4/14/2022，光纖在線訊，光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，于妮，田青，伊林芳，楊騏銘，劉栓凡，李彥霖，袁杰，李沖，左仁杰，陳鵬。

2022年3月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括： 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)、光電探測(cè)器、可見(jiàn)光成像通信、強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)、光纖無(wú)線通信、帶內(nèi)全雙工通信等，筆者將逐一評(píng)析。

1、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)
德國(guó)華為技術(shù)公司Ricardo Rosales等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型50G無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）下行傳輸鏈路，并在光纖線路終端（OLT）融合了電吸收調(diào)制激光器和半導(dǎo)體光放大器（EML+SOA），實(shí)現(xiàn)了6dB消光比、55dB/0.1nm的光信噪比（OSNR）和13dBm的輸出功率，如圖1所示。他們?cè)诎l(fā)射端采用位模式發(fā)生器（BPG）生成了非歸零碼（NRZ）信號(hào)，并經(jīng)EML控制調(diào)制速率和輸出功率，通過(guò)SOA實(shí)現(xiàn)增益放大并利用非線性特性來(lái)降低啁啾影響提高信號(hào)的傳輸距離，還利用無(wú)源光隔離器（OL）對(duì)實(shí)現(xiàn)回波反射隔離以提高傳輸效率。在接收端，他們采用均衡技術(shù)（EQ）補(bǔ)償具有增益飽和效應(yīng)的SOA來(lái)降低光通道代價(jià)（OPP）。研究結(jié)果表明，在硬判決低密度奇偶校驗(yàn)前向糾錯(cuò)誤碼率為10-2的閾值下，采用離線數(shù)字信號(hào)處理（DSP）時(shí)背對(duì)背和經(jīng)過(guò)20公里、30公里傳輸后接收機(jī)靈敏度分別為-26.0、-25.0和-24.0dBm[1]。毫無(wú)疑問(wèn)，單片集成EML+SOA的新方案有望在未來(lái)高速無(wú)源光接入網(wǎng)中發(fā)揮實(shí)際作用。



2、光電探測(cè)器
美國(guó)惠普實(shí)驗(yàn)室Yuan Yuan等研究人員設(shè)計(jì)了一種波導(dǎo)集成型硅鍺雪崩光電探測(cè)器（Si-Ge APD），如圖2所示。研究人員在非理想狀態(tài)下研究了32Gb/s NRZ信號(hào)在系統(tǒng)中存在散粒噪聲、相對(duì)強(qiáng)度噪聲（RIN）、自發(fā)輻射噪聲（ASE）時(shí)不同光信噪比（OSNR）下的接受機(jī)靈敏度。研究結(jié)果表明，在高OSNR區(qū)域（OSNR>36dB），Si-Ge APD中的散粒噪聲和RIN噪聲使得誤碼率（BER）與OSNR呈現(xiàn)出弱相關(guān)性；在低OSNR區(qū)域（OSNR<36dB），ASE噪聲使得BER隨OSNR的減小而迅速增大[2]。因此，該類器件的設(shè)計(jì)及其研究結(jié)果將為未來(lái)高密度互連光通信系統(tǒng)的應(yīng)用提供技術(shù)參考。



3、可見(jiàn)光成像通信
湖南大學(xué)Jing He等研究人員采用人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）技術(shù)設(shè)計(jì)了一4階脈寬調(diào)制可見(jiàn)光成像通信（4-PWM OCC）系統(tǒng)，一定程度上克服了因曝光時(shí)間重疊引起的碼間干擾（ISI）效應(yīng)，如圖3所示。研究人員采用邏輯回歸（LR）、向量機(jī)（SVM）支持及ANN調(diào)制方式，在不同符號(hào)分辨率、光照強(qiáng)度和數(shù)據(jù)速率條件下研究系統(tǒng)誤碼率（BER）性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)數(shù)據(jù)速率為15.84kb/s、符號(hào)分辨率為6像素/符號(hào)及照度為2440lux時(shí)，BER值為1.78×10-5[3]。綜上所述，上述技術(shù)在可見(jiàn)光室內(nèi)通信領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用價(jià)值。



4、強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)系統(tǒng)
加拿大麥吉爾大學(xué)Essam Berikaa等研究人員在帶寬受限的強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)（IM-DD）系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一種無(wú)乘法數(shù)字信號(hào)處理方法，即通過(guò)時(shí)間交織方式接收到的符號(hào)和扭曲二維（2D）星座來(lái)降低噪聲相關(guān)性，如圖4所示。研究人員結(jié)合線性前饋均衡器和Volterra非線性均衡器的作用，對(duì)所設(shè)計(jì)的2D星座畸變進(jìn)行了分析[4]。研究結(jié)果表明，針對(duì)135Gbaud PAM4和110Gbaud PAM6信號(hào)進(jìn)行2D星座畸變處理，能使誤碼率降低40%；如果使用47GHz硅光子（SiP）調(diào)制器、采用線性均衡和2D失真，在O波段超過(guò)2km的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）上傳輸PAM4和PAM6信號(hào)時(shí)，凈負(fù)荷速率為250Gbps/λ，誤碼率為3.8×10-3。



5、光纖無(wú)線通信
巴西伯南布哥大學(xué)的Luiz A. M. Pereira等研究人員設(shè)計(jì)了在光纖無(wú)線通信（RoF）系統(tǒng)中采用機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）實(shí)施預(yù)失真和后失真的應(yīng)用方案，即采用多層感知器（MLP）的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）線性化正交頻分復(fù)用（OFDM）信號(hào)的方案，如圖5所示。研究結(jié)果表明，預(yù)失真和后失真在均方根誤差矢量幅度（EVMRMS），歸一化均方誤差（NMSE）和鄰道泄漏功率比（ACLR）測(cè)試指標(biāo)上都體現(xiàn)出較高的優(yōu)越性；該系統(tǒng)中，由于EVMRMS被控制在低于3%的水平，在輸入功率為23dBm時(shí)NMSE和ACLR分別低于30dB和35dB[5]。不難發(fā)現(xiàn)：該線性化方案允許在不產(chǎn)生顯著信號(hào)失真的情況下提升射頻發(fā)射功率，有利于在空白電視信號(hào)頻段（TVWS）與傳統(tǒng)RoF系統(tǒng)應(yīng)用融合，還能支持移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商在不同偏遠(yuǎn)地區(qū)提升動(dòng)態(tài)分配射頻功率的靈活性。



6、帶內(nèi)全雙工通信
華東師范大學(xué)的Moxuan Han等研究人員采用馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器（MZM ）和遞推最小二乘（RLS）算法，設(shè)計(jì)了數(shù)字輔助光子模擬寬帶射頻多徑自干擾抵消（SIC）和下變頻方案（如圖6所示），用于帶內(nèi)全雙工通信。該方案使用兩個(gè)參考信號(hào)實(shí)現(xiàn)多徑模擬SIC（包含直通自干擾（SI）參考信號(hào)和弱反射路徑SI信號(hào)的參考信號(hào)），在一定程度上克服了在直通SI信號(hào)遠(yuǎn)大于反射路徑SI信號(hào)時(shí)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的動(dòng)態(tài)范圍（DR）有限導(dǎo)致SIC性能較差的問(wèn)題[6]。研究結(jié)果表明，當(dāng)多徑SI信號(hào)載波頻率為10GHz時(shí)在0.5和1Gbaud速率下SI實(shí)現(xiàn)了約26.7和26.1dB的對(duì)消深度；當(dāng)直通SI信號(hào)和次弱多徑SI信號(hào)的功率更接近時(shí)，對(duì)消深度分別為24.7dB和20.8dB。



參考文獻(xiàn)
[1]R. Rosales, I. N. Cano, D. Nesset, R. Brenot and G. Talli, "50G-PON Downstream Link up to 40 km With a 1342 nm Integrated EML+SOA," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 6, pp. 306-308, 15 March15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3152608.
[2]Y. Yuan et al., "OSNR Sensitivity Analysis for Si-Ge Avalanche Photodiodes," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 6, pp. 321-324, 15 March15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3153892.
[3]J. He, Y. Yang and J. He, "Artificial Neural Network-Based Scheme for 4-PWM OCC System," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 6, pp. 333-336, 15 March15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3153692.
[4]Berikaa E, Alam M S, Jacques M, et al. 2D Constellation Distortion for Subduing Equalization Noise in Bandwidth-Limited IMDD Systems[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022, 34(5): 267-270.
[5]Pereira L A M, Mendes L L, Bastos-Filho C J A, et al. Linearization Schemes for Radio Over Fiber Systems Based on Machine Learning Algorithms[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022, 34(5): 279-282.
[6]Han M, Shi T, Chen Y. Digital-assisted photonic analog wideband multipath self-interference cancellation[J]. arXiv preprint arXiv:2111.06594, 2021.