2020年4月JLT光通信论文评析
发布时间：2020-05-12 22:38:13 热度：1954
光纤在线特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，龙颖，胡钦政，王壮，杨杰
5/12/2020，光纤在线讯，2020年4月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括无线光通信技术、编码技术、MIMO-VLC系统、强度调制-直接检测和硅光子学等。笔者将逐一评析。
1. 无线光通信技术
在5G网络中，基于多芯光纤的光纤无线传输架构来传输相控阵天线的毫米波信号具有一定的研究价值。毫米波信号经过光实时延迟网络施加的相移，能产生无偏斜光束；不经过补偿的相移光信号经过多芯光纤会由于芯间静态偏斜导致辐射方向改变，如图1所示。来自雅典大学的科研人员通过理论分析量化MCF偏斜效应，分析了模拟RoF波束成形中进行MCF静态偏斜补偿的有效方法，并计算了残余未补偿偏斜对频率响应和阵列因子的影响；实际应用中，可以无需完全均衡传输路径的长度，从而降低了功率损耗和复杂性。研究表明，无论偏斜分布如何，都可以针对均方根偏斜延迟来估计频率响应[1]。
图1传输模型
2. 编码技术
丹麦科研人员设计了一种低复杂度的基于速率自适应概率整形比特交织编码调制技术的传输系统，并实验评估了10信道波分复用双极化相干传输系统中光信号的收发性能（8 GBaud /信道），如图2所示。研究人员使用极坐标码中的多对一星座整形来获得极坐标码以提供约0.55dB的整形增益，并通过改变极性码中的信息位数来实现速率自适应过程，实现了提供了1.7dB的整形增益。此方法可以不改变调制格式和底层信道码并同时提升光信号收发性能，而且不需要额外硬件来实现速率自适应过程，高阶调制格式和波特率也可直接实现。与均匀极性码应用相比，可实现最大传输距离增加200公里[2]。
图2实验装置
3. MIMO-VLC系统
在2×2 MIMO-VLC系统中，上海理工大学的科研人员设计了一种叠加奇数阶32QAM星座图信号的收发方案，如图3所示。在实验中，4QAM信号和正方形8QAM信号分别从两个LED中发射，在接收机中进行空间多路复用后得到一个正方形32QAM信号。由于信道矩阵不满秩，高信道相关性导致在传统空间复用（SMP）系统中很难检测到MIMO信号。研究人员基于叠加星座图技术实现了简单的星座图解映射来支持MIMO-VLC系统中的检测过程。考虑LED的非线性应用特性，采用方形8QAM星座可以降低发射端的峰均功率比(PAPR)，使接收端的最大欧几里得度量比(MED)优于传统8QAM星座图，并可以同时获得复用增益和接收分集增益。研究人员在不同驱动峰峰值电压(Vpps)和通道增益条件下对系统性能进行了评估。实验表明，与传统的非几何形状8QAM信号传输相比，驱动Vpp的动态范围可以从0.3V提高到0.6V，验证了该系统应用的优越性[3]。
图3系统框图与实验装置
4. 强度调制-直接检测
上海交通大学的科研人员设计了一种光子模拟数模转换器（PA-DAC），以突破强度调制和直接检测（IM-DD）系统中发射机的带宽限制，如图4所示。通过使用该方法，可以充分利用接收机设备的带宽，避免了高数据传输速率电信号中的非线性失真效应。实验结果表明，通过线性均衡，可以成功产生并检测到120GBaud的PAM-4和PAM-6信号，且误码率（BER）分别低于6.25％-OH HD-FEC和20％OH SD-FEC的门限值[4]。
图4实验装置与DSP处理过程
5. 硅光子学
上海交通大学的科研人员设计了一种新型集成的硅基双并联Mach-Zehnder调制器，如图5所示。应用该调制器后，成功生成了三种典型的微波脉冲，包括正弦形奈奎斯特脉冲，三角脉冲和高斯脉冲，如图6、7、8所示；该调制器还支持以可调重复频率进行多波长操作，所产生的脉冲信号的均方根误差低于4％。研究人员演示了利用改类硅调制器生成微波脉冲的高可调性，并指出集成该类硅基芯片可以产生光通信和集成微波光子学系统中所需的脉冲序列信号[5]。
图5实验装置
图6奈奎斯特脉冲及电谱
图7三角脉冲及电谱
图8高斯脉冲及电谱
参考文献：[/i]
[1]. Thomas Nikas , Evangelos Pikasis, “Compensation of Multicore Fiber Skew Effects for Radio Over Fiber mmWave
Antenna Beamforming”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 38, no. 7, pp.1644-1650, APRIL 1, 2020.
[2]. Shajeel Iqbal , Pawel M. Kaminski ,.” Probabilistically Shaped Rate-Adaptive Polar-Coded 256-QAM WDM Optical
Transmission System” [J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 38, no. 7, pp.1800-1808, APRIL 1, 2020.
[3]. Xinyue Guo, Nan Chi.” Superposed 32QAM Constellation Design for 2 × 2Spatial Multiplexing MIMO VLC Systems” [J],
IEEE J. Lightw. Technol., vol. 38, no. 7, pp.1702-1711, APRIL 1, 2020.
[4]. Haiyun Xin , Deming Kong .” 120 GBaud PAM-4/PAM-6 Generation and Detection byPhotonic Aided Digital-to-Analog
Converter and Linear Equalization” [J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 38, no. 8, pp.2226-2230, APRIL 15, 2020.
[5]. Siqi Liu , KanWu ,” Microwave Pulse Generation With a Silicon Dual-Parallel Modulator” [J], IEEE J. Lightw. Technol.,
vol. 38, no. 8, pp.2134-2143, APRIL 15, 2020.
5/12/2020，光纤在线讯，2020年4月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括无线光通信技术、编码技术、MIMO-VLC系统、强度调制-直接检测和硅光子学等。笔者将逐一评析。
1. 无线光通信技术
在5G网络中，基于多芯光纤的光纤无线传输架构来传输相控阵天线的毫米波信号具有一定的研究价值。毫米波信号经过光实时延迟网络施加的相移，能产生无偏斜光束；不经过补偿的相移光信号经过多芯光纤会由于芯间静态偏斜导致辐射方向改变，如图1所示。来自雅典大学的科研人员通过理论分析量化MCF偏斜效应，分析了模拟RoF波束成形中进行MCF静态偏斜补偿的有效方法，并计算了残余未补偿偏斜对频率响应和阵列因子的影响；实际应用中，可以无需完全均衡传输路径的长度，从而降低了功率损耗和复杂性。研究表明，无论偏斜分布如何，都可以针对均方根偏斜延迟来估计频率响应[1]。
图1传输模型
2. 编码技术
丹麦科研人员设计了一种低复杂度的基于速率自适应概率整形比特交织编码调制技术的传输系统，并实验评估了10信道波分复用双极化相干传输系统中光信号的收发性能（8 GBaud /信道），如图2所示。研究人员使用极坐标码中的多对一星座整形来获得极坐标码以提供约0.55dB的整形增益，并通过改变极性码中的信息位数来实现速率自适应过程，实现了提供了1.7dB的整形增益。此方法可以不改变调制格式和底层信道码并同时提升光信号收发性能，而且不需要额外硬件来实现速率自适应过程，高阶调制格式和波特率也可直接实现。与均匀极性码应用相比，可实现最大传输距离增加200公里[2]。
图2实验装置
3. MIMO-VLC系统
在2×2 MIMO-VLC系统中，上海理工大学的科研人员设计了一种叠加奇数阶32QAM星座图信号的收发方案，如图3所示。在实验中，4QAM信号和正方形8QAM信号分别从两个LED中发射，在接收机中进行空间多路复用后得到一个正方形32QAM信号。由于信道矩阵不满秩，高信道相关性导致在传统空间复用（SMP）系统中很难检测到MIMO信号。研究人员基于叠加星座图技术实现了简单的星座图解映射来支持MIMO-VLC系统中的检测过程。考虑LED的非线性应用特性，采用方形8QAM星座可以降低发射端的峰均功率比(PAPR)，使接收端的最大欧几里得度量比(MED)优于传统8QAM星座图，并可以同时获得复用增益和接收分集增益。研究人员在不同驱动峰峰值电压(Vpps)和通道增益条件下对系统性能进行了评估。实验表明，与传统的非几何形状8QAM信号传输相比，驱动Vpp的动态范围可以从0.3V提高到0.6V，验证了该系统应用的优越性[3]。
图3系统框图与实验装置
4. 强度调制-直接检测
上海交通大学的科研人员设计了一种光子模拟数模转换器（PA-DAC），以突破强度调制和直接检测（IM-DD）系统中发射机的带宽限制，如图4所示。通过使用该方法，可以充分利用接收机设备的带宽，避免了高数据传输速率电信号中的非线性失真效应。实验结果表明，通过线性均衡，可以成功产生并检测到120GBaud的PAM-4和PAM-6信号，且误码率（BER）分别低于6.25％-OH HD-FEC和20％OH SD-FEC的门限值[4]。
图4实验装置与DSP处理过程
5. 硅光子学
上海交通大学的科研人员设计了一种新型集成的硅基双并联Mach-Zehnder调制器，如图5所示。应用该调制器后，成功生成了三种典型的微波脉冲，包括正弦形奈奎斯特脉冲，三角脉冲和高斯脉冲，如图6、7、8所示；该调制器还支持以可调重复频率进行多波长操作，所产生的脉冲信号的均方根误差低于4％。研究人员演示了利用改类硅调制器生成微波脉冲的高可调性，并指出集成该类硅基芯片可以产生光通信和集成微波光子学系统中所需的脉冲序列信号[5]。
图5实验装置
图6奈奎斯特脉冲及电谱
图7三角脉冲及电谱
图8高斯脉冲及电谱
参考文献：[/i]
[1]. Thomas Nikas , Evangelos Pikasis, “Compensation of Multicore Fiber Skew Effects for Radio Over Fiber mmWave
Antenna Beamforming”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 38, no. 7, pp.1644-1650, APRIL 1, 2020.
[2]. Shajeel Iqbal , Pawel M. Kaminski ,.” Probabilistically Shaped Rate-Adaptive Polar-Coded 256-QAM WDM Optical
Transmission System” [J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 38, no. 7, pp.1800-1808, APRIL 1, 2020.
[3]. Xinyue Guo, Nan Chi.” Superposed 32QAM Constellation Design for 2 × 2Spatial Multiplexing MIMO VLC Systems” [J],
IEEE J. Lightw. Technol., vol. 38, no. 7, pp.1702-1711, APRIL 1, 2020.
[4]. Haiyun Xin , Deming Kong .” 120 GBaud PAM-4/PAM-6 Generation and Detection byPhotonic Aided Digital-to-Analog
Converter and Linear Equalization” [J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 38, no. 8, pp.2226-2230, APRIL 15, 2020.
[5]. Siqi Liu , KanWu ,” Microwave Pulse Generation With a Silicon Dual-Parallel Modulator” [J], IEEE J. Lightw. Technol.,
vol. 38, no. 8, pp.2134-2143, APRIL 15, 2020.
