面向光互联应用的280Gbps IM/DD PS-PAM-8 SSMF光纤O波段10公里传输

4/08/2020，光纤在线讯，OFC 2020, 编号M4F.1 “面向光互联应用的280Gbps IM/DD PS-PAM-8 SSMF光纤O波段10公里传输”，作者 Jiao Zhang Kaihui Wang Yiran Wei, Li Zhao, Wen Zhou, Jiangan Xiao  余建军 来自复旦，Bo Liu, Xiangjun Xin, 来自北邮，Feng Zhao 来自西邮，Ze Dong来自厦门华侨大学。第一作者 复旦Jiao Zhang。这篇文章应该是学术大牛余建军回到复旦指导的一篇文章。去年的OFC上，听韩国一位科学家说起直调系统在和相干的竞争中也有新变化。这篇文章应该也是针对这个领域。

本文试验展示了IM/DD 100Gbaud PAM4和PS-PAM8 信号基于半导体光放大器SOA以及概率整形PS技术的传输。通过数字的时域预均衡来改善带宽限制，通过clipping方法来减少PS信号的峰值到均值功率比PAPR。在7%的HD-FEC阈值下实现了230Gbps传输，在20% SD-FEC阈值下实现了280Gbps PS-PAM8传输，都是10公里SMF，BER分别是3.8x10-3, 和2x10-2。对于O波段应用来说，这些试验创造了新的传输记录。

上图给出了试验系统图和offline DSP的流程图。发射端包括带有30dB隔离度的隔离器，工作波长1310.96nm, 60GHz IM调制器，65GHz 带宽电放大器EA，以及高速DAC。100Gbaud PAM-n 驱动信号由100GSa/s DAC(35GHz 模拟带宽)产生，通过EA放大后去驱动IM。IM的偏置点选择在quadrature点，激光器输出功率7.6dBm。传输部分包括三种不同线路安排：第一种，背靠背 带有SOA，没有光纤；第二种，使用SOA作为预放；第三种，使用SOA作为主放。在10公里或者15公里SMF传输（1310nm下平均损耗0.33dB/Km）后接VOA可变衰减器来调整接收功率。在接收端，信号通过70GHz带宽PD检测随后通过65GHz EA放大，最后是160GSa/s 示波器（63GHz）进入offline DSP处理。

发端的offline DSP中，标准的PAM4和PS-PAM8两种信号都有利用，一个是gray-mapped的2的15次方长度的常规PAM-4符号，一个是基于麦克斯韦-玻尔兹曼分布的不同熵的PS-PAM8信号，Gray映射也有用到。经过两次过取样（oversampling）和数字预均衡（19级前向均衡FFE）FIR，码型顺序被重新调整为每符号一个取样，并以波特率取样载入DAC。预均衡处理可以产生更高的PAPR，尤其对于PS-PAM8信号，系统性能因此会劣化。因此在此要引入clipping方法来减少PAPR。在接收端的offline DSP中，被捕获的offline数据首先被重新取样到每符号两个取样，然后采用方形时间回复来去除时序的偏移和数据抖动。之后再采用19阶的T/2间隔的FFE， 189阶 T间隔 Volterra滤波器，189阶T间隔判决直接最小均方差（DD-LMS）均衡器来恢复数据。为了减少阶tap数对系统性能的影响，试验选用了更高的阶数。最后，在对被恢复的信号进行PAM-m解调后，可以计算出BER。

上图给出了100Gbaud PS-PAM8信号在不同速率下的试验结果，BER和速率（左一），BER和接收功率（中），以及眼图信息（右一）。试验中PAM4信号没有采用clipping方法。在7%的HD-FEC阈值下，第二，第三两种线路都实现了200Gbps PAM4信号在10公里和15公里无需色散补偿的传输。第三种情况由于更低的SOA输出功率带来较小的ASE噪声，整体性能更好一些。

相比相干系统，IM-DD系统由于简便和低成本始终占据着特殊地位，特别是在短距离市场上。基于单通道200Gbps的IM-DD系统，未来可以成为800Gbps以及1.6Tbps系统的基础技术。SOA技术和PS技术将成为200Gbps IM-DD实现10公里以上传输的关键。