Page 34 - 网络电信2024年3月刊
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用（WDM），实现总速率为2.88Tbit/s的10km传输。2017年，                                                              （1）
            Sowailem等 [22] 提出一种双向传输SHCD系统用于短距离传输，使
            用高阶正交幅度调制格式（QAM），分别在500m、2km、10km的
            单模光纤（SMF）距离下实现了530Gbit/s  32QAM、448Gbit/s                                                          （2）
            16QAM、320Gbit/s  16QAM传输。同年，华中科技大学刘德明团                   式中：P s 为光信号平均功率；R为功率分离比；远端本振和
            队 [23] 将SHCD用于光接入网的下行传输方案，使用MCF实现6×200               光信号有相同的频率w s 和相位噪声φ s 。
            Gbit/s  PDM-16QAM的37km传输。2021年，华中科技大学唐明团                 收发机1(transceiver  1）的信号通过光环形器1(C1）经
            队 [24] 使用非制冷分布式反馈（DFB）激光器演示了实时400Gbit/               光纤1(fiber 1）传输至收发机2(transceiver 2），收发机1的
            s  DP-16QAM和600Gbit/s  DP-64QAM双向SHCD系统，最远传输距        远端本振通过光环形器2(C2）经光纤2(fiber  2）传输至收发机
            离分别达到40km和5km。然而，SHCD方案仍面临着信号和远端本                    2。到达收发机2的信号通过光环形器3(C3）进入其接收机的信
            振的光路不匹配、对发射端激光器线宽较敏感以及传输后远端                          号端口，远端本振则通过光环形器4(C4）进入相应接收机的本
            本振偏振态难追踪等问题         [25] 。                           振端口，从而实现相干检测。收发机2向收发机1的信号与远端
                第二种思路的DSCD方案是基于差分调制格式，使用前后两                      本振传输与以上过程类似，只是传输方向相反。
            个相邻信号的相对相位信息实现自相干信号解调                  [26,27,28,29] 。该  信号和远端本振来自同源激光器，因此放宽了对于激光源
            方案对于激光器线宽具有高容忍度，无需使用载波相位恢复，                          频率漂移和线宽的要求，使用较低成本激光器。同时在信号和
            可以使用大线宽激光器达成相干检测，从而降低系统成本同时                          远端本振光路严格匹配的情况下，信号和远端本振有相同的中
            获得较高接收机灵敏度。与SHCD方案相比，DSCD方案不存在两                      心频率和相位噪声，无需使用频率偏移补偿和载波相位恢复模
            个信号传输光路不匹配而影响性能的问题。并且，如本文给出                          块。但是，信号和远端本振各自经过一条光纤进行传输，可能
            的最新研究结果显示，在接收机电噪声为主要损伤的系统中，                          存在光路不匹配的问题，这将会降低系统对于线宽的容忍度。
            DSCD与SHCD理论性能相同。而在光放大器引入的光噪声占主导                      同时，由于双向传输的需求，收发机1和收发机2分别需要2个光
            的系统中，DSCD性能优于SHCD。因此，DSCD技术提供了一个低                    环形器以实现同一光纤内的光信号与远端本振激光源的对传。
            成本低功耗的高速高性能光纤传输系统方案                [30] 。            在不考虑噪声和其他因素的影响下，SHCD系统相干检测后可以
                本文将综述比较IMDD、SHCD和DSCD等光纤传输系统方案。                  得到的电信号表示为
            本研究中SHCD和DSCD系统分别采用QPSK调制格式和差分正交相                                                                 （3）
            移键控（DQPSK）调制格式，将分析SHCD与DSCD系统的硬件复
            杂度，以及在不同线宽场景下仿真比较二者对于路径差异的容                              式中：当R=0.5时，所获取的电流信号I SHCD (t)最大。
            忍度。还将在电噪声主导的应用场景下，推导并验证SHCD系统                            相干检测后的电信号经过模数转换器（ADC）转为离散数
            的最佳功率分离比，对比IMDD-PAM4、SHCD-QPSK和DSCD-DQPSK            字信号，通过接收端DSP(Rx  DSP）实现信号损伤补偿、检测判
            系统的性能。在复杂噪声场景下讨论SHCD系统功率分离比优化                        决及纠错解码。SHCD系统通过接收到的信号与远端本振混合后
            策略，进一步仿真对比不同噪声比情况下SHCD和DSCD系统灵敏                      进行相干检测，理想情况下能够消除频率偏移和激光器相位噪
            度。在光噪声主导场景下，对比IMDD-PAM4、SHCD-QPSK和DSCD-              声对系统性能的影响，然而由于信号与远端本振传输光路不匹
            DQPSK系统的性能。最后，通过光纤传输仿真对比上述三类系                        配，激光源线宽越大对于路径匹配的要求就越加严格                   [24,31] 。高
            统的中短距传输性能，从而显示DSCD-DQPSK系统的综合技术优                     插入损耗光环形器的存在，会限制SHCD系统有效光功率                  [31] 。除
            势。                                                   此之外，对于偏振复用的SHCD系统传输后的远端本振偏振态不
                                                                 稳定，需要在光域进行偏振追踪从而提高硬件复杂度。并且光
                二、系统基本原理                                         域偏振跟踪速度有限，当前所达成的最高跟踪速度为200krad/
                2.1 SHCD系统原理                                     s [25] 。另一个解决方案是通过增加额外的Hybrid引入互补偏振拍
                相干检测相比直接检测方案可实现更高的灵敏度和频谱效                        频项，在DSP中通过3×2自适应均衡实现偏振追踪               [32,33] 。
            率，然而，由于传统相干检测需要窄线宽本振激光器和较复杂                              2.2 差分自相干检测系统原理
            的DSP算法，目前尚不适用于要求低成本低功耗的中短距传输应                            差分自相干检测可利用前后两个相邻符号的相对相位信息
            用。                                                   实现自相干检测，因此不需要接收端的本振激光器，同时对发
                SHCD系统通过对传统相干检测进行简化，放宽了系统对于                      射端激光器线宽所导致的相位噪声具有较强的抵抗能力                    [34] 。并
            本振激光器频率漂移和线宽的要求，同时可以移除DSP中的频率                        且差分调制对非线性相位损伤也具有更强的抵抗能力，在非线
            偏移补偿和载波相位恢复算法           [22] 。如图1所示，SHCD系统发射端        性场景下的系统性能表现更好          [35] 。图2为DSCD-DQPSK系统整体结
            的激光源输出被分为两部分，一部分用于调制信号，另一部分                          构，与SHCD系统相比，DSCD系统无需远端本振的参与，不存在
            作为远端本振，不经过调制，直接传输到收发机2的接收机进行                         两根光纤长度之间需要匹配的问题，也无须使用光环形器。收
            相干检测。发射端DSP(Tx  DSP）经数模转换（DAC）后，通过相                  发机1发射端DSP数据经数模转换后，调制为光信号经光纤传输
            位调制器调制为光信号，调制后的光信号和未经调制的远端本                          至收发机2，在DQPSK接收机中进行差分检测。差分检测后的信
            振（LO）可分别表示为                                          号经模数转换后，通过接收端DSP实现信号的损伤补偿、判决及
                                                                 纠错解码。收发机2向收发机1的传输与以上过程类似。

                                                       网络电信 二零二四年四月                                            63
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