2020年11月JLT光通信论文评析
发布时间：2020-12-22 18:26:21 热度：2213
特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，胡钦政，王壮，杨杰，伊林芳，田青，杨琪铭，于妮
12/22/2020，光纤在线讯，2020年11月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括光纤通信系统、自由空间光通信、可见光通信、相干光通信、调制技术等。笔者将逐一评析。
1. 光纤通信系统
加拿大麦吉尔大学的Xue-yang Li等研究人员设计了一种使用高功率单边带发射机（HPSSBT）的C-band无放大器直接检测（DD）系统，该系统由数模转换器（DAC）、马赫曾德尔调制器（MZM）、集成跨阻放大器（PD + TIA）的单端光电二极管、模数转换器（ADC）组成，如图1所示。研究人员分析了光电流再生直流分量、驱动电压和发射功率等关键参数对系统性能的影响，并研究了非线性补偿和信号间拍频干扰（SSBI）抑制对灵敏度的影响。研究结果表明，在低于3.8×的硬判决前向纠错（HD-FEC）阈值下，能支持PAM-4信号经由40km和60km单模光纤（SMF）分别以155.14 Gb/s和104.67 Gb/s的速率进行传输。研究人员还采用概率整形后的多子载波（PS-MSC）信号在40公里SMF上实现176.1 Gb/s速率的传输[1]。
图1采用高功率单边带发射机的传输系统
2. 自由空间光通信
福建工业大学的Xu-Hong Huang等研究人员设计了一种新型双向自由光通信系统（FSO），如图2所示。该系统采用了相位调制（PM）和远程注入锁定分布式反馈激光二极管（DFB-LD）方案；在最佳注入锁定的情况下，DFB-LD适合进行双工收发操作。注入锁定的DFB-LD不仅可以作为带有光探测功能的 PM-to-IM转换器，还可以作为上行光载波生成设备。研究结果表明，在600米自由空间链路范围内该系统可获得清晰的PAM4 / NRZ信号接收眼图，并支持下行相位调制25Gb/s PAM4信号和上行强度调制25Gb/s NRZ基带信号的双向FSO通信过程[2]。
图2新型双向自由光通信系统（FSO）系统
3. 可见光通信
西北工业大学的Jie Lian等研究人员设计了一种多用户可见光通信系统，如图3所示。 研究人员将正交频分多址（OFDMA）技术用于多用户VLC系统中，并使用相邻子载波作为一个通信集合来支持每个用户收发信号，用户终端以较低的采样率进行操作，并应用快速傅立叶变换（FFT）过程来解调信号。研究人员在考虑峰值功率约束的同时，通过最大化用户的最小吞吐量来优化每个用户终端的调制指数，并针对不同场景和系统参数分析了房间中的子载波复用状态；研究人员还研究了不同LED光束宽度下的子载波复用概率。研究结果表明，该方案的平均传输速率达到了未使用子载波复用OFDM传输方案的两倍[3]。
图3 多用户可见光通信系统框图
4. 相干光通信
美国佐治亚理工学院Shuang Yao等研究人员 计了一种概率整形正交幅度调制（PS-QAM）相干光通信系统，如图4所示。研究人员针对PS-QAM信号提出了麦克斯韦-玻尔兹曼/角距离定向（MB / ADD）分布方案，该方案将ADD分布叠加在传统MB分布之上，同时提高了相位噪声容限和信噪比（SNR）。研究人员发现，在相位噪声较大情况下，与MB整形技术比较，MB / ADD整形技术在不插入导频符号的情况下可实现较低的预前向纠错（pre-FEC）误码率（BER）和较高的广义互信息（GMI）范围。 在采用盲相位搜索（BPS）和Viterbi-Viterbi（V＆V）算法进行载波相位估计（CPE）时，则可以提升MB / ADD分布的效率。研究人员还测试了不同整形参数情况下，MB / ADD分布在各类信道条件中的适应能力。当要求生成二维QAM分布与预期二维QAM分布之间的Kullback-Leibler（K-L）散度小于时，MB / ADD整形与MB整形具有相似复杂度[4]。
[center][b]
图4PS-QAM相干光通信系统
5. 调制技术
韩国延世大学的Hyoung Joon Park等研究人员设计了一种新型直接检测(DD)系统，如图5所示；该系统使用了单Mach-Zehnder调制器的三维（3D）正交幅度调制-差分相移键控（QAM-DPSK）技术。其中，3D QAM-DPSK信号通过强度和相位同时调制后进行传输，其中QAM信号通过强度调制进行传输，DPSK信号通过相位调制进行传输。QAM信号的两个维度（相位I和正交相位Q）和DPSK信号的一个维度，共同组成了该信号的3个维度。研究结果表明，3D QAM-DPSK信号与幅移键控-差分相移键控（ASK-DPSK）信号相比，3D QAM-DPSK的误码率（BER）比ASK-DPSK低了100倍，传输容量达到ASK-DPSK的1.5倍；通过采用3D符号映射和高阶调制，还可以进一步增强3D QAM-DPSK信号的收发性能[5]。
图5新型直接检测(DD)系统
参考文献
[1] X. Li, Z. Xing, M. S. Alam, M. E. Mousa-Pasandi, M. Osullivan, and D. V. Plant, “Demonstration of C-Band Amplifier-Free 100 Gb/s/λ
Direct-Detection Links beyond 40-km SMF Using a High-Power SSB Transmitter,” J. Light. Technol., vol. 38, no. 22, pp. 6170–6177, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.3009142.
[2] X. H. Huang, C. Y. Li, H. H. Lu, C. R. Chou, H. M. Hsia, and Y. H. Chen, “A bidirectional FSO communication employing phase
modulation scheme and remotely injection-locked DFB LD,” J. Light. Technol., vol. 38, no. 21, pp. 5883–5892, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.3005714.
[3] L. Zhao, K. Cai, and M. Jiang, “Multiuser Precoded MIMO Visible Light Communication Systems Enabling Spatial Dimming,” J. Light.
Technol., vol. 38, no. 20, pp. 5624–5634, 2020, doi: 10.1109/jlt.2020.3003857.
[4] S. Yao et al., “Flexible Coherent Communication System with Adaptable SNR and Laser Phase Noise Tolerance for Probabilistically
Shaped QAM,” J. Light. Technol., vol. 38, no. 22, pp. 6178–6186, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.3011076.
[5] H. J. Park, I. H. Ha, S. M. Kang, W. H. Shin, and S. K. Han, “3D QAM-DPSK Optical Transmission Employing a Single Mach-Zehnder
Modulator and Optical Direct Detection,” J. Light. Technol., vol. 38, no. 22, pp. 6247–6256, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.3011681.
12/22/2020，光纤在线讯，2020年11月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括光纤通信系统、自由空间光通信、可见光通信、相干光通信、调制技术等。笔者将逐一评析。
1. 光纤通信系统
加拿大麦吉尔大学的Xue-yang Li等研究人员设计了一种使用高功率单边带发射机（HPSSBT）的C-band无放大器直接检测（DD）系统，该系统由数模转换器（DAC）、马赫曾德尔调制器（MZM）、集成跨阻放大器（PD + TIA）的单端光电二极管、模数转换器（ADC）组成，如图1所示。研究人员分析了光电流再生直流分量、驱动电压和发射功率等关键参数对系统性能的影响，并研究了非线性补偿和信号间拍频干扰（SSBI）抑制对灵敏度的影响。研究结果表明，在低于3.8×的硬判决前向纠错（HD-FEC）阈值下，能支持PAM-4信号经由40km和60km单模光纤（SMF）分别以155.14 Gb/s和104.67 Gb/s的速率进行传输。研究人员还采用概率整形后的多子载波（PS-MSC）信号在40公里SMF上实现176.1 Gb/s速率的传输[1]。
图1采用高功率单边带发射机的传输系统
2. 自由空间光通信
福建工业大学的Xu-Hong Huang等研究人员设计了一种新型双向自由光通信系统（FSO），如图2所示。该系统采用了相位调制（PM）和远程注入锁定分布式反馈激光二极管（DFB-LD）方案；在最佳注入锁定的情况下，DFB-LD适合进行双工收发操作。注入锁定的DFB-LD不仅可以作为带有光探测功能的 PM-to-IM转换器，还可以作为上行光载波生成设备。研究结果表明，在600米自由空间链路范围内该系统可获得清晰的PAM4 / NRZ信号接收眼图，并支持下行相位调制25Gb/s PAM4信号和上行强度调制25Gb/s NRZ基带信号的双向FSO通信过程[2]。
图2新型双向自由光通信系统（FSO）系统
3. 可见光通信
西北工业大学的Jie Lian等研究人员设计了一种多用户可见光通信系统，如图3所示。 研究人员将正交频分多址（OFDMA）技术用于多用户VLC系统中，并使用相邻子载波作为一个通信集合来支持每个用户收发信号，用户终端以较低的采样率进行操作，并应用快速傅立叶变换（FFT）过程来解调信号。研究人员在考虑峰值功率约束的同时，通过最大化用户的最小吞吐量来优化每个用户终端的调制指数，并针对不同场景和系统参数分析了房间中的子载波复用状态；研究人员还研究了不同LED光束宽度下的子载波复用概率。研究结果表明，该方案的平均传输速率达到了未使用子载波复用OFDM传输方案的两倍[3]。
图3 多用户可见光通信系统框图
4. 相干光通信
美国佐治亚理工学院Shuang Yao等研究人员 计了一种概率整形正交幅度调制（PS-QAM）相干光通信系统，如图4所示。研究人员针对PS-QAM信号提出了麦克斯韦-玻尔兹曼/角距离定向（MB / ADD）分布方案，该方案将ADD分布叠加在传统MB分布之上，同时提高了相位噪声容限和信噪比（SNR）。研究人员发现，在相位噪声较大情况下，与MB整形技术比较，MB / ADD整形技术在不插入导频符号的情况下可实现较低的预前向纠错（pre-FEC）误码率（BER）和较高的广义互信息（GMI）范围。 在采用盲相位搜索（BPS）和Viterbi-Viterbi（V＆V）算法进行载波相位估计（CPE）时，则可以提升MB / ADD分布的效率。研究人员还测试了不同整形参数情况下，MB / ADD分布在各类信道条件中的适应能力。当要求生成二维QAM分布与预期二维QAM分布之间的Kullback-Leibler（K-L）散度小于时，MB / ADD整形与MB整形具有相似复杂度[4]。
[center][b]
图4PS-QAM相干光通信系统
5. 调制技术
韩国延世大学的Hyoung Joon Park等研究人员设计了一种新型直接检测(DD)系统，如图5所示；该系统使用了单Mach-Zehnder调制器的三维（3D）正交幅度调制-差分相移键控（QAM-DPSK）技术。其中，3D QAM-DPSK信号通过强度和相位同时调制后进行传输，其中QAM信号通过强度调制进行传输，DPSK信号通过相位调制进行传输。QAM信号的两个维度（相位I和正交相位Q）和DPSK信号的一个维度，共同组成了该信号的3个维度。研究结果表明，3D QAM-DPSK信号与幅移键控-差分相移键控（ASK-DPSK）信号相比，3D QAM-DPSK的误码率（BER）比ASK-DPSK低了100倍，传输容量达到ASK-DPSK的1.5倍；通过采用3D符号映射和高阶调制，还可以进一步增强3D QAM-DPSK信号的收发性能[5]。
图5新型直接检测(DD)系统
参考文献
[1] X. Li, Z. Xing, M. S. Alam, M. E. Mousa-Pasandi, M. Osullivan, and D. V. Plant, “Demonstration of C-Band Amplifier-Free 100 Gb/s/λ
Direct-Detection Links beyond 40-km SMF Using a High-Power SSB Transmitter,” J. Light. Technol., vol. 38, no. 22, pp. 6170–6177, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.3009142.
[2] X. H. Huang, C. Y. Li, H. H. Lu, C. R. Chou, H. M. Hsia, and Y. H. Chen, “A bidirectional FSO communication employing phase
modulation scheme and remotely injection-locked DFB LD,” J. Light. Technol., vol. 38, no. 21, pp. 5883–5892, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.3005714.
[3] L. Zhao, K. Cai, and M. Jiang, “Multiuser Precoded MIMO Visible Light Communication Systems Enabling Spatial Dimming,” J. Light.
Technol., vol. 38, no. 20, pp. 5624–5634, 2020, doi: 10.1109/jlt.2020.3003857.
[4] S. Yao et al., “Flexible Coherent Communication System with Adaptable SNR and Laser Phase Noise Tolerance for Probabilistically
Shaped QAM,” J. Light. Technol., vol. 38, no. 22, pp. 6178–6186, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.3011076.
[5] H. J. Park, I. H. Ha, S. M. Kang, W. H. Shin, and S. K. Han, “3D QAM-DPSK Optical Transmission Employing a Single Mach-Zehnder
Modulator and Optical Direct Detection,” J. Light. Technol., vol. 38, no. 22, pp. 6247–6256, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.3011681.
