Page 40 - 网络电信2024年3月刊
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GHz  LO滤波的SHCD系统灵敏度。并且当存在传输路径差异时，                     图11 不同传输距离下，IMDD-PAM、SHCD-QPSK和DSCD-DQPSK系统的性能
            SHCD系统的灵敏度进一步劣化，从而显示出DSCD系统更大的优                       曲线
            势。
                图10显示比较了传输距离为80km时OSNR受限的IMDD-PAM4、
            SHCD-QPSK和DSCD-DQPSK系统的性能。仿真中使用光放大器补偿
            信号在光纤传输过程中的功率衰减。SHCD-QPSK系统发射端光
            源分离比设置为0.5∶0.5，其OSNR定义为发射总功率（即信号
            和远端本振功率之和）与光噪声功率的比值。因为引入了光放
            大器放大接收到的信号光功率，在此类OSNR受限系统中，光电
            探测后加入的电噪声损伤可忽略不计。图中结果显示，BER达到
                 -3
            1×10 前向纠错（FEC）误码门限，IMDD-PAM4、SHCD-QPSK和
            DSCD-DQPSK系统所需的OSNR分别为24.5dB、19dB和18.5dB。可
            见SHCD-QPSK系统性能比PAM4系统提升了5.5dB，而DSCD-DQPSK
            系统又比SHCD-QPSK系统性能进一步提升了0.5dB。
                图11显示比较了IMDD-PAM4、SHCD-QPSK和DSCD-DQPSK系统
                                                                 较于IMDD、SHCD系统，DSCD系统是实现复杂度和传输性能综合
            80～400  km光纤传输仿真性能。该组仿真研究中，系统设置为                     最优的中短距传输解决方案之一。具体仿真研究显示，DSCD系
                                                                 统对激光器线宽和传输路径差异具有更高容忍度。针对不同比
             图10 IMDD-PAM4、SHCD-QPSK和DSCD-DQPSK系统的BER与OSNR性能曲线
                                                                 例的光纤传输链路噪声和接收机电噪声，本文推导并仿真验证
                                                                 了SHCD系统发射端光源的最佳功率分离比。在光功率受限系统
                                                                 中，DSCD-DQPSK与SHCD-QPSK系统灵敏度相当，相比IMDD-PAM4
                                                                 系统则灵敏度提升4.9dB。相对于IMDD系统灵敏度的提升是以相
                                                                 干检测系统采用功耗更高的DSP为代价，如何进一步降低DSP功
                                                                 耗是后续DSCD系统研究的一项重要内容。在OSNR受限系统中，
                                                                 SHCD-QPSK在使用窄带光滤波器滤除远端LO的噪声时，可提升系
                                                                 统性能，但同时也增加了系统实现成本。而DSCD-DQPSK系统不
                                                                 存在此类问题，系统具有更低的复杂度和成本，以及更高的接
                                                                 收机灵敏度。在功率受限和OSNR受限场景中，具有更低实现复
                                                                 杂度、更好实用性的DSCD-DQPSK系统均表现出与理想SHCD-QPSK
                                                                 系统相当的接收机灵敏度。此外，SHCD-QPSK系统需要避免传
                                                                 输路径差异和远端本振中噪声导致的系统性能劣化，而这些问
            每经过一个80  km跨段标准单模光纤传输后使用色散补偿光纤来                      题的解决将带来系统实现成本的增大。综上可见，基于DSCD-
            补偿色散，标准单模光纤传输损耗0.2dB/km，色散系数17ps/                    DQPSK的光纤传输系统为中短距光传输提供了一个具有实用化潜
            (nm·km)，色散补偿光纤长度设置为1km，传输损耗为0.6dB/                   力、性能与成本平衡优化的解决方案。
            km，并在下一跨段传输前使用光放大器补偿当前跨段信号光功
            率衰减，光放大器的增益为16.6dB，噪声系数为5.8dB。在接收
            端，除了三套系统中均设有的用以滤除所接收信号中光噪声的
            窄带光滤波器外，在SHCD-QPSK系统中还增加了用于滤除远端
            本振中光噪声的窄带光滤波器。同时三套系统中接收机一侧也
            均设定了等量的电噪声。在以上同等的系统设置下，80km传输                        参考文献
                                                                  [1]      Zhang  J  W,  Yu  J  J,  Chien  H  C.  EML-based  IM/DD
            后，IMDD-PAM4系统达到的7.5dB  Q因子无法满足9.8dB的FEC门                  400G(4×112.5-Gbit/s)PAM-4 over 80 km SSMF based on linear
            限，而SHCD-QPSK和DSCD-DQPSK性能Q因子则分别可达到12.5dB                  preequalization and nonlinear LUT pre-distortion for inter-DCI
                                                                      applications[C]//2017 Optical Fiber Communications Conference
            和13dB，显示出DSCD-DQPSK优于SHCD-QPSK的系统性能。在160                  and Exhibition(OFC), March 19-23, 2017, Los Angeles, CA,
            km传输后，DSCD-DQPSK系统Q因子仍可达到9.8dB的FEC门限，而                    USA. New York:IEEE Press, 2017.
                                                                  [2]    Pang X D, Ozolins O, Zhang L, et al. Beyond 200 Gbps per lane
            SHCD系统的Q因子无法满足FEC门限要求。                                    intensity modulation direct detection(IM/DD)transmissions for
                                                                      optical interconnects:challenges and recent developments[C]//
                                                                      Optical Fiber Communication Conference(OFC)2019, March
                四、结论                                                  3-7, 2019, San Diego, California.Washington, D.C.:Optica
                本文以面向中短距光纤传输的简化相干系统解决方案为                              Publishing Group, 2019:W4I. 7.
            目标，对IMDD-PAM4、SHCD-QPSK和DSCD-DQPSK系统进行了分析             [3]   Pang X D, Ozolins O, Lin R, et al. 200 Gbps/lane IM/DD
                                                                      technologies for short reach optical interconnects[J]. Journal of
            比较。通过理论分析、硬件结构比较及相应性能仿真可知，相                               Lightwave Technology, 2020, 38(2):492-503.


                                                       网络电信 二零二四年四月                                            69
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