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用于相干光纤通信的高级数字信号处理技术

DOI：10.3390/app9194192 期刊：Applied Sciences 出版年份：2019 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 本文综述了高容量长距离相干光纤传输系统中先进数字信号处理（DSP）技术的最新进展。不仅需要补偿光传输链路中的线性损伤，非线性损伤也需通过适当算法进行抑制——因其已成为长距离大容量光传输系统的主要限制因素。除时域均衡（TDE）外，频域均衡（FDE）DSP也能实现相近性能，且计算复杂度大幅降低。先进DSP对实现空分复用（SDM）同样至关重要。近期发展的SDM技术可将系统容量提升至少一个数量级，部分研究成果已超越单模光纤（SMF）的非线性香农极限。SDM为空纤通信引入了空间维度，少模光纤（FMF）与多芯光纤（MCF）的制造推动了模式分复用（MDM）和多芯复用（MCM）等新型复用技术的发展。每个模式或纤芯虽可视为独立自由度，但信号传输过程中会产生严重耦合。多输入多输出（MIMO）DSP能均衡信号耦合，使SDM传输成为可能?；餮埃∕L）技术因受全球关注，亦被探索应用于先进DSP领域。本文首先介绍相干检测原理与方案，阐释DSP技术补偿传输损伤的机理；继而讨论非线性补偿、FDE、SDM及ML等相关DSP技术，分析关键技术并展示代表性成果与实验验证；最后给出简要结论与展望。
作者： Jian Zhao，Yaping Liu，Tianhua Xu
AI智能分析
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研究概述 实验方案

研究目的

概述近期高容量长距离相干光纤传输系统中先进数字信号处理（DSP）技术的进展，包括线性和非线性损伤的补偿、DSP在空分复用（SDM）中的作用，以及机器学习（ML）技术在先进DSP中的应用探索。

研究成果

随着数字信号处理技术在硬件和软件方面的发展，相干光纤通信已成为一个重要领域。光纤线性损伤可通过静态和自适应滤波器进行补偿，而光纤非线性效应则可采用数字反向传播（DBP）方法补偿?？辗指从茫⊿DM）被视为克服容量危机的最有效途径之一，随着新型数字信号处理技术的改进，SDM系统的容量已显著提升。随着系统成本和功耗的持续降低，基于数字信号处理的相干光通信系统已得到广泛应用。人工智能虽已被用作相干检测中的有效数字信号处理工具，但目前仍处于初级阶段。未来亟需深入研究机器学习在光通信及其他光电子领域的真实潜力与强大功能。

研究不足

数字反向传播（DBP）的性能受限于放大自发辐射（ASE）噪声，因其无法补偿随机噪声源。数字信号处理（DSP）技术的计算复杂度，特别是针对非线性补偿和空分复用（SDM）应用时，仍是一项挑战。

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