2021年12月PTL光通信论文评析
发布时间：2022-01-18 09:57:16 热度：1575
1/18/2022，光纤在线讯，光纤在线特约编辑：邵宇丰，王安蓉，田青，于妮，杨骐铭，伊林芳，左仁杰，李冲，袁杰，李彦霖，刘栓凡，陈鹏。
2021年12月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：无源光网络、室内无线光通信、可调变频器、IM-DD系统、光载无线通信、电光调制等，笔者将逐一评析。
1、无源光网络
南京信息工程大学的Yibin Wan等研究人员采用混沌集分区选择映射（SP-SLM）方案设计了一种的正交频分复用波分复用无源光网络（OFDM-WDM-PON）系统，如图1所示。在OFDM信号调制的过程中，采用三维混沌系统实现峰均功率比（PAPR）降低与混沌加密，以提高系统收发性能。实验结果表明，在互补累计分布函数值为10-4时，采用SP-SLM后OFDM信号的PAPR降低了4dB；在误码率为10-3时，接收机灵敏度提高了1.1dB，光纤非线性容限增强了1dB[1]，有效提高了系统的频谱效率。此外，该方案的密钥空间可达1098，能有效防范非法攻击者。
2、室内无线光通信
澳大利亚皇家墨尔本理工大学的Ke Wang等研究人员设计了一种融合空间调制（SM）和空间复用（SMUX）的滤波增强型室内无线光通信（OWC）系统；他们通过多信号并行传输提高了数据传输速率，如图2所示。实验证明，使用4个发射机在2.5GBaud/s的符号速率下，可实现高达35Gb/s的传输速率；与传统方案相比，传输速率提高了一倍，误码率提降低了两个数量级以上[2]。该方案在并行数据流中支持灵活调制格式配置；但由于信道延迟的增加，滤波器的正交性降低，会导致多信道间干扰发生；因此信道延迟需要进一步研究。
3、可调变频器
北京交通大学的Qi Ding等研究人员采用光电振荡器（OEO）设计了一种宽带可调变频器，如图3所示；他们采用两个偏振复用双平行马赫增德尔调制器（DPMZMs）构成双偏振正交移相键控（DP-QPSK）调制器；其中， DPMZM上层接收输入射频信号，下层用于构建OEO以产生高纯度本振（LO）信号。研究证明，在偏移频率为10kHz时，LO信号的相位噪声为-110dBc/Hz，且7.6GHz射频（RF）信号可以转换为不同的中频（IF）信号，并支持将中心频率为6.5GHz的1Gbit/s NRZ信号下变频为基带信号[3]。综上所述，该器件具有应用灵活性，在雷达和RoF系统中有潜在的应用价值。
4、IM-DD系统
湖南师范大学的Ming Chen等研究人员设计了一种面向强度调制和直接检测（IMDD）系统的偏移正交幅度滤波多载波（FBMC/OQAM）调制方案，如图4所示。研究人员采用4类预编码技术（离散傅里叶变换（DFT）、正交循环矩阵变换（OCT）、恒幅零自相关（CAZAC）和Walsh-Hadamard变换（WHT）），在20km光纤上实现了FBMC/OQAM和OFDM/QAM信号的传输[4]。研究结果表明，在收发平均功率约束条件下上述4类预编码技术均提高了接收机性能（误码率为3.8e-3时，接收机灵敏度提高了约2dB）；并且预编码FBMC/OQAM信号在带外频谱/功率泄漏、传输速率、峰均比、定时偏差、信噪比均衡等性能指标方面均优于预编码OFDM/QAM信号。
5、光载无线通信
西班牙加泰罗尼亚理工大学的Miquel Masanas等研究人员采用相干超密集波分复用（UD-WDM）技术设计了一种光载无线通信（RoF）前传系统，他们应用了双电吸收调制激光器（D-EML）和相位噪声鲁棒接收器，在天线发射端采用光学单边带全载波（SSB-FC）调制技术驱动D-EML；在接收端采用一个相干光外差探测技术实现多路UD-WDM信号接收，如图5所示。研究人员在25公里标准单模光纤上成功传输了QPSK信号，并测得在BER=10-3、数据传输速率为100Mbit/s和1Gbit/s时，接收机灵敏度分别为-46dBm（线宽（）=300kHz、符号周期（Tb）=1.2%）和-38dBm（=15MHz、Tb=3%）[5]。研究证明，该方案能在一定程度上有效克服相位噪声、群速度色散和非线性等的负面效应影响和提升系统容量及功率预算，在未来多路复用光通信领域中具有潜在应用前景。
6、电光调制
新加坡国立大学的Guanyu Chen等研究人员采用铌酸锂薄膜（LNTF）设计了一种垂直结构电光调制器（其波导放置在金属电极的顶部和底部之间，电场与光场完全重叠）。该器件中两个调制臂长度相差800；其中，Y分支用来连接输入和输出波导，如图6所示。研究人员通过增加电极臂长度和采用较低电阻率的金属材料，降低工作偏置电压[6]。研究结果表明，该器件具有8.84pm/V（消光比（ER）大于10dB）的波长调谐效率和3dB左右的插入损耗（IL）（耦合损耗约为6dB）；综上所述，该器件的研制将为集成铌酸锂光子学相关领域的研究工作提供潜在的技术支持。
参考文献：
[1]Y. Wan et al., "PAPR-Degraded Secure OFDM-WDM-PON Based on Chaotic Set-Partitioned SLM," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 24, pp. 1387-1390, 15 Dec.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3120664.
[2]K. Wang and S. Kandeepan, "Filter-Enhanced Spatial Modulation and Multiplexing in Indoor Optical Wireless Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 24, pp. 1479-1482, 15 Dec.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3130912.
[3]Q. Ding et al., "Wideband Tunable Frequency Converter Based on an OEO Using a DP-QPSK Modulator," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 24, pp. 1491-1494, 15 Dec.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3130190.
[4]M. Chen et al., "Precoding-Enabled FBMC/OQAM for Short-Reach IMDD Transmission," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 23, pp. 1305-1308, 1 Dec.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3118838.
[5]M. Masanas, J. Tabares and J. Prat, "Coherent UD-WDM RoF Fronthaul Network With D-EML Transmitter and Phase-Noise Robust Receiver," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 23, pp. 1281-1284, 1 Dec.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3117436.
[6]G. Chen, H. -L. Lin, J. D. Ng and A. J. Danner, "Integrated Electro-Optic Modulator in Z-Cut Lithium Niobate Thin Film With Vertical Structure," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 23, pp. 1285-1288, 1 Dec.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3114993.
2021年12月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：无源光网络、室内无线光通信、可调变频器、IM-DD系统、光载无线通信、电光调制等，笔者将逐一评析。
1、无源光网络
南京信息工程大学的Yibin Wan等研究人员采用混沌集分区选择映射（SP-SLM）方案设计了一种的正交频分复用波分复用无源光网络（OFDM-WDM-PON）系统，如图1所示。在OFDM信号调制的过程中，采用三维混沌系统实现峰均功率比（PAPR）降低与混沌加密，以提高系统收发性能。实验结果表明，在互补累计分布函数值为10-4时，采用SP-SLM后OFDM信号的PAPR降低了4dB；在误码率为10-3时，接收机灵敏度提高了1.1dB，光纤非线性容限增强了1dB[1]，有效提高了系统的频谱效率。此外，该方案的密钥空间可达1098，能有效防范非法攻击者。
2、室内无线光通信
澳大利亚皇家墨尔本理工大学的Ke Wang等研究人员设计了一种融合空间调制（SM）和空间复用（SMUX）的滤波增强型室内无线光通信（OWC）系统；他们通过多信号并行传输提高了数据传输速率，如图2所示。实验证明，使用4个发射机在2.5GBaud/s的符号速率下，可实现高达35Gb/s的传输速率；与传统方案相比，传输速率提高了一倍，误码率提降低了两个数量级以上[2]。该方案在并行数据流中支持灵活调制格式配置；但由于信道延迟的增加，滤波器的正交性降低，会导致多信道间干扰发生；因此信道延迟需要进一步研究。
3、可调变频器
北京交通大学的Qi Ding等研究人员采用光电振荡器（OEO）设计了一种宽带可调变频器，如图3所示；他们采用两个偏振复用双平行马赫增德尔调制器（DPMZMs）构成双偏振正交移相键控（DP-QPSK）调制器；其中， DPMZM上层接收输入射频信号，下层用于构建OEO以产生高纯度本振（LO）信号。研究证明，在偏移频率为10kHz时，LO信号的相位噪声为-110dBc/Hz，且7.6GHz射频（RF）信号可以转换为不同的中频（IF）信号，并支持将中心频率为6.5GHz的1Gbit/s NRZ信号下变频为基带信号[3]。综上所述，该器件具有应用灵活性，在雷达和RoF系统中有潜在的应用价值。
4、IM-DD系统
湖南师范大学的Ming Chen等研究人员设计了一种面向强度调制和直接检测（IMDD）系统的偏移正交幅度滤波多载波（FBMC/OQAM）调制方案，如图4所示。研究人员采用4类预编码技术（离散傅里叶变换（DFT）、正交循环矩阵变换（OCT）、恒幅零自相关（CAZAC）和Walsh-Hadamard变换（WHT）），在20km光纤上实现了FBMC/OQAM和OFDM/QAM信号的传输[4]。研究结果表明，在收发平均功率约束条件下上述4类预编码技术均提高了接收机性能（误码率为3.8e-3时，接收机灵敏度提高了约2dB）；并且预编码FBMC/OQAM信号在带外频谱/功率泄漏、传输速率、峰均比、定时偏差、信噪比均衡等性能指标方面均优于预编码OFDM/QAM信号。
5、光载无线通信
西班牙加泰罗尼亚理工大学的Miquel Masanas等研究人员采用相干超密集波分复用（UD-WDM）技术设计了一种光载无线通信（RoF）前传系统，他们应用了双电吸收调制激光器（D-EML）和相位噪声鲁棒接收器，在天线发射端采用光学单边带全载波（SSB-FC）调制技术驱动D-EML；在接收端采用一个相干光外差探测技术实现多路UD-WDM信号接收，如图5所示。研究人员在25公里标准单模光纤上成功传输了QPSK信号，并测得在BER=10-3、数据传输速率为100Mbit/s和1Gbit/s时，接收机灵敏度分别为-46dBm（线宽（）=300kHz、符号周期（Tb）=1.2%）和-38dBm（=15MHz、Tb=3%）[5]。研究证明，该方案能在一定程度上有效克服相位噪声、群速度色散和非线性等的负面效应影响和提升系统容量及功率预算，在未来多路复用光通信领域中具有潜在应用前景。
6、电光调制
新加坡国立大学的Guanyu Chen等研究人员采用铌酸锂薄膜（LNTF）设计了一种垂直结构电光调制器（其波导放置在金属电极的顶部和底部之间，电场与光场完全重叠）。该器件中两个调制臂长度相差800；其中，Y分支用来连接输入和输出波导，如图6所示。研究人员通过增加电极臂长度和采用较低电阻率的金属材料，降低工作偏置电压[6]。研究结果表明，该器件具有8.84pm/V（消光比（ER）大于10dB）的波长调谐效率和3dB左右的插入损耗（IL）（耦合损耗约为6dB）；综上所述，该器件的研制将为集成铌酸锂光子学相关领域的研究工作提供潜在的技术支持。
参考文献：
[1]Y. Wan et al., "PAPR-Degraded Secure OFDM-WDM-PON Based on Chaotic Set-Partitioned SLM," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 24, pp. 1387-1390, 15 Dec.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3120664.
[2]K. Wang and S. Kandeepan, "Filter-Enhanced Spatial Modulation and Multiplexing in Indoor Optical Wireless Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 24, pp. 1479-1482, 15 Dec.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3130912.
[3]Q. Ding et al., "Wideband Tunable Frequency Converter Based on an OEO Using a DP-QPSK Modulator," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 24, pp. 1491-1494, 15 Dec.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3130190.
[4]M. Chen et al., "Precoding-Enabled FBMC/OQAM for Short-Reach IMDD Transmission," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 23, pp. 1305-1308, 1 Dec.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3118838.
[5]M. Masanas, J. Tabares and J. Prat, "Coherent UD-WDM RoF Fronthaul Network With D-EML Transmitter and Phase-Noise Robust Receiver," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 23, pp. 1281-1284, 1 Dec.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3117436.
[6]G. Chen, H. -L. Lin, J. D. Ng and A. J. Danner, "Integrated Electro-Optic Modulator in Z-Cut Lithium Niobate Thin Film With Vertical Structure," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 23, pp. 1285-1288, 1 Dec.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3114993.
