2022年1月JLT光通信論文評(píng)析
發(fā)布時(shí)間：2022-02-25 10:48:26 熱度：1953
2/25/2022，光纖在線訊，光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，楊騏銘，伊林芳，田青，于妮，李沖，劉栓凡，袁杰，左仁杰，李彥霖，陳鵬。
2022年1月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纖通信，信號(hào)星座整形，光載無(wú)線通信，發(fā)光器件，室內(nèi)光無(wú)線通信以及濾波器等；筆者將逐一評(píng)析。
1.光纖通信
西班牙物理與復(fù)雜系統(tǒng)研究所的Irene Estébanez等研究人員采用極限學(xué)習(xí)機(jī)器（ELM）算法對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了接收數(shù)據(jù)恢復(fù)，如圖1所示；并在100km光纖傳輸系統(tǒng)（采用56GBand四電平脈沖振幅調(diào)制（PAM-4）和直接檢測(cè)）中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究人員引入延時(shí)儲(chǔ)備算法（TDRC）作為比較方案，證明采用ELM算法能進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng)配置，消除時(shí)間延遲引起的計(jì)算速度受限影響，同時(shí)具有采用TDRC方案近乎相同的收發(fā)性能[1]。該方案支持光信噪比（OSNR）大于31dB時(shí)進(jìn)行無(wú)差錯(cuò)解碼，且相較于采用離線數(shù)字信號(hào)處理（DSP）實(shí)現(xiàn)的KK接收方案具有更優(yōu)的誤碼性能表現(xiàn)。
2.信號(hào)星座整形
電子科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院的Zhi Zhang等研究人員設(shè)計(jì)了統(tǒng)計(jì)分布可控的星座整形混沌加密（CSCEn）方案，如圖2所示；首先將正交幅度調(diào)制（QAM）符號(hào)序列分成若干個(gè)子序列，依據(jù)統(tǒng)計(jì)信息（SI）進(jìn)行概率整形（PS）（通過(guò)星座區(qū)域替換），然后利用密鑰分配算法將序列SI編碼及加密成混沌信號(hào)相位；在接收端提取SI恢復(fù)出原始信號(hào)[2]。研究人員在25km的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）上成功進(jìn)行了加密PS-16-QAM信號(hào)的傳輸。因?yàn)樵摲桨覆坏芤暂^低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)靈活部署且提高了信號(hào)收發(fā)性能，而且能提供足夠的安全性以抵抗來(lái)自非法光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）的攻擊，毫無(wú)疑問(wèn)在未來(lái)將具有良好的應(yīng)用前景。
3.光載無(wú)線通信
為減輕寬帶全雙工（IBFD）多輸入多輸出（MIMO）光載無(wú)線通信（RoF）傳輸系統(tǒng)接收端的多徑自干擾負(fù)面影響，西南交通大學(xué)的Xiao Yu等研究人員提出了一種光學(xué)輔助方法，如圖3所示。研究人員設(shè)計(jì)了可調(diào)容量大、調(diào)節(jié)精度高的多徑可調(diào)延遲線（MOTDL）模塊，將本地參考信號(hào)調(diào)制到多個(gè)波長(zhǎng)上，然后通過(guò)密集波分復(fù)用器（DWDM）輸入MOTDL模塊中；調(diào)整MOTDL模塊中各路徑的時(shí)延和衰減，可消除MIMO-RoF傳輸系統(tǒng)中其他本地發(fā)射天線的自干擾信號(hào)，并恢復(fù)所需的射頻信號(hào)[3]。研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，在帶寬為100MHz、500MHz、1GHz和2GHz時(shí)，3×3 MIMO-RoF傳輸系統(tǒng)中多徑自干擾對(duì)消深度分別為30.18dB、24.9dB、22.7dB和20.88dB。毫無(wú)疑問(wèn)，該方案可作為下一代寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)升級(jí)的可行備選方案。
4.發(fā)光器件
復(fù)旦大學(xué)的Xinyi Shan等研究人員采用AlGaN基多量子阱（MQWs）設(shè)計(jì)了一種具有單片集成光電探測(cè)功能的多功能器件，如圖4所示。他們采用40μm短波紫外微型發(fā)光二極管（UVC-Micro-LED）和300μm UVC-LED相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了光發(fā)射強(qiáng)度的精確監(jiān)測(cè)，并在高速UVC通信中形成相互備用光源。研究人員在采用預(yù)均衡和16進(jìn)制正交幅度調(diào)制正交頻分復(fù)用（16-QAM-OFDM）調(diào)制系統(tǒng)中進(jìn)行了研究；結(jié)果表明，40μm LED和300μm LED可實(shí)現(xiàn)1m的鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸速率分別為1.6Gbps和1.21Gbps；40μm LED在15mA工作電流下的調(diào)制帶寬為497.58 MHz，300μm LED在22mA工作電流下的調(diào)制帶寬為467.38 MHz[4]。因?yàn)樵撈骷o(wú)需外部光電探測(cè)器（PD）來(lái)監(jiān)測(cè)發(fā)光波動(dòng)，因此該設(shè)計(jì)將為無(wú)線光通信系統(tǒng)的應(yīng)用提供高穩(wěn)定工作性能。
5.室內(nèi)光無(wú)線通信
皇家墨爾本理工大學(xué)的Ke Wang等研究人員在室內(nèi)光無(wú)線通信系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了濾波增強(qiáng)型多用戶接入方案（采用發(fā)射天線分組（TAG）和空間調(diào)制（SM）技術(shù)），如圖5所示。該方案在空間發(fā)射機(jī)中采用波形整形濾波器，能同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶，還能緩解多用戶干擾（MUI）影響，實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸。為滿足不同傳輸速率要求，他們?cè)诳臻g域（不同用戶發(fā)射機(jī)數(shù)量）或符號(hào)域（不同調(diào)制格式）進(jìn)行自適應(yīng)用戶數(shù)據(jù)速率分配的方法，實(shí)現(xiàn)了在兩用戶系統(tǒng)中單用戶數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到7.5 Gbit/s；在強(qiáng)、中及弱 MUI情況下獲得了幾乎相同的誤碼率（BER）性能，證明了MUI對(duì)BER性能的影響較小[5]。不難發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的TAG方法相比，該多用戶接入方案使系統(tǒng)接收機(jī)靈敏度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
6.濾波器
倫敦大學(xué)皇家霍洛威學(xué)院的Mian Ali等研究人員設(shè)計(jì)了基于受激布里淵散射（SBS）的可調(diào)諧微波光子濾波器（TMWPF）（帶寬范圍為20Mhz~40Mhz），如圖6所示。他們采用砷化鎵（GaAs）I-Q雙并聯(lián)馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器（DPMZM）實(shí)現(xiàn)了相位和強(qiáng)度調(diào)制；通過(guò)控制調(diào)制器的偏置點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了6dBm的增益控制；同時(shí)，他們采用摻鉺光纖放大器（EDFA）實(shí)現(xiàn)了完整的SBS增益控制。研究人員分別對(duì)I-Q DPMZM、相位調(diào)制器（PM）和強(qiáng)度調(diào)制器（IM）的濾波器性能進(jìn)行了分析；結(jié)果表明，在TMWPF中采用射頻放大器（RFA）時(shí)，I-Q DPMZM、PM和IM的系統(tǒng)增益分別為62dBm、69dBm和52dBm；在無(wú)RFA放大時(shí)，I-Q DPMZM、PM和IM分別獲得了44dBm、57Bm和44dBm的SBS增益。他們所提出的TMWPF在射頻域?qū)崿F(xiàn)了32GHz的帶寬可調(diào)諧，在光域?qū)崿F(xiàn)了高達(dá)40GHz的帶寬可調(diào)諧性[6]；因此該濾波器具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1] I. Estebanez, S. Li, J. Schwind, I. Fischer, S. Pachnicke, and A. Argyris, “56 GBaud PAM-4 100 Km Transmission System with Photonic Processing Schemes,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 1, pp. 55–62, Jan. 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3117921.
[2] Z. Zhang, Y. Luo, C. Zhang, X. Liang, M. Cui, and K. Qiu, “Constellation Shaping Chaotic Encryption Scheme with Controllable Statistical Distribution for OFDM-PON,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 1, pp. 14–23, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3119013.
[3] X. Yu, J. Ye, L. Yan, T. Zhou, X. Zou, and W. Pan, “Photonic-Assisted Multipath Self-Interference Cancellation for Wideband MIMO Radio-Over-Fiber Transmission,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 2, pp. 462–469, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3080833.
[4] X. Shan et al., “Multifunctional Ultraviolet-C Micro-LED With Monolithically Integrated Photodetector for Optical Wireless Communication,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 2, pp. 490–498, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3115167.
[5] K. Wang, S. Kandeepan, and K. Alameh, “Filter-Enhanced Multi-User Scheme for Spatial Modulation Based Optical Wireless Communication Systems,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 1, pp. 74–84, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3118669.
[6] M. Ali, S. Haxha, and I. Flint, “Tuneable Microwave Photonics Filter Based on Stimulated Brillouin Scattering with Enhanced Gain and Bandwidth Control,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 2, pp. 423–431, Jan. 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3118315.
2022年1月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纖通信，信號(hào)星座整形，光載無(wú)線通信，發(fā)光器件，室內(nèi)光無(wú)線通信以及濾波器等；筆者將逐一評(píng)析。
1.光纖通信
西班牙物理與復(fù)雜系統(tǒng)研究所的Irene Estébanez等研究人員采用極限學(xué)習(xí)機(jī)器（ELM）算法對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了接收數(shù)據(jù)恢復(fù)，如圖1所示；并在100km光纖傳輸系統(tǒng)（采用56GBand四電平脈沖振幅調(diào)制（PAM-4）和直接檢測(cè)）中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究人員引入延時(shí)儲(chǔ)備算法（TDRC）作為比較方案，證明采用ELM算法能進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng)配置，消除時(shí)間延遲引起的計(jì)算速度受限影響，同時(shí)具有采用TDRC方案近乎相同的收發(fā)性能[1]。該方案支持光信噪比（OSNR）大于31dB時(shí)進(jìn)行無(wú)差錯(cuò)解碼，且相較于采用離線數(shù)字信號(hào)處理（DSP）實(shí)現(xiàn)的KK接收方案具有更優(yōu)的誤碼性能表現(xiàn)。
2.信號(hào)星座整形
電子科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院的Zhi Zhang等研究人員設(shè)計(jì)了統(tǒng)計(jì)分布可控的星座整形混沌加密（CSCEn）方案，如圖2所示；首先將正交幅度調(diào)制（QAM）符號(hào)序列分成若干個(gè)子序列，依據(jù)統(tǒng)計(jì)信息（SI）進(jìn)行概率整形（PS）（通過(guò)星座區(qū)域替換），然后利用密鑰分配算法將序列SI編碼及加密成混沌信號(hào)相位；在接收端提取SI恢復(fù)出原始信號(hào)[2]。研究人員在25km的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）上成功進(jìn)行了加密PS-16-QAM信號(hào)的傳輸。因?yàn)樵摲桨覆坏芤暂^低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)靈活部署且提高了信號(hào)收發(fā)性能，而且能提供足夠的安全性以抵抗來(lái)自非法光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）的攻擊，毫無(wú)疑問(wèn)在未來(lái)將具有良好的應(yīng)用前景。
3.光載無(wú)線通信
為減輕寬帶全雙工（IBFD）多輸入多輸出（MIMO）光載無(wú)線通信（RoF）傳輸系統(tǒng)接收端的多徑自干擾負(fù)面影響，西南交通大學(xué)的Xiao Yu等研究人員提出了一種光學(xué)輔助方法，如圖3所示。研究人員設(shè)計(jì)了可調(diào)容量大、調(diào)節(jié)精度高的多徑可調(diào)延遲線（MOTDL）模塊，將本地參考信號(hào)調(diào)制到多個(gè)波長(zhǎng)上，然后通過(guò)密集波分復(fù)用器（DWDM）輸入MOTDL模塊中；調(diào)整MOTDL模塊中各路徑的時(shí)延和衰減，可消除MIMO-RoF傳輸系統(tǒng)中其他本地發(fā)射天線的自干擾信號(hào)，并恢復(fù)所需的射頻信號(hào)[3]。研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，在帶寬為100MHz、500MHz、1GHz和2GHz時(shí)，3×3 MIMO-RoF傳輸系統(tǒng)中多徑自干擾對(duì)消深度分別為30.18dB、24.9dB、22.7dB和20.88dB。毫無(wú)疑問(wèn)，該方案可作為下一代寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)升級(jí)的可行備選方案。
4.發(fā)光器件
復(fù)旦大學(xué)的Xinyi Shan等研究人員采用AlGaN基多量子阱（MQWs）設(shè)計(jì)了一種具有單片集成光電探測(cè)功能的多功能器件，如圖4所示。他們采用40μm短波紫外微型發(fā)光二極管（UVC-Micro-LED）和300μm UVC-LED相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了光發(fā)射強(qiáng)度的精確監(jiān)測(cè)，并在高速UVC通信中形成相互備用光源。研究人員在采用預(yù)均衡和16進(jìn)制正交幅度調(diào)制正交頻分復(fù)用（16-QAM-OFDM）調(diào)制系統(tǒng)中進(jìn)行了研究；結(jié)果表明，40μm LED和300μm LED可實(shí)現(xiàn)1m的鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸速率分別為1.6Gbps和1.21Gbps；40μm LED在15mA工作電流下的調(diào)制帶寬為497.58 MHz，300μm LED在22mA工作電流下的調(diào)制帶寬為467.38 MHz[4]。因?yàn)樵撈骷o(wú)需外部光電探測(cè)器（PD）來(lái)監(jiān)測(cè)發(fā)光波動(dòng)，因此該設(shè)計(jì)將為無(wú)線光通信系統(tǒng)的應(yīng)用提供高穩(wěn)定工作性能。
5.室內(nèi)光無(wú)線通信
皇家墨爾本理工大學(xué)的Ke Wang等研究人員在室內(nèi)光無(wú)線通信系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了濾波增強(qiáng)型多用戶接入方案（采用發(fā)射天線分組（TAG）和空間調(diào)制（SM）技術(shù)），如圖5所示。該方案在空間發(fā)射機(jī)中采用波形整形濾波器，能同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶，還能緩解多用戶干擾（MUI）影響，實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸。為滿足不同傳輸速率要求，他們?cè)诳臻g域（不同用戶發(fā)射機(jī)數(shù)量）或符號(hào)域（不同調(diào)制格式）進(jìn)行自適應(yīng)用戶數(shù)據(jù)速率分配的方法，實(shí)現(xiàn)了在兩用戶系統(tǒng)中單用戶數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到7.5 Gbit/s；在強(qiáng)、中及弱 MUI情況下獲得了幾乎相同的誤碼率（BER）性能，證明了MUI對(duì)BER性能的影響較小[5]。不難發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的TAG方法相比，該多用戶接入方案使系統(tǒng)接收機(jī)靈敏度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
6.濾波器
倫敦大學(xué)皇家霍洛威學(xué)院的Mian Ali等研究人員設(shè)計(jì)了基于受激布里淵散射（SBS）的可調(diào)諧微波光子濾波器（TMWPF）（帶寬范圍為20Mhz~40Mhz），如圖6所示。他們采用砷化鎵（GaAs）I-Q雙并聯(lián)馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器（DPMZM）實(shí)現(xiàn)了相位和強(qiáng)度調(diào)制；通過(guò)控制調(diào)制器的偏置點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了6dBm的增益控制；同時(shí)，他們采用摻鉺光纖放大器（EDFA）實(shí)現(xiàn)了完整的SBS增益控制。研究人員分別對(duì)I-Q DPMZM、相位調(diào)制器（PM）和強(qiáng)度調(diào)制器（IM）的濾波器性能進(jìn)行了分析；結(jié)果表明，在TMWPF中采用射頻放大器（RFA）時(shí)，I-Q DPMZM、PM和IM的系統(tǒng)增益分別為62dBm、69dBm和52dBm；在無(wú)RFA放大時(shí)，I-Q DPMZM、PM和IM分別獲得了44dBm、57Bm和44dBm的SBS增益。他們所提出的TMWPF在射頻域?qū)崿F(xiàn)了32GHz的帶寬可調(diào)諧，在光域?qū)崿F(xiàn)了高達(dá)40GHz的帶寬可調(diào)諧性[6]；因此該濾波器具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1] I. Estebanez, S. Li, J. Schwind, I. Fischer, S. Pachnicke, and A. Argyris, “56 GBaud PAM-4 100 Km Transmission System with Photonic Processing Schemes,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 1, pp. 55–62, Jan. 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3117921.
[2] Z. Zhang, Y. Luo, C. Zhang, X. Liang, M. Cui, and K. Qiu, “Constellation Shaping Chaotic Encryption Scheme with Controllable Statistical Distribution for OFDM-PON,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 1, pp. 14–23, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3119013.
[3] X. Yu, J. Ye, L. Yan, T. Zhou, X. Zou, and W. Pan, “Photonic-Assisted Multipath Self-Interference Cancellation for Wideband MIMO Radio-Over-Fiber Transmission,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 2, pp. 462–469, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3080833.
[4] X. Shan et al., “Multifunctional Ultraviolet-C Micro-LED With Monolithically Integrated Photodetector for Optical Wireless Communication,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 2, pp. 490–498, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3115167.
[5] K. Wang, S. Kandeepan, and K. Alameh, “Filter-Enhanced Multi-User Scheme for Spatial Modulation Based Optical Wireless Communication Systems,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 1, pp. 74–84, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3118669.
[6] M. Ali, S. Haxha, and I. Flint, “Tuneable Microwave Photonics Filter Based on Stimulated Brillouin Scattering with Enhanced Gain and Bandwidth Control,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 2, pp. 423–431, Jan. 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3118315.
