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方案

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。本发明专利技术适用于基于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。

For multi-mode multi level modulation short distance optical communication system in amplitude domain and time domain equalization method

For a multimode multilevel modulation short distance optical communication system in amplitude domain and time domain equalization method, using the VCSEL 850nm modulator will PAM4 signal to 850nm modulation by multimode fiber transmission, and receiver signal demodulated by the feedback to the sender with amplitude domain and time domain equalizer, the equalizer in amplitude domain to adjust the amplitude and time domain signal transmitter and time delay, so that the signal received at the receiving end of the eye to uniform distribution and deflection of the compensation to improve the quality of communication. The invention is suitable for high speed PAM4 transmission system based on VCSEL, to deal with the signal with amplitude domain and time domain equalization technology, through amplitude receiver feedback adjustment at the sending end value of PAM4.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
数字信号处理技术(DigitalSignalProcessing，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。
技术实现思路
本专利技术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(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser,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。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术采用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。本专利技术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，本专利技术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。本专利技术在基于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为本专利技术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为本专利技术的幅度域及时间域均衡流程图；图3为本专利技术的系统结构示意图；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-GbpsPAM4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，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：何祖源，游悦，张文甲，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31