我們利用20GHz單模短腔垂直腔面發(fā)射激光二極管（VCSEL）在1525nm的傳輸波長下宝踪，在長達1.6km的標準單模光纖（SSMF）上實現了84Gb/s的四電平脈沖幅度調制（PAM-4）。不同的均衡器方法不同，包括通用前饋均衡器（FFE）、非線性Volterra均衡器（NLVE）二拐、Max似然序列估計器（MLSE）及其組合，評估其作為標準PAM-4或部分響應PAM-4信號的均衡器的工作效果百新。實驗證明饭望，標準的FFE不足以實現>0.6km的傳輸距離，而使用NLVE或FFE+MLSE可以將傳輸距離提高到1km铅辞。部分響應PAM-4FFE（PR-FFE）與短內存MLSE結合使用拳球，能夠有效地平衡帶寬限制，在1.6公里的傳輸距離上旨椒，與標準NLVE或FFE+MLSE相比，BER提高了10倍以上综慎。使用部分響應NLVE代替PR-FFE進一步提高了性能，在1.6km傳輸距離后寥粹，BER低于KP4FEC閾值涝涤，BER限制為2E-4岛杀，允許無錯誤操作类嗤。
使用20GHzvcsel在1525nm波長上實現84Gb/sPAM-4在1.6kmSSMF-實驗結果
在文中，展示并討論了使用不同均衡器結構獲得的結果拯田∷κ基于LMS準則的整個均衡器結構如圖3所示為通用框圖侣监。
圖3 自適應均衡結構框圖。W為下采樣因子张弛，μ為步長，x(k)為接收信號寺董，y(k)為訓練符號刻剥，d(k)為解碼符號。
A.線性FFE
首先造虏，對一個簡單的FFE的性能進行了研究和評估漓藕。在圖4中，描述了不同傳輸距離下進入PIN/TIA的BER與接收光輸入功率（ROP）的關系揍诽。將均衡化后得到的幾個眼圖作為插圖添加栗竖，以顯示FFE后的信號質量狐肢。采用分數間隔的FFE，抽頭系數計數為21份名，如圖7(A)所示，超過該系數就沒有進一步改善同窘。即使在1.63km的距離上，21個均衡器系數也足夠了想邦。假設目前標準化的KP4(RS(544,514,10))FEC閾值丧没，其第1選擇FEC BER限制為2E-4呕童，（圖中以黑色實線顯示）僅適用于光背靠背（b2b）情況，獲得低于閾值的ber夺饲。在0.63km或更長的距離上施符，觀察到明顯的性能下降戳吝，表明簡單的FFE不足以滿足此類應用贯涎。這也可以通過均衡眼圖來驗證，它仍然完全關閉1.63公里塘雳。
圖4 使用21個濾波系數的簡單FFE，不同傳輸距離下84Gb/s PAM-4的接收器靈敏度隘马。在插圖中杏头，顯示了均衡眼圖盈包。
對于所有評估的均衡器組合醇王，在啟動時使用訓練符號。原則上寓娩，均衡器也可以在完全盲模式下工作，但是棘伴，我們使用訓練符號體驗到均衡器更穩(wěn)定的性能焊夸，特別是在強烈失真的情況下。接收信號的前5000個樣本被用作訓練符號饭冬，然后均衡器切換到盲自適應模式昌抠，均衡器中有一個困難的決定。由于訓練是初始均衡器收斂過程的一部分炊苫，我們不假設均衡器訓練的額外開銷。這假定有一個具有特殊啟動協(xié)議的雙向連接姐直。對于測量，在此收斂過程中使用的符號不計入BER計算声畏。圖5用均衡信號的采樣點和lms誤差絕對值表示了FFE的自適應速度。均衡器在5000個符號后已經收斂到一個穩(wěn)定的工作點插龄。
圖5 用時間信號（左）和LMS誤差（右）表示的21個濾波器系數的FFE的自適應速度均牢。
如前一節(jié)所述才睹，所有測量結果都采用固定步長μ=0.001，如圖6所示琅攘，這是接近優(yōu)的坞琴。較大的步長剧辐，例如μ=0.001，可以提供快速收斂和快速跟蹤荧关。然而，它也會導致更大的殘差忍啤，從而導致更差的誤碼率性能胸竞。另一方面参萄，較小的步長可能導致較小的殘差，但也需要較長的收斂時間和較慢的跟蹤能力讹挎。使用僅一個序列（215個符號）的固定收斂長度吆玖，存在提供非常好性能的佳步長马篮。如果我們假設更長的收斂時間浑测，性能可以進一步提高，如圖6中的圓形標記所示迁央。
圖6 在21個濾波系數FFE岖圈、傳輸距離為0km時LMS算法步長優(yōu)化圖。
通常希望在符號間隔模式下使用均衡器蜂科，因為與分數間隔均衡器相比导匣，需要的濾波器系數更少。然而鸠儿，在這種情況下需要良好的時鐘恢復厕氨，因為符號間隔均衡對相移非常敏感汹粤。圖7(b)給出了光學b2b情況下分數間隔FFE和符號間隔FFE的性能。符號間隔的FFE表現也非常相似国葬，但稍微差一些芹壕。在非常低的BER值下，性能差異變得更加顯著踢涌。然而，結果表明時鐘恢復工作是合理的,原則上也允許在這樣的應用中使用符號間隔均衡睁壁。圖8的結果也證明了這一點行剂，圖8顯示了經過ADC后接收信號的功率密度譜（PDS），以及在b2b和1.6km的時鐘恢復算法中使用的絕對平方信號厚宰。雖然色散嚴重限制了1.6km的帶寬，但波特率下的譜線仍然可以清晰地區(qū)分壤躲。
圖7 a)84Gb/sPAM4傳輸FFE均衡器系數的優(yōu)化备燃；b)光學背對背時分數間隔（T/2間隔）和符號間隔（T間隔）FFE的比較。
圖8接收信號和
后的功率密度譜并齐。在a)0km和b)1.6km情況下，|2操作進行時鐘恢復况褪。
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