2021年8月JLT光通信论文评析

9/28/2021，光纤在线讯，光纤在线特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，王壮，杨杰，伊林芳，田青，杨骐铭，于妮
        2021年8月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：可见光通信、自由空间光通信、光纤通信、无源光网络、半导体器件等，笔者将逐一评析。

1.可见光通信技术
英国爱丁堡大学的Harald Haas等研究人员设计了一种偏置优化的可见光通信系统（VLC）。VLC系统中非线性失真大部分来源于发光二极管（LED）中直流偏置电流和输出光功率之间非线性的关系。为了最大限度减少非线性失真对 VLC 系统的影响，需要将数据承载信号电平变化值保持在 LED的线性动态范围内。他们选择直流（DC）偏置的两种方案来寻找最佳偏置点。一是当偏置电流从动态范围的中点增加时，保持调制信号幅度恒定，一些信号分量会进入非线性区域，但在较高偏置电流下会有更高的带宽。二是增加偏置点，并将信号保持在 LED 的动态范围内；在增加带宽的同时降低了信号功率。仿真结果表明，最佳偏置点不在动态范围的中点；PAM-4的VLC实验装置如图1所示。当偏置电流从线性区域的中点20mA增加到最佳偏置电流30mA时，传输速率可以提高～36%。所提出的优化方法与前/后均衡和预编码/预失真技术相结合可获得更高的增益[1]。


图1实验装置

2.自由空间光通信
日本东京国家信息和通信技术研究所的Toshimasa Umezawa等研究人员设计了一种光载无线电-自由空间光通信系统（RoF-FSO）， 如图2所示。该系统使用了新型高速光电探测器阵列（2-PDA）设备（它既可充当光电探测器， 又可作为光电转换器（O/E））。 在借助外部放大器时，2D-PDA 中在 2.5 mA 输入光电流下可以获得-4.4dBm的射频信号（RF）输出。在 1.5m长的自由空间信道和 1m长的无线电信道上，研究人员对静态和动态光波束切换条件下的误码率（BER）进行了评估，并在静态光路切换条件下使用多种调制格式实现了21.1 Gbps的速率传输。在动态光路切换条件下10个切换周期内矢量幅度误差（EVM）约为 9%[2]。



3.光纤通信
荷兰埃因霍温理工大学的Vinícius Oliari等研究人员设计了一种新型光纤传输模型，并评估了其在无源光网络系统中的性能，如图4所示。光纤中的信号传播可以用非线性薛定谔方程（NLSE）来表征； 当同时考虑色散和非线性效应时，NLSE 没有已知的封闭解（解析解）。该模型是对群速度色散（GVD）参数的正则摄动 （RP）改进。研究结果表明，当归一化均方差为0.1 %时，相对于Kerr非线性系数的对数微扰模型（LP），该模型的输入功率更高（1.5dB）。在相同输入功率下，与Kerr非线性系数 LP检测器相比，检测器将未编码的误码率降低了5.4倍，意味着在相同信息速率下输入功率降低了0.4dB [3]。



4.无源光网络
德国贝尔实验室的Robert Borkowski等研究人员设计了一种灵活速率的无源光网络（FLCS-PON），该系统通过调整传输方案以匹配用户的信道条件和优化吞吐量。FLCS-PON在国际电信联盟通信标准化部（ITU-T）规定的50 Gbit/s PON之中采用了光网络单元（ONU）分组、灵活的调制格式和前向纠错（FEC）等技术，实验装置及测试结果如图4所示。对于具有较低光路损耗（OPL）的 ONU，实现了两倍于 ITU-T规定的 50 Gbit/s的PON速度的下行链路传输过程，该网络同时支持高OPL的 ONU；在使用光学前置放大直接检测ONU的情况下，支持以31.5 dB损耗预算实现100 Gbit/s的数据信号传输[4]。



5.半导体器件
法国III-V实验室的Kebede Atra等研究人员设计了一种新型半导体光放大器（SOA）级联的反射电吸收调制器（EAM），如图5所示。该器件采用磷化铟衬底上的 GaInAsP 多量子阱制备，并采用了半绝缘埋置异质结构和对接集成技术。80μm长EAM的频率响应在26.5GHz工作频率时依旧表现良好，而150μm 长EAM的3-dB 截止带宽为23 GHz。依据波长不同，EAM反向偏压在—1.2 ~ —1.5 V之间实现了零啁啾工作。在大信号调制下，80μm EAM引起的频率啁啾几乎是150μmEAM的一半。当使用非归零码以25 Gbit/s的速度运行时，在150μm和80μm的EAM中获得了约14.5和约8dB的高动态消光比。研究人员使用150μm和80μm EAM 在标准单模光纤上（C 波段：1530nm和1545 nm 之间）实现了12公里和16公里的无色传输。（在10-3误码率情况下，色散损失分别为 4.5dB和2.5 dB）[5]。



参考文献
[1] T. Z. Gutema, H. Haas, and W. O. Popoola, “Bias Point Optimisation in LiFi for Capacity Enhancement,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 15, pp. 5021–5027, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3083510.
[2] T. Umezawa, P. T. Dat, K. Jitsuno, N. Yamamoto, and T. Kawanishi, “Radio over FSO Communication Using High Optical Alignment Robustness 2D-PDA and its Optical Path Switching Performance,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 16, pp. 5270–5277, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3097304.
[3] V. Oliari, E. Agrell, G. Liga, and A. Alvarado, “Frequency Logarithmic Perturbation on the Group-Velocity Dispersion Parameter with Applications to Passive Optical Networks,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 16, pp. 5287–5299, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3101055.
[4] R. Borkowski et al., “FLCS-PON A 100 Gbit/s Flexible Passive Optical Network: Concepts and Field Trial,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 16, pp. 5314–5324, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3102383.
[5] K. Atra et al., “Reflective Electroabsorption Modulators for beyond 25 Gb/s Colorless Transmissions,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 15, pp. 5035–5041, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3079987.