我們(men) 利用20GHz單模短腔垂直腔麵發射激光二極管（VCSEL）在1525nm的傳(chuan) 輸波長下，在長達1.6km的標準單模光纖（SSMF）上實現了84Gb/s的四電平脈衝(chong) 幅度調製（PAM-4）。不同的均衡器方法，包括通用前饋均衡器（FFE）、非線性Volterra均衡器（NLVE）、Max似然序列估計器（MLSE）及其組合，評估其作為(wei) 標準PAM-4或部分響應PAM-4信號的均衡器的工作效果。實驗證明，標準的FFE不足以實現>0.6km的傳(chuan) 輸距離，而使用NLVE或FFE+MLSE可以將傳(chuan) 輸距離提高到1km。部分響應PAM-4FFE（PR-FFE）與(yu) 短內(nei) 存MLSE結合使用，能夠有效地平衡帶寬限製，在1.6公裏的傳(chuan) 輸距離上，與(yu) 標準NLVE或FFE+MLSE相比，BER提高了10倍以上。使用部分響應NLVE代替PR-FFE進一步提高了性能，在1.6km傳(chuan) 輸距離後，BER低於(yu) KP4FEC閾值，BER限製為(wei) 2E-4，允許無錯誤操作。
使用20GHzvcsel在1525nm波長上實現84Gb/sPAM-4在1.6kmSSMF-NLVE
B.NLVE
由於(yu) 圖4顯示，考慮到KP4 FEC閾值，簡單的FFE不足以在0.63km或更高的距離上傳(chuan) 輸，因此需要更強的均衡來提高長距離的性能。在傳(chuan) 輸速率為(wei) 84Gb/s、傳(chuan) 輸波長為(wei) 1525nm的PAM-4時，色散成為(wei) 一個(ge) 嚴(yan) 重的限製，嚴(yan) 重影響性能。通過比較光學b2b和0.63kmSSMF傳(chuan) 輸時的眼圖可以看出這一點，其中後者被嚴(yan) 重破壞（圖4和圖9）。此外，在更高的輸入功率值下，PIN/TIA會(hui) 出現非線性，如圖4所示。當輸入功率大於(yu) -2dbm時，性能會(hui) 下降。
z後，VCSEL顯示出功率水平相關(guan) 的延遲，該延遲在不對稱的PAM-4眼圖中累積（在接收眼圖中傾(qing) 斜），類似於(yu) DMLs的描述。正常的FFE隻考慮線性畸變，因此無法補償(chang) 功率相關(guan) 的不對稱性。原則上，如果考慮到足夠的核，NLVE應該能夠補償(chang) 這種不對稱性。這可以在圖9中得到驗證，圖9顯示了在傳(chuan) 輸距離為(wei) 0.63km，輸入功率為(wei) -4dBm時的接收和均衡眼圖。對於(yu) FFE，使用21個(ge) 係數，而NLVE由21個(ge) 線性係數和二階核深度N2=9組成，本文表示為(wei) FFE 21-9。當核深度為(wei) N2=9時，需要45個(ge) 額外的均衡器係數。FFE能夠打開眼睛，但正如預期的那樣，眼睛仍然存在傾(qing) 斜。NLVE後的眼圖不再顯示歪斜，能夠更好地睜開眼睛。此外，下眼在NLVE後畸變更小，導致三隻眼睛的開口非常相似。所使用的PIN/TIA的非線性行為(wei) 導致下眼較小的睜開。
圖9 傳(chuan) 輸距離為(wei) 0.63km時接收和均衡眼圖
圖10 傳(chuan) 輸距離為(wei) 0km和0.63km，ROP為(wei) -4dBm時，核深為(wei) N2=9的二階核。
在圖10中，描述了b2b情況和0.63km SSMF傳(chuan) 輸的二階核深度為(wei) N2=9的核值。隻有沿對角線的核具有更高的值，而其他核幾乎為(wei) 零。原則上，為(wei) 了降低複雜性，可以排除這些，因為(wei) 它們(men) 對性能沒有任何影響。
z後，NLVE在不同傳(chuan) 輸距離下的性能如圖11(a)所示。此外，用21個(ge) 係數的FFE獲得的BER值作為(wei) 虛線添加，並填充菱形標記進行比較。在較高的輸入功率值下，使用NLVE可以顯著提高性能。在較低的輸入功率下，NLVE不能進一步改善係統，因為(wei) 噪聲是主要的損害。在SSMF距離為(wei) 1km的情況下，需要二階核深度N2=9才能達到低於(yu) KP4 FEC閾值的BER。在較短的距離上，與(yu) 簡單的FFE相比，即使N2=3也能顯著提高性能，在0.63公裏傳(chuan) 輸時，BER值低於(yu) FEC閾值。一個(ge) N3=3的三階內(nei) 核，得到FFE 21-9-3的組合，進一步略微提高了性能。由於(yu) NLVE的複雜度隨著核深度和核數的增加而急劇增加，因此不再進行進一步的計算。此外，在1.63km的傳(chuan) 輸距離上，NLVE也不能有效地均衡失真，需要不同的均衡器解決(jue) 方案
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