1/18/2022，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，袁杰，左仁杰，李彥霖，陳鵬，李沖，劉栓凡。

2021年12月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，鑒頻濾波器，光線無(wú)線通信，可見(jiàn)光通信，模數(shù)轉(zhuǎn)換以及毫米波通信等；筆者將逐一評(píng)析。

1.無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)
英國(guó)班戈大學(xué)的Z. Q. Zhong等研究人員設(shè)計(jì)了支持光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）之間并發(fā)通信的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）方案，如圖1所示。方案中采用強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè)（IMDD）混合單邊帶調(diào)制（SSB）的正交頻分復(fù)用數(shù)字濾波器多址接入（OFDM-DFMA）技術(shù)，在25km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMFs）上傳輸101.6Gbit/s的信號(hào)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在ONU發(fā)射機(jī)中，通過(guò)數(shù)字正交濾波將多個(gè)SSB信號(hào)聚合；在光線路終端（OLT）/ONU的接收機(jī)中，采用快速傅里葉變換（FFT）完成信號(hào)的解復(fù)用和解調(diào)[1]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在上行傳輸時(shí)，數(shù)字濾波器的相關(guān)長(zhǎng)度值為32時(shí)效果最佳，光纖傳輸和ONU間信道干擾造成的系統(tǒng)功率損失分別小于1dB和2dB；在ONU間進(jìn)行通信時(shí)，自適應(yīng)射頻頻譜分配過(guò)程能有效緩解瑞利和布里淵后向散射及上行信道衰落效應(yīng)，從而使系統(tǒng)傳輸容量提高至少30%。


2.鑒頻濾波器
塞浦路斯大學(xué)的Georgios Charalambous等研究人員設(shè)計(jì)了絕緣體上硅平臺(tái)的無(wú)源線性鑒頻（FD）濾波方案，如圖2所示。該濾波器采用硅電子光子集成電路工藝設(shè)計(jì)套件（SiEPIC PDK）進(jìn)行設(shè)計(jì)，僅需兩個(gè)馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x（MZI）即可工作；在80GHz帶寬范圍內(nèi)，該鑒頻濾波器傳遞函數(shù)的線性度非常理想[2]。研究人員使用該器件在采用相位調(diào)制的光纖傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行了仿真測(cè)試，并與典型的強(qiáng)度調(diào)制-直接檢測(cè)（IM-DD）方案進(jìn)行比較，結(jié)果表明其收發(fā)性能略好于IM-DD方案；當(dāng)采用平衡探測(cè)解調(diào)方案時(shí)，調(diào)制頻率可達(dá)50 GHz，此時(shí)可獲得8 dB載波間調(diào)制性能增益。


3.光纖無(wú)線通信
日本信息通信技術(shù)研究院的Pham Tien Dat等研究人員在W波段設(shè)計(jì)了3×3多輸入多輸出（MIMO）光纖無(wú)線通信系統(tǒng)（RoF），如圖3所示。通過(guò)將兩個(gè)穩(wěn)定性極高的RoF系統(tǒng)與偏振復(fù)用（PDM）技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)端到端的3 × 3 MIMO信號(hào)傳輸。研究人員在相同極化和交替不同極化天線系統(tǒng)中，對(duì)3×3 MIMO偏移正交幅度調(diào)制多載波信號(hào)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究；結(jié)果表明，當(dāng)傳輸系統(tǒng)總?cè)萘繛?10Gbit/s和132 Gbit/s時(shí)，頻譜效率約為8.5bits/s/Hz和10.2bits/s/Hz，收發(fā)性能良好[3]。因此，該系統(tǒng)可作為未來(lái)支持移動(dòng)信號(hào)傳輸和實(shí)現(xiàn)高頻段無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入的一個(gè)潛在備選方案。


4.可見(jiàn)光通信
加拿大湖首大學(xué)的Maysa Yaseen等研究人員分析了信號(hào)相關(guān)散粒噪聲（SDSN）對(duì)單輸入單輸出（SISO）可見(jiàn)光通信（VLC）系統(tǒng)的影響，如圖4所示。他們采用了最小二乘法和最大似然估計(jì)法，將信道估計(jì)誤差的克拉美羅下界（CRLB）作為評(píng)估無(wú)偏估計(jì)器效率的基準(zhǔn)；并推導(dǎo)了采用開(kāi)關(guān)鍵控調(diào)制（OOK）和多階脈沖幅度調(diào)制（M-PAM）情況下次優(yōu)接收機(jī)誤碼率的閉環(huán)表達(dá)式和最優(yōu)接收機(jī)（采用OOK調(diào)制）誤碼率的近似表達(dá)式，還對(duì)最優(yōu)和次優(yōu)接收機(jī)方案進(jìn)行了比較研究[4]。結(jié)果表明，CRLB的性能與SDSN、熱噪聲或衰落信道無(wú)線性關(guān)系，且SDSN對(duì)系統(tǒng)誤碼率和信道估計(jì)誤差有極大負(fù)面影響。


5.模數(shù)轉(zhuǎn)換
上海交通大學(xué)的Cheng Wang等研究人員設(shè)計(jì)了時(shí)間波長(zhǎng)交織光模數(shù)轉(zhuǎn)換器（TWIPADC），并對(duì)其中的馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器-波分復(fù)用器（MZM-WDM）結(jié)構(gòu)引起的非線性效應(yīng)進(jìn)行了分析，如圖5所示。他們?cè)贛ZM器件后級(jí)聯(lián)WDM模塊，發(fā)現(xiàn)當(dāng)MZM偏置處在正交點(diǎn)時(shí)，采樣結(jié)果中可能存在偶次諧波；隨著采樣信號(hào)頻率的增加和WDM通帶寬度的減小，偶次諧波的幅度逐步增大，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）由二次諧波的幅度決定。結(jié)果表明，當(dāng)WDM的通帶寬度小于100GHz時(shí)，SFDR在0~25GHz頻率范圍內(nèi)的變化高達(dá)6dB；當(dāng)WDM通帶寬度大于150GHz時(shí)，SFDR在0~25GHz頻率范圍內(nèi)的變化由三次諧波決定；當(dāng)通帶寬度為50GHz時(shí)，對(duì)于10GHz以上的射頻頻率，SFDR主要由二次諧波決定[5]。不難發(fā)現(xiàn)，依據(jù)采樣信號(hào)的頻率范圍能確定WDM系統(tǒng)的通帶寬度范圍，還可以避免偶次諧波的出現(xiàn)。


6.毫米波通信
復(fù)旦大學(xué)的Yanyi Wang等研究人員設(shè)計(jì)了采用光正交偏振單邊帶（SSB）調(diào)制技術(shù)生成正交幅度調(diào)制（QAM）矢量毫米波信號(hào)的方案，如圖6所示。他們采用單偏振復(fù)用-馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器（PDM-MZM），通過(guò)交織器生成兩個(gè)偏振方向上的單邊帶光信號(hào)（下邊帶（LSB）和上邊帶（USB）信號(hào)）；并在28 GHz頻率范圍內(nèi)依次對(duì)正交相移鍵控 (QPSK)、16QAM和64QAM矢量信號(hào)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，12Gbaud QPSK和6Gbaud 16-QAM信號(hào)經(jīng)65km單模光纖（SMF）傳輸和1Gbaud 64-QAM信號(hào)經(jīng)10 km SMF傳輸后，誤碼率（BER）均可達(dá)到2.4×10-2（在20%前向糾錯(cuò)（FEC）軟判決閾值下）[6]。因此，該方案對(duì)光纖色散具有較強(qiáng)的魯棒性，能有效緩解帶間串?dāng)_和信號(hào)拍頻干擾（SSBI）的負(fù)面影響。



參考文獻(xiàn)：
[1] Z. Q. Zhong et al., “Concurrent Inter-ONU Communications for Next Generation Mobile Fronthauls Based on IMDD Hybrid SSB OFDM-DFMA PONs,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 23, pp. 7360–7369, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3115573.
[2] G. Charalambous, N. Madamopoulos, B. B. Dingel, and S. Iezekiel, “Integrated Photonic Linear Frequency Discriminator Filter for 5G Phase-Modulated Microwave Photonic Links,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 24, pp. 7563–7572, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3105242.
[3] W. Wdm, P. D. M. Rof, T. Capability, P. T. Dat, F. Rottenberg, and A. Kanno, “3 × 3 MIMO Fiber – Wireless System in W-Band,” vol. 39, no. 24, pp. 7794–7803, 2021.
[4] M. Yaseen, M. Alsmadi, A. E. Canbilen, and S. S. Ikki, “Visible Light Communication with Input-Dependent Noise: Channel Estimation, Optimal Receiver Design and Performance Analysis,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 23, pp. 7406–7416, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3116074.
[5] C. Wang, Y. Sun, G. Wu, and J. Chen, “Effects of the Nonlinearity Caused by the ‘MZM-WDM’ Structure in Time-Wavelength Interleaved Photonic Analog-to-Digital Converters,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 23, pp. 7447–7454, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3115940.
[6] Y. Wang et al., “QAM vector mm-wave signal generation based on optical orthogonal polarization SSB scheme by a single modulator,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 24, pp. 7628–7635, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3068742.