检索结果-南通市图书馆

作者：俞嘉生杭州电子科技大学

学位级别：硕士

无源光网络(Passive Optical Network,PON)作为一种终端接入技术,是低成本解决宽带光接入问题的最佳方案之一。然而,目前已经大量铺设的PON系统由于其上下行接入带宽较低,难以满足宽带业务长期发展需求。在此背景下,下一代PON(Next Gene... 详细信息

无源光网络(Passive Optical Network,PON)作为一种终端接入技术,是低成本解决宽带光接入问题的最佳方案之一。然而,目前已经大量铺设的PON系统由于其上下行接入带宽较低,难以满足宽带业务长期发展需求。在此背景下,下一代PON(Next Generation Passive Optical Network,NG-PON)系统需要在功能和性能等方面得到进一步升级。近年来,基于低成本光电器件的高速率NG-PON系统是当前国内外学术界和工业界关注的重点。在这些系统中,光电器件带宽限制及光纤累积色散产生的码间串扰将严重影响系统性能,进而影响了PON系统的接入能力。为此,如何提升低成本、高速率NG-PON系统的性能也成为了当前NG-PON研究的热点之一。在众多方案中,基于数字信号处理的均衡方案以补偿码间串扰的影响被认为是解决上述问题的有效措施之一。为此,本文主要研究了低成本、高速率NG-PON系统中的新型高效均衡方案。首先,本论文对低成本高速率NG-PON系统的特性进行了分析和系统建模;在此基础上,提出了基于特征构建以及特征工程方案的改进型机器学习均衡算法;然后,对提出的新型算法进行了理论推导;最后,通过搭建了基于10G低成本收发机的高速率传输实验,用于进一步验证所提出的几种算法的有效性。本文主要包括以下几个部分内容:(1)介绍了NG-PON的研究意义及在其高速率低成本系统中的信道均衡研究背景、基本原理和部分关键技术;分析和总结了国内外研究现状及优缺点。(2)对低成本高速率NG-PON系统的信道特性进行了建模,提出适合该信道的特征构建方案;在此基础上,提出了用于低成本高速率NG-PON系统的基于特征构建的改进型支持向量机(support vector machine,SVM)算法;通过理论推导进一步验证了该方案在低成本高速率NG-PON系统中的线性可分性,在实现性能大幅提升的同时降低了计算和实现复杂度;算法的可行性通过单波长速率25-Gb/s的NRZ和50-Gb/s的PAM-4的NG-PON传输实验中进行了验证。(3)为了解决传统SVM方案需要组合多个分类器实现高阶调制信号均衡任务所带来的复杂度问题,在上一章所提出的特征构建方案基础上,提出了用于高阶调制NG-PON系统的只需唯一SVM以实现多分类均衡任务的新颖方案,在性能几乎没有损失的情况下降低了SVM在高阶调制系统中的复杂度。该方案在基于50-Gb/s每波长的PAM-4信号NG-PON实验系统中进行了验证。(4)针对K近邻(k-nearest neighbor,KNN)算法在低调制带宽NG-PON系统性能有限的问题,提出了基于特征工程的改进型KNN算法;所提出的特征工程方案结合了高速低成本NG-PON系统与KNN算法的特点,将原始接收数据转换为更适合系统和算法特性的数据,从而显著提升了KNN算法在NG-PON系统中的性能。该方案的可行性在基于25-Gb/s的NRZ和50-Gb/s的PAM-4每波长的NG-PON系统实验中得到了验证。

关键词： NG-PON 信道均衡支持向量机特征工程多分类 K近邻

基于数字混沌的OFDM-PON物理层安全性增强技术研究

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基于数字混沌的OFDM-PON物理层安全性增强技术研究

作者：卓先好杭州电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着IPTV、4k/8k视频、虚拟现实等新兴业务的不断涌现,终端用户对接入带宽、接入容量和接入业务能力的需求越来越高。无源光网络（Passive Optical Network,PON）作为一种有效的终端接入技术可实现光纤到户（Fiber To The Home,F... 详细信息

近年来,随着IPTV、4k/8k视频、虚拟现实等新兴业务的不断涌现,终端用户对接入带宽、接入容量和接入业务能力的需求越来越高。无源光网络（Passive Optical Network,PON）作为一种有效的终端接入技术可实现光纤到户（Fiber To The Home,FTTH）被认为是低成本解决宽带光接入问题的最佳方案之一,已成为未来光接入网的重要发展方向。同时,光正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）以其高频谱利用率,灵活的资源分配,低成本和抗色散能力强等优点被广泛研究,已为下一代PON系统研究的主流技术之一。然而,由于PON系统采用点到多点的集中网络架构,下行数据传输采用广播的信息分发模式极易被非法者窃听,对用户的隐私安全造成了极大威胁。为此,本文针对如何在OFDM-PON系统中实现基于数字混沌的物理层加密算法展开了研究。本文首先从混沌的原理出发,分析混沌的基本特性以及应用于加密的优势,结合OFDM调制过程实现数据在时频域的混沌加密;再者,通过理论和仿真验证了所提出的新型混沌序列生成技术,OFDM-PON系统的物理层安全性增强方案,OFDM-PON系统的抗选择明文攻击加密方案以及密钥保护方案;然后,采用强度调制/直接检测方式在20km单模光纤上进行10Gb/s的OFDM信号传输验证上述方案。其中主要研究内容包括以下几个部分:（1）介绍了OFDM-PON系统安全性研究的背景和意义,阐述了国内外的OFDM-PON传输系统的物理层混沌加密研究现状,并分析了目前国内外研究方案所存在的缺陷,以及提出了相应的改进方法。（2）提出了应用于OFDM-PON系统的新型混沌序列生成技术,并通过混沌吸引子的相位图和李雅普诺夫指数,验证了所生成混沌序列的高度随机性。（3）设计了基于数字混沌加密的OFDM-PON系统物理层安全性增强方案,并针对OFDM调制出现的高峰均功率比（Peak to Average Power Ratio,PAPR）而带来系统性能降低的问题,提出混沌啁啾矩阵方案和混沌子载波预留法方案用于同时实现OFDM信号的PAPR降低和数据加密;此外,针对OFDM-PON系统的物理层加密方案中密钥空间小和明文扩散性弱的问题,提出了细胞自动机来扩展密钥空间和明文扩散。（4）研究了OFDM-PON系统的抗选择明文攻击加密和动态密钥方案,针对传统加密方案中明文和密文的单一映射关系,提出了基于细胞神经网络的Feistel变换加密方案来生成动态密文,达到明密文间动态的映射关系。针对密钥分发的安全性问题,提出了动态密钥同时实现密文的动态变化和密钥保护。

关键词： OFDM-PON 数字混沌物理层加密抗选择明文攻击动态密钥 PAPR降低

基于IMDD的短距离光通信系统中的高效能均衡方案研究

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基于IMDD的短距离光通信系统中的高效能均衡方案研究

作者：孙雨潼杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着各种新兴业务的涌现,网络用户对信息传输速率和质量要求越来越高,这将在一定程度上给未来网络进一步发展带来极大挑战。为此,承载大容量信息的光纤网络亟待向大带宽、高速率、高质量等方向发展。而作为距离用户最近的传输系统,短距... 详细信息

随着各种新兴业务的涌现,网络用户对信息传输速率和质量要求越来越高,这将在一定程度上给未来网络进一步发展带来极大挑战。为此,承载大容量信息的光纤网络亟待向大带宽、高速率、高质量等方向发展。而作为距离用户最近的传输系统,短距离光通信系统同样需要支持大带宽、高速率的传输。短距离光通信系统主要应用在光接入网、数据中心光互连等场景,这些场景下对系统升级成本较为敏感。因而如何高效能、低成本实现短距离光通信传输系统成为了当前研究热点。而在短距离光通信传输系统的诸多候选方案中,基于大带宽、高性能的强度调制直接检测(Intensity Modulation Direct Detection,IMDD)传输技术因其成本低、铺设简单等优点在短距离光通信系统中得到了业界的广泛关注。然而,在该系统中,因光电器件线性/非线性噪声、直接调制激光器(Directly Modulated Laser,DML)啁啾、光纤色散及各种损伤间的相互作用严重影响了系统传输性能。为此,本文聚焦于IMDD的短距离光通信系统中的均衡方案,研究补偿效果好、复杂度低的切实可行的系统均衡方案,用于高效能地实现基于IMDD的短距离光通信系统,具体工作如下:1)首先,概述了基于IMDD的短距离光通信系统均衡方案的研究意义和背景,通过总结分析国内外研究现状,提出现有均衡方案存在对系统性能提升有限或计算复杂度过高等问题;接着,分析了基于IMDD的短距离光通信系统中的损伤,包括DML非线性损伤、低调制带宽光电器件的带宽受限效应、光纤色散及其相互作用等。搭建了传输80 Gb/s四进制脉冲幅度调制(Quaternary Pulse Amplitude Modulation,PAM-4)信号和传输80 Gb/s不归零(Non-Returnto-Zero,NRZ)信号的基于IMDD的短距离光通信系统实验和仿真平台,并在该平台上对传统均衡算法的性能进行测试,为本文所设计的均衡方案提供对比数据。2)为了克服传统非线性均衡器计算复杂度高、性能提升有限等问题,本文设计了基于线性判别分析(Linear Discriminant Analysis,LDA)和基于多符号输出的特征简化Volterra均衡方案,并分析对应方案的原理,通过基于IMDD的短距离光通信系统仿真和实验平台对所设计的两种方案进行了可行性验证。其中,基于LDA的方案通过选择对系统性能提升贡献大的特征降低计算复杂度,仿真和实验结果表明仅用30%的特征数量即可达到与传统Volterra均衡器类似的均衡效果。基于多符号输出的方案通过优化Volterra的输入输出结构,减少对输入高阶特征的重复计算,在获得相同数量级的误码率的条件下,所设计方案仅需传统Volterra均衡器约33.4%的乘法次数和加法次数。3)为解决神经网络均衡方案存在结构复杂难以在实际系统中应用的问题,本文提出采用迁移学习思想降低基于神经网络均衡方案的训练复杂度。在此基础上,设计了基于简单全连接深度神经网络、循环神经网络、门循环单元神经网络迁移的简化均衡方案,使用Adam自适应优化算法合理调整神经网络中参数的学习率,并引入丢弃层减少出现过拟合现象的风险,设计三种不同的微调方法实现神经网络迁移。通过基于IMDD的短距离光通信系统实验平台对所设计的三种方案进行了验证;结果表明三种基于神经网络迁移的简化均衡方案分别仅需要30%、35%、50%的训练序列长度和23.5%、28.2%、26.7%的迭代次数即可获得稳定的性能,并且能够实现与传统基于神经网络的均衡方案几近相同的误码率性能。这些方案的设计,为未来基于神经网络均衡器在短距离光通信系统中的应用提供一定的技术支持。

关键词：信号均衡短距离光通信特征构建 Volterra 迁移学习神经网络

IMDD-UFMC光传输系统中的非均匀量化方案研究

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IMDD-UFMC光传输系统中的非均匀量化方案研究

作者：林嘉芊杭州电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着AI、大数据、云计算等技术的发展,人们对接入带宽的大小和种类的需求也在逐年增长,这在一定程度上需要未来传输网络系统能够满足高容量、异步传输和高频谱效率等多样化传输要求。基于强度调制直接检测(Intensity Modulation ... 详细信息

近年来,随着AI、大数据、云计算等技术的发展,人们对接入带宽的大小和种类的需求也在逐年增长,这在一定程度上需要未来传输网络系统能够满足高容量、异步传输和高频谱效率等多样化传输要求。基于强度调制直接检测(Intensity Modulation Direct Detection,IMDD)多载波调制技术的光纤接入网系统,因具有成本低、抗多径效应效果好、带宽灵活可分等独特的优点,得到了业界广泛关注,并成为当前光纤接入网方向研究的主要技术之一。此外,多载波调制技术尤其通用滤波多载波(Universal filter Multi-Carrier,UFMC)技术权衡了滤波器组多载波调制(Filter-bank multicarrier,FBMC)和正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的优缺点,成为5G空口技术中强有力的候选波形。为了实现5G大容量数据的接入业务,基于光纤链路承载的无线前传接入被提出,并成为当前接入网技术研究的热点。在基于光纤网络的5G接入承载方案中,基于IMDD的多载波调制的光传输系统因具有IMDD结构简单、易于实现和多载波技术的综合优点被广泛关注。然而,在基于IMDD-UFMC光传输系统中,高峰均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)提高了对数模转换器/模数转换器(Digital-to-Analog Conventer/Analog-to-Digital Conventer,DAC/ADC)的精度要求,高比特率DAC/ADC带来的高成本和高功耗问题在一定程度上增加了系统成本和复杂度。因此,如何在保持IMDD-UFMC光传输系统性能甚至提升性能的同时降低量化分辨率成为了该领域内的研究热点。为了有效解决上述问题,本论文主要对光IMDD-UFMC传输系统中的DAC的量化技术方案进行研究,其主要开展的工作如下:1)本文首先介绍了IMDD-UFMC光传输系统中量化方案的研究背景,接着对多载波系统中量化方案的研究现状及其优缺点进行分析,提出同时提升传输性能和降低系统成本的非均匀量化算法方案的研究是IMDD-UFMC光传输系统中亟待解决的问题,并对全文的主要内容及创新点进行总结。2)提出一种解决UFMC系统中存在的高PAPR问题的联合限幅和量化的新型量化方案。建立IMDD-UFMC光传输系统仿真平台对不同限幅比率、不同量化分辨位数、不同IFFT/FFT分辨率的基于限幅的均匀量化方案进行验证。结果表明该量化方案可以降低UFMC信号的PAPR。此外,此仿真实验结果将作为后续非均匀量化方案的性能评判标准。3)通过分析UFMC信号的分布特性,提出了三种基于信号分布估计的非均匀量化方案:基于高斯分布的非均匀量化方案、基于非参数直方图估计(Nonparametric Histogram Estimation,NPHE)的非均匀量化方案和基于核密度估计的非均匀量化方案(Kernel Density Estimation,KDE)。通过基于IMDD-UFMC光传输系统的仿真平台验证了这三种方案的可行性。结果表明这些方案均可不同程度的提高IMDD-UFMC系统的传输性能,其提升效果的排序是KDE量化方案>NPHE量化方案>高斯分布量化方案。4)为了解决基于信号分布估计的非均匀量化方案中计算复杂度随着量化分辨率增加而急剧增加、求解时间难以估计的问题,提出了三种适用于IMDD-UFMC光传输系统的基于聚类算法的非均匀量化方案:基于改进的K均值(K-means)聚类的非均匀量化方案、基于高斯混合模型(Gaussian Mixture Model,GMM)的非均匀量化方案和基于自组织映射(Self-Organization Mapping,SOM)的非均匀量化方案。这些基于聚类算法的量化方案均可在不对信号限幅的情况下进行量化的同时降低系统的实现复杂度,使得求解时间可控。本文在基于IMDD-UFMC的光传输系统仿真及实验平台上验证了方案的可行性。仿真及实验结果表明这三种基于聚类算法的非均匀量化方案能够降低至少1位的DAC量化位数,并在量化位数受限的情况下保证系统的传输性能。本论文提出的多种非均匀量化方案均能够有效提升低量化位数DAC的量化性能,在不同程度上解决了因使用高比特率DAC带来的高功耗及高成本问题,进而保证IMDD-UFMC光传输系统在量化位数受限情况下的性能表现。

关键词：通用滤波多载波数模转换非参数直方图估计 K均值高斯混合模型自组织映射

基于人工神经网络的低时延无线局域网介质访问控制机制研究

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基于人工神经网络的低时延无线局域网介质访问控制机制研究

作者：刘紫馨杭州电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,信息通信技术产业的快速发展对通信网络中信息的实时交互提出了更高的要求。随着基于实时触觉/控制信号传输的时延敏感业务的出现,未来通信网络的时延目标开始进入亚毫秒级时代。无线局域网作为一种具有高度灵活性的通信网络,将... 详细信息

近年来,信息通信技术产业的快速发展对通信网络中信息的实时交互提出了更高的要求。随着基于实时触觉/控制信号传输的时延敏感业务的出现,未来通信网络的时延目标开始进入亚毫秒级时代。无线局域网作为一种具有高度灵活性的通信网络,将成为承载未来亚毫秒级时延业务的关键网络之一。有效降低无线局域网的时延,使其能够更好地实现对亚毫秒级时延需求业务的承载,将极大地推动相关产业的发展并助力工业5.0/社会5.0的实现。本文针对影响无线局域网时延的主要因素之一——介质访问控制机制开展研究,并围绕中心协调的无线局域网,结合人工神经网络技术提出了一种智能混合信道接入(Intelligent Hybrid Channel Access,IHCA)方案。该方案在传统混合协调功能方案的基础上,通过利用人工神经网络判断轮询阶段的空站点和竞争阶段各站点的信道使用概率,优化了轮询阶段站点的轮询和竞争阶段站点初始退避计数值的分配,有效降低了无线局域网的时延,实现了亚毫秒级的时延性能。此外,为了进一步保障亚毫秒级时延业务的服务质量(Quality of Service,QoS),本文在IHCA方案的基础上引入了时延保障机制,设计了增强型智能混合信道接入(Enhanced Intelligent Hybrid Channel Access,E-IHCA)方案。通过在IHCA方案的站点轮询优化中综合考虑业务时延需求和最后一个已被传输的数据包到达站点后经过的时间因素,所提出的E-IHCA方案可有效提高亚毫秒级时延业务的QoS。

关键词：无线局域网介质访问控制低时延人工神经网络服务质量

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CO-OFDM系统相位噪声补偿算法研究

CO-OFDM系统相位噪声补偿算法研究

作者：叶玮胜杭州电子科技大学

学位级别：硕士

相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统结合了相干光技术以及正交频分复用(OFDM)技术,具有频谱效率高、接收灵敏度高以及对色散的鲁棒性等优点,是近年来光纤传输系统中研究的主流方向之一。然而,CO-OFDM系统容易受到相位噪声的影响,特别是发... 详细信息

相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统结合了相干光技术以及正交频分复用(OFDM)技术,具有频谱效率高、接收灵敏度高以及对色散的鲁棒性等优点,是近年来光纤传输系统中研究的主流方向之一。然而,CO-OFDM系统容易受到相位噪声的影响,特别是发送端和接收端的相位不匹配,这将导致系统解调性能的迅速恶化。CO-OFDM系统中,由于采用了多载波调制技术,其符号周期较大,对相位噪声更加敏感,而相位噪声会破坏子载波间的正交性,极易引起公共相位误差(CPE)和子载波间干扰(ICI),从而恶化系统性能。同时,在该系统中,激光器相位噪声在色散光纤种传输后会转换为强度噪声,制约最大传输距离。CO-OFDM系统中的相干检测技术需要精确跟踪传输信号和本地振荡器输出之间的相位和频率,而激光器相位噪声会对其造成干扰。一种直接有效的方法是通过改进激光器的制造工艺来减小线宽,该方法可以减小相位噪声对系统的影响,然而增加了系统成本。因而,准确估计并补偿相位噪声是提升CO-OFDM系统性能的一个亟待解决的关键问题。本文的主要工作主要围绕CPE补偿算法、ICI抑制算法以及非线性判决算法展开,具体内容详述如下:首先,详细论述了CO-OFDM系统的基本原理、CO-OFDM系统中存在的主要损伤以及CO-OFDM系统采用的关键技术,并根据CO-OFDM系统模型建立了基于Opti System和MATLAB软件的联合仿真平台。其次,理论分析了CO-OFDM系统中的CPE相位噪声,分析了传统的基于导频辅助(PA)的CPE补偿算法的频谱效率问题以及传统的基于一维投影图(PH)的CPE盲估计与补偿算法及其带来的以为周期的相位偏差问题;在此基础之上提出了一种基于二维投影直方图导频辅助(PA-2PH)的CPE半盲估计与补偿算法,通过理论推导和仿真对比分析,进一步验证了所提出的算法的有效性。然后,针对CO-OFDM系统中非线性效应,分析了传统的基于硬判决解调的局限性,并根据CO-OFDM系统接收端信号的分布特性,提出将高斯混合模型(GMM)应用于CO-OFDM系统的非线性判决。该方案提出采用基于概率的软判决来补偿非线性效应,通过仿真分析验证了将GMM用于非线性补偿的可行性。最后,针对CO-OFDM系统中的ICI相位噪声,本文将机器学习中的主成分分析(PCA)算法和径向基神经网络(RBF-NN)思想引入到激光器相位噪声的ICI抑制技术中,验证了联合PCA和RBF-NN算法能有效抑制ICI。其中,PCA算法用于信号预处理,基于RBF-NN的ICI抑制算法将预处理后的数据送入RBF-NN进行训练并得到分类模型,从而实现进一步的ICI抑制。

关键词：光纤通信相干光正交频分复用公共相位噪声载波间干扰光纤非线性

基于混沌的数据加密与PAPR降低的OFDM-PON系统算法研究

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基于混沌的数据加密与PAPR降低的OFDM-PON系统算法研究

作者：付小松杭州电子科技大学

学位级别：硕士

光纤通信技术由于具有高速率、大容量、低损耗等优点,在其诞生的50多年里逐渐成为全球数字通信的骨干,为人类提供了高可靠的信息传输服务。与此同时,随着终端用户对宽带业务需求的不断增长,光纤通信系统中引入了频谱利用率高、抗色散能... 详细信息

光纤通信技术由于具有高速率、大容量、低损耗等优点,在其诞生的50多年里逐渐成为全球数字通信的骨干,为人类提供了高可靠的信息传输服务。与此同时,随着终端用户对宽带业务需求的不断增长,光纤通信系统中引入了频谱利用率高、抗色散能力强等优点的正交频分复用(OFDM)技术,并将基于OFDM的光纤通信技术应用到下一代无源光网络(PON)系统中,引起国内外学者的广泛研究。然而,在实际的PON传输系统中,由于其所具有的广播特性使得数据在传输过程中极易遭到非法窃取,从而威胁用户的信息安全。与此同时,OFDM信号的高峰均功率比(PAPR)使光电器件无法保证始终工作在线性区域,使信号的幅度和相位产生非线性失真,大幅降低了传输系统的性能。混沌映射所特有的随机性、初值敏感性等特征可有效与数据加密算法结合,实现信息的安全传输。因而,基于混沌的数据加密与PAPR降低算法作为OFDM-PON系统的安全传输方案,可同时实现OFDM-PON系统的安全传输与性能提升。为此,本文针对如何同时实现OFDM-PON系统中基于混沌映射的数据加密与PAPR降低算法展开了研究。首先通过理论和仿真分析了基于混沌映射的密钥空间扩展算法、PAPR降低与数据加密结合算法、抗选择明文攻击和密钥保护算法的可行性。然后通过实验验证上述方案在OFDM-PON系统中的传输特性。主要包括以下几个部分的内容:(1)首先介绍了 OFDM-PON和混沌加密的研究意义和背景、基本原理以及部分关键技术,详细阐述了 OFDM-PON系统中混沌加密与PAPR降低的国内外研究现状。(2)研究了 OFDM-PON系统中基于混沌映射的密钥空间扩展加密算法:针对OFDM-PON系统物理层数据加密的密钥空间小易遭受暴力攻击的问题,利用混沌映射所独有的特性,充分置乱OFDM时频域与导频位置信息以获取较大的密钥空间,可有效抵抗暴力攻击并增强系统安全性,通过速率为1OG/s的OFDM-PON传输实验验证了两种算法的可行性。(3)研究了 OFDM-PON系统中基于混沌映射的数据加密与PAPR降低结合算法:在OFDM-PON系统中将混沌映射与离散傅里叶变换(DFT)矩阵和格雷互补序列这两种传统的PAPR降低算法相结合,在降低OFDM信号PAPR的同时,对DFT矩阵和格雷序列进行加密,实现数据安全传输与系统性能提升。通过速率为1OG/s的OFDM-PON系统实验验证了混沌DFT矩阵与混沌格雷互补加密算法的实际可行性。(4)研究了 OFDM-PON系统中基于混沌的抗选择明文攻击与密钥保护算法:为有效防止攻击者以选择明文攻击的方式窃取数据,在OFDM-PON系统中提出一种非线性动态加密算法以抵抗选择明文攻击。同时为了防止非法攻击者窃取混沌映射密钥破解加密系统,基于混沌映射改进拉格朗日密钥保护算法从而实现加密系统的密钥保护,并通过速率为10G/s的OFDM-PON传输实验验证了抗选择明文攻击与混沌拉格朗日密钥保护算法的可行性。

关键词： OFDM-PON 混沌映射数据加密 PAPR降低抗选择明文攻击 DFT矩阵格雷互补序列密钥保护

基于UFMC的模拟光与无线传输系统的非均匀量化算法研究

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基于UFMC的模拟光与无线传输系统的非均匀量化算法研究

作者：徐杭甬杭州电子科技大学

学位级别：硕士

近几年,随着5G技术在商用、民用领域的普及,移动网络接入的应用场景的不断拓宽和发展,各种接入设备规模逐年增长,对无线接入网(Ratio Access Network,RAN)的承载提出了更高的要求。面对大带宽、高速率和高频谱效率的要求,基于多载波调... 详细信息

近几年,随着5G技术在商用、民用领域的普及,移动网络接入的应用场景的不断拓宽和发展,各种接入设备规模逐年增长,对无线接入网(Ratio Access Network,RAN)的承载提出了更高的要求。面对大带宽、高速率和高频谱效率的要求,基于多载波调制技术的强度调制直接检测(Intensity Modulation Direct Detection,IMDD)的短距离光纤传输系统是当前主流解决方案之一。其中,IMDD技术由于其成本低廉、实现简单的特点,被认为是当前短距离高速光传输系统的优选方案;在多载波调制技术中,通用滤波多载波(Universal filter MultiCarrier,UFMC)技术凭借其频谱效率高、带外辐射小、抗时频偏性能强等特点,成为当前5G中强有力的候选对象。基于UFMC的IMDD光传输系统是当前的研究热点之一。然而,在该系统中,多载波调制技术带来的高峰均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)以及高比特精度的模数/数模转换器(Analog-to-Digital Converter/Digital-to-Analog Converter,ADC/DAC)要求,一定程度增加了系统的成本和功耗。为此,本文从量化技术方面展开研究,针对UFMC信号的波形分布特性,重点研究非均匀量化方案,来实现高性能、低成本的多载波调制光传输系统。本文的主要研究内容如下:1.首先介绍了基于IMDD的光纤承载无线传输系统,阐述了常用的多载波调制技术的优缺点,通过分析现有基于多载波的IMDD光传输系统中量化技术的国内外研究现状并总结本论文基于IMDD-UFMC光传输系统的非均匀量化算法的研究意义。2.概述了UFMC信号的产生、接收以及光UFMC信号在IMDD传输系统中的传输过程;通过仿真软件,搭建了基于IMDD-UFMC的光传输系统仿真实验平台;以均匀量化为例,阐述量化的原理并对量化噪声的计算进行公式分析,同时推导了基于非均匀量化的量化噪声公式;最后分析了基于快速傅里叶逆变换/快速傅里叶变换(Inverse Fast Fourier transform/Fast Fourier transform,IFFT/FFT)数据精度和限幅技术对多载波系统性能的影响。3.提出了一种应用于IMDD-UFMC光传输系统的基于快速统计估计(Fast Statistic Estimation,FSE)的压扩量化方案,过程等效于非均匀量化,并分析得到一个压扩方案中的最优映射关系;通过理论推导得到基于高斯分布信号源的最优映射关系,并在仿真实验平台上验证了该方案的可行性,其结果表明:基于最优映射函数的压扩量化方案在保证更低的实现复杂度和计算复杂度的情况下,实现了与采用复杂机器学习算法的非均匀量化方案几乎相同的量化性能。4.提出了基于二维K-means聚类和高斯混合模型(Gaussian Mixture Model,GMM)聚类的矢量的非均匀量化方案;结合“速率-失真理论”,阐述了矢量量化技术的理论基础、定义和特点;同时,针对矢量量化码书设计这一关键问题,设计了基于K-means和GMM两种方案;通过理论和仿真实验平台验证了两种方案的可行性,其结果表明:在相同量化比特分辨率下,二维矢量量化方案性能优于一维标量量化。

关键词：强度调制直接检测通用滤波多载波压扩技术最优映射函数矢量量化

支持多业务的下一代PON系统带宽调度算法研究

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支持多业务的下一代PON系统带宽调度算法研究

作者：季晨阳杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着信息技术的不断发展,下一代PON系统不仅需要提供大带宽,还需满足低延迟和高可靠性等差异化业务的服务需求。其中,基于PON系统承载5G业务是当前接入网主要发展趋势。5G业务种类繁多且服务需求差异性大,对基于PON承载多业务系统的带... 详细信息

随着信息技术的不断发展,下一代PON系统不仅需要提供大带宽,还需满足低延迟和高可靠性等差异化业务的服务需求。其中,基于PON系统承载5G业务是当前接入网主要发展趋势。5G业务种类繁多且服务需求差异性大,对基于PON承载多业务系统的带宽调度算法带来了挑战。此外,下一代PON技术需支持大容量高带宽业务的同时其系统升级带来的成本问题是其研究的一大挑战。多租户共享PON成为该问题的有效解决方案,随之而来的共享系统的带宽调度算法也是该系统中亟待解决的问题。为此,本文针对支持多业务的下一代PON系统带宽调度算法展开如下具体研究如下:(1)概述了下一代PON系统及其带宽调度算法、基于PON系统的多业务共存场景和多租户共享PON系统的研究背景意义;分析了支持多业务的下一代PON系统带宽调度算法的国内外研究现状,得到本文需要解决的问题。(2)对支持多业务共存的下一代PON网络构架进行了概述;其中,详细描述和分析了基于PON承载5G多业务的网络构架——Xhaul中接入数据的高层和低层功能分割选项;并重点分析了5G帧结构及为支持多业务而引入的mini-slot结构,这些为支持多业务的Xhaul系统中的调度算法研究提供了基础;概述了支持多租户共享的下一代PON系统构架,并分析了接入网中带宽资源共享需要满足的三个关键要求。(3)对PON系统中多业务共存带来的差异化服务需求问题,本文在基于PON系统承载5G多业务的Xhaul网络中,建立以最大化业务吞吐量为目标、延迟时间为约束的数学模型,并在此基础上提出了一种用于同时支持5G前传、中传网络共存以及EMBB和URLLC业务共存的联合优化算法。该算法的具体方案为:为延迟最为敏感的URLLC业务在每个mini-slot中预留带宽,保证URLLC业务的低延时;采用动态规划的方法为前传网络中的EMBB业务分配能满足延迟约束的带宽;在此基础上,将剩余的带宽按照先来先服务的方式分配给中传网络的EMBB业务。通过搭建仿真系统,对该算法进行了可行性验证。其仿真结果表明,本文设计的算法在满足各种业务的时延要求的同时能有效提高业务数据总吞吐量。(4)对运营商共享PON网络带来的资源分配问题,本文提出了一种基于深度强化学习(DRL)的多租户共享PON系统带宽调度算法。该算法将多租户PON系统映射到强化学习模型中。其中,DRL中的环境为各个待处理的带宽请求和当前剩余带宽,所做的决策为当前时刻选择处理的带宽请求。DRL代理通过与环境交互,不断更新策略参数直至模型收敛,从而完成优化。通过搭建仿真系统,对该算法进行了可行性验证,仿真结果表明所提的算法可以有效提高带宽资源利用率。

关键词：网络共享带宽调度深度强化学习 Xhaul网络多业务共存

MRR FSO通信系统的编码及调制方案研究

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MRR FSO通信系统的编码及调制方案研究

作者：陈天宁杭州电子科技大学

学位级别：硕士

逆向调制（MRR）自由空间光（FSO）通信系统是一种将传统FSO通信系统中的一个终端替换为无光源的MRR终端构成的具有非对称结构的双工通信系统。该技术可以解决传统FSO通信设备体积大、能耗高、频带资源浪费严重、跟踪对准设备复杂等问... 详细信息

逆向调制（MRR）自由空间光（FSO）通信系统是一种将传统FSO通信系统中的一个终端替换为无光源的MRR终端构成的具有非对称结构的双工通信系统。该技术可以解决传统FSO通信设备体积大、能耗高、频带资源浪费严重、跟踪对准设备复杂等问题。然而,光信号在传输过程中会受到双程大气湍流的影响,导致光信号失真,甚至引起通信中断。此外,单光源MRR FSO通信系统可以仅采用单光载波承载光源端与MRR端用户信息,节省该系统的波段资源。然而,光源端在接收MRR端的上行再调制信号时,势必会受到下行信号的串扰,导致光源端解调性能恶化,甚至引起解调失败。为解决上述问题,本文对MRR FSO通信系统中的编码及调制技术展开研究,用于在大气湍流环境中提升该系统的性能,主要研究内容如下:1)本文第一章介绍了MRR FSO通信系统的研究背景及意义,并分析和总结了MRR FSO通信系统中编码及调制技术的国内外研究现状及优缺点。2)本文第二章中,首先,介绍了MRR FSO通信系统结构与信道模型;然后,分析了微角锥棱镜阵列（MCCRA）的相位补偿效果,由理论推导证明了该反射器可以通过产生伪相位共轭因子,实现光载波的波前补偿效果;最后,通过MRR FSO通信实验得到了由MCCRA补偿的光斑图样,证明了MCCRA反射器用于MRR FSO通信系统可以提升链路的稳定性。3)本文第三章中设计了一种基于MRR FSO波分双工通信的LDPC编译码方案,用于解决MRR FSO通信中双程湍流路径引起的通信质量下降的问题。首先,设计了MRR FSO通信系统中的LDPC编译码方案;然后,在大气湍流模拟箱内搭建了MRR FSO波分双工通信实验装置;最后,在实验中得到了LDPC编码为MRR FSO通信系统带来约3d B编码增益的结果,并证明了将LDPC编码和MCCRA联合应用于该系统,能在较强的湍流条件下获得更好误码率（BER）性能。4)本文第四章中设计了一种基于单光源MRR FSO全双工通信的组合逻辑反向脉冲位置调制（CL-IPPM）方案,用于解决下行信号对上行再调制信号的串扰问题。首先,在基于Gamma-Gamma信道模型的仿真实验中,将CL-IPPM方案与差分调制指数通断键控（DMI-OOK）方案进行对比。然后,设计了FPGA主控模块用于实现光源/MRR端同步,并搭建了基于CL-IPPM的单光源MRR FSO全双工通信实验系统。最后,仿真及实验结果表明CL-IPPM相比DMIOOK,系统性能可以提升约5d B;而且,光源/MRR端均采用IPPM时,CL-IPPM方案可获得较好的BER性能;此外,CL-IPPM方案与MCCRA联合应用于该系统,可实现弱湍流强度下的零误码传输。

关键词：自由空间光通信逆向调制湍流信道 LDPC编码组合逻辑网络