2022年通信系统与光电子关键期刊论文评述（六）

2022年3月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：自由空间光通信，相干接收机，可见光通信，多芯光纤，太赫兹光通信系统以及微波光子陷波滤波器等。笔者将逐一评析。

评述作者包含邵宇丰，王安蓉，杨骐铭，伊林芳，田青，于妮，袁杰，左仁杰，李彦霖，陈鹏，李冲，刘栓凡。

1. 自由空间光通信

日本东洋电机株式会社的Abdelmoula Bekkali等研究人员设计了一种全双工自由空间光通信（FSO）收发器，如图1所示。该器件采用三轴音圈马达（VCMs）驱动器来控制透镜移动以保证FSO系统中动态光束的稳定。研究人员利用测得的接收光功率和四象限光电探测器（QPD）中的传感数据，研究了VCM驱动器之间的智能协调算法；并通过上述算法对镜头3D位置进行了优化调整以提升光纤耦合效率[1]。研究人员在200米自由空间链路中对该器件进行了实验研究，结果表明：使用该收发器可支持10GbE局域网和10信道公共无线电接口（LTE-CPRI）中标准信号的无差错传输；在晴天条件下持续24小时信号传输时，误码率低至3×10-10。不难发现，该类收发器将是未来FSO系统中支持宽带数据传输的备选器件。

图1 FSO收发器设计方案；（a）系统布局、（b）VCM镜头、（c）收发器结构

2. 相干接收机

美国诺基亚贝尔实验室的Son Thai Le等研究人员设计了一种新型相干接收机，如图2所示。该方案采用了单端相干接收机（SER），并将平衡光电探测器（PDs）替换为单端PDs以降低因平方律检波而产生的信号间拍频干扰（SSBI）。研究人员还通过引入直接场重构（DFR）、剪切迭代SSBI抵消（CIC）和梯度下降（GD）技术来进一步降低SSBI影响。此外，他们还提出一种SERs自校准技术，用于表征传统平衡相干接收机（BR）的光电（O/E）响应[2]。研究人员在含100KM单模光纤链路的系统进行了实验研究，结果表明：使用上述接收机传输90GBaud概率星座整形64阶正交幅度调制（PCS-64QAM）信号， 净数据传输速率可达882Gbit/s；与传统平衡相干接收方式相比接收机灵敏度损失更低。综上所述，该类器件将在未来高速相干光通信系统中具有一定的潜在应用价值。

图2 双极化单端相干接收机

3. 可见光通信

美国加州SLD激光有限公司的Changmin Lee等研究人员设计了一种高速可见光（LiFi）通信系统，如图3所示。该系统集成在表面贴装设备（SMD）的封装平台上，采用超高亮度激光源提供450流明的白光输出（亮度为1000cd/mm2），并应用含蓝光和红外（IR）双波长的激光二极管。研究人员在3m长信道中对该系统进行了实验研究，结果表明：使用单个SMD中的蓝光和红外激光器可实现大于25Gbit/s的高速信息传输；研究人员基于侧发射光纤设计的双波长SMD光源支持高达2.8Gbit/s速率的信息传输[3]。毫无疑问，该方案证明了兼顾装饰性照明和宽带高质量可见光通信融合应用的可能性。

图3 双光源LiFi系统

4. 多芯光纤

日本情报通信研究机构的Benjamin J. Puttnam等研究人员对S、C和L波段光信号在四芯光纤中的循环传输进行了分析研究，如图4所示。他们将掺铥和掺铒光纤放大与分布式拉曼放大方式相结合，并使用包层直径为125um（与标准单模光纤相同）的多芯光纤（MCF）（其中单纤芯含552路波长（间隔为25GHz），可覆盖120nm以上的带宽）。研究人员采用了不同调制方式对系统中光信号的传输性能进行了研究，结果表明，24.5GBaud偏分复用16阶正交幅度调制（PDM-16QAM）信号经3001km距离长传输后，经广义互信息（GMI）估计后数据速率为342Tbit/s，经低密度奇偶校验（LDPC）译码后测算信息吞吐量为319Tbit/s；当传输距离为8027 km时，24.5GBaud PDM-QPSK调制信号的传输速率为83.7Gbit/s[4]。综上所述，通过采用多种放大方式结合的方式能进一步提升三种不同波段内宽带信号的吞吐量和光纤链路传输距离；且MCF技术可在增加系统传输容量的同时，实现空分复用（SDM）系统的资源共享和集成。

图4 支持光信号在MCF中传输的实验系统

5. 太赫兹光通信系统

瑞士苏黎世联邦理工学院的Yannik Horst等研究人员针对高速信号在太赫兹光通信系统中的传输性能进行了研究，其系统结构如图5所示。他们通过单行载流子光电二极管（UTC-PD）实现了信号从光域到太赫兹域的转换（即采用等离子体调制器将太赫兹信号映射到光载波上）。研究结果表明，当自由空间信道长度为5m（级联发射端6km和接收端4km的传输光纤）时，可实现200.25Gbit/s的数据传输速率；当自由空间信道增加到115m时，可实现114.9Gbit/s的数据传输速率；以上测试结果都是在无任何电信号域放大装置的情形下完成的。当自由空间信道为115m且采用THz放大器时，可实现164.4Gbit/s的数据传输速率[5]。综上所述，基于等离子体调制器实现的该方案为未来透明大容量光纤无线通信系统的应用提供了新思路。

图5 太赫兹光通信系统

6. 微波光子陷波滤波器

澳大利亚悉尼大学的Matthew Garrett等研究人员设计了一种微波光子（MWP）陷波滤波器（具有三个独立的频点可在20GHz范围内调谐），如图6所示。该方案通过级联多个氮化硅（Si3N4）微环谐振器（MRRs）实现相位反转，利用三硫化砷（As2S3）光子芯片上的布里渊散射效应使得射频（RF）信号陷波深度增加；该滤波器可实现的关键技术参数包括：8dB的低通频带损耗、峰值陷波深度大于40 dB、频谱分辨率为500 MHz。研究人员使用该滤波器在RF域进行了滤波模拟实验，研究结果表明，在相干通信接收系统射频下变频过程中，使用该器件后接收信号星座的误差矢量幅度（EVM）从59.8%大幅降低至14.9%[6]。综上所述，该滤波器设计方案有望在宽带射频系统中起到提升接收信号性能的作用。

图6 多频点微波光子陷波滤波器实验系统

参考文献：

[1] A. Bekkali, H. Fujita, and M. Hattori, “New Generation Free-Space Optical Communication Systems with Advanced Optical Beam Stabilizer,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 5, pp. 1509–1518, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3146252.

[2] S. T. Le, V. Aref, and J. Cho, “Single-ended coherent receiver,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 5, pp. 1382–1399, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3127347.

[3] C. Lee et al., “26 Gbit/s LiFi system with laser-based white light transmitter,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 5, pp. 1432–1439, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3124942.

[4] B. J. Puttnam, R. S. Luis, G. Rademacher, Y. Awaji, and H. Furukawa, “High-Throughput and Long-Distance Transmission With >120 nm S-, C- and L-Band Signal in a 125μm 4-Core Fiber,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 6, pp. 1633–1639, 2021, doi: 10.1109/jlt.2021.3128725.

[5] Y. Horst et al., “Transparent Optical-THz-Optical Link at 240/192 Gbit/s over 5/115 m Enabled by Plasmonics,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 6, pp. 1690–1697, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3148534.

[6] M. Garrett et al., “Multi-Band and Frequency-Agile Chip-based RF Photonic Filter for Ultra-deep Interference Rejection,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 6, pp. 1672–1680, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3129509.

11个国家同时断网，这究竟是怎么回事儿？

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上周四，也就是 12 月 6 号，接连有 11 个国家的人同时遇到了一件令他们困惑的事儿。。

他们的手机不能上网了！！！

先是日本用软银手机卡、家庭网络的全跪了（ 软银不只是世界上最大的科技投资机构，它也是日本运营商之一 ）。

大家既用不了流量，也不能打电话发短信，从下午 1 点 40 一直到晚上 6 点多才恢复，着急唠嗑、报平安、体验生活的人们在每一个公用电话机旁排起了长队。。

这件事情不仅让软银在美股上的股价大跳水。。正好这两天软银的日本通信商正在 IPO ，有两家银行果断把报价砍了 40%。。

千里之外用运营商 O2 的英国人更惨，他们在凌晨 4 点半就没了网，一觉醒来抓着手机啥也刷不出来，立马回到了山顶洞人的时代。全英国的出租车、公交车上的互联网服务也全部掉线，有的司机吐槽自己只能在没有导航的情况下瞎 JB 开。。

他们一直到晚上九点才恢复了一丢丢流量，但在大家疯狂试网的冲击下，基本上一步三卡，最终到转天才真正的恢复正常。。

使劲嘲笑 O2 的友商沃达丰

除了这两个国家受到的影响特别广泛之外，三天两头断网的澳大利亚也没能逃过，使用沃达丰澳洲的人们在转天也遇到了类似的问题，不过他们已经见怪不怪了。。

没有网、不能打电话，要这手机还有何用？像差评君这种手机还有 20% 电的就焦躁不安人士，若真把网断一天。。不敢想不敢想。。

就是这样可怕的经历，24 小时之内，全世界 6000 万个人被迫体验了一次。。起因么，居然简单的可笑。。

因为爱立信有个证书过期了！

又是证书，差评君不久前还写过淘宝证书过期导致网页打不开，这回更牛的是，爱立信核心网设备的软件证书过期，直接把全世界用了它设备的运营商都坑了。。

SGSN、MME都是核心网设备中重要的控制节点，它们在一起接管 2G/3G/4G 全网段的接入控制、移动性管理等的功能，这两个设备的软件证书一旦过期，其他的设备再好使也白搭，网络分分钟 down 掉。。

爱立信解释故障原因

软银为了尽快修复问题，他们不得已将软件回滚到上一个老版本，才解了燃眉之急。

英国的运营商 O2 为了安抚民众的情绪，赶紧出台了补救措施，包月用户返还两天的费用（ 大概每人有 87 便士 ），随用随交的用户在明年充值的时候有 10% 的折扣。。

Twitter 上的人表示：你打发乞丐呢？

让人奇怪的是，这么重要的证书，快过期了也没个提示，爱立信自己的人也没个流程提示，出了问题一脸懵逼，等着运营商一家家接连的崩溃才解决。

而且爱立信的人疯狂暗示，这次遇到的都是老旧设备，本来就该更新换代的那种，出了事儿是因为真的设备太旧了。。Emmm？这锅甩的。。

随着 5G 的到来，万物互联的日子也不再遥远，没准儿机器学习也非常牛逼了，那么很多工作真的就可移交给机器来做。无人车、智慧家居、无人超市。。如果那时候网络突然中断了，电话用不了，无人车堵在路口动不了、娱乐设备用不了、超市的帐结不了。。。整个社会陷入瘫痪。

也许未来的医院用的是远程操纵手术，正在紧要环节，这时候，网却突然没了。。最终查出来的原因居然是因为某家厂子的设备证书过期？！

恐怕再也没有比这更讽刺的事儿了。。

图片来源：

澎湃

观察者网

爱立信

参考资料：

澎湃新闻，《谷歌母公司在实验室蚊子工厂里推进"蚊子灭绝计划"》

观察者网，《华为事件发酵 日本软银股价大跌 11国断网瘫痪》

华尔街日报，《Cell Service in Japan Goes Down for Hours, Clouding Year’s Biggest IPO》

東洋経済オンライン，《ソフトバンク通信障害が映すスマホ社会の罠》

微博@英国那些事儿

ZDNET，《Ericsson: Expired certificate caused O2 and SoftBank outages》

“ 垄断商出问题太可怕 ”

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