5/16/2022，光纖在線訊，光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，伊林芳，楊騏銘，田青，于妮，李彥霖，陳鵬，李沖，劉栓凡，袁杰，左仁杰。

2022年4月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：子載波調(diào)制、自相干檢測(cè)、射頻自干擾消除、可見光通信系統(tǒng)、水下光通信系統(tǒng)以及中紅外自由空間光通信系統(tǒng)等；筆者將逐一評(píng)析。

1.子載波調(diào)制
暨南大學(xué)的Haide Wang等研究人員設(shè)計(jì)了一種多速率奈奎斯特子載波調(diào)制（SCM）方案，如圖1所示。正如我們所知，色散（CD）效應(yīng)的存在會(huì)導(dǎo)致在雙邊帶光信號(hào)上存在光譜零點(diǎn)現(xiàn)象，這將極大降低強(qiáng)度調(diào)制—直接探測(cè)光通信系統(tǒng)的收發(fā)性能，該方案的引入能夠避免該現(xiàn)象的產(chǎn)生；其中每路子載波信號(hào)可通過自適應(yīng)信道匹配檢測(cè)（ACMD）算法單獨(dú)進(jìn)行恢復(fù)，結(jié)合概率類星座整形（PCS）技術(shù)，能使傳輸容量達(dá)到理論上的最大值。研究人員在50km無色散補(bǔ)償光纖通信系統(tǒng)中對(duì)100Gbit/s多速率奈奎斯特SCM信號(hào)（C波段）的傳輸性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：在接收光功率為-4dBm、光信噪比為47.67dB時(shí)，接收到信號(hào)滿足7%硬判決前向糾錯(cuò)門限的限制性要求，平均歸一化廣義互信息為0.967[1]。上述方案在高速傳輸系統(tǒng)中用來克服色散引起的信號(hào)失真方面具有較大的應(yīng)用潛力。



2.自相干檢測(cè)
加拿大麥吉爾大學(xué)的Xueyang Li等研究人員設(shè)計(jì)了采用Mach-Zehnder干涉儀（MZI）實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱自相干檢測(cè)（ASCD）的方案，如圖2所示。該方案采用直接檢測(cè)（DD）接收機(jī)（包含兩個(gè)光電二極管（PD）和兩個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器）實(shí)現(xiàn)了零差相干檢測(cè)，具備較高的電譜效率（ESE）。方案中傳入接收端的自相干雙邊帶（SC-DSB）信號(hào)被分為兩路；其中一路經(jīng)過延遲后與另一路在MZI輸出端拍頻，實(shí)現(xiàn)自相干復(fù)雙頻信號(hào)的場(chǎng)重構(gòu)。此外，他們還設(shè)計(jì)一種改進(jìn)型MZI-ASCD方案（AUX-ASCD），通過引入一個(gè)輔助DD分支以提高被檢測(cè)信號(hào)的信噪比。研究人員將上述兩種方案與Kramers-Kronig方案進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果表明：上述兩種ASCD方案能實(shí)現(xiàn)更高光信噪比（OSNR）檢測(cè)靈敏度，其中AUX-ASCD的OSNR檢測(cè)靈敏度略優(yōu)于MZI-ASCD[2]。上述研究工作為未來高速短距離光通信系統(tǒng)中檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供了潛在備選方案。



3.射頻自干擾消除
清華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Yunlu Xing等研究人員設(shè)計(jì)了一種光子輔助射頻自干擾消除方案，以緩解帶內(nèi)全雙工（IBFD）無線通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的射頻（RF）自干擾（IS），如圖3所示。該方案采用兩個(gè)馬赫-曾德爾調(diào)制器將參考信號(hào)和接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，利用光譜處理（OSP）精確補(bǔ)償上述兩信號(hào)間的相位及幅值誤差，同時(shí)微調(diào)可調(diào)諧光延遲線（TODL）改變時(shí)延，使接收信號(hào)中的寬帶干擾信號(hào)在光域被消除。研究結(jié)果表明，在10GHz帶寬下可實(shí)現(xiàn)大于30dB的對(duì)消深度。他們還研究了IBFD無線通信系統(tǒng)中16階正交幅度調(diào)制（16-QAM）信號(hào)在不同碼元速率和不同信干比（SIR）下的信號(hào)傳輸性能；當(dāng)采用該方案時(shí)，無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）可至92.6 dB•Hz2/3[3]。綜上所述，該類器件在未來IBFD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)射頻自干擾消除過程中具有一定的潛在應(yīng)用價(jià)值。



4.可見光通信系統(tǒng)
清華大學(xué)深圳研究院的Zixian Wei等研究人員設(shè)計(jì)了一組不同尺寸的并行次毫米/微米-發(fā)光二極管（mini/micro-LEDs）（如圖4所示），分析了該器件在可見光通信（VLC）系統(tǒng)中的應(yīng)用特性。研究表明，在50mA驅(qū)動(dòng)電流下，波長(zhǎng)分別為75μm、100μm、125μm、150μm和175μm的發(fā)射器，可為兩個(gè)獨(dú)立用戶（在3m鏈路上）提供278MHz、190MHz、133MHz、104MHz和85MHz的接入帶寬；且調(diào)制帶寬隨注入電流和輸入信號(hào)強(qiáng)度的增大而增大，隨LED尺寸的增大而減小。他們?cè)赩LC系統(tǒng)中采用Volterra均衡器對(duì)4階脈沖幅度調(diào)制（4PAM）信號(hào)的收發(fā)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：當(dāng)采用75μm micro-LED時(shí)可實(shí)現(xiàn)2.6Gbps的傳輸速率，誤碼率為2.2510-3；當(dāng)采用175μm mini-LED時(shí)可實(shí)現(xiàn)1.1Gbps的傳輸速率，誤碼率為3.44 10-3[4]。綜上所述，該器件為未來面向多用戶VLC系統(tǒng)的接入應(yīng)用發(fā)展提供了新思路。



5.水下光通信系統(tǒng)
復(fù)旦大學(xué)的Wenqing Niu等研究人員在帶限水下可見光通信（UVLC）系統(tǒng)中對(duì)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）的湯姆林森-哈拉�，敚═HP）預(yù)編碼方案進(jìn)行了研究，如圖5所示。該方案在發(fā)送端采用無誤差傳播的反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（FBN）來緩解部分碼間干擾（ISI）和非線性負(fù)面效應(yīng)；在接收端采用自適應(yīng)前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（FFN）對(duì)FBN的信道狀態(tài)信息（CSI）失配進(jìn)行補(bǔ)償，以進(jìn)一步減輕ISI和非線性效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。研究人員在采用無載波幅度和相位（CAP）調(diào)制的UVLC系統(tǒng)中對(duì)NN-THP、線性最小均方誤差（LMS）THP以及Volterra級(jí)數(shù)非線性THP預(yù)編碼技術(shù)進(jìn)行了比較研究。結(jié)果表明，與基于LMS的線性后均衡技術(shù)相比，在2.2Gbps的數(shù)據(jù)速率下，LMS-THP、Volterra-THP及NN-THP均采用前饋均衡器（FFE）時(shí)， Q值分別提高了2.36dB、2.68dB和3.39dB；且NN-THP/FFE技術(shù)在7%硬判決前向糾錯(cuò)（HD-FEC）閾值下實(shí)現(xiàn)了630MBd 16-CAP信號(hào)的傳輸，傳輸速率比僅采用線性后均衡技術(shù)時(shí)提高了90MBd[5]。因?yàn)镹N-THP方案可緩解多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)中的ISI和信道干擾（ICI）問題，所以該方案在未來帶限水下可見光通信領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。



6.中紅外自由空間光通信系統(tǒng)
瑞典皇家理工學(xué)院的Xiaodan Pang等研究人員設(shè)計(jì)了4.5um直接調(diào)制量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）（室溫工作情況下）的中紅外自由空間光（MIR—FSO）通信系統(tǒng)，如圖6所示。系統(tǒng)中的光束準(zhǔn)直透鏡用于校準(zhǔn)QCL發(fā)出的高發(fā)散度光束，他們采用碲鎘汞（MCT）光伏MIR探測(cè)器代替紅外功率計(jì)測(cè)量了傳輸性能，并分別對(duì)NRZ-OOK、PAM4和PAM8信號(hào)的傳輸性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，未采用后均衡技術(shù)時(shí)，在KP4前向糾錯(cuò)和6.7%開銷硬判決FEC（OH HD-FEC）閾值下，NRZ-OOK信號(hào)分別實(shí)現(xiàn)了1.3Gbps和1.6Gbps的傳輸速率；當(dāng)采用數(shù)字后均衡器時(shí)，在KP4和HD-FEC閾值下，2Gbaud和2.5Gbaud PAM4信號(hào)通過0.5m鏈路時(shí)可實(shí)現(xiàn)4Gbps和5Gbps的傳輸速率，1.5Gbaud和2Gbaud PAM8信號(hào)的傳輸速率可達(dá)4.5Gbps和6Gbps [6]。綜上所述，QCL的應(yīng)用有可能在未來全頻段無線光通信領(lǐng)域體現(xiàn)出其潛在價(jià)值。



參考文獻(xiàn)：
[1] H. Wang et al., “Multi-Rate Nyquist-SCM for C-Band 100 Gbit / s Signal Over 50 km Dispersion-Uncompensated Link,” vol. 40, no. 7, pp. 1930–1936, 2022.
[2] X. Li, M. O’Sullivan, Z. Xing, M. E. Mousa-Pasandi, and D. V. Plant, “Asymmetric Self-Coherent Detection Based on Mach-Zehnder Interferometers,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 7, pp. 2023–2032, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3135000.
[3] Y. Xing, S. Li, X. Xue, and X. Zheng, “Photonic-Assisted RF Self-Interference Cancellation,” vol. 40, no. 7, pp. 2015–2022, 2022.
[4] S. Effect et al., “Parallel Mini / Micro-LEDs Transmitter : Light Communication,” vol. 40, no. 8, pp. 2329–2340, 2022.
[5] W. Niu et al., “Neural-Network-based Nonlinear Tomlinson-Harashima Precoding for Bandwidth-Limited Underwater Visible Light Communication,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 8, pp. 2296–2306, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3138998.
[6] X. Pang et al., “Direct Modulation and Free-space Transmissions of Up to 6 Gbps Multilevel Signals with A 4.65-m Quantum Cascade Laser at Room Temperature,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 8, pp. 2370–2377, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3137963.