研究团队

董祥勇, 于振明, 黄宏宇, 孙凯旋, 徐坤: 信息光子学与光通信全国重点实验室, 北京邮电大学

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Xiangyong DONG, Zhenming YU, et al, Low-Resolution Kramers-Kronig Detection System with Error-Feedback Noise Shaping. Sci China Inf Sci, 2024, doi: 10.1007/s11432-023-3912-0

https://www.sciengine.com/SCIS/doi/10.1007/s11432-023-3912-0

研究意义

克拉莫-克若尼（Kramers-Kronig, KK）接收机作为一种经济高效的单探测器简化相干接收机备受关注。KK接收机具有结构简单的特性，而且能够有效补偿由于直接检测平方律检波引入的信号与信号之间的拍频干扰。因此，在基于直接检测的城域光纤传输系统中，KK检测得到了广泛的研究与应用。为确保KK检测对原始光信号的准确恢复，信号需要满足最小相位条件。虚拟载波辅助的单边带（VCA-SSB）方案通过在信号频谱边缘添加数字虚拟载波，构建KK检测所需的最小相位信号。尽管VCA-SSB方案操作简单，且不需要额外的硬件开销，但是由此引入的数字虚拟载波对数模转换器（DAC）的量化比特精度提出更高要求。因此，如何解决VCA-SSB KK检测系统对DAC量化精度要求高的问题极具挑战，并具有重要的研究和应用价值。

本文工作

本文提出了基于误差反馈噪声整形（EFNS）的低分辨率KK检测系统。通过在发射端添加数字虚拟载波构建最小相位信号，并使用EFNS算法抑制数字虚拟载波引入的额外量化噪声。深入探究数字虚拟载波引入的额外量化噪声与EFNS降低量化噪声的相互作用。为验证EFNS在低分辨率KK检测系统中的性能，本文进行了16QAM和64QAM信号的传输实验，并详细分析了EFNS和KK检测算法的协同效应。

本文的创新点如下：(1) 提出了基于误差反馈噪声整形的低分辨率KK检测系统；(2) 利用EFNS有效抑制VCA-SSB方案引入的额外量化噪声；

(3) 揭示了KK检测算法和EFNS在VCA-SSB系统中的协同效应。

实验结果

本文在光背靠背和80 km标准单模光纤传输场景中验证了所提出的基于EFNS的低分辨率KK检测系统性能。采用未使用EFNS的低分辨率KK检测系统作为对比方案。实验结果显示，使用EFNS可以有效抑制数字虚拟载波引入的额外量化噪声，提高KK检测系统的最优CSPR，提升系统性能。使用EFNS后，5 bit DAC可以达到和8 bit DAC相似的系统性能。

此外，本文进一步分析了KK检测和EFNS的协同效应。实验结果表明，所提出的基于EFNS的KK检测系统性能的提升不仅来自于两个算法对性能提升的简单叠加，还包括KK检测和EFNS的协同效应。