3/21/2022，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，李彥霖，陳鵬，李沖，劉栓凡，袁杰，左仁杰。

2022年2月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：相干接收機，變頻與自干擾消除，電光調(diào)制，光纖放大器，光載無線通信以及強度調(diào)制直接檢測系統(tǒng)等。筆者將逐一評析。

1.相干接收機
日本NTT接入網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)實驗室的Ryo Koma等研究人員設(shè)計了時分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（TDM-PON）系統(tǒng)中的突發(fā)模式相干接收機（BMCR）配置方案，如圖1所示。該方案支持自動控制半導(dǎo)體光放大器（SOA）和跨阻抗放大器（TIA）在相干接收機中的工作增益，以拓寬BMCR的動態(tài)范圍和減小模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）中的量化誤差。研究人員對10Gbit/s單極化正交相移鍵控（SP-QPSK）信號進(jìn)行了誤碼率計算；結(jié)果表明，在使用垂直分辨率5位的ADC且偏振狀態(tài)（SOP）不理想情況下，依然可以獲得-44dBm的接收機靈敏度以及30dB的動態(tài)范圍[1]。綜上所述，該方案能為10Gbit/s長距離高分光比的PON系統(tǒng)提供技術(shù)支持，并可在不改變接收機配置的情況下，支持40km PON系統(tǒng)的應(yīng)用。



2.變頻與自干擾消除
北京科技大學(xué)的Dayong Wang等研究人員設(shè)計了適用于帶內(nèi)全雙工（IBFD）通信的光子輔助變頻和自干擾消除方法，如圖2所示。通過雙極化雙平行馬赫曾德爾（DP-DPMZM）調(diào)制器中的X-DPMZM，實現(xiàn)對中頻（IF）信號和本振（LO）信號的載波抑制單邊帶（CS-SSB）調(diào)制以生成發(fā)射信號，同時為后續(xù)下變頻提供共享的LO光邊帶；通過Y-DPMZM實現(xiàn)對感應(yīng)預(yù)期信號（SOI）的載波抑制雙邊帶(CS-DSB)調(diào)制，并使用光學(xué)帶通濾波器（OBPF）實現(xiàn)下變頻，同時調(diào)節(jié)主MZM的偏置電壓達(dá)到抑制自干擾的效果。研究結(jié)果表明，上變頻無雜散動態(tài)范圍（SFDR3）可達(dá)到102.6dB/Hz2/3，單頻自干擾消除（SIC）的對消深度大于50dB，寬帶SIC的對消深度大于22dB[2]。毫無疑問，該方案為B5G和6G通信中的自干擾對消收發(fā)器結(jié)構(gòu)提供了一個有價值的可行備選方案。



3.電光調(diào)制
加拿大拉瓦爾大學(xué)的Xun Guan等研究人員提出了一個偏振不敏感單邊帶調(diào)制器設(shè)計方案，如圖3所示。該器件由一個硅光子偏振分束旋轉(zhuǎn)器（PSR）和兩個硅基微環(huán)調(diào)制器（MRM）組成，利用硅光子PSR對輸入激光器的兩個正交偏振態(tài)進(jìn)行分束和調(diào)制，從而克服偏振依賴性。調(diào)制器的IQ配置支持實現(xiàn)單邊帶調(diào)制，以提升被調(diào)信號的抗色散能力，延伸信號傳輸距離。研究人員在不同長度光纖傳輸系統(tǒng)中，對該調(diào)制器的性能進(jìn)行了實驗研究；結(jié)果表明，系統(tǒng)中單邊帶調(diào)制性能始終優(yōu)于雙邊帶調(diào)制，且利用單邊帶調(diào)制信號可有效緩解色散導(dǎo)致的功率衰落[3]效應(yīng)。綜上所述，該方案可應(yīng)用于配置復(fù)雜度和成本低的發(fā)射機系統(tǒng)中，并支持無源光接入網(wǎng)的載波分配和復(fù)用過程。



4.光纖放大器
俄羅斯科學(xué)院物理研究所的Aleksandr Khegai等研究人員對在工作O波段和E波段的兩種摻鉍光纖放大方案（雙波雙向泵浦以及單波長增益鉗制泵浦方案）進(jìn)行了研究，如圖4所示。上述兩種方案分別采用了不同的摻鉍光纖材料（Bi:P2O5- SiO2和Bi:GeO2-SiO2），均可提供高達(dá)150 nm的增益帶寬（6dB帶寬）。研究人員對波長為1180 nm和1270 nm雙泵浦方案以及工作波長為1180 nm的泵浦增益鉗制方案（鉗制光波長為1280nm）進(jìn)行了比較研究。結(jié)果表明，當(dāng)泵浦功率相同時，雙波長泵浦光纖放大器的增益譜無變化，而增益鉗制泵浦方案將增益峰值（光纖單波長泵浦增益系數(shù)）從0.23dB/m增加到0.2 dB/m，3 dB帶寬從58nm增加到67nm[4]。



5.光載無線通信
NTT接入網(wǎng)系統(tǒng)實驗室的Kota Ito等研究人員針對采用單模光纖（SMF）的光載無線通信（RoF）系統(tǒng)，設(shè)計了固定波長分配的遠(yuǎn)程波束成形控制方案，如圖5所示。他們將相等窄距的波長固定分配給每個天線元件，以均衡由色散引起的相鄰波長間時延差；再通過中心站（CS）的相位對基站（BS）進(jìn)行波束方向控制。研究結(jié)果表明，光束分布取決于光強調(diào)制頻率；當(dāng)波長越長或調(diào)制頻率越高時，獲取理想波束圖所需的波長間距越窄。為評估方案的可行性，研究人員在10 GHz強度調(diào)制頻率、10 km SMF和四陣元天線條件下進(jìn)行了實驗，發(fā)現(xiàn)當(dāng)波長間隔為50-400 GHz時，相關(guān)電平下降在0.04 dB以內(nèi)[5]。綜上所述，該方案可應(yīng)用于高載頻長光纖系統(tǒng)中，并具備高波長利用率和遠(yuǎn)程光束控制（無需考慮光纖長度）能力。



6.強度調(diào)制直接檢測系統(tǒng)
廣東工業(yè)大學(xué)的Meng Xiang等研究人員在帶寬受限的強度調(diào)制直接檢測（IM-DD）系統(tǒng)中對不同類數(shù)字信號處理（DSP）方案進(jìn)行了分析（如圖6所示）；包括接收端前饋均衡（FFE）、接收端Volterra濾波器均衡（VFE）、發(fā)射端湯姆林森-哈拉�，旑A(yù)編碼（THP）與接收端FFE、發(fā)射端THP與接收端VFE、信道縮短濾波器（CSF）與線性分支度量實現(xiàn)的最大似然序列估計（MLSE-LI-BM）以及CSF與非線性分支度量實現(xiàn)的MLSE（MLSE-NL-BM）。研究人員將上述方案在10 dB帶寬為17 GHz的系統(tǒng)（采用四階脈沖幅度調(diào)制（PAM-4）技術(shù)）中進(jìn)行比較研究；結(jié)果表明：與其他方案相比，CSF與MLSE-NL-BM方案在不同比特率（70 ~ 128 Gbit/s）下具有較好的接收機靈敏度；當(dāng)信號（速率為112 Gbit/s）在5 km單模光纖（SSMF）傳輸后，僅該方案可達(dá)到KP4前向糾錯（KP4-FEC）閾值[6] 要求。



參考文獻(xiàn)：
[1] R. Koma, M. Fujiwara, J. I. Kani, and T. Yoshida, “Fast Feed-Forward Optical and Electrical Gain Control to Extend the Dynamic Range of the Burst-Mode Digital Coherent Receiver for High-Speed TDM-PON Systems,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 3, pp. 647–654, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3120805.
[2] D. Wang et al., “Photonics-Assisted Frequency Conversion and Self-Interference Cancellation for In-Band Full-Duplex Communication,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 3, pp. 607–614, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3124581.
[3] X. Guan, M. Lyu, W. Shi, and L. A. Rusch, “Polarization-Insensitive Silicon Microring Modulator for Single Sideband Modulation,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 3, pp. 744–750, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3124467.
[4] A. Khegai et al., “Gain Clamped Bi-Doped Fiber Amplifier With 150 nm Bandwidth for O- and E-Bands,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 4, pp. 1161–1166, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3127945.
[5] K. Ito, M. Suga, Y. Shirato, N. Kita, and T. Onizawa, “Remote Beamforming Scheme With Fixed Wavelength Allocation for Radio-Over-Fiber Systems Employing Single-Mode Fiber,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 4, pp. 997–1006, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3127529.
[6] M. Xiang et al., “Advanced DSP Enabled C-Band 112 Gbit/s/λ PAM-4 Transmissions With Severe Bandwidth-Constraint,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 4, pp. 987–996, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3125336.