引用本文:

黄首杰,樊昕昱,何海军,等. 基于递进感知Transformer的通感一体化链路损伤补偿方法[J]. 光通信技术,2026,50(3):12-16.

基于递进感知Transformer的通感一体化链路损伤补偿方法

黄首杰1,樊昕昱1*,何海军2,蒲正宇2,何祖源1

(1.上海交通大学 光子传输与通信全国重点实验室,上海 200240; 2.西南交通大学 光电融合集成与通信感知教育部重点实验室,成都 611756)

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摘要:为实现光纤通感一体化链路中通信信号的低损伤接收与解调,提出了一种基于递进感知Transformer的通感一体化链路损伤补偿方法。该方法通过限制注意力机制的感受野,使递进感知Transformer模型聚焦于每个符号的邻域信息,并采用逐层增大感受野的方式,模拟链路中真实物理损伤的形成与累积过程,从而更有效地补偿链路信号损伤。在接入网场景下,对传输四电平脉冲幅度调制(PAM-4)信号的25 km光纤通感一体化链路进行解调实验。实验结果表明,相较于判决导引最小均方方法,在误码率为10-2时,递进感知Transformer模型可使通信接收光功率代价降低2 dB以上。

关键词:通感一体化;链路损伤补偿;神经网络;递进感知Transformer;通信接收光功率代价

中图分类号:TN929.1  文献标志码:文章编号:1002-5561(2026)03-0012-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2026.03.002

本文提出了一种基于递进感知 Transformer(Progressive Perception Transformer)的光纤通感一体化链路损伤补偿方法,旨在解决接入网场景下,通信信号因色散、非线性效应及传感功能引入的复杂干扰而导致的性能下降问题。

以下是该论文的核心内容简要总结:

1. 核心创新点:递进感知 Transformer 模型

限制感受野:针对光纤链路中信号损伤主要来源于相邻符号的特点,传统 Transformer 的全局注意力机制不仅计算复杂且易引入无关噪声。该模型通过限制自注意力机制的感受野,使模型聚焦于每个符号的局部邻域信息。

逐层递进感知:随着编码层数的增加,逐层增大感受野直径。这种设计模拟了物理链路中损伤形成与累积的过程,既保留了 Transformer 强大的特征提取能力,又降低了计算复杂度,增强了模型对局部依赖关系的捕捉能力。

2. 系统架构与流程

应用场景:面向接入网场景,传输介质为约 25 km 单模光纤,调制格式为四电平脉冲幅度调制(PAM-4),采用线性扫频载波实现通感一体化。

处理流程:接收信号经数字信号处理(DSP)预处理后输入模型。模型包含输入模块(一维卷积提取局部相关性、可学习位置编码)、编码器(多层递进感知 Transformer)和输出模块。仅提取序列中心位置的输出特征进行映射,以最小化均方误差为目标进行训练。

3. 关键实验结果

超参数优化:通过对比不同头数和层数的配置,确定最优配置为头数 4、层数 6;输入序列长度设为 51 时性能与复杂度达到最佳平衡。

性能优势:与传统判决导引最小均方(DD-LMS)、时间卷积神经网络(TCNN)及传统 Transformer 相比,递进感知 Transformer 在相同接收功率下误码率最低。

功率代价降低:在误码率为 10−210−2 时,该方法相比 DD-LMS 方法可使通信接收光功率代价降低 2 dB 以上,且在 -10 dBm 接收功率下误码率满足前向纠错(FEC)门限要求。

4. 研究结论与展望

该方法通过结构化的稀疏注意力连接,有效捕捉了通感一体化链路中的复杂符号间干扰,显著提升了损伤补偿性能。

未来工作将结合物理先验知识提升模型泛化能力与可解释性,并扩展至城域网等更远距离、更复杂调制格式的场景。