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面向日益復(fù)雜多樣的電子產(chǎn)品應(yīng)用場景，電子設(shè)備的小型化進(jìn)程不斷加快，對于高集成、多模式、多功能的芯片需求飛速高漲。本項(xiàng)研究成果針對生物醫(yī)療電子、個(gè)人無線體域網(wǎng)、近距離無感支付、車載定位、戰(zhàn)場實(shí)時(shí)感知、無人機(jī)導(dǎo)航等應(yīng)用需求，提出一種超寬帶無線通信兼具FMCW雷達(dá)測距的復(fù)合型收發(fā)機(jī)創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)。收發(fā)機(jī)采用超寬帶射頻調(diào)頻+可再生型鑒頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通信及雷達(dá)的共架構(gòu)方案；提出多相中頻時(shí)差測距機(jī)理，將分辨率提高2個(gè)數(shù)量級，達(dá)到mm級精確測距，動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大4倍；射頻前端基于電流共享技術(shù)，實(shí)現(xiàn)射頻振蕩器+功放、低噪放+鑒頻+混頻的一體化實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)功耗優(yōu)化40%；提出子載波發(fā)生器+頻率校正環(huán)路的數(shù)字化復(fù)用結(jié)構(gòu)，發(fā)射機(jī)可半數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，從而得到一款支持無線數(shù)據(jù)傳輸、時(shí)差/頻差/相差雷達(dá)測距的極低功耗復(fù)用型收發(fā)芯片。 圖1.研制的通信+雷達(dá)集成收發(fā)機(jī)芯片顯微照片

本發(fā)明公開了一種光纖通信系統(tǒng)中的色散估計(jì)方法，包括下述 步驟：S1：獲得色散值所對應(yīng)的分?jǐn)?shù)傅里葉變換階次和間隔；S2：根 據(jù)變換階次和間隔對光通信信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)傅里葉變換后獲得 Xα+π /2(u)；S3：對 Xα+π/2(u)進(jìn)行分?jǐn)?shù)域上的自相關(guān)運(yùn)算，獲得對應(yīng)的自 相關(guān)函數(shù)序列；并對自相關(guān)函數(shù)序列的模方進(jìn)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(jù)判決值的 最小值確定使變換后信號(hào)能量匯

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

（一）項(xiàng)目背景 當(dāng)前以硅、砷化鎵為代表的第一和二代半導(dǎo)體接近其物理極限，以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體是當(dāng)前國際競爭熱點(diǎn)，也是我國發(fā)展自主核心半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、實(shí)現(xiàn)換道超車的難得機(jī)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(dá)、制導(dǎo)等電子裝備向更大功率、更高頻率、更小體積和抗惡劣環(huán)境（高溫抗輻照）方向發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。 目前氮化鎵基射頻器件已接近于商用，需解決從走出實(shí)驗(yàn)室到小量中試的最后“1 公里”，重點(diǎn)攻克其在可靠性工藝和量產(chǎn)穩(wěn)定性的瓶頸。 以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體是當(dāng)前國際競爭熱點(diǎn)，也是我國發(fā)展自主核心半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、實(shí)現(xiàn)換道超車的難得機(jī)遇。 半導(dǎo)體作為信息時(shí)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(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等“新基建”七大領(lǐng)域發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)。而氮化鎵為代表的寬禁帶半導(dǎo)體先進(jìn)電子器件，憑借其高效、高壓、高溫等優(yōu)勢，將在“新基建”中大放異彩，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件的技術(shù)瓶頸，滿足更高性能器件要求。 （二）項(xiàng)目簡介 5G 要求更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，發(fā)射機(jī)的效率會(huì)出現(xiàn)指數(shù)級的下降。這種下降可以使用包絡(luò)跟蹤技術(shù)來修復(fù)，該技術(shù)已經(jīng)在較新的 4G/LTE 基站以及蜂窩電話中采用。基站中的包絡(luò)跟蹤需要高速，高功率和高電壓，這些只有使用 GaN 技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。諸如 GaN 助力運(yùn)營商和基站 OEM 等實(shí)現(xiàn)了 5Gsub-6-GHz 和 mmWave 大規(guī)模 MIMO 的目標(biāo)。 GaN 可以說為 5Gsub-6-GHz 大規(guī)模 MIMO 基站應(yīng)用提供了眾多優(yōu)勢：1、在 3.5GHz 及以上頻率下表現(xiàn)良好，對比其他產(chǎn)品優(yōu)勢明顯。2、GaN 的特性能轉(zhuǎn)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(dá)到 50%至 60%，明顯降低了發(fā)射功耗。3、在高頻和寬帶寬下的效率意味著大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)可以更緊湊。4、可在較高的工作溫度下可靠運(yùn)行，這意味著它可以使用更小的散熱器。 根據(jù) Strategy Analytics 的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì) 5G 移動(dòng)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(jù)Strategy Analytics的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)5G移動(dòng)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(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Alex Lidow 討論5G時(shí)也說道：“基站中的包絡(luò)跟蹤需要高速，高功率和高電壓，這些只有使用GaN技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。根據(jù)Yole Development公司發(fā)布的2018年度報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，隨著全球整體數(shù)據(jù)流量的激增，我國5G產(chǎn)業(yè)將迎來大規(guī)模的需求增長。預(yù)計(jì)到2022年，我國5G基站規(guī)模將達(dá)到千億市場，5G基站數(shù)量將達(dá)百萬個(gè)。所以未來氮化鎵基射頻器件是5G通信基站收發(fā)端的核心。 氮化鎵基射頻器件是華為和中興發(fā)展 5G 通信產(chǎn)業(yè)的核心器件，西安電子科技大學(xué)氮化鎵射頻器件研究團(tuán)隊(duì)自 2016 年起就與華為西安研究所、中興西安研究所等國內(nèi)主流5G通信公司協(xié)同攻關(guān)開展氮化鎵基射頻器件的研究，目前承擔(dān)的流片服務(wù)項(xiàng)目合計(jì)約 500 萬元。 2017 年，西安電子科技大學(xué)與西安市高新區(qū)、西電電氣集團(tuán)等聯(lián)合成立“陜西半導(dǎo)體先導(dǎo)技術(shù)中心”，中心致力于推動(dòng)陜西第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)以氮化鎵為代表的射頻器件、功率器件等加速產(chǎn)業(yè)化，2019 年團(tuán)隊(duì)向陜西半導(dǎo)體先導(dǎo)技術(shù)中心轉(zhuǎn)讓專利 35 項(xiàng)，作價(jià) 2000 萬元，雙方正在聯(lián)合推進(jìn)搭建第三代半導(dǎo)體中試平臺(tái)，平臺(tái)將會(huì)立足西安，服務(wù)全國，提升氮化鎵基射頻器件量產(chǎn)工藝可靠性，實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化。 （三）關(guān)鍵技術(shù) 本項(xiàng)目由西安電子科技大學(xué)作為技術(shù)攻關(guān)的主要單位，制定技術(shù)路線，保障國家重大科技專項(xiàng)“高效 GaN 微波功率器件及可靠性研究”和“5G 移動(dòng)通信 GaN 芯片可靠性機(jī)理研究”研究，與華為和中興聯(lián)合開展工程合作項(xiàng)目實(shí)施，加快解決器件工藝可靠性工程問題，重點(diǎn)開展氮化鎵微波功率與太赫茲器件工程技術(shù)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(shù)等關(guān)鍵瓶頸問題，協(xié)助規(guī)模量產(chǎn)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(xiàng)目背景 在實(shí)際應(yīng)用中，一些油氣管線的閥門與增壓設(shè)備安裝在偏遠(yuǎn)地區(qū)，沒有 4G/5G 基站信號(hào)覆蓋，無法對設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，是當(dāng)前面臨的一個(gè)主要問題。項(xiàng)目采用北斗短報(bào)文通信技術(shù)，其直接依靠衛(wèi)星通信來實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備遠(yuǎn)程控制，可以大大彌補(bǔ)這一短板，解決實(shí)際需求。 （二）項(xiàng)目簡介 油氣管線的閥門通常分為開關(guān)閥與調(diào)節(jié)閥，其中開關(guān)閥只能進(jìn)行閥門的開閉操作，調(diào)節(jié)閥又叫做氣動(dòng)執(zhí)行器，它可以控制閥門的開度大小。此外工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境以及閥門的狀態(tài)信息還需要對各種傳感設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)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(bào)文或 4G/5G 的無線通信方式傳遞到控制系統(tǒng)。 項(xiàng)目研制的控制系統(tǒng)由一個(gè)微型控制單元（MCU）結(jié)合 RS232、RS485 通信端口，北斗收發(fā)機(jī)與 4G/5G 通信模塊、電磁繼電器，電流轉(zhuǎn)換電路，液晶屏，按鍵等硬件外設(shè)組成，相互協(xié)調(diào)共同實(shí)現(xiàn)了對工業(yè)現(xiàn)場閥門及傳感器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、查詢與實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。 （三）關(guān)鍵技術(shù) 基于北斗短報(bào)文通信的指令收發(fā)與控制技術(shù) 一個(gè)控制系統(tǒng)可以同時(shí)控制兩路開關(guān)閥，一路調(diào)節(jié)閥和八個(gè)傳感器，每個(gè)閥門與傳感器在一個(gè)控制系統(tǒng)下都有唯一的 ID 號(hào)，而一個(gè)用戶又能夠同時(shí)對工業(yè)現(xiàn)場的多個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制與查詢操作，針對北斗短報(bào)文自定義字段部分進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，形成三種功能的報(bào)文格式，包括指令發(fā)送報(bào)文，返回信息報(bào)文和定位信息報(bào)文。結(jié)合報(bào)文中的“設(shè)備卡號(hào)”、“閥門號(hào)”與“傳感器號(hào)”字段即可實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場控制系統(tǒng)同多個(gè)閥門與傳感器設(shè)備的協(xié)議組網(wǎng)；結(jié)合基于北斗短報(bào)文的閥門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的多路電磁繼電器與電流控制設(shè)備，既能夠?qū)ΜF(xiàn)場多路開關(guān)閥與調(diào)節(jié)閥進(jìn)行精確控制，還能夠?qū)ΜF(xiàn)場閥門或傳感器的狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測或預(yù)警，對設(shè)備所在地經(jīng)緯度信息進(jìn)行查詢，實(shí)現(xiàn)了用戶對多設(shè)備的雙向通信。 整個(gè)控制系統(tǒng)的指令接收，識(shí)別，處理，控制信號(hào)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(shí)現(xiàn)的。閥門的反饋信號(hào)會(huì)通過控制系統(tǒng)的 IO 口進(jìn)行檢測，形成閉環(huán)控制，以防止指令的失效或是二次執(zhí)行，增加了控制系統(tǒng)的可靠性。

本發(fā)明申請要解決的問題是，改進(jìn)預(yù)測技術(shù)，提高預(yù)測準(zhǔn)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(jìn)，即高階HM-gMTD模型，并通過EM算法給出相應(yīng)的參數(shù)估計(jì)方法和相應(yīng)的計(jì)算方法，并能夠快速進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，以提高模型預(yù)測的準(zhǔn)確度。

一、產(chǎn)品簡介     本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)覆蓋了光纖光學(xué)、 光纖通信和光纖傳感器等相關(guān)領(lǐng)域。是學(xué)生學(xué)習(xí)并了解光纖傳輸信息和光纖傳感信息的基本原理和相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，通過實(shí)驗(yàn)掌握相關(guān)的基本原理和基本操作，為以后的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。涉及的專業(yè)：信息類專業(yè)、通信專業(yè)、光學(xué)專業(yè)、物理專業(yè)、計(jì)量測試專業(yè)和儀器科學(xué)專業(yè)等。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 光纖光學(xué)基本知識(shí) 1）光纖激光器與光纖的耦合實(shí)驗(yàn)； 2）光纖傳輸損耗性質(zhì)及測量實(shí)驗(yàn)； 3）光纖數(shù)值孔徑（NA）測量實(shí)驗(yàn)； 半導(dǎo)體激光器特性實(shí)驗(yàn) 1）半導(dǎo)體激光器閾值實(shí)驗(yàn)； 2）半導(dǎo)體激光器效率、串聯(lián)電阻和背光電流的測量； 3）半導(dǎo)體激光器的調(diào)制特性實(shí)驗(yàn)； 4） 半導(dǎo)體激光器的結(jié)發(fā)熱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)； 光纖無源器件 1）光纖轉(zhuǎn)換器測試實(shí)驗(yàn)； 2）光纖變換器測試實(shí)驗(yàn)； 3）光纖耦合器測試實(shí)驗(yàn)； 4）光纖隔離器特性測試實(shí)驗(yàn)； 5）波分復(fù)用器和解復(fù)用器測試實(shí)驗(yàn)； 6）可調(diào)光纖衰減器測試實(shí)驗(yàn)； 7）光纖機(jī)械光開關(guān)特性測試實(shí)驗(yàn)； 光纖傳感實(shí)驗(yàn) 1）M-Z光纖干涉實(shí)驗(yàn)； 2）光纖溫度傳感實(shí)驗(yàn)； 3）光纖壓力傳感實(shí)驗(yàn)； 光纖通信實(shí)驗(yàn) 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(fù)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(wěn)定性測量； 12）模擬信號(hào)光調(diào)制； 13）模擬信號(hào)光接收； 14）圖像信號(hào)傳輸； 15）CMI碼型變換實(shí)驗(yàn)； 16）接收定時(shí)恢復(fù)電路實(shí)驗(yàn)； 17）消光比測量； 18）加擾碼實(shí)驗(yàn)； 19）5B6B碼型變換實(shí)驗(yàn)； 20）光時(shí)域反射測試儀； 21）CDMA擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)； 22）AMI／HDB3終端接口實(shí)驗(yàn)； 23）同步數(shù)據(jù)接口實(shí)驗(yàn)； 24）異步數(shù)據(jù)接口實(shí)驗(yàn)； 25）CMI傳輸系統(tǒng)測試； 26）5B6B線路編碼通信系統(tǒng)綜合測試； 27）CDMA傳輸系統(tǒng)測試； 28）在線誤碼測試； 29）計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)測試； 30）光纖傳輸系統(tǒng)抗干擾性能測量； 31）同步數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)測試； 6、智能語音光纖通信設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 本實(shí)驗(yàn)主要涉及語音識(shí)別，光纖通信，和智能燈控三部分，利用語音識(shí)別電路將語音口令轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，信號(hào)通過遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w發(fā)送給主控電路，最終主控電路根據(jù)解析出的口令來實(shí)現(xiàn)控制LED燈的開關(guān)、亮度的切換以及顏色的切換。本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了聲音信號(hào)-電信號(hào)-光信號(hào)-電信號(hào)的一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)化的過程，通過本實(shí)驗(yàn)，能夠讓學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)聲光電的數(shù)字傳輸與轉(zhuǎn)化應(yīng)用，以及光纖通信的優(yōu)勢。  三、實(shí)驗(yàn)配置參數(shù) 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(xù)可調(diào)；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(yīng)波長范圍：800-1700nm； 最大輸入功率：4mw，校準(zhǔn)波長：1550nm/1310nm； 4、光纖數(shù)值孔徑參數(shù)：多模光纖跳線：纖芯直徑62.5um；長：1米； 5光纖機(jī)械光開關(guān)：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(guān)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(fù)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(diào)衰減器：0-30db可調(diào)； 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(shí)際測試指標(biāo)約-40dBm； 12、可建立臨時(shí)應(yīng)急通信系統(tǒng)（點(diǎn)對點(diǎn)距離大于50公里），可傳輸PCM電話、同步數(shù)據(jù)（速率：2.048Mbps），計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)、模擬圖像等業(yè)務(wù)。 13、語音識(shí)別/聲控芯片：內(nèi)置單聲道m(xù)ono 16-bit A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換；內(nèi)置雙聲道stereo 16-bit D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換；內(nèi)置 20mW 雙聲道耳機(jī)放大器輸出；內(nèi)置 550mW 單聲道揚(yáng)聲器放大器輸出；支持并行接口或者 SPI 接口；內(nèi)置鎖相電路 PLL，輸入主控時(shí)鐘頻率為 2MHz - 34MHz；工作電壓：(VDD: for internal core) 3.3V；48pin 的 QFN 7*7 標(biāo)準(zhǔn)封裝；省電模式耗電：1uA； 14、TF卡(MICRO SD 卡)：存儲(chǔ)空間512M； 15、喇叭：直徑5CM；負(fù)載電阻8歐；額定功率1W；厚度1.1CM ； 16、麥克風(fēng)：3.5mm迷你麥克風(fēng)；靈敏度52DB； 17、光纖收發(fā)器：額定電壓:DC 5V; 物理接口：DB9串口接口與SC接頭；RS-232數(shù)據(jù)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(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解光連接器及其原理、種類，實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行連接器參數(shù)測量； 2、掌握光纖偏振控制器工作原理，實(shí)驗(yàn)操作單模光纖偏振狀態(tài)控制； 3、了解光纖耦合器用途及其性能參數(shù)，實(shí)驗(yàn)操作測量耦合器特性參數(shù)測量； 4、了解光纖隔離器用途及其性能參數(shù)，實(shí)驗(yàn)操作光纖隔離器特性參數(shù)測量； 5、了解光纖光開關(guān)用途及其性能參數(shù)，實(shí)驗(yàn)操作光纖光開關(guān)特性參數(shù)測量； 6、了解光波分復(fù)用器（WDM）原理與意義，操作雙波長波分復(fù)用（WDM）原理性實(shí)驗(yàn)； 7、實(shí)現(xiàn)聲音信號(hào)-電信號(hào)-光信號(hào)-電信號(hào)的一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)化的過程，通過本實(shí)驗(yàn)，能夠讓學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)聲光電的數(shù)字傳輸與轉(zhuǎn)化應(yīng)用，以及光纖通信的優(yōu)勢。