2021年5月JLT光通信论文评析

光纤在线特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，胡钦政，王壮，杨杰，伊林芳，田青，杨琪铭，于妮

    8/09/2021，光纤在线讯，2021年5月JLT光通信论文评2021年5月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：宽带光接入、可见光通信、光载无线通信、编码技术、无线光通信等，笔者将逐一评析。

1.宽带光接入技术

    华中科技大学的Jiajun Zhou等研究人员设计了一种新型相干波分复用无源光网络（WDM-PON）接入系统（8×10 Gbit/s），如图1所示。该系统方案采用了无数字信号处理（DSP）的4阶脉冲幅度调制（PAM-4）技术和光网络单元（ONU）中偏振无关相干接收技术实现，系统中还包括一个3×3光纤耦合器、偏振分束器（PBS）和三个单端光电二极管（PDs）。研究结果表明，使用简化相干检波的本振（LO）信号分集方案，可以实现29dB的功率裕度，与强度调制-直接检测（IM-DD）方案相比，10 Gbit / s PAM-4信号在经过25 km标准单模光纤（SSMF）传输后，接收机灵敏度提升了6.7 dB。此外，应用不等波长间距的PAM-4信号也提升了WDM-PON系统中的接收机灵敏度约1 dB[1]。



图1新型相干波分复用无源光网络接入系统

2.可见光通信技术

意大利罗马大学的Antonio Costanzo等研究人员设计了一种自适应调制型可见光通信系统，如图2所示。该系统采用了软件无线电系统、商用LED和光电二极管等组成。当外部条件变化时，系统可以利用接收机获取的信息状态来动态适应环境变化，科研人员选择了接收机（Rx）和发射机（Tx）之间的上行链路作为反馈路径，并同步下行和上行链路，避免信道间相互干扰。接收机根据降噪后的实测信噪比，智能选择与误码率相匹配的调制方案。研究人员在接收机上实现了逻辑选择，并证明了在干扰增加时自适应系统的有效性[2]。



图2自适应调制型可见光通信系统

3.光载无线通信技术

瑞典查尔姆斯理工大学的Ibrahim Can Sezgin等研究人员设计了应用时分双工分布式天线的全数字光纤无线通信系统（ROF），如图3所示。系统在下行链路中使用带通西格玛-德尔塔调制（SDM）方案，在上行链路中使用全数字脉冲宽度调制（PWM）方案；远端射频单元（RHH）将接收的射频（RF）信号与中心单元（CU）的参考信号进行比较，然后量化为二进制流。射频信号的直接量化省去了RHH对本地振荡器和混频器的需求。研究人员对载波频率1~4 GHz、符号率10~100 Mb/s的信号进行了仿真和实验分析。研究结果表明，下行链路和上行链路中符号率100Msym/s和20 Msym/s信号的归一化均方误差（NMSE）值分别为-30.0 dB和-25.5dB[3]。



图3应用时分双工分布式天线的全数字光纤无线通信系统

4.编码技术

日本富士通九州网络技术有限公司的Kiichi Sugitani等研究人员设计了适用于概率整形（PS）光通信系统中可用的部分多级编码（MLC）方案，如图4所示。研究人员设计了部分MLC和位交织编码调制（BICM）的仿真模型，在加性高斯白噪声信道中，实现了与低密度奇偶校验码几乎相同的传输性能；部分MLC模型功耗比BICM模型降低了38％至39％。研究人员还在数值仿真模拟中评估了非线性效应对光纤波分复用（WDM）信道的影响。结果表明，如果不同阶数概率整形正交幅度调制（PS -QAM）的信息率（IR）相同，则部分MLC和BICM的非线性容差几乎相等；MLC可有效降低前向纠错（FEC）功耗；与BICM相比，使用软判决前向纠错（SD-FEC）的平均迭代次数计算复杂度降低约38％至45％，SD-FEC的最大迭代次数计算复杂度降低约39％至42％[4]。



图4适用于概率整形（PS）光通信系统中可用的部分多级编码方案

5.无线光通信系统

中国台湾阳明交通大学的Wahyu Hendra Gunawan等研究人员设计了一种新型色移键控正交频分复用（LD-CSK-OFDM）无线光通信系统（OWC），如图5所示。研究人员应用了LD-CSK-OFDM的系统模型以及比特功率加载算法；结果表明，在一级CSK调制中，测得4、8和16-CSK信号的误差调制矢量（EVM）值分别为2.0831％，2.6185％和3.0664％；在二级嵌入式OFDM调制的硬判决前向纠错（HD-FEC）阈值下，红色，绿色，蓝色信道中已经实现数据传输速率分别为5.25 Gbit / s，6.15 Gbit / s和7.25 Gbit / s；软判决前向纠错（SD-FEC）阈值下，红色，绿色，蓝色信道中的信号传输速率分别为5.9 Gbit / s，6.6 Gbit / s和7.9 Gbit / s；在1.25 m距离传输中，4、8、16-CSK-OFDM信号，可实现24.4 Gbit / s，26.4 Gbit / s和28.4 Gbit / s的数据传输速率[5]。



图5型色移键控正交频分复用无线光通信系统

参考文献

[1]      J. Zhou et al., “8 × 10 Gb / s Downstream PAM-4 Transmission for Cost-Effective Coherent WDM-PON Application,” vol. 39, no. 9,
 pp. 2837–2846, 2021.

[2]      A. Costanzo, V. Loscri, and M. Biagi, “Adaptive Modulation Control for Visible Light Communication Systems,” J. Light. Technol., 
vol. 39, no. 9, pp. 2780–2789, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3056177.

[3]      I. C. Sezgin et al., “All-Digital, Radio-Over-Fiber, Communication Link Architecture for Time-Division Duplex Distributed Antenna 
Systems,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 9, pp. 2769–2779, 2021.

[4]      K. Sugitani, Y. Koganei, H. Irie, and H. Nakashima, “Performance Evaluation of WDM Channel Transmission for Probabilistic 
Shaping with Partial Multilevel Coding,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 9, pp. 2873–2879, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3061177.

[5]      Wahyu Hendra Gunawan, “Two-Level Laser Diode Color-Shift-Keying Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing 
（LD-CSK-OFDM） for Optical Wireless Communications （OWC）,” J. Light. Technol. VOL., vol. 39, no. 10, pp. 3088–3094, 2021.