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2023年5月JLT光通信論文評析

2023年5月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章,包括:光信號發(fā)射機,光學頻率梳提取,光纖無線通信,電光調(diào)制器,可見光通信,第五代固定通信網(wǎng)等;筆者將逐一評析。

1.光信號發(fā)射機
華中科技大學的Zexin Chen等研究人員分析了發(fā)射機損耗對概率整形正交振幅調(diào)制(PS-QAM)信號的影響并設計出相應補償方案,如圖1所示。對于采用概率星座整形(PCS)的高譜效率(SE)城域傳輸網(wǎng)絡,發(fā)射機損耗影響了系統(tǒng)收發(fā)信號性能的提升。為從一定程度上克服該影響,他們進一步研究了發(fā)射機損耗和射頻(RF)放大器噪聲對光纖鏈路最佳整形因子(SF)和調(diào)制深度的影響,并分析了發(fā)射機噪聲對廣義互信息(GMI)和整形因子的影響,并在背對背(B2B)系統(tǒng)中應用PS-256QAM信號對優(yōu)化策略進行了驗證[1],研究結果表明:發(fā)射機噪聲和光纖信道噪聲的比例不匹配會導致GMI過程劣化;當調(diào)制深度、發(fā)射機噪聲、光纖信道噪聲和SF相對固定時,可通過優(yōu)化削波比降低峰均功率比(PAPR)負面效應,使發(fā)射信號性能提升;需要注意的是最佳削波比和調(diào)制深度對SF和光纖信道噪聲不敏感,但是對發(fā)射機的噪聲比較敏感。綜上所述,該方案對高速通信領域中發(fā)射機的信號優(yōu)化具有一定的參考借鑒意義。



2.光學頻率梳提取
澳大利亞克萊頓莫納什大學的C. Prayoonyong等研究人員設計了在梳狀微環(huán)諧振器(MRR)諧帶寬和耦合損耗改變時評估系統(tǒng)性能的方法,相關裝置的理想配置如圖2所示;其中梳狀頻率的提取過程能顯著降低光載波噪聲比(OCNR)的負面影響。研究人員研究后解釋了放大梳狀OCNR及提取梳狀頻率后輸出OCNR之間的關系的,以及提取線與奈奎斯特數(shù)據(jù)波形相乘時光信噪比(OSNR)的相關表達式[2]。研究結果表明:通過減輕OCNR限制,在功率受限微梳中增加有用梳狀線的數(shù)量以及增加單個微梳的空間模式數(shù)量,可在超大容量空分復用實驗中定量地對通信性能進行有效測試。因此,該方案在未來超高速空分復用通信系統(tǒng)中具有一定的潛在應用價值。



3.光纖無線通信
西南交通大學的Yue Zhu等研究人員設計了含自注意力機制Transformer(深度學習技術的一種)的光纖無線鏈路(ROF)高可靠建模方法,如圖3所示;其中Transformer由多個子層組成,每個子層含自注意力機制用以計算序列中每個位置信號的反映。研究人員在收集鏈路傳輸中衰減、色散、噪聲和非線性的實際參數(shù)建立ROF實際鏈路之后,再引入Transformer訓練數(shù)據(jù)構建強度調(diào)制直接檢測(IM-DD)的ROF鏈路模型。他們將中心頻率8GHz及符號率2Gband的16QAM信號在傳輸距離為30km的ROF鏈路模型中進行了分析[3]。研究結果表明:應用該方案后信號在傳輸距離、載波頻率、發(fā)射功率和信噪比等方面都優(yōu)于采用神經(jīng)網(wǎng)絡(FCNN)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(CNN)和生成對抗性網(wǎng)絡(GAN)的方案。綜上所述,該方案在微波光子學領域有很一定的應用潛力。



4.電光調(diào)制器
西班牙巴倫西亞大學的Luis Torrijos-Morán等研究人員基于四種不同射頻成分在微波光子鏈路(MPL)系統(tǒng)中實現(xiàn)了雙平行馬赫曾德爾調(diào)制器(DPMZM)的線性化工作,相關實驗裝置如圖4所示;其中,MPL由DPMZM和兩個馬赫曾德爾調(diào)制器(MZM)組成。DPMZM輸出的調(diào)制光波被光譜整形器處理以完成在光學載波頻帶(OCB)上的幅度抑制和相移過程。研究人員應用四種不同射頻成分在光電探測器上拍頻產(chǎn)生了三階互調(diào)失真(IMD3)信號,并對DPMZM線性化MPL處理后的RF信號進行了分析[4]。研究結果表明:該方案能在無需額外頻段分量的條件下同時調(diào)制四路不同信號,生成的交叉IMD3可以通過調(diào)諧調(diào)制器中的直流電壓來抵消,而直接IMD3需要OCB處理才能實現(xiàn)鏈路線性化。因為上述方案的線性化應用優(yōu)勢,因此可應用于高速率大帶寬光纖無線通信系統(tǒng)中。



5. 可見光通信
廈門大學的Tingwei Lu等研究人員設計了采用單個微型藍光LED的全雙工可見光通信(VLC)系統(tǒng),如圖5所示。他們采用原子層沉積(ALD)法在基于氮化鎵(GaN)的LED活性區(qū)側壁沉積氧化鋁(AL2O3),使得側壁鈍化后的LED可獲得更高的頻率響應與外量子效率(EQE);將正向偏置電壓設置為3V時,注入電流密度為120A/cm2,檢測響應度為0.243A/W,仍然能夠保證正常照明。他們采用80×120um2的微型藍光LED-PD,在1m的VLC鏈路上實現(xiàn)了528Mbps的16QAM-OFDM信號的傳輸,表明當注入電流能夠支持LED顯示功能時,微型LED-PD可作為有效光電探測器 [5]。研究結果表明:當傳輸距離為1m/時,上行鏈路和下行鏈路的傳輸速率為350Mbps,誤碼率(BER)分別為2.1×10−3和2.8×10−3。當傳輸距離增加到1.2m和1.5m時,全雙工VLC系統(tǒng)也能實現(xiàn)300 Mbps和225 Mbps的傳輸速率。綜上所述,該方案簡化了全雙工VLC通信系統(tǒng)的結構配置,降低了收發(fā)信號功耗,有利于多功能微型LED-PD器件的集成,體現(xiàn)了其在高速全雙工VLC領域的應用潛力。



6. 第五代固定通信網(wǎng)
北京郵電大學的Xin Li等研究人員設計了應用于第五代固定通信網(wǎng)(F5G)中確定性信令延遲感知調(diào)度(LAS)方案,如圖6所示。目前,光接入網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)進入F5G時代,信令延遲優(yōu)劣決定了其所承載的業(yè)務是否能成功傳輸。因為在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(DCN)中信令延遲有非確定性,而非確定性信令無法保證信號成功傳輸,所以系統(tǒng)必須在指定的時間內(nèi)完成確定性信令傳輸?紤]到確定性信令可分為硬實時信令和軟實時信令兩種,研究人員針對F5G設計了支持確定性信令傳輸?shù)腖AS方案,該方案包括基于信令相關性和負載均衡的信令重排(SRLB)算法、基于截止時間的硬實時信令調(diào)度(DHS)算法和基于起始時間的軟實時信令調(diào)度(SSS)算法[6]。研究結果表明:對于硬實時信令和軟實時信令調(diào)度,該方案使調(diào)度失敗率降低了6.57%,網(wǎng)絡資源利用率提高了3.34%,端到端信號時延降低了1.01s;因此上述方案對于未來優(yōu)化F5G的調(diào)度過程和提升網(wǎng)絡資源利用率具有一定的參考價值。

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