[论文解读] A Joint Technique for Nonlinearity Compensation in CO-OFDM Superchannel Systems

O. S. Sunish Kumar, Abdelkerim Amari+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 27, 2021

Optical Network Technologies参考文献 5被引用 3

一句话总结

本文提出了一种联合单通道数字反向传播与相位共轭双波（SC-DBP-PCTW）技术，以缓解CO-OFDM超通道系统中的光纤非线性效应。通过结合SC-DBP的通道内补偿与PCTW的通道间及通道内非线性失真抵消，该方案在计算复杂度显著降低的情况下，实现了与16步/跨段的多通道DBP相当的性能，同时相比PCTW提升了28%的传输距离，且超过线性色散补偿的两倍传输距离。

ABSTRACT

We propose a technique combining the singlechannel digital-back-propagation (SC-DBP) with phaseconjugated-twin-wave (PCTW) to compensate nonlinearities in CO-OFDM superchannel systems. This exhibits a similar performance as multi-channel DBP while providing increased transmission reach compared to SC-DBP, PCTW, and linear dispersion compensation (LDC).

研究动机与目标

• 解决单通道数字反向传播（SC-DBP）与相位共轭双波（PCTW）技术在缓解CO-OFDM超通道系统中光纤非线性的性能局限。
• 克服多通道DBP（MC-DBP）在动态光网络中因计算复杂度过高而不切实际的问题。
• 开发一种低复杂度、高性能的替代方案，结合SC-DBP与PCTW的优势，实现更优的非线性补偿。
• 评估联合技术相对于LDC、SC-DBP、PCTW和MC-DBP等现有方法的传输距离、Q因子增益及计算复杂度。

提出的方法

• 联合SC-DBP-PCTW技术采用每跨段1步的单通道数字反向传播（SC-DBP），以补偿确定性的通道内非线性失真。
• 在完成SC-DBP后，通过两个正交偏振态的相干叠加，应用相位共轭双波（PCTW）技术，以抵消一阶通道间及通道内非线性失真。
• 该方法在接收端采用两级处理链，充分利用SC-DBP（通道内补偿）与PCTW（通道间及通道内补偿）的互补优势。
• 仿真设置采用401.33 Gbps 16-QAM CO-OFDM超通道，包含四个间隔37.5 GHz的信道，3300个导频子载波，循环前缀占3%，传输路径为25×80 km标准单模光纤（SSMF）段，采用EDFA放大。
• 接收端处理包括：偏振分集检测、载波相位恢复、信道均衡、SC-DBP处理及PCTW相干叠加，随后进行符号解映射。
• 计算复杂度以每子载波实数乘法次数和CPU运行时间衡量，将SC-DBP-PCTW与LDC、SC-DBP、PCTW及16步/跨段MC-DBP进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 联合SC-DBP-PCTW技术是否能在401.33 Gbps CO-OFDM超通道系统中实现与16步/跨段MC-DBP相当的性能？
• RQ2 与单独的SC-DBP、PCTW及线性色散补偿（LDC）方案相比，该联合技术是否显著提升了传输距离？
• RQ3 SC-DBP-PCTW技术相对于MC-DBP及各独立组件的计算复杂度权衡如何？
• RQ4 基于PCTW的方案的频谱效率与其他技术相比如何？该权衡的性能代价是什么？
• RQ5 该联合技术是否能在动态光网络的实际部署中实现有利的性能-复杂度权衡？

主要发现

• 在2000 km传输距离下，SC-DBP-PCTW方案相比线性色散补偿（LDC）实现了3 dB的Q因子增益。
• 在同一距离下，该方案相比SC-DBP实现2.3 dB的Q因子增益，相比PCTW实现0.5 dB增益，表明其具有更优的非线性补偿能力。
• SC-DBP-PCTW方案的最大传输距离达到5600 km（在20%开销软判决FEC极限下），相比PCTW提升28%，且超过LDC（2380 km）的两倍以上。
• SC-DBP-PCTW技术的性能与16步/跨段MC-DBP相当，表明其有效抑制了通道内与通道间非线性。
• SC-DBP-PCTW的计算复杂度比MC-DBP低一个数量级，且低于SC-DBP与PCTW各自复杂度之和，证实其高效性。
• 尽管由于PCTW导致频谱效率有所损失，但联合方案在传输距离与性能方面均实现显著增益，使其成为高容量、长距离光传输的有力候选方案。