2021年9月PTL光通信论文评析

10/25/2021，光纤在线讯，光纤在线特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，龙颖，王壮，杨杰，田青，于妮，伊林芳，杨骐铭，
李彦霖，陈鹏，李冲，刘栓凡，左仁杰，袁杰。

2021年9月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：FSO/RF系统、短距离有线通信、有源光子器件、多模光纤传输链路、可见光通信、光子传感器等，笔者将逐一评析。

1、FSO/RF系统
东北大学的Song Song等研究人员设计了一种混合自由空间光通信/射频（FSO/RF）系统。该系统由功率控制、链路切换和数据发送、信道仿真、接收信号强度指示（RSSI）检测和数据接收五部分组成，系统结构原理如图1所示。研究人员结合深度学习（DL）提出了一种集成递归神经网络（RNN）的联合智能功率控制和链路切换方案。该方案通过比较RSSI值和阈值来调整发射功率，并在最大发射功率RSSI不能满足FSO链路传输时切换RF链路。研究表明，该方案显著提高了FSO链路的传输信号性能[1]。


2、短距离有线通信
瑞典斯德哥尔摩KTH皇家理工学院的Xiaodan Pang等研究人员在强度调制和直接检测（IM/DD）系统中通过数值仿真研究了单信道速率200Gbps的光通信系统的传输性能，以提升短距离光通信的传输速度及应用服务质量；短距离光通信系统应用场景如图2所示。研究人员在线性色散光纤链路中，通过配置带宽分别为半符号率和四分之一符号率，比较了传输224Gbaud非归零码（NRZ）开关键控（OOK）信号和112Gbaud PAM4信号的色散容限；他们还在接收端进行全响应符号和部分响应双二进制（DB）符号电平均衡[2]。研究表明，经过上述处理NRZ和PAM4信号在DB符号电平均衡过程后具有较高的信道色散容限度。


3、有源光子器件
德国基尔大学的Shi Li等研究人员采用密集波分复用（DWDM）技术实现了在100公里无补偿标准单模光纤（SSMF）上传输56GBuad/s PAM4 信号的方案，如图3（a）所示。该系统采用有源硅微环谐振器（MRR）作为光子集成电路（PIC）的光子储层计算（RC）信号处理器件，可补偿光传输过程中出现的色散和非线性效应等传输损伤，如图3（b）所示。研究人员比较了RC和Kramers-Kronig数字信号处理失真PAM4信号的性能[3]。结果表明，RC支持恢复出在硬判决前向纠错（HD-FEC）误码率（BER）小于3.8×10-3下的阈值失真信号；MRR作为PIC存储器件能显著提高系统的扩展性，还支持把计算密集型的数字信号处理部分转移到光学领域中实施。


4、多模光纤传输链路
深圳华为技术有限公司网络技术实验室的Tianjian Zuo等研究人员采用850nm垂直腔面发射激光器（VCSEL），演示了200Gbit/s PAM4信号在100m OM4多模光纤（MMF）上传输的方案，如图4所示。研究人员在数字信号处理（DSP）过程中结合了噪声消除算法、部分响应信号处理以及简化的Volterra非线性均衡器（NLE），在一定程度上克服了带宽受限引起的码间串扰（ISI）和补偿光学引起的非线性负面效应。结果表明，50m MMF的传输功率裕度约为4dB，100m MMF的传输功率裕度约为3dB；通过噪声消除，实现了2.5dB的功率裕度提升，使用简化的Volterra-NLE使误码率从2×10-2提高到1.1×10−3[4]。


5、可见光通信
土耳其伊斯坦布尔齐津大学的R.Kisacik等研究人员在可见光通信（VLC）系统中设计了一种新型的LED频率响应模型（具有一个零点和两个极点），基于该模型研究了均衡器方案，并测试了开关键控（OOK）调制的预均衡过程。结果表明，该方案在1.5米距离内实现了高达180Mbps的数据传输速率，有效将整个系统带宽从1.5MHz扩展到100MHz，实验装置如图5所示[5]。研究证明，联动该模型支持的传输函数具有更高阶极点和零点。


6、光子传感器
广东工业大学物理与光电工程学院的Jiongshen Pan等研究人员采用Mach-Zehnder干涉仪和Lyot滤光器设计了一种高双折射（Hi-Bi）微纤混合干涉仪，支持折射率和温度的高灵敏度测量，如图6（a）所示；保偏PANDA光纤截面的扫描电子显微镜（SEM）成像如图6（b）所示，所制备器件的光学显微图像如图3（c）所示。研究人员通过在Lyot滤光器中插入一段非绝热锥形保偏微纤实现了高双折射和多模干涉过程，获得了与偏振干涉（PI）和模态干涉（MI）相对应的光谱包络和细条纹混合干涉谱，并使用光谱解调和空间频域分析对双干涉系统的响应特性进行了实验研究[6]。研究表明，两种干涉进行后的折射率灵敏度分别为1150.0nm/RIU、1779.8nm/RIU，温度灵敏度分别为190pm/C、12.7pm/C。该混合干涉仪具有操作简单、结构紧凑等应用优势。


参考文献
[1]  S. Song, Y. Liu, T. Xu and L. Guo, "Hybrid FSO/RF System Using Intelligent Power Control and Link Switching," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 18, pp. 1018-1021, 15 Sept.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3076467.
[2]  X. Pang et al., "Short Reach Communication Technologies for Client-Side Optics Beyond 400 Gbps," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 18, pp. 1046-1049, 15 Sept.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3078255.
[3]  S. Li, S. Dev, S. Kühl, K. Jamshidi and S. Pachnicke, "Micro-Ring Resonator Based Photonic Reservoir Computing for PAM Equalization," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 18, pp. 978-981, 15 Sept.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3087323.
[4]  T. Zuo, T. Zhang, S. Zhang and L. Liu, "850-nm VCSEL-Based Single-Lane 200-Gbps PAM-4 Transmission for Datacenter Intra-Connections," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 18, pp. 1042-1045, 15 Sept.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3076828.
[5]  R. Kisacik, M. Y. Yagan, M. Uysal, A. E. Pusane and A. D. Yalcinkaya, "A New LED Response Model and its Application to Pre-Equalization in VLC Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 17, pp. 955-958, 1 Sept.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3100924.
[6]  J. Pan, T. Huang, Y. Ge, W. Lin and L. -P. Sun, "Highly Birefringent Microfiber Hybrid Interferometer Sensor," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 17, pp. 959-962, 1 Sept.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3100366.