CN107204805A - 用于多模多电平调制短距光通信系统幅度域及时间域均衡方法 - Google Patents

用于多模多电平调制短距光通信系统幅度域及时间域均衡方法 Download PDF

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Abstract

一种用于多模多电平调制短距光通信系统幅度域及时间域均衡方法，采用850nm的VCSEL调制器将PAM4电信号调制到850nm后通过多模光纤传输，并将接收端解调出的信号反馈给带有幅度域及时间域均衡器的发送端，该均衡器从幅度域及时间域来调整发送端的信号幅度以及时延，从而使得在接收端接收到的信号眼图能够分布均匀且歪斜程度得到补偿以改善通信质量。本发明适用于基于VCSEL的高速PAM4传输系统，采用幅度域及时间域均衡技术来对信号进行处理，通过接收端反馈回来的信息在发送端调整PAM4的电平幅度值。

Description

用于多模多电平调制短距光通信系统幅度域及时间域均衡 方法
技术领域
本发明涉及的是一种短距光通信领域的技术，具体是一种可以应用于100-Gbps光脉冲幅度调制(PAM4)为的幅度域及时间域均衡算法。
背景技术
数字信号处理技术(Digital Signal Processing，DSP)为在短距离光互连中有着广泛的应用。随着数据中心和超级计算机的迅猛发展，针对高速的光互连技术研究和工程开发也面临着极大的机遇和挑战。其中在收发端中运用的数字信号处理技术能极大地改善信号质量，优化链路传输特性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于多模多电平调制短距光通信系统幅度域及时间域均衡方法，适用于基于垂直腔面发射激光器(Vertical CavitySurface Emitting Laser, VCSEL)的高速PAM4传输系统，采用幅度域及时间域均衡技术来对信号进行处理，通过接收端反馈回来的信息在发送端调整PAM4的电平幅度值。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明采用850nm的VCSEL调制器将PAM4电信号调制到850nm后通过多模光纤传输，并将接收端解调出的信号反馈给带有幅度域及时间域均衡器的发送端，该均衡器从幅度域及时间域来调整发送端的信号幅度以及时延，从而使得在接收端接收到的信号眼图能够分布均匀且歪斜程度得到补偿以改善通信质量。
所述的幅度域及时间域均衡器，包括幅度域均衡器和时间域均衡器，其中：幅度域均衡器通过计算眼图的噪声的不均匀分布来计算出发送端的PAM4信号幅度电平分布，具体为： H1:H2:H3＝(N1+N2):(N2+N3):(N3+N4)，其中H1、H2和H3为发送端的眼高值，N1、 N2、N3、N4为不同电平上的噪声大小的值；时间域均衡器采用FIR延时滤波器校正眼图的时延。
本发明涉及一种实现上述方法的系统，包括：VCSEL调制器以及分别与之相连的载波发生端和PAM4信号发生端、设置于VCSEL调制器输出端的用于传输调制信号的多模光纤以及带有光电探测器的信号接收端。
技术效果
与现有技术相比，本发明通过在发送端应用幅度域及时间域均衡算法，使得VCSEL在不同温度情况下都能够保证传输质量，并能够在传输一定距离的多模光纤后降低误码率。本发明在基于VCSEL调制的多模光纤传输系统算法研究中有很大的进步。
附图说明
图1为本发明的时间域及时间域均衡结构原理图；
图中：(a)为时间域均衡的结构原理图、(b)为幅度域均衡的结构原理图；
图2为本发明的幅度域及时间域均衡流程图；
图3为本发明的系统结构示意图；
图4为实施例中眼图示意图；
图中：(a)为温度为20℃时，不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的眼图示意图、(b)为温度为40℃时，不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的眼图示意图、(c)为温度为60℃时，不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的眼图示意图；
图5为实施例中浴盆曲线情况示意图；
图中：(a)为温度为20℃时，不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的浴盆曲线情况、(b)为温度为40℃时，不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的浴盆曲线情况、(c)为温度为60℃时，不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的浴盆曲线情况；
图6为实施例中误码率对比曲线示意图；
图中：(a)为温度为20℃时，在背靠背、传输50m多模光纤、传输70m多模光纤时不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的误码率对比曲线、(b)为温度为40℃时，在背靠背、传输50m多模光纤、传输70m多模光纤时不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的误码率对比曲线、(c)为温度为60℃时，在背靠背、传输50m多模光纤、传输70m多模光纤时不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的误码率对比曲线。
具体实施方式
如图3所示，本实施例包括：依次相连的数字PAM-4调制器、幅度均衡器(AE)、数模转换器(DAC)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)构成的发送端、多模光纤(MMF)以及相位检测器(PD)、放大器和与之相连的模数转换器(ADC)构成的接收端，其中：数字PAM-4调制器接收两电平的信号并进行串并变换处理，AE接收PAM-4信号并进行幅度的调整处理，DAC接收数字PAM-4信号并进行数字模拟处理，VCSEL接收电信号并进行电光调制，MMF作为传输媒介用于传输光信号，PD接收光PAM04信号并进行光电转换处理，放大器接收电PAM-4信号并进行放大处理，ADC接收放大后的信号并进行模拟数字转换处理。
如图2所示，本实施例涉及上述系统的实现方法，先通过加FIR滤波器补偿时延问题，接着统计出不同电平的噪声强度，根据噪声强度值去计算出发送端预补偿的眼高。
所述方法具体包括以下步骤：
步骤1)FIR延时过程，即：对ADC输出的信号进行幅度域的等分，不同幅度的信号通过不同的FIR滤波器，等分的幅度信号所通过的FIR滤波器具有延时差，该FIR的时间差是通过ADC输出的信号的眼睛歪斜程度进行调整的。
步骤2)噪声强度计算，即：对ADC输出的信号在电脑上进行插值拟合，统计插值之后的PAM-4信号的四个电平的厚度，即表征噪声强度。
步骤3)发送高预补偿的PAM4眼高计算，即：根据四个电平的厚度比值：H1：H2：H3：H4，得到所需眼高比值：(H1+H2):(H2+H3):(H3+H4)。
如图3所示，所述的PAM4信号传输系统包括：数字PAM4信号、数字模拟转换器、VCSEL 调制器、多模光纤、光电探测器、模拟数字转换器，其中：数字PAM4信号由VPI模块直接产生、数字存储示波器用于对接收信号进行采样和存储。
所述的数字模拟转换器的采样率为50Gsa/s、带宽设置为40GHz。
所述的VCSEL调制器工作波长为850nm、带宽为40GHz。
所述的光电探测器有效带宽是40GHz，响应度是0.7A/W。
如图4所示，为本实施例通过以上技术得到的PAM4信号眼图，图中：(a)为温度为20℃时，不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的眼图示意图、(b)为温度为 40℃时，不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的眼图示意图、(c)为温度为60℃时，不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的眼图示意图。
如图5所示，本实施例通过以上技术得到的PAM4信号的浴盆曲线，图中：(a)为温度为20℃时，不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的浴盆曲线情况、(b) 为温度为40℃时，不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的浴盆曲线情况、(c)为温度为60℃时，不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的浴盆曲线情况。
如图6所示，为100-Gbps PAM4系统传输的误码率曲线，图中：(a)为温度为20℃时，在背靠背、传输50m多模光纤、传输70m多模光纤时不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的误码率对比曲线、(b)为温度为40℃时，在背靠背、传输50m多模光纤、传输70m多模光纤时不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的误码率对比曲线、(c)为温度为60℃时，在背靠背、传输50m多模光纤、传输70m多模光纤时不用均衡、仅用时间域均衡、同时用幅度域及时间域均衡算法的误码率对比曲线。如图可见在温度为20℃和40℃时，通过使用均衡算法，100Gbps PAM4信号经过光纤传输后功耗分别可以降低0.9dB和2.5dB。在背靠背的情况，随着温度的升高，其误码率降低的情况更加明显。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种用于多模多电平调制短距光通信系统幅度域及时间域均衡方法，其特征在于，采用850nm的VCSEL调制器将PAM4电信号调制到850nm后通过多模光纤传输，并将接收端解调出的信号反馈给带有幅度域及时间域均衡器的发送端，该均衡器从幅度域及时间域来调整发送端的信号幅度以及时延，从而使得在接收端接收到的信号眼图能够分布均匀且歪斜程度得到补偿以改善通信质量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的幅度域及时间域均衡器，包括幅度域均衡器和时间域均衡器，其中：幅度域均衡器通过计算眼图的噪声的不均匀分布来计算出发送端的PAM4信号幅度电平分布；时间域均衡器采用FIR延时滤波器校正眼图的时延。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的电平分布具体为：
H1:H2:H3＝(N1+N2):(N2+N3):(N3+N4)，其中H1、H2和H3为发送端的眼高值，N1、N2、N3、N4为不同电平上的噪声大小的值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的FIR延时，即：对ADC输出的信号进行幅度域的等分，不同幅度的信号通过不同的FIR滤波器，等分的幅度信号所通过的FIR滤波器具有延时差，该FIR的时间差是通过ADC输出的信号的眼睛歪斜程度进行调整的。
5.一种实现上述任一权利要求所述方法的系统，其特征在于，包括：VCSEL调制器以及分别与之相连的载波发生端和PAM4信号发生端、设置于VCSEL调制器输出端的用于传输调制信号的多模光纤以及带有光电探测器的信号接收端。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征是，具体包括：依次相连的数字PAM-4调制器、AE、DAC、VCSEL构成的发送端、MMF以及PD、放大器和与之相连的ADC构成的接收端，其中：数字PAM-4调制器接收两电平的信号并进行串并变换处理，AE接收PAM-4信号并进行幅度的调整处理，DAC接收数字PAM-4信号并进行数字模拟处理，VCSEL接收电信号并进行电光调制，MMF作为传输媒介用于传输光信号，PD接收光PAM04信号并进行光电转换处理，放大器接收电PAM-4信号并进行放大处理，ADC接收放大后的信号并进行模拟数字转换处理。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110301096A (zh) * 2017-02-10 2019-10-01 华为技术有限公司 非对称光噪声阈值调整补偿
CN114616804A (zh) * 2019-09-19 2022-06-10 Macom技术解决方案控股公司 使用isi或q计算来调整均衡器设置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112665753B (zh) * 2020-12-15 2021-10-29 成都陆迪盛华科技有限公司 一种在光放大下分布式光纤温度传感的编码装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101300758A (zh) * 2005-09-02 2008-11-05 莫纳什大学 数字信号的光传输的方法和设备
CN104380636A (zh) * 2012-07-11 2015-02-25 骁阳网络有限公司 用于在光学通信网络中进行信号处理的方法和装置
US9225429B2 (en) * 2012-12-21 2015-12-29 Zte Corporation Recovering data from quadrature phase shift keying modulated optical signals
US9369211B2 (en) * 2013-10-14 2016-06-14 Nec Corporation Optical square QAM signal emulation using all-optical PAM to QAM signal conversion
CN106059670A (zh) * 2016-05-17 2016-10-26 烽火通信科技股份有限公司 一种减小光纤非线性效应的光传输系统及方法
CN106058464A (zh) * 2016-05-17 2016-10-26 深圳微迎智科技有限公司 自适应天线干扰消除装置、方法及其天线阵列、通信设备

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101300758A (zh) * 2005-09-02 2008-11-05 莫纳什大学 数字信号的光传输的方法和设备
CN104380636A (zh) * 2012-07-11 2015-02-25 骁阳网络有限公司 用于在光学通信网络中进行信号处理的方法和装置
US9225429B2 (en) * 2012-12-21 2015-12-29 Zte Corporation Recovering data from quadrature phase shift keying modulated optical signals
US9369211B2 (en) * 2013-10-14 2016-06-14 Nec Corporation Optical square QAM signal emulation using all-optical PAM to QAM signal conversion
CN106059670A (zh) * 2016-05-17 2016-10-26 烽火通信科技股份有限公司 一种减小光纤非线性效应的光传输系统及方法
CN106058464A (zh) * 2016-05-17 2016-10-26 深圳微迎智科技有限公司 自适应天线干扰消除装置、方法及其天线阵列、通信设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NOBUHIKO KIKUCHI等: "Non-linearity Compensation of High-Speed PAM4 Signals from Directly-Modulated Laser at High Extinction Ratio", 《42ND EUROPEAN CONFERENCE AND EXHIBITION ON OPTICAL COMMUNICATIONS》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110301096A (zh) * 2017-02-10 2019-10-01 华为技术有限公司 非对称光噪声阈值调整补偿
CN110301096B (zh) * 2017-02-10 2020-09-11 华为技术有限公司 非对称光噪声阈值调整补偿的方法、电路及系统
CN114616804A (zh) * 2019-09-19 2022-06-10 Macom技术解决方案控股公司 使用isi或q计算来调整均衡器设置

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