2021年6月JLT光通信论文评析

光纤在线特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，王壮，杨杰，伊林芳，田青，杨琪铭，于妮
8/09/2021，光纤在线讯，2021年6月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光载无线通信、工业LiFi系统、可见光通信、移动通信前传技术、相干光源技术等，笔者将逐一评析。

1.光载无线通信

复旦大学的Kaihui Wang等研究人员设计了新型E波段全双工毫米波（MMW）光载无线通信（RoF）系统，如图1所示；下行链路和上行链路的中心频率为73.5GHz和83.5GHz，只采用了一对喇叭天线来传输无线信号。在有限信噪比下，研究人员采用了概率整形（PS）技术来适配传输速率；并采用沃尔泰拉（volterra）均衡器来补偿光电器件引起的非线性失真负面效应。研究结果表明，在归一化广义互信息（NGMI）阈值为0.83时，该系统支持在2m无线信道上传输7 Gbaud正交频分复用（采用4096阶正交振幅调制的OFDM-TPS4096-QAM）信号；当NGMI阈值（0.67）时，双向7 Gbaud PS-1024QAM信号传输距离可延申到13.4m[1]。



图1 E波段双向工MMW-RoF系统

2.工业LiFi系统

德国柏林弗劳恩霍夫电信研究所Kai Lennert Bober等研究人员面向工业无线通信系统需求，设计了采用分布式多用户多输入多输出（MIMO）集中式控制架构的LiFi系统。如图2所示该系统通过光无线基础设施为终端设备提供移动服务，它由一个中央单元和连接到多个覆盖较大区域的分布式光学前端组成，支持为移动设备提供适配数据速率、可靠实时通信和集成定位服务。研究人员采用空分多址接入方案，并通过联合预编码来消除残余干扰以进一步提高信号收发性能。研究结果表明，分布式多用户MIMO方案不仅为工业LiFi系统带来了更高的服务质量，而且支持基于可变时间测量的综合定位[2]。



图2分布式多用户 MIMO 系统

3.可见光通信

南京信息工程大学Baolong Li等研究人员设计了一种可调光正交频分复用（O-OFDM）通信系统（自适应偏置分层O-OFDM（ABLO-OFDM）系统），如图3所示。该系统可以与脉冲宽度调制（PWM）调光技术相结合；与传统分层非对称限幅-正交频分复用（LACO-OFDM）相似，ABLO-OFDM采用多层子载波传输信息数据，具有较高频谱效率。LACO-OFDM系统在信号收发过程中需要多个快速傅立叶变换模块，而ABLO-OFDM系统只需要一个快速傅立叶变换模块就可以产生分层O-OFDM信号。此外，可调光ABLO-OFDM（DABLO-OFDM）信号可以直接通过标准OFDM接收机的解调且不受调光过程影响。因此，与传统O-OFDM系统相比，该方案在降低收发机复杂度的同时，获得了较高的频谱效率；并且在中等调光水平下频谱效率优于同类方案[3]。



图3 DABLO-OFDM系统中的发射机

4.移动通信前传技术

奥地利理工学院的Dinka Milovanˇcev等研究人员设计了一种应用于5G移动通信前传的量子密钥分发（CV-QKD）波分复用（WDM）系统，如图4所示。首先，研究人员通过训练信息获取连续光载波同步，将训练信息作为导频信号在频率和偏振方向上进行复用；然后，通过光载波抑制和单边带调制方式进行频谱裁剪，减轻进入量子信道的串扰和导频信号的自干扰，以获取高信噪比训练信号。最后，采用接收机中自运行的本地振荡器进行频率偏移校正和光学相位估计，并通过奈奎斯特脉冲整形来保证高符号速率下的低噪声量子信号接收过程。研究结果表明，在13.2km前传链路中，经由光纤传输获得了约为散粒噪声单元0.1%到0.5%的低过剩噪声。此外，研究人员还对11个运营商级经典信号的共存性进行了实验研究，成功在C波段上完成了量子信号和经典信号的联合传输。在严格安全假设条件下（窃听者（Eve）可以控制接收机噪声）在暗光纤链路和亮光纤链路上可获得18和10 Mb/s的安全密钥速率；在实际假设条件下（接收机位置可信）在暗光纤和亮光纤上获得的密钥速率分别为85.3和72mb/s[4]。



图4 CV-QKD传输实验装置

5.相干光源技术

加拿大渥太华大学的Zhenguo Lu等研究人员使用砷化铟/磷化铟（InAs/InP）量子点（QD）增益材料设计了一种C波段梳状相干激光器（CCL），该器件采用快速反馈环路控制方案，频率间隔保持在±100ppm范围内，在长时间运行后工作波长保持在国际电信联盟规定的Grid（0.01nm）中。研究人员还设计了25GHz C波段工作的QD -CCL，如图5所示。该器件采用了外腔自注入反馈锁定（SIFL）系统，可以将1537.55nm到1545.14nm波长范围内每个通道的线宽减小到200khz以下；RF模式下差频信号3-dB带宽也从 9 kHz 降低到大约500 Hz。研究结果表明，使用34.2GHz的QD-CCL分别在25km/100km标准单模光纤（SSMF）上实现了5.4Tbit/s（PAM-4 48×28GBaud PDM）聚合数据传输以及10.8Tbit/s（16QAM 48×28GBaud PDM）相干数据传输[5]。



图5外腔自注入反馈锁定 (SIFL) 系统

参考文献

[1]      K. Wang, W. Zhou, L. Zhao, F. Zhao, and J. Yu, “Bi-directional OFDM Truncated PS-4096QAM signals transmission in a full-duplex 
MMW-RoF system at E-band,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 11, pp. 3412–3419, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3065834.

[2]      K. L. Bober et al., “Distributed Multiuser MIMO for LiFi in Industrial Wireless Applications,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 11, pp. 
3420–3433, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3069186.

[3]      B. Li, X. Xue, S. Feng, and W. Xu, “Layered Optical OFDM with Adaptive Bias for Dimming Compatible Visible Light Communications,” 
J. Light. Technol., vol. 39, no. 11, pp. 3434–3444, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3067495.

[4]      Di. Milovancev, N. Vokic, F. Laudenbach, C. Pacher, H. Hubel, and B. Schrenk, “High Rate CV-QKD Secured Mobile WDM Fronthaul
 for Dense 5G Radio Networks,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 11, pp. 3445–3457, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3068963.

[5]      Z. Lu et al., “InAs/InP Quantum Dash Semiconductor Coherent Comb Lasers and their Applications in Optical Networks,” J. Light.
 Technol., vol. 39, no. 12, pp. 3751–3760, 2021, doi: 10.1109/JLT.2020.3043284.