光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，胡欽政，王壯，楊杰，伊林芳，田青，楊琪銘，于妮
    2020年10月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括可見(jiàn)光通信、無(wú)線水空光通信、光載毫米波通信、濾波器件、前傳系統(tǒng)等。筆者將逐一評(píng)析。

可見(jiàn)光通信
    中山大學(xué)的Lei Zhao等研究人員設(shè)計(jì)了一種室內(nèi)多用戶（MU）多輸入多輸出（MIMO）可見(jiàn)光通信（VLC）系統(tǒng)，如圖1所示。研究人員利用發(fā)光二極管（LED-DR）的工作特性和塊對(duì)角化預(yù)編碼（BDP）技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種加權(quán)調(diào)整（WA）的BDP方案，以提升數(shù)據(jù)傳輸性能。在LED陣列中，采用空間調(diào)光（SD）過(guò)程來(lái)滿足室內(nèi)場(chǎng)景均勻照明要求。研究表明，采用SD-WA-BDP方案的 MU-MIMO-VLC系統(tǒng)，可同時(shí)兼顧照明和通信過(guò)程。與傳統(tǒng)的直接調(diào)制 (DD) 光傳輸系統(tǒng)相比，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)均勻照明，且具有優(yōu)異的接收信號(hào)性能[1]。


圖1室內(nèi)MU-MIMO-VLC系統(tǒng)示意圖

無(wú)線水空光通信
    香港大學(xué)的Yingjie Shao等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型正交頻分復(fù)用（OFDM）無(wú)線光通信（OWC）系統(tǒng), 如圖2所示。研究人員對(duì)低復(fù)雜度接收機(jī)中數(shù)字信號(hào)處理（DSP）過(guò)程進(jìn)行了研究，該方案采用幾何整形（GS）算法、時(shí)域預(yù)留子載波(TR)算法、限幅算法，實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)水空（Water-Air）OWC鏈路。研究人員對(duì)時(shí)域TR降峰均比性能和其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)傳輸2.2 Gb / s信號(hào)的Water-Air-OWC系統(tǒng)方案。該方案對(duì)整形比和限幅比進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)高效DSP處理，在3.8×10^(-3)的誤碼率閾值下，實(shí)現(xiàn)了接收光功率的大幅增強(qiáng)。在3.6m水下和8m自由空間OWC信道上，研究人員成功實(shí)現(xiàn)了4路4K視頻時(shí)分復(fù)用信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸，結(jié)果驗(yàn)證了該方案的可行性和有效性[2]。


圖2實(shí)時(shí)DSP處理過(guò)程和實(shí)驗(yàn)配置方案

光載毫米波通信
    意大利博洛尼亞大學(xué)的Eugenio Ruggeri等研究人員設(shè)計(jì)了一種多用戶光載毫米波（IFoF / mmWave）上行鏈路，如圖3所示。該上行鏈路由便攜式發(fā)射機(jī)，32單元相控陣天線（PPA）接收機(jī)（Rx）和10 km的單模光纖（SMF）組成。研究人員使用PAA Rx天線成功實(shí)現(xiàn)了0.6 Gb / s無(wú)線數(shù)據(jù)的單用戶上行鏈路傳輸；該天線具備2 GHz的3dB帶寬，并支持120°扇區(qū)內(nèi)對(duì)任意角度的波束控制能力，在使用頻分復(fù)用（FDM）或空分復(fù)用（SDM）的情況下還可提供相同聚合數(shù)據(jù)速率的3用戶上行鏈路通信。研究表明，相比正交相移鍵控（QPSK）調(diào)制方案，F(xiàn)DM和SDM方案能在3GPP KPI限值內(nèi)優(yōu)化矢量幅度誤差(EVM)性能[3]。


圖3系統(tǒng)框圖與實(shí)驗(yàn)裝置

濾波器件
    國(guó)立臺(tái)北科技大學(xué)的Run-Kai Shiu等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型光梳器件，用于集中式可重構(gòu)微波光子濾波器（MPF）的制備，如圖4所示。該光梳器件可提供多達(dá)103個(gè)具有可調(diào)波長(zhǎng)間距和載流子數(shù)目的光載波，使得MPF能夠提供較大調(diào)諧范圍。該濾波器的頻率響應(yīng)是波長(zhǎng)間隔、光載波數(shù)和光纖長(zhǎng)度的函數(shù)；調(diào)整上述三個(gè)參數(shù)，可以靈活地配置MPF的中心頻率和3dB帶寬。研究人員通過(guò)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）模型進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練后的CNN能夠以較小誤差預(yù)測(cè)出波長(zhǎng)間隔和光纖長(zhǎng)度，證明了該模型應(yīng)用的有效性[4]。


圖4（a）集中式可重構(gòu)濾波器 (b)光學(xué)系統(tǒng)框圖

前傳系統(tǒng)
    荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)的Simon Rommel等研究人員設(shè)計(jì)了適用于5G通信的可擴(kuò)展前傳系統(tǒng), 如圖5所示。該方案體現(xiàn)了模擬光纖無(wú)線電（ARoF）技術(shù)與空分復(fù)用技術(shù)以及收發(fā)光子集成電路技術(shù)的有效結(jié)合。研究人員在光子集成電路中分別使用InP和SiN來(lái)產(chǎn)生ARoF信號(hào)和形成光波束，并支持單個(gè)天線陣列進(jìn)行多波束傳輸。研究人員測(cè)得了抑制載波Mach-Zehnder調(diào)制器和光學(xué)鎖相環(huán)產(chǎn)生ARoF相位噪聲的數(shù)值結(jié)果，并通過(guò)相位噪聲模擬評(píng)估了發(fā)射機(jī)適用性。研究結(jié)果表明，ARoF基帶單元鏈路支持實(shí)時(shí)處理帶寬為800 MHz的5G信號(hào)；在25.5GHz的10km 7芯單模光纖（MCF）和9m毫米波（mmWave）無(wú)線聯(lián)絡(luò)上進(jìn)行傳輸后，接收信號(hào)誤碼率低于7%前向糾錯(cuò)閾值，證明了上述方案用于傳輸寬帶毫米波信號(hào)的可行性[5]。


圖5前傳系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置
參考文獻(xiàn)

[1] L. Zhao, K. Cai, and M. Jiang, “Multiuser Precoded MIMO Visible Light Communication Systems Enabling Spatial Dimming,”
 J. Light. Technol., vol. 38, no. 20, pp. 5624–5634, 2020, doi: 10.1109/jlt.2020.3003857.
[2] R. W. O. System and W. L. T. Dsp, “Real-Time 2.2-Gb/s Water-Air OFDM-OWC System With Low-Complexity Transmitter-Side DSP,” 
vol. 38, no. 20, pp. 5668–5675, 2020.
[3] E. Ruggeri et al., “Multi-User V-Band Uplink Using a Massive MIMO Antenna and a Fiber-Wireless IFoF Fronthaul for 5G mmWave 
Small-Cells,” J. Light. Technol., vol. 38, no. 19, pp. 5368–5374, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.2984374.
[4] R. K. Shiu et al., “Performance Enhancement of Optical Comb Based Microwave Photonic Filter by Machine Learning Technique,” 
J. Light. Technol., vol. 38, no. 19, pp. 5302–5310, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.2989210.
[5] S. Rommel et al., “Towards a Scaleable 5G Fronthaul: Analog Radio-over-Fiber and Space Division Multiplexing,” J. Light. Technol.,
 vol. 38, no. 19, pp. 5412–5422, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.3004416.