2014年1月JLT光通信論文評析
發(fā)布時間：2014-02-12 13:41:00 熱度：2715
2/12/2014,2014年1月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光網(wǎng)絡(luò)及光通信系統(tǒng)、無源和有源器件、光傳輸和光波導、調(diào)制器和光開關(guān)、能源管理、光纖維護，筆者將逐一評析。
作者：邵宇豐 王煉棟
1．光網(wǎng)絡(luò)及光通信系統(tǒng)
香港城市大學電子工程系的科研人員在研究一種采用非分層替換路由與中繼預(yù)留的電路交換多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。他們在以溢出優(yōu)先級分類近似（OPCA）作為基本概念的基礎(chǔ)上，為網(wǎng)絡(luò)擁塞概率的估計提出并研究了兩種近似方法：溢出優(yōu)先級分類近似法和基于業(yè)務(wù)的溢出優(yōu)先級分類近似法。研究人員還在網(wǎng)絡(luò)中將經(jīng)典的愛爾蘭定點近似法（EFPA）用于網(wǎng)絡(luò)擁塞概率的估計，并提出了比較穩(wěn)妥的解決方案：比較在采用愛爾蘭定點逼近法和在采用溢出優(yōu)先級分類近似法中所獲值的最大值作為相對有效的估計值。研究人員通過仿真研究來對這幾種近似法進行了比較，并討論在不同的系統(tǒng)參數(shù)值（例如：業(yè)務(wù)的速率、帶寬的需求、每個中繼的信道數(shù)量、替代路徑和中繼預(yù)留的最大允許數(shù)量）情況下，各種網(wǎng)絡(luò)信息流量等級的擁塞概率的精度。研究人員還進一步研究了這幾種近似方法的魯棒性，即在時間分布上均勻狀態(tài)和非均勻狀態(tài)下的性能，同時通過測量說明了在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中采用這幾種近似方法時，其誤碼率是在可接受范圍之內(nèi)的。研究結(jié)果還進一步表明上述幾種近似方法能被應(yīng)用到類似核心網(wǎng)（Core Network）這樣的大型網(wǎng)絡(luò)中去。
來自中國電子科技大學的光纖傳感和通信網(wǎng)絡(luò)教育部重點實驗室的研究人員提出了一種基于正交頻分復用（OFDM）的城域接入集成網(wǎng)絡(luò)（MAIN）。他們首次提出使用可擴展的全光虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）通信是可行的。兩種類型的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）通信（分別是跨VPN和VPN內(nèi)的通信）同時在本論文提及的城域接入集成網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用。通過將VPN的光源放置在中心站（CO），并在中心站和每個中心節(jié)點（CN）級聯(lián)一個有M * M個光開關(guān)的波長解復用器（DEMUX），就可在中心站實現(xiàn)VPN子頻帶和通信的集中動態(tài)管理。同時，通過采用所建議的VPN子帶分配方案和回收過程，全光VPN的可擴展性和可重構(gòu)性得到了顯著改善。VPN的可擴展性理論分析有助于研究得到多路VPN通信信道的最小數(shù)量和最大數(shù)量值，并且多路通信也是城域接入集成網(wǎng)絡(luò)同時支持的。此外，研究人員還研究和討論了由于加寬激光線寬而引起的正交頻分復用調(diào)制性能的退化問題。在所建議的采用正交頻分復用技術(shù)的城域接入集成網(wǎng)絡(luò)中，VPN內(nèi)和跨VPN通信采用16位正交幅度調(diào)制技術(shù)，速率是10 Gbit /秒，這兩種通信方式都已經(jīng)仿真成功，仿真結(jié)果表明了該方案的未來實際應(yīng)用的可行性。
2．無源和有源器件
首次運用單片集成的銦鎵砷磷/銦磷（InGaAsP / InP）設(shè)計和制造有源-無源8 × 8交叉連接器件的演示方案被來自荷蘭埃因霍芬科技大學通信技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究所電子工程系、美國卡爾弗市光子公司的研究人員提出。他們實現(xiàn)了在單片芯片上同時完成空間域和波長域內(nèi)的選擇功能，首先是八路寬帶信號輸入到一個1× 8的寬帶空間選擇開關(guān)陣列，隨后由八個8 ×8門控環(huán)狀路由器陣列進行波長的選擇。芯片上能夠允許在面積14.6 ×6.7平方毫米大小的區(qū)域中集成136個半導體光學放大器門和8個環(huán)狀路由器。在第一臺原始芯片上，全部路徑的84％用光連接和電子連接進行了全范圍線路連通性評估。良好的環(huán)狀路由器光譜均勻性和半導體光學放大器門損失補償技術(shù)保證了芯片可以在較寬的光譜范圍內(nèi)正常運行。在芯片中大多數(shù)典型線路上，分析研究數(shù)據(jù)通過路由的情況，發(fā)現(xiàn)光信號的信噪比遠大于30d。研究人員同時證明了動態(tài)可重構(gòu)的路由上也可以同時發(fā)送四個不同波長的信號。開關(guān)的上升沿時間和下降沿時間經(jīng)測量分別為3.8納秒和3.2納秒。
要使可見光通信（VLC）系統(tǒng)速度提高、帶寬增大以及硬件小型化，就必須提高發(fā)光二極管（LED）的調(diào)制速度。 而發(fā)光二極管的調(diào)制速度受到保留在耗盡電容內(nèi)的殘留載波限制。來自日本東京理科大學科學技術(shù)研究所電氣工程部和日本信州大學電子與電氣工程系的研究人員評估了一種可實現(xiàn)光傳輸速率增加的發(fā)光二極管驅(qū)動器，這種發(fā)光二極管驅(qū)動器首次在可見光通信系統(tǒng)的氮化鎵發(fā)光二極管中清除了殘留載波。這種驅(qū)動器是采用在電路板上分立的砷化鎵場效應(yīng)管和無源元器件制作的。經(jīng)過光傳輸實驗其結(jié)果表明，使用這種驅(qū)動器后，一組非歸零（NRZ）偽隨機二進制序列信號的最大無誤差比特率從69Mb/秒 提高到95 Mb/秒（增長了38％）?？墒牵糜跉埩糨d波清除的額外電路增大了驅(qū)動器的功耗。為了減少功耗，研究人員使用了CMOS反相器，其中一個PMOS場效應(yīng)管用于清除殘留載波。驅(qū)動器采用0.18微米CMOS集成電路的制造工藝進行生產(chǎn)，然后再單個封裝。實驗結(jié)果表明，這種設(shè)計將最大無誤差比特率從27.5 Mb/秒提高到51.8 Mb/秒（增長了88％）。采用該技術(shù)封裝的驅(qū)動器在最大通信比特率上比在晶片上的驅(qū)動方法高20％。
來自美國新墨西哥大學高科技材料中心、物理系和電氣與計算機工程系的研究人員描述了在輻射壓力驅(qū)動的光學機械射頻振蕩器中射頻（RF）混頻的過程以及信號下變頻的過程。他們研究了光學機械混合過程中對射頻頻率的依賴性，還研究了光泵功率和波長失諧，并驗證了下變頻功率與射頻輸入功率成正比這一線性規(guī)律的存在。這些結(jié)果表明，在光纖鏈路和光射頻接收器中，光學機械振蕩器（OMO）將被用來作為潛在的射頻下變頻器。研究人員還驗證了光學機械在下變頻過程中的保真度，并首次演示了用光學機械方法從射頻載波中下變頻語音信號的方案。
采用納米結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管（LED）具備高指標的提取效率，因此在固態(tài)照明方面的潛在應(yīng)用前景引起了許多研究人員的密切關(guān)注。然而，納米級的實現(xiàn)過程包含：工藝結(jié)構(gòu)上具有大面積操作的可行性、低成本性和硬度。來自華中科技大學光電子信息學院、武漢光電國家實驗室、武漢科技大學理學院和華中科技大學數(shù)字制造裝備與技術(shù)國家重點實驗室的研究人員將一個2英寸的陽極氧化鋁（AAO）模板用作初始模具，并通過使用軟紫外納米壓印光刻技術(shù)復制光子晶體狀結(jié)構(gòu)（PCLSs）到藍光發(fā)光二極管上。研究人員同時研究了草酸鋁水合物的溶解物，并用它來克服高電壓陽極氧化處理時的燒穿問題，并指出該技術(shù)是大孔徑（250～500 nm）氧化鋁的制備關(guān)鍵?？逃?50 nm深的光子晶體狀結(jié)構(gòu)的圖形化發(fā)光二極管器件，與非圖形化發(fā)光二極管器件相比較而言，在光致發(fā)光和電致發(fā)光方面分別有45 ％和11.4％的增強效果。研究人員采用3-D有限差分時域模擬技術(shù)證實了光子晶體狀結(jié)構(gòu)的形成將有效提高光提取效率，同時他們進一步指出該方法實現(xiàn)簡單，價格便宜，可在大面積內(nèi)重復使用，并能適用于未來高產(chǎn)量的生產(chǎn)線。
3．光傳輸和光波導
來自芬蘭的東芬蘭大學光學院和阿爾托大學微型和納米科學系的研究人員研究了亞波長尺寸級的低損耗非結(jié)晶二氧化鈦（TiO2）帶狀波導。該波導是通過采用原子層沉積技術(shù)（ALD）、電子束光刻技術(shù)（EBL）和反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)（RIE）組合工藝進行制造的。研究人員發(fā)現(xiàn)此種帶狀波導的傳輸損耗在1.55微米波長上低至5.0分貝/平方厘米，并且傳輸損耗大多是由光刻工藝引起的側(cè)壁面粗糙而導致的。傳輸損耗可以通過采用原子層沉積技術(shù)（ALD）在帶狀波導內(nèi)增加二氧化鈦（TiO2）附加層來進一步降低；經(jīng)測量，在1.55微米波長上使用厚度為30nm的二氧化鈦附加層可以使傳輸損耗從5.0±0.5分貝/厘米減少至2.4±0.2分貝/厘米。正是基于這一結(jié)果，經(jīng)過再沉淀處理后，最初的波導側(cè)壁（即二氧化鈦/空氣界面）實際上將換成新的含附加層側(cè)壁，并能有效地減小側(cè)壁粗糙度。
加拿大渥太華大學電子工程和計算機科學學院微波光子實驗室的研究人員提出并通過實驗證明了在極化復用的波分復用無源光網(wǎng)絡(luò)中采用法布里-珀羅激光二極管（FPLD）注入鎖定技術(shù)，能進行對稱超寬帶（UWB）波段復用。在該方案中，下行的超寬帶信號和基帶信號在中心站產(chǎn)生并被極化復用，然后在光纖上被發(fā)送到基站（BS）。在基站處，一個下行信號被選定至注入鎖定法布里-珀羅激光二極管。理論研究和實驗研究都證明：與基帶信號相比，上行業(yè)務(wù)對下行超寬帶信號的調(diào)制深度表現(xiàn)較不敏感，并且使用下行超寬帶信號作為注入信號將有助于使下行和上行業(yè)務(wù)具有更好的傳輸性能，因此下行超寬帶信號被選定作為注入信號。研究人員完成實驗發(fā)現(xiàn)，當法布里-珀羅激光二極管被用作下行超寬帶信號注入鎖定時，將為上行超寬帶信號和基帶信號傳輸重新產(chǎn)生一個清晰的光載波；實驗同時驗證了在25公里單模光纖（SMF）上采用單一波長完成1.25 Gb/s超寬帶信號和10 Gb/s基帶信號的點對點雙向傳輸，并同時測量得到了下行和上行兩個方向傳輸?shù)恼`碼率和眼圖。
目前，迫在眉睫的光信號容量限危機一直推動對光信號并行化處理的需求，而光信號容量危機要求光譜效率在未來幾十年里超越香農(nóng)極限的限制。為此，新興的100 Gbps高速以太網(wǎng)業(yè)務(wù)利用并行光纖進行數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)成為行業(yè)標準選項，這一技術(shù)同時被稱為多信道分布接入技術(shù)。近年來，光網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的正交頻分復用（OFDM）技術(shù)在以太網(wǎng)并行化傳輸?shù)膶崿F(xiàn)上，將成為一個極具前景的傳輸方式。在并行方式的基礎(chǔ)上，它可以根據(jù)用戶變化的帶寬需求而靈活改變光譜資源的分配；這種并行方式中，在比串行傳輸更低的速率上，每個子載波獨立使用一個頻隙。來自德國布倫瑞克卡洛羅威廉娜工業(yè)大學和印度孟買印度技術(shù)學院計算機科學和工程系的研究人員提出了一種新型并行傳輸框架，專為具有彈性的（基于正交頻分復用（OFDM）技術(shù)）光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，以支持高速以太網(wǎng)服務(wù)，并同時符合IEEE和ITU-T的標準。他們構(gòu)想了一種整數(shù)線性設(shè)計的最優(yōu)化模型，并考慮了各種制約因素，包括頻譜分割，差分延遲和防護頻帶限制。還提出了一個一旦最優(yōu)化模型應(yīng)用受限時可使用的啟發(fā)性算法。該研究結(jié)果表明了彈性光網(wǎng)絡(luò)所具備的有效性和高適用性，并將支持高速以太網(wǎng)并行傳輸，尤其適用于需要高帶寬的通信連接。據(jù)我們所知，這是首次嘗試在彈性光網(wǎng)絡(luò)中模擬并行傳輸，并用來支持一個標準化高速以太網(wǎng)系統(tǒng)通信的方案。
來自澳大利亞墨爾本大學電氣與電子工程系的研究人員已經(jīng)完成了傳統(tǒng)光載無線通信（C-ROF）、數(shù)字光載無線通信（D-RoF）、采樣光載無線通信（S-RoF）的傳輸設(shè)計，并通過實驗證明了可以基于上述方案，能實驗設(shè)計并實現(xiàn)寬帶射頻正交頻分復用信號（OFDM）的傳輸和收發(fā)過程。傳統(tǒng)光載無線通信是采用最簡單的基站/射頻拉遠（BS / RRH）構(gòu)架，但它要求較大的光通信線路帶寬，采用該設(shè)計的信號傳輸性容易受到互調(diào)失真（IMD）和射頻功率衰減的限制。對于基于帶通采樣的數(shù)字光載無線通信傳輸設(shè)計，雖然在數(shù)字光鏈路進行信號傳遞，但其性能受限于信號的整形和模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度。采樣光載無線通信的傳輸要求光通信線路帶寬很窄，但是其性能受到互調(diào)失真（IMD）和帶通采樣時引入的噪聲限制。根據(jù)上述的研究分析和比較實驗結(jié)果，研究人員提供了一些設(shè)計優(yōu)化方案參考，并將其用于寬帶射頻正交頻分復用信號傳輸?shù)墓饫w無線融合系統(tǒng)設(shè)計。實驗結(jié)果表明：傳統(tǒng)光載無線通信最適合于短距離傳輸; 數(shù)字光載無線通信有最佳的通信性能，而采樣光載無線通信為未來實用化提供了一個低成本的解決方案。
高階調(diào)制格式能夠獲得更高的頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率。然而，在實際應(yīng)用過程中，該技術(shù)將受到噪聲容忍度和光信號功率的限制，實際應(yīng)用中，噪聲容忍度不能降低很多，而光信號功率不能太大，否則光信號發(fā)射到光纖上時會產(chǎn)生過多的非線性信號失真。在本文中，丹麥科技大學光學工程系的研究人員證明了使用自適應(yīng)均衡技術(shù)能有效減輕光纖色散傳播效應(yīng)所導致的光信號接收性能下降，無論是有光纖色散受管理或沒有色散管理的相干檢測鏈路都適用該方法。研究人員同時對該解決方案的有效性在不同傳輸系統(tǒng)中進行了數(shù)值仿真和實驗驗證。
4．調(diào)制器和光開關(guān)
分別來自巴西巴西利亞大學電氣工程系OCN實驗室、瑞典查爾姆斯理工大學信號系統(tǒng)系和美國斯坦福大學電氣工程系金茲頓實驗室的研究人員共同評估了可變碼率收發(fā)器對波長路由光網(wǎng)絡(luò)在成本、容量和生存性等方面的影響。在以50 GHz為間隔的信道組成的波長路由光網(wǎng)絡(luò)中，傳輸速率和測量范圍被量化，并采用兩個假設(shè)的編碼調(diào)制方案（積極方案和保守方案）實現(xiàn)。積極的方案中，采用64-正交幅度調(diào)制格式，容量間隙小，帶寬余量少；保守的方案中，采用16-正交幅度調(diào)制格式，容量間隙大，帶寬余量多。保守和積極的方案都被使用并在三種代表性的光網(wǎng)絡(luò)中進行性能評估。研究人員進行計算時，非線性噪聲影響被假定為加性高斯白噪聲的影響。研究結(jié)果表明，可變碼率收發(fā)器將采用軟保護技術(shù)，從而使得保護光路運行時的數(shù)據(jù)傳輸速率遠低于相對應(yīng)的工作光路容限。研究發(fā)現(xiàn)：可變碼率收發(fā)器在IP網(wǎng)絡(luò)流量傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用尤其有效，因為通常在網(wǎng)絡(luò)的維護周期中必須容忍信號傳輸容量的減少（平均高達25％）；研究發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有工作在100、200或400 GB/秒速率的固定碼率收發(fā)器相比，可變碼率收發(fā)器具有節(jié)省收發(fā)器使用和減少波段占用的潛力。
目前，很多研究人員特別關(guān)注在基于可重構(gòu)光分插復用器（ROADM）和波長選擇開關(guān)（WSS）的增強型波分復用網(wǎng)絡(luò)中，降低功率激增負面效應(yīng)的問題。在光網(wǎng)絡(luò)負載動態(tài)變化的情況下，傳統(tǒng)的方案常使用波長選擇開關(guān)控制技術(shù)，這將導致整個通信鏈路上出現(xiàn)瞬態(tài)功率激增的現(xiàn)象。因此，研究人員考慮了采用如下兩種波長選擇開關(guān)控制策略進行跟蹤：積分控制和改進的積分協(xié)調(diào)控制。對于這兩種算法，收斂于一個孤立節(jié)點表明其依賴于光放大器的非線性增益。在具有獨立控制可重構(gòu)光分插復用器節(jié)點的鏈式光網(wǎng)絡(luò)中，改進的波長選擇開關(guān)有效控制著解耦節(jié)點，使整得個鏈路上波長選擇開關(guān)引起的瞬態(tài)功率激增下降。在互連鏈式系統(tǒng)中，這些下降的邊界范圍采用L2標準，通過應(yīng)用李雅普諾夫分析技術(shù)來解析與定量。來自加拿大多倫多大學電氣與計算機工程系、美國阿爾卡特-朗訊公司、美國哥倫比亞大學電氣與計算機工程系的研究人員驗證和比較了兩種波長選擇開關(guān)控制策略的數(shù)值結(jié)果，并數(shù)值模擬研究了兩個實用中動態(tài)會聚網(wǎng)絡(luò)的負載情況。
在動態(tài)光網(wǎng)絡(luò)中，不同的鏈路產(chǎn)生不同質(zhì)量的信號，因此速率自適應(yīng)光纖收發(fā)器在利用現(xiàn)有資源的動態(tài)光網(wǎng)絡(luò)中將發(fā)揮極其重要的作用。來自瑞典查爾姆斯理工大學和美國斯坦福大學的科研人員研究了速率自適應(yīng)聯(lián)合編碼調(diào)制，通常被稱為編碼調(diào)制（CM）；并專注于非色散管理（Non-DM）的鏈路，他們同時利用目前最領(lǐng)先的技術(shù)對鏈路進行信道建模。研究人員引入了四維編碼調(diào)制設(shè)計，比照現(xiàn)有的方法，這種設(shè)計能在數(shù)字信號處理的復雜度和有效性之間取得更好的折衷。研究人員創(chuàng)立了一個速率自適應(yīng)的編碼調(diào)制方案，該方案結(jié)合了提出了一種新型的單一低密度奇偶校驗碼，并使用了概率信號整形技術(shù)。隨后研究人員評估了該編碼調(diào)制設(shè)計方案的性能，指出該設(shè)計方案可用于長距離非色散管理光纖系統(tǒng)來進行單信道傳輸，方案中同時采用了電色散補償技術(shù)。數(shù)值結(jié)果表明在很寬波段范圍內(nèi)其頻譜效率的改善是較為顯著的，與現(xiàn)有方法相比改善了1dB以上。
5．能源管理
目前的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常提供了幾種不同性能表現(xiàn)的能源使用方式。舉例來說，在光無源接入以太網(wǎng)絡(luò)（EPON）中，光網(wǎng)路單元（ONU）在沒有數(shù)據(jù)傳輸時就會關(guān)閉其發(fā)射機的使用，這種低功耗模式常被稱為休眠模式，該模式如果被高效使用的話則可以在以太無源光網(wǎng)絡(luò)上顯著降低功耗。本文中，西班牙維戈大學遠距離通信工程系的研究人員通過模擬在許多不同的場合下使用這種模式來評估所獲得的光接入網(wǎng)節(jié)能潛力。具體來說，他們分析了使用動態(tài)帶寬分配（DBA）算法的影響，以及在不同休眠模式下能源使用效率和幀延遲管理的模式。
6．光纖維護
雖然二氧化硅和氟化物玻璃的熔融溫度有很大的區(qū)別，但是來自德國布倫瑞克工業(yè)大學高頻技術(shù)研究所的研究人員提出了一個創(chuàng)新的熱熔接方法，并利用該方法來連接這兩種光纖，從而實現(xiàn)光纖接頭處達到的最低衰減值為0.2dB左右。值得注意的是，這種熱熔接方法非常穩(wěn)定，很容易封裝和并能嵌入到一個光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)中。
折射率匹配的固體材料，使人們能夠像連接傳統(tǒng)單模光纖那樣連接含氣孔的光纖。來自日本電報電話公司和NTT接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)實驗室的研究人員公布了對固體折射率匹配材料進行的適用性研究成果，以便應(yīng)用在光纖的現(xiàn)場組裝拼接技術(shù)上。研究人員根據(jù)光纖彎曲實驗研究了耐壓力和彎曲損耗特性，并研究了在現(xiàn)場連接時，固體材料硬度沖擊產(chǎn)生的連接損耗特性，在此基礎(chǔ)上推導出使固體材料的硬度和光纖的彎曲程度兩者都適合的連接條件。最后，研究人員通過實驗證明了所提出的連接方法是有效的。
作者：邵宇豐 王煉棟
1．光網(wǎng)絡(luò)及光通信系統(tǒng)
香港城市大學電子工程系的科研人員在研究一種采用非分層替換路由與中繼預(yù)留的電路交換多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。他們在以溢出優(yōu)先級分類近似（OPCA）作為基本概念的基礎(chǔ)上，為網(wǎng)絡(luò)擁塞概率的估計提出并研究了兩種近似方法：溢出優(yōu)先級分類近似法和基于業(yè)務(wù)的溢出優(yōu)先級分類近似法。研究人員還在網(wǎng)絡(luò)中將經(jīng)典的愛爾蘭定點近似法（EFPA）用于網(wǎng)絡(luò)擁塞概率的估計，并提出了比較穩(wěn)妥的解決方案：比較在采用愛爾蘭定點逼近法和在采用溢出優(yōu)先級分類近似法中所獲值的最大值作為相對有效的估計值。研究人員通過仿真研究來對這幾種近似法進行了比較，并討論在不同的系統(tǒng)參數(shù)值（例如：業(yè)務(wù)的速率、帶寬的需求、每個中繼的信道數(shù)量、替代路徑和中繼預(yù)留的最大允許數(shù)量）情況下，各種網(wǎng)絡(luò)信息流量等級的擁塞概率的精度。研究人員還進一步研究了這幾種近似方法的魯棒性，即在時間分布上均勻狀態(tài)和非均勻狀態(tài)下的性能，同時通過測量說明了在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中采用這幾種近似方法時，其誤碼率是在可接受范圍之內(nèi)的。研究結(jié)果還進一步表明上述幾種近似方法能被應(yīng)用到類似核心網(wǎng)（Core Network）這樣的大型網(wǎng)絡(luò)中去。
來自中國電子科技大學的光纖傳感和通信網(wǎng)絡(luò)教育部重點實驗室的研究人員提出了一種基于正交頻分復用（OFDM）的城域接入集成網(wǎng)絡(luò)（MAIN）。他們首次提出使用可擴展的全光虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）通信是可行的。兩種類型的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）通信（分別是跨VPN和VPN內(nèi)的通信）同時在本論文提及的城域接入集成網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用。通過將VPN的光源放置在中心站（CO），并在中心站和每個中心節(jié)點（CN）級聯(lián)一個有M * M個光開關(guān)的波長解復用器（DEMUX），就可在中心站實現(xiàn)VPN子頻帶和通信的集中動態(tài)管理。同時，通過采用所建議的VPN子帶分配方案和回收過程，全光VPN的可擴展性和可重構(gòu)性得到了顯著改善。VPN的可擴展性理論分析有助于研究得到多路VPN通信信道的最小數(shù)量和最大數(shù)量值，并且多路通信也是城域接入集成網(wǎng)絡(luò)同時支持的。此外，研究人員還研究和討論了由于加寬激光線寬而引起的正交頻分復用調(diào)制性能的退化問題。在所建議的采用正交頻分復用技術(shù)的城域接入集成網(wǎng)絡(luò)中，VPN內(nèi)和跨VPN通信采用16位正交幅度調(diào)制技術(shù)，速率是10 Gbit /秒，這兩種通信方式都已經(jīng)仿真成功，仿真結(jié)果表明了該方案的未來實際應(yīng)用的可行性。
2．無源和有源器件
首次運用單片集成的銦鎵砷磷/銦磷（InGaAsP / InP）設(shè)計和制造有源-無源8 × 8交叉連接器件的演示方案被來自荷蘭埃因霍芬科技大學通信技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究所電子工程系、美國卡爾弗市光子公司的研究人員提出。他們實現(xiàn)了在單片芯片上同時完成空間域和波長域內(nèi)的選擇功能，首先是八路寬帶信號輸入到一個1× 8的寬帶空間選擇開關(guān)陣列，隨后由八個8 ×8門控環(huán)狀路由器陣列進行波長的選擇。芯片上能夠允許在面積14.6 ×6.7平方毫米大小的區(qū)域中集成136個半導體光學放大器門和8個環(huán)狀路由器。在第一臺原始芯片上，全部路徑的84％用光連接和電子連接進行了全范圍線路連通性評估。良好的環(huán)狀路由器光譜均勻性和半導體光學放大器門損失補償技術(shù)保證了芯片可以在較寬的光譜范圍內(nèi)正常運行。在芯片中大多數(shù)典型線路上，分析研究數(shù)據(jù)通過路由的情況，發(fā)現(xiàn)光信號的信噪比遠大于30d。研究人員同時證明了動態(tài)可重構(gòu)的路由上也可以同時發(fā)送四個不同波長的信號。開關(guān)的上升沿時間和下降沿時間經(jīng)測量分別為3.8納秒和3.2納秒。
要使可見光通信（VLC）系統(tǒng)速度提高、帶寬增大以及硬件小型化，就必須提高發(fā)光二極管（LED）的調(diào)制速度。 而發(fā)光二極管的調(diào)制速度受到保留在耗盡電容內(nèi)的殘留載波限制。來自日本東京理科大學科學技術(shù)研究所電氣工程部和日本信州大學電子與電氣工程系的研究人員評估了一種可實現(xiàn)光傳輸速率增加的發(fā)光二極管驅(qū)動器，這種發(fā)光二極管驅(qū)動器首次在可見光通信系統(tǒng)的氮化鎵發(fā)光二極管中清除了殘留載波。這種驅(qū)動器是采用在電路板上分立的砷化鎵場效應(yīng)管和無源元器件制作的。經(jīng)過光傳輸實驗其結(jié)果表明，使用這種驅(qū)動器后，一組非歸零（NRZ）偽隨機二進制序列信號的最大無誤差比特率從69Mb/秒 提高到95 Mb/秒（增長了38％）?？墒牵糜跉埩糨d波清除的額外電路增大了驅(qū)動器的功耗。為了減少功耗，研究人員使用了CMOS反相器，其中一個PMOS場效應(yīng)管用于清除殘留載波。驅(qū)動器采用0.18微米CMOS集成電路的制造工藝進行生產(chǎn)，然后再單個封裝。實驗結(jié)果表明，這種設(shè)計將最大無誤差比特率從27.5 Mb/秒提高到51.8 Mb/秒（增長了88％）。采用該技術(shù)封裝的驅(qū)動器在最大通信比特率上比在晶片上的驅(qū)動方法高20％。
來自美國新墨西哥大學高科技材料中心、物理系和電氣與計算機工程系的研究人員描述了在輻射壓力驅(qū)動的光學機械射頻振蕩器中射頻（RF）混頻的過程以及信號下變頻的過程。他們研究了光學機械混合過程中對射頻頻率的依賴性，還研究了光泵功率和波長失諧，并驗證了下變頻功率與射頻輸入功率成正比這一線性規(guī)律的存在。這些結(jié)果表明，在光纖鏈路和光射頻接收器中，光學機械振蕩器（OMO）將被用來作為潛在的射頻下變頻器。研究人員還驗證了光學機械在下變頻過程中的保真度，并首次演示了用光學機械方法從射頻載波中下變頻語音信號的方案。
采用納米結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管（LED）具備高指標的提取效率，因此在固態(tài)照明方面的潛在應(yīng)用前景引起了許多研究人員的密切關(guān)注。然而，納米級的實現(xiàn)過程包含：工藝結(jié)構(gòu)上具有大面積操作的可行性、低成本性和硬度。來自華中科技大學光電子信息學院、武漢光電國家實驗室、武漢科技大學理學院和華中科技大學數(shù)字制造裝備與技術(shù)國家重點實驗室的研究人員將一個2英寸的陽極氧化鋁（AAO）模板用作初始模具，并通過使用軟紫外納米壓印光刻技術(shù)復制光子晶體狀結(jié)構(gòu)（PCLSs）到藍光發(fā)光二極管上。研究人員同時研究了草酸鋁水合物的溶解物，并用它來克服高電壓陽極氧化處理時的燒穿問題，并指出該技術(shù)是大孔徑（250～500 nm）氧化鋁的制備關(guān)鍵?？逃?50 nm深的光子晶體狀結(jié)構(gòu)的圖形化發(fā)光二極管器件，與非圖形化發(fā)光二極管器件相比較而言，在光致發(fā)光和電致發(fā)光方面分別有45 ％和11.4％的增強效果。研究人員采用3-D有限差分時域模擬技術(shù)證實了光子晶體狀結(jié)構(gòu)的形成將有效提高光提取效率，同時他們進一步指出該方法實現(xiàn)簡單，價格便宜，可在大面積內(nèi)重復使用，并能適用于未來高產(chǎn)量的生產(chǎn)線。
3．光傳輸和光波導
來自芬蘭的東芬蘭大學光學院和阿爾托大學微型和納米科學系的研究人員研究了亞波長尺寸級的低損耗非結(jié)晶二氧化鈦（TiO2）帶狀波導。該波導是通過采用原子層沉積技術(shù)（ALD）、電子束光刻技術(shù)（EBL）和反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)（RIE）組合工藝進行制造的。研究人員發(fā)現(xiàn)此種帶狀波導的傳輸損耗在1.55微米波長上低至5.0分貝/平方厘米，并且傳輸損耗大多是由光刻工藝引起的側(cè)壁面粗糙而導致的。傳輸損耗可以通過采用原子層沉積技術(shù)（ALD）在帶狀波導內(nèi)增加二氧化鈦（TiO2）附加層來進一步降低；經(jīng)測量，在1.55微米波長上使用厚度為30nm的二氧化鈦附加層可以使傳輸損耗從5.0±0.5分貝/厘米減少至2.4±0.2分貝/厘米。正是基于這一結(jié)果，經(jīng)過再沉淀處理后，最初的波導側(cè)壁（即二氧化鈦/空氣界面）實際上將換成新的含附加層側(cè)壁，并能有效地減小側(cè)壁粗糙度。
加拿大渥太華大學電子工程和計算機科學學院微波光子實驗室的研究人員提出并通過實驗證明了在極化復用的波分復用無源光網(wǎng)絡(luò)中采用法布里-珀羅激光二極管（FPLD）注入鎖定技術(shù)，能進行對稱超寬帶（UWB）波段復用。在該方案中，下行的超寬帶信號和基帶信號在中心站產(chǎn)生并被極化復用，然后在光纖上被發(fā)送到基站（BS）。在基站處，一個下行信號被選定至注入鎖定法布里-珀羅激光二極管。理論研究和實驗研究都證明：與基帶信號相比，上行業(yè)務(wù)對下行超寬帶信號的調(diào)制深度表現(xiàn)較不敏感，并且使用下行超寬帶信號作為注入信號將有助于使下行和上行業(yè)務(wù)具有更好的傳輸性能，因此下行超寬帶信號被選定作為注入信號。研究人員完成實驗發(fā)現(xiàn)，當法布里-珀羅激光二極管被用作下行超寬帶信號注入鎖定時，將為上行超寬帶信號和基帶信號傳輸重新產(chǎn)生一個清晰的光載波；實驗同時驗證了在25公里單模光纖（SMF）上采用單一波長完成1.25 Gb/s超寬帶信號和10 Gb/s基帶信號的點對點雙向傳輸，并同時測量得到了下行和上行兩個方向傳輸?shù)恼`碼率和眼圖。
目前，迫在眉睫的光信號容量限危機一直推動對光信號并行化處理的需求，而光信號容量危機要求光譜效率在未來幾十年里超越香農(nóng)極限的限制。為此，新興的100 Gbps高速以太網(wǎng)業(yè)務(wù)利用并行光纖進行數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)成為行業(yè)標準選項，這一技術(shù)同時被稱為多信道分布接入技術(shù)。近年來，光網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的正交頻分復用（OFDM）技術(shù)在以太網(wǎng)并行化傳輸?shù)膶崿F(xiàn)上，將成為一個極具前景的傳輸方式。在并行方式的基礎(chǔ)上，它可以根據(jù)用戶變化的帶寬需求而靈活改變光譜資源的分配；這種并行方式中，在比串行傳輸更低的速率上，每個子載波獨立使用一個頻隙。來自德國布倫瑞克卡洛羅威廉娜工業(yè)大學和印度孟買印度技術(shù)學院計算機科學和工程系的研究人員提出了一種新型并行傳輸框架，專為具有彈性的（基于正交頻分復用（OFDM）技術(shù)）光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，以支持高速以太網(wǎng)服務(wù)，并同時符合IEEE和ITU-T的標準。他們構(gòu)想了一種整數(shù)線性設(shè)計的最優(yōu)化模型，并考慮了各種制約因素，包括頻譜分割，差分延遲和防護頻帶限制。還提出了一個一旦最優(yōu)化模型應(yīng)用受限時可使用的啟發(fā)性算法。該研究結(jié)果表明了彈性光網(wǎng)絡(luò)所具備的有效性和高適用性，并將支持高速以太網(wǎng)并行傳輸，尤其適用于需要高帶寬的通信連接。據(jù)我們所知，這是首次嘗試在彈性光網(wǎng)絡(luò)中模擬并行傳輸，并用來支持一個標準化高速以太網(wǎng)系統(tǒng)通信的方案。
來自澳大利亞墨爾本大學電氣與電子工程系的研究人員已經(jīng)完成了傳統(tǒng)光載無線通信（C-ROF）、數(shù)字光載無線通信（D-RoF）、采樣光載無線通信（S-RoF）的傳輸設(shè)計，并通過實驗證明了可以基于上述方案，能實驗設(shè)計并實現(xiàn)寬帶射頻正交頻分復用信號（OFDM）的傳輸和收發(fā)過程。傳統(tǒng)光載無線通信是采用最簡單的基站/射頻拉遠（BS / RRH）構(gòu)架，但它要求較大的光通信線路帶寬，采用該設(shè)計的信號傳輸性容易受到互調(diào)失真（IMD）和射頻功率衰減的限制。對于基于帶通采樣的數(shù)字光載無線通信傳輸設(shè)計，雖然在數(shù)字光鏈路進行信號傳遞，但其性能受限于信號的整形和模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度。采樣光載無線通信的傳輸要求光通信線路帶寬很窄，但是其性能受到互調(diào)失真（IMD）和帶通采樣時引入的噪聲限制。根據(jù)上述的研究分析和比較實驗結(jié)果，研究人員提供了一些設(shè)計優(yōu)化方案參考，并將其用于寬帶射頻正交頻分復用信號傳輸?shù)墓饫w無線融合系統(tǒng)設(shè)計。實驗結(jié)果表明：傳統(tǒng)光載無線通信最適合于短距離傳輸; 數(shù)字光載無線通信有最佳的通信性能，而采樣光載無線通信為未來實用化提供了一個低成本的解決方案。
高階調(diào)制格式能夠獲得更高的頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率。然而，在實際應(yīng)用過程中，該技術(shù)將受到噪聲容忍度和光信號功率的限制，實際應(yīng)用中，噪聲容忍度不能降低很多，而光信號功率不能太大，否則光信號發(fā)射到光纖上時會產(chǎn)生過多的非線性信號失真。在本文中，丹麥科技大學光學工程系的研究人員證明了使用自適應(yīng)均衡技術(shù)能有效減輕光纖色散傳播效應(yīng)所導致的光信號接收性能下降，無論是有光纖色散受管理或沒有色散管理的相干檢測鏈路都適用該方法。研究人員同時對該解決方案的有效性在不同傳輸系統(tǒng)中進行了數(shù)值仿真和實驗驗證。
4．調(diào)制器和光開關(guān)
分別來自巴西巴西利亞大學電氣工程系OCN實驗室、瑞典查爾姆斯理工大學信號系統(tǒng)系和美國斯坦福大學電氣工程系金茲頓實驗室的研究人員共同評估了可變碼率收發(fā)器對波長路由光網(wǎng)絡(luò)在成本、容量和生存性等方面的影響。在以50 GHz為間隔的信道組成的波長路由光網(wǎng)絡(luò)中，傳輸速率和測量范圍被量化，并采用兩個假設(shè)的編碼調(diào)制方案（積極方案和保守方案）實現(xiàn)。積極的方案中，采用64-正交幅度調(diào)制格式，容量間隙小，帶寬余量少；保守的方案中，采用16-正交幅度調(diào)制格式，容量間隙大，帶寬余量多。保守和積極的方案都被使用并在三種代表性的光網(wǎng)絡(luò)中進行性能評估。研究人員進行計算時，非線性噪聲影響被假定為加性高斯白噪聲的影響。研究結(jié)果表明，可變碼率收發(fā)器將采用軟保護技術(shù)，從而使得保護光路運行時的數(shù)據(jù)傳輸速率遠低于相對應(yīng)的工作光路容限。研究發(fā)現(xiàn)：可變碼率收發(fā)器在IP網(wǎng)絡(luò)流量傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用尤其有效，因為通常在網(wǎng)絡(luò)的維護周期中必須容忍信號傳輸容量的減少（平均高達25％）；研究發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有工作在100、200或400 GB/秒速率的固定碼率收發(fā)器相比，可變碼率收發(fā)器具有節(jié)省收發(fā)器使用和減少波段占用的潛力。
目前，很多研究人員特別關(guān)注在基于可重構(gòu)光分插復用器（ROADM）和波長選擇開關(guān)（WSS）的增強型波分復用網(wǎng)絡(luò)中，降低功率激增負面效應(yīng)的問題。在光網(wǎng)絡(luò)負載動態(tài)變化的情況下，傳統(tǒng)的方案常使用波長選擇開關(guān)控制技術(shù)，這將導致整個通信鏈路上出現(xiàn)瞬態(tài)功率激增的現(xiàn)象。因此，研究人員考慮了采用如下兩種波長選擇開關(guān)控制策略進行跟蹤：積分控制和改進的積分協(xié)調(diào)控制。對于這兩種算法，收斂于一個孤立節(jié)點表明其依賴于光放大器的非線性增益。在具有獨立控制可重構(gòu)光分插復用器節(jié)點的鏈式光網(wǎng)絡(luò)中，改進的波長選擇開關(guān)有效控制著解耦節(jié)點，使整得個鏈路上波長選擇開關(guān)引起的瞬態(tài)功率激增下降。在互連鏈式系統(tǒng)中，這些下降的邊界范圍采用L2標準，通過應(yīng)用李雅普諾夫分析技術(shù)來解析與定量。來自加拿大多倫多大學電氣與計算機工程系、美國阿爾卡特-朗訊公司、美國哥倫比亞大學電氣與計算機工程系的研究人員驗證和比較了兩種波長選擇開關(guān)控制策略的數(shù)值結(jié)果，并數(shù)值模擬研究了兩個實用中動態(tài)會聚網(wǎng)絡(luò)的負載情況。
在動態(tài)光網(wǎng)絡(luò)中，不同的鏈路產(chǎn)生不同質(zhì)量的信號，因此速率自適應(yīng)光纖收發(fā)器在利用現(xiàn)有資源的動態(tài)光網(wǎng)絡(luò)中將發(fā)揮極其重要的作用。來自瑞典查爾姆斯理工大學和美國斯坦福大學的科研人員研究了速率自適應(yīng)聯(lián)合編碼調(diào)制，通常被稱為編碼調(diào)制（CM）；并專注于非色散管理（Non-DM）的鏈路，他們同時利用目前最領(lǐng)先的技術(shù)對鏈路進行信道建模。研究人員引入了四維編碼調(diào)制設(shè)計，比照現(xiàn)有的方法，這種設(shè)計能在數(shù)字信號處理的復雜度和有效性之間取得更好的折衷。研究人員創(chuàng)立了一個速率自適應(yīng)的編碼調(diào)制方案，該方案結(jié)合了提出了一種新型的單一低密度奇偶校驗碼，并使用了概率信號整形技術(shù)。隨后研究人員評估了該編碼調(diào)制設(shè)計方案的性能，指出該設(shè)計方案可用于長距離非色散管理光纖系統(tǒng)來進行單信道傳輸，方案中同時采用了電色散補償技術(shù)。數(shù)值結(jié)果表明在很寬波段范圍內(nèi)其頻譜效率的改善是較為顯著的，與現(xiàn)有方法相比改善了1dB以上。
5．能源管理
目前的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常提供了幾種不同性能表現(xiàn)的能源使用方式。舉例來說，在光無源接入以太網(wǎng)絡(luò)（EPON）中，光網(wǎng)路單元（ONU）在沒有數(shù)據(jù)傳輸時就會關(guān)閉其發(fā)射機的使用，這種低功耗模式常被稱為休眠模式，該模式如果被高效使用的話則可以在以太無源光網(wǎng)絡(luò)上顯著降低功耗。本文中，西班牙維戈大學遠距離通信工程系的研究人員通過模擬在許多不同的場合下使用這種模式來評估所獲得的光接入網(wǎng)節(jié)能潛力。具體來說，他們分析了使用動態(tài)帶寬分配（DBA）算法的影響，以及在不同休眠模式下能源使用效率和幀延遲管理的模式。
6．光纖維護
雖然二氧化硅和氟化物玻璃的熔融溫度有很大的區(qū)別，但是來自德國布倫瑞克工業(yè)大學高頻技術(shù)研究所的研究人員提出了一個創(chuàng)新的熱熔接方法，并利用該方法來連接這兩種光纖，從而實現(xiàn)光纖接頭處達到的最低衰減值為0.2dB左右。值得注意的是，這種熱熔接方法非常穩(wěn)定，很容易封裝和并能嵌入到一個光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)中。
折射率匹配的固體材料，使人們能夠像連接傳統(tǒng)單模光纖那樣連接含氣孔的光纖。來自日本電報電話公司和NTT接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)實驗室的研究人員公布了對固體折射率匹配材料進行的適用性研究成果，以便應(yīng)用在光纖的現(xiàn)場組裝拼接技術(shù)上。研究人員根據(jù)光纖彎曲實驗研究了耐壓力和彎曲損耗特性，并研究了在現(xiàn)場連接時，固體材料硬度沖擊產(chǎn)生的連接損耗特性，在此基礎(chǔ)上推導出使固體材料的硬度和光纖的彎曲程度兩者都適合的連接條件。最后，研究人員通過實驗證明了所提出的連接方法是有效的。
