5/23/2023，光纖在線訊，光纖在線特約編輯邵宇豐，王安蓉，袁杰，劉栓凡，左仁杰，李彥霖，陳鵬，李沖，楊林婕胡文光，李文臣，陳超，柳海楠。

2023年4月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：模擬光纖無線系統(tǒng)、光電探測器陣列、無源光網(wǎng)絡(luò)、多輸入多輸出系統(tǒng)和可見光通信等；筆者將逐一評析。

1.模擬光纖無線系統(tǒng)
華中科技大學(xué)的Haixuan Xu等研究人員設(shè)計了采用直接調(diào)制激光器（DML）的雙向模擬光纖無線（A-RoF）系統(tǒng)，如圖1所示。為提升頻譜效率并減輕雙向傳輸干擾，上下行鏈路的工作頻率范圍設(shè)置為5.5GHz-8.4GHz、1.5GHz-5.3GHz。研究人員將上行16QAM-OFDM信號與下行64QAM-OFDM信號在25km單模光纖（SMF）中傳輸后進行了性能分析[1]，研究結(jié)果表明：傳輸損失主要由瑞利后向散射造成，且采用空芯光纖可提升傳輸性能；在前向糾錯誤差矢量幅度（FEC-EVM）的限制下，采用預(yù)加重技術(shù)能支持上下行信號的成功收發(fā)。因此，該方案有望成為未來高容量無線接入網(wǎng)絡(luò)中的候選方案之一。



2.光電探測器陣列
日本信息與通信技術(shù)研究所的Toshimasa Umezawa等研究人員設(shè)計了新型諧振腔2維4×4光電探測器陣列（2D-PDA），并在波分復(fù)用自由空間光（WDM-FSO）通信系統(tǒng)中進行了實驗研究，如圖2所示。該器件實現(xiàn)了與FSO光束的直接耦合，降低了跟蹤光束和與單模光纖耦合對準(zhǔn)的難度，并展現(xiàn)了過濾WDM光束特定波長的作用。在沒有安裝波束跟蹤和主動對準(zhǔn)定位系統(tǒng)時，研究人員針對1.5m的FSO信道，通過傳輸非歸零碼（NRZ）信號來研究該器件的性能[2]，研究結(jié)果表明：該器件支持收發(fā)每通道25Gbps的2-WDM-FSO波束及20Gbps的3-WDM-FSO波束，且接收誤碼率低于2×10-2；在1.5m自由空間內(nèi)，接收透鏡的對準(zhǔn)公差為7mm。綜上所述，該器件在短距離通信中有一定的應(yīng)用前景。



3.無源光網(wǎng)絡(luò)
中山大學(xué)的Xiaowu Wang等研究人員在光纖臨街（FTTF）場景中利用基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)了激光共享濾波器組多載波無源光網(wǎng)絡(luò)（FBMC-PON）上行架構(gòu)，從而使得光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）中的數(shù)據(jù)傳輸速率達到100Gb/s/𝜆，如圖3所示。研究人員將強度調(diào)制（IM）、外差檢測與偏振復(fù)用（PDM）結(jié)合，使系統(tǒng)容量提升；并通過異步光網(wǎng)絡(luò)終端（ONT）研究了FBMC-PON信號在20km單模光纖（SMF）中的傳輸性能 [3]。研究結(jié)果表明：當(dāng)保護頻帶為兩個異步ONT頻帶間子載波間距的1倍時，F(xiàn)BMC在硬判決前向糾錯（HD-FEC）和軟判決前向糾錯（SD-FEC）門限處的接收機靈敏度提高了8dB和3dB；當(dāng)接收功率為-23dBm時，為支持2、4和8個ONT的應(yīng)用，窄線寬激光器的發(fā)射光功率分別為10、16和22dBm。綜上所述，上述網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一種較為理想的多載波無源光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方案。



4.多輸入多輸出系統(tǒng)
埃及亞歷山大大學(xué)的Mai Banawan等研究人員使用可編程自由空間解復(fù)用器（采用標(biāo)準(zhǔn)2×2多輸入多輸出（MIMO）傳輸系統(tǒng)和應(yīng)用軌道角動量（OAM）模式復(fù)用技術(shù)），經(jīng)由1.3km傳輸信號速率可達426Gb/s，實驗裝置圖4所示。研究人員構(gòu)建了對兩種空間傳輸模式進行多路分解的模型，并使用線性偏振光束直接在自由空間中傳輸；同時討論了硬件配置和數(shù)字信號處理的復(fù)雜性以及上述方案在波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)中的應(yīng)用[4]。研究結(jié)果表明：如在發(fā)射端和接收端之間進行信道估計，可使用4個均衡器降低系統(tǒng)實施成本；如采用2×2 MIMO相干接收機并采用OAM模式復(fù)用技術(shù)，可在c波段實現(xiàn)信號收發(fā)性能均衡。綜上所述，應(yīng)用該方案能提升自由空間光通信系統(tǒng)與WDM系統(tǒng)的兼容性，從而進一步提升信號收發(fā)比特率.



5. 可見光通信
臺北工業(yè)大學(xué)的Haihan Lu等研究人員設(shè)計了應(yīng)用于第五代通信（5G）系統(tǒng)的三波長可見光水下傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)了30Gbit/s高速率通信與752lux白光照明雙重功能，如圖5所示。研究人員采用紅、綠、藍三色光（RGB）分別承載10Gbit/s的16QAM-OFDM毫米波（MMW）信號，并利用具有三級注入鎖相功能的RGB激光二極管（LD）進行信號調(diào)制；此外，他們使用液體光波導(dǎo)（LLG）漫射器傳輸白光，當(dāng)傳輸距離超過3米LLG長度時能提供充足照明[5]。研究結(jié)果表明：信號通過10m長度的VLLC鏈路與8.8m的海水-空氣-海水鏈路傳輸后，在前向糾錯判決為3.8×10-3時，誤碼率為3.2×10-3，星誤差矢量幅度（EVM）低于12.5%。綜上所述，該方案顯示出陸地與水下應(yīng)用可見光通信系統(tǒng)的潛力，并為5G毫米波寬帶通信系統(tǒng)設(shè)計了新的應(yīng)用方式。



北京郵電大學(xué)的Hongyu Zhou等設(shè)計了一種基于可見光通信（VLC）的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）無線光接入系統(tǒng)，如圖6所示。研究人員通過相關(guān)有效方法對全雙工實時VLC系統(tǒng)中的串?dāng)_進行了抑制，并將發(fā)射機與接收機集成在一塊印刷電路板（PCB）上。研究人員證明將紅色發(fā)光二極管（LED）與APD430A/M光接收機相結(jié)合，可實現(xiàn)30m距離100Mbps信號的以太網(wǎng)傳輸；如采用相同發(fā)光功率的白光LED與藍光濾光器相結(jié)合，則能實現(xiàn)4 m 距離100Mbps信號的以太網(wǎng)傳輸[6]。研究結(jié)果表明：在日常照明環(huán)境下，上述系統(tǒng)可實現(xiàn)94.9 Mbps的信號傳輸，能滿足運營商以太網(wǎng)的用戶的使用需求。該系統(tǒng)中的接收機在峰值響應(yīng)波長下的噪聲等效功率（NEP）為3.7nW，光敏面直徑為3 mm，與APD430A/M的0.5 mm相比提升了耦合效率。綜上所述，上述方案使得基于可見光通信的物聯(lián)網(wǎng)無線光接入系統(tǒng)在電磁敏感行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。



參考文獻
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