12/04/2024，光纖在線訊，光纖在線特約編輯，邵宇豐，王安蓉，張顏鷺，張旭，許占奪，向泓勁，匡富豪，賈嵐斯，2024年10月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：相干光束合成、非線性均衡器、ARC光纖、光子輔助射頻消除器、通感一體化系統(tǒng)、局部數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等，筆者將逐一評析。

1、相干光束合成
以色列內(nèi)蓋夫本古里安大學(xué)的Ohad Balasiano等研究人員設(shè)計(jì)了一種采用光學(xué)相控陣發(fā)射端相干光束合成技術(shù)的自由空間光（FSO）通信方案，以實(shí)現(xiàn)對大氣湍流的自適應(yīng)補(bǔ)償。該方案中，發(fā)射器使用了1550nm連續(xù)波（CW）可調(diào)諧光源作為種子光，通過銦磷（InP）相干驅(qū)動(dòng)調(diào)制器（CDM）進(jìn)行調(diào)制，以生成可攜帶信息的光信號(hào)。光信號(hào)經(jīng)過多個(gè)摻鉺光纖放大器（EDFA）和一個(gè)32分支光纖分支樹進(jìn)行放大和分裂，然后輸入到32個(gè)相位調(diào)制器中；相位調(diào)制器由FPGA控制器控制，以實(shí)時(shí)調(diào)整單路光相位，從而實(shí)現(xiàn)相干光束合成并通過光學(xué)相控陣（OPA）發(fā)射到大氣中。研究人員在1公里和5公里處分別使用了由8個(gè)反射器組成的鉆石形二維陣列來增強(qiáng)反射回接收器的光功率；接收器中使用望遠(yuǎn)鏡收集反射回來的光束，并通過分束器將一部分光輸入到集成相干接收器（ICR）中進(jìn)行檢測，另一部分光則通過強(qiáng)度檢測以提供CBC反饋信號(hào)[1]，如圖1所示。研究人員采用了兩種反饋方案：操作接收反饋和輔助內(nèi)部反饋；其中，內(nèi)部反饋用于測試和評價(jià)，而接收反饋用于實(shí)際大氣湍流補(bǔ)償。研究結(jié)果表明：在2公里和10公里大氣自由空間光通信系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)強(qiáng)度平均增加12.5dB和5dB以上，且能保證64Gbit/s和100Gbit/s傳輸速率下通信鏈路基本可用。因?yàn)樵摲桨笇μ嵘邮招盘?hào)強(qiáng)度、傳輸速率及鏈路可用性具有顯著作用，未來在寬帶無線光通信系統(tǒng)中有一定的潛在應(yīng)用價(jià)值。



2、非線性均衡器
法國布雷斯特伊魯瓦茲技術(shù)學(xué)院的Abraham Sotomayor等研究人員設(shè)計(jì)了在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性均衡后引入軟閾值（STH）函數(shù)處理信號(hào)的新方案（NN+STH），以避免在訓(xùn)練過程中出現(xiàn)信號(hào)星座散點(diǎn)圖效應(yīng)。他們采用了DP-64QAM傳輸系統(tǒng)進(jìn)行研究，通過14×50km的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖傳輸信號(hào)，對比了不同輸入功率下的系統(tǒng)性能[2]，如圖2所示。研究結(jié)果表明：盡管采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）方法后的誤碼性能不如采用數(shù)字反向傳播（DBP）方法，但采用NN+STH方法后的誤碼性能略微優(yōu)于只采用NN的方法；尤其是在線性傳輸區(qū)域誤碼性能更好。研究結(jié)果證明：NN方法雖能在一定程度上緩解MMSE-scatterplot效應(yīng)，但存在參數(shù)調(diào)優(yōu)困難、計(jì)算復(fù)雜度高等問題；相比之下， NN+STH方法更加直接和有效。因此，上述研究成果不僅有助于提升光通信系統(tǒng)的傳輸性能，還為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在高速信號(hào)處理領(lǐng)域的改進(jìn)型應(yīng)用提供了新的研究思路。



3、ARC光纖
印度理工學(xué)院的Soorej Thekkeyil等研究人員在分析具備彎曲補(bǔ)償、拋物線芯、低折射率對比度等特征傾斜型包層光纖服務(wù)高功率激光器應(yīng)用的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種新型“ARC”光纖[3]，如圖3所示；并分析了不同類型參數(shù)對基模（FM）和高階模（HOMs）在1?m波長附近（不同彎曲直徑下）的損耗影響。研究人員采用全矢量有限元方法（FEM）進(jìn)行了模擬測試，結(jié)果表明：在彎曲直徑為27 cm ~ 35 cm時(shí)，其有效面積為900 ~ 1200?m2，同時(shí)確保FM的損耗低于0.01dB/m，HOMs的損耗為100 dB/m至250 dB/m；b）在彎曲直徑小于50cm時(shí)，其有效面積約為2500?m2，同時(shí)保持FM的損耗低于0.1dB/m，HOMs的損耗高于20dB/m；c）在彎曲直徑為100cm時(shí)，其有效面積為5000?m2，F(xiàn)M的損耗低于0.1dB/m，HOMs的損耗高于10dB/m。研究結(jié)果表明：較小彎曲直徑的“ARC”光纖對HOMs有較強(qiáng)的抑制能力，而較大的彎曲直徑則在保持低損耗的同時(shí)，提供了更大的有效面積。綜上所述，該研究為未來高功率激光器中可彎曲“ARC”光纖的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考借鑒。



4、光子輔助射頻消除
中國清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室的Guangyuan Li等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型光子輔助射頻消除方案[4]，用于帶內(nèi)全雙工（IBFD）通信系統(tǒng)中的自干擾消除和IQ解調(diào)，如圖4所示。他們采用雙極化馬赫-曾德爾調(diào)制器（DP-DPMZM）技術(shù)，通過調(diào)整偏置電壓和參考信號(hào)的延遲及幅度，實(shí)現(xiàn)了自干擾信號(hào)的消除；并利用極化光束分離器（PBS）和平衡光電探測器（BPD）實(shí)現(xiàn)了IQ解調(diào)。研究結(jié)果表明：在10GHz至30GHz的頻率范圍內(nèi)，該系統(tǒng)中自干擾消除深度超過-30dB，無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）達(dá)到了100.7dB·Hz2/3；在信號(hào)干擾比（SIR）為0dB、-5dB、-10dB時(shí)，信號(hào)的自干擾消除平均深度均超過-20dB，且誤差向量幅度（EVM）均滿足3GPP對16-QAM信號(hào)的EVM限制要求。綜上所述，該方案為設(shè)計(jì)更高效且可靠的光子輔助射頻型系統(tǒng)提供了借鑒參考。



5、通感一體化系統(tǒng)（ISAC）
法國薩克萊大學(xué)的Lina Shi等研究人員設(shè)計(jì)了一款基于光無線通信技術(shù)的通信感知一體化系統(tǒng)（ISAC）[5]，如圖5所示，其中使用了多頻帶無載波幅度相位調(diào)制（m-ACP）技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸，且利用接收信號(hào)強(qiáng)度（RSS）實(shí)現(xiàn)了同一信號(hào)的定位。研究人員將該系統(tǒng)布置在一個(gè)空間大小為1.2×1.2×2.16m3房間內(nèi)進(jìn)行測試（將四個(gè)接入點(diǎn)安裝在天花板上）。研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)能為12Mbps的數(shù)據(jù)速率提供通信鏈路，且誤碼率小于3.8×10?3，在離地面20cm距離接收數(shù)據(jù)時(shí)，90%的情況下其位置估計(jì)誤差小于5.9cm。



6、局部數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（DCI）
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的Xiaochuan Yu等研究人員研究了如何優(yōu)化局部數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（DCI）的擴(kuò)展，從而降低其部署應(yīng)用成本[6]。他們比較了電分組交換（EPS）與光路交換（OCS）的應(yīng)用特性，并設(shè)計(jì)了兩種整數(shù)線性規(guī)劃模型來處理和比較基于EPS與基于OCS的擴(kuò)展方案?；谌鐖D6所示的小規(guī)模仿真的物理層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，他們利用輔助圖的迭代方法應(yīng)用了兩種啟發(fā)式方案，并在各種場景下模擬比較了基于EPS與基于OCS擴(kuò)展方案的優(yōu)劣。研究結(jié)果表明，基于OCS的互聯(lián)擴(kuò)展更具降本增效的作用。綜上所述，該方案對未來數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)擴(kuò)展方案設(shè)計(jì)和實(shí)施具有一定的參考價(jià)值。



參考文獻(xiàn)
[1] BALASIANO O, WOHLGEMUTH E, ATTIA I, et al. Demonstration of Coherent Beam Combining for Atmospheric Free Space Optical Communication Over 10 km[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(20): 7085-7094. DOI:10.1109/JLT.2024.3419124.
[2] SOTOMAYOR A, CHOQUEUSE V, PINCEMIN E, et al. MMSE-Driven Signal Constellation Scatterplot Using Neural Networks-Based Nonlinear Equalizers[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(20): 7104-7115. DOI:10.1109/JLT.2024.3421927.
[3] THEKKEYIL S, DHAR A, JAIN D. Optimizing Bendable “ARC” Optical Fibers for Comparable Performance to Rod-Type Fibers in Ultra-High-Power Lasers[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(20): 7342-7349. DOI:10.1109/JLT.2024.3420729.
[4] LI G, LI S, XUE X, et al. Photonics-Assisted Simultaneous Self-Interference Cancellation and IQ Demodulator[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(19): 6701-6711. DOI:10.1109/JLT.2024.3410349.
[5] SHI L, LIU Z, B?CHADERGUE B, et al. Experimental Demonstration of Integrated Optical Wireless Sensing and Communication[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(20): 7070-7084. DOI:10.1109/JLT.2024.3415417.
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