞利后向散射（RB）噪声,会限制系统的传输性能和覆盖范围。本论文主要围绕WDM-PON系统的RB噪声抑制技术,提出了几种新颖的RB噪声抑制方案,以提高WDM-PON的性能,具体的工作可以分为以下几个方面:1.基于DPSK解调的WDM-PON中RB噪声抑制技术差分相移键控（DPSK）信号能够增强光纤通信系统的抗色散和非线性性能,但是将DPSK信号应用到WDM-PON中还存以下挑战:（1）现有的DPSK解调方案对比特率灵活的信号支持性较差,难以满足在WDM-PON中的应用;（2）在基于单纤双向传输WDM-PON中,RB噪声将降低上行方向DPSK信号的接收性能,针对这两个问题,本论文开展以下的研究:（1）提出了基于注入锁定法布里-佩罗激光器（FP-LD）的比特率透明DPSK信号解调方案,对FP-LD在自由发射和注入锁定时的偏振态进行了研究。利用相位调制器（PM）产生DPSK信号的频率偏移,实现在相位变化时FP-LD的注入锁定不稳定状态,获得了对应于每个相位变化的偏振态改变,最后通过提取出特定的偏振态信息,完成DPSK信号的解调。实验验证了从1.25 Gb/s范围内,比特率透明的DPSK信号解调,能够适用于比特率可变的WDM-PON。（2）提出了基于自注入锁定FP-LD的波长转换和RB噪声抑制方案。在FP-LD注入锁定不稳定状态的基础上,利用外部PM产生的DPSK信号实现FP-LD的纵模红移,破坏原有的稳定自注入锁定状态,而在每个相位变化时,FP-LD的自注入锁定都会恢复,导致在原有的自注入锁定纵模上产生功率差异,在接收端提取出这种功率变化,就能完成DPSK信号的解调;同时利用自注入锁定纵模作为上行重调制光载波,能够降低与下行外注入DPSK信号之间产生RB噪声,消除了 km单纤双向传输导致的误码门限。2.基于“无色化ONU”的WDM-PON中RB噪声抑制技术“无色化ONU”技术能够降低WDM-PON用户端的成本和复杂度,简化网络的管理和维护功能。利用“无色化ONU”技术实现WDM-PON中RB噪声的抑制,可以有效降低RB噪声对上、下行接收信号的影响。现有的基于“无色化ONU”的RB噪声抑制方案在系统结构上还较为复杂,需要重新设计整体网络结构或者采用成本较高的光电器件。为此,本文提出了两种“无色化ONU”结构用于WDM-PON中的RB噪声抑制:（1）基于级联半导体光放大器（SOA）的载波RB噪声抑制方案。对级联SOA结构的高增益饱和效应产生的类高通滤波特性进行了研究,将其应用到了“无色化ONU”中,对下行多子载波信号的中心载波进行抑制,实现了与调制器偏置点无关的中心载波抑制方案,降低了与下行种子光反射的信号在中心载波处的载波RB噪声;并与光线路终端（OLT）中的微波光子滤波器（MPF）相结合,同时抑制了高频频段的载波RB噪声,实现了 45 km的10 Gb/s光环回上行传输。（2）基于级联反射式半导体光放大器（RSOA）的信号RB噪声抑制方案。在重调制WDM-PON中,利用级联RSOA结构改善了单级RSOA的增益饱和效应,提高了对下行高消光比幅度调制信号的擦除性能,使下行信号的消光比增加到11 dB,增强了下行方向的抗噪声性能;在上行方向,该级联RSOA结构还可以抑制反射回ONU的信号RB噪声,实验验证了 30 km的光环回无误码传输。3.基于上行实时外差接收的WDM-PON中RB噪声抑制技术在WDM-PON中,采用基于外部种子光的光环回结构,能够简化用户端的光源部署,并配合ONU中的调制器实现上行高速传输。但是,由于种子光经过上、下行双向传输,会产生较高的插入损耗。此外,光环回结构WDM-PON的RB噪声也会限制系统的上行性能,所以需要在OLT的接收端采用特殊方式进行上行信号的接收。本文提出了基于电吸收调制器（EAM）的干涉噪声抑制方案,设计了基于EAM的上行实时外差接收机来抑制WDM-PON系统中的RB噪声:（1）基于EAM的干涉噪声抑制。对EAM非线性调制曲线的零斜率区和线性调制区的性能进行了研究,分别用于压缩噪声幅度和放大信号幅度。分析了不同偏置电压下EAM的噪声抑制性能,利用基于EAM的接收机实现了从2.5 Gb/s～10 Gb/s的比特率透明干涉噪声抑制。（2）基于EAM上行实时外差接收WDM-PON中的RB噪声抑制。将EAM用于外差接收机中,实现了 5 Gb/s的上行外差接收,提高了 WDM-PON的上行接收灵敏度,并利用EAM的非线性调制曲线改善了系统的载波RB噪声抑制性能,实现了 45 km的光环回传输。

李正璇^[10]（2016）在《时分波分复用无源光网络关键技术研究》文中研究表明随着高清电视、实时视频会议、3D网络游戏等应用的迅速发展,用户对网络带宽的需求不断提升。得益于光纤的超宽带传输特性,光纤接入已逐步取代传统的xDSL技术,成为主流的接入技术。为了控制运维成本,降低外部设备的电磁干扰和故障率,光接入网主要采用无源光网络（PON）的架构来实现。经过近几十年的发展,PON技术经历了由低速EPON（2.5/1.25-Gb/s）、GPON（1.25/1.25 Gb/s）到10GE-PON（10/1 Gb/s,10/10 Gb/s）、XGPON（10/2.5-Gb/s）的演变。而在带宽需求不断增长的驱动下,光网络亟需进一步升级。ITU-T与全业务接入网组织（FSAN）于2011年开始制定下一代光接入网（NG-PON2）技术标准。经过广泛研究与讨论,综合考虑技术成熟度,后向兼容性及升级成本等因素,基于波长堆叠技术的时分波分复用无源光网络（Time PON—TWDM-PON）结构成为优选方案。其中涉及到的关键技术如上行无色光源、用户端波长选择接收、色散管理、能耗控制等也逐渐成为企业界和学术界研究的热点。此外,更长的接入距离和更高的接入速率是未来接入网的发展趋势。长距离光纤传输对系统的功率预算和色散管理提出了更高的要求;而高速信号传输中涉及的高阶调制和解调技术也是亟待解决的重点和难点。同时,接入网与用户直接相关,是整个光通信网络的“最后一公里”,从而决定了接入网系统对成本十分敏感。因此,如何在满足系统指标要求的前提下降低技术难度和器件成本,甚至用低成本器件实现更高的性能,成为开展下一代接入网研究的重要方向。本文围绕光接入网的高速化、长距离化、低成本化升级过程中涉及到的关键技术展开了如下工作:1.基于RSOA的N×10/1.25-Gb/s TWDM-PON系统演示TWDM-PON系统要求光网络单元（ONU）端的收发模块无色化,具有波长通用性。即收发机可在一定波长范围内控制输出的波长及选择接收任意一个下行波长。从而可使整个系统中每个用户的ONU一模一样,这对于运营商的安装和维护十分方便,可以极大地降低运维成本。反射型半导体光放大器（RSOA）可以看作一种宽谱光源,当有种子光对其进行注入锁定时,可以得到和种子光同样波长的激光输出。注入锁定包括外部注入和自激两种方式。在本文中,我们提出利用RSOA和可调光滤波器形成的自注入锁定环形激光器作为上行无色光源,信号可直接调制在RSOA上,从而得到一个低成本、无色化的ONU收发模块。基于此无色化的ONU结构我们开展了如下工作:1)基于RSOA和可调滤波器的上行无色光源利用RSOA和可调滤波器组成的自注入锁定环形激光器,得到了RSOA在自注入锁定状态下的激光输出。调制信号可以直接加载到RSOA上,激光器的输出波长可以通过调节滤波器的中心波长来控制,实现了ONU的无色发射功能。2)基于单个滤波器的同时上行无色光源产生和下行波长选择由于RSOA的波长红移效应,上行激光器发出的中心波长与光滤波器的中心波长存在少量偏移,从而导致上下行波长之间产生一定的波长差,避免了上下行信号间由于反射和后向瑞利散射产生的串扰。利用此特性,在ONU中使用同一个光滤波器,同时实现了上行无色光源的产生和下行波长的选择。3)上下行非对称N×10/1.25 Gb/s系统演示利用提出的上行无色光源及系统架构,进行了波长堆叠的N×10/1.25 Gb/s系统演示。2.基于DML的对称40 Gb/s TWDM-PON系统演示受限于RSOA的调制带宽,上述基于RSOA的环形激光器只能支持不超过2-Gb/s的调制速率。为了进一步提高上行速率,我们提出利用低成本的波长可调谐直调激光器（DML）作为上行光源,调制速率可达到10 Gb/s。但直接调制会产生较强的频率啁啾,使信号消光比降低,光谱展宽。在光纤中传输时,啁啾与色散相互作用,会使信号发生严重的畸变。对此,我们展开了如下三个方面的工作:1)基于光滤波的色散管理方案我们提出在ONU端利用光滤波器对直调信号的光谱进行整形,将啁啾产生的频率调制转化为强度调制,从而提高信号的消光比,并实验演示了10-Gb/s直调信号的40 km光纤传输。另一方面,为了消除滤波器的插入损耗对系统功率预算的影响,我们提出将啁啾管理滤波器调整到接收端的改进方案,以进一步提高系统的功率预算。2)基于上下行共用滤波器的系统结构设计在下一代光接入网中,波长堆叠的架构导致ONU端需要下行波长选择器件。同时,ONU端采用波长可调谐的直调激光器作为上行光源,从而导致上行信号需要光滤波器来进行啁啾管理。因此,我们提出在ONU端使用同一个滤波器同时实现这两种功能,降低ONU的成本。上行啁啾管理中的偏移滤波机制使得上下行波长之间存在一定的波长间隔,从而可以避免上下行信号之间由于反射或后向瑞利散射产生的串扰。3)上下行对称40 Gb/s TWDM-PON系统演示基于上述方案,进行了上下行对称40Gb/s容量的TWDM-PON系统演示。在不同的滤波器位置下,分别得到31 dB和39 dB的功率预算。4)利用码型转换消除上行信号放大过程中的码型效应为了提高系统功率预算,需要提升上下行信号入纤功率。当ONU端激光器输出功率较低时,通常采用体积小、易集成的SOA对信号功率进行放大。为了避免放大过程中码型效应对信号的影响,提出利用SOA的增益饱和特性和自相位调制效应实现码型转换,从而得到较高的上行入纤功率。3.接入距离延长和功率预算提升方案长距离、高分光比的光接入网可以降低每个用户的成本,且有利于OLT的聚合和管理。相比普通接入网而言,长距离光接入网中的光纤损耗和分光器损耗更高,因此需要较高的功率预算,光纤传输中累积色散量更大,因此通常采用外调制结合相干检测实现。我们提出利用直调直检方案,结合光谱整形的色散管理技术,围绕长距离光接入网展开了如下几个方面的工作:1)直调信号与外调信号性能对比通常认为,直调相比外调制得到的信号质量差,外调制更适合长距离光纤传输。但在长距离接入的应用场景下,系统的高功率预算需要可支持尽量高的入纤功率的调制格式。通过对比发现,外调信号的光谱都有很强的载波分量,而直调信号没有。从而使得直调信号可支持更高的入纤功率。2)基于单个光延迟干涉仪（DI）的上下行多通道色散管理针对长距离传输中的色散问题,提出利用光延迟干涉仪（DI）作为周期性滤波器实现上下行多通道的双向色散管理,从而实现了直调信号的100-km长距离传输。3)100公里长距离光接入网系统演示利用直调信号的高入纤功率特性,结合基于光谱整形的色散管理技术和OLT和ONU端的前置放大技术,实现了对称40 Gb/s TWDM-PON系统演示,可以支持100-km光纤传输,并得到了53dB的功率预算。4.基于10GHz器件的100 Gb/s TWDM-PON系统演示随着40G TWDM-PON标准的日益成熟,针对更高调制速率的研究逐渐展开。在前面工作的基础上,我们对基于低速器件的高速信号调制展开研究,利用频响为10GHz的DML和PIN实现了下行方向基于如下调制格式的100G TWDM-PON系统演示:1)单波长28 Gb/s Duobinary信号直接调制、传输与解调利用激光器和接收机的低通响应特性,得到电双二进制调制（Duobinary）。同时结合光滤波的色散管理方案,实现了28 Gb/s duobinary信号的40km传输。2)单波长25 Gb/s PAM-4信号调制、传输及解调利用高阶调制码型—四电平幅度调制（4-PAM）将对器件的带宽需求降低到10GHz。同时结合光滤波的色散管理方案,实现了25Gb/s PAM-4信号的直接调制、40 km传输及直接检测。3)单波长25 Gb/s NRZ-OEQ直接调制、传输与解调利用光均衡滤波（OEQ）方案改变信号的频谱分布,从而使闭合的眼图张开,实现基于10GHz器件的25-Gb/s二电平（OOK）调制。同时,结合光滤波的色散管理,实现了40 km的光纤传输。通过对比实验结果,基于光滤波均衡实现的NRZ-OEQ方案能够支持更高的入纤功率,同时比多电平调制具有更高的灵敏度;此外,与Duobinary和PAM-4格式相比较,OOK解调技术相对成熟,实现简单;虽然受器件带宽限制,经过光均衡处理后信号速率仍然只能达到26 Gb/s,无法实现更高速的调制,但可以满足100G PON的要求。因此NRZ-OEQ是100G PON的一种低成本、可靠的方案。

（1）论文研究背景及目的

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

（1）二维光编解码无源光网络链路健康精准检测关键技术研究（论文提纲范文）

（2）OCDMA-PON系统中地址码编码方案及其性能的研究（论文提纲范文）

（3）基于概率整形调制的波分复用无源光网络系统（论文提纲范文）

（4）基于OFDM的RoF-PON系统性能优化研究（论文提纲范文）

（5）大容量宽带无源光网络若干关键技术研究（论文提纲范文）

（6）基于多载波光源生成结构的RoF-WDM-PON系统研究（论文提纲范文）

（7）探讨新型无源光接入网的关键技术应用（论文提纲范文）

（8）时分波分复用无源光网络中ONU公平性研究（论文提纲范文）

（9）WDM-PON中的瑞利后向散射（RB）噪声抑制技术（论文提纲范文）

（10）时分波分复用无源光网络关键技术研究（论文提纲范文）

• [1]二维光编解码无源光网络链路健康精准检测关键技术研究[D]. 戈志群. 东南大学, 2020(02)
• [3]基于概率整形调制的波分复用无源光网络系统[D]. 肖庆华. 华侨大学, 2020(01)
• [5]大容量宽带无源光网络若干关键技术研究[D]. 徐星. 北京邮电大学, 2020(01)
• [7]探讨新型无源光接入网的关键技术应用[J]. 彭扬名. 科技资讯, 2018(36)
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