峰值功率受限光通信系统的灵活离散多音信号优化

Citation: Zhou J, Li L C, He J L, et al. Clipping discrete multi-tone for peak-power-constraint IM/DD optical systems. Sci China Inf Sci, 2022, doi: 10.1007/s11432-022-3555-y

研究意义

光通信系统通常可被分类为峰值功率受限和平均功率受限两类，对于峰值功率受限的无源光网络，光功率预算会受到信号峰均比的严重影响，研究如何降低信号峰均比对于峰值功率受限系统十分关键。在下一代灵活速率无源光网络中，离散多音信号具有天然的速率可调特征，但较高的峰均比导致光功率预算较低，本文研究离散多音信号峰均比优化理论与技术以实现最佳性能灵活速率无源光网络。

图1. 灵活速率无源光网络架构

本文工作

为了解决上述问题，本文提出基于剪裁操作和剪裁噪声消除的离散多音收发方案，在发射端，对离散多音信号进行幅度剪裁操作，幅度剪裁程度越大，信号的峰均比越低，但是会导致更大的剪裁噪声。通过对剪裁噪声进行理论分析，剪裁噪声可被当作加性噪声。在接收端，采用剪裁噪声消除技术从恢复信号中去除剪裁噪声。基于商用器件搭建50G灵活速率无源光网络实验平台，验证了所提方案的可行性和优越性。

图2. 本文所提检测器的构建思路

本文的创新点如下：

（1）研究剪裁离散多音信号的统计特征，理论分析剪裁噪声与剪裁比关系，最终推导得到剪裁离散多音信号的有效信噪比；

（2）提出一种LDPC辅助的剪裁噪声消除技术，可以更有效去除剪裁噪声，大幅度提升系统性能。

实验结果

本文采用10G DMLTOSA和10G APD-TIA ROSA商用器件搭建50G灵活速率无源光网络实验平台。成熟的10G器件可大大降低无源光网络成本，但10G器件带宽受限导致50G信号受到严重高频损伤，限制整个网络的光功率预算。该平台没有采用光放大器为典型的峰值功率受限系统，可以用于验证剪裁离散多音和剪裁噪声消除方案提升光功率预算的性能。

图3. 50G 基于离散多音的灵活速率无源光网络实验装置图

采用剪裁离散多音和剪裁噪声消除方案后，接收机灵敏度可以达到-24 dBm。相比无剪裁离散多音的方案，接收机灵敏度提升了2.5 dB。相比剪裁离散多音和无剪裁噪声消除的方案，接收机灵敏度提升了1 dB。实验结果表明，对于50G灵活速率无源光网络，剪裁离散多音和剪裁噪声消除方案可达到更高的光功率预算。

图4. 不同方案的误码率性能对比图

相关阅读

本文内容可能会与最终出版文章有微小差异，点击下方阅读原文按钮，快速获取文章最新版本。

《中国科学：信息科学》| SCIENCE CHINA Information Sciences

及时报道计算机科学与技术、控制科学与控制工程、通信与信息系统、微电子与固体电子学等领域基础与应用研究方面的原创性成果.

英文版投稿：https://mc03.manuscriptcentral.com/scis

中文版投稿：https://www.scicloudcenter.com/SSI/login/index

快速访问：http://scis.scichina.com/