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基于k均值聚类的智能二维软判决技术助力VCSEL实现112-Gbps PAM-4与PAM-8光互连

DOI：10.1109/jlt.2019.2946920 期刊：Journal of Lightwave Technology 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 本工作提出了一种基于k均值聚类的智能二维软判决(2D SD)技术，用于垂直腔面发射激光器(VCSEL)实现的112-Gbps PAM-4和PAM-8光互连。在高调制速率下，基于VCSEL的链路存在严重的电平非线性、电平相关噪声和符号间干扰(ISI)。为表征上述三种失真，通过PAM时隙映射实现二维信号处理。得益于二维k均值机器学习，无需蒙特卡洛方法即可利用在线数据智能估计信道条件概率密度函数(PDF)，从而通过额外考虑非线性、电平相关噪声和ISI实现更精确的对数似然比(LLR)。我们通过仿真和实验对VCSEL与多模光纤(MMF)链路进行了概念验证研究，采用商用级VCSEL在100米MMF传输中实现了112-Gbps PAM-4和PAM-8信号传输。结果表明，所提出的k均值二维软判决技术无需使用先验已知序列进行训练即可显著提升性能。
作者： Lin Sun，Jiangbing Du，Jiacheng Liu，Bin Chen，Ke Xu，Bo Liu，Chao Lu，Zuyuan He
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究基于k均值聚类的智能二维软判决技术，用于VCSEL实现的112-Gbps PAM-4和PAM-8光互连，以缓解电平非线性、电平相关噪声和符号间干扰(ISI)。

研究成果

所提出的基于k均值聚类的智能二维软判决方法，通过缓解电平非线性、电平相关噪声和码间干扰，在无需使用已知训练序列的情况下，显著提升了基于VCSEL的112-Gbps PAM-4和PAM-8光互连性能。仿真与实验均验证了该方法的有效性。

研究不足

该研究受限于垂直腔面发射激光器（VCSEL）的热特性和多模光纤（MMF）的带宽限制，这可能影响高速光互连的性能。此外，在噪声极强的条件下，k均值聚类的准确性可能会受到影响。

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