1 武汉邮电科学研究院，武汉 430074
2 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
【目的】为了应对不断增长的超千兆需求，从千兆走向万兆，从第五代固定网络（F5G）走向高级第五代固定网络（F5.5G），50 Gbit/s无源光网络（PON）被认为是F5.5G的重要组成部分。故文章针对当前接入网络发展状况，对50 Gbit/s PON技术进行了深入研究。
【方法】文章首先介绍了实现50 Gbit/s PON高灵敏度面临的困难，并提出了解决方案。方案中，50 Gbit/s的非归零（NRZ）信号通过雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode，APD）探测器，在强电场的作用下形成可被检测到的宏观电流，该电流通过跨阻放大器（TIA）放大并转换成电压输出。对其进行均衡处理，采用光数字信号处理（oDSP）芯片的前馈均衡器（FFE）和判决反馈均衡器（DFE）对脉冲信号的拖尾现象进行补偿后，再通过DFE将码间干扰的影响降到最低。接着重点分析了APD、TIA和oDSP等关键技术，并采用25与50 Gbit/s APD对接收性能进行比较。
【结果】两组实验测试结果显示，第1组实验25 Gbit/s APD在测试时间4 min内接收信号无误码，接收光功率为－8.48 dBm，当误码率（BER）为2.78e－2时，接收光功率达－26.61 dBm；在使用50 Gbit/s APD的情况下，4 min内接收信号无误码时，接收光功率为－8.97 dBm。当BER为2.78e－2时，接收光功率达到－27.05 dBm，第2组数据50 Gbit/s APD-2也达到了同样的实验效果。
【结论】50 Gbit/s APD接收灵敏度更高，性能更好，更适合使用在50 Gbit/s PON光模块中实现高性能接收。最后文章针对未来降成本方案在均衡技术与APD上的应用提出了可行性分析。
50 Gbit/s无源光网络 雪崩光电二极管 光数字信号处理 跨阻放大器 高性能接收 50 Gbit/s PON APD oDSP TIA high sensitivity reception 光通信研究
2024, 50(1): 23015001
1 烽火通信科技股份有限公司，武汉 430205
2 武汉飞思灵微电子技术有限公司，武汉 430205
【目的】常用的max-log-map与log-map算法相比降低了软信息计算复杂度，但对高阶正交幅度调制（QAM）资源消耗仍较大，如8QAM、16QAM概率整形（PS）和64QAM PS。
【方法】8QAM采用星座区域划分的方式，文章中，软信息采用接收符号到最近比特0与比特1中垂线的距离信息表示，利用角度旋转和区域对称性简化计算距离信息；非麦克斯韦玻尔兹曼（MB）分布的16QAM PS和64QAM PS，比特1所在区域两侧边缘之间的中心界线与区域两侧比特0之间的中心界线不再重合，对区域进行合并近似，处理两界线间区域归属，展开max-log-map算法因式简化距离差计算软信息；基于MB分布的16QAM PS和64QAM PS的软信息可由非MB分布的软信息表达式化简得到。
【结果】经上述简化后，与max-log-map算法相比，8QAM软信息计算乘法次数48次和加减法次数75次分别缩减为12和16次，解调性能仅退化约0.05 dB；MB分布的16QAM PS乘法次数192次和加减法次数260次分别缩减为2和4次，解调性能仅退化约0.05 dB；更高阶的64QAM PS资源消耗缩减程度更大，乘法次数1 152次和加减法次数1 542次分别缩减为3和6次。
【结论】文章提出了适用于8QAM、MB分布的16QAM PS、MB分布的64QAM PS、非MB分布的16QAM PS和非MB分布的64QAM PS 软信息计算方法。当概率满足MB分布时，非MB分布的软信息计算方法可转化为MB分布计算方法；当PS因子为0时，基于MB分布的表达式可转化为均匀分布软信息计算式，非MB分布、MB分布和均匀分布的软信息计算可使用同一电路统一设计，提高电路复用率，降低硬件资源消耗。
光通信 数字信号处理 正交幅度调制 对数似然比 概率整形 optical communication digital signal processing QAM log likelihood ratio PS 光通信研究
2024, 50(1): 23010301
大连理工大学信息与通信工程学院，辽宁 大连 116024
提出一种低复杂度、低功耗且便于硬件移植、可应用于水下无线光通信（UWOC）系统的基于链表和线性表的稀疏Volterra（3l-sVolterra）算法，它通过结合链表与线性表的新数据结构来存储Volterra算法中的所有参数，有效降低了Volterra算法更新参数所需的片上资源消耗，同时能对参与运算的非线性项进行稀疏处理，便于移植到小型硬件系统中。随后，在C6748芯片上实现了所提出的算法，并搭建了基于绿光LED的UWOC系统，对设计的数字信号处理（DSP）系统和UWOC系统进行了性能测试。结果表明，与无稀疏操作的Volterra算法相比，所提算法能在保留相近非线性补偿能力的同时，将资源消耗降低30%，在5 m长水箱信道UWOC系统中实现了20 Mbit/s的通信速率。
光通信 非线性均衡算法 数字信号处理 链表与线性表 非线性项稀疏处理
华中科技大学光学与电子信息学院下一代互联网接入系统国家工程研究中心，湖北 武汉 430074
布里渊光纤传感系统由于其分布式监测的工作原理，会产生大量的数据。然而，相比于硬件技术的突破，海量数据处理技术的发展尤为不足。如何智能化、快速化、精确化处理海量数据从而更进一步提升系统性能、获取更为准确的传感信息是当今发展面临的最大难题。因此，研发先进的数字信号处理（DSP）技术用于处理海量数据刻不容缓。回顾近几年国内外用于传感系统数据处理的DSP技术，重点介绍图像视频降噪技术和机器学习信息提取识别技术在分布式光纤传感中的应用，进而为未来基于DSP技术的布里渊光纤传感研究提供参考。
光纤传感器 布里渊散射 数字信号处理 图像处理 机器学习
1 上海电力大学电子与信息工程学院，上海 201306
2 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室，上海 200444
针对DCO-OFDM 系统功率效率低以及高阶信号调制复杂度高的问题，提出一种联合子载波索引和功率叠加复用（Subcarrier Index-Power Modulated With SuperpositionMultiplexing，SIPM-SPM）的新型信息承载维度，将其应用于非对称限幅光正交频分复用（Asymmetrically Clipped Optical OFDM，ACO-OFDM）系统。该调制技术对高功率子载波采用SPM，添加两个8PSK 和QPSK 编码的复值数据，进一步增加了信号的传输容量，同时ACO-OFDM 系统避免了直流偏置带来的功率损耗。仿真结果显示：在ACO-OFDM 系统中，SIPM-SPM 相较于SIPM（8-PSK/QPSK），信号传输容量提高了28.6%；相较于相同信号传输容量的SIPM（32-PSK/QPSK），在误码率为1.0 × 10-3 时，信噪比增益>2.8 dB，色散容忍度提高了>560 ps/nm，光发射功率动态范围提高了>6.7 dB。这表明将SIPM-SPM 调制应用于ACO-OFDM 系统，具有较好的抗噪声性能和较高色散容忍度，也降低了对发射光功率的需求。
光正交频分复用 数字信号处理 非对称限幅 子载波功率索引 功率叠加复用 optical orthogonal frequency division multiplexing digital signal processing asymmetrically clipped subcarrier index-power modulation superposition multiplexing
中国工程物理研究院电子工程研究所, 四川绵阳 621999
在某些高动态弱信号场景中, 载波相位难以锁定。为实现对高动态弱全球导航卫星系统(GNSS)信号的跟踪, 考虑锁频环较锁相环更为鲁棒, 提出了一种基于锁频环(FLL)+差分解调的算法, 实现对 GNSS信号的跟踪和解调。该算法采用二阶 FLL实现对卫星信号的频率进行跟踪, 差分解调算法实现对比特数据的解调。工程应用上, 算法采用现场可编程门阵列和数字信号处理器(FPGA+DSP)的架构实现, 在 FPGA中实现信号的跟踪信号的前处理, 在 DSP中实现跟踪环路算法、位同步和差分解调。本文在 Matlab平台中实现算法的仿真, 通过模拟器平台和对天接收真实的 GNSS信号对算法进行验证。仿真结果与实验结果表明, 该算法在高动态弱信号条件下能实现对卫星信号的稳定跟踪和数据的解调, 克服了锁相环难以锁定导致数据无法解调的难题, 最终实现 GNSS信号在该条件下的位置、速度和时间(PVT)解算。
高动态弱 GNSS信号 二阶 FLL 比特同步 差分解调 现场可编程门阵列和数字信号处理器(FPGA+DSP) high dynamic and weak Global Navigation Satellite the second order Frequency Locked Loop(FLL) bit synchronization differential demodulation Field Programmable Gate Array+Digital Signal Proce 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(11): 1318
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100192
为了解决传统多光谱辐射测温仪便携性差和无法测量瞬变温度的问题,采用分光光纤和带通滤光片的分光方法,设计了高速光电响应电路,研制了一台便携式高速多光谱辐射测温仪。结果表明,使用光纤和带通滤光片代替传统的棱镜分光,并与其它硬件封装在一起,可降低系统的复杂度,提高仪器的便携性,组装后仪器总体质量不大于4 kg,体积不大于30 cm×25 cm×25 cm;设计高带宽的光电转换电路并使用高速模数转换芯片、现场可编程门阵列芯片及CYUSB3014芯片进行数字信号的采集和传输,与计算机的通信速率高达100 MHz,使得测温仪能够测量微秒级变化的温度;在参考温度稳定的情况下,测温相对误差低于±2.5%,测温精度较高。这些结果对于提高测温仪的便携性和实现瞬变温度场高精度测温是有帮助的。
测量与计量 便携式高速测温仪 高带宽电路 现场可编程门阵列 高速数字信号处理 measurement and metrology portable high-speed thermometer high-bandwidth circuit field-programmable gate array high-speed digital signal processing
1 苏州大学电子信息学院，江苏 苏州 215006
2 科大亨芯半导体技术有限公司，江苏 苏州 215200
3 亨通集团有限公司，江苏 苏州 215200
基于4电平脉冲幅度调制（PAM4）的强度调制直接检测（IMDD）是目前中短距应用的主要解决方案之一。然而，基于高阶脉冲调制的IMDD方案检测灵敏度明显下降。另一方面，拥有更高灵敏度的标准相干检测技术又面临成本和复杂度方面的挑战。因此，自零差相干检测（SHCD）和差分检测等自相干检测方案，因其优于PAM4的性能和低于标准相干检测的硬件成本而在新一代中短距应用中具备优势。本文综述和比较自零差相干以及差分自相干检测（DSCD）系统各自的特征、优点和挑战。文中进一步针对光功率受限和光信噪比受限的不同传输场景，分析比较基于SHCD-正交相移键控（QPSK）和DSCD-差分正交相移键控（DQPSK）方案的系统性能，展示了DSCD-DQPSK系统相较其他方案在硬件成本和系统性能方面的综合优势。
光通信 相干检测 自相干检测 差分调制 数字信号处理 光学学报
2023, 43(15): 1506004
