2019年5月JLT光通信论文评析
发布时间：2019-07-10 18:15:32 热度：2126
光纤在线特邀编辑：邵宇丰，龙颖，胡钦政
2019年5月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光载无线通信系统，激光雷达系统，光传输系统，光调制技术以及光信号处理技术等。笔者将逐一评析。
1. 光载无线通信系统
英国肯特大学的Usman Habib等科研人员使用单个光载无线通信（RoF）链路和单个射频（RF）链路，设计了一个基于子载波复用（SCM）RoF传输和漏波天线（LWA）包含波束转向特性）的60GHz多用户传输系统；该系统具有成本和DSP处理复杂度低的特性。科研人员还进行了系统级实验分析，结果证明：同时为20个空间分布用户提供服务时，总数据传输速率可达10.6Gb/s。通过对LWA波束控制引起的大带宽信号信噪比下降的研究还表明，对于固定的传输带宽，多用户传输的和速率将随着服务用户的数量而增加；但当用户信号带宽小到不受LWA影响时，其饱和度会增加。因此，通过执行不同频率到相似角度方向的传输过程，能实现多个LWA协同运行来提高传输频谱效率。[1]
图1 使用单个RF链进行60 GHz频段多用户传输的实验装置
2. 激光雷达系统
南京航空大学的Zhongyang Xu等科研人员设计并演示了一种可以同时测量距离、速度和去极化比的多功能激光雷达系统。该系统的关键部件是偏分复用双驱动Mach-Zehnder调制器（PDM-DMZM）；，其中在s偏振光中产生-1阶单频光边带，在p偏振光中产生+ 1阶线性调频（LFM）光边带。在接收机中，单频和LFM光信号由偏振分束器（PBS）分开，以便可以单独测量距离和速度。由于去极化效应，LFM和单频RF信号之间的强度比改变，可以用于测量消偏振比。在实验中，校准的多功能激光雷达系统被证明可以同时实时测量移动镜的距离和速度，分辨率分别为1.8 cm和1.1 m/s。上述多功能激光雷达系统可用于大气监测，以实现同时测量距离，速度和去极化比。[2]
图2 （a）多功能激光雷达系统的实验装置；实黑线是光纤，蓝虚线是电缆。 （b）-（d）分别为E1，E1p和E1的光谱
3. 光传输系统
北京邮电大学的Shanyong Cai等科研人员设计了一种基于少模掺铒光纤放大器（FM-EDFA）的全光中继系统，用以抵抗大气湍流负面影响。在实验中，用湍流相位屏模拟大气湍流，在继电器中采用FM-EDFA作为接收器改善湍流引起的衰落，从而为光中继系统传输后的接收信号降低误码率（BER）。科研人员设计了具有FM-EDFA的双跳自由空间光通信（FSO）系统模型，并分析了基于FM-EDFA中继系统的误码性能。与基于单模掺铒光纤放大器（SM-EDFA）的中继系统相比，基于FM-EDFA的中继系统误码性能更优。当2或4个空间模式的少模光纤（FMF）应用时，中继系统的误码性能够进一步提高。在中等湍流条件下（D⁄r_0 =2.872(C_n^2=1×〖10〗^(-13))），在BER=1×〖10〗^(-4)时，具有FM-EDFA固定增益中继系统的功率预算比使用SM-EDFA的中继系统要高10dB以上。因此，基于FM-EDFA的全光中继系统具有更好的通信能力，并且有可能在未来的FSO系统得以应用[3]。
图3 （a）基于FM-EDFA的双跳全光中继系统；（b）具有SM-EDFA的继电器；以及（c）具有FM-EDFA的继电器的示意图；（d）SMF / FMF的规格；（e）采用SM-EDFA/FM-EDFA的全光中继系统的结构参数。
4. 光调制技术
中山大学电子与信息技术学院的Dongdong Zou等科研人员在2公里光互联系统实验中，比较了位加载离散多音（DMT）和预均衡离散傅里叶变换扩频（DFT-Spread）DMT在强度调制直接检测（IM/DD）光传输系统中的通信性能。科研人员发现基于二次曲线（QC）拟合的部分预均衡DMT信号经2km 标准单模光纤（SSMF）传输后，其性能优于基于ZF的完全预均衡和基于CCB算法的位加载DMT信号。在具有-3dB 接收光功率（ROP）的OBTB传输中，具有基于部分预均衡和基于ZF的完全预均衡的优化QC拟合的DFT-Spread DMT信号的接收误码率（BER）值分别为1.0×〖10〗^(-3)和3.8×〖10〗^(-3)。在2公里的SSMF传输之后，与HD-FEC阈值为3.8×10-3采用CCB算法的比特加载DMT信号相比，QC拟合预均衡的DFT-Spread DMT信号的接收机灵敏度提高了2.5dB[4]。
图4 （a）DFT-Spread和（b）IM / DD系统中比特加载DMT信号的发送和接收装置
5. 光信号处理技术
华东师范大学的Yang Chen等科研人员设计了一种基于激光二极管（LD）和双极化二进制相移键控（DP-BPSK）调制器的光子辅助多频相位编码微波信号发生器。系统中的关键部件由DP-BPSK调制器和两个双驱动马赫-曾德尔调制器（DD-MZM）组成（两个DD-MZM均由二进制编码信号和微波参考信号驱动)。通过控制DD-MZM的偏置点以及编码信号和微波参考信号的功率，在相同的功率电平下产生了六个不同微波载波频率的多频相位编码微波信号。科研人员还实验生成了载波频率为1.5和2GHz，1和2.5GHz，1.5和6.5GHz的整数倍相位编码微波信号，并对相位恢复精度和脉冲压缩性能进行了评估。生成的相位编码微波信号可以实现大于8dB的峰值旁瓣率（PSR），以及大于55的脉冲压缩比（PCR）。科研人员提出的多频相位编码微波信号新方法，可以在多频带雷达系统中得以应用。[5]
图5 多频相位编码微波信号发生器
参考文献：
Usman Habib, “Single Radio-Over-Fiber Link and RF Chain-Based 60 GHz Multi-Beam Transmission”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 9, pp. 1974–1980, May 1,2019.
Zhongyang Xu, “Multifunction Lidar System Based on Polarization-Division Multiplexing”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 9, pp. 2000–2007, May 1,2019.
Shanyong Cai, “Turbulence-Resistant All Optical Relaying Based on Few-Mode EDFA in Free-Space Optical Systems”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 9, pp. 2042–2049, May 1,2019.
Dongdong Zou, “Comparison of Bit-Loading DMT and Pre-Equalized DFT-Spread DMT for 2-km Optical Interconnect System”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 10, pp. 2194–2200, May 15,2019.
Yang Chen, “Simultaneous Multi-Frequency Phase-Coded Microwave Signal Generation at Six Different Frequencies Using a DP-BPSK Modulator”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 10, pp. 2293–2299, May 15,2019.
2019年5月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光载无线通信系统，激光雷达系统，光传输系统，光调制技术以及光信号处理技术等。笔者将逐一评析。
1. 光载无线通信系统
英国肯特大学的Usman Habib等科研人员使用单个光载无线通信（RoF）链路和单个射频（RF）链路，设计了一个基于子载波复用（SCM）RoF传输和漏波天线（LWA）包含波束转向特性）的60GHz多用户传输系统；该系统具有成本和DSP处理复杂度低的特性。科研人员还进行了系统级实验分析，结果证明：同时为20个空间分布用户提供服务时，总数据传输速率可达10.6Gb/s。通过对LWA波束控制引起的大带宽信号信噪比下降的研究还表明，对于固定的传输带宽，多用户传输的和速率将随着服务用户的数量而增加；但当用户信号带宽小到不受LWA影响时，其饱和度会增加。因此，通过执行不同频率到相似角度方向的传输过程，能实现多个LWA协同运行来提高传输频谱效率。[1]
图1 使用单个RF链进行60 GHz频段多用户传输的实验装置
2. 激光雷达系统
南京航空大学的Zhongyang Xu等科研人员设计并演示了一种可以同时测量距离、速度和去极化比的多功能激光雷达系统。该系统的关键部件是偏分复用双驱动Mach-Zehnder调制器（PDM-DMZM）；，其中在s偏振光中产生-1阶单频光边带，在p偏振光中产生+ 1阶线性调频（LFM）光边带。在接收机中，单频和LFM光信号由偏振分束器（PBS）分开，以便可以单独测量距离和速度。由于去极化效应，LFM和单频RF信号之间的强度比改变，可以用于测量消偏振比。在实验中，校准的多功能激光雷达系统被证明可以同时实时测量移动镜的距离和速度，分辨率分别为1.8 cm和1.1 m/s。上述多功能激光雷达系统可用于大气监测，以实现同时测量距离，速度和去极化比。[2]
图2 （a）多功能激光雷达系统的实验装置；实黑线是光纤，蓝虚线是电缆。 （b）-（d）分别为E1，E1p和E1的光谱
3. 光传输系统
北京邮电大学的Shanyong Cai等科研人员设计了一种基于少模掺铒光纤放大器（FM-EDFA）的全光中继系统，用以抵抗大气湍流负面影响。在实验中，用湍流相位屏模拟大气湍流，在继电器中采用FM-EDFA作为接收器改善湍流引起的衰落，从而为光中继系统传输后的接收信号降低误码率（BER）。科研人员设计了具有FM-EDFA的双跳自由空间光通信（FSO）系统模型，并分析了基于FM-EDFA中继系统的误码性能。与基于单模掺铒光纤放大器（SM-EDFA）的中继系统相比，基于FM-EDFA的中继系统误码性能更优。当2或4个空间模式的少模光纤（FMF）应用时，中继系统的误码性能够进一步提高。在中等湍流条件下（D⁄r_0 =2.872(C_n^2=1×〖10〗^(-13))），在BER=1×〖10〗^(-4)时，具有FM-EDFA固定增益中继系统的功率预算比使用SM-EDFA的中继系统要高10dB以上。因此，基于FM-EDFA的全光中继系统具有更好的通信能力，并且有可能在未来的FSO系统得以应用[3]。
图3 （a）基于FM-EDFA的双跳全光中继系统；（b）具有SM-EDFA的继电器；以及（c）具有FM-EDFA的继电器的示意图；（d）SMF / FMF的规格；（e）采用SM-EDFA/FM-EDFA的全光中继系统的结构参数。
4. 光调制技术
中山大学电子与信息技术学院的Dongdong Zou等科研人员在2公里光互联系统实验中，比较了位加载离散多音（DMT）和预均衡离散傅里叶变换扩频（DFT-Spread）DMT在强度调制直接检测（IM/DD）光传输系统中的通信性能。科研人员发现基于二次曲线（QC）拟合的部分预均衡DMT信号经2km 标准单模光纤（SSMF）传输后，其性能优于基于ZF的完全预均衡和基于CCB算法的位加载DMT信号。在具有-3dB 接收光功率（ROP）的OBTB传输中，具有基于部分预均衡和基于ZF的完全预均衡的优化QC拟合的DFT-Spread DMT信号的接收误码率（BER）值分别为1.0×〖10〗^(-3)和3.8×〖10〗^(-3)。在2公里的SSMF传输之后，与HD-FEC阈值为3.8×10-3采用CCB算法的比特加载DMT信号相比，QC拟合预均衡的DFT-Spread DMT信号的接收机灵敏度提高了2.5dB[4]。
图4 （a）DFT-Spread和（b）IM / DD系统中比特加载DMT信号的发送和接收装置
5. 光信号处理技术
华东师范大学的Yang Chen等科研人员设计了一种基于激光二极管（LD）和双极化二进制相移键控（DP-BPSK）调制器的光子辅助多频相位编码微波信号发生器。系统中的关键部件由DP-BPSK调制器和两个双驱动马赫-曾德尔调制器（DD-MZM）组成（两个DD-MZM均由二进制编码信号和微波参考信号驱动)。通过控制DD-MZM的偏置点以及编码信号和微波参考信号的功率，在相同的功率电平下产生了六个不同微波载波频率的多频相位编码微波信号。科研人员还实验生成了载波频率为1.5和2GHz，1和2.5GHz，1.5和6.5GHz的整数倍相位编码微波信号，并对相位恢复精度和脉冲压缩性能进行了评估。生成的相位编码微波信号可以实现大于8dB的峰值旁瓣率（PSR），以及大于55的脉冲压缩比（PCR）。科研人员提出的多频相位编码微波信号新方法，可以在多频带雷达系统中得以应用。[5]
图5 多频相位编码微波信号发生器
参考文献：
Usman Habib, “Single Radio-Over-Fiber Link and RF Chain-Based 60 GHz Multi-Beam Transmission”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 9, pp. 1974–1980, May 1,2019.
Zhongyang Xu, “Multifunction Lidar System Based on Polarization-Division Multiplexing”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 9, pp. 2000–2007, May 1,2019.
Shanyong Cai, “Turbulence-Resistant All Optical Relaying Based on Few-Mode EDFA in Free-Space Optical Systems”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 9, pp. 2042–2049, May 1,2019.
Dongdong Zou, “Comparison of Bit-Loading DMT and Pre-Equalized DFT-Spread DMT for 2-km Optical Interconnect System”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 10, pp. 2194–2200, May 15,2019.
Yang Chen, “Simultaneous Multi-Frequency Phase-Coded Microwave Signal Generation at Six Different Frequencies Using a DP-BPSK Modulator”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 10, pp. 2293–2299, May 15,2019.
