光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，胡欽政，王壯，楊杰，伊林芳，田青，楊琪銘，于妮
1/27/2021，光纖在線訊，2020年12月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章包括可見光通信、自由空間光通信、光載無線通信、數(shù)字信號處理、光纖傳輸?shù)�。筆者將逐一評析。
可見光通信
中山大學的Guixun Huang等研究人員設計了一種新型海域可見光通信系統(tǒng)（VLC），如圖1所示；該系統(tǒng)采用通用正交變換（OT）輔助多輸入多輸出（MIMO）的傳輸方案。研究人員將用戶生成的比特流映射到脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號上，通過正交變換模塊對PAM信號進行調(diào)制，結(jié)合奇異值分解（SVD）過程進行預編碼，減輕了多用戶間信號干擾。該設計方案增強了信號之間的最小歐幾里德距離，提升了信號對上述大氣和海上信道的適應能力；研究人員在此基礎上還推導了系統(tǒng)理論誤碼率（SER）解析表達式。研究結(jié)果表明，在實際海域系統(tǒng)應用中，與采用空分復用（SMP），空間調(diào)制（SM）和重復編碼（RC）技術的VLC系統(tǒng)的相比較，OT-VLC系統(tǒng)具有更好的收發(fā)性能[1]。

圖1海域空間和水下場景中的VLC通信過程

自由空間光通信
葡萄牙阿威羅大學的Fernando P. Guiomar等研究人員設計了一種自適應概率整形的自由空間光通信系統(tǒng)（FSO），如圖2所示。研究人員通過長期實驗分析，發(fā)現(xiàn)室外FSO系統(tǒng)瞬時信噪比（SNR）具有明顯時間相關性（時域記憶效應），該記憶效應在很大程度上取決于時變氣象學中涉及的參數(shù)變化。在多雨天氣條件下，為研究FSO信道的時間相關性，可采用低頻跟蹤技術來追蹤信道中平均SNR的演化過程；而在使用低復雜度未加權移動平均值算法的情況下，可對FSO鏈路進行精確信道估計。研究結(jié)果表明，將該類信道估計方法與時間自適應概率星座整形（PCS）調(diào)制技術相結(jié)合，在非穩(wěn)定天氣條件下，能在55m自由空間鏈路上實現(xiàn)400G +傳輸系統(tǒng)的應用[2]。

圖2FSO通信系統(tǒng)
光載無線通信
荷蘭埃因霍芬理工大學的Xuebing Zhang等研究人員設計了一種面向工業(yè)4.0應用的光載無線通信系統(tǒng)(OWC)，如圖3所示。研究人員通過漫反射聚焦以及傳輸矩陣控制算法，來降低非視距鏈路（NLOS）傳輸中散射造成的光信號功率衰減以及多徑效應對系統(tǒng)接收帶寬的限制。研究結(jié)果表明，采用漫反射聚焦技術，可在25cm非視距光載無線鏈路上實現(xiàn)40 Gbit/s的傳輸速率；在引入快速聚焦傳輸矩陣（TM）算法時，可迅速完成迭代（513次）并進行聚焦，從而使DRF技術面向?qū)嶋H應用。該系統(tǒng)選擇低成本耗費的強度調(diào)制/直接檢測（IM-DD）系統(tǒng)建設方案和收發(fā)開關鍵控（OOK）信號來降低應用成本[3]。

圖3系統(tǒng)框圖

數(shù)字信號處理技術
德國基爾大學的Tom Wettlin等研究人員設計了基于脈沖幅度調(diào)制（PAM）的強度調(diào)制和直接檢測（IM / DD）系統(tǒng)，如圖4所示。研究人員分析了不同的數(shù)字信號處理（DSP）方案， 包括（1）Volterra非線性均衡（VNLE）+決策反饋均衡、（2）Tomlinson-Harashima預編碼+ VNLE、（3）雙二進制（DB）預編碼+ DB VNLE +維特比均衡、（4）VNLE + 2抽頭后置濾波器 +維特比均衡。在對比分析時，研究人員選用了商業(yè)器件，傳輸速率介于180- 300Gb/s之間。研究結(jié)果表明，對于相對較低的符號速率和傳輸距離，（1）、（4）方案較優(yōu)；方案（2）、（3）在更高傳輸速率條件下應用更優(yōu)。在對比各類調(diào)制格式和DSP方案后，方案（4）設計的系統(tǒng)中收發(fā)PAM4信號具有最佳性能，經(jīng)過1km標準單模光纖（SSMF）的傳輸速率值為224Gb/s；方案（2）設計的系統(tǒng)中傳輸PAM8信號可獲得最佳收發(fā)性能[4]。

圖4 支持PAM信號傳輸?shù)膹姸日{(diào)制直接檢測系統(tǒng)

光纖傳輸
華為巴黎研究中心的Hartmut Hafermann等研究人員設計了一種基于精確逆周期非線性傅里葉變換（PNFT）的光纖通信系統(tǒng)，如圖5所示。研究人員基于逆PNFT理論設計了完整算法來執(zhí)行逆PNFT處理（即從主譜開始，依據(jù)黎曼曲面積分獲取評估解所需的所有參數(shù)。研究人員通過數(shù)值仿真證明了該傳輸方案在實驗中的應用可行性，并在2000km傳輸距離上能保證10^(-3)級誤碼率（BER）性能指標。研究結(jié)果表明，與加入循環(huán)前綴支持線性色散補償?shù)膫鬏斝盘栂啾龋�該信號傳輸中體現(xiàn)的孤子特性顯著延長了通信距離[5][6]。

圖5基于精確逆周期非線性傅里葉變換（PNFT）的光纖通信系統(tǒng)
參考文獻
[1] G. Huang, L. Zhang, Y. Jiang, and Z. Wu, “A General Orthogonal Transform 
Aided MIMO Design for Reliable Maritime Visible Light Communications,” J. Light. 
Technol., vol. 38, no. 23, pp. 6549–6560, 2020.
[2] F. P. Guiomar et al., “Adaptive probabilistic shaped modulation for high-
capacity free-space optical links,” J. Light. Technol., vol. 38, no. 23, pp. 6529–6541, 2020.
[3] X. Zhang et al., “Wide-Coverage Beam-Steered 40-Gbit/s Non-Line-of-Sight 
Optical Wireless Connectivity for Industry 4.0,” vol. 38, no. 24, pp. 6801–6806, 2020.
[4] T. Wettlin et al., “DSP for High-Speed Short-Reach IM/DD Systems Using 
PAM,” vol. 38, no. 24, pp. 6771–6778, 2020.
[5] J. W. Goossens, H. Hafermann, and Y. Jaouen, “Data Transmission Based on 
Exact Inverse Periodic Nonlinear Fourier Transform, Part I: Theory,” J. Light. 
Technol., vol. 38, no. 23, pp. 6520–6528, 2020.
[6] J. W. Goossens, H. Hafermann, and Y. Jaouen, “Data Transmission Based on 
Exact Inverse Periodic Nonlinear Fourier Transform, Part II: Waveform Design and 
Experiment,” J. Light. Technol., vol. 38, no. 23, pp. 6520–6528, 2020.