CN107204805B - 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

Info

Publication number
CN107204805B
CN107204805B CN201710277508.XA CN201710277508A CN107204805B CN 107204805 B CN107204805 B CN 107204805B CN 201710277508 A CN201710277508 A CN 201710277508A CN 107204805 B CN107204805 B CN 107204805B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
domain
time
amplitude
transmitting terminal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710277508.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107204805A (zh
Inventor
何祖源
游悦
张文甲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN201710277508.XA priority Critical patent/CN107204805B/zh
Publication of CN107204805A publication Critical patent/CN107204805A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107204805B publication Critical patent/CN107204805B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2581—Multimode transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/524—Pulse modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/54—Intensity modulation
    • H04B10/541—Digital intensity or amplitude modulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

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延时滤波器，等分的幅度信号所通过的FIR延时滤波器具有延时差，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PAM4信号的四个电平的噪声大小，即表征噪声强度；
步骤3)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。
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PAM4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PAM4调制器接收两电平的信号并进行串并变换处理，AE接收PAM4信号并进行幅度的调整处理，DAC接收数字PAM4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PAM4信号并进行光电转换处理，放大器接收电PAM4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延时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延时滤波器，等分的幅度信号所通过的FIR延时滤波器具有延时差，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PAM4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：根据四个电平的噪声大小比值：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 (1)

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，所述的系统包括：发送端和接收端，其中：发送端和接收端之间通过MMF相连；
所述的发送端由依次相连的数字PAM4调制器、AE、DAC、VCSEL构成；
所述的接收端由依次相连的PD、放大器和与之相连的ADC构成，其中：
数字PAM4调制器接收两电平的信号并进行串并变换处理，AE接收PAM4信号并进行幅度的调整处理，DAC接收数字PAM4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PAM4信号并进行光电转换处理，放大器接收电PAM4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；
所述的均衡方法，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；
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延时滤波器，等分的幅度信号所通过的FIR延时滤波器具有延时差，该延时差通过ADC输出的信号的眼睛歪斜程度进行调整；
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PAM4信号的四个电平的噪声大小，即表征噪声强度；
步骤3)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。
CN201710277508.XA 2017-04-25 2017-04-25 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 Active CN107204805B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710277508.XA CN107204805B (zh) 2017-04-25 2017-04-25 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710277508.XA CN107204805B (zh) 2017-04-25 2017-04-25 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107204805A CN107204805A (zh) 2017-09-26
CN107204805B true CN107204805B (zh) 2019-08-02

Family

ID=59905586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710277508.XA Active CN107204805B (zh) 2017-04-25 2017-04-25 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107204805B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112665753A (zh) * 2020-12-15 2021-04-16 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

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10097266B2 (en) * 2017-02-10 2018-10-09 Futurewei Technologies, Inc. Threshold adjustment compensation of asymmetrical optical noise
WO2021055872A1 (en) * 2019-09-19 2021-03-25 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. Using isi or q calculation to adapt equalizer settings

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
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
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

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
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
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Non-linearity Compensation of High-Speed PAM4 Signals from Directly-Modulated Laser at High Extinction Ratio;Nobuhiko Kikuchi等;《42nd European Conference and Exhibition on Optical Communications》;20161205;第112-114页

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112665753A (zh) * 2020-12-15 2021-04-16 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
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

Also Published As

Publication number Publication date
CN107204805A (zh) 2017-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
van Veen et al. Strategies for economical next-generation 50G and 100G passive optical networks
Tang et al. Digital pre-and post-equalization for C-band 112-Gb/s PAM4 short-reach transport systems
Zhong et al. Experimental demonstration of 500Gbit/s short reach transmission employing PAM4 signal and direct detection with 25Gbps device
Sun et al. Transmission of 28-Gb/s duobinary and PAM-4 signals using DML for optical access network
EP3539228B1 (en) Higher-level clock and data recovery (cdr) in passive optical networks (pons)
US8929747B1 (en) Reducing pulse narrowing in the transmitter signal that drives a limiting E/O converter for optical fiber channels
CN107204805B (zh) 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
EP3854009A1 (en) Apparatus and method for analog electronic fiber dispersion and bandwidth pre-compensation (edpc) for use in 50 gbps and greater pamn optical transceivers
Zhuang et al. First demonstration of 400Mb/s PAM4 signal transmission over 10-meter underwater channel using a blue LED and a digital linear pre-equalizer
Ping et al. Low cost 400GE transceiver for 2km optical interconnect using PAM4 and direct detection
Verplaetse et al. Real-time 100 Gb/s transmission using three-level electrical duobinary modulation for short-reach optical interconnects
Hossain et al. Partial response O-band EML transmission beyond 300-GBd with a 128/256 GSa/s DAC
Ozolins et al. 100 Gbaud PAM4 link without EDFA and post-equalization for optical interconnects
Wang et al. A high-speed 84 Gb/s VSB-PAM8 VCSEL transmitter-based fiber–IVLLC integration
Ozolins et al. Optical amplification-free high baudrate links for intra-data center communications
CN110574309B (zh) 光学系统中脉冲幅度调制电平的优化和均衡
Wu et al. High-Speed Dispersion-Unmanaged DML-Based IM-DD Optics at C-band with Advanced Nonlinear Equalization and Noise Whitening
JP2015146515A (ja) ディジタルコヒーレント光受信装置および周波数特性調整方法
Zou et al. Single λ 500-gbit/s PAM signal transmission for data center interconnect utilizing mode division multiplexing
Zhou et al. 25-Gb/s OOK and 4-PAM Transmission over> 35-km SSMF Using Directly Modulated 1.5-µm VCSEL
Molina-Luna et al. Alternative to Super-PON downstream transmitter using a directly-modulated SOA
Lengyel et al. Sensitivity improvements in an 850-nm VCSEL-based link using a two-tap pre-emphasis electronic filter
Loquai et al. 42-Gb/s transmission over large-core 1-mm PMMA graded-index polymer optical fiber
Wang et al. Performance Enhancement of 112 Gb/s PAM-4 Amplifier-free 40km Transmission with record sensitivity Using O-band 25G-class Directly Modulated Laser
Randel et al. Spectrally efficient polymer optical fiber transmission

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant