光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，龍穎，胡欽政，王壯，楊杰
    2019年10月出版的JLT主要刊登了以下方向的一些文章，包括：信號(hào)發(fā)生器，光纖傳感技術(shù)，光纖通信系統(tǒng)，室內(nèi)光無(wú)線通信系統(tǒng)以及可見(jiàn)光通信技術(shù)等，筆者將逐一評(píng)析。
1. 信號(hào)發(fā)生器
    西安電子科技大學(xué)的Weile Zhai等科研人員設(shè)計(jì)了一種具有可調(diào)倍頻因子的新型雙頻多相編碼微波信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器由一個(gè)雙極化正交相移鍵控（DP-QPSK）調(diào)制器、一個(gè)極化調(diào)制器（PolM）以及一個(gè)平衡檢測(cè)器組成。工作原理是：在適當(dāng)調(diào)整DP-QPSK調(diào)制器的偏置電壓后，該系統(tǒng)會(huì)生成一個(gè)雙邊帶信號(hào)（其中一個(gè)邊帶沿偏振膜的X偏振方向，另一個(gè)邊帶沿偏振膜的Y偏振方向）；然后在PolM中利用相位編碼微波信號(hào)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制；調(diào)制之后的信號(hào)在經(jīng)過(guò)光電平衡檢測(cè)之后，就可以得到倍頻系數(shù)分別為1、2和4的多相編碼微波信號(hào)，還可以同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)不同載波頻率的相位編碼微波信號(hào)，因此該系統(tǒng)在雙頻雷達(dá)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用該系統(tǒng)可以生成具有5.5、11和22 GHz載波頻率的二進(jìn)制或四相編碼信號(hào)[1]。

圖1 具有可調(diào)倍頻系數(shù)的光子雙頻多相編碼微波信號(hào)發(fā)生器的系統(tǒng)

2. 光纖傳感技術(shù)
以往的研究結(jié)果證明，利用游標(biāo)效應(yīng)可以有效增強(qiáng)光纖傳感器的靈敏度，但在目前的實(shí)際應(yīng)用中還面臨著許多困難：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精確的制造工藝以及昂貴的材料等。吉林大學(xué)的Jun Deng等科研人員利用游標(biāo)效應(yīng)，并基于兩個(gè)級(jí)聯(lián)的法布里-珀羅干涉儀設(shè)計(jì)了一種具有高靈敏度的光纖應(yīng)變傳感器。在該傳感器內(nèi)部的兩個(gè)干涉儀中，一個(gè)干涉儀實(shí)施傳感應(yīng)用，另一個(gè)干涉儀則用于參考信號(hào)的生成。它們由兩對(duì)通過(guò)飛秒激光脈沖照明的光纖內(nèi)反射鏡構(gòu)成，可以在纖芯中感應(yīng)出折射率的變化。值得注意的是，這兩個(gè)干涉儀必須保持獨(dú)立運(yùn)行。該系統(tǒng)易于制造，可以通過(guò)3D微加工平臺(tái)精確控制空腔的長(zhǎng)度；由于該設(shè)備基于光纖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此還具有良好的魯棒性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該傳感器的應(yīng)變靈敏度可以達(dá)到28.11 pm/με，溫度靈敏度可達(dá)到278.48 pm/°C[2]。

圖2 （a）制作裝置 （b）顯微鏡圖像

3. 光纖通信系統(tǒng)
日本東洋電機(jī)株式會(huì)社的Abdelmoula Bekkali等科研人員設(shè)計(jì)了一種具有自適應(yīng)頻率傳輸分集的寬帶中頻光纖（IFoF）系統(tǒng)，可應(yīng)用于下一代移動(dòng)前傳技術(shù)（MFH）中。科研人員首先利用雙并行Mach-Zehnder調(diào)制器（DPMZM）、探測(cè)信號(hào)和高斯過(guò)程回歸技術(shù)得到精確的系統(tǒng)頻率響應(yīng)，然后再利用所獲得的系統(tǒng)頻率響應(yīng)對(duì)DPMZM端口的中頻（IF）信道進(jìn)行靈活分配，以減輕由色散引起的功率衰減所帶來(lái)的影響。為評(píng)估系統(tǒng)性能，科研人員采用不同接收光功率和不同數(shù)量（數(shù)量分別為6、12、14、15和16）的IF信道（帶寬為1.2 GHz）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，在20 km 的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖下，通用公共無(wú)線接口（CPRI）等效數(shù)據(jù)速率可達(dá)到近1.18 Tbps。而且，采用更高帶寬的射頻（RF）信道或光學(xué)設(shè)備可以更大程度地提升系統(tǒng)性能，帶寬容量可以達(dá)到1.2 Tbps以上。因此，科研人員設(shè)計(jì)的該IFoF系統(tǒng)可以滿足5G網(wǎng)絡(luò)等高容量通信的需求[3]。

圖3 針對(duì)大容量MFH設(shè)計(jì)的寬帶IFoF體系結(jié)構(gòu)

4. 室內(nèi)光無(wú)線通信系統(tǒng)
為了減少室內(nèi)光無(wú)線通信（OWC）鏈路中光束衰減的影響，墨爾本大學(xué)的Tingting Song等科研人員對(duì)基于2×1多輸入單輸出（MISO）的OWC發(fā)射機(jī)分集技術(shù)進(jìn)行了研究，系統(tǒng)地比較了重復(fù)編碼（RC）和Alamouti空時(shí)編碼（STBC）這兩個(gè)方案的性能。在實(shí)驗(yàn)中科研人員利用不同的光傳輸功率來(lái)模擬不同程度的光束衰減，對(duì)兩種方案的誤碼率（BER）性能進(jìn)行比較。另外，科研人員還對(duì)RC和STBC方案在兩個(gè)光信道路徑（一個(gè)比特間隔內(nèi)）引起的光延遲性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)（兩者均采用OOK調(diào)制）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于STBC方案，RC方案的BER性能更優(yōu)，且具有更低的光延遲[4]。


圖4 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置

5. 可見(jiàn)光通信技術(shù)
在可見(jiàn)光通信（VLC）中，LED的非線性特性是限制系統(tǒng)傳輸性能的一個(gè)主要因素，華南師范大學(xué)的Guowu Zhang等科研人員通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，VLC系統(tǒng)中的非線性均衡可視為稀疏恢復(fù)問(wèn)題。他們分別采用了三種不同的貪婪稀疏恢復(fù)算法來(lái)構(gòu)建VLC系統(tǒng)中的稀疏感知非線性均衡器，即匹配追蹤（MP）算法、正交匹配追蹤（OMP）算法和正則化正交匹配追蹤（ROMP）算法。采用這些算法可以大幅減少非線性均衡器中的內(nèi)核數(shù)量，實(shí)現(xiàn)高性能低復(fù)雜度的非線性均衡。在基于RGB-LED和正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制技術(shù)的VLC系統(tǒng)中，科研人員對(duì)稀疏感知非線性均衡器的性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用貪婪稀疏恢復(fù)算法，在信噪比損失為0.5 dB的情況下非線性均衡器內(nèi)核數(shù)可減少32.5%至62.5%。因此，在OFDM-VLC系統(tǒng)中采用基于ROMP的非線性均衡器配置可以降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，只需一半內(nèi)核數(shù)量就可達(dá)到采用傳統(tǒng)Volterra時(shí)域非線性均衡器相同的系統(tǒng)性能[5]。

圖5 具有不同信道均衡器的OFDM調(diào)制VLC系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置 

參考文獻(xiàn)：
[1]. Weile Zhai, Aijun Wen. “Photonic Generation of a Dual-Band Polyphase-Coded Microwave 
Signal With a Tunable Frequency Multiplication Factor”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, 
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[2]. Jun Deng, D. N. Wang, “Preserving Nearly Diffraction-Limited Beam Quality Over Several 
Hundred Meters of Transmission Through Highly Multimode Fibers”[J], IEEE J. Lightw. 
Technol., vol. 37, no. 19, pp. 4935–4939, October 1, 2019.
[3]. Abdelmoula Bekkali, Shota Ishimura, “Multi-IF-Over-Fiber System With Adaptive 
Frequency Transmit Diversity for High Capacity Mobile Fronthaul”[J], IEEE J. Lightw. 
Technol., vol. 37, no. 19, pp. 4957–4966, October 1, 2019.
[4]. Tingting Song, Ampalavanapillai Nirmalathas, “Performance Analysis of Repetition-Coding 
and Space-Time-Block-Coding as Transmitter Diversity Schemes for Indoor Optical Wireless 
Communications”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 18, pp. 5170–5177, October 15, 2019.
[5]. Guowu Zhang, Xiaojian Hong, “Sparsity-Aware Nonlinear Equalization With Greedy 
Algorithms for LED-Based Visible Light Communication Systems”[J], IEEE J. Lightw. 
Technol., vol. 37, no. 18, pp. 5273–5281, October15, 2019.