光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，王壯，楊杰，伊林芳，田青，楊琪銘，于妮
8/09/2021，光纖在線訊，2021年6月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光載無(wú)線通信、工業(yè)LiFi系統(tǒng)、可見(jiàn)光通信、移動(dòng)通信前傳技術(shù)、相干光源技術(shù)等，筆者將逐一評(píng)析。

1.光載無(wú)線通信

復(fù)旦大學(xué)的Kaihui Wang等研究人員設(shè)計(jì)了新型E波段全雙工毫米波（MMW）光載無(wú)線通信（RoF）系統(tǒng)，如圖1所示；下行鏈路和上行鏈路的中心頻率為73.5GHz和83.5GHz，只采用了一對(duì)喇叭天線來(lái)傳輸無(wú)線信號(hào)。在有限信噪比下，研究人員采用了概率整形（PS）技術(shù)來(lái)適配傳輸速率；并采用沃爾泰拉（volterra）均衡器來(lái)補(bǔ)償光電器件引起的非線性失真負(fù)面效應(yīng)。研究結(jié)果表明，在歸一化廣義互信息（NGMI）閾值為0.83時(shí)，該系統(tǒng)支持在2m無(wú)線信道上傳輸7 Gbaud正交頻分復(fù)用（采用4096階正交振幅調(diào)制的OFDM-TPS4096-QAM）信號(hào)；當(dāng)NGMI閾值（0.67）時(shí)，雙向7 Gbaud PS-1024QAM信號(hào)傳輸距離可延申到13.4m[1]。



圖1 E波段雙向工MMW-RoF系統(tǒng)

2.工業(yè)LiFi系統(tǒng)

德國(guó)柏林弗勞恩霍夫電信研究所Kai Lennert Bober等研究人員面向工業(yè)無(wú)線通信系統(tǒng)需求，設(shè)計(jì)了采用分布式多用戶多輸入多輸出（MIMO）集中式控制架構(gòu)的LiFi系統(tǒng)。如圖2所示該系統(tǒng)通過(guò)光無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施為終端設(shè)備提供移動(dòng)服務(wù)，它由一個(gè)中央單元和連接到多個(gè)覆蓋較大區(qū)域的分布式光學(xué)前端組成，支持為移動(dòng)設(shè)備提供適配數(shù)據(jù)速率、可靠實(shí)時(shí)通信和集成定位服務(wù)。研究人員采用空分多址接入方案，并通過(guò)聯(lián)合預(yù)編碼來(lái)消除殘余干擾以進(jìn)一步提高信號(hào)收發(fā)性能。研究結(jié)果表明，分布式多用戶MIMO方案不僅為工業(yè)LiFi系統(tǒng)帶來(lái)了更高的服務(wù)質(zhì)量，而且支持基于可變時(shí)間測(cè)量的綜合定位[2]。



圖2分布式多用戶 MIMO 系統(tǒng)

3.可見(jiàn)光通信

南京信息工程大學(xué)Baolong Li等研究人員設(shè)計(jì)了一種可調(diào)光正交頻分復(fù)用（O-OFDM）通信系統(tǒng)（自適應(yīng)偏置分層O-OFDM（ABLO-OFDM）系統(tǒng)），如圖3所示。該系統(tǒng)可以與脈沖寬度調(diào)制（PWM）調(diào)光技術(shù)相結(jié)合；與傳統(tǒng)分層非對(duì)稱(chēng)限幅-正交頻分復(fù)用（LACO-OFDM）相似，ABLO-OFDM采用多層子載波傳輸信息數(shù)據(jù)，具有較高頻譜效率。LACO-OFDM系統(tǒng)在信號(hào)收發(fā)過(guò)程中需要多個(gè)快速傅立葉變換模塊，而ABLO-OFDM系統(tǒng)只需要一個(gè)快速傅立葉變換模塊就可以產(chǎn)生分層O-OFDM信號(hào)。此外，可調(diào)光ABLO-OFDM（DABLO-OFDM）信號(hào)可以直接通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)OFDM接收機(jī)的解調(diào)且不受調(diào)光過(guò)程影響。因此，與傳統(tǒng)O-OFDM系統(tǒng)相比，該方案在降低收發(fā)機(jī)復(fù)雜度的同時(shí)，獲得了較高的頻譜效率；并且在中等調(diào)光水平下頻譜效率優(yōu)于同類(lèi)方案[3]。



圖3 DABLO-OFDM系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)

4.移動(dòng)通信前傳技術(shù)

奧地利理工學(xué)院的Dinka Milovanˇcev等研究人員設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于5G移動(dòng)通信前傳的量子密鑰分發(fā)（CV-QKD）波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)，如圖4所示。首先，研究人員通過(guò)訓(xùn)練信息獲取連續(xù)光載波同步，將訓(xùn)練信息作為導(dǎo)頻信號(hào)在頻率和偏振方向上進(jìn)行復(fù)用；然后，通過(guò)光載波抑制和單邊帶調(diào)制方式進(jìn)行頻譜裁剪，減輕進(jìn)入量子信道的串?dāng)_和導(dǎo)頻信號(hào)的自干擾，以獲取高信噪比訓(xùn)練信號(hào)。最后，采用接收機(jī)中自運(yùn)行的本地振蕩器進(jìn)行頻率偏移校正和光學(xué)相位估計(jì)，并通過(guò)奈奎斯特脈沖整形來(lái)保證高符號(hào)速率下的低噪聲量子信號(hào)接收過(guò)程。研究結(jié)果表明，在13.2km前傳鏈路中，經(jīng)由光纖傳輸獲得了約為散粒噪聲單元0.1%到0.5%的低過(guò)剩噪聲。此外，研究人員還對(duì)11個(gè)運(yùn)營(yíng)商級(jí)經(jīng)典信號(hào)的共存性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，成功在C波段上完成了量子信號(hào)和經(jīng)典信號(hào)的聯(lián)合傳輸。在嚴(yán)格安全假設(shè)條件下（竊聽(tīng)者（Eve）可以控制接收機(jī)噪聲）在暗光纖鏈路和亮光纖鏈路上可獲得18和10 Mb/s的安全密鑰速率；在實(shí)際假設(shè)條件下（接收機(jī)位置可信）在暗光纖和亮光纖上獲得的密鑰速率分別為85.3和72mb/s[4]。



圖4 CV-QKD傳輸實(shí)驗(yàn)裝置

5.相干光源技術(shù)

加拿大渥太華大學(xué)的Zhenguo Lu等研究人員使用砷化銦/磷化銦（InAs/InP）量子點(diǎn)（QD）增益材料設(shè)計(jì)了一種C波段梳狀相干激光器（CCL），該器件采用快速反饋環(huán)路控制方案，頻率間隔保持在±100ppm范圍內(nèi)，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后工作波長(zhǎng)保持在國(guó)際電信聯(lián)盟規(guī)定的Grid（0.01nm）中。研究人員還設(shè)計(jì)了25GHz C波段工作的QD -CCL，如圖5所示。該器件采用了外腔自注入反饋鎖定（SIFL）系統(tǒng)，可以將1537.55nm到1545.14nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)每個(gè)通道的線寬減小到200khz以下；RF模式下差頻信號(hào)3-dB帶寬也從 9 kHz 降低到大約500 Hz。研究結(jié)果表明，使用34.2GHz的QD-CCL分別在25km/100km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）上實(shí)現(xiàn)了5.4Tbit/s（PAM-4 48×28GBaud PDM）聚合數(shù)據(jù)傳輸以及10.8Tbit/s（16QAM 48×28GBaud PDM）相干數(shù)據(jù)傳輸[5]。



圖5外腔自注入反饋鎖定 (SIFL) 系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)

[1]      K. Wang, W. Zhou, L. Zhao, F. Zhao, and J. Yu, “Bi-directional OFDM Truncated PS-4096QAM signals transmission in a full-duplex 
MMW-RoF system at E-band,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 11, pp. 3412–3419, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3065834.

[2]      K. L. Bober et al., “Distributed Multiuser MIMO for LiFi in Industrial Wireless Applications,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 11, pp. 
3420–3433, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3069186.

[3]      B. Li, X. Xue, S. Feng, and W. Xu, “Layered Optical OFDM with Adaptive Bias for Dimming Compatible Visible Light Communications,” 
J. Light. Technol., vol. 39, no. 11, pp. 3434–3444, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3067495.

[4]      Di. Milovancev, N. Vokic, F. Laudenbach, C. Pacher, H. Hubel, and B. Schrenk, “High Rate CV-QKD Secured Mobile WDM Fronthaul
 for Dense 5G Radio Networks,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 11, pp. 3445–3457, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3068963.

[5]      Z. Lu et al., “InAs/InP Quantum Dash Semiconductor Coherent Comb Lasers and their Applications in Optical Networks,” J. Light.
 Technol., vol. 39, no. 12, pp. 3751–3760, 2021, doi: 10.1109/JLT.2020.3043284.