2019年1月JLT光通信论文评析

光纤在线特邀编辑：邵宇丰，赵云杰，龙颖，胡钦政
    2019年1月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：调制技术，传感技术，光子器件，传输系统以及光网络等。笔者将逐一评析。
1.调制技术
    搭建灵活的光通信网络通常需要考虑避免更换光纤和链路组件，比如在保持固定波长分布的密集波分复用传输系统中可以更换收发器来实现；因此动态调整传输速率以与信道条件相匹配的设计一直是人们关注的研究目标。最近，意大利都灵理工大学的Gabriella Bosco等科研人员在双极化相干光通信系统中（如图1所示）设计了三种可用于改善收发器灵活性的调制方案，即具有可变码率QAM调制、时域混合调制和星座整形调制。虽然上述调制方案在提升数据速率和延长传输距离方面实效果较好，但相关数字信号处理（DSP）算法将更复杂；因此在收发器中为上述调制方案开发简单高效的DSP算法将是未来光通信系统发展的挑战之一[1]。

图1 双极化相干光通信系统的框图

2.传感技术
    最近，美国富士通实验室的Olga Vassilieva等科研人员就光学和电学领域中的各种光纤非线性缓解技术展开了讨论。数字反向传播（DBP）技术作为一种解决方案能够有效且准确地减轻单通道光纤传输信号的非线性影响（如图2所示），但是DSP处理复杂度也会随之增加。研究人员还验证了光学补偿技术（例如与符号率优化（SRO）的子载波复用、子载波功率预加重）通过光学相位共轭（OPC）过程中引入频谱反转可以减轻信道带内外的非线性影响。然而，上述技术还有进一步的改进空间，原因是密集波分复用（DWDM）系统中Kerr非线性的基本性质起到了一定的限制作用[2]。

图2 采用DBP的非线性缓解方案图

3. 光子器件
    英特尔公司的Jie Sun等研究人员设计了工作速率为128 Gb/s（64 Gbaud PAM4）的硅微环调制器（如图3所示）；它是利用微环调制器（MRM）的高调制相位效率V_π∙L=0.52 V∙cm以及同时具有50GHz的高电光带宽实现的。四级脉冲幅度调制（PAM4）信号在56 Gbaud（112 Gb/s）和64 Gbaud（128 Gb/s）调制下的损耗值分别为2.37 dB和3.0 dB，符合IEEE 400G以太网应用标准。该调制器能够实现全自由光谱范围（FSR）下波长调谐（相位效率为19.5 mW /π相移）的过程，使得下一代400G光纤互连网中应用低功耗硅微环调制器成为可能[3]。

图3 （a）MRM的示意图（b）耗尽型PN结的近视图（由垂直部分和水平部分组成）（c）MRM的光学显微照片

4.传输系统
   复旦大学的Xinying Li等科研人员设计了一种矢量毫米波信号的光载无线传输系统（如图4所示），实现了64QAM调制毫米波信号在3.1米范围内进行无线传输的实验，比特率为1.056 Tb/秒。它采用了先进的数字信号处理（DSP）技术（包括概率整形、奈奎斯特整形以及预失真等），可显著提高传输容量、传输距离以及系统性能。

图4单载波矢量毫米波信号传输的实验装置
5. 光网络 
    日本国立信息通信技术研究所的Pham Tien Dat等科研人员设计了一种高速通信网络，可应用在W波段内实现波分复用光纤无线信号传输（如图5所示）；该系统分别在下行链路和上行链路方向上通过光纤无线链路传输了20 Gb/s和10 Gb/s速率的信号。实验证明，低于4μs的超快无线小区切换过程可以避免通信吞吐量下降和业务中断；通过同时激活许多无线小区，能进一步减少甚至消除中断时间。科研人员还尝试将中心站与大量无线小区进行交换连接，结果表明在高速列车上可以实现长达数十公里的无中断通信连接[5]。

图5 通过交换式WDM光纤无线系统实现到高速列车的无切换通信的实验设置

参考文献：
Gabriella Bosco, “Advanced Modulation Techniques for Flexible Optical Transceivers: 
The Rate/Reach Tradeoff”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 1, pp. 36–49, January 1,2019.
Olga Vassilieva, “Enabling Technologies for Fiber Nonlinearity Mitigation in High Capacity 
Transmission Systems”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 1, pp. 50–60, January 1,2019.
Jie Sun, “A 128 Gb/s PAM4 Silicon Microring Modulator With Integrated Thermo-Optic Resonance 
Tuning”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 1, pp. 110–115, January 1,2019.
Xinying Li, “1-Tb/s Millimeter-Wave Signal Wireless Delivery at D-Band”[J], IEEE J. Lightw. Technol., 
vol. 37, no. 1, pp. 196–204, January 1,2019.
Pham Tien Dat, “High-Speed and Uninterrupted Communication for High-Speed Trains by Ultrafast WDM 
Fiber–Wireless Backhaul System”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 1, pp. 205–217, January 1,2019.