2023年5月JLT光通信论文评析

6/27/2023，光纤在线讯，光纤在线特约编辑：邵宇丰，王安蓉，袁杰，刘栓凡，左仁杰，李彦霖，陈鹏，李冲，柳海楠 杨林婕，胡文光，李文臣，陈超。

2023年5月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光信号发射机，光学频率梳提取，光纤无线通信，电光调制器，可见光通信，第五代固定通信网等；笔者将逐一评析。

1．光信号发射机
华中科技大学的Zexin Chen等研究人员分析了发射机损耗对概率整形正交振幅调制（PS-QAM）信号的影响并设计出相应补偿方案，如图1所示。对于采用概率星座整形（PCS）的高谱效率（SE）城域传输网络，发射机损耗影响了系统收发信号性能的提升。为从一定程度上克服该影响，他们进一步研究了发射机损耗和射频（RF）放大器噪声对光纤链路最佳整形因子（SF）和调制深度的影响，并分析了发射机噪声对广义互信息（GMI）和整形因子的影响，并在背对背（B2B）系统中应用PS-256QAM信号对优化策略进行了验证[1]，研究结果表明：发射机噪声和光纤信道噪声的比例不匹配会导致GMI过程劣化；当调制深度、发射机噪声、光纤信道噪声和SF相对固定时，可通过优化削波比降低峰均功率比（PAPR）负面效应，使发射信号性能提升；需要注意的是最佳削波比和调制深度对SF和光纤信道噪声不敏感，但是对发射机的噪声比较敏感。综上所述，该方案对高速通信领域中发射机的信号优化具有一定的参考借鉴意义。



2．光学频率梳提取
澳大利亚克莱顿莫纳什大学的C. Prayoonyong等研究人员设计了在梳状微环谐振器（MRR）谐带宽和耦合损耗改变时评估系统性能的方法，相关装置的理想配置如图2所示；其中梳状频率的提取过程能显著降低光载波噪声比（OCNR）的负面影响。研究人员研究后解释了放大梳状OCNR及提取梳状频率后输出OCNR之间的关系的，以及提取线与奈奎斯特数据波形相乘时光信噪比（OSNR）的相关表达式[2]。研究结果表明：通过减轻OCNR限制，在功率受限微梳中增加有用梳状线的数量以及增加单个微梳的空间模式数量，可在超大容量空分复用实验中定量地对通信性能进行有效测试。因此，该方案在未来超高速空分复用通信系统中具有一定的潜在应用价值。



3.光纤无线通信
西南交通大学的Yue Zhu等研究人员设计了含自注意力机制Transformer（深度学习技术的一种）的光纤无线链路（ROF）高可靠建模方法，如图3所示；其中Transformer由多个子层组成，每个子层含自注意力机制用以计算序列中每个位置信号的反映。研究人员在收集链路传输中衰减、色散、噪声和非线性的实际参数建立ROF实际链路之后，再引入Transformer训练数据构建强度调制直接检测（IM-DD）的ROF链路模型。他们将中心频率8GHz及符号率2Gband的16QAM信号在传输距离为30km的ROF链路模型中进行了分析[3]。研究结果表明：应用该方案后信号在传输距离、载波频率、发射功率和信噪比等方面都优于采用神经网络（FCNN）、卷积神经网络（CNN）和生成对抗性网络（GAN）的方案。综上所述，该方案在微波光子学领域有很一定的应用潜力。



4.电光调制器
西班牙巴伦西亚大学的Luis Torrijos-Morán等研究人员基于四种不同射频成分在微波光子链路（MPL）系统中实现了双平行马赫曾德尔调制器（DPMZM）的线性化工作，相关实验装置如图4所示；其中，MPL由DPMZM和两个马赫曾德尔调制器（MZM）组成。DPMZM输出的调制光波被光谱整形器处理以完成在光学载波频带（OCB）上的幅度抑制和相移过程。研究人员应用四种不同射频成分在光电探测器上拍频产生了三阶互调失真（IMD3）信号，并对DPMZM线性化MPL处理后的RF信号进行了分析[4]。研究结果表明：该方案能在无需额外频段分量的条件下同时调制四路不同信号，生成的交叉IMD3可以通过调谐调制器中的直流电压来抵消，而直接IMD3需要OCB处理才能实现链路线性化。因为上述方案的线性化应用优势，因此可应用于高速率大带宽光纤无线通信系统中。



5. 可见光通信
厦门大学的Tingwei Lu等研究人员设计了采用单个微型蓝光LED的全双工可见光通信（VLC）系统，如图5所示。他们采用原子层沉积（ALD）法在基于氮化镓（GaN）的LED活性区侧壁沉积氧化铝（AL2O3），使得侧壁钝化后的LED可获得更高的频率响应与外量子效率（EQE）；将正向偏置电压设置为3V时，注入电流密度为120A/cm2，检测响应度为0.243A/W，仍然能够保证正常照明。他们采用80×120um2的微型蓝光LED-PD，在1m的VLC链路上实现了528Mbps的16QAM-OFDM信号的传输，表明当注入电流能够支持LED显示功能时，微型LED-PD可作为有效光电探测器 [5]。研究结果表明：当传输距离为1m/时，上行链路和下行链路的传输速率为350Mbps，误码率（BER）分别为2.1×10−3和2.8×10−3。当传输距离增加到1.2m和1.5m时，全双工VLC系统也能实现300 Mbps和225 Mbps的传输速率。综上所述，该方案简化了全双工VLC通信系统的结构配置，降低了收发信号功耗，有利于多功能微型LED-PD器件的集成，体现了其在高速全双工VLC领域的应用潜力。



6. 第五代固定通信网
北京邮电大学的Xin Li等研究人员设计了应用于第五代固定通信网（F5G）中确定性信令延迟感知调度（LAS）方案，如图6所示。目前，光接入网的发展已经进入F5G时代，信令延迟优劣决定了其所承载的业务是否能成功传输。因为在数据通信网络（DCN）中信令延迟有非确定性，而非确定性信令无法保证信号成功传输，所以系统必须在指定的时间内完成确定性信令传输。考虑到确定性信令可分为硬实时信令和软实时信令两种，研究人员针对F5G设计了支持确定性信令传输的LAS方案，该方案包括基于信令相关性和负载均衡的信令重排（SRLB）算法、基于截止时间的硬实时信令调度（DHS）算法和基于起始时间的软实时信令调度（SSS）算法[6]。研究结果表明：对于硬实时信令和软实时信令调度，该方案使调度失败率降低了6.57%，网络资源利用率提高了3.34%，端到端信号时延降低了1.01s；因此上述方案对于未来优化F5G的调度过程和提升网络资源利用率具有一定的参考价值。



参考文献：
[1].Z. Chen et al., "Transmitter Optimization for PS-QAM Signal in High Spectral Efficiency Metro-Transmission," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 9, pp. 2736-2746, 1 May1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3237324.
[2].C. Prayoonyong and B. Corcoran, "Quantifying the Impact of Frequency Comb Distillation on Comb-Based Optical Communications Systems," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 10, pp. 3034-3045, 15 May15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3241434.
[3].Y. Zhu et al., "Transformer-Based High-Fidelity Modeling Method for Radio Over Fiber Link," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 9, pp. 2657-2665, 1 May1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3239222.
[4].L. Torrijos-Morán, C. Catalá-Lahoz, D. Pérez-López, L. Xu, W. Tianxiang and D. Pérez-Galacho, "Linearization of a Dual-Parallel Mach-Zehnder Modulator Using Optical Carrier Band Processing," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 10, pp. 2969-2975, 15 May15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3240317.
[5].T. -W. Lu et al., "Full-Duplex Visible Light Communication System Based on Single Blue Mini-LED Acting as Transmitter and Photodetector Simultaneously," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 9, pp. 2639-2649, 1 May1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3236374. 
[6].X. Li et al., "Latency-Aware Scheduling Scheme for Deterministic Signaling in F5G," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 9, pp. 2587-2600, 1 May1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3234992.