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用于光交换的硅基二氧化硅AWGR的设计与研究(特邀)

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光通信研究 2024年第5期 19-24页

作者：李奕璇钱灏泽张世成薛旭伟郭秉礼黄善国北京邮电大学信息光子学与光通信全国重点实验室北京100876

【目的】以N×N矩阵形式构成的阵列波导光栅路由器(AWGR)具有光学并行和波长路由能力,能在不同信道上同时传输N路信号,具有扩展性好、延时低和频带宽等优势,结合可调谐光源能实现快速光交换,是下一代光交换数据中心网络的潜在技术方案... 详细信息

【目的】以N×N矩阵形式构成的阵列波导光栅路由器(AWGR)具有光学并行和波长路由能力,能在不同信道上同时传输N路信号,具有扩展性好、延时低和频带宽等优势,结合可调谐光源能实现快速光交换,是下一代光交换数据中心网络的潜在技术方案之一。为了解决现有AWGR在实际应用中存在的串扰大、有额外耦合损耗、偏振敏感和损耗非均匀性大等问题,进一步扩大数据中心规模和提升数据交换速度,文章分别对4×4和12×12通道的AWGR进行了研究。【方法】文章通过仿真软件进行基本设计参数的计算,分析研究了AWGR设计流程,并采用光束传播法(BPM)进行了仿真模拟。同时,采用在平板波导和条形波导连接处加入锥形波导taper结构和增大输入、输出波导间距等方法进行了性能优化。【结果】仿真结果得到良好的性能参数:4×4 AWGR插入损耗为-0.714 dB,串扰为-35.556 dB,损耗非均匀性为1.907 dB;12×12 AWGR插入损耗为-0.294 dB,串扰为-36.019 dB,损耗非均匀性为3.428 dB。文章制作设计器件流片并进行了性能测试,结果表明:4×4 AWGR插入损耗为-2.586 dB,串扰为-29.473 dB,损耗非均匀性为1.921 dB;12×12 AWGR插入损耗为-3.692 dB,串扰为-23.874 dB,损耗非均匀性为3.873 dB。【结论】文章的研究在串扰和损耗非均匀性等方面进行了性能优化,为后续设计迭代和进一步提升性能参数积累了经验。

关键词：波分复用光交换阵列波导光栅路由器复用器/解复用器

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面向时隙光交换网络的纳秒级时间同步技术

邮电设计技术 2024年第2期 22-26页

作者：丁蕊党导航郭元之薛旭伟郭秉礼黄善国北京邮电大学北京100876

随着互联网和通信服务的飞速发展,数据中心组网架构的研究重心由电交换转向光交换。由于光交换网络进行时隙交换之前需要同步时钟信号,时间同步的精度和稳定性是提升光网络性能的重要参数。提出基于FPGA实现的时间同步方案,与现有方案相... 详细信息

随着互联网和通信服务的飞速发展,数据中心组网架构的研究重心由电交换转向光交换。由于光交换网络进行时隙交换之前需要同步时钟信号,时间同步的精度和稳定性是提升光网络性能的重要参数。提出基于FPGA实现的时间同步方案,与现有方案相比,该方案在降低了同步复杂性的同时具有更高的精度和稳定性。测试结果表明时间同步后的偏移量不超过2.56 ns,在不同光纤长度、运行时长和环境温度下的时钟抖动为皮秒级。

关键词：时间同步光电混合数据中心网络

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分布式机器学习网络通信优化技术

邮电设计技术 2024年第2期 27-30页

作者：张汉钢邓鑫源宋晔薛旭伟郭秉礼黄善国北京邮电大学北京100876

Ring all-reduce算法被广泛应用在分布式机器学习之中,其同步过程会受到慢节点的影响进而降低整个系统的效率。对Ring all-reduce中的Reduce_Scatter和Allgather 2个阶段进行分析,针对Reduce_Scatter数据汇总过程提出优化策略,其主要思... 详细信息

Ring all-reduce算法被广泛应用在分布式机器学习之中,其同步过程会受到慢节点的影响进而降低整个系统的效率。对Ring all-reduce中的Reduce_Scatter和Allgather 2个阶段进行分析,针对Reduce_Scatter数据汇总过程提出优化策略,其主要思想是将慢节点多出的计算时间与通信时间进行重叠。使用OMNet++对Ring all-reduce和优化策略进行对比仿真,仿真结果与理论分析相一致,该策略相比Ring all-reduce算法最高能缩短25.3%的训练时间。

关键词： Ring all-reduce算法分布式机器学习 Ring all-reduce优化策略

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RoF-PON系统关键技术研究

RoF-PON系统关键技术研究

作者：薛旭伟山东大学

学位级别：硕士

通信网络分为核心网和接入网两部分,核心网起到交换和传输的作用,接入网则与用户直接相连,为用户提供多业务的接入。与核心网的高速发展相比,接入网的发展比较缓慢,不能满足人们对接入网高速率多业务的需求。光接入网由于使用光纤作为... 详细信息

通信网络分为核心网和接入网两部分,核心网起到交换和传输的作用,接入网则与用户直接相连,为用户提供多业务的接入。与核心网的高速发展相比,接入网的发展比较缓慢,不能满足人们对接入网高速率多业务的需求。光接入网由于使用光纤作为传输媒质,利用了光纤传输的众多优良特性,成为最有前途的接入网形式。将光接入网中的无源光网络（Passive Optical Network, PON）和光载无线通信技术（Radio-over-Fiber, RoF）相结合的RoF-PON系统因为结合了两者的优良特性而成为新的接入网形式与研究热点。RoF-PON系统主要由中心站、基站和用户端设备组成。中心站进行数据的交换处理等过程,设备比较复杂,被多个基站共享。基站进行数据的上下行接收：将接收自中心站的激光转换为射频信号发送至用户端,同时将用户端上行发送的上行数据,用光纤传输至中心站。基站设备简单,数目多。RoF-PON系统利用了光纤低损耗、大容量等优势的同时,也会受光纤的色散等不利因素的影响。为了克服光纤色散特性,人们将正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）技术应用到RoF-PON系统中。OFDM的引入可以利用数字信号处理的方法来解决模拟域的色散问题。另外由于OFDM中采用了正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM）,可以减小信号的传输带宽。为了提高传输效率,RoF-PON系统一般与波分复用波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）技术相结合,传统的激光阵列光源已满足不了其要求。RoF-PON系统主要采用强度调制方式产生射频信号,不同频率成分的光信号会产生不同的相移,从而引起非线性串扰,为了降低非线性失真,有必要设计新型的调制方式。本论文将OFDM技术引入到RoF-PON系统,设计了多波长光源、宽带波分解复用器和光耦合单边带调制等RoF-PON核心技术。本论文的研究内容和成果主要有：（1）探究了OFDM技术的原理和相应的信号处理过程,及其在光通信中的应用和结构形式。通过仿真验证了导频、循环前缀和窗口同步技术对OFDM信号传输的影响,为OFDM技术在RoF-PON系统中的应用打下了基础。（2）探究了马赫增德尔调制器（Mach-Zehnder Modulator, MZM）调制产生各阶光波边带的原理,以此为理论基础设计了应用在RoF-PON系统中的多波长光源,仿真结果表明其具有输出功率高、平坦度好、串扰少的特点。分析了阵列波导光栅（Arrayed Waveguide Grating, AWG）的特性,以此为基础设计了解复用多波长光源的宽带平坦波分解复用器。（3）为了降低RoF-PON系统传输过程中的谐波失真和互调失真,本论文设计了新型的光耦合单边带调制方式,通过理论分析和仿真验证了其可行性,并进行了相关实验,通过信噪比、误差矢量幅度、星座图、眼图和误码率等参数验证了光耦合单边带调制可以有效的降低RoF-PON系统的非线形失真,并且将RoF-PON系统的传输效率提高了一倍。

关键词：无源光网络光载无线通信技术正交频分复用多波长光源单边带调制

RZ-DPSK光信号新型解调系统的设计与实现

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光通信技术 2014年第12期38卷 35-37页

作者：马磊季伟薛旭伟侯庆飞李彬先山东大学信息科学与工程学院济南250100

设计并实现了一种RZ-DPSK光信号解调系统。该系统采用廉价的SFP+光模块替代昂贵的平衡接收机进行信号的光电转换,并设计了数字平衡检测算法对延迟干涉仪进行动态调整,以找到其最佳工作点降低系统的误码率。

关键词： RZ-DPSK 解调 SFP+ 延时干涉仪数字平衡检测

宏观经济政策对宏观杠杆率和经济增长的影响研究 ——基于流量存量一致模型

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宏观经济政策对宏观杠杆率和经济增长的影响研究 ——基于流量存...

作者：薛旭鹏山西财经大学

学位级别：硕士

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基于深度学习的三维肺部CT图像配准研究

基于深度学习的三维肺部CT图像配准研究

作者：薛旭枫重庆理工大学

学位级别：硕士

三维(three-dimensional,3D)肺部CT图像配准已经广泛的应用在临床医学中。然而,由于肺部是一个高度弹性且结构复杂的器官,基于迭代的传统配准方法需要耗费大量的时间才能完成肺部图像的配准,这限制了该方法在部分临床应用中的使用。而且... 详细信息

三维(three-dimensional,3D)肺部CT图像配准已经广泛的应用在临床医学中。然而,由于肺部是一个高度弹性且结构复杂的器官,基于迭代的传统配准方法需要耗费大量的时间才能完成肺部图像的配准,这限制了该方法在部分临床应用中的使用。而且,传统方法缺乏鲁棒性,每次使用都需要调整参数并重新进行配准。虽然基于深度学习的方法有望训练出快速的并且具有泛化性能的模型。然而,肺部的大形变估计问题仍然是一个巨大的挑战。此外,与该问题伴随的图像折叠也迫切需要解决。针对上述问题,本文采用基于深度学习的方法实现3D肺部CT图像配准,并提出一种多级配准框架以提升大变形估计的能力。同时,研究了序列图像对配准的影响。论文主要工作如下:(1)基于双流配准结构的3D肺部CT图像配准算法研究。本章研究了适用于肺部CT图像配准的基础网络,并提出了一个基于双流配准结构的轻量级配准网络。双流配准结构能够增强特征空间中上下文映射关系,从而有效提升了配准精度。通过对比不同模型的实验结果,验证了该双流结构的有效性(TRE:2.31±1.96,NCC:98.83%,SSIM:87.62%)。(2)基于多级配准策略的3D肺部CT图像配准算法研究。本章设计了一种具有双流配准结构的多级配准网络,旨在实现对3D肺部CT图像由粗糙到精细(coarseto-fine)的配准。同时,提出了一种跨尺度注意力模块,用于增强不同层级之间的相关性,有效缓解了卷积神经网络的长距离依赖问题。此外,双流配准结构还能够提升模型在相同层级中对形变的捕获能力。因此,该方法能够有效地应对肺部的大变形估计难题。最后,通过与先进方案的对比实验,证明了该方法的有效性(TRE:1.56±1.60,NCC:99.52%,SSIM:91.41%)。(3)基于分组配准策略的3D肺部CT图像配准算法研究。本章首先探究了一个呼吸周期的3D CT图像序列对配准性能的影响。随后,提出了一个基于分组配准策略的配准框架,该框架包括一种循环一致性约束。该约束方法通过利用逆向配准来确保配准的真实性和有效性(TRE:1.57±1.01,NCC:98.37%,SSIM:79.95%)。最后,还对比分析了分组配准与成对配准的优劣之处。

关键词：医学图像配准深度学习注意力机制多级配准结构分组配准结构

纳米晶纤维素组装的手性介孔材料及其对手性药物的分离

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液晶与显示 2024年第4期39卷 409-419页

作者：薛旭东侯延丽张炎延安大学西安创新学院陕西西安710100 昆明理工大学理学院云南昆明650500

纤维素纳米晶体(CNC)是由硫酸催化的纤维素水解制备的,根据纤维素的来源和水解条件,纳米晶体的直径约为5~15 nm,长度约为100~300 nm。CNC在水中可以形成具有手性向列型结构的液晶相。当干燥成固体薄膜时,CNC保持螺旋手性向列顺序并组装... 详细信息

纤维素纳米晶体(CNC)是由硫酸催化的纤维素水解制备的,根据纤维素的来源和水解条件,纳米晶体的直径约为5~15 nm,长度约为100~300 nm。CNC在水中可以形成具有手性向列型结构的液晶相。当干燥成固体薄膜时,CNC保持螺旋手性向列顺序并组装成层状结构。在CNC自组装过程中,可以添加溶胶-凝胶前体,如Si(OMe)_(4)。随着溶剂的蒸发,这些前体会发生水解和缩合,从而形成手性向列相二氧化硅/CNC复合材料。复合材料在空气中煅烧破坏纤维素模板,留下高表面积手性向列结构的介孔二氧化硅膜。此外,有机二氧化硅或二氧化钛薄膜也采用类似的方法得到。这些薄膜可用作滤光片、反射器和薄膜。最重要的是,合成的手性介孔二氧化硅可用作手性色谱固定相材料分离手性药物。结果显示,手性分离的效果显著,为CNC开发手性新材料提供了新方法。

关键词：纤维素纳米晶体手性向列结构介孔二氧化硅手性色谱固定相手性分离

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煤矿巷道空间毫米波雷达测量特性与重建方法

煤田地质与勘探 2024年第10期52卷 186-194页

作者：薛旭升杨星云岳佳宁王川伟毛清华马宏伟王荣泉西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 西安科技大学陕西省矿山机电装备智能检测与控制重点实验室陕西西安710054 西安重装韩城煤矿机械有限公司陕西韩城715400

【目的】煤矿井下空间测量是煤矿透明地质建模的重要组成,然而煤矿巷道环境复杂、信息获取不全、感知数据精度不足等难题亟待解决。【方法】首先,深入研究粉尘、水雾、围岩结构等复杂环境因素下毫米波雷达信号特性,建立煤矿巷道围岩毫... 详细信息

【目的】煤矿井下空间测量是煤矿透明地质建模的重要组成,然而煤矿巷道环境复杂、信息获取不全、感知数据精度不足等难题亟待解决。【方法】首先,深入研究粉尘、水雾、围岩结构等复杂环境因素下毫米波雷达信号特性,建立煤矿巷道围岩毫米波信号衰减模型,对比分析复杂环境因素毫米波雷达的影响机理。其次,针对煤矿复杂环境下毫米波雷达的巷道数字建模问题,提出巷道空间毫米波雷达点云泊松表面重建方法。通过实验测试与模拟巷道环境验证,在揭示煤矿复杂环境条件下的毫米波雷达感知机理基础上,实现了煤矿巷道空间测量与数字建模重构。【结果和结论】结果表明:(1)毫米波雷达能够适应煤矿井下多粉尘、多水雾、围岩粗糙的巷道环境,为煤矿巷道空间重建提供有效数据。(2)泊松表面重建方法能够充分展示真实巷道围岩信息,重建巷道整体宽度的平均绝对误差百分比为0.59%,巷道整体高度的平均绝对误差百分比为0.78%。煤矿复杂环境下毫米波雷达空间测量特性与重建方法的研究,为煤矿井下透明地质建模提供巷道空间测量数据,对推动煤矿智能开采具有重要意义。

关键词：毫米波雷达复杂环境巷道建模空间测量煤矿