上海大学 特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
【目的】具有可调谐能力的高频微波载波（GHz）在第五代移动通信技术（5G）/第六代移动通信技术（6G）无线网络、雷达系统和卫星通信领域中有着广泛的应用。由于比较简单的系统结构、大带宽和低损耗的优点，基于光子技术生成高频可调谐微波载波的技术方案吸引了国内外研究团队的广泛关注。由于目前C波段有着成熟的商用器件，因此目前光生微波实验多在C波段进行。随着波分复用（WDM）—光载射频（ROF）技术借助WDM系统在光频域的合/分波来灵活实现微波频段的合/分波，利用ROF系统采用光生微波技术来简化基站配置，使得C波段的有限带宽资源（35 nm，1 530~1 565 nm）越来越紧张。因此，光生微波技术的研究有着向更宽光谱范围扩展的驱动力。U波段可以提供宽至50 nm（1 625~1 675 nm）的信道带宽来缓解C波段的信道利用压力。在U波段，标准单模光纤已实现低至0.195 dB/km（@1 625 nm）的光功率损耗，特别是，掺铥光纤放大器在U波段也可实现达到18.7 dB（@1 655 nm）的大带宽增益。因此，基于标准单模光纤的WDM系统可向U波段扩展，从而促使WDM-ROF技术向这一波段延伸，进而带动光生微波技术向U波段拓展。文章研究了U波段的光生微波技术。
【方法】从数学模型上看，现有光生微波技术对所应用的光载波波段是透明的，只需选择对应工作波段的光子学器件就可在任意波段使用这些方法来产生微波载波。从原理上看，C波段的光子学器件（如偏振控制器、相位调制器（PM）和光纤移相器（FPS）等）可以工作在U波段，这些器件的工艺技术成熟并易于购置。因此，文章采用C波段的PM、FPS和光耦合器等光子学器件，基于U波段光载波搭建了光生微波载波系统。
【结果】最终基于该系统产生了调谐范围覆盖7.5~12.0 GHz、杂散抑制比达29.6~35.2 dB的可调谐微波载波。
【结论】文章通过公式原理分析和实验验证，实现了将光生微波载波技术的工作波段扩展至U波段。
光生微波载波 U波段 光相位调制器 强度调制 频率可调谐 杂散抑制比 photogenerated microwave carrier U-band optical PM intensity modulation frequency-tunable spurious suppression ratio 光通信研究
2024, 50(2): 22005401
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Specialty Optics and Optical Access Networks, Shanghai Institute for Advanced Communication and Data Science, Shanghai University, Shanghai 200444, China
In this paper, we demonstrate a high-sensitivity and real-time heterodyne coherent optical transceiver for intraplane satellite communication, without digital-to-analog converter (DAC) devices and an optical phase lock loop (OPLL). Based on the scheme, a real-time sensitivity of -49 dBm is achieved at 5 Gbps QPSK. Because DAC is not needed at the transmitter, as well as OPLL at the receiver, this reduces the system cost. Furthermore, the least required Rx ADC bit-width is also discussed. Through theoretical analysis and experimental results, our cost-effective transceiver satisfies the scenario and could be a promising component for future application.
real-time coherent transceiver heterodyning intraplane satellite optical communication Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 030601
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230125
1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
2 上海大学上海市先进通信与数据科学研究院，上海 200444
为了缩小矩形正交幅度调制（QAM）方式和香农极限的差距，探究高斯信道下的星座整形性能，设计一种应用于卫星间激光通信的几何整形与概率整形相结合的方案。将星座点的判决范围视为圆形，从图形的紧密排列角度出发提出几何整形的思路，再利用编码映射技术使各个星座点概率分布符合麦克斯韦-玻尔兹曼分布。几何整形与概率整形相结合可以进行非常规星座点数的星座设计。在功率限制的前提下，进行了信息熵为3和星座点数为8~13、信息熵为4和星座点数为16~23的仿真和相干光通信系统实验。在仿真理论中，误码率约为5×10-3时，相比常规8QAM和16QAM，矩形QAM分别取得了约1 dB和1.3 dB的增益。同时还进行了8点和16点的几何整形的仿真和实验，相较于矩形QAM，分别有约0.1 dB 和0.22 dB的性能提升。
相干光通信 几何整形 概率整形 星座整形 星间通信 光学学报
2023, 43(19): 1906002
上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室，特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
为解决模分复用无源光网络（MDM‐PON）模式间串扰的问题，本文提出了一种基于多输入多输出（MIMO）预均衡的串扰消除方法。利用帧头插入的时分训练序列，在接收端相干检测后估计信道的冲激响应，并将其用于发送端MIMO均衡器抽头系数的计算。采用线偏振（LP）模式的模分复用（MDM）传输仿真系统对所提方法进行验证，并将所提方法与基于迫零（ZF）预编码的串扰消除方法进行了对比。结果表明：连接5 km少模光纤（FMF）时，与迫零预编码相比，MIMO预均衡使各模式（LP01、LP11、LP21、LP31）信号的误码率在满足7%硬判决‐前向纠错（HD‐FEC）门限时的发送光功率分别降低了3.0 dB、4.1 dB、1.2 dB和9.2 dB。另外，考虑到光纤色度色散的影响，本文进一步提出了带色散预补偿的MIMO预均衡器结构，该结构可以实现对色散的补偿。
光通信 无源光网络 模分复用 多输入多输出 预均衡 模式串扰
1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
2 上海大学特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
针对自由空间光通信(FSO)系统中大气湍流导致大气信道折射率不稳定，进而对传输光信号造成损伤导致误码率升高等问题，本文提出了一种基于LP01、LP11a和LP11b两模组光纤的少模分集接收结合相干检测信号处理的方案，以对抗FSO系统中大气湍流对系统性能的影响，从而提高接收机的性能。根据Gamma-Gamma(G-G)大气湍流信道模型，采用基于时频域最小均方(LMS)的多入多出(MIMO)信号处理算法，通过VPI仿真软件模拟光场在弱、中、强三种强度大气湍流(弱、中、强大气湍流下，折射率结构参数的取值分别为2.1×10－16、3.51×10－14，2.6×10－13)条件下的传输，进行传输速率为100 Gbit/s的偏振复用正交相移键控(DP-QPSK)自由空间光传输仿真实验。实验结果表明，相比于单模光纤接收，采用三模光纤接收可在弱、中、强三种湍流强度下使接收性能分别提高1.8 dB、2.5 dB和3 dB。
光通信 大气湍流 Gamma-Gamma模型 少模光纤 多入多出 中国激光
2022, 49(23): 2306002
上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
超无源光网络(Super-PON)凭借低成本、长距离传输、支持大量用户等优点逐渐成为研究热点。然而，在多波长长距离传输系统中，Super-PON上下行之间及Super-PON与以太网无源光网络(EPON)、10G以太网无源光网络(10G-EPON)系统共存时，皆面临着受激拉曼散射(SRS)串扰的挑战。因此，为了满足Super-PON系统的高链路预算需求，通过VPI仿真软件分别测量了在上述各种组合方式下系统所受到的SRS串扰。结果表明：将C波段作为下行并将L波段作为上行进行传输时，信号所受到的功率损伤最小，为0.43 dB(上下行单波长入射光功率分别为10 dBm和13 dBm)，因此这是Super-PON系统的最佳波段分配方案。此外，当Super-PON与EPON上行、10G-EPON下行系统共存时，SRS效应给它们带来的影响很小，基本可以忽略不计。
光通信 受激拉曼散射 超无源光网络 以太网无源光网络 功率损伤
1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200444
2 中兴通讯公司, 上海 201203
提出了一种简化的相干检测系统,通过在时域上交替探测信号的同向(I)及正交(Q)信息分量,实现了基于单个平衡光电探测器(BPD)的相位分集接收。仿真结果表明,25 Gbit/s的非归零信号经过25 km标准单模光纤传输时,在10 -3误码率门限下,其接收灵敏度为-39.97 dBm。用Gram-Schmidt正交化过程算法对信号光与本振(LO)光之间频率偏移引起的I、Q分量失配角进行补偿,当频率偏移小于符号速率的1/5(±5 GHz)时,灵敏度代价约为3.2 dB。此外,当LO光功率较高时,用单PD取代BPD的灵敏度损失约为3 dB。本方案为实现低成本的相干检测提供了一种解决方法。
光通信 相干检测 相位调制 频率偏移 正交化算法 光学学报
2021, 41(20): 2006001
上海大学特种光纤与光接入网重点实验室, 上海先进通信与数据科学研究院, 上海 200444
提出一种基于光梳状谱发生器(OFC)和注入锁定本地激光器的相干正交频分复用无源光网络(OFDM-PON)系统,通过理论计算及实验得出OFDM信号功率、本振光(LO)功率和注入比的最佳值。并对经过25 km单模光纤(SMF)传输后用半导体光放大器(SOA)、宽线宽从属激光器和窄线宽从属激光器提供外差接收本振光波的3种下行传输方案的误码率(BER)性能进行对比。实验结果表明激光器注入锁定不仅可以改善接收灵敏度,而且接收性能不受从属激光器固有线宽的影响,并能为上行传输提供相干光源。因此系统成本大大降低,为光相干检测技术在接入网和数据中心互联中的应用提供了可能性。
光纤光学 正交频分复用无源光网络 注入锁定 光梳状谱发生器
1 上海市先进通信与数据科学研究院, 上海 200444
2 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200444
4阶脉冲幅度调制信号对光电器件的线性度要求较高,色散容限较小;10G级光器件的带宽限制严重影响系统性能。描述了采用商用25G级光器件实现50 Gbit/s 非归零码(NRZ)信号的传输实验方案。分别在背靠背和25 km标准单模光纤传输情况下,使用最大似然序列估计和基于最小均方误差算法的判决反馈均衡进行译码。通过比较不同接收光功率条件下的误码率性能,证明了基于25G级光器件的50 Gbit/s NRZ信号传输能够作为单路50 Gbit/s的候选方案。
光通信 定时恢复 信道估计 均衡 最大似然序列估计 判决反馈均衡
