2023年5月JLT光通信論文評析

2023年5月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光信號發射機，光學頻率梳提取，光纖無線通信，電光調制器，可見光通信，第五代固定通信網等；筆者將逐一評析。

1．光信號發射機
華中科技大學的Zexin Chen等研究人員分析了發射機損耗對概率整形正交振幅調制（PS-QAM）信號的影響并設計出相應補償方案，如圖1所示。對于采用概率星座整形（PCS）的高譜效率（SE）城域傳輸網絡，發射機損耗影響了系統收發信號性能的提升。為從一定程度上克服該影響，他們進一步研究了發射機損耗和射頻（RF）放大器噪聲對光纖鏈路最佳整形因子（SF）和調制深度的影響，并分析了發射機噪聲對廣義互信息（GMI）和整形因子的影響，并在背對背（B2B）系統中應用PS-256QAM信號對優化策略進行了驗證[1]，研究結果表明：發射機噪聲和光纖信道噪聲的比例不匹配會導致GMI過程劣化；當調制深度、發射機噪聲、光纖信道噪聲和SF相對固定時，可通過優化削波比降低峰均功率比（PAPR）負面效應，使發射信號性能提升；需要注意的是最佳削波比和調制深度對SF和光纖信道噪聲不敏感，但是對發射機的噪聲比較敏感。綜上所述，該方案對高速通信領域中發射機的信號優化具有一定的參考借鑒意義。



2．光學頻率梳提取
澳大利亞克萊頓莫納什大學的C. Prayoonyong等研究人員設計了在梳狀微環諧振器（MRR）諧帶寬和耦合損耗改變時評估系統性能的方法，相關裝置的理想配置如圖2所示；其中梳狀頻率的提取過程能顯著降低光載波噪聲比（OCNR）的負面影響。研究人員研究后解釋了放大梳狀OCNR及提取梳狀頻率后輸出OCNR之間的關系的，以及提取線與奈奎斯特數據波形相乘時光信噪比（OSNR）的相關表達式[2]。研究結果表明：通過減輕OCNR限制，在功率受限微梳中增加有用梳狀線的數量以及增加單個微梳的空間模式數量，可在超大容量空分復用實驗中定量地對通信性能進行有效測試。因此，該方案在未來超高速空分復用通信系統中具有一定的潛在應用價值。



3.光纖無線通信
西南交通大學的Yue Zhu等研究人員設計了含自注意力機制Transformer（深度學習技術的一種）的光纖無線鏈路（ROF）高可靠建模方法，如圖3所示；其中Transformer由多個子層組成，每個子層含自注意力機制用以計算序列中每個位置信號的反映。研究人員在收集鏈路傳輸中衰減、色散、噪聲和非線性的實際參數建立ROF實際鏈路之后，再引入Transformer訓練數據構建強度調制直接檢測（IM-DD）的ROF鏈路模型。他們將中心頻率8GHz及符號率2Gband的16QAM信號在傳輸距離為30km的ROF鏈路模型中進行了分析[3]。研究結果表明：應用該方案后信號在傳輸距離、載波頻率、發射功率和信噪比等方面都優于采用神經網絡（FCNN）、卷積神經網絡（CNN）和生成對抗性網絡（GAN）的方案。綜上所述，該方案在微波光子學領域有很一定的應用潛力。



4.電光調制器
西班牙巴倫西亞大學的Luis Torrijos-Morán等研究人員基于四種不同射頻成分在微波光子鏈路（MPL）系統中實現了雙平行馬赫曾德爾調制器（DPMZM）的線性化工作，相關實驗裝置如圖4所示；其中，MPL由DPMZM和兩個馬赫曾德爾調制器（MZM）組成。DPMZM輸出的調制光波被光譜整形器處理以完成在光學載波頻帶（OCB）上的幅度抑制和相移過程。研究人員應用四種不同射頻成分在光電探測器上拍頻產生了三階互調失真（IMD3）信號，并對DPMZM線性化MPL處理后的RF信號進行了分析[4]。研究結果表明：該方案能在無需額外頻段分量的條件下同時調制四路不同信號，生成的交叉IMD3可以通過調諧調制器中的直流電壓來抵消，而直接IMD3需要OCB處理才能實現鏈路線性化。因為上述方案的線性化應用優勢，因此可應用于高速率大帶寬光纖無線通信系統中。



5. 可見光通信
廈門大學的Tingwei Lu等研究人員設計了采用單個微型藍光LED的全雙工可見光通信（VLC）系統，如圖5所示。他們采用原子層沉積（ALD）法在基于氮化鎵（GaN）的LED活性區側壁沉積氧化鋁（AL2O3），使得側壁鈍化后的LED可獲得更高的頻率響應與外量子效率（EQE）；將正向偏置電壓設置為3V時，注入電流密度為120A/cm2，檢測響應度為0.243A/W，仍然能夠保證正常照明。他們采用80×120um2的微型藍光LED-PD，在1m的VLC鏈路上實現了528Mbps的16QAM-OFDM信號的傳輸，表明當注入電流能夠支持LED顯示功能時，微型LED-PD可作為有效光電探測器 [5]。研究結果表明：當傳輸距離為1m/時，上行鏈路和下行鏈路的傳輸速率為350Mbps，誤碼率（BER）分別為2.1×10−3和2.8×10−3。當傳輸距離增加到1.2m和1.5m時，全雙工VLC系統也能實現300 Mbps和225 Mbps的傳輸速率。綜上所述，該方案簡化了全雙工VLC通信系統的結構配置，降低了收發信號功耗，有利于多功能微型LED-PD器件的集成，體現了其在高速全雙工VLC領域的應用潛力。



6. 第五代固定通信網
北京郵電大學的Xin Li等研究人員設計了應用于第五代固定通信網（F5G）中確定性信令延遲感知調度（LAS）方案，如圖6所示。目前，光接入網的發展已經進入F5G時代，信令延遲優劣決定了其所承載的業務是否能成功傳輸。因為在數據通信網絡（DCN）中信令延遲有非確定性，而非確定性信令無法保證信號成功傳輸，所以系統必須在指定的時間內完成確定性信令傳輸?？紤]到確定性信令可分為硬實時信令和軟實時信令兩種，研究人員針對F5G設計了支持確定性信令傳輸的LAS方案，該方案包括基于信令相關性和負載均衡的信令重排（SRLB）算法、基于截止時間的硬實時信令調度（DHS）算法和基于起始時間的軟實時信令調度（SSS）算法[6]。研究結果表明：對于硬實時信令和軟實時信令調度，該方案使調度失敗率降低了6.57%，網絡資源利用率提高了3.34%，端到端信號時延降低了1.01s；因此上述方案對于未來優化F5G的調度過程和提升網絡資源利用率具有一定的參考價值。