5/23/2023，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，楊林婕胡文光，李文臣，陳超，柳海楠。

2023年4月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：模擬光纖無線系統(tǒng)、光電探測器陣列、無源光網絡、多輸入多輸出系統(tǒng)和可見光通信等；筆者將逐一評析。

1.模擬光纖無線系統(tǒng)
華中科技大學的Haixuan Xu等研究人員設計了采用直接調制激光器（DML）的雙向模擬光纖無線（A-RoF）系統(tǒng)，如圖1所示。為提升頻譜效率并減輕雙向傳輸干擾，上下行鏈路的工作頻率范圍設置為5.5GHz-8.4GHz、1.5GHz-5.3GHz。研究人員將上行16QAM-OFDM信號與下行64QAM-OFDM信號在25km單模光纖（SMF）中傳輸后進行了性能分析[1]，研究結果表明：傳輸損失主要由瑞利后向散射造成，且采用空芯光纖可提升傳輸性能；在前向糾錯誤差矢量幅度（FEC-EVM）的限制下，采用預加重技術能支持上下行信號的成功收發(fā)。因此，該方案有望成為未來高容量無線接入網絡中的候選方案之一。



2.光電探測器陣列
日本信息與通信技術研究所的Toshimasa Umezawa等研究人員設計了新型諧振腔2維4×4光電探測器陣列（2D-PDA），并在波分復用自由空間光（WDM-FSO）通信系統(tǒng)中進行了實驗研究，如圖2所示。該器件實現了與FSO光束的直接耦合，降低了跟蹤光束和與單模光纖耦合對準的難度，并展現了過濾WDM光束特定波長的作用。在沒有安裝波束跟蹤和主動對準定位系統(tǒng)時，研究人員針對1.5m的FSO信道，通過傳輸非歸零碼（NRZ）信號來研究該器件的性能[2]，研究結果表明：該器件支持收發(fā)每通道25Gbps的2-WDM-FSO波束及20Gbps的3-WDM-FSO波束，且接收誤碼率低于2×10-2；在1.5m自由空間內，接收透鏡的對準公差為7mm。綜上所述，該器件在短距離通信中有一定的應用前景。



3.無源光網絡
中山大學的Xiaowu Wang等研究人員在光纖臨街（FTTF）場景中利用基礎設施，實現了激光共享濾波器組多載波無源光網絡（FBMC-PON）上行架構，從而使得光網絡單元（ONU）中的數據傳輸速率達到100Gb/s/𝜆，如圖3所示。研究人員將強度調制（IM）、外差檢測與偏振復用（PDM）結合，使系統(tǒng)容量提升；并通過異步光網絡終端（ONT）研究了FBMC-PON信號在20km單模光纖（SMF）中的傳輸性能 [3]。研究結果表明：當保護頻帶為兩個異步ONT頻帶間子載波間距的1倍時，FBMC在硬判決前向糾錯（HD-FEC）和軟判決前向糾錯（SD-FEC）門限處的接收機靈敏度提高了8dB和3dB；當接收功率為-23dBm時，為支持2、4和8個ONT的應用，窄線寬激光器的發(fā)射光功率分別為10、16和22dBm。綜上所述，上述網絡架構是一種較為理想的多載波無源光網絡應用方案。



4.多輸入多輸出系統(tǒng)
埃及亞歷山大大學的Mai Banawan等研究人員使用可編程自由空間解復用器（采用標準2×2多輸入多輸出（MIMO）傳輸系統(tǒng)和應用軌道角動量（OAM）模式復用技術），經由1.3km傳輸信號速率可達426Gb/s，實驗裝置圖4所示。研究人員構建了對兩種空間傳輸模式進行多路分解的模型，并使用線性偏振光束直接在自由空間中傳輸；同時討論了硬件配置和數字信號處理的復雜性以及上述方案在波分復用（WDM）系統(tǒng)中的應用[4]。研究結果表明：如在發(fā)射端和接收端之間進行信道估計，可使用4個均衡器降低系統(tǒng)實施成本；如采用2×2 MIMO相干接收機并采用OAM模式復用技術，可在c波段實現信號收發(fā)性能均衡。綜上所述，應用該方案能提升自由空間光通信系統(tǒng)與WDM系統(tǒng)的兼容性，從而進一步提升信號收發(fā)比特率.



5. 可見光通信
臺北工業(yè)大學的Haihan Lu等研究人員設計了應用于第五代通信（5G）系統(tǒng)的三波長可見光水下傳輸系統(tǒng)實現了30Gbit/s高速率通信與752lux白光照明雙重功能，如圖5所示。研究人員采用紅、綠、藍三色光（RGB）分別承載10Gbit/s的16QAM-OFDM毫米波（MMW）信號，并利用具有三級注入鎖相功能的RGB激光二極管（LD）進行信號調制；此外，他們使用液體光波導（LLG）漫射器傳輸白光，當傳輸距離超過3米LLG長度時能提供充足照明[5]。研究結果表明：信號通過10m長度的VLLC鏈路與8.8m的海水-空氣-海水鏈路傳輸后，在前向糾錯判決為3.8×10-3時，誤碼率為3.2×10-3，星誤差矢量幅度（EVM）低于12.5%。綜上所述，該方案顯示出陸地與水下應用可見光通信系統(tǒng)的潛力，并為5G毫米波寬帶通信系統(tǒng)設計了新的應用方式。



北京郵電大學的Hongyu Zhou等設計了一種基于可見光通信（VLC）的物聯網（IoT）無線光接入系統(tǒng)，如圖6所示。研究人員通過相關有效方法對全雙工實時VLC系統(tǒng)中的串擾進行了抑制，并將發(fā)射機與接收機集成在一塊印刷電路板（PCB）上。研究人員證明將紅色發(fā)光二極管（LED）與APD430A/M光接收機相結合，可實現30m距離100Mbps信號的以太網傳輸；如采用相同發(fā)光功率的白光LED與藍光濾光器相結合，則能實現4 m 距離100Mbps信號的以太網傳輸[6]。研究結果表明：在日常照明環(huán)境下，上述系統(tǒng)可實現94.9 Mbps的信號傳輸，能滿足運營商以太網的用戶的使用需求。該系統(tǒng)中的接收機在峰值響應波長下的噪聲等效功率（NEP）為3.7nW，光敏面直徑為3 mm，與APD430A/M的0.5 mm相比提升了耦合效率。綜上所述，上述方案使得基于可見光通信的物聯網無線光接入系統(tǒng)在電磁敏感行業(yè)領域的應用成為可能。



參考文獻
H. Xu, A. Delmade, C. Browning, A. Atieh, Y. Yu and L. P. Barry, "Demonstration of High Capacity Bidirectional A-RoF System Using Wavelength Reuse and Frequency Multiplexing," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 8, pp. 2343-2350, 15 April15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2022.3230741.
T. Umezawa et al., "Resonant Cavity 4-λ Integrated 4×4 PD-Array for High Optical Alignment Robustness WDM-FSO Communications," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 8, pp. 2465-2473, 15 April15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2022.3231344.
M. Banawan et al., "Using Standard 2×2 MIMO to Increase Capacity of Spatial Multiplexing with OAM Modes," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 7, pp. 1974-1984, 1 April1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2022.3226628.
X. Wang et al., "Laser Sharing Uplink Polarization Division Multiplexing FBMC Passive Optical Network," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 8, pp. 2323-2332, 15 April15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2022.3231247.
H. -H. Lu et al., "5G-Based Triple-Wavelength VLLC-UWLT and Laboratory-Lighting Convergent Systems," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 8, pp. 2351-2360, 15 April15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2022.3231852. 
H. Zhou, M. Zhang and X. Ren, "Design and Implementation of Wireless Optical Access System for VLC-IoT Networks," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 8, pp. 2369-2380, 15 April15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3234990.