11/20/2023，光纖在線訊，光纖在線特約編輯，邵宇豐，王安蓉，李文臣，胡文光，陳超，楊林婕，柳海楠，張顏鷺，岳京歌，靳清清。

2023年10月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光電振蕩器、數據中心互連、室內無線光通信、光纖傳感器、自由空間光通信、水下無線光通信等，筆者將逐一評析。

1、光電振蕩器
華中科技大學Weilei Gou等研究人員設計了一種新型大時間帶寬積（TBWP）相位編碼線性調頻（LFM）信號的光學產生方法；他們通過相位調制器（PM）對光載波進行相位調制，然后將相位編碼信號發(fā)射到光電振蕩器（OEO）環(huán)路中，利用傅里葉域鎖模（FDML）技術成功產生了中心頻率、帶寬、編碼方式和比特率都可靈活調節(jié)的LFM信號[1]，如圖1所示。該方法的優(yōu)勢體現在：可直接在OEO腔內產生相位編碼的LFM信號，不但可簡化系統(tǒng)結構，而且能提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，因此它在現代光信號處理領域具有一定的應用潛力。



2、數據中心互連
面向數據中心互連，中山大學的Dongdong Zou等研究人員在收發(fā)端聯合湯姆林森-哈拉�，旑A編碼（THP）和M-log-最大后驗概率（M-log-MAP）譯碼器，設計了低復雜度的奈奎斯特（FTN）應用方案。如圖2所示，在發(fā)送端，他們采用兩抽頭THP消除符號間干擾（ISI）和抑制均衡過程中的放大噪聲；在接收端，M-log-MAP解碼器被用于消除殘余失真（不需要反饋信道即可準確獲得發(fā)射端信道狀態(tài)信息）[2]。研究結果證明：在采用32GHz矩形濾波器的70、75和80GBaud 的PAM4系統(tǒng)中，對應的FTN壓縮系數分別為0.914、0.853和0.8；在2.4×10-4的KP4前向糾錯編碼閾值下，可成功在2km單模光纖上傳輸70GBaud的PAM4信號，與無誤碼傳播判決反饋均衡過程相比，該方案提升了約0.7dB的接收機靈敏度。綜上所述，該方案對帶寬受限型數據中心互連提供了參考借鑒。


圖2 （a）判決反饋均衡過程（b）湯姆林森-哈拉�，旑A編碼及相關信號處理過程

3、室無線光通信
澳大利亞墨爾本大學的Jianghao Li等研究人員設計了采用軌道角動量（OAM）模式的波束整形和概率整形方案，以應用于室內光無線通信系統(tǒng)來提升信號有效覆蓋率，如圖3所示。他們研究了采用霍夫曼編碼（HC）和符號反轉編碼（SIC）概率整形方案生成的16/64QAM信號，并在基模和高階OAM模式之間不同功率比的波束成形方案下分析了誤碼率[3]。研究結果表明，基模下16QAM信號的有效覆蓋率可提升120%~130%；高階OAM模式下，有效覆蓋率可提升130%到140%。對于64QAM信號，在不同波束整形方案、不同模式功率比下，僅采用SIC的概率整形方案能略微提升信號有效覆蓋率。因為上述方案的是通過數值模擬驗證的，因此未來的研究有必要對上述方案進行實驗驗證。




4、光纖傳感器
復旦大學的Yuchen Song等研究人員設計了采用線性Sagnac干涉儀光纖傳感器的支路定位系統(tǒng)（通過解調外部干擾引起的相位差信號，使用時延估計和雙波長零頻率技術實現定位），如圖4所示。研究人員采用超輻射發(fā)光二極管（SLD）作為光源，并應用摻鉺光纖放大器（EDFA）調節(jié)輸出光；使用3×3對稱光纖耦合器（OC）將光波分成兩束，一束通過時間延遲光纖和2×2對稱光纖耦合器，一束直接通過光纖耦合器；然后采用一個波分復用器（WDM）將光束分成不同波長的光波光波光波，再通過另一個波分復用器將兩束光合并，并輸入相位調制器（MOD）；光束通過法拉第旋轉鏡（FRM）后按原始路徑反射[4]。研究結果表明：該方案僅使用單傳感器系統(tǒng)就能夠監(jiān)控主路徑和分支路徑，因此它為分布式光線傳感器的分支定位應用提供了簡單有效的解決方案。




5、自由空間光通信
北京交通大學的Mengyao Han等研究人員設計了一種新型長波紅外（LWIR）自由空間光（FSO）傳輸系統(tǒng)，主要由直接調制量子級聯激光器（DM-QCL）和碲鎘汞（MCT）檢測器組成，如圖5所示。他們使用50GSa/s的任意波形發(fā)生器（AWG）將離線生成的數字信號轉換到模擬域；他們在接收端使用集成了跨阻放大器（TIA）的商用MCT檢測器，通過40GSa/s實時數字存儲示波器（DSO）將電信號轉換成數字信號，并使用匹配濾波器、時鐘恢復、最大方差下采樣、傅里葉變換過程處理接收信號[5]。研究結果表明：通過優(yōu)化激光偏置電流和MCT檢測器光電壓，可實現6Gbaud OOK、3.5Gbaud PAM4、3Gbaud PAM6、2.5或2.7Gbaud PAM4信號低于6.25%的誤碼率閾值傳輸。綜上所述，該方案為下一代FSO系統(tǒng)設計提供了一種潛在選擇方案。



6、水下無線光通信
浙江大學Yuan  Wang等研究人員設計了一種新型高譜效率非正交離散多音（NODMT）調制的水下無線光通信（UWOC）系統(tǒng)，用于改善各器件帶寬不足的問題；并提出將迭代混合算法（ID）和QR分解的球型解碼算法（QRSD）相結合以降低計算復雜度，如圖6所示。其中，實值NODMT信號由分數階離散多音逆變換（IFrDMT）矩陣生成。他們通過插入循環(huán)前綴（CP）和前導碼，并使用任意波形發(fā)生器（AWG）、電子放大器（EA）、可調衰減器（ATT）、T型偏置器將射頻發(fā)射信號與直流（DC）疊加；并采用平凸透鏡收集光束饋入雪崩光電二極管；使用數字串行分析儀（DSA）探測電信號，再進行數字信號處理（DSP）以恢復原始信號[6]。研究結果表明：采用ID-ORSD算法計算復雜度降低了50％，其中實值乘法數量下降了40％以上，且數據傳輸速率提高了24.44%。綜上所述，該方案在UWOC和水下物聯網領域展現出較大的應用價值。



參考文獻
[1]W. Gou et al., "Generation of Phase-Coded LFM Signals Based on Fourier Domain Mode-Locked Optoelectronic Oscillator," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 19, pp. 6142-6148, 1 Oct.1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3282992.
[2]D. Zou et al., "Simplified THP and M-Log-MAP Decoder Based Faster Than Nyquist Signaling for Intra-Datacenter Interconnect," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 19, pp. 6300-6309, 1 Oct.1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3279463.
[3]J. Li, Q. Yang, X. Dai, C. Lim and A. Nirmalathas, "Joint Beam-and-Probabilistic Shaping Scheme Based on Orbital Angular Momentum Mode for Indoor Optical Wireless Communications," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 20, pp. 6488-6495, 15 Oct.15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3287579.
[4]Y. Song, Y. Ma, X. Lai, B. Jia and Q. Xiao, "Fiber Optic Sensor Based on Linear Sagnac Interferometer for Branch Localization," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 20, pp. 6621-6630, 15 Oct.15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3287403.
[5]M. Han?et al., "High Spectral Efficiency Long-Wave Infrared Free-Space Optical Transmission With Multilevel Signals," in?Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 20, pp. 6514-6520, 15 Oct.15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3287934.
[6]Y. Wang et al., "Spectrally Efficient Non-Orthogonal Discrete Multi-Tone Transmission for Underwater Wireless Optical Communication With Low-Complexity High Performance ICI Mitigation," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 19, pp. 6288-6299, 1 Oct.1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3279700.