12/21/2021，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，李彥霖，陳鵬，李沖，劉栓凡，袁杰，左仁杰。

2021年11月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：水下傳感器，發(fā)光器件，可見光通信，自由空間光通信，帶通濾波器以及云無線電接入網(wǎng)絡等。筆者將逐一評析。

1.水下傳感器
伊朗德黑蘭理工大學的Pouya Agheli等研究人員設計了一種采用三跳水下傳感器網(wǎng)絡（UWSN），將自主水下航行器（AUV）和無人機（UAV）作為中繼裝置以實現(xiàn)水下傳感器節(jié)點（SNs）和地面接入點（AP）之間的端到端通信，如圖1所示。研究人員分析了兩種在AUV與UAV之間實現(xiàn)上行和下行傳輸信號的方案：直接投射方案（DTS）和回歸反射方案（RRS）。他們通過建立信道模型計算出了UWSN的中斷概率和平均誤碼率，并提出了一種跟蹤算法用于改善AUV與UAV之間的通信質(zhì)量[1]。實驗結(jié)果表明，RSS方案相較于DTS方案，上行鏈路和下行鏈路的中斷概率（平均誤碼率）分別降低了200%（32%）和80%（17%）；當發(fā)射端和接收端未實現(xiàn)精確校對時，使用跟蹤算法后網(wǎng)絡中斷概率和平均誤碼率性能分別提高升了480%和170%。



2.發(fā)光器件
加拿大麥克馬斯特大學的Wei Jiang等研究人員設計了適用單光子雪崩二極管( SPAD )的差分猝滅復位( QR )方案，如圖2所示。傳統(tǒng)的單QR結(jié)構(gòu)只有一個QR電路連接SPAD的陰極或陽極，而差分QR結(jié)構(gòu)中陰極和陽極各有一個QR電路，通過控制陽極和陰極電壓，在兩端均實現(xiàn)SPAD的淬滅復位。研究人員采用65 nm CMOS工藝制備的SPAD，將傳統(tǒng)單被動猝滅復位( SPQR )電路和差分被動猝滅復位( DPQR )電路進行對比實驗[2]，結(jié)果表明：采用DPQR電路的SPAD不但具有復位時間短、時序性能好、計數(shù)率高和后脈沖數(shù)量少等優(yōu)點，而且其差分輸出對抑制共模噪聲和干擾的能力強，能有效提高檢測系統(tǒng)的信噪比。



3.可見光通信
克拉莫-克若尼（KK）接收機常被作為可降低系統(tǒng)復雜度的備選方案應用于相干光通信（FOC）系統(tǒng)中，加拿大麥克馬斯特大學的Ruowen Bai等研究人員將這一構(gòu)想引入帶寬受限的強度調(diào)制/直接檢測（IM/DD）可見光通信（VLC）系統(tǒng)中，并提出了一種KK光正交頻分復用（KKO-OFDM）方案，如圖3所示。在發(fā)射端，利用最小相位單邊帶（SSB）信號直接調(diào)制光信號，生成一個適合在VLC信道中傳輸?shù)姆秦搶嵵祹�限信號；在接收端，通過KK函數(shù)重構(gòu)SSB信號的相位。研究人員通過仿真實驗測量了直流偏置、平均信噪比( SNR )、誤碼率( BER )和系統(tǒng)容量[3]。結(jié)果表明，KKO-OFDM與現(xiàn)有的直流偏置光OFDM（DCO-OFDM）相比具有相同的頻譜效率，但在BER =10-4時可獲得約1dB的信噪比增益，同時傳輸?shù)男盘柧哂休^小的峰均功率比。



4. 自由空間光通信
紐芬蘭紀念大學的 Alain R等研究人員采用單元式可重構(gòu)智能表面（RIS）方案以解決陸地自由空間光系統(tǒng)（T-FSO）中的區(qū)跳躍問題，對大氣湍流（服從Gamma-Gamma信道分布）和指向誤差信道下的RIS輔助T-FSO鏈路進行了分析，如圖4所示。研究人員依據(jù)Meijer-G函數(shù)推導出系統(tǒng)端到端信噪比的概率密度函數(shù)、累積分布函數(shù)和矩量母函數(shù)的精確解析表達式，計算了系統(tǒng)中斷概率、遍歷信道容量和平均誤碼率，并推導了T-FSO鏈路的分集階數(shù)和編碼增益的表達式[4]。研究結(jié)果表明，當RIS模塊位于發(fā)射機附近時，RIS輔助T-FSO系統(tǒng)性能較好。



5. 帶通濾波器
印度科學教育與研究學院的Varun M K等研究人員設計了一種高分辨率微波光子帶通濾波器（MPBF）（該設計利用了受激布里淵散射（SBS）增益的偏振相關(guān)性和由正交偏振探測元件產(chǎn)生的射頻干擾），如圖5所示。研究結(jié)果表明，采用22dB的SBS增益可使該濾波器在40GHz頻段內(nèi)提供大于50dB帶外抑制能力；在4.5GHz～40 GHz寬調(diào)諧范圍內(nèi)射頻鏈路增益大于-10dB；在10GHz頻段內(nèi)可實現(xiàn)0.147dB的射頻鏈路增益[5]。研究人員通過改變布里淵泵浦光波長，實現(xiàn)了平頂響應，并將MPBF 3dB帶寬從14MHz擴展至59MHz，同時實現(xiàn)了5dB最大射頻鏈路增益。



6.云無線電接入網(wǎng)絡
西班牙瓦倫西亞理工大學的Luis Vallejo等研究人員實現(xiàn)了本地和遠程光子毫米波（mmW）信號在云無線電接入網(wǎng)絡（C-RAN）中的光纖傳輸，如圖6所示。他們采用外部載波抑制調(diào)制和光學倍頻技術(shù)產(chǎn)生了載波40GHz以上的數(shù)據(jù)信號，并使用直接調(diào)制激光器（DML）發(fā)射數(shù)據(jù)，并描述了完整解析公式來反映基帶和毫米波頻段的系統(tǒng)頻率響應。其中，系統(tǒng)受光纖色散和激光器啁啾的負面影響，在毫米波頻段應用時其遠程設置比本地設置的輸出功率高15dB（通過25km光纖鏈路傳輸信號）。為進一步研究兩種設置下的系統(tǒng)性能，在10km和25km光纖鏈路上對傳輸帶寬為250MHz（中心頻率為0.5GHz）的正交相移鍵控（QPSK）信號進行了仿真研究[6]。結(jié)果表明，遠程設置方案中經(jīng)光纖鏈路傳輸后信號的誤差矢量幅度（EVM）結(jié)果比背對背情況更優(yōu)，而本地設置方案中經(jīng)光纖鏈路傳輸后信號的接收性能與背對背情況相似。



參考文獻：
[1] P. Agheli, H. Beyranvand, and M. J. Emadi, “UAV-Assisted Underwater Sensor Networks Using RF and Optical Wireless Links,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 22, pp. 7070–7082, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3114163.
[2] W. Jiang, R. Scott, and M. J. Deen, “DiFFERENTIAL QUENCH and RESET CIRCUIT for SINGLE-PHOTON AVALANCHE DIODES,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 22, pp. 7334–7342, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3111119.
[3] R. Bai and S. Hranilovic, “Kramers-kronig optical ofdm for bandlimited intensity modulated visible light communications,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 22, pp. 7135–7145, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3110661.
[4] A. R. Ndjiongue, T. M. N. Ngatched, O. A. Dobre, A. G. Armada, and H. Haas, “Analysis of RIS-Based Terrestrial-FSO Link over G-G Turbulence with Distance and Jitter Ratios,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 21, pp. 6746–6758, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3108532.
[5] K. Varun M and R. Pant, “Efficient Microwave Photonic Bandpass Filter with Large Out-of-Band Rejection, High-Resolution and Low Loss up to 40 GHz,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 21, pp. 6724–6732, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3108769.
[6] L. Vallejo et al., “On the 40 GHz Remote Versus Local Photonic Generation for DML-Based C-RAN Optical Fronthaul,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 21, pp. 6712–6723, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3102818.