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本發明公開了一種基于 FPGA 實現光纖高速實時通信的裝置， 包括應用層、傳輸層和物理層，傳輸層包括由發送端和接收端構成的 FPGA 內核控制模塊，發送端包括接收并緩存應用層數據的第一存儲模塊、根據應用層同步周期完成數據成幀發送的發送端控制器和對數 據編碼并發送至物理層的編碼模塊;接收端包括從物理層接收數據并 解碼的解碼模塊、完成數據解幀接收并將從物理層接收的 10 位串行數 據流中恢復出的時鐘作為接收端工作時鐘，通過同步字符中間對齊方 式

本發明公開了一種光纖通信系統中的色散估計方法，包括下述 步驟：S1：獲得色散值所對應的分數傅里葉變換階次和間隔；S2：根 據變換階次和間隔對光通信信號進行分數傅里葉變換后獲得 Xα+π /2(u)；S3：對 Xα+π/2(u)進行分數域上的自相關運算，獲得對應的自 相關函數序列；并對自相關函數序列的模方進行積分，獲得判決值； S4：利用比較大小的方法尋找所述判決值的最小值，并根據判決值的 最小值確定使變換后信號能量匯

本發明公開了一種基于模分復用的自相干光纖通信系統，光載 波輸入單元、光信號調制單元、波分復用單元、模分復用和解復用單 元、波分解復用單元及相干接收單元；模分復用和解復用單元包括通 過少模光纖連接的模式復用器和模式解復用器；光載波輸入單元依次 通過單模光纖連接各光信號調制單元、波分復用單元和模式復用器， 模式復用器通過少模光纖連接模式解復用器，模式解復用器通過單模 光纖連接波分解復用單元及各相干接收單元；光載波輸入單元

（一）項目背景 當前以硅、砷化鎵為代表的第一和二代半導體接近其物理極限，以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體是當前國際競爭熱點，也是我國發展自主核心半導體產業、實現換道超車的難得機遇。氮化鎵（GaN）特別適合制作高頻、高效、高溫、高壓的大功率微波器件，是下一代通信、雷達、制導等電子裝備向更大功率、更高頻率、更小體積和抗惡劣環境（高溫抗輻照）方向發展的關鍵技術。 目前氮化鎵基射頻器件已接近于商用，需解決從走出實驗室到小量中試的最后“1 公里”，重點攻克其在可靠性工藝和量產穩定性的瓶頸。 以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體是當前國際競爭熱點，也是我國發展自主核心半導體產業、實現換道超車的難得機遇。 半導體作為信息時代的“糧食”，將成為 5G 基建、特高壓、城際高鐵和城際軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心、人工智能、工業互聯網等“新基建”七大領域發展的支柱性產業。而氮化鎵為代表的寬禁帶半導體先進電子器件，憑借其高效、高壓、高溫等優勢，將在“新基建”中大放異彩，可以彌補傳統半導體器件的技術瓶頸，滿足更高性能器件要求。 （二）項目簡介 5G 要求更高的數據傳輸速率，發射機的效率會出現指數級的下降。這種下降可以使用包絡跟蹤技術來修復，該技術已經在較新的 4G/LTE 基站以及蜂窩電話中采用。基站中的包絡跟蹤需要高速，高功率和高電壓，這些只有使用 GaN 技術才能實現。諸如 GaN 助力運營商和基站 OEM 等實現了 5Gsub-6-GHz 和 mmWave 大規模 MIMO 的目標。 GaN 可以說為 5Gsub-6-GHz 大規模 MIMO 基站應用提供了眾多優勢：1、在 3.5GHz 及以上頻率下表現良好，對比其他產品優勢明顯。2、GaN 的特性能轉化為高輸出功率，寬帶寬和高效率。采用 DohertyPA 配置的 GaN 在 100W 輸出功率下的平均效率達到 50%至 60%，明顯降低了發射功耗。3、在高頻和寬帶寬下的效率意味著大規模 MIMO 系統可以更緊湊。4、可在較高的工作溫度下可靠運行，這意味著它可以使用更小的散熱器。 根據 Strategy Analytics 的數據，預計 5G 移動連接將從 2019 年的 500 萬增長到 2023 年的近 6 億。所以需求還將不斷上漲。 根據Strategy Analytics的數據，預計5G移動連接將從2019年的500萬增長到2023年的近6億。所以需求還將不斷上漲。 Efficient Power Conversion 的首席執行官兼聯合創始人Alex Lidow 討論5G時也說道：“基站中的包絡跟蹤需要高速，高功率和高電壓，這些只有使用GaN技術才能實現。根據Yole Development公司發布的2018年度報告數據顯示，隨著全球整體數據流量的激增，我國5G產業將迎來大規模的需求增長。預計到2022年，我國5G基站規模將達到千億市場，5G基站數量將達百萬個。所以未來氮化鎵基射頻器件是5G通信基站收發端的核心。 氮化鎵基射頻器件是華為和中興發展 5G 通信產業的核心器件，西安電子科技大學氮化鎵射頻器件研究團隊自 2016 年起就與華為西安研究所、中興西安研究所等國內主流5G通信公司協同攻關開展氮化鎵基射頻器件的研究，目前承擔的流片服務項目合計約 500 萬元。 2017 年，西安電子科技大學與西安市高新區、西電電氣集團等聯合成立“陜西半導體先導技術中心”，中心致力于推動陜西第三代半導體產業發展，促進以氮化鎵為代表的射頻器件、功率器件等加速產業化，2019 年團隊向陜西半導體先導技術中心轉讓專利 35 項，作價 2000 萬元，雙方正在聯合推進搭建第三代半導體中試平臺，平臺將會立足西安，服務全國，提升氮化鎵基射頻器件量產工藝可靠性，實現相關技術成果轉化。 （三）關鍵技術 本項目由西安電子科技大學作為技術攻關的主要單位，制定技術路線，保障國家重大科技專項“高效 GaN 微波功率器件及可靠性研究”和“5G 移動通信 GaN 芯片可靠性機理研究”研究，與華為和中興聯合開展工程合作項目實施，加快解決器件工藝可靠性工程問題，重點開展氮化鎵微波功率與太赫茲器件工程技術研究，突破高性能低缺陷外延材料生長、高效率高可靠氮化鎵微波功率器件工藝技術等關鍵瓶頸問題，協助規模量產高效率 S-Ku 波段典型氮化鎵功率器件和模塊、5G 基站核心射頻模塊。

（一）項目背景 在實際應用中，一些油氣管線的閥門與增壓設備安裝在偏遠地區，沒有 4G/5G 基站信號覆蓋，無法對設備實現遠程控制，是當前面臨的一個主要問題。項目采用北斗短報文通信技術，其直接依靠衛星通信來實現關鍵設備遠程控制，可以大大彌補這一短板，解決實際需求。 （二）項目簡介 油氣管線的閥門通常分為開關閥與調節閥，其中開關閥只能進行閥門的開閉操作，調節閥又叫做氣動執行器，它可以控制閥門的開度大小。此外工業現場環境以及閥門的狀態信息還需要對各種傳感設備進行實時監控。用戶針對閥門或傳感器的控制或查詢指令需要通過北斗短報文或 4G/5G 的無線通信方式傳遞到控制系統。 項目研制的控制系統由一個微型控制單元（MCU）結合 RS232、RS485 通信端口，北斗收發機與 4G/5G 通信模塊、電磁繼電器，電流轉換電路，液晶屏，按鍵等硬件外設組成，相互協調共同實現了對工業現場閥門及傳感器進行遠程控制、查詢與實時監控的功能。 （三）關鍵技術 基于北斗短報文通信的指令收發與控制技術 一個控制系統可以同時控制兩路開關閥，一路調節閥和八個傳感器，每個閥門與傳感器在一個控制系統下都有唯一的 ID 號，而一個用戶又能夠同時對工業現場的多個控制系統進行控制與查詢操作，針對北斗短報文自定義字段部分進行統一設計，形成三種功能的報文格式，包括指令發送報文，返回信息報文和定位信息報文。結合報文中的“設備卡號”、“閥門號”與“傳感器號”字段即可實現了現場控制系統同多個閥門與傳感器設備的協議組網；結合基于北斗短報文的閥門遠程控制系統的多路電磁繼電器與電流控制設備，既能夠對現場多路開關閥與調節閥進行精確控制，還能夠對現場閥門或傳感器的狀態信息進行實時檢測或預警，對設備所在地經緯度信息進行查詢，實現了用戶對多設備的雙向通信。 整個控制系統的指令接收，識別，處理，控制信號的生成，信息回傳等功能均是通過微型控制單元（MCU）的軟件部分實現的。閥門的反饋信號會通過控制系統的 IO 口進行檢測，形成閉環控制，以防止指令的失效或是二次執行，增加了控制系統的可靠性。

本發明申請要解決的問題是，改進預測技術，提高預測準確度。本專利利用高階馬爾科夫模型的原理提出HM-gMTD模型的一種改進，即高階HM-gMTD模型，并通過EM算法給出相應的參數估計方法和相應的計算方法，并能夠快速進行參數估計，以提高模型預測的準確度。

一、產品簡介     本實驗系統覆蓋了光纖光學、 光纖通信和光纖傳感器等相關領域。是學生學習并了解光纖傳輸信息和光纖傳感信息的基本原理和相關技術的基礎實驗設備，通過實驗掌握相關的基本原理和基本操作，為以后的學習奠定堅實的基礎。涉及的專業：信息類專業、通信專業、光學專業、物理專業、計量測試專業和儀器科學專業等。 二、實驗內容 光纖光學基本知識 1）光纖激光器與光纖的耦合實驗； 2）光纖傳輸損耗性質及測量實驗； 3）光纖數值孔徑（NA）測量實驗； 半導體激光器特性實驗 1）半導體激光器閾值實驗； 2）半導體激光器效率、串聯電阻和背光電流的測量； 3）半導體激光器的調制特性實驗； 4） 半導體激光器的結發熱效應實驗； 光纖無源器件 1）光纖轉換器測試實驗； 2）光纖變換器測試實驗； 3）光纖耦合器測試實驗； 4）光纖隔離器特性測試實驗； 5）波分復用器和解復用器測試實驗； 6）可調光纖衰減器測試實驗； 7）光纖機械光開關特性測試實驗； 光纖傳感實驗 1）M-Z光纖干涉實驗； 2）光纖溫度傳感實驗； 3）光纖壓力傳感實驗； 光纖通信實驗 1）多模光纖特性測量； 2）單模光纖特性測量； 3）法蘭盤特性測量； 4）衰減器特性測量； 5）光分路器特性測量； 6）光波分復用器特性測量； 7）回波反損測量； 8）光波長測量； 9）擾模器制作； 10）PI特性測量； 11）光源穩定性測量； 12）模擬信號光調制； 13）模擬信號光接收； 14）圖像信號傳輸； 15）CMI碼型變換實驗； 16）接收定時恢復電路實驗； 17）消光比測量； 18）加擾碼實驗； 19）5B6B碼型變換實驗； 20）光時域反射測試儀； 21）CDMA擴頻調制解調實驗； 22）AMI／HDB3終端接口實驗； 23）同步數據接口實驗； 24）異步數據接口實驗； 25）CMI傳輸系統測試； 26）5B6B線路編碼通信系統綜合測試； 27）CDMA傳輸系統測試； 28）在線誤碼測試； 29）計算機數據傳輸系統測試； 30）光纖傳輸系統抗干擾性能測量； 31）同步數據通信系統測試； 6、智能語音光纖通信設計實驗 本實驗主要涉及語音識別，光纖通信，和智能燈控三部分，利用語音識別電路將語音口令轉化為電信號，信號通過遠距離數據傳輸的光纖發送給主控電路，最終主控電路根據解析出的口令來實現控制LED燈的開關、亮度的切換以及顏色的切換。本實驗實現了聲音信號-電信號-光信號-電信號的一個數據傳輸與轉化的過程，通過本實驗，能夠讓學生進一步學習聲光電的數字傳輸與轉化應用，以及光纖通信的優勢。  三、實驗配置參數 1、 激光器波長：650±20nm， 功率：≤5mw，輸出端口：FC/PC ； 1310/1550±20nm，功率：1-2.5mw，連續可調；輸出端口：FC/PC； 2、可見光功率探頭：中心波長：650nm，最大輸入功率5.5mw； 3、紅外探頭：響應波長范圍：800-1700nm； 最大輸入功率：4mw，校準波長：1550nm/1310nm； 4、光纖數值孔徑參數：多模光纖跳線：纖芯直徑62.5um；長：1米； 5光纖機械光開關：插入損耗：1310/1550  P1→P2 0.56/0.54 dB ，P1→P3 0.53/0.47 dB ;回波損耗＞50dB ；開關速度：≦8ms ； 6、高隔離度光纖隔離器：最大插入損耗：0.35dB ；回波損耗：≧50dB ；隔離度：≧30dB ； 7、光纖耦合器：分光比：50% : 50% ；最大插入損耗1310/1550: 3.3dB ; 8、光纖波分復用器：隔離度：1310nm ：31.8% ；1550nm ：34%；插入損耗：1310nm ：0.30%；1550nm ：0.34% ； 9、光纖可調衰減器：0-30db可調； 10、光纖溫度傳感器：測溫范圍：-40°~260°，精度1%； 11、光檢測靈敏度高，實際測試指標約-40dBm； 12、可建立臨時應急通信系統（點對點距離大于50公里），可傳輸PCM電話、同步數據（速率：2.048Mbps），計算機數據、模擬圖像等業務。 13、語音識別/聲控芯片：內置單聲道mono 16-bit A/D 模數轉換；內置雙聲道stereo 16-bit D/A 數模轉換；內置 20mW 雙聲道耳機放大器輸出；內置 550mW 單聲道揚聲器放大器輸出；支持并行接口或者 SPI 接口；內置鎖相電路 PLL，輸入主控時鐘頻率為 2MHz - 34MHz；工作電壓：(VDD: for internal core) 3.3V；48pin 的 QFN 7*7 標準封裝；省電模式耗電：1uA； 14、TF卡(MICRO SD 卡)：存儲空間512M； 15、喇叭：直徑5CM；負載電阻8歐；額定功率1W；厚度1.1CM ； 16、麥克風：3.5mm迷你麥克風；靈敏度52DB； 17、光纖收發器：額定電壓:DC 5V; 物理接口：DB9串口接口與SC接頭；RS-232數據傳輸速率： DC-250Kbps； 18、單模光纖跳線：接口：SC-SC單模光纖跳線；類型：單模；工作波長：1310-1550nm；纖芯直徑：9μm。 四、實驗目的 1、了解光連接器及其原理、種類，實驗操作進行連接器參數測量； 2、掌握光纖偏振控制器工作原理，實驗操作單模光纖偏振狀態控制； 3、了解光纖耦合器用途及其性能參數，實驗操作測量耦合器特性參數測量； 4、了解光纖隔離器用途及其性能參數，實驗操作光纖隔離器特性參數測量； 5、了解光纖光開關用途及其性能參數，實驗操作光纖光開關特性參數測量； 6、了解光波分復用器（WDM）原理與意義，操作雙波長波分復用（WDM）原理性實驗； 7、實現聲音信號-電信號-光信號-電信號的一個數據傳輸與轉化的過程，通過本實驗，能夠讓學生進一步學習聲光電的數字傳輸與轉化應用，以及光纖通信的優勢。