引用本文:

余玉揆. 一种用于IMDD光系统的低复杂度非线性均衡器[J]. 光通信技术,2022,46(1):35-38.

一种用于IMDD光系统的低复杂度非线性均衡器

余玉揆

(华为技术有限公司,广东 深圳518129)

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摘要:色散导致的信号相位变化经平方律检测后转化为非线性损伤,限制了C波段强度调制直接检测(IMDD)光系统性能。传统Volterra非线性均衡器(VNLE)可以补偿此类非线性损伤,但实现复杂度极高,不适合低成本、短距离传输系统。Neighbor-grouped Volterra非线性均衡器(NG-VNLE)通过简并具有相同系数的Volterra项从而大幅降低了实现复杂度,但简并操作也使得Volterra非线性项之间的差异被忽略,均衡性能有所下降。提出了一种用于IMDD光系统的低复杂度非线性均衡器,通过引入基于绝对值的非线性项,补偿了被忽略的Volterra项之间的差异;基于直调激光器(DML)的IMDD光系统的107 Gb/s四电平脉冲幅度调制(PAM4) C波段传输,测试了新提出的非线性均衡器性能,实验结果表明其性能与传统VNLE相近,且实现复杂度降低了28%。

关键词:强度调制直接检测;非线性损伤;均衡器;低复杂度

中图分类号:TN256 文献标志码:文章编号:1002-5561(2022)01-0035-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2022.01.008

0 引言
       由于强度调制直接检测(IMDD)技术具有结构简单和低成本的特性,被广泛应用于短、中距离光传输系统[1-3]。近些年,虽然相干光通信技术有从长距传输场景下沉到短距离传输场景的趋势,但是IMDD仍然是低成本应用场景的首选方案。与外调制器马赫-曾德尔调制器(MZM)相比,直调激光器(DML)具有更小的尺寸、更高的光功率和更低的成本[3],因而基于DML的IMDD系统受到了工业界和学术界的广泛关注。
  然而,高速短距离IMDD光系统(每个波长传输速率>50 Gb/s)中,当传输距离大于一定长度时,DML的频率啁啾会加剧色散引入的信号光场相位变化,该相位变化在平方律探测下会转化为系统非线性损伤[4-5]。这是因为光探测器的平方律检测仅能获取强度信息而无法探测相位变化,光信号经直检接收机后丢失了相位信息,色散和DML的频率啁啾相互作用导致的相位变化将转化为系统非线性损伤[4-8]。因此,高速IMDD光系统,尤其是C波段系统的最大传输距离受限于光纤色散。尽管色散可以通过色散补偿光纤进行补偿,但这将导致成本上升和灵活性下降。
  Volterra级数可广义地描述系统的非线性,因而基于Volterra级数的Volterra非线性均衡器(VNLE)被广泛应用于非线性损伤补偿。2017年,华为在O波段四电平脉冲幅度调制(PAM4)系统上对比了Volterra和Wiener均衡器[7]。但VNLE因其大量的非线性项,复杂度极高,并不适合直接应用于低成本需求场所。因此,如何降低Volterra复杂度成为了工业界和学术界的研究热点[7-12]。2019年,日本NTT[9]将裁剪型二阶VNLE(pruned-VNLE)应用于基于MZM的光系统;韩国KAIST[10-11]将简化版的VNLE应用于基于DML的光传输系统,其中Neighbor-grouped VNLE(NG-VNLE)通过简并二阶Volterra项而大幅减少了系统所需的Volterra项[5],但简并操作也使得原本Volterra项之间的轻微差异被忽略。因此,在特定情况下,pruned-VNLE、NG-VNLE与传统VNLE的性能均有一定的差距。另外,基于绝对值的非线性均衡(A-NLE)通过避免Volterra项中的乘法器而大幅降低了系统实现复杂度[10-11],但损失了一定的性能。
  本文提出一种低复杂度的新型非线性均衡器(NNLE),其通过引入基于绝对值的非线性项,补偿NG-VNLE中未能补偿的非线性损伤,达到与传统VNLE几乎相同的性能。

4 结束语
        针对短距离IMDD光系统中色散引起的非线性损伤,本文提出了一种低成本、低复杂度的NNLE。在NG-VNLE的基础上,引入了基于绝对值的非线性项。新引入的基于绝对值的非线性项补偿了NG-VNLE未能补偿的非线性损伤,成功地将107 Gb/s PAM4信号在基于DML的IMDD光系统上传输了10 km。实验结果表明:本文提出的NNLE能够达到与传统VNLE相似的性能,且实现复杂度降低了28%。