2019年2月JLT光通信论文评析
发布时间：2019-04-11 21:51:57 热度：2026
光纤在线特邀编辑：邵宇丰，赵云杰，龙颖，胡钦政
2019年2月出版的JLT主要刊登了以下一些领域的文章，包括：无源光网络，微波光子学，光子器件，光通信系统，调制技术等。笔者将逐一评析。
1. 无源光网络
最近Google公司的Liang B. Du等科研人员设计了一个长距离波长路由无源光网络系统（LRWR-PON），它是一个20通道时间波分复用（TWDM）Super-PON系统，默认配置支持12个波长同时传输的时分复用（TDM） GPON通道和8个波长同时传输的10 Gb/s点对点通道。该系统的覆盖范围可达50公里，TDM信道每波长功率分配比为1:64，相当于单链路上支持768个TDM PON客户。该方案较大限度地降低了住宅部署的系统成本。而且，LRWR-PON系统架构中需要的中心站明显更少，并且可以使用更便宜的光缆，从而降低了光纤到户的部署和运营成本。目前，科研人员期望基于标准化LRWR-PON的架构创建能耗相对较低的接入系统。
图1 LRWR-PON系统的体系结构。
2. 微波光子学
通过对宽带线性调频波形（LFMW）的分析，清华大学电子工程系的Guanyu Han等科研人员研究了基于双边带调制（DSB）的光纤无线通信（RoF）链路中由色散（CD）引起的幅度失真，以及基于单边带调制（SSB）的RoF链路中的相位失真。科研人员设计了一种用于克服CD引起失真的微波光子均衡器（MPE），并验证了其工作原理。在实验中，1-10 GHz LFMW在基于MPE的链路中通过了66.3 km单模光纤（SMF）传输，与DSB和SSB相比输出信号具有更好的性能。另外，MPE具有相对集成的结构，使用方便同时成本更低；MPE可以应用在分布式高分辨率雷达、高速光通信和宽带无线接入等系统中。
图2 （a）MPE的结构 （b）基于MPE的RoF系统实验设置
3. 光子器件
深圳大学的Sayed Elshahat等科研人员设计了一种用于光学缓冲和皮秒脉冲数据互连的特定5L 光子晶体波导（PCW）结构。在该结构中，可获得的带宽集中在1550nm左右的波段，范围从3.48 nm到19.87 nm，相应的平均组指数范围是27到252。通过适当调整5L PCW中的缺陷半径，其存储容量可达到219.73位。此外，该结构获得的每比特优化物理尺寸为L_bit=4.551μm，存储时间为180ps。科研人员还通过有限时域差分法（FDTD）验证了光脉冲传输的的结果：2.19皮秒的光脉冲可以以1.15×〖10〗^(-4) 〖μm〗^(-1)的非常小的相对失真进行传输，这意味着对于占空比为0.5的信号脉冲，能以0.22831Tb/s的速度进行处理。
图3 （a）5L PC的示意结构图（b）图1（a）中单元电池的传输线等效电路。
4. 光通信系统
日本三菱电机制造技术中心的Tadashi Murao等科研人员基于紧凑型发射器光学子组件（TOSA）设计了一种高效且低成本的光学对准技术。科研人员基于新开发的100 GbE TOSA实验研究了自由空间光（FSO）系统，成功地证实了该系统的有效性。蒙特卡罗模拟仿真显示，利用该对准技术可以获得优选光输出功率。此外，由于准直透镜的位置公差松弛，科研人员预测了可靠性通信所需要考虑的长期功率变化过程，以证明对准技术的适用性。除了在特定FSO系统能够进行多路复用，该对准方法也适应各类型的多路复用系统应用。
图4 （a）紧凑型多通道光学系统的示意图；（b）精确定位准直透镜的例子
5. 调制技术
加拿大拉瓦尔大学电气与计算机工程系的Amin Yekani等研究人员进行了混合调制格式的数值仿真研究；科研人员将离散傅里叶变换扩展正交幅度调制（DFT-S QAM）用于较低频率，离散多音调制（DMT）用于较高频率，并且对混合调制的过程进行了优化。他们将优化后的混合调制与DMT进行性能比较，结果表明混合调制的性能更优。而在固定可用带宽中增加比特率时，上述方式更有应用价值。在使用混合调制下，硬判决FEC阈值为3.8e-3时最大比特率增加了40 Gb/s。科研人员还计算了复数乘法器的数量，比较了混合调制和100% DMT之间的复杂性。对于背靠背链路，混合调制的复杂性要高于DMT，但对于超过数百公里的光纤通信系统应用，混合调制的复杂性相对较低。
图5 蒙特卡罗模拟仿真过程流程图。
参考文献：
Liang B. Du, “Long-Reach Wavelength-Routed TWDM PON:Technology
and Deployment”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 3, pp. 688–697, February 1,2019.
Guanyu Han, “A Microwave Photonics Equalizer for Overcoming Dispersion-Induced
Distortions on Wideband Signals in Radio-Over-Fiber Links”[J], IEEE J. Lightw. Technol.,
vol. 37, no. 3, pp. 736–743, February 1,2019.
Sayed Elshahat, “Five-Line Photonic Crystal Waveguide for Optical Buffering and
Data Interconnection of Picosecond Pulse”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 3,
pp. 788–798, December 1,2019.
Tadashi Murao, “Efficient Optical Alignment Technique for Compact 100 and 400GbE
TOSAs With Integrated Multiplexing With Free Space Optics”[J], IEEE J. Lightw. Technol.,
vol. 37, no. 3, pp. 799–807, February 1,2019.
Amin Yekani, “Numerical Study of a Hybrid Optical DMT/DFT-S QAM Modulation”[J],
IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 3, pp. 815–823, February 1,2019.
2019年2月出版的JLT主要刊登了以下一些领域的文章，包括：无源光网络，微波光子学，光子器件，光通信系统，调制技术等。笔者将逐一评析。
1. 无源光网络
最近Google公司的Liang B. Du等科研人员设计了一个长距离波长路由无源光网络系统（LRWR-PON），它是一个20通道时间波分复用（TWDM）Super-PON系统，默认配置支持12个波长同时传输的时分复用（TDM） GPON通道和8个波长同时传输的10 Gb/s点对点通道。该系统的覆盖范围可达50公里，TDM信道每波长功率分配比为1:64，相当于单链路上支持768个TDM PON客户。该方案较大限度地降低了住宅部署的系统成本。而且，LRWR-PON系统架构中需要的中心站明显更少，并且可以使用更便宜的光缆，从而降低了光纤到户的部署和运营成本。目前，科研人员期望基于标准化LRWR-PON的架构创建能耗相对较低的接入系统。
图1 LRWR-PON系统的体系结构。
2. 微波光子学
通过对宽带线性调频波形（LFMW）的分析，清华大学电子工程系的Guanyu Han等科研人员研究了基于双边带调制（DSB）的光纤无线通信（RoF）链路中由色散（CD）引起的幅度失真，以及基于单边带调制（SSB）的RoF链路中的相位失真。科研人员设计了一种用于克服CD引起失真的微波光子均衡器（MPE），并验证了其工作原理。在实验中，1-10 GHz LFMW在基于MPE的链路中通过了66.3 km单模光纤（SMF）传输，与DSB和SSB相比输出信号具有更好的性能。另外，MPE具有相对集成的结构，使用方便同时成本更低；MPE可以应用在分布式高分辨率雷达、高速光通信和宽带无线接入等系统中。
图2 （a）MPE的结构 （b）基于MPE的RoF系统实验设置
3. 光子器件
深圳大学的Sayed Elshahat等科研人员设计了一种用于光学缓冲和皮秒脉冲数据互连的特定5L 光子晶体波导（PCW）结构。在该结构中，可获得的带宽集中在1550nm左右的波段，范围从3.48 nm到19.87 nm，相应的平均组指数范围是27到252。通过适当调整5L PCW中的缺陷半径，其存储容量可达到219.73位。此外，该结构获得的每比特优化物理尺寸为L_bit=4.551μm，存储时间为180ps。科研人员还通过有限时域差分法（FDTD）验证了光脉冲传输的的结果：2.19皮秒的光脉冲可以以1.15×〖10〗^(-4) 〖μm〗^(-1)的非常小的相对失真进行传输，这意味着对于占空比为0.5的信号脉冲，能以0.22831Tb/s的速度进行处理。
图3 （a）5L PC的示意结构图（b）图1（a）中单元电池的传输线等效电路。
4. 光通信系统
日本三菱电机制造技术中心的Tadashi Murao等科研人员基于紧凑型发射器光学子组件（TOSA）设计了一种高效且低成本的光学对准技术。科研人员基于新开发的100 GbE TOSA实验研究了自由空间光（FSO）系统，成功地证实了该系统的有效性。蒙特卡罗模拟仿真显示，利用该对准技术可以获得优选光输出功率。此外，由于准直透镜的位置公差松弛，科研人员预测了可靠性通信所需要考虑的长期功率变化过程，以证明对准技术的适用性。除了在特定FSO系统能够进行多路复用，该对准方法也适应各类型的多路复用系统应用。
图4 （a）紧凑型多通道光学系统的示意图；（b）精确定位准直透镜的例子
5. 调制技术
加拿大拉瓦尔大学电气与计算机工程系的Amin Yekani等研究人员进行了混合调制格式的数值仿真研究；科研人员将离散傅里叶变换扩展正交幅度调制（DFT-S QAM）用于较低频率，离散多音调制（DMT）用于较高频率，并且对混合调制的过程进行了优化。他们将优化后的混合调制与DMT进行性能比较，结果表明混合调制的性能更优。而在固定可用带宽中增加比特率时，上述方式更有应用价值。在使用混合调制下，硬判决FEC阈值为3.8e-3时最大比特率增加了40 Gb/s。科研人员还计算了复数乘法器的数量，比较了混合调制和100% DMT之间的复杂性。对于背靠背链路，混合调制的复杂性要高于DMT，但对于超过数百公里的光纤通信系统应用，混合调制的复杂性相对较低。
图5 蒙特卡罗模拟仿真过程流程图。
参考文献：
Liang B. Du, “Long-Reach Wavelength-Routed TWDM PON:Technology
and Deployment”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 3, pp. 688–697, February 1,2019.
Guanyu Han, “A Microwave Photonics Equalizer for Overcoming Dispersion-Induced
Distortions on Wideband Signals in Radio-Over-Fiber Links”[J], IEEE J. Lightw. Technol.,
vol. 37, no. 3, pp. 736–743, February 1,2019.
Sayed Elshahat, “Five-Line Photonic Crystal Waveguide for Optical Buffering and
Data Interconnection of Picosecond Pulse”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 3,
pp. 788–798, December 1,2019.
Tadashi Murao, “Efficient Optical Alignment Technique for Compact 100 and 400GbE
TOSAs With Integrated Multiplexing With Free Space Optics”[J], IEEE J. Lightw. Technol.,
vol. 37, no. 3, pp. 799–807, February 1,2019.
Amin Yekani, “Numerical Study of a Hybrid Optical DMT/DFT-S QAM Modulation”[J],
IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 3, pp. 815–823, February 1,2019.
