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信息通信技术与政策

高速相干光通信中相噪来源及对数字多载波的影响?

刘群

(四川财经职业学院信息学院,成都610213)

摘要:介绍了高速相干光通信系统中相位噪声来源及对光传输性能的影响,并基于400G容量仿真对比了不同的激光器线宽和色散下的性能差异。仿真结果表明,高速相干光通信中的受限因素主要是激光器相位噪声和传输链路中的色散耦合产生的均衡增强相位噪声,而基于数字多载波技术相比单载波具有更强的容忍能力,能传输更远的距离。

关键词:高速相干光通信;均衡增强相位噪声;数字多载波;单载波

中图分类号:TN929.11文献标志码:A

引用格式:刘群.高速相干光通信中相噪来源及对数字多载波的影响[J].信息通信技术与政策,2024,50(11):90-96.

DOI:10.12267/j.issn.2096-5931.2024.11.014

0引言

随着新一代信息技术的不断发展,对光网络容量和带宽需求的不断增加,现有的基于40Gbit/s和100Gbit/s的密集波分复用(DenseWavelengthDivisionMultiplexing,DWDM)技术已无法满足对高带宽未来的需求,需要400Gbit/s或800Gbit/s等更高传输速率[1-2]。对单波容量100Gbit/s及以下,单载波调制格式一般采用正交相移键控(QuadraturePhaseShiftKeying,QPSK)调制格式;对单波容量400Gbit/s及以上,单载波调制格式要采用更高阶的16正交振幅(QuadratureAmplitudeModulation,QAM)调制格式甚至64QAM调制格式。但随着传输容量的提高,受激光器线宽的影响就越大,激光器相位噪声及其和色散耦合引入的均衡增强相位噪声(EqualizationEnhancedPhaseNoise,EEPN)严重制约了高速相干光通信中容

量的进一步提高[3]。因此,对EEPN损伤原理的深入分析及对应估计和补偿技术的研究十分必要。近年来,数字子载波复用(简称“数字多载波”)技术由于其更高的光纤非线性容忍度和更低的色散补偿复杂度而成为相干光通信的研究热点[4]。本文详细介绍了高速相干光传输容量需求及影响性能劣化的主要因素,并在常规的相位噪声估计及补偿技术的基础上,给出了一种多载波联合的改进方案。

1相干光传输容量需求

我国相干光传输容量需求随着国家“东数西算”及“东数西存”战略构建和推进而发生较快演进。对“东数西算”工程来说,国家算力枢纽节点部署在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏8地,因此超大带宽和低延时是实现“东数西算”和“东数西存”等主要业务的核心需求,200Gbit/s、

?基金项目:全国高等院校计算机基础教育研究会2023年度科研项目(No.2023-AFCEC-064);教育部产学合作协同育人项目(No.220604709104911);四川省2022—2024年职业教育人才培养和教育教学改革研究项目(No.GZJG2022-602)

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技术与标准

2024年第11期

400Gbit/s、800Gbit/s和1.6Tbit/s等超高速光传输技术是实现算力网络的底座,而光传输主要基于光传送网(OpticalTransportNetwork,OTN)[5]。OTN商业技术演进如表1所示。

随着OTN传输容量的演进,调制阶数也越来越高。同时,为进一步提升传输性能,概率星座整形(ProbabilisticConstellationShaping,PCS)技术近年来也被引入光通信中[6]。PCS技术是通过改变每个星座图出现的概率,使其从均匀分布切换到高斯分布,最大有1.76dB性能收益[7]。但随着调制阶数的增大,欧式距离变小,对相干光通信中必不可少的光电器件光源尤其是激光器相位噪声的要求也越来越严格。但同时为了低成本大量部署,需要大量低成本相位噪声稍差的光电器件,因此对相位噪声估计和补偿算法的性能要求越来越重要。

2相位噪声产生原理

在相干光通信系统中,理想的激光器和本振激光器的载波信