光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，王壯，楊杰，伊林芳，田青，楊琪銘，于妮
8/09/2021，光纖在線訊，2021年6月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光載無線通信、工業(yè)LiFi系統(tǒng)、可見光通信、移動通信前傳技術(shù)、相干光源技術(shù)等，筆者將逐一評析。

1.光載無線通信

復旦大學的Kaihui Wang等研究人員設(shè)計了新型E波段全雙工毫米波（MMW）光載無線通信（RoF）系統(tǒng)，如圖1所示；下行鏈路和上行鏈路的中心頻率為73.5GHz和83.5GHz，只采用了一對喇叭天線來傳輸無線信號。在有限信噪比下，研究人員采用了概率整形（PS）技術(shù)來適配傳輸速率；并采用沃爾泰拉（volterra）均衡器來補償光電器件引起的非線性失真負面效應。研究結(jié)果表明，在歸一化廣義互信息（NGMI）閾值為0.83時，該系統(tǒng)支持在2m無線信道上傳輸7 Gbaud正交頻分復用（采用4096階正交振幅調(diào)制的OFDM-TPS4096-QAM）信號；當NGMI閾值（0.67）時，雙向7 Gbaud PS-1024QAM信號傳輸距離可延申到13.4m[1]。



圖1 E波段雙向工MMW-RoF系統(tǒng)

2.工業(yè)LiFi系統(tǒng)

德國柏林弗勞恩霍夫電信研究所Kai Lennert Bober等研究人員面向工業(yè)無線通信系統(tǒng)需求，設(shè)計了采用分布式多用戶多輸入多輸出（MIMO）集中式控制架構(gòu)的LiFi系統(tǒng)。如圖2所示該系統(tǒng)通過光無線基礎(chǔ)設(shè)施為終端設(shè)備提供移動服務，它由一個中央單元和連接到多個覆蓋較大區(qū)域的分布式光學前端組成，支持為移動設(shè)備提供適配數(shù)據(jù)速率、可靠實時通信和集成定位服務。研究人員采用空分多址接入方案，并通過聯(lián)合預編碼來消除殘余干擾以進一步提高信號收發(fā)性能。研究結(jié)果表明，分布式多用戶MIMO方案不僅為工業(yè)LiFi系統(tǒng)帶來了更高的服務質(zhì)量，而且支持基于可變時間測量的綜合定位[2]。



圖2分布式多用戶 MIMO 系統(tǒng)

3.可見光通信

南京信息工程大學Baolong Li等研究人員設(shè)計了一種可調(diào)光正交頻分復用（O-OFDM）通信系統(tǒng)（自適應偏置分層O-OFDM（ABLO-OFDM）系統(tǒng)），如圖3所示。該系統(tǒng)可以與脈沖寬度調(diào)制（PWM）調(diào)光技術(shù)相結(jié)合；與傳統(tǒng)分層非對稱限幅-正交頻分復用（LACO-OFDM）相似，ABLO-OFDM采用多層子載波傳輸信息數(shù)據(jù)，具有較高頻譜效率。LACO-OFDM系統(tǒng)在信號收發(fā)過程中需要多個快速傅立葉變換模塊，而ABLO-OFDM系統(tǒng)只需要一個快速傅立葉變換模塊就可以產(chǎn)生分層O-OFDM信號。此外，可調(diào)光ABLO-OFDM（DABLO-OFDM）信號可以直接通過標準OFDM接收機的解調(diào)且不受調(diào)光過程影響。因此，與傳統(tǒng)O-OFDM系統(tǒng)相比，該方案在降低收發(fā)機復雜度的同時，獲得了較高的頻譜效率；并且在中等調(diào)光水平下頻譜效率優(yōu)于同類方案[3]。



圖3 DABLO-OFDM系統(tǒng)中的發(fā)射機

4.移動通信前傳技術(shù)

奧地利理工學院的Dinka Milovanˇcev等研究人員設(shè)計了一種應用于5G移動通信前傳的量子密鑰分發(fā)（CV-QKD）波分復用（WDM）系統(tǒng)，如圖4所示。首先，研究人員通過訓練信息獲取連續(xù)光載波同步，將訓練信息作為導頻信號在頻率和偏振方向上進行復用；然后，通過光載波抑制和單邊帶調(diào)制方式進行頻譜裁剪，減輕進入量子信道的串擾和導頻信號的自干擾，以獲取高信噪比訓練信號。最后，采用接收機中自運行的本地振蕩器進行頻率偏移校正和光學相位估計，并通過奈奎斯特脈沖整形來保證高符號速率下的低噪聲量子信號接收過程。研究結(jié)果表明，在13.2km前傳鏈路中，經(jīng)由光纖傳輸獲得了約為散粒噪聲單元0.1%到0.5%的低過剩噪聲。此外，研究人員還對11個運營商級經(jīng)典信號的共存性進行了實驗研究，成功在C波段上完成了量子信號和經(jīng)典信號的聯(lián)合傳輸。在嚴格安全假設(shè)條件下（竊聽者（Eve）可以控制接收機噪聲）在暗光纖鏈路和亮光纖鏈路上可獲得18和10 Mb/s的安全密鑰速率；在實際假設(shè)條件下（接收機位置可信）在暗光纖和亮光纖上獲得的密鑰速率分別為85.3和72mb/s[4]。



圖4 CV-QKD傳輸實驗裝置

5.相干光源技術(shù)

加拿大渥太華大學的Zhenguo Lu等研究人員使用砷化銦/磷化銦（InAs/InP）量子點（QD）增益材料設(shè)計了一種C波段梳狀相干激光器（CCL），該器件采用快速反饋環(huán)路控制方案，頻率間隔保持在±100ppm范圍內(nèi)，在長時間運行后工作波長保持在國際電信聯(lián)盟規(guī)定的Grid（0.01nm）中。研究人員還設(shè)計了25GHz C波段工作的QD -CCL，如圖5所示。該器件采用了外腔自注入反饋鎖定（SIFL）系統(tǒng)，可以將1537.55nm到1545.14nm波長范圍內(nèi)每個通道的線寬減小到200khz以下；RF模式下差頻信號3-dB帶寬也從 9 kHz 降低到大約500 Hz。研究結(jié)果表明，使用34.2GHz的QD-CCL分別在25km/100km標準單模光纖（SSMF）上實現(xiàn)了5.4Tbit/s（PAM-4 48×28GBaud PDM）聚合數(shù)據(jù)傳輸以及10.8Tbit/s（16QAM 48×28GBaud PDM）相干數(shù)據(jù)傳輸[5]。



圖5外腔自注入反饋鎖定 (SIFL) 系統(tǒng)

參考文獻

[1]      K. Wang, W. Zhou, L. Zhao, F. Zhao, and J. Yu, “Bi-directional OFDM Truncated PS-4096QAM signals transmission in a full-duplex 
MMW-RoF system at E-band,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 11, pp. 3412–3419, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3065834.

[2]      K. L. Bober et al., “Distributed Multiuser MIMO for LiFi in Industrial Wireless Applications,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 11, pp. 
3420–3433, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3069186.

[3]      B. Li, X. Xue, S. Feng, and W. Xu, “Layered Optical OFDM with Adaptive Bias for Dimming Compatible Visible Light Communications,” 
J. Light. Technol., vol. 39, no. 11, pp. 3434–3444, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3067495.

[4]      Di. Milovancev, N. Vokic, F. Laudenbach, C. Pacher, H. Hubel, and B. Schrenk, “High Rate CV-QKD Secured Mobile WDM Fronthaul
 for Dense 5G Radio Networks,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 11, pp. 3445–3457, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3068963.

[5]      Z. Lu et al., “InAs/InP Quantum Dash Semiconductor Coherent Comb Lasers and their Applications in Optical Networks,” J. Light.
 Technol., vol. 39, no. 12, pp. 3751–3760, 2021, doi: 10.1109/JLT.2020.3043284.