2022年5月JLT光通信论文评析
发布时间：2022-06-13 10:30:21 热度：1508
6/13/2022，光纤在线讯，光线在线特约编辑：邵宇丰，王安蓉，伊林芳，杨骐铭，田青，于妮，李冲，刘栓凡，袁杰，左仁杰，李彦霖，陈鹏。
2022年5月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：等离子体马赫曾德尔调制器，光纤传能，光纤前传，可见光通信，IM/DD光传输系统以及太赫兹通信等。笔者将逐一评析。
1.等离子体马赫曾德尔调制器
德国诺基亚贝尔实验室的Qian Hu等研究人员对超宽带等离子体马赫-曾德尔调制器（MZM）在强度调制直接检测（IM/DD）系统中的应用进行了实验探索如图1所示。他们研究了在高符号速率（304GBd）下，两种不同调制格式（8阶脉冲幅度调制（PAM-8）和部分响应编码二进制（多二进制）调制）光信号的传输和收发性能。结果表明：当采用软判决（SD）和硬判决（HD）级联的前向纠错（FEC）编码方案时，支持363.4 Gbit/s的PAM-8信号和279.0 Gbit/s双二进制信号经由10 km普通单模光纤传输；若仅采用HD进行FEC编码，PAM-6信号的净比特率可达318.0 Gbit/s，多二进制信号的净比特率则为277.1 Gbit/s[1]。
2.光纤传能
光纤传能（PWoF）作为采用光纤同时传输数据并提供电力供给的新兴技术，受到研究人员的广泛关注。日本电气通信大学的Motoharu Matsuura对PWoF技术中使用的不同种类光纤基本特性进行了对比，并采用双包层光纤（DCF）对系统性能进行了实验研究，如图2所示。结果表明：相较于传统光纤，DCF的内在结构更适应同时传输高速数据信号并提供电力支持，并实现单光纤对无线通信中的远端天线单元（RAU）供电[2]。综上所述，PWoF技术是融合信息和电力同时传输的有效手段，在未来电信网络建设中具有很大的发展潜力。
3.光纤前传
爱尔兰都柏林城市大学的Devika Dass等研究人员设计了一种适用于大容量无线通信网的光纤前传系统，如图3所示。该方案采用线宽和相对强度噪声（RIN）较低的宽调谐InP-Si3N4混合双激光模块（DLM），实现了波长动态变换及射频载波的灵活分配。他们分析了模拟光载无线通信（A-RoF）系统中5G信号在不同波长（C波段）情况下的传输性能，信号经过10km标准单模光纤和1m无线链路传输后，误差向量幅度（EVM）低至5%。研究人员使用相同的DLM方案通过聚合前传链路传输了5G和WiGig信号（毫米波载波频率范围为55GHz~65GHz）。实验结果表明：5G和WiGig信号传输后的误码率（BER）分别为8.46×10-6和1.11×10-4，EVMs分别为2.4%和6.1%[3]。该方案的设计为未来光载无线接入技术的发展提供了新的参考思路。
4.可见光通信
复旦大学的Yiheng Zhao等研究人员在多输入单输出（MISO）可见光通信（VLC）系统中设计了两种标量叠加编码调制（S-SCM）方案（如图4所示）：概率星座整形的脉冲幅度调制（PCS-PAM）方案和均匀正交幅度调制（QAM）的脉冲幅度调制（REG-PAM）方案。研究人员在MISO-VLC系统中将上述方案与二维SCM（2D-SCM）方案进行了比较分析。结果表明：采用S-SCM方案的系统其传输性能优于采用2D-SCM方案的系统；在3.8×10-3前向纠错（FEC）阈值下，采用S-SCM方案的MISO-VLC系统传输速率高达2.385Gbps[4]。上述研究方案的实现，将为未来可见光通信系统的发展提供可行选择。
5.IM/DD光传输系统
北京邮电大学的Shuangyue Liu等研究人员设计了一种采用迭代子载波干扰（ICI）消除算法的非正交离散多音频调制（NO-DMT）方案，可降低因带宽压缩过程引起的ICI影响，并提升带限强度调制直接检测（IM/DD）系统的传输性能。在50 Gbit/s IM/DD系统中，他们采用10G-class光学器件验证了方案可行性，如图5所示。研究结果表明：10dB带宽约为10 GHz时，支持波长1370 nm的信号经由20km普通单模光纤（SSMF）传输；由于迭代ICI消除算法对高频失真具有一定鲁棒性，误码率为1.0×10-2时NO-DMT系统中接收机灵敏度比DMT系统高3 dB；同时NO-DMT方案中的自适应比特功率加载算法（ABPL）使接收机灵敏度提升6 dB左右[5]。因此，该方案在带限IM/DD传输系统中具有潜在应用价值。
6.太赫兹通信
韩国电子通信研究院的Hae Young Rha等研究人员为缓解太赫兹通信系统中，因相位噪声和载波频率偏移（CFO）引起的传输性能下降问题，设计了一种相位估计数字信号处理（DSP）算法。该算法中包含两个相位估计过程，即在避免循环滑移的同时最小化了平均相位估计误差，可降低误码率。研究人员在0.3 THz无线传输系统中对上述算法进行了研究，如图6所示。结果表明，采用上述算法后，30 GBaud16阶正交幅度调制（16-QAM）信号的误码率从8.8×10-3降低至3.6×10-3，并实现了宽范围（-5GHz~5GHz）CFO恢复[6]。该方案的设计过程为太赫兹无线传输系统的发展提供了新思路。
参考文献：
[1] Q. Hu et al., “Ultrahigh-Net-Bitrate 363 Gbit/s PAM-8 and 279 Gbit/s Polybinary Optical Transmission Using Plasmonic Mach-Zehnder Modulator,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 10, pp. 3338–3346, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3172246.
[2] M. Matsuura, S. Member, and I. Paper, “Power-Over-Fiber Using Double-Clad Fibers,” vol. 40, no. 10, pp. 3187–3196, 2022.
[3] D. Dass, A. Delmade, L. P. Barry, C. G. H. Roeloffzen, D. Geuzebroek, and C. Browning, “Wavelength & mm-wave flexible converged optical fronthaul with a low noise Si-based integrated dual laser source,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 10, pp. 3307–3315, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3169446.
[4] M. V. Light, “Scalar Superposed Coded Modulation in the,” vol. 40, no. 9, pp. 2703–2709, 2022.
[5] S. Liu et al., “Non-Orthogonal DMT Enabled by Iterative ICI Cancellation Algorithm for Bandwidth-Limited IM/DD Optical Systems,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 9, pp. 2799–2806, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3145104.
[6] H. Y. Rha, S. R. Moon, J. K. Lee, and S. H. Cho, “Novel Phase and CFO Estimation DSP for Photonics-Based Sub-Thz Communication,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 9, pp. 2710–2716, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3142347.
2022年5月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：等离子体马赫曾德尔调制器，光纤传能，光纤前传，可见光通信，IM/DD光传输系统以及太赫兹通信等。笔者将逐一评析。
1.等离子体马赫曾德尔调制器
德国诺基亚贝尔实验室的Qian Hu等研究人员对超宽带等离子体马赫-曾德尔调制器（MZM）在强度调制直接检测（IM/DD）系统中的应用进行了实验探索如图1所示。他们研究了在高符号速率（304GBd）下，两种不同调制格式（8阶脉冲幅度调制（PAM-8）和部分响应编码二进制（多二进制）调制）光信号的传输和收发性能。结果表明：当采用软判决（SD）和硬判决（HD）级联的前向纠错（FEC）编码方案时，支持363.4 Gbit/s的PAM-8信号和279.0 Gbit/s双二进制信号经由10 km普通单模光纤传输；若仅采用HD进行FEC编码，PAM-6信号的净比特率可达318.0 Gbit/s，多二进制信号的净比特率则为277.1 Gbit/s[1]。
2.光纤传能
光纤传能（PWoF）作为采用光纤同时传输数据并提供电力供给的新兴技术，受到研究人员的广泛关注。日本电气通信大学的Motoharu Matsuura对PWoF技术中使用的不同种类光纤基本特性进行了对比，并采用双包层光纤（DCF）对系统性能进行了实验研究，如图2所示。结果表明：相较于传统光纤，DCF的内在结构更适应同时传输高速数据信号并提供电力支持，并实现单光纤对无线通信中的远端天线单元（RAU）供电[2]。综上所述，PWoF技术是融合信息和电力同时传输的有效手段，在未来电信网络建设中具有很大的发展潜力。
3.光纤前传
爱尔兰都柏林城市大学的Devika Dass等研究人员设计了一种适用于大容量无线通信网的光纤前传系统，如图3所示。该方案采用线宽和相对强度噪声（RIN）较低的宽调谐InP-Si3N4混合双激光模块（DLM），实现了波长动态变换及射频载波的灵活分配。他们分析了模拟光载无线通信（A-RoF）系统中5G信号在不同波长（C波段）情况下的传输性能，信号经过10km标准单模光纤和1m无线链路传输后，误差向量幅度（EVM）低至5%。研究人员使用相同的DLM方案通过聚合前传链路传输了5G和WiGig信号（毫米波载波频率范围为55GHz~65GHz）。实验结果表明：5G和WiGig信号传输后的误码率（BER）分别为8.46×10-6和1.11×10-4，EVMs分别为2.4%和6.1%[3]。该方案的设计为未来光载无线接入技术的发展提供了新的参考思路。
4.可见光通信
复旦大学的Yiheng Zhao等研究人员在多输入单输出（MISO）可见光通信（VLC）系统中设计了两种标量叠加编码调制（S-SCM）方案（如图4所示）：概率星座整形的脉冲幅度调制（PCS-PAM）方案和均匀正交幅度调制（QAM）的脉冲幅度调制（REG-PAM）方案。研究人员在MISO-VLC系统中将上述方案与二维SCM（2D-SCM）方案进行了比较分析。结果表明：采用S-SCM方案的系统其传输性能优于采用2D-SCM方案的系统；在3.8×10-3前向纠错（FEC）阈值下，采用S-SCM方案的MISO-VLC系统传输速率高达2.385Gbps[4]。上述研究方案的实现，将为未来可见光通信系统的发展提供可行选择。
5.IM/DD光传输系统
北京邮电大学的Shuangyue Liu等研究人员设计了一种采用迭代子载波干扰（ICI）消除算法的非正交离散多音频调制（NO-DMT）方案，可降低因带宽压缩过程引起的ICI影响，并提升带限强度调制直接检测（IM/DD）系统的传输性能。在50 Gbit/s IM/DD系统中，他们采用10G-class光学器件验证了方案可行性，如图5所示。研究结果表明：10dB带宽约为10 GHz时，支持波长1370 nm的信号经由20km普通单模光纤（SSMF）传输；由于迭代ICI消除算法对高频失真具有一定鲁棒性，误码率为1.0×10-2时NO-DMT系统中接收机灵敏度比DMT系统高3 dB；同时NO-DMT方案中的自适应比特功率加载算法（ABPL）使接收机灵敏度提升6 dB左右[5]。因此，该方案在带限IM/DD传输系统中具有潜在应用价值。
6.太赫兹通信
韩国电子通信研究院的Hae Young Rha等研究人员为缓解太赫兹通信系统中，因相位噪声和载波频率偏移（CFO）引起的传输性能下降问题，设计了一种相位估计数字信号处理（DSP）算法。该算法中包含两个相位估计过程，即在避免循环滑移的同时最小化了平均相位估计误差，可降低误码率。研究人员在0.3 THz无线传输系统中对上述算法进行了研究，如图6所示。结果表明，采用上述算法后，30 GBaud16阶正交幅度调制（16-QAM）信号的误码率从8.8×10-3降低至3.6×10-3，并实现了宽范围（-5GHz~5GHz）CFO恢复[6]。该方案的设计过程为太赫兹无线传输系统的发展提供了新思路。
参考文献：
[1] Q. Hu et al., “Ultrahigh-Net-Bitrate 363 Gbit/s PAM-8 and 279 Gbit/s Polybinary Optical Transmission Using Plasmonic Mach-Zehnder Modulator,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 10, pp. 3338–3346, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3172246.
[2] M. Matsuura, S. Member, and I. Paper, “Power-Over-Fiber Using Double-Clad Fibers,” vol. 40, no. 10, pp. 3187–3196, 2022.
[3] D. Dass, A. Delmade, L. P. Barry, C. G. H. Roeloffzen, D. Geuzebroek, and C. Browning, “Wavelength & mm-wave flexible converged optical fronthaul with a low noise Si-based integrated dual laser source,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 10, pp. 3307–3315, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3169446.
[4] M. V. Light, “Scalar Superposed Coded Modulation in the,” vol. 40, no. 9, pp. 2703–2709, 2022.
[5] S. Liu et al., “Non-Orthogonal DMT Enabled by Iterative ICI Cancellation Algorithm for Bandwidth-Limited IM/DD Optical Systems,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 9, pp. 2799–2806, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3145104.
[6] H. Y. Rha, S. R. Moon, J. K. Lee, and S. H. Cho, “Novel Phase and CFO Estimation DSP for Photonics-Based Sub-Thz Communication,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 9, pp. 2710–2716, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3142347.
