2021年1月JLT光通信论文评析

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

3/12/2021，光纤在线讯   2021年1月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括自由空间无线光通信、光纤通信、可见光通信、复用技术、编码技术等。笔者将逐一评析。

1.自由空间无线光通信

中国南方科技大学的Guoqing Wang等研究人员设计了一种基于偏振调制的自由空间光无线通信系统（OWC），如图1所示；该系统可克服电光调制器件偏置漂移带来的负面影响，提高数据传输性能。研究人员采用45°倾斜光纤光栅（TFG）作为光纤内偏振器，并采用自由空间光发射器和光束转向器实现了由偏振/相位调制到强度调制的转换和纤内紧凑空间发光和自由空间光束转向等功能（基于光波的衍射特性）。45°TFG与光纤链路兼容，支持高衍射效率（> 93％），能降低光纤链路与相关光电设备之间的耦合损耗。研究结果表明，在2.1 m自由空间内，研究人员使用1.2 GHz带宽的OFDM信号实现了4.8 Gbps的数据传输速率[1]。


图1系统框图

2.光纤通信技术

中国华侨大学的Ze Dong等研究人员设计了采用离散傅立叶变换拓展（DFT-S）离散多音（DMT）的强度调制/直接检测（IM / DD）传输系统，如图2所示。该系统采用低密度奇偶校验（LDPC）编码的概率整形16进制正交幅度（PS-16QAM）调制方案；与经典PS方案（例如算术分布匹配（ADM）和恒定组分分布匹配（CCDM））相比，该采用了比特加权分布匹配（BWDM）算法，具有操作简单，执行率高的应用优势，并具有较低的计算复杂度和硬件配置复杂性。研究人员在2 km标准单模光纤（SSMF）上成功传输了60-GBaud的 PS-16QAM信号，实现了0.407 dB的整形增益和0.53 dB的光接收机功率灵敏度提升[2]。 


图2实验装置

3.可见光通信技术

印度理工学院的Vejandla Kishore等研究人员设计了一种新型可见光通信系统（VLC），如图3所示。该系统采用了直流偏置广义频分复用（DCO-GFDM）的方案，即采用了基于块传输的波形和支持循环旋转的原型滤波器进行脉冲整形。研究人员分析了前端发光二极管（LED）发射器和双边限幅下DCO-GFDM的误码率（BER）性能；在不同偏置条件下，针对不同的原型滤波器，研究了削波对BER性能的影响。研究人员还通过实验验证了使用不同类脉冲DCO-GFDM信号的实时收发性能。研究结果表明，在具有较低滚降系数Dirichlet脉冲时，DCO-GFDM信号的均方根误差矢量幅度（RMS-EVM）和误码特性与DCO-OFDM信号类似，但DCO-GFDM信号在功效、频谱效率及波形生成等方面表现出更优越的应用性能[3]。


图3系统框图

4.复用技术

中国中山大学的Dongdong Zou等研究人员设计了一种脉冲幅度调制（PAM）光通信系统，如图4所示；该系统采用低成本强度调制直接检测（IM-DD）的方案。研究人员采用多平面光转换（MPLC）模式复用器（最大模式串扰小于-20dB）实现了三种线偏振模式的模分复用（MDM）过程，并在20m标准OM2多模光纤（MMF）上以2.01Tb/s（1.84tb/s净速率）成功传输了PAM-6信号，接收信号的误码率低于硬判决前向纠错（HD-FEC）阈值（3.8×10–3）。研究人员使用查找表（LUT）预失真和Volterra非线性均衡器（VNLE）对非线性损伤进行了补偿，与应用线性前向均衡器（FFE）方案相比，采用LUT和VNLE技术分别提高了0.3dB和1dB的接收机灵敏度，在IM-DD-MDM系统中光信号的传输速率达到了167.5Gb/s[4]。


图4系统框图

5.编码技术

德国慕尼黑工业大学的Thomas Wiegart等研究人员设计了一种新型强度调制直接检测（IM/DD）光传输系统，如图5所示。针对链路的概率整形问题，研究人员提出了调节调制器的有限消光比（ER）对峰值功率进行约束的方案。在对脉冲幅度调制（PAM）信号的输入过程进行了分布优化后，短距离的传输链路无需使用光放大器以及色散补偿。此外，峰值功率约束条件下，信号输入分布具有对称性，可直接应用概率幅度整形（PAS）技术实现最佳信号输入过程。研究人员通过对背靠背（B2B）和光纤传输后的过程进行了数值模拟验证，仿真研究表明，在1bpcu的频谱效率下（符号速率在8Gbaud和32Gbaud之间），整形后的信号传输速率可达到1.5Gbaud [5]。


图5实验设置

参考文献
[1] G. Wang et al., "Stable and Highly Efficient Free-Space Optical Wireless Communication System Based on Polarization Modulation and In-Fiber Diffraction," in Journal of Lightwave Technology, vol. 39, no. 1, pp. 83-90, 1 Jan.1, 2021, doi: 10.1109/JLT.2020.3027343.

[2] Z. Dong, Y. Chen, D. Zou, X. Zhao, L. Zhou and F. Li, "DMT Transmission in Short-Reach Optical Interconnection Employing a Novel Bit-Class Probabilistic Shaping Scheme," in Journal of Lightwave Technology, vol. 39, no. 1, pp. 98-104, 1 Jan.1, 2021, doi: 10.1109/JLT.2020.3025449.

[3] V. Kishore, S. P. Valluri, V. M. Vakamulla, M. Sellathurai, A. Kumar and T. Ratnarajah, "Performance Analysis Under Double Sided Clipping and Real Time Implementation of DCO-GFDM in VLC Systems," in Journal of Lightwave Technology, vol. 39, no. 1, pp. 33-41, 1 Jan.1, 2021, doi: 10.1109/JLT.2020.3026381.

[4] D. Zou et al., "Beyond 1.6 Tb/s Net Rate PAM Signal Transmission for Rack-Rack Optical Interconnects With Mode and Wavelength Division Multiplexing," in Journal of Lightwave Technology, vol. 39, no. 2, pp. 340-346, 15 Jan.15, 2021, doi: 10.1109/JLT.2020.3029571.

[5] T. Wiegart, F. Da Ros, M. P. Yankov, F. Steiner, S. Gaiarin and R. D. Wesel, "Probabilistically Shaped 4-PAM for Short-Reach IM/DD Links With a Peak Power Constraint," in Journal of Lightwave Technology, vol. 39, no. 2, pp. 400-405, 15 Jan.15, 2021, doi: 10.1109/JLT.2020.3029371.