1 华能陇东能源有限责任公司，甘肃 庆阳 744500
2 西安热工研究院有限公司，西安 710000
3 西北电力设计院，西安 710000
【目的】由于数据中心网络的高速发展，对高速率、大容量数据中心光传输系统的性能研究也极为迫切，单载波400或600 Gbit/s传输将逐渐成为下一代通信网络主流的传输速率，当前人们对400 Gbit/s传输系统在数据中心网络中应用的研究较为广泛，而对600 Gbit/s传输系统的详细研究较少。
【方法】为了满足数据中心通信容量日益增长的需求，文章基于单载波600 Gbit/s速率下一代数据中心弹性光网络（EON）传输系统，对影响传输系统的传输距离和频谱利用效率问题进行了详细的理论分析和实验研究。
【结果】分析表明，单载波最大入纤光功率决定传输系统的最大传输距离，而传输系统的频谱利用效率与传输通道带宽有关，同时对单载波600 Gbit/s EON传输系统进行实验研究，实验通过对比不同入纤光功率与系统Q因子和纠前误码率的关系，以及不同通道数3 dB通道滤波带宽与系统Q因子的关系，证实系统传输距离和频谱利用效率分别与最佳入纤光功率和滤波带宽有关，并且实验表明，600 Gbit/s传输系统最佳单波入纤光功率和最佳滤波带宽分别为＋4 dBm和77 GHz，此时系统传输距离最远，频谱利用效率最高。并且在此实验数据下实现了600 Gbit/s传输系统48 h无误码长期稳定运行，这说明该入纤光功率和带宽可有效延长和提高600 Gbit/s通信系统的传输距离和频谱利用率。
【结论】对于600 Gbit/s速率EON传输系统存在一个最佳入纤功率和滤波带宽，使得系统在不引起明显光纤非线性代价和通道串扰情况下传输距离最远，带宽利用率最大，文章提出的600 Gbit/s传输系统最佳入纤光功率和滤波带宽对600 Gbit/s传输系统的工程建设具有非常有意义的参考作用。
高速通信 入纤功率 弹性光网络 频谱效率 high-speed communication incident power EON spectral efficiency 光通信研究
2024, 50(1): 22004101
重庆邮电大学 通信与信息工程学院， 重庆 400065
为了提高现有光空间调制系统的频谱效率，提出了一种在同相和正交域同时激活多根发射光学天线分别传输调制信号的实部与虚部的光广义正交空间调制（OGQSM）技术。该技术将调制符号扩展到同相和正交域，使得系统在空间域可以携带更多的比特，从而提高了系统频谱效率和误码性能。采用适用于所有湍流状态的Malaga湍流信道，分析了OGQSM系统在大气湍流、指向误差和路径损耗联合作用下的系统误码性能。蒙特卡罗仿真结果表明：与现有的光空间调制技术相比，所提出的OGQSM技术能够获得更好的频谱效率和误码性能，且接收光学天线数量与系统误码性能存在正相关关系，指向误差和大气湍流强度与系统误码性能存在负相关关系。
自由空间光通信 光空间调制 Malaga湍流信道 指向误差 频谱效率 free space optical communication, optical spatial
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 湖北大学物理与电子科学学院，湖北 武汉 430062
通过对光高频谱效率频分复用（O-SEFDM）系统的现有多种生成方式的分析，提出了一种基于修正的普适分数阶傅里叶逆变换（uIFrFT）生成方法。基于参数对称的uIFrFT，可以应用厄米特对称生成实值信号，因此避免了强度调制/直接探测（IM/DD）O-SEFDM中的上变频，实现了系统的简化。在该方案中设计了适配的球面部分检测器（SPD）。仿真结果表明，对于IM/DD O-SEFDM系统，uIFrFT生成方法在灵活性和性能上优于现有生成方法。此外，在4阶正交振幅调制（4QAM）和16QAM传输系统中，SPD相比于传统固定球面检测器（FSD）的误码率（BER）性能得到提升，而且复杂度降低了约51%。
光通信 高频谱效率频分复用 生成方法 厄米特对称 强度调制/直接探测 光学学报
2022, 42(19): 1906005
大连海事大学信息科学技术学院，辽宁大连 106026
为了进一步提高频谱效率，在大规模多输入多输出(MIMO)系统中引入了非正交多址 (NOMA)，然而当基站与用户之间的信道较差时，这很难保证用户的频谱效率。为解决这一问题，探讨了基于智能反射表面(IRS)的大规模 MIMO-NOMA系统，来保证用户的频谱效率。具体地，首先考虑了 IRS辅助的大规模 MIMO-NOMA系统模型。然后根据簇头选择算法，为每个波束选择一个簇头来设计模拟预编码。之后，根据等效信道的相关性对用户进行分组，选择在每个波束中等效信道增益最强的用户来设计数字预编码。最后联合优化基站的功率分配和 IRS的相移矩阵，来保证用户频谱效率的公平性，即最大化最小频谱效率。仿真结果表明，与没采用 IRS的大规模 MIMO-NOMA系统相比，IRS辅助的大规模 MIMO-NOMA系统可显著改善最弱用户的频谱效率。
大规模 MIMO 非正交多址 智能反射表面 预编码 最大化最小频谱效率 massive MIMO Non-Orthogonal Multiple Access Intelligent Reflecting Surface precoding maximize the minimum spectral efficiency 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(7): 659
1 兰州理工大学计算机与通信学院, 甘肃 兰州 730050
2 兰州理工大学电气工程与信息工程学院, 甘肃 兰州 730050
针对已有差分光空间调制系统(DOSM)中存在的频谱效率不理想问题,利用高能量效率的脉冲位置调制(PPM)和高频谱效率的脉冲幅度调制(PAM),通过构建满足差分过程的空时弥散矩阵,提出一种包含空间域、时间域和数字符号域的高维DOSM(HD-DOSM)方案。在详细介绍HD-DOSM的差分编码原理后,推导了HD-DOSM的理论误码率上界,并与DOSM进行了性能对比。结果表明:所提方案实现了频谱效率和误码性能的折中。当频谱效率为1 bit·s -1·Hz -1、误码率为1×10 -3时,和基于PAM的DOSM相比,HD-DOSM的信噪比改善了约2 dB,其传输速率增加了2 bpcu (bit per channel use)。利用发送信号的稀疏性,提出了一种先检测PPM符号的分步检测算法,以有效降低接收端译码算法的计算复杂度。当PPM阶数为4时,相较于最大似然检测算法,所提方案的复杂度降低了约75%。
光通信 光空间调制 信道状态信息 差分光空间调制 误码率 频谱效率
暨南大学信息科学技术学院，广东 广州 510632
为了提高水下光无线通信（UOWC）的频谱效率和功率效率，提出了一种基于多层非对称剪裁光正交频分复用（Layered-ACO-OFDM）的UOWC系统。该系统通过对子载波分层调制的方法，充分利用了传统非对称剪裁光正交频分复用（ACO-OFDM）中损失的频谱资源，极大地提高了光无线通信系统的频谱效率。此外，Layered-ACO-OFDM系统不需要加入直流偏置，故功率效率也得到了大大提升。考虑了可见光在海水中传输过程中的吸收和散射效应，建立了基于蒙特卡罗方法的UOWC信道模型，并较为全面地研究了海水中不同叶绿素浓度和不同接收机参数下的信道响应。结果表明，与传统ACO-OFDM相比，基于Layered-ACO-OFDM的UOWC系统具有频谱效率高的优势。同时，当信噪比为27 dB时，在清澈海水中其可以实现10 m距离下1 Gb/s的高速率通信。
激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2106005
1 成都理工大学 工程技术学院, 四川 乐山 614000
2 核工业西南物理研究院,成都 610213
为了在弹性光网络(EON)上最大化总频谱效率, 提高用户体验质量(QoE), 文章提出了一种基于深度神经网络(DNN)的自适应调制方法。首先对光纤中的网络传输质量进行估计, 然后利用深度学习方法, 将路由长度、跳数和视频质量作为请求特征的3个参数, 根据每个需求的期望QoE, 选择具有最大频谱效率的调制进制。仿真结果表明, 所提方法的平均频谱效率在美国国家自然科学基金会(NSF)网络中比距离自适应和整数规划方法分别高了51%和32%, 在中国网络(CN)骨干网中分别高了43%和29%; 且所提方法的阻塞概率比距离自适应和整数规划方法最低降低0.01。
弹性光网络 体验质量 深度神经网络 频谱效率 自适应调制 EON QoE DNN spectrum efficiency adaptive modulation
大连海事大学 信息科学技术学院, 辽宁 大连 116026
针对可见光通信系统传输性能问题, 文章提出了一种无载波幅度相位(CAP)调制与数字脉冲间隔调制(DPIM)结合的混合调制方案。该方案分别利用两者频谱效率和功率效率较高的特点, 发送端在脉冲间隔调制的脉冲时隙加载直流偏置光CAP(DCO-CAP)信号, 实现混合调制信号的并行生成, 接收端通过门限检测和最大似然检测完成混合调制信号的串行解调。推导了室内可见光高斯信道下混合调制方案的误码率(BER)及误帧率(FER)解析表达式。此外, 从频谱效率和FER两方面对比分析了该混合调制方案与传统DPIM及DCO-CAP方案的性能优劣。数值仿真结果表明: 当频谱效率相同时, 混合调制方案较单一调制有更高的可靠性。
可见光通信 无载波幅度相位调制 脉冲间隔调制 误帧率 频谱效率 VLC CAP modulation pulse interval modulation FER spectral efficiency
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
基于未对准衰落(即指向误差)和Malaga湍流分布的联合概率密度函数,采用Meijer G函数推导自适应多进制相移键控(MPSK)调制系统的平均误比特率和中断概率渐近表达式。接收机半径一定时,通过调整光束束腰半径和抖动标准差参数值,可获得系统最优误比特率。当束腰半径与接收机半径之比wz/a=10且抖动标准差与接收机半径之比σs/a=1.5时,非自适应二进制相移键控(BPSK)系统平均误比特率曲线下降最快;而wz/a=5,σs/a=1.5时,自适应MPSK系统频谱效率和平均误比特率均达到最优。当未对准衰落一定且平均电信噪比较小时,自适应系统平均误比特率和中断概率主要受未对准衰落影响,但随着平均电信噪比的增加,受湍流的影响增大。
光通信 无线光通信 Malaga湍流 未对准衰落 自适应调制 频谱效率 平均误比特率 光学学报
2020, 40(22): 2206004
