3/01/2023，光纖在線訊，光纖在線特約編輯邵宇豐，王安蓉，袁杰，劉栓凡，左仁杰，李彥霖，陳鵬，李沖，胡文光，李文臣，陳超，柳海楠，楊林婕。

2023年1月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：自由空間光通信，數(shù)字預(yù)補(bǔ)償技術(shù)，布里淵光學(xué)分析，正交幅度調(diào)制，調(diào)制格式識(shí)別，數(shù)字預(yù)失真器等；筆者將逐一評(píng)析。

1.自由空間光通信
北京郵電大學(xué)的Wenbin Chen等研究人員應(yīng)用深度學(xué)習(xí)（DL）對(duì)自由空間光（FSO）通信系統(tǒng)進(jìn)行信道建模研究，如圖1所示。他們通過生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（GAN）、雙向長短期記憶（BiLSTM）和貝葉斯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BNN）三種DL算法以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式對(duì)FSO信道進(jìn)行建模，從光學(xué)振幅波形、Kullback-Leibler(KL)發(fā)散度、95%置信區(qū)間、數(shù)據(jù)分布與擬合概率密度函數(shù)等方面比較了在不同湍流（弱、中、強(qiáng)）條件下的信號(hào)傳輸性能[1]。研究結(jié)果表明：GAN算法適合于學(xué)習(xí)FSO信道的統(tǒng)計(jì)分布特征；從發(fā)射功率、傳輸距離以及調(diào)制格式對(duì)GAN算法進(jìn)行測(cè)試后證明：該算法在不引入假設(shè)損傷或在簡化參數(shù)模型時(shí)可獲得FSO信道關(guān)鍵特性，證明了其應(yīng)用的穩(wěn)定性和通用性。綜上所述，在自由空間光通信系統(tǒng)信道建模中采用GAN算法有一定的潛在應(yīng)用價(jià)值。



2.數(shù)字預(yù)補(bǔ)償技術(shù)
阿根廷科爾多瓦研究機(jī)構(gòu)的James等研究人員在相干光通信系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)光發(fā)射機(jī)預(yù)補(bǔ)償技術(shù)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。他們將編碼信號(hào)經(jīng)符號(hào)映射器和頻譜整形濾波器處理后，再通過損傷均衡器（IE）進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償，并經(jīng)由光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）輸入信道估計(jì)器（CE），在實(shí)施數(shù)字反饋后對(duì)濾波器系數(shù)進(jìn)行調(diào)整以匹配估計(jì)信號(hào)和實(shí)際反饋信號(hào)。研究人員在128G波特符號(hào)速率的相干64QAM光通信系統(tǒng)中對(duì)該方案進(jìn)行了測(cè)試[2]，研究結(jié)果表明：該技術(shù)有效緩解了系統(tǒng)中由于I/Q時(shí)間偏移、馬赫曾德爾調(diào)制器（MZM）增益和相位不平衡及調(diào)制器帶寬不匹配引起的線性失真效應(yīng)。因此，上述低成本和低復(fù)雜度的預(yù)補(bǔ)償技術(shù)在未來大容量相干光通信系統(tǒng)中具有較好的應(yīng)用前景。



3.布里淵光學(xué)分析
韓國大學(xué)納米光子學(xué)研究中心的Wookjin.Jeong等研究人員采用時(shí)域處理和后向分布式拉曼放大技術(shù)實(shí)施了超高分辨率布里淵光學(xué)域分析（BOCDA）過程，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。其中，分布式反饋激光器的輸出光波被3dB耦合器分成兩部分，以生成探測(cè)波和泵浦波；研究人員對(duì)正弦RF波進(jìn)行直流調(diào)制以生成周期性相關(guān)峰（CP）；通過單邊帶調(diào)制器（SSBM）和微波合成器調(diào)節(jié)相關(guān)頻率[3]。研究結(jié)果表明：在50km傳感光纖上采用拉曼放大、時(shí)域數(shù)據(jù)處理、差分測(cè)量和注入鎖定等技術(shù)來優(yōu)化參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)2cm的空間分辨率；在對(duì)布里淵增益譜（BGS）進(jìn)行最佳調(diào)制頻率設(shè)置時(shí)能產(chǎn)生超過5000個(gè)CP，可進(jìn)一步縮短測(cè)量時(shí)間。因此，該方案為未來布里淵光學(xué)分析提供了參考借鑒。



4.正交幅度調(diào)制
電子科技大學(xué)的Qiankun. Li等研究人員利用高非線性光纖（HNLF）中的非線性效應(yīng)設(shè)計(jì)了星-八階正交幅度調(diào)制（8QAM）全光格式轉(zhuǎn)換（AOFC）方案，實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。其中，偽隨機(jī)二進(jìn)制序列（PRBS）驅(qū)動(dòng)的相位調(diào)制器和幅度調(diào)制器生成了10G Symbol/s星型8QAM信號(hào)（幅度比約為1.85），并將該信號(hào)分解為20Gbit/s正交相移鍵控（QPSK）信號(hào)和10Gbit/s開關(guān)鍵控（OOK）信號(hào)。與傳統(tǒng)方案相比，應(yīng)用該方案無需嚴(yán)格的相位匹配條件，且避免了轉(zhuǎn)換后OOK信號(hào)的差分編碼過程[4]。研究結(jié)果表明：利用自相位調(diào)制（SPM）、交叉相位調(diào)制（XPM）和參數(shù)放大（PA）效應(yīng)，可以靈活調(diào)整星形8QAM信號(hào)外環(huán)和內(nèi)環(huán)間的幅度比（AR）；通過調(diào)整QPSK和OOK信號(hào)的發(fā)射功率，還能生成矩形8QAM信號(hào)、π/4 8QAM信號(hào)和8PSK信號(hào)的調(diào)制格式。因此，上述靈活轉(zhuǎn)換調(diào)制格式方案在未來光網(wǎng)絡(luò)中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。



5. 調(diào)制格式識(shí)別
西安電子科技大學(xué)的Xu Yan等研究人員設(shè)計(jì)了采用搜索聚類邊界（SCB）算法的空間光通信調(diào)制格式識(shí)別（MFI）方案，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。該算法中，密度較高的樣本位于簇內(nèi)部，密度較低的樣本位于簇邊緣，將聚類邊界作為區(qū)分不同類的對(duì)象；不同聚類通過低密度樣本點(diǎn)來區(qū)分，聚類過程不受樣本絕對(duì)密度影響，能實(shí)現(xiàn)較好的聚類效果；其中聚類算法的性能由聚類精度（正確分類符號(hào)數(shù)占符號(hào)總數(shù)的百分比）來評(píng)價(jià)。在此基礎(chǔ)上，研究人員將SCB算法應(yīng)用于調(diào)制格式識(shí)別，并進(jìn)行了空間光通信驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)[5]，研究結(jié)果表明：SCB算法對(duì)不同形狀的聚類具有良好的識(shí)別效果，且上述方案能在較少符號(hào)情況下準(zhǔn)確識(shí)別不同階數(shù)的調(diào)制格式。



6.數(shù)字預(yù)失真器
意大利都靈理工大學(xué)的Leonardo Minelli等研究人員設(shè)計(jì)了應(yīng)用端到端（E2E）深度學(xué)習(xí)的非線性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）數(shù)字預(yù)失真器（DPD）優(yōu)化方案，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。研究人員在固定光路損耗（OPL）條件下，對(duì)不同比特率下工作的DPD的誤碼率進(jìn)行了測(cè)量，并比較了含訓(xùn)練的非線性DPD與不使用DPD的系統(tǒng)性能[6]。研究結(jié)果表明：在較高比特率下應(yīng)用線性DPD只能略微提高系統(tǒng)性能，而應(yīng)用非線性DPD時(shí)在誤碼率為10−3時(shí)的數(shù)據(jù)速率接近6Gbps。研究人員在背靠背（B2B）和使用125mOM4光纖時(shí)，使用不同光路損耗（LOPL）值和幾種比特率訓(xùn)練了若干DPD，并通過發(fā)射周期為216個(gè)符號(hào)的PAM-4偽隨機(jī)序列（PRBS）信號(hào)來評(píng)估系統(tǒng)性能后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)數(shù)據(jù)速率110Gbps時(shí)，非線性DPD在B2B系統(tǒng)中提高了近1.5dB的接收靈敏度；經(jīng)OM4-125 m光纖傳輸后接收靈敏度提高了至少3 dB。



[1]W. Chen et al., "Deep Learning-Based Channel Modeling for Free Space Optical Communications," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 1, pp. 183-198, 1 Jan.1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2022.3213519.
[2]J. J. W. Kunst, J. I. Bonetti, B. T. Reyes, D. A. Morero and M. R. Hueda, "Low-Complexity Adaptive Background Compensation of Coherent Optical Transmitters," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 2, pp. 489-507, 15 Jan.15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2022.3217505.
[3]W. Jeong, G. -T. Kim, K. Y. Song, S. B. Lee and K. Lee, "Brillouin Optical Correlation Domain Analysis With Over 2.5 Million Resolution Points Based on Raman Amplification and Injection Locking," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 1, pp. 341-346, 1 Jan.1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2022.3207756.
[4]Q. Li, X. Yang, H. Wen, Q. Xu, J. Yang and H. Yang, "All-Optical Format Conversion for Star-8QAM Signals Based on Nonlinear Effects in Elastic Optical Networks," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 2, pp. 440-450, 15 Jan.15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2022.3216841.
[5]X. Yan, C. Cao, W. Zhang, Z. Feng, X. Zeng and Z. Wu, "Modulation Format Identification Technology Based on a Searching Cluster Boundary Clustering Algorithm," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 1, pp. 105-113, 1 Jan.1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2022.3212042. 
[6]L. Minelli, F. Forghieri, A. Nespola, S. Straullu and R. Gaudino, "A Multi-Rate Approach for Nonlinear Pre-Distortion Using End-to-End Deep Learning in IM-DD Systems," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 2, pp. 420-431, 15 Jan.15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2022.3216591.