10/25/2021，光纖在線訊，光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，龍穎，王壯，楊杰，楊騏銘，伊林芳，田青，于妮，李彥霖，陳鵬，李沖，劉栓凡，袁杰，左仁杰

        2021年9月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括： 6G通信，非線性補(bǔ)償，光纖通信，靈活以太網(wǎng)，光耦合器以及無源光網(wǎng)絡(luò)等。筆者將逐一評(píng)析。

1、6G通信
浙江大學(xué)的Hongqi Zhang等研究人員設(shè)計(jì)了一種光纖無線通信的太赫茲傳輸系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)充分利用了光波長(zhǎng)和空間域的復(fù)用增益，通過光學(xué)頻率梳（OFC）、低芯間串?dāng)_（IC-XT）多芯光纖以及數(shù)字信號(hào)處理（DSP）過程實(shí)現(xiàn)了16階正交幅度調(diào)制信號(hào)（16-QAM）的高速傳輸。研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)在1 km光纖信道和10 m無線信道上支持1176 Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率（350 GHz頻段），無需任何太赫茲放大器，凈數(shù)據(jù)速率可達(dá)1059 Gbit/s[1]。這是首次在300 GHz以上的太赫茲區(qū)域?qū)崿F(xiàn)超過Tbit/s的無線數(shù)據(jù)傳輸，為Tbit/s無線通信的發(fā)展提供了可行方案，為推動(dòng)6G通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和實(shí)施提供了參考依據(jù)。

圖1 （a）多維復(fù)用太赫茲光纖無線通信系統(tǒng)的概念圖；（b）Tbit/s多維復(fù)用光子無線傳輸鏈路的實(shí)驗(yàn)配置方案

2.非線性補(bǔ)償技術(shù)
針對(duì)偏振復(fù)用（Pol-Mux）光纖通信系統(tǒng)中的克爾非線性問題，加拿大紀(jì)念大學(xué)的Sunish Kumar Orappanpara Soman等研究人員設(shè)計(jì)了一種采用二階微擾理論的非線性補(bǔ)償（SO-PB-NLC）方案，如圖2所示。研究人員對(duì)偏振復(fù)用光傳輸系統(tǒng)的二階微擾場(chǎng)進(jìn)行了理論分析，并通過一些簡(jiǎn)化假設(shè)的分析，進(jìn)一步降低了SO-PB-NLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度[2]�；�于單信道系統(tǒng)的數(shù)值模擬分析過程表明，與FO-PB-NLC技術(shù)相比較而言，SO-PB-NLC技術(shù)具有更好的誤碼性能和更大的傳輸范圍；與采用數(shù)字反向傳播算法技術(shù)相比，所提出的SO-PB-NLC技術(shù)具有更低的計(jì)算復(fù)雜度。


3.光纖通信
英國(guó)倫敦大學(xué)的Hubert Dzieciol等研究人員設(shè)計(jì)了在部分相干加性高斯白噪聲（PCAWGN）信道中對(duì)二維（2D）信號(hào)調(diào)制/解調(diào)的新方案，如圖3所示；該方案使用一個(gè)低復(fù)雜度解映射器，對(duì)PCAWGN信道中8到64階調(diào)制格式進(jìn)行幾何整形（GS）。研究人員應(yīng)用理論最優(yōu)化模型、歐幾里德模型和低復(fù)雜度PCAWGN模型對(duì)星座圖中每一比特位的可達(dá)信息速率（AIRs）和前向糾錯(cuò)后（FEC）的誤碼率（BER）進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明，該方案不僅適用于寬線寬激光器（>500kHz）或低符號(hào)率的相干光通信系統(tǒng)，而且生成的星座圖對(duì)殘余相位噪聲（RPN）也有較高的容忍度；還滿足對(duì)線寬（LW）以及載波相位估計(jì)（CPE）的應(yīng)用要求[3]。當(dāng)?shù)兔芏绕媾夹ｒ?yàn)碼（LDPC）率為9/10時(shí)（依據(jù)數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)（DVBS）），與AWGN信道中64階正交振幅調(diào)制（64-QAM）信號(hào)相比，該方案糾錯(cuò)后（采用post-FEC）的整形增益就高達(dá)2 dB以上。


4. 靈活以太網(wǎng)
北京郵電大學(xué)的Pengfei Zhu等研究人員在波分復(fù)用（WDM）端到端靈活以太網(wǎng)（FlexE）中設(shè)計(jì)了一種跨層安全傳輸策略。該策略在系統(tǒng)中利用全域哈希（Universal Hashing）映射進(jìn)行FlexE 數(shù)據(jù)塊置換，讓數(shù)據(jù)經(jīng)歷多并行光纖傳輸，以獲取最優(yōu)的防信息截獲能力。方案如圖4所示，研究人員首先構(gòu)建整數(shù)線性規(guī)劃（ILP）模型，評(píng)估了不同級(jí)別攻擊能力下資源利用率和傳輸安全性能；然后針對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)輸入時(shí)ILP模型的計(jì)算復(fù)雜度問題，設(shè)計(jì)了面向安全性和資源效率的蟻群優(yōu)化算法（SEAC），確定了最優(yōu)路線選擇方式和物理層分配策略；最后依據(jù)物理層分配結(jié)果，輸入端的數(shù)據(jù)塊通過Universal Hashing映射隨機(jī)分布在FlexE上[4]。結(jié)果表明，該策略能有效對(duì)抗不同攻擊水平下的入侵過程，與傳統(tǒng)首次適應(yīng)（first-fit）算法相比，SEAC算法使ILP模型接近最優(yōu)可靠效果，支持進(jìn)一步提升系統(tǒng)的安全傳輸性能以及資源利用率。


5. 光耦合器
圣地亞哥大學(xué)的Liliana M.Sousa等研究人員設(shè)計(jì)一種采用長(zhǎng)周期光纖光柵（LPG）的光耦合方案，支持將光信號(hào)從單模光纖（SMF）耦合到多芯光纖（MCF）的所有纖芯中，如圖5所示。SMF上刻有LPG使得發(fā)射到SMF纖芯中的光束能耦合到SMF包層上，通過減小SMF包層半徑可使光束在光纖包層之間的傳輸功率得到進(jìn)一步增強(qiáng)；MCF纖芯內(nèi)有相同的LPG，因此包層中的光信號(hào)功率能在MCF所有纖芯中進(jìn)行合理分布。研究表明，在15.1 cm （包含1.9 cm SMF纖芯、3.4 cm MCF纖芯的LPGs和9.8 cm的偏移距離）總長(zhǎng)度上，支持約90%（−0.6dB）的最大功率轉(zhuǎn)移，平均單MCF纖芯的功率轉(zhuǎn)移可達(dá)到22.6%（−6.5dB）[5]。結(jié)果表明，該耦合器可有效提高整個(gè)放大子系統(tǒng)的泵浦效率。


6. 無源光網(wǎng)絡(luò)
西班牙薩拉戈薩大學(xué)的Miguel Barrio等研究人員針對(duì)下一代無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）接入系統(tǒng)中大容量數(shù)據(jù)接入的需求，設(shè)計(jì)了基于光單邊帶（OSSB）技術(shù)的多頻帶無載波幅度相位（Multi CAP）調(diào)制方案，如圖6所示。發(fā)射端采用四路2.5 GBd的OSSB- Multi CAP信號(hào)進(jìn)行傳輸，接收端采用對(duì)外差偏振不敏感的相干接收機(jī)來接收信號(hào)，使系統(tǒng)的復(fù)雜度進(jìn)一步降低。結(jié)果表明，當(dāng)信號(hào)以40 Gbit/s速率在50公里標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SMF）上傳輸時(shí)，接收機(jī)靈敏度為-27.5 dBm；以50 Gbit/s速率進(jìn)行傳輸時(shí)，接收機(jī)靈敏度為-23.2 dBm[6]。研究證明，當(dāng)系統(tǒng)中引入摻鉺光纖放大器（EDFA）放大光功率時(shí)，與16階正交振幅調(diào)制（16-QAM）相比，應(yīng)用更高階的32-QAM調(diào)制信號(hào)將使系統(tǒng)噪聲容忍度進(jìn)一步降低。


參考文獻(xiàn)：
[1] H. Zhang et al., “Tbit/s Multi-Dimensional Multiplexing THz-Over-Fiber for 6G Wireless Communication,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 18, pp. 5783–5790, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3093628.
[2] S. K. Orappanpara Soman, A. Amari, O. A. Dobre, and R. Venkatesan, “Second-order perturbation theory-based digital predistortion for fiber nonlinearity compensation,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 17, pp. 5474–5485, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3089872.
[3] H. Dzieciol, E. Sillekens, G. Liga, P. Bayvel, R. Killey, and D. Lavery, “The partially-coherent AWGN channel: Transceiver strategies for low-complexity fibre links,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 17, pp. 5423–5431, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3085600.
[4] P. Zhu, J. Cui, and Y. Ji, “Universal Hash Based Built-In Secure Transport in FlexE over WDM Networks,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 18, pp. 5680–5690, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3094265.
[5] L. M. Sousa, J. Vieira, M. Facao, G. M. Fernandes, R. Nogueira, and A. M. Rocha, “Long-Period Grating Based Coupler for Multi-Core Fiber Systems,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 18, pp. 5947–5953, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3094298.
[6] M. Barrio, D. Izquierdo, J. A. Altabas, and I. Garces, “50 Gb/s Transmission using OSSB-MultiCAP Modulation and a Polarization Independent Coherent Receiver for Next-Generation Passive Optical Access Networks,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 18, pp. 5722–5729, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3092951.