12/13/2022，光纖在線訊，光纖在線特約編輯，邵宇豐，王安蓉，劉栓凡，袁杰，左仁杰，李彥霖，陳鵬，李沖，胡文光，李文臣，陳超，柳海楠，楊林婕。

2022年10月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：多普勒激光雷達，超寬帶鏈路，自由空間光通信、偏振復用、光頻域反射，可見光通信等。筆者將逐一評析。

1.多普勒激光雷達
中國科學技術大學的Zhang等研究人員結合相移鍵控（PSK）調制的差分校正（DCP）技術設計了一種新型相干多普勒測風激光雷達(CDWL)，如圖1所示。他們使用相位差為的探測脈沖器產生成對脈沖，成對脈沖的相同強度包絡可以減小放大器增益分布的影響，使系統(tǒng)對環(huán)境干擾具有更強的魯棒性。實驗利用具有實時偏置監(jiān)控功能的馬赫曾德爾調制器（MZM）實現(xiàn)二進制PSK調制和脈沖整形[1]。實驗結果表明：在激光峰值功率為400W時，800m以上的連續(xù)徑向風廓線在空間和時間的分辨率是3m和0.1s；在距離為420m和618m時，該方法實現(xiàn)了空間分辨率的同時避免了光譜展寬，能有效的區(qū)分信號峰值與噪聲。因此，該雷達在未來風能開發(fā)和空氣污染分析等實際應用中具有參考價值。



2.超寬帶鏈路
諾基亞貝爾實驗室研究人員A. Ghazisaeidi等研究人員利用半導體光放大器（SOA）和分布式拉曼放大器(DRA)實現(xiàn)超寬帶（UWB）無重復傳輸，如圖2所示。他們利用S波段+C波段+L波段實現(xiàn)WDM無縫隙傳輸，先進的數(shù)字信號處理（DSP）、波長自適應調制和軟判決前向糾錯（SD-FEC）方案來提升重復鏈路的容量[2]。研究結果表明：該方案可在257.5km的超低損耗、大有效面積光纖跨度上實現(xiàn)100 nm超寬帶無重復傳輸,當使用SOA與反向拉曼放大器時網(wǎng)絡吞吐量達到81.2 Tb/s、當加上前向拉曼放大器時網(wǎng)絡吞吐量達到99.35Tb/s，兩種不同方案的信號容量×距離值達到20.9和25.6 Pb/s·km，比類似距離的記錄提高了140%和197%。因此，該方案在提高未來超寬帶通信網(wǎng)絡吞吐量具有潛在應用價值。



3.自由空間光通信
阿米爾卡比爾理工大學的Agheli等研究人員提出了一種適用于高速列車（HST）的可重構智能表面（RIS）輔助自由空間光（FSO）通信系統(tǒng)，如圖3所示。研究人員在弱湍流和中強湍流情況下，對概率分布函數(shù)、平均信噪比和中斷概率進行理論分析，并根據(jù)分析結果對RIS面向固定的反射（FOR）和面向動態(tài)的反射（DOR）兩種方案進行仿真研究[3]。結果表明：該系統(tǒng)在弱（中強）湍流條件下與中繼輔助FSO系統(tǒng)相比，每一個FSO基站都提供了高約45%（63%）的數(shù)據(jù)速率和352%（446%）的更廣覆蓋區(qū)域，覆蓋范圍的增加可使100km的鐵路中所需的FSO基站數(shù)量減少了71%（98%）；且在所有的方案中，DOR方案是最佳的選擇，但卻需要額外的追蹤程序。由于該系統(tǒng)的高性能和低成本，未來在高速列車接入網(wǎng)絡中有廣闊的應用前景。



4.偏振復用
上海交通大學的Wu等研究人員設計了一種雙偏振載波輔助相位恢復（DP-CAPR）方案。在給定每個偏振上兩個載波的先驗相位信息時，該方案可以檢測到光場的相位，且不需要任何保護頻帶。研究人員將30G波特的32階正交幅度調制（32-QAM）信號通過80km單模光纖（SMF）傳輸，從偏振旋轉角度（PRA）、偏振模色散(PMD)和電噪聲方面對該方案進行可行性驗證，實驗系統(tǒng)裝置如圖2所示[4]。研究結果表明：載波信號功率比（CSPR）在一定范圍內，偏振旋轉角度從0到45°時，接收信號的誤碼率逐漸降低；在達到硬判決前向糾錯條件下，PMD影響將導致光信噪比（OSNR）下降，但使用更多抽頭數(shù)的MIMO均衡器能削減PMD負面效應。綜上所述，上述系統(tǒng)方案將對融合偏振復用的自相干傳輸系統(tǒng)性能優(yōu)化提供參考借鑒。



5.光頻域反射
天津大學的Haohan Guo等研究人員設計了采用維納（Wiener）反卷積濾波器消除光頻域反射儀（OFDR）中旁瓣Ghost峰的系統(tǒng)方案，如圖5所示。Ghost峰是指在光網(wǎng)絡測試過程中，用反射儀測得后向散射跡線上出現(xiàn)類似菲涅耳反射峰的情況，將導致誤判接收信號。該系統(tǒng)中，可調諧激光源（TLS）光譜中的多峰和輔助干涉儀的反射過程會產生旁瓣，將導致FUT測試跡線上生成Ghost峰。研究人員對輔助干涉進行Wiener反卷積濾波，得到點擴散函數(shù)（PSF）, 將PSF作為卷積核對主干涉儀的FUT測試跡線實施二次Wiener反卷積濾波，并進行空間信號進行反卷積濾波前后的比較，以消除振幅減小值大于閾值的Ghost峰[5]。研究結果表明：在測試長度為26米、空間分辨率為毫米級的實驗條件下，僅用低成本的分布反饋可調諧激光源（DFB-TLS）的OFDR就能獲得較純的FUT跡線。綜上所述，上述方案有望在頻域光學相干斷層掃描成像(FD-OCT)與調頻連續(xù)波激光雷達（FMCW）領域得以廣泛應用。



6.可見光通信
牛津大學的Thai-Chien Bui等人針對可見光通信（VLC）應用中設計了一種基于星座優(yōu)化的多基色調制（MPM）技術，如圖6所示。他們在多維顏色空間中，對基色光采用不同的功率電平調制以獲得相同顏色，并通過最大化數(shù)據(jù)符號之間的最小歐式距離來優(yōu)化星座分布以獲得最佳M值（或頻譜效率）增益。他們在視距鏈路（LOS）和混合VLC信道中對編碼優(yōu)化后的和未優(yōu)化的MPM方案的誤碼性能進行了比較分析[6]。研究結果表明，在LOS信道中優(yōu)化后的MPM方案具有更高的譜效率，且在相同譜效率下，優(yōu)化后的電信噪比增益（SNRe）可達3.5dB；在LOS與NLOS混合信道中使用ZF均衡器能使誤碼率更低，與未均衡情形相比，當使用5原色時均衡后的系統(tǒng)在10-3的誤碼率下有17 dB的SNRe增益。綜上所述，該方案的設計為未來多色光源可見光通信系統(tǒng)的魯棒性提升提供了參考思路。



[1]Y. Zhang, Y. Wu and H. Xia, "High Resolution Coherent Doppler Wind Lidar Incorporating Phase-Shift Keying," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 22, pp. 7471-7478, 15 Nov.15, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3202836.
[2]Ghazisaeidi etal., "99.35 Tb/s Ultra-wideband Unrepeated Transmission Over 257 km Using Semiconductor Optical Amplifiers and Distributed Raman Amplification," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 21, pp. 7014-7019, 1 Nov.1, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3198518.
[3]P. Agheli, H. Beyranvand and M. J. Emadi, "High-Speed Trains Access Connectivity Through RIS-Assisted FSO Communications," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 21, pp. 7084-7094, 1 Nov.1, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3199608.
[4]Q. Wu, Y. Zhu, Q. Zhuge and W. Hu, "Dual-Carrier-Assisted Phase Retrieval for Polarization Division Multiplexing," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 22, pp. 7297-7306, 15 Nov.15, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3202570.
[5]H. Guo et al., "Elimination of Side Lobe Ghost Peak Using Wiener Deconvolution Filter in OFDR," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 21, pp. 7208-7218, 1 Nov.1, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3199729.
[6]T. -C. Bui, R. Singh, T. O'Farrell, G. Scarano, J. P. R. David and M. Biagi, "Optimized Multi-Primary Modulation for Visible Light Communication," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 22, pp. 7254-7264, 15 Nov.15, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3201279.