12/04/2024，光纖在線訊，光纖在線特約編輯，邵宇豐，王安蓉，張顏鷺，張旭，許占奪，向泓勁，匡富豪，賈嵐斯，2024年10月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：相干光束合成、非線性均衡器、ARC光纖、光子輔助射頻消除器、通感一體化系統(tǒng)、局部數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等，筆者將逐一評析。

1、相干光束合成
以色列內(nèi)蓋夫本古里安大學的Ohad Balasiano等研究人員設計了一種采用光學相控陣發(fā)射端相干光束合成技術的自由空間光（FSO）通信方案，以實現(xiàn)對大氣湍流的自適應補償。該方案中，發(fā)射器使用了1550nm連續(xù)波（CW）可調(diào)諧光源作為種子光，通過銦磷（InP）相干驅動調(diào)制器（CDM）進行調(diào)制，以生成可攜帶信息的光信號。光信號經(jīng)過多個摻鉺光纖放大器（EDFA）和一個32分支光纖分支樹進行放大和分裂，然后輸入到32個相位調(diào)制器中；相位調(diào)制器由FPGA控制器控制，以實時調(diào)整單路光相位，從而實現(xiàn)相干光束合成并通過光學相控陣（OPA）發(fā)射到大氣中。研究人員在1公里和5公里處分別使用了由8個反射器組成的鉆石形二維陣列來增強反射回接收器的光功率；接收器中使用望遠鏡收集反射回來的光束，并通過分束器將一部分光輸入到集成相干接收器（ICR）中進行檢測，另一部分光則通過強度檢測以提供CBC反饋信號[1]，如圖1所示。研究人員采用了兩種反饋方案：操作接收反饋和輔助內(nèi)部反饋；其中，內(nèi)部反饋用于測試和評價，而接收反饋用于實際大氣湍流補償。研究結果表明：在2公里和10公里大氣自由空間光通信系統(tǒng)中，可實現(xiàn)接收信號強度平均增加12.5dB和5dB以上，且能保證64Gbit/s和100Gbit/s傳輸速率下通信鏈路基本可用。因為該方案對提升接收信號強度、傳輸速率及鏈路可用性具有顯著作用，未來在寬帶無線光通信系統(tǒng)中有一定的潛在應用價值。



2、非線性均衡器
法國布雷斯特伊魯瓦茲技術學院的Abraham Sotomayor等研究人員設計了在神經(jīng)網(wǎng)絡非線性均衡后引入軟閾值（STH）函數(shù)處理信號的新方案（NN+STH），以避免在訓練過程中出現(xiàn)信號星座散點圖效應。他們采用了DP-64QAM傳輸系統(tǒng)進行研究，通過14×50km的標準單模光纖傳輸信號，對比了不同輸入功率下的系統(tǒng)性能[2]，如圖2所示。研究結果表明：盡管采用神經(jīng)網(wǎng)絡（NN）方法后的誤碼性能不如采用數(shù)字反向傳播（DBP）方法，但采用NN+STH方法后的誤碼性能略微優(yōu)于只采用NN的方法；尤其是在線性傳輸區(qū)域誤碼性能更好。研究結果證明：NN方法雖能在一定程度上緩解MMSE-scatterplot效應，但存在參數(shù)調(diào)優(yōu)困難、計算復雜度高等問題；相比之下， NN+STH方法更加直接和有效。因此，上述研究成果不僅有助于提升光通信系統(tǒng)的傳輸性能，還為神經(jīng)網(wǎng)絡在高速信號處理領域的改進型應用提供了新的研究思路。



3、ARC光纖
印度理工學院的Soorej Thekkeyil等研究人員在分析具備彎曲補償、拋物線芯、低折射率對比度等特征傾斜型包層光纖服務高功率激光器應用的基礎上，設計一種新型“ARC”光纖[3]，如圖3所示；并分析了不同類型參數(shù)對基模（FM）和高階模（HOMs）在1?m波長附近（不同彎曲直徑下）的損耗影響。研究人員采用全矢量有限元方法（FEM）進行了模擬測試，結果表明：在彎曲直徑為27 cm ~ 35 cm時，其有效面積為900 ~ 1200?m2，同時確保FM的損耗低于0.01dB/m，HOMs的損耗為100 dB/m至250 dB/m；b）在彎曲直徑小于50cm時，其有效面積約為2500?m2，同時保持FM的損耗低于0.1dB/m，HOMs的損耗高于20dB/m；c）在彎曲直徑為100cm時，其有效面積為5000?m2，F(xiàn)M的損耗低于0.1dB/m，HOMs的損耗高于10dB/m。研究結果表明：較小彎曲直徑的“ARC”光纖對HOMs有較強的抑制能力，而較大的彎曲直徑則在保持低損耗的同時，提供了更大的有效面積。綜上所述，該研究為未來高功率激光器中可彎曲“ARC”光纖的設計和應用提供參考借鑒。



4、光子輔助射頻消除
中國清華大學信息科學技術國家實驗室的Guangyuan Li等研究人員設計了一種新型光子輔助射頻消除方案[4]，用于帶內(nèi)全雙工（IBFD）通信系統(tǒng)中的自干擾消除和IQ解調(diào)，如圖4所示。他們采用雙極化馬赫-曾德爾調(diào)制器（DP-DPMZM）技術，通過調(diào)整偏置電壓和參考信號的延遲及幅度，實現(xiàn)了自干擾信號的消除；并利用極化光束分離器（PBS）和平衡光電探測器（BPD）實現(xiàn)了IQ解調(diào)。研究結果表明：在10GHz至30GHz的頻率范圍內(nèi)，該系統(tǒng)中自干擾消除深度超過-30dB，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）達到了100.7dB·Hz2/3；在信號干擾比（SIR）為0dB、-5dB、-10dB時，信號的自干擾消除平均深度均超過-20dB，且誤差向量幅度（EVM）均滿足3GPP對16-QAM信號的EVM限制要求。綜上所述，該方案為設計更高效且可靠的光子輔助射頻型系統(tǒng)提供了借鑒參考。



5、通感一體化系統(tǒng)（ISAC）
法國薩克萊大學的Lina Shi等研究人員設計了一款基于光無線通信技術的通信感知一體化系統(tǒng)（ISAC）[5]，如圖5所示，其中使用了多頻帶無載波幅度相位調(diào)制（m-ACP）技術實現(xiàn)信號的傳輸，且利用接收信號強度（RSS）實現(xiàn)了同一信號的定位。研究人員將該系統(tǒng)布置在一個空間大小為1.2×1.2×2.16m3房間內(nèi)進行測試（將四個接入點安裝在天花板上）。研究結果表明，該系統(tǒng)能為12Mbps的數(shù)據(jù)速率提供通信鏈路，且誤碼率小于3.8×10?3，在離地面20cm距離接收數(shù)據(jù)時，90%的情況下其位置估計誤差小于5.9cm。



6、局部數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（DCI）
中國科學技術大學的Xiaochuan Yu等研究人員研究了如何優(yōu)化局部數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（DCI）的擴展，從而降低其部署應用成本[6]。他們比較了電分組交換（EPS）與光路交換（OCS）的應用特性，并設計了兩種整數(shù)線性規(guī)劃模型來處理和比較基于EPS與基于OCS的擴展方案。基于如圖6所示的小規(guī)模仿真的物理層拓撲結構，他們利用輔助圖的迭代方法應用了兩種啟發(fā)式方案，并在各種場景下模擬比較了基于EPS與基于OCS擴展方案的優(yōu)劣。研究結果表明，基于OCS的互聯(lián)擴展更具降本增效的作用。綜上所述，該方案對未來數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)擴展方案設計和實施具有一定的參考價值。



參考文獻
[1] BALASIANO O, WOHLGEMUTH E, ATTIA I, et al. Demonstration of Coherent Beam Combining for Atmospheric Free Space Optical Communication Over 10 km[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(20): 7085-7094. DOI:10.1109/JLT.2024.3419124.
[2] SOTOMAYOR A, CHOQUEUSE V, PINCEMIN E, et al. MMSE-Driven Signal Constellation Scatterplot Using Neural Networks-Based Nonlinear Equalizers[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(20): 7104-7115. DOI:10.1109/JLT.2024.3421927.
[3] THEKKEYIL S, DHAR A, JAIN D. Optimizing Bendable “ARC” Optical Fibers for Comparable Performance to Rod-Type Fibers in Ultra-High-Power Lasers[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(20): 7342-7349. DOI:10.1109/JLT.2024.3420729.
[4] LI G, LI S, XUE X, et al. Photonics-Assisted Simultaneous Self-Interference Cancellation and IQ Demodulator[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(19): 6701-6711. DOI:10.1109/JLT.2024.3410349.
[5] SHI L, LIU Z, B?CHADERGUE B, et al. Experimental Demonstration of Integrated Optical Wireless Sensing and Communication[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(20): 7070-7084. DOI:10.1109/JLT.2024.3415417.
[6] YU X, LV Q, LI R, et al. Network Expansion of Regional DCIs: Optical Circuit Switching Versus Electrical Packet Switching[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(20): 7044-7055. DOI:10.1109/JLT.2024.3419926.