2020年8月JLT光通信论文评析
发布时间：2020-11-09 20:28:33 热度：2180
光纤在线特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，胡钦政，王壮，杨杰
2020年8月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括电光调制、光纤传输、可见光通信、图形光子学、光纤无线系统等。笔者将逐一评析。
1. 电光调制
复旦大学的Junjie Ding等科研人员设计了一种新型强度调制/直接检测（IM/DD）系统，如图1所示。该系统使用了广义成对优化(PO)算法对几何整形 (GS-32-QAM)信号进行优化，并采用概率折叠整形(PFS)方案生成了概率整形32-QAM(PS-32-QAM)信号。研究人使用IM/DD系统在1 km标准单模光纤上传输32QAM离散傅立叶变换扩展(DFT-S)离散多音信号的数据速率为108.29 Gb /s /λ，采用PS和GS星座映射实现了0.6 dB和0.9 dB接收机灵敏度增益的提升。在比特率为69.61Gb /s /λ时，与uniform 32-QAM DMT信号相比，PS-32-QAMDM信号的接收机灵敏度增益为0.5 dB，而GS-32-QAM DMT信号的接收灵敏度增益为0.4 dB。研究表明，虽然PS-32QAM信号在高信噪比情况下获得了比GS-32-QAM更好的接收机灵敏度增益，但在低信噪比情况下，GS-32-QAM信号的收发性能优于PS-32-QAM信号[1]。
图1系统实验装置
2. 光纤传输
马来西亚多媒体大学的Khaled A. Alaghbari等研究人员研制了一种迭代软判决反馈（ISDF）均衡器，处理过程如图2所示。传统的FBMC/OQAM系统中使用单抽头的迫零均衡器无法完全消除光纤中色散（CD）引起的码间干扰（ISI）；残留ISI和载波间干扰（ICI）对系统性能产生了很大影响。研究人员考虑不同步长设计了新的ISDF N-tap抽头频率采样（FS）均衡器，以减轻残余ISI和ICI的负面影响，并在性能和复杂度之间进行更好的权衡。研究表明，与单抽头均衡器相比，该方案能更有效抑制干扰，而且ISDF均衡器的反馈分支可以进一步用来补偿光纤的非线性效应[2]。
图2均衡处理过程
3. 可见光通信
美国佛罗里达大学Pooya Nabavi等科研人员设计了一种大探测面积的可见光通信（VLC）接收机；该接收机具有宽视场，抗阻塞，接收信号稳定等应用优势。由于接收机中包含多光子探测器阵列和多级放大器，所以可实现高速可见光数据信号传输。考虑到接收器阵列可以与移动设备表面形状进行共形布置，科研人员测试了VLC系统在振动环境中的性能，分析了运动和宽视场特性引起的延迟扩展效应；基于时间和空间接收分集的多符号检测技术采用实际数据传输对其性能进行了评估。研究表明，如图3所示，该接收机可在7.1m的通信范围内，探测比特率为20mbps的信号，具有广阔的实用前景[3]。
图3 VLC系统 (a)接收机 (b)发射机
4. 图形光子学
荷兰根特大学Xiangfeng Chen等科研人员设计了可重构光子网格电路的图形表示方式，如图4所示；此方式将波导网状电路抽象成图形以突出连通性和拓扑结构，具体而言是将光端口模型化为节点，将连接性能指标合并到边属性中。对于可调耦合器，采用了三种图形表示形式来对光传输进行建模，并创建了六角形网格来表示电路图；同时遵守波导电路的物理特性。研究表明，具有8个人工节点的有向图在求解包含反馈路径的光信号传输分布过程中表征最佳；利用图论中发展的大量现有算法来编程光子网格可为复杂可重构光子电路的设计和编程提供了一种系统构思策略[4]。
[center][b]
图4可编程光路示意图
5. 光纤无线系统
美国乔治亚理工学Rui Zhang等科研人员设计了一种新型自适应熵分配方案，如图5所示。科研人员使用修正的pre-FEC阈值，对光纤前传毫米波模拟无线传输中的自适应熵分配方案进行了实验研究；通过将子载波分组为PS单元并使用相同QAM阶数，可以减少数据帧长度和数字信号处理复杂度。该方案既无需动态调整FEC编码速率，也无需进行带宽重构；在频率选择性衰落信道中，PS单元之间可实现高达2.5dB的功率裕度和平滑pre-FEC性能。研究表明，该方案在相同信息传输速率的系统中可表现出更优异的收发性能增益[5]。
图5适应熵分配实验装置
参考文献
[1] J. Ding, J. Zhang, Y. Wei, F. Zhao, C. Li and J. Yu, "Comparison of Geometrically Shaped 32-QAM and Probabilistically Shaped
32-QAM in a Bandwidth-Limited IM-DD System," in Journal of Lightwave Technology, vol. 38, no. 16, pp. 4352-4358, 15 Aug.15, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.2992114.
[2] K. A. Alaghbari, H. Lim and T. Eltaif, "Compensation of Chromatic Dispersion and Nonlinear Phase Noise Using Iterative Soft
Decision Feedback Equalizer for Coherent Optical FBMC/OQAM Systems," in Journal of Lightwave Technology, vol. 38, no. 15, pp.
3839-3849, 1 Aug.1, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.2981481.
[3] P. Nabavi and M. Yuksel, "Comprehensive Design and Prototype of VLC Receivers With Large Detection Areas," in Journal of
Lightwave Technology, vol. 38, no. 16, pp. 4187-4204, 15 Aug.15, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.2985951.
[4] X. Chen, P. Stroobant, M. Pickavet and W. Bogaerts, "Graph Representations for Programmable Photonic Circuits," in Journal of
Lightwave Technology, vol. 38, no. 15, pp. 4009-4018, 1 Aug.1, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.2984990.
[5] R. Zhang, Y. Chen, W. Mou and G. Chang, "Rate Redundancy and Entropy Allocation for PAS-OFDM Based Mobile Fronthaul,"
in Journal of Lightwave Technology, vol. 38, no. 16, pp. 4260-4269, 15 Aug.15, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.2988163.
2020年8月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括电光调制、光纤传输、可见光通信、图形光子学、光纤无线系统等。笔者将逐一评析。
1. 电光调制
复旦大学的Junjie Ding等科研人员设计了一种新型强度调制/直接检测（IM/DD）系统，如图1所示。该系统使用了广义成对优化(PO)算法对几何整形 (GS-32-QAM)信号进行优化，并采用概率折叠整形(PFS)方案生成了概率整形32-QAM(PS-32-QAM)信号。研究人使用IM/DD系统在1 km标准单模光纤上传输32QAM离散傅立叶变换扩展(DFT-S)离散多音信号的数据速率为108.29 Gb /s /λ，采用PS和GS星座映射实现了0.6 dB和0.9 dB接收机灵敏度增益的提升。在比特率为69.61Gb /s /λ时，与uniform 32-QAM DMT信号相比，PS-32-QAMDM信号的接收机灵敏度增益为0.5 dB，而GS-32-QAM DMT信号的接收灵敏度增益为0.4 dB。研究表明，虽然PS-32QAM信号在高信噪比情况下获得了比GS-32-QAM更好的接收机灵敏度增益，但在低信噪比情况下，GS-32-QAM信号的收发性能优于PS-32-QAM信号[1]。
图1系统实验装置
2. 光纤传输
马来西亚多媒体大学的Khaled A. Alaghbari等研究人员研制了一种迭代软判决反馈（ISDF）均衡器，处理过程如图2所示。传统的FBMC/OQAM系统中使用单抽头的迫零均衡器无法完全消除光纤中色散（CD）引起的码间干扰（ISI）；残留ISI和载波间干扰（ICI）对系统性能产生了很大影响。研究人员考虑不同步长设计了新的ISDF N-tap抽头频率采样（FS）均衡器，以减轻残余ISI和ICI的负面影响，并在性能和复杂度之间进行更好的权衡。研究表明，与单抽头均衡器相比，该方案能更有效抑制干扰，而且ISDF均衡器的反馈分支可以进一步用来补偿光纤的非线性效应[2]。
图2均衡处理过程
3. 可见光通信
美国佛罗里达大学Pooya Nabavi等科研人员设计了一种大探测面积的可见光通信（VLC）接收机；该接收机具有宽视场，抗阻塞，接收信号稳定等应用优势。由于接收机中包含多光子探测器阵列和多级放大器，所以可实现高速可见光数据信号传输。考虑到接收器阵列可以与移动设备表面形状进行共形布置，科研人员测试了VLC系统在振动环境中的性能，分析了运动和宽视场特性引起的延迟扩展效应；基于时间和空间接收分集的多符号检测技术采用实际数据传输对其性能进行了评估。研究表明，如图3所示，该接收机可在7.1m的通信范围内，探测比特率为20mbps的信号，具有广阔的实用前景[3]。
图3 VLC系统 (a)接收机 (b)发射机
4. 图形光子学
荷兰根特大学Xiangfeng Chen等科研人员设计了可重构光子网格电路的图形表示方式，如图4所示；此方式将波导网状电路抽象成图形以突出连通性和拓扑结构，具体而言是将光端口模型化为节点，将连接性能指标合并到边属性中。对于可调耦合器，采用了三种图形表示形式来对光传输进行建模，并创建了六角形网格来表示电路图；同时遵守波导电路的物理特性。研究表明，具有8个人工节点的有向图在求解包含反馈路径的光信号传输分布过程中表征最佳；利用图论中发展的大量现有算法来编程光子网格可为复杂可重构光子电路的设计和编程提供了一种系统构思策略[4]。
[center][b]
图4可编程光路示意图
5. 光纤无线系统
美国乔治亚理工学Rui Zhang等科研人员设计了一种新型自适应熵分配方案，如图5所示。科研人员使用修正的pre-FEC阈值，对光纤前传毫米波模拟无线传输中的自适应熵分配方案进行了实验研究；通过将子载波分组为PS单元并使用相同QAM阶数，可以减少数据帧长度和数字信号处理复杂度。该方案既无需动态调整FEC编码速率，也无需进行带宽重构；在频率选择性衰落信道中，PS单元之间可实现高达2.5dB的功率裕度和平滑pre-FEC性能。研究表明，该方案在相同信息传输速率的系统中可表现出更优异的收发性能增益[5]。
图5适应熵分配实验装置
参考文献
[1] J. Ding, J. Zhang, Y. Wei, F. Zhao, C. Li and J. Yu, "Comparison of Geometrically Shaped 32-QAM and Probabilistically Shaped
32-QAM in a Bandwidth-Limited IM-DD System," in Journal of Lightwave Technology, vol. 38, no. 16, pp. 4352-4358, 15 Aug.15, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.2992114.
[2] K. A. Alaghbari, H. Lim and T. Eltaif, "Compensation of Chromatic Dispersion and Nonlinear Phase Noise Using Iterative Soft
Decision Feedback Equalizer for Coherent Optical FBMC/OQAM Systems," in Journal of Lightwave Technology, vol. 38, no. 15, pp.
3839-3849, 1 Aug.1, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.2981481.
[3] P. Nabavi and M. Yuksel, "Comprehensive Design and Prototype of VLC Receivers With Large Detection Areas," in Journal of
Lightwave Technology, vol. 38, no. 16, pp. 4187-4204, 15 Aug.15, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.2985951.
[4] X. Chen, P. Stroobant, M. Pickavet and W. Bogaerts, "Graph Representations for Programmable Photonic Circuits," in Journal of
Lightwave Technology, vol. 38, no. 15, pp. 4009-4018, 1 Aug.1, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.2984990.
[5] R. Zhang, Y. Chen, W. Mou and G. Chang, "Rate Redundancy and Entropy Allocation for PAS-OFDM Based Mobile Fronthaul,"
in Journal of Lightwave Technology, vol. 38, no. 16, pp. 4260-4269, 15 Aug.15, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.2988163.
