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
8/09/2021，光纖在線訊，2021年4月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章包括：可見光通信、無(wú)線光通信、光纖傳輸、激光器件、編碼技術(shù)等，筆者將逐一評(píng)析。

1.可見光通信技術(shù)
 
    深圳鵬城實(shí)驗(yàn)室(PCL)的Rui Jiang等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型水下可見光通信（UVLC）系統(tǒng)，他們?cè)谏闲墟溌分袘?yīng)用了非對(duì)稱限幅光正交頻分復(fù)用和非正交多址（ACO-OFDM-NOMA）技術(shù)（如圖1所示），以實(shí)現(xiàn)節(jié)能并支持大規(guī)模設(shè)備連接過(guò)程。研究人員設(shè)計(jì)了一種用戶子載波配對(duì)和功率聯(lián)合優(yōu)化的分配方案，該方案可視為在解決一個(gè)NP-hard混合型整數(shù)非線性規(guī)劃（MINLP）問(wèn)題。研究人員采用一種低復(fù)雜度的迭代算法來(lái)得到最優(yōu)解。在迭代第一階段，用交換匹配算法解決用戶子載波配對(duì)問(wèn)題；在第二階段，用逐次凸近似算法解決功率分配問(wèn)題，重復(fù)上述過(guò)程直到算法收斂。結(jié)果表明，與采用貪婪算法的上行鏈路ACO-OFDM-NOMA系統(tǒng)和傳統(tǒng)的上行鏈路ACO-OFDMA系統(tǒng)相比，采用該迭代算法的上行鏈路ACO-OFDM-NOMA系統(tǒng)可以獲得更高傳輸性能。與上行鏈路ACO-OFDMA系統(tǒng)相比，上行鏈路ACO-OFDM-NOMA系統(tǒng)的傳輸效率提升了近70%。此外，利用大接收孔徑可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能；例如接收孔徑為5cm時(shí)，頻譜效率可從10b/s/Hz提高到20cm時(shí)的15.3b/s/Hz[1]。



圖1 ACO-OFDM-NOMA方案 

2.無(wú)線光通信技術(shù)

韓國(guó)仁川國(guó)立大學(xué)Hyunchae Chun等研究人員提出了一種全局新型(即考慮信道、調(diào)制方案和器件約束)的光無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。過(guò)去人們對(duì)光無(wú)線信道進(jìn)行了廣泛建模，對(duì)于特定信道的最佳調(diào)制方案已有許多研究；但是，大部分建模過(guò)程未綜合權(quán)衡考慮發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的應(yīng)用利弊；對(duì)于特定類型的收發(fā)系統(tǒng)，調(diào)制帶寬、可用功率、接收機(jī)帶寬、有源區(qū)面積和靈敏度密切相關(guān)，如圖2所示。研究人員引入了“技術(shù)曲線”這一參數(shù)顯示了信噪比（SNR）和帶寬（BW）之間的關(guān)系。通過(guò)使用這種方法可以同時(shí)優(yōu)化調(diào)制方案和設(shè)備約束，能將氮化鎵微型LED（micro-LED）和商用光電接收器構(gòu)成的收發(fā)端20 dB的信噪比（SNR）裕度提升（或約3倍的數(shù)據(jù)速率提升）[2]。



圖2 信噪比和帶寬關(guān)系曲線

3.光纖傳輸

電子科技大學(xué)的Anke Zhao等研究人員設(shè)計(jì)了一種物理層加密的波分復(fù)用（WDM）光通信系統(tǒng)，如圖3所示。研究人員采用私有混沌相擾的光學(xué)層加密技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)低延遲、高速率保障全網(wǎng)絡(luò)信息傳輸安全；與傳統(tǒng)光混沌加密方案相反，在該方案中混沌信號(hào)成為了驅(qū)動(dòng)信號(hào)而不是作為光載波，因此傳輸容量不再受限于混沌信號(hào)的帶寬。 研究人員完成了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，研究結(jié)果表明，在標(biāo)準(zhǔn)的50公里標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SMF）上，加密信號(hào)能夠以4×12.5 Gbps的速度進(jìn)行安全傳輸；該加密方案與現(xiàn)有的WDM光網(wǎng)絡(luò)完全兼容，可直接融入到現(xiàn)有WDM光網(wǎng)絡(luò)中[3]。



圖3加密型WDM傳輸系統(tǒng)

4.激光器件

中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的Yang You等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型模式可控的光纖激光系統(tǒng)，如圖4所示。該系統(tǒng)由一個(gè)千瓦級(jí)主振蕩器功率放大器和基于隨機(jī)并行梯度下降算法的主動(dòng)反饋控制系統(tǒng)組成。研究人員利用窄線寬光纖激光器（橫模不穩(wěn)定（TMI）閾值遠(yuǎn)低于寬光譜光纖激光器的同類閾值）作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，通過(guò)較低功率水平的橫模模式控制來(lái)提升TMI閾值；通過(guò)對(duì)輸出光束的相關(guān)功率進(jìn)行極值搜索來(lái)轉(zhuǎn)換LP01和LP11模式。在相同的泵浦功率下，LP11到LP01的模式轉(zhuǎn)換效率高達(dá)99.5％；LP11、LP01模式的最大輸出功率分別為1396 W和1389 W，相應(yīng)的斜率效率分別為85.8%和84.1%[4]。


圖4 新型模式可控的光纖激光系統(tǒng)

5.編碼技術(shù)

加拿大多倫多大學(xué)的Masoud Barakatain等研究人員設(shè)計(jì)了一種低復(fù)雜度和信道可配置的前向糾錯(cuò)（FEC）方案（如圖5所示）；其中，內(nèi)部低密度奇偶校驗(yàn)碼與外部拉鏈碼聯(lián)合得以應(yīng)用。研究人員進(jìn)一步優(yōu)化了多層代碼體系結(jié)構(gòu)，使其可以在不同傳輸速率，信道特性和調(diào)制階數(shù)下得以應(yīng)用；并在解碼過(guò)程中保持了最低傳輸數(shù)據(jù)流；采用了兼容硬件配置的準(zhǔn)循環(huán)代碼結(jié)構(gòu)，研究人員還獲得了不同條件下FEC的配置性能和計(jì)算復(fù)雜度。結(jié)果表明，與常用的FEC方案相比，該方案提供了相近的性能，但解碼復(fù)雜度降低了63％；如果保持相近解碼復(fù)雜度下，該方案能提供0.6 dB的編碼增益[5]。



圖5低復(fù)雜度編解碼器配置

參考文獻(xiàn)

[1]      R. Jiang, C. Sun, X. Tang, L. Zhang, H. Wang, and A. Zhang, “Joint User-Subcarrier Pairing and Power Allocation for Uplink 
ACO-OFDM-NOMA Underwater Visible Light Communication Systems,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 7, pp. 1997–2007, 2021.

[2]      H. Chun et al., “Optimum Device and Modulation Scheme Selection for Optical Wireless Communications,” J. Light. Technol., 
vol. 39, no. 8, pp. 2281–2287, 2021.

[3]      A. Zhao, N. Jiang, S. Liu, Y. Zhang, and K. Qiu, “Physical Layer Encryption for WDM Optical,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 8, 
pp. 2288–2295, 2021.

[4]      A. M. F. L. System, “A 1.4-kW Mode-Controllable Fiber Laser System,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 8, pp. 2536–2541, 2021.

[5]      F. R. Kschischang and A. Abstract, “Low-Complexity Rate- and Channel-Configurable,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 7, pp. 
1976–1983, 2021.