07年07月JLT光通讯论文评析

一、光网络与系统：
1．网络优化配置：
    对光网络，为了提高资源利用率，并维持较好的QoS，实现动态可重构的路径分配是最终要求。最理想的情况，在信息流到达网络端点的时候需要即时的获得一个光路径，在完成传输后，马上释放该路径。为了实现这样的动态光路径分配，已经有了许多有益研究成果。例如常见的光突发模式交换（OBS）就是为突发信号及时分配光路径的交换技术。在这个问题上，提高光路径利用率是关键，该参数可以简单定义为待发射信号传输时间与被分配光路径占据时间的比值。本期London大学的研究者就光路径的动态优化配置做了研究。主要改进在预约机制上，通过对传输数据到达和离开时间的预估，来实现对到达网络节点的数据相关交换活动的排序，以便合理安排路径。其研究的主要结果有三个，其一是中央和分布控制平面，基于双向预约机制来改进光路径利用率，以实现智能化路径预约；其二是通过对输入数据自相关等操作，以便统计数据流长度，进而提出了处理过度预约的策略。同时通过推导和模拟，作者也分析了相应预约机制所产生的预测误差以及由于不充分预约带来的损耗；采用提出的预约机制进行网络测试，并与波长路由的OBS（WR-OBS）系统做了比较，证明提出方法比WR-OBS效率更高。
    Montana State大学的研究者也对波长预约机制做了研究，但重点放在解决预约冲突问题，即对同一个空闲波长，有两个或更多的预约请求该怎么办。作者谈到即使对轻微过载的网络，冲突也是不可避免的。首先，作者使用的波长预约机制是一种后向预约机制，即由待传输信息向目标节点发射一个探测信号，在探测信号向目标发射过程里，每经过一个中间节点便更新其携带波长图表信息，被占用的波长会在波长图表位置更新显示“繁忙”这样在到达目标后，首先可以确定“空闲”波长信息。这样待发送信息会向目标“空闲”波长发出“预约”信号，用于信息上载。当连接完成后，源信息再发射“释放”信号以释放占用波长。作者基于马尔可夫（Markov）预测算法改进了预约机制，以便减少冲突。对事件的全面预测，不仅要能够指出事件发生的各种可能结果，而且还必须给出每一种结果出现的概率。马尔可夫（Markov）预测法，就是一种预测事件发生的概率的方法。作者基于马尔可夫链，根据链路当前状况预测其将来各个时刻波长使用情况。这样在每个中间节点，除了对波长占用图表进行更新，还实时保留了对目标节点波长安排状况的猜测信息。这样对特定路由信息发射探测信号后，将获得的波长响应除了“空闲”和“繁忙”，又多了一个“猜测可能繁忙”，这样源信息只对“空闲”波长发射“预约”信号，而在无“空闲”时，将发射“释放”信号，这样就减少了冲突几率。
    EPON是研究较多的无源光网络组网方案，许多在ONU内部动态分配带宽的算法也已经提出，以便支持多样化的服务。但本期加拿大Western Ontario大学的研究者指出，已有的方案对带宽需求缺乏层次化的调度，以至难以获得较稳定的QoS水平。因此作者对EPON带宽配置做了改进，提出了两阶的准入控制系统。一方面在ONU，会根据可获得的带宽资源局域化的控制信息的准入，另一方面也同时在OLT履行全局化的准入调度。作者这样的配置框架事实上集成了动态带宽分配和预约机制两种功能。通过对提出构架与已有方案进行比较，作者暗示尽管目前方法在保证多样化服务上较已有系统并没有明显改进，但更有利于维持稳定的QoS要求。
    在长距离频分复用（FDM）系统里，传输特性受光纤四波混频（FWM）影响严重。本期日本Ritsumeikan大学的研究者对此做了研究，想要找到最佳的频率配置方案，以抑制FWM的作用。就等间隔频率配置（ES）方案，作者证明如果让信号频率和零色散频率分开一定间隔，就能有效抑制FWM噪声。且作者证明随着两者的频差增大，抑制效果也会改善。最后作者证明结论可以推广到采用可重复不等间隔频率配置（RUS）等频率配置方案，且采用RUS比起ES更有利于抑制FWM噪声。
2．色散补偿：
    本月PTL介绍了很多用电子数字信号处理来补偿信号损伤的文章。本期JLT也有一些相关研究，介绍有代表性的两篇。
    首先来看来自西班牙研究者的一篇论文，作者对10.7Gb/s的RZ和NRZ-OOK格式信号，利用数字信号处理的方法，探讨是否可以同时补偿色散和一阶偏振模式色散（PMD）对信号传输的损伤。作者谈到，当前就电子数字信号处理技术，主要有两种算法，一是电子增益均衡（包括前向反馈FFE和判决反馈DFE两种），另一种是最大似然序列估计（MLSE）。作者分别使用三种接收方法，一是通常的直接探测；二是在光电探测器后接有使用FFE-DFE混合算法的数据处理器；三是探测端使用带有MLSE的电子色散补偿器。作者实验证明对NRZ信号，当对色散进行补偿后，使得信号对一阶PMD的容忍力（公差）也显著提高。而对RZ信号，如果色散补偿不彻底，即存在一定残余色散时，信号形状会向类NRZ形式转换，因此受一阶PMD影响严重。在使用电子数字信号处理消除差分群时延（DGD）时，发现对RZ格式信号效果更好，且此时FFE-DFE算法在消除DGD上做的比MLSE算法好。而对NRZ信号，则使用MLSE算法则更有利于抑制一阶PMD的影响。
    另一篇论文来自意大利研究者，作者的视角则聚焦在探讨电子色散补偿方法（EDC）的补偿极限上。作者主要使用了NRZ-OOK和光学多进制调制（ODBM）两种调制格式信号做测试。作者证明当色散的大小在0-10000ps/nm范围内变动时，使用NRZ-OOK格式信号时，不使用EDC需要保证信噪比优于8.5dB才能保证稳定传输，但使用了EDC后，最低信噪比要求将降低到6.5dB。同样情况，对ODBM格式信号，不使用EDC则至少需要信噪比好于9.3dB，而使用了EDC，则信噪比好于6.73dB就可以保证较低误码率了。
3．光纤无线通信(RoF)：
    就RoF应用，用光学的方法生成微毫米波信号是一个关键技术环节，就这点目前已经被提出的方法主要包括使用外部强度调制、使用双模激光器、光注入锁定、使用光锁相环、引入光注入锁相环，以及利用受激布里渊散射（SBS）等。本期韩国Chosun大学的研究者利用SBS机制，介绍了其光载RF信号的发射的系统构成，以及性能改进方案。SBS和受激拉曼散射（SRS）不同，由于是在吸收或放出声子而发生的斯托克斯和反斯托克斯频移（SRS则为吸收或放出光子），因此可用于微毫米波的发生，且具有操作简单，易维持窄信号带宽等优势。但作者指出通常用SBS来发生微毫米波信号，对特定泵浦波长，生成载波频率是固定的，因此作者希望找到简单途径，使生成信号频率有一定可调范围。当光电调制器被频率为f1的RF信号驱动时，一些等间隔的边带信号会出现在频谱图上，作者通过对某个特定边带信号进行有选择的布里渊放大，且让放大增益谱和相应边带恰好重合时，可以只放大该边带信号，进而抑制了其它边带的子频率信号，进而得到一个新的频率为f2的RF信号，再将该信号重新注入到单模光纤初始端，就可以利用刚才的SBS有选择放大出第三个频率信号，以此类推，做到频率的连续调节。
二、有源器件：
    Michigan大学的研究者报导了硅基底波导器件与三五族有源器件的混合集成技术。在硅基底上，作者首先使用金属-有机物气相外延技术生长了一层2μm厚的GaAs做缓冲层，之后再利用分子束外延工艺生长制作了InGaAs/GaAs的量子点激光器。为了实现高效的激光器反馈，并与波导部分绝缘，作者采用局域离子束（FIB）刻蚀，在有无源波导间开了一个3.3μm宽的槽，在保证形成端面平滑激光器反射镜前提下，也能保证对无源波导接近30%的耦合效率。
    NTT的研究者基于X向切割的铌酸锂晶体制作了小尺寸的电光调制器，作者在通常设计的中间对折，并在端面镀上反射镜，因此可将器件长度缩小一半，整个器件大小为1.78 × 29 mm。此外，作者通过设计，尽可能的让共面波导电极远离折叠端面，降低了光波导和共面波导电极间的光程差，进而获得了接近20GHz的大调制带宽。