[论文解读] Experimental Comparison of PAM-8 Probabilistic Shaping with Different Gaussian Orders at 200 Gb/s Net Rate in IM/DD System with O-Band TOSA

Md Sabbir-Bin Hossain, Georg Böcherer+11 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2022

Optical Network Technologies被引用 4

一句话总结

该论文在使用O波段TOSA的200 Gb/s强度调制直接检测（IM/DD）系统中，实验比较了不同阶数的高斯概率整形PAM-8与均匀PAM-8的性能。结果表明，采用阶数为5的帽形85-GBd PAM-8在经过5 km传输后，接收灵敏度相比71-GBd均匀PAM-8最高提升3.80 dB，验证了在短距离光互联中具有更优的频谱效率和传输距离。

ABSTRACT

For 200Gb/s net rates, cap probabilistic shaped PAM-8 with different Gaussian orders are experimentally compared against uniform PAM-8. In back-to-back and 5km measurements, cap-shaped 85-GBd PAM-8 with Gaussian order of 5 outperforms 71-GBd uniform PAM-8 by up to 2.90dB and 3.80dB in receiver sensitivity, respectively.

研究动机与目标

• 评估在高速IM/DD光通信系统中，概率整形PAM-8相较于均匀PAM-8的性能增益。
• 研究在200 Gb/s净速率下，不同高斯整形阶数对系统传输距离和频谱效率的影响。
• 通过帽形幅度分布优化频谱效率与接收灵敏度之间的权衡。
• 验证使用O波段TOSA与先进调制整形技术实现200 Gb/s短距离光纤传输的可行性。

提出的方法

• 系统采用不同高斯阶数（特别是阶数5）的帽形概率整形方案进行PAM-8信号传输。
• 发射端使用数字预均衡器，根据由高斯概率密度函数导出的非均匀幅度分布整形信号星座图。
• 采用1310 nm O波段TOSA（发射光子子组件）以实现在短距离应用中的高速、低成本传输。
• 通过背靠背和5 km光纤传输实验评估接收灵敏度与OSNR性能。
• 通过采用85-GBd PAM-8与帽形幅度分布及优化信号格式，实现200 Gb/s净速率。
• 通过不同调制格式和光纤链路下的Q因子与接收灵敏度测量量化系统性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 在200 Gb/s速率下，阶数为5的高斯概率整形是否在接收灵敏度方面优于均匀PAM-8？
• RQ2 在O波段IM/DD系统中，高斯整形阶数的选择如何影响传输距离与频谱效率？
• RQ3 在200 Gb/s净速率下，采用优化幅度分布的帽形PAM-8信号是否优于均匀PAM-8？
• RQ4 使用O波段TOSA与概率整形技术，200 Gb/s PAM-8传输的最大可实现传输距离是多少？

主要发现

• 在背靠背条件下，阶数为5的帽形85-GBd PAM-8相比71-GBd均匀PAM-8，接收灵敏度提升2.90 dB。
• 经过5 km光纤传输后，阶数为5的帽形85-GBd PAM-8相比71-GBd均匀PAM-8，接收灵敏度提升达3.80 dB。
• 性能增益归因于信号星座图外侧区域的功率效率提升与星座点密度降低。
• 结果证实，采用高阶高斯概率整形可显著提升短距离光互联中的系统传输距离与频谱效率。
• O波段TOSA使低复杂度组件实现可行的200 Gb/s传输，适用于数据中心互联。