Abstract Transitions to 5G are accompanied by rapid increase in data traffics, creating exciting opportunities for competitive edges in 5G spectral efficiency (SE) solutions. We present the first reported vertical cavity surface emitting laser (VCSEL)-based heterodyne technique in context of four-level pulse amplitude modulation (PAM-4) over 15 km SMF fibre and 12 m radio frequency (RF) wireless link. Two low-cost temperature stabilized VCSELs with an extinction ratio (ER) of 4.6 dB and aggregated bit rate of 7 Gbps OOK data to meet the high data demands in wireless connectivity are heterodyned to dynamically generate low phase noise 37.9 GHz RF for 30 m wireless transmission link. PAM-4 modulation technique is adopted to maximize the RF carrier SE in transmission of 14 Gbps data over 12 m wireless link, doubling the network bit rate. It is the first time a VCSEL-based photonically generated RF carrier system is reported with a doubled network bitrate upgrade functionality in the contest of PAM-4. A receiver sensitivity of -23.19 dBm is attained on the 7 Gbps OOK data with a transmission penalty of 2.62 dB over a 30 m link. However, a 14 Gbps PAM-4 modulation incurred a 6.17 dB penalty over the 12 m wireless transmission link. Heterodyned VCSEL technology offer dynamic RF carrier flexibility while PAM-4 upgrades the RF carrier SE without replacing the network optics.

中文翻译：

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先进的 VCSEL 光子学：用于频谱高效的 5G 无线传输网络的多级 PAM

摘要 向 5G 的过渡伴随着数据流量的快速增长，为 5G 频谱效率 (SE) 解决方案的竞争优势创造了令人兴奋的机会。我们在超过 15 公里 SMF 光纤和 12 米射频 (RF) 无线链路的四级脉冲幅度调制 (PAM-4) 背景下首次报道了基于垂直腔表面发射激光器 (VCSEL) 的外差技术。两个具有 4.6 dB 消光比 (ER) 和 7 Gbps OOK 数据聚合比特率的低成本温度稳定 VCSEL 可满足无线连接中的高数据需求，通过外差动态生成低相位噪声 37.9 GHz 射频，用于 30 m 无线传输链路。采用 PAM-4 调制技术，在 12 m 无线链路上传输 14 Gbps 数据时最大限度地提高射频载波 SE，使网络比特率翻倍。这是首次在 PAM-4 竞赛中报道具有双倍网络比特率升级功能的基于 VCSEL 的光子生成射频载波系统。在 7 Gbps OOK 数据上获得 -23.19 dBm 的接收器灵敏度，在 30 m 链路上传输损失为 2.62 dB。然而，14 Gbps PAM-4 调制在 12 m 无线传输链路上产生了 6.17 dB 的损失。外差 VCSEL 技术提供动态射频载波灵活性，而 PAM-4 升级射频载波 SE，而无需更换网络光学器件。14 Gbps PAM-4 调制在 12 m 无线传输链路上产生了 6.17 dB 的损失。外差 VCSEL 技术提供动态射频载波灵活性，而 PAM-4 升级射频载波 SE，而无需更换网络光学器件。14 Gbps PAM-4 调制在 12 m 无线传输链路上产生了 6.17 dB 的损失。外差 VCSEL 技术提供动态射频载波灵活性，而 PAM-4 升级射频载波 SE，而无需更换网络光学器件。