8/31/2022，光纖在線(xiàn)訊，光線(xiàn)在線(xiàn)特約編輯：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7月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：短距離光通信，機(jī)器學(xué)習(xí)，光電探測(cè)器，可見(jiàn)光通信，光子輔助雷達(dá)與通信集成系統(tǒng)以及LMS均衡算法等。筆者將逐一評(píng)析。

1.短距離光通信
南京信息工程大學(xué)的Suiyao Zhu等研究人員設(shè)計(jì)基于時(shí)頻聯(lián)合干擾的正交啁啾復(fù)用（OCDM）-模分復(fù)用（MDM）短距離光通信方案，如圖1所示。該方案通過(guò)離散菲涅爾變換（DFnT）完成了OCDM信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程，再結(jié)合洛倫茲（Lorenz）混沌模型和Logistic混沌模型實(shí)現(xiàn)了正交啁啾子載波和啁啾符號(hào)的時(shí)頻聯(lián)合干擾。啁啾信號(hào)具有良好的脈沖壓縮和擴(kuò)頻能力，利用基于DFnT的OCDM可以實(shí)現(xiàn)最大程度的啁啾擴(kuò)頻；雙混沌模型的時(shí)頻聯(lián)合干擾可以增加密鑰空間以提高信息傳輸?shù)陌踩�性。研究人員在一個(gè)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）系統(tǒng)（少模光纖長(zhǎng)度為5km）中對(duì)收發(fā)性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明：OCDM加密信號(hào)的傳輸速率可達(dá)32Gb/s；與正交頻分復(fù)用（OFDM）信號(hào)相比（誤碼率同為10-2），OCDM信號(hào)的接收機(jī)靈敏度增益可達(dá)1.48 dB，密鑰空間可達(dá)1×10144[1]。因此，該方案具有較好的抗干擾能力，在未來(lái)短距離光通信中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。



2.機(jī)器學(xué)習(xí)
德國(guó)愛(ài)德華光網(wǎng)絡(luò)有限公司的Khouloud Abdelli等研究人員提出了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）的半導(dǎo)體激光器預(yù)測(cè)性維護(hù)架構(gòu)（如圖2所示），用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)半導(dǎo)體激光器在運(yùn)行期間的工作狀態(tài)；包括三個(gè)步驟：實(shí)時(shí)性能退化預(yù)測(cè)、退化檢測(cè)以及剩余使用壽命（RUL）預(yù)測(cè)。首先，采用基于注意力機(jī)制的門(mén)控遞歸單元（GRU）模型對(duì)激光器的性能退化進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)；然后利用卷積自編碼器檢測(cè)激光器的退化或異常行為，給定預(yù)測(cè)的退化性能值；一旦檢測(cè)到異常狀態(tài)，就采用基于注意力機(jī)制的深度學(xué)習(xí)模型估計(jì)激光器的RUL并輸入到維修規(guī)劃中。研究人員利用半導(dǎo)體可調(diào)諧激光器加速老化實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)對(duì)所提架構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明：該架構(gòu)具有非常好的性能退化預(yù)測(cè)能力（均方根誤差（RMSE）為0.01），異常檢測(cè)精度高達(dá)94.24 %，且具有較好的RUL估計(jì)能力（RMSE為142小時(shí)）[2]。因此，該架構(gòu)方案的設(shè)計(jì)在未來(lái)可為保障半導(dǎo)體激光器的安全運(yùn)行提供借鑒思路。



3.光電探測(cè)器
山東大學(xué)的Yulan Zhou等研究人員設(shè)計(jì)了光柵輔助半導(dǎo)體光放大器（SOA）- PIN光電探測(cè)器（GA-SOA-PIN），如圖3所示。該器件在SOA與PIN之間插入了一個(gè)反射式光柵輔助濾波器用于濾除自發(fā)輻射（ASE）噪聲，進(jìn)一步提高接收靈敏度。研究人員通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)該光電探測(cè)器的性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：在光信號(hào)中心波長(zhǎng)為1.55 μ m、數(shù)據(jù)傳輸速率為100Gbps、誤碼率為10-12時(shí)，該器件的接收靈敏度可達(dá)-25dBm，增益帶寬積可達(dá)2.62THz。對(duì)于數(shù)據(jù)速率超過(guò)40Gbps的傳輸系統(tǒng)，采用GA-SOA-PIN光電探測(cè)器的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的雪崩光電二極管（APD）和SOA-PIN光電探測(cè)器[3]。毫無(wú)疑問(wèn)，該光電探測(cè)器在未來(lái)高速光傳輸系統(tǒng)喝無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）中具有極高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。



4.可見(jiàn)光通信
臺(tái)北科技大學(xué)的Hai-Han Lu等研究人員設(shè)計(jì)了面向波分復(fù)用的可見(jiàn)光激光通信（WDM-VLLC）環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，如圖4所示。他們?cè)诎l(fā)射端采用基于光電反饋技術(shù)的兩級(jí)注入鎖定型紅-綠-藍(lán)激光二極管（RGB-LDs），以同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高速傳輸及現(xiàn)場(chǎng)照明功能，并采用光分插復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信。研究結(jié)果表明：中心站-中心站（CS-CS）的傳輸速率為150Gbit/s、CS到光節(jié)點(diǎn)的傳輸速率為50Gbit /s、白光照度為604lux。通過(guò)7.5m/9m/10.5m/12m的可見(jiàn)光鏈路和5m光纖（采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料）鏈路傳輸后，誤碼率可達(dá)到10-9；且接收到的四階脈沖幅度調(diào)制（PAM4）信號(hào)眼圖較為清晰[4]。因此，該類(lèi)網(wǎng)絡(luò)在未來(lái)可滿(mǎn)足高速無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的應(yīng)用需求。



5.光子輔助雷達(dá)與通信集成系統(tǒng)
清華大學(xué)的Zhujun Xue等研究人員為緩解正交頻分復(fù)用（OFDM）信號(hào)產(chǎn)生的相位噪聲帶來(lái)的負(fù)面影響，設(shè)計(jì)了采用光電振蕩器（OEO）的光子輔助雷達(dá)與通信集成系統(tǒng)，如圖5所示。他們對(duì)相位噪聲產(chǎn)生的機(jī)理以及OFDM信號(hào)的解調(diào)過(guò)程進(jìn)行了理論分析，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了該系統(tǒng)（OEO和OFDM信號(hào)工作頻率分別為24GHz和2GHz）的傳輸性能。結(jié)果表明：二維雷達(dá)成像的距離分辨率和速度分辨率可達(dá)到0.075m和4.4 km/h；當(dāng)采用16階正交幅度調(diào)制（16QAM）時(shí)，通信容量可達(dá)到6.4 Gbps；與應(yīng)用普通本振（LO）方案相比，當(dāng)副載波間距為125 kHz時(shí)，OEO的誤差矢量幅值（EVM）從12.5%降低到4.7%[5]；實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析相一致，可見(jiàn)微波光子器件在雷達(dá)通信集成系統(tǒng)中具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。



6.LMS均衡算法
佐治亞理工學(xué)院的Shuang Yao等研究人員設(shè)計(jì)了采用訓(xùn)練序列來(lái)提高強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)（IM/DD）系統(tǒng)中最小均方（LMS）均衡算法收斂速度的方案。該序列由一階馬爾可夫鏈（MC）生成，支持更快地調(diào)整抽頭系數(shù)。研究人員在采用四階脈沖幅度調(diào)制（4PAM）技術(shù)的IM/DD系統(tǒng)中對(duì)該序列的應(yīng)用性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，與獨(dú)立同分布樣本組成的訓(xùn)練序列相比，當(dāng)訓(xùn)練長(zhǎng)度相同時(shí)，該序列具有更低的前向糾錯(cuò)誤碼率（pre-FEC BER）。在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）距離為5 km、6 dB帶寬約10 GHz的系統(tǒng)（如圖6所示）中有效傳輸43Gbaud 4PAM信號(hào)，訓(xùn)練序列長(zhǎng)度可縮短70%以上；當(dāng)SSMF距離為10km時(shí)，信號(hào)由于色散會(huì)產(chǎn)生功率衰減，訓(xùn)練序列長(zhǎng)度可縮短48%以上[6]。



參考文獻(xiàn)：
[1] S. Zhu et al., “Secure OCDM-PON Mode Division Multiplexed Systems Based on Time-Frequency Joint Perturbation,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 14, pp. 4599–4606, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3168056.
[2] K. Abdelli, H. Grieer, and S. Pachnicke, “A Machine Learning-based Framework for Predictive Maintenance of Semiconductor Laser for Optical Communication,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 14, pp. 4698–4708, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3163579.
[3] Y. Zhou, J. Zhao, X. Li, S. Member, and S. Member, “A High-Speed Grating-Assistant SOA-PIN,” vol. 40, no. 14, pp. 4689–4697, 2022.
[4] H.-H. Lu et al., “WDM-VLLC and White-Lighting Ring Networks with Optical Add-Drop Multiplexing Scheme,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 13, pp. 1–1, 2022, doi: 10.1109/jlt.2022.3162205.
[5] Z. Xue, S. Li, J. Li, X. Xue, X. Zheng, and B. Zhou, “OFDM Radar and Communication Joint System using Opto-electronic Oscillator with Phase Noise Degradation Analysis and Mitigation,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 13, pp. 4101–4109, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3156573.
[6] S. Yao et al., “Accelerating LMS-based Equalization with Correlated Training Sequence in Bandlimited IM/DD Systems,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 13, pp. 4268–4275, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3164031.