带宽受限的相干光接收器中的双域噪声感知MLSE算法

《IEEE Transactions on Learning Technologies》：Dual-Domain Noise-Aware MLSE in Bandwidth-Limited Coherent Optical Receivers

　　

摘要：

在带宽受限的相干光接收器中，线性均衡可能会放大前端噪声并改变其统计特性，从而导致均衡后的噪声具有时间相关性，进而使得基于传统欧几里得度量的序列检测出现不匹配。本文研究了一种考虑噪声的最大似然序列估计方法，该方法利用均衡后噪声的相关结构，而非对发射端进行修改。我们提出了一个统一的检测框架，包含两种互补的实现方式，即时域协方差估计和频域谱拟合。前者可用于构建基于协方差加权的最大似然估计度量，后者则用于描述噪声的频谱特征，并通过低阶逆谱目标函数及查表法实现等效的白化度量。仿真结果表明，随着带宽限制的加剧，这种方法的优势愈发明显。在不同带宽受限条件下，信噪比可提升0.25至2.1分贝。实验结果进一步验证了该方法的向后兼容性。在轻微带宽受限的30吉比特/秒传输条件下，估计出的相关性接近于单位矩阵结构，所提出的框架与传统检测方法几乎一致。而在严重带宽受限的60吉比特/秒PDM传输系统中，这两种实现方式在7%的HD-FEC阈值下可使接收器灵敏度提升约1分贝，在比特错误率为1×10^-3时可实现约1.4分贝的改善。此外，在最佳发射功率附近，Q因子也可提升约0.4分贝。这些结果表明，考虑均衡后噪声的相关性是一种有效且易于实现的方案，适用于带宽受限的相干光接收器。

I. 引言

随着网络容量需求的快速增长，相干光通信因其能够借助先进的数字信号处理技术来补偿信号损伤，已被广泛用于高容量传输[1]、[2]、[3]。商业应用已从正交相移键控技术发展到16正交幅度调制技术，而且还在向更高阶格式和更高波特率发展，以此进一步提升频谱效率[4]。然而，这种发展对端到端收发器响应的带宽和频率平坦度提出了越来越严格的要求。在实际系统中，包括DAC/ADC、驱动器和TIA响应、调制器、相干光接收器前端带宽以及模拟滤波器在内的级联光电子链路，都具有有限的带宽和非平坦的传输特性[5]、[6]、[7]、[8]。在路由光网络中，波长选择开关和ROADM的串联滤波会进一步缩小有效通带宽度，并引入频谱波动[9]、[10]。当信号带宽接近这些限制时，频率选择性会引发严重的符号间干扰，从而降低可实现的信息传输速率，成为进一步提升频谱效率的障碍，尤其是在高波特率的长距离传输中。