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
1/27/2021，光纖在線訊，2020年12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、自由空間光通信、光載無(wú)線通信、數(shù)字信號(hào)處理、光纖傳輸?shù)�。筆者將逐一評(píng)析。
可見(jiàn)光通信
中山大學(xué)的Guixun Huang等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型海域可見(jiàn)光通信系統(tǒng)（VLC），如圖1所示；該系統(tǒng)采用通用正交變換（OT）輔助多輸入多輸出（MIMO）的傳輸方案。研究人員將用戶生成的比特流映射到脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號(hào)上，通過(guò)正交變換模塊對(duì)PAM信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，結(jié)合奇異值分解（SVD）過(guò)程進(jìn)行預(yù)編碼，減輕了多用戶間信號(hào)干擾。該設(shè)計(jì)方案增強(qiáng)了信號(hào)之間的最小歐幾里德距離，提升了信號(hào)對(duì)上述大氣和海上信道的適應(yīng)能力；研究人員在此基礎(chǔ)上還推導(dǎo)了系統(tǒng)理論誤碼率（SER）解析表達(dá)式。研究結(jié)果表明，在實(shí)際海域系統(tǒng)應(yīng)用中，與采用空分復(fù)用（SMP），空間調(diào)制（SM）和重復(fù)編碼（RC）技術(shù)的VLC系統(tǒng)的相比較，OT-VLC系統(tǒng)具有更好的收發(fā)性能[1]。

圖1海域空間和水下場(chǎng)景中的VLC通信過(guò)程

自由空間光通信
葡萄牙阿威羅大學(xué)的Fernando P. Guiomar等研究人員設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)概率整形的自由空間光通信系統(tǒng)（FSO），如圖2所示。研究人員通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)室外FSO系統(tǒng)瞬時(shí)信噪比（SNR）具有明顯時(shí)間相關(guān)性（時(shí)域記憶效應(yīng)），該記憶效應(yīng)在很大程度上取決于時(shí)變氣象學(xué)中涉及的參數(shù)變化。在多雨天氣條件下，為研究FSO信道的時(shí)間相關(guān)性，可采用低頻跟蹤技術(shù)來(lái)追蹤信道中平均SNR的演化過(guò)程；而在使用低復(fù)雜度未加權(quán)移動(dòng)平均值算法的情況下，可對(duì)FSO鏈路進(jìn)行精確信道估計(jì)。研究結(jié)果表明，將該類信道估計(jì)方法與時(shí)間自適應(yīng)概率星座整形（PCS）調(diào)制技術(shù)相結(jié)合，在非穩(wěn)定天氣條件下，能在55m自由空間鏈路上實(shí)現(xiàn)400G +傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用[2]。

圖2FSO通信系統(tǒng)
光載無(wú)線通信
荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)的Xuebing Zhang等研究人員設(shè)計(jì)了一種面向工業(yè)4.0應(yīng)用的光載無(wú)線通信系統(tǒng)(OWC)，如圖3所示。研究人員通過(guò)漫反射聚焦以及傳輸矩陣控制算法，來(lái)降低非視距鏈路（NLOS）傳輸中散射造成的光信號(hào)功率衰減以及多徑效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)接收帶寬的限制。研究結(jié)果表明，采用漫反射聚焦技術(shù)，可在25cm非視距光載無(wú)線鏈路上實(shí)現(xiàn)40 Gbit/s的傳輸速率；在引入快速聚焦傳輸矩陣（TM）算法時(shí)，可迅速完成迭代（513次）并進(jìn)行聚焦，從而使DRF技術(shù)面向?qū)嶋H應(yīng)用。該系統(tǒng)選擇低成本耗費(fèi)的強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)（IM-DD）系統(tǒng)建設(shè)方案和收發(fā)開(kāi)關(guān)鍵控（OOK）信號(hào)來(lái)降低應(yīng)用成本[3]。

圖3系統(tǒng)框圖

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)
德國(guó)基爾大學(xué)的Tom Wettlin等研究人員設(shè)計(jì)了基于脈沖幅度調(diào)制（PAM）的強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)（IM / DD）系統(tǒng)，如圖4所示。研究人員分析了不同的數(shù)字信號(hào)處理（DSP）方案， 包括（1）Volterra非線性均衡（VNLE）+決策反饋均衡、（2）Tomlinson-Harashima預(yù)編碼+ VNLE、（3）雙二進(jìn)制（DB）預(yù)編碼+ DB VNLE +維特比均衡、（4）VNLE + 2抽頭后置濾波器 +維特比均衡。在對(duì)比分析時(shí)，研究人員選用了商業(yè)器件，傳輸速率介于180- 300Gb/s之間。研究結(jié)果表明，對(duì)于相對(duì)較低的符號(hào)速率和傳輸距離，（1）、（4）方案較優(yōu)；方案（2）、（3）在更高傳輸速率條件下應(yīng)用更優(yōu)。在對(duì)比各類調(diào)制格式和DSP方案后，方案（4）設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中收發(fā)PAM4信號(hào)具有最佳性能，經(jīng)過(guò)1km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）的傳輸速率值為224Gb/s；方案（2）設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中傳輸PAM8信號(hào)可獲得最佳收發(fā)性能[4]。

圖4 支持PAM信號(hào)傳輸?shù)膹?qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè)系統(tǒng)

光纖傳輸
華為巴黎研究中心的Hartmut Hafermann等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于精確逆周期非線性傅里葉變換（PNFT）的光纖通信系統(tǒng)，如圖5所示。研究人員基于逆PNFT理論設(shè)計(jì)了完整算法來(lái)執(zhí)行逆PNFT處理（即從主譜開(kāi)始，依據(jù)黎曼曲面積分獲取評(píng)估解所需的所有參數(shù)。研究人員通過(guò)數(shù)值仿真證明了該傳輸方案在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用可行性，并在2000km傳輸距離上能保證10^(-3)級(jí)誤碼率（BER）性能指標(biāo)。研究結(jié)果表明，與加入循環(huán)前綴支持線性色散補(bǔ)償?shù)膫鬏斝盘?hào)相比，該信號(hào)傳輸中體現(xiàn)的孤子特性顯著延長(zhǎng)了通信距離[5][6]。

圖5基于精確逆周期非線性傅里葉變換（PNFT）的光纖通信系統(tǒng)
參考文獻(xiàn)
[1] G. Huang, L. Zhang, Y. Jiang, and Z. Wu, “A General Orthogonal Transform 
Aided MIMO Design for Reliable Maritime Visible Light Communications,” J. Light. 
Technol., vol. 38, no. 23, pp. 6549–6560, 2020.
[2] F. P. Guiomar et al., “Adaptive probabilistic shaped modulation for high-
capacity free-space optical links,” J. Light. Technol., vol. 38, no. 23, pp. 6529–6541, 2020.
[3] X. Zhang et al., “Wide-Coverage Beam-Steered 40-Gbit/s Non-Line-of-Sight 
Optical Wireless Connectivity for Industry 4.0,” vol. 38, no. 24, pp. 6801–6806, 2020.
[4] T. Wettlin et al., “DSP for High-Speed Short-Reach IM/DD Systems Using 
PAM,” vol. 38, no. 24, pp. 6771–6778, 2020.
[5] J. W. Goossens, H. Hafermann, and Y. Jaouen, “Data Transmission Based on 
Exact Inverse Periodic Nonlinear Fourier Transform, Part I: Theory,” J. Light. 
Technol., vol. 38, no. 23, pp. 6520–6528, 2020.
[6] J. W. Goossens, H. Hafermann, and Y. Jaouen, “Data Transmission Based on 
Exact Inverse Periodic Nonlinear Fourier Transform, Part II: Waveform Design and 
Experiment,” J. Light. Technol., vol. 38, no. 23, pp. 6520–6528, 2020.