1/18/2022，光纖在線訊，光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，楊騏銘，伊林芳，田青，于妮，袁杰，左仁杰，李彥霖，陳鵬，李沖，劉栓凡。

2021年12月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：無源光網(wǎng)絡(luò)，鑒頻濾波器，光線無線通信，可見光通信，模數(shù)轉(zhuǎn)換以及毫米波通信等；筆者將逐一評析。

1.無源光網(wǎng)絡(luò)
英國班戈大學的Z. Q. Zhong等研究人員設(shè)計了支持光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）之間并發(fā)通信的無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）方案，如圖1所示。方案中采用強度調(diào)制直接檢測（IMDD）混合單邊帶調(diào)制（SSB）的正交頻分復用數(shù)字濾波器多址接入（OFDM-DFMA）技術(shù)，在25km標準單模光纖（SSMFs）上傳輸101.6Gbit/s的信號進行了實驗驗證。在ONU發(fā)射機中，通過數(shù)字正交濾波將多個SSB信號聚合；在光線路終端（OLT）/ONU的接收機中，采用快速傅里葉變換（FFT）完成信號的解復用和解調(diào)[1]。實驗結(jié)果表明，在上行傳輸時，數(shù)字濾波器的相關(guān)長度值為32時效果最佳，光纖傳輸和ONU間信道干擾造成的系統(tǒng)功率損失分別小于1dB和2dB；在ONU間進行通信時，自適應射頻頻譜分配過程能有效緩解瑞利和布里淵后向散射及上行信道衰落效應，從而使系統(tǒng)傳輸容量提高至少30%。


2.鑒頻濾波器
塞浦路斯大學的Georgios Charalambous等研究人員設(shè)計了絕緣體上硅平臺的無源線性鑒頻（FD）濾波方案，如圖2所示。該濾波器采用硅電子光子集成電路工藝設(shè)計套件（SiEPIC PDK）進行設(shè)計，僅需兩個馬赫曾德爾干涉儀（MZI）即可工作；在80GHz帶寬范圍內(nèi)，該鑒頻濾波器傳遞函數(shù)的線性度非常理想[2]。研究人員使用該器件在采用相位調(diào)制的光纖傳輸系統(tǒng)中進行了仿真測試，并與典型的強度調(diào)制-直接檢測（IM-DD）方案進行比較，結(jié)果表明其收發(fā)性能略好于IM-DD方案；當采用平衡探測解調(diào)方案時，調(diào)制頻率可達50 GHz，此時可獲得8 dB載波間調(diào)制性能增益。


3.光纖無線通信
日本信息通信技術(shù)研究院的Pham Tien Dat等研究人員在W波段設(shè)計了3×3多輸入多輸出（MIMO）光纖無線通信系統(tǒng)（RoF），如圖3所示。通過將兩個穩(wěn)定性極高的RoF系統(tǒng)與偏振復用（PDM）技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)端到端的3 × 3 MIMO信號傳輸。研究人員在相同極化和交替不同極化天線系統(tǒng)中，對3×3 MIMO偏移正交幅度調(diào)制多載波信號進行了實驗研究；結(jié)果表明，當傳輸系統(tǒng)總?cè)萘繛?10Gbit/s和132 Gbit/s時，頻譜效率約為8.5bits/s/Hz和10.2bits/s/Hz，收發(fā)性能良好[3]。因此，該系統(tǒng)可作為未來支持移動信號傳輸和實現(xiàn)高頻段無線網(wǎng)絡(luò)接入的一個潛在備選方案。


4.可見光通信
加拿大湖首大學的Maysa Yaseen等研究人員分析了信號相關(guān)散粒噪聲（SDSN）對單輸入單輸出（SISO）可見光通信（VLC）系統(tǒng)的影響，如圖4所示。他們采用了最小二乘法和最大似然估計法，將信道估計誤差的克拉美羅下界（CRLB）作為評估無偏估計器效率的基準；并推導了采用開關(guān)鍵控調(diào)制（OOK）和多階脈沖幅度調(diào)制（M-PAM）情況下次優(yōu)接收機誤碼率的閉環(huán)表達式和最優(yōu)接收機（采用OOK調(diào)制）誤碼率的近似表達式，還對最優(yōu)和次優(yōu)接收機方案進行了比較研究[4]。結(jié)果表明，CRLB的性能與SDSN、熱噪聲或衰落信道無線性關(guān)系，且SDSN對系統(tǒng)誤碼率和信道估計誤差有極大負面影響。


5.模數(shù)轉(zhuǎn)換
上海交通大學的Cheng Wang等研究人員設(shè)計了時間波長交織光模數(shù)轉(zhuǎn)換器（TWIPADC），并對其中的馬赫曾德爾調(diào)制器-波分復用器（MZM-WDM）結(jié)構(gòu)引起的非線性效應進行了分析，如圖5所示。他們在MZM器件后級聯(lián)WDM模塊，發(fā)現(xiàn)當MZM偏置處在正交點時，采樣結(jié)果中可能存在偶次諧波；隨著采樣信號頻率的增加和WDM通帶寬度的減小，偶次諧波的幅度逐步增大，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）由二次諧波的幅度決定。結(jié)果表明，當WDM的通帶寬度小于100GHz時，SFDR在0~25GHz頻率范圍內(nèi)的變化高達6dB；當WDM通帶寬度大于150GHz時，SFDR在0~25GHz頻率范圍內(nèi)的變化由三次諧波決定；當通帶寬度為50GHz時，對于10GHz以上的射頻頻率，SFDR主要由二次諧波決定[5]。不難發(fā)現(xiàn)，依據(jù)采樣信號的頻率范圍能確定WDM系統(tǒng)的通帶寬度范圍，還可以避免偶次諧波的出現(xiàn)。


6.毫米波通信
復旦大學的Yanyi Wang等研究人員設(shè)計了采用光正交偏振單邊帶（SSB）調(diào)制技術(shù)生成正交幅度調(diào)制（QAM）矢量毫米波信號的方案，如圖6所示。他們采用單偏振復用-馬赫曾德爾調(diào)制器（PDM-MZM），通過交織器生成兩個偏振方向上的單邊帶光信號（下邊帶（LSB）和上邊帶（USB）信號）；并在28 GHz頻率范圍內(nèi)依次對正交相移鍵控 (QPSK)、16QAM和64QAM矢量信號進行了分析。結(jié)果表明，12Gbaud QPSK和6Gbaud 16-QAM信號經(jīng)65km單模光纖（SMF）傳輸和1Gbaud 64-QAM信號經(jīng)10 km SMF傳輸后，誤碼率（BER）均可達到2.4×10-2（在20%前向糾錯（FEC）軟判決閾值下）[6]。因此，該方案對光纖色散具有較強的魯棒性，能有效緩解帶間串擾和信號拍頻干擾（SSBI）的負面影響。



參考文獻：
[1] Z. Q. Zhong et al., “Concurrent Inter-ONU Communications for Next Generation Mobile Fronthauls Based on IMDD Hybrid SSB OFDM-DFMA PONs,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 23, pp. 7360–7369, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3115573.
[2] G. Charalambous, N. Madamopoulos, B. B. Dingel, and S. Iezekiel, “Integrated Photonic Linear Frequency Discriminator Filter for 5G Phase-Modulated Microwave Photonic Links,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 24, pp. 7563–7572, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3105242.
[3] W. Wdm, P. D. M. Rof, T. Capability, P. T. Dat, F. Rottenberg, and A. Kanno, “3 × 3 MIMO Fiber – Wireless System in W-Band,” vol. 39, no. 24, pp. 7794–7803, 2021.
[4] M. Yaseen, M. Alsmadi, A. E. Canbilen, and S. S. Ikki, “Visible Light Communication with Input-Dependent Noise: Channel Estimation, Optimal Receiver Design and Performance Analysis,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 23, pp. 7406–7416, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3116074.
[5] C. Wang, Y. Sun, G. Wu, and J. Chen, “Effects of the Nonlinearity Caused by the ‘MZM-WDM’ Structure in Time-Wavelength Interleaved Photonic Analog-to-Digital Converters,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 23, pp. 7447–7454, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3115940.
[6] Y. Wang et al., “QAM vector mm-wave signal generation based on optical orthogonal polarization SSB scheme by a single modulator,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 24, pp. 7628–7635, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3068742.