弹性城域光网络中相干接收DSP算法研究
下一代光接入网的核心光电芯片技术
下一代光接入网的核心光电芯片技术陈雷摘要：50G无源光网络（PON）已经成为下一代光接入网的主要技术。
该技术的实现有多种技术途径，采用高阶调制4电平脉冲幅度调制（PAM4）技术和不归零码（NRZ）技术是最重要的2种实现方式。
采用高阶调制PAM4技术，可以降低对光芯片的带宽要求，降低光芯片的成本，但需要额外增加具有数字信号处理功能的电芯片。
采用NRZ技术，则不需要增加其他功能的电芯片，但需要使用高带宽的激光器和探测器光芯片，这种高带宽的光芯片开发难度大，成本高。
关键词：下一代光接入网;50GPON;PAM4;NRZKeywords：next-generationopticalaccessnetwork;50GPON;PAM4;NRZ1下一代高速光接入网的发展近年来，在“三网融合”和“光进铜退”政策的大力推动下，中国光接入网的接入用户数量和产品覆盖率得到了飞速发展。
截至2022年，中国大部分中心城市都已经基本实现光纤到户（FTTH）或者光纤到楼（FTTB）。
据统计，中国已经成为了全球光接入用户数量最多的国家。
由于市场规模效应的驱动，近些年来中国的光接入网产业以及光接入网技术都进入了快速发展的轨道。
光接入网的技术标准是从最早的宽带无源光网络（BPON）开始，2003年国际电信联盟（ITU）制定了吉比特无源光纤网络（GPON）标准。
随后，电气和电子工程师协会（IEEE）于2022制定了以太网无源光网络（EPON）标准。
经过10余年的发展，到2022年光接入网先后发展形成了10GEPON、非对称10GPON第1阶段（XG-PON1）、40GPON第2阶段（NG-PON2），以及对称10GPON（XGS-PON）4种不同类型的标准，速率分为1.25Gbit/s、10Gbit/s、40Gbit/s。
图1是光接入PON的标准演进路线图。
除了这些主流的国际标准以外，根据中国市场的特殊需求，还衍生出了一些自定义的标准，例如：混合型无源光网络（COMBOPON）标准。
相干光OFDM系统中的信道均衡算法研究
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｎ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ Ｏ ＦＤＭ ｓｙｓｔｅｍ
Ｈ Ｕ Ｂ／ｎ—ｔａｏ ，ＸＩＡ Ｏ Ｓｈｉ－ｌｉｎ ，ＢＩＭ ｅｉ－ｈｕａ２，Ｌ［Ｕ Ｌｉｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｌｕ
（１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，Ｄｅｐａｒｔｍ ｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇ ｈ ａｉ ２００２４０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｄｉａｎｚｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ １ ００ １ ８，Ｃｈｉｎａ）
２０１６年第１期 ．允冠话执书 ⑤
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｓｔａｎｔ ｍｏｄｕｌｕｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＣＭＡ），ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ，ＣＯ—ＯＦＤＭ，ＭＣＭＡ
Ｏ 引 言 相 干 光 正 交 频 分 复 用 ｆＣＯ—ＯＦＤＭ）技 术 结 合 了相
干检测 和 正交频 分 复用 （ＯＦＤＭ）的优 点 ．能有 效抵 抗 色 度色散 带 来 的符号 间 干扰 （Ｉｎｔｅｒ—Ｓｙｒｍｂｏｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ， ＩＳＩ）【ｌ】。在 光纤 传 输 系统 中 ，光 纤 色 度色 散 和偏 振 模 色 散会 导致 ＣＯ—ＯＦＤＭ 信 号 的幅度 失真 和相 位偏 移 。文 献 『ｌ１中指 出 ，基 于 数 字 信 号 处 理 （ＤＳＰ）的 ＣＯ—ＯＦＤＭ 接收 机可 以有 效 纠正接 收信 号 幅度 与相 位失 真 信 道 均 衡 作为 ＣＯ—ＯＦＤＭ 系统 中一个 重 要 的 ＤＳＰ模块 ．一 直 被 广 泛 研 究应 用 于补 偿 因 色 度 色 散 带 来 的 接 收 信
光网络中若干路由和频谱分配算法研究
2018年软 件2018, V ol. 39, No. 3基金项目: 国家自然科学基金(11571044，11471052)作者简介: 陈鹏(1992-)，男，北京邮电大学硕士研究生，主要研究方向为组合优化，网络优化。
光网络中若干路由和频谱分配算法研究陈 鹏（北京邮电大学，北京 海淀 100876）摘 要: 近年来，网络的迅速发展，用户数目的不断增加，对光网络中的资源需求也越来越多。
其中，弹性光网络中的路由和频谱分配问题被人们广泛研究。
本文通过对一般网络中的路由和频谱分配算法的研究，证明可以将路由和频谱分配问题转化为图染色模型，并设计了图染色模型算法，算法同样适用于路由和频谱分配问题。
最后，本文进行扩展，通过特殊网络中的路由和频谱分配问题，转化为图染色模型，利用设计的算法，证实了算法求解路由和频谱分配问题可以得到频谱资源的更好解，这对求解路由和频谱分配问题有着启发作用。
关键词: 光网络；算法；图染色；路由和频谱分配中图分类号: TN929.11 文献标识码: A DOI ：10.3969/j.issn.1003-6970.2018.03.002 本文著录格式：陈鹏. 光网络中若干路由和频谱分配算法研究[J]. 软件，2018，39（3）：08-11Research on Some Routing and Spectrum Allocation Algorithms in Optical NetworksCHEN Peng(College of Mathematics, Beijing University of Posts and Telecommunications, Haidian District, Beijing 100876)【Abstract 】: In recent years, the rapid development of the network, the increase of the number of users, there is the more and more demand for the optical network. Among them, the routing and spectrum allocation problem in elastic optical networks has been widely studied. This paper through the research of routing and spectrum allocation algo-rithm in general network, it is proved that routing and spectrum allocation problem can be transformed into graph coloring model, and graph coloring algorithm is also designed. The algorithm is also suitable for routing and spec-trum allocation. Finally, this paper extended through special network routing and spectrum allocation problem into graph coloring model, using the designed algorithm, the algorithm is proved to solve the routing and spectrum allo-cation problem that can get the spectrum resource which has a better solution, inspiration for solving routing and spectrum assignment problem.【Key words 】: Optical network; Algorithms; Graph coloring; Routing and spectrum allocation0 引言当前，以信息技术为核心的全球新一轮科技革命和产业变革正在蓬勃兴起，随着人们对网络带宽需求的快速增长，作为信息网络基础架构的核心一环，光网络具有不可替代的重要地位。
基于深度强化学习的C+L波段弹性光网络频谱分配算法
基于深度强化学习的C+L波段弹性光网络频谱分配算法晏丹;冯楠;左晓博;沈凌飞;任丹萍;胡劲华;赵继军
【期刊名称】《光通信技术》
【年(卷),期】2024(48)3
【摘要】针对C+L波段弹性光网络中受激喇曼散射(SRS)效应导致物理层损伤加剧的问题,提出一种基于深度强化学习(DRL)自适应调制格式的频谱分配算法,在路由阶段,采用K最短路由算法为业务请求预计算K条最短备选路径;在波段、调制格式与频谱分配阶段,采用DRL进行智能化决策,并结合了2种奖励函数,以降低网络阻塞率并提高频谱使用效率。
仿真结果表明,该算法能够有效降低阻塞率并提高频谱利用率。
【总页数】7页(P23-29)
【作者】晏丹;冯楠;左晓博;沈凌飞;任丹萍;胡劲华;赵继军
【作者单位】河北工程大学信息与电气工程学院;河北工程大学河北省安防信息感知与处理重点实验室;中国电子科技集团公司第五十四研究所;河北省光子信息技术与应用重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.1
【相关文献】
1.基于深度强化学习的无线网络资源分配算法
2.密集异构蜂窝网络中基于深度强化学习的下行链路功率分配算法
3.基于频谱切片的弹性光网络中可调度请求资源分
配算法4.基于深度强化学习的D2D辅助MEC网络资源分配算法5.基于改进DQN强化学习算法的弹性光网络资源分配研究
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弹性光网络中路由与频谱分配算法综述
弹性光网络中路由与频谱分配算法综述
张佳唯;钱凤臣;杨俊强;赵骞;张峥嵘
【期刊名称】《系统工程与电子技术》
【年(卷),期】2022(44)6
【摘要】弹性光网络(elastic optical networks,EONs)作为下一代极具潜力的光网络近年来受到广泛关注,其中路由与频谱分配(routing and spectrum allocation,RSA)是实现网络设计和控制的核心技术之一。
本文系统分析了EONs 的概念内涵,对RSA这一关键问题进行了详细描述,从静态和动态角度出发,以不同特性的算法框架为基础,依照精确算法、智能优化算法、启发式算法以及学习型算法4个大类对RSA算法的国内外研究现状进行了总结剖析。
结合EONs的未来应用需求,阐述了该领域所面临的问题与挑战,展望了RSA算法的发展趋势。
【总页数】10页(P2001-2010)
【作者】张佳唯;钱凤臣;杨俊强;赵骞;张峥嵘
【作者单位】国防科技大学信息通信学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.1
【相关文献】
1.弹性光网络中资源节约型组播路由和频谱分配策略
2.光网络中若干路由和频谱分配算法研究
3.弹性光网络基于区分降级服务和自适应调制的动态路由与频谱分配
算法4.弹性光网络中时延感知的降级恢复路由与频谱分配算法5.弹性光网络中基于持续时间的奇偶分区频谱分配算法
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弹性光网络中选路和频谱指派的建模和高效启发式算法(英文)
弹性光网络中选路和频谱指派的建模和高效启发式算法(英文)徐展琦;王靖;徐博;丁喆;周志强
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2014(0)7
【摘要】弹性光网络可大幅度提高频谱利用率并为用户提供灵活的带宽粒度.为改进已有弹性光网络的选路与频谱分配算法,建立了描述弹性光网络中选路与频谱分配问题的整数线性规划模型,提出两种分别基于最多频隙数优先和最长路径优先与业务疏导结合的启发式算法,以进一步提高频谱利用率,设计了所提算法的重排序准则和流程.对小型6结点、中型14结点和大型19结点等三种不同网络拓扑进行仿真实验,结果表明,所提算法可有效提高已有算法的频谱利用率.
【总页数】5页(P47-51)
【关键词】选路算法;启发式算法;性能评估;选路与频谱分配;业务疏导;弹性光网络;整数线性规划
【作者】徐展琦;王靖;徐博;丁喆;周志强
【作者单位】西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室;西安交通大学电信学院;武汉邮电科学研究院烽火通信有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN913.21;TP301.6
【相关文献】
1.基于光梳的弹性光网络ROADM上下路收发系统 [J], 牛雒平;朱哌锟;许莹莹;李巨浩;陈章渊;何永琪
2.面向业务的弹性光网络光路损伤感知能效路由策略 [J], 刘焕淋;方菲;黄俊;陈勇;向敏;马跃
3.光路可靠性和频谱整合因子感知的虚拟光网络生存性映射 [J], 刘焕淋;胡会霞;马敬;陈勇;王展鹏
4.弹性光网络中基于光路维持时间感知的节能策略 [J], 吕翊;师劲;杨娅娅
5.弹性光网络中基于效用的公平性感知动态频谱分配方案(英文) [J], 马松威;郭秉礼;陈新;李巨浩;陈章渊;何永琪
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空分复用弹性光网络中基于频谱集中度的频谱冲突解决算法
引用本文：方菲,刘焕淋，陈勇，等.空分复用弹性光网络中基于频谱集中度的频谱冲突解决算法［J ］.光通信技术，2020,44(7)=32-35.空分复用弹性光网络中基于频谱集中度的频谱冲突解决算法方菲，刘焕淋，陈勇，胡会霞(重庆邮电大学光通信与网络重点实验室，重庆400065)摘要：为了解决空分复用弹性光网络节点中业务冲突问题,在动态功能节点结构中配置全频谱转换器(FRSC )和空间选择开关(SSS )来转换冲突业务的频谱［并在该节点结构基础上提出一种基于频谱集中度的频谱冲突解决(SCRASC )算法［该算法综合考虑已使用的频谱块占比以及空闲频谱块与最大频谱块的距离，优化频谱的集中度。
仿真结果表明该算法在带宽阻塞回i率方面取得了较优的性能。
关键词：空分复用弹性光网络;频谱冲突；节点结构；全频谱转换器；空间选择开关中图分类号：TN929.11 文献标志码:A 文章编号= 1002-5561 (2020)07-0032-04D01：10.13921/ki.issnl002-5561.2020.07.008 开放科学(资源服务)标识码！OSID )：鄙Spectrum conflict resolution algorithm based on spectrum concentration in space division multiplexing elastic optical networkFANG Fei,LIU Huanlin, CEHN Yong, HU Huixia(Optical Communication and Network Key Laboratory, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China )Abstract: In order to solve the problem of service conflict in space division multiplexing elastic optical network nodes, full rangespectrum converter (FRSC ) and space selection switch (SSS ) are configured in the dynamic function node structure to convert the spectrum of conflicting services. Based on this node structure, a spectrum conflict resolution algorithm based on spectrumconcentration ( SCRASC ) is proposed. This algorithm comprehensively considers the used spectrum block ratio and the distance between the free frequency block spectrum and the largest spectrum block to optimize the frequency of the spectrum concentration. Simulation results show that the algorithm achieves better performance in terms of bandwidth blocking rate.Key words: space division multiplexing elastic optical network; spectrum conflict; node structure; full range spectrum converter;space selection switch0引言基于多芯光纤(MCF )的空分复用弹性光网络(SDM-E0 N )可以根据路径和请求的需求大小，选择合 适的调制格式和细粒度频谱，具有高效、灵活地分配频谱资源等优点［1，2］o 业务经过网络中的全光交换节点时,存在因为争夺同一目的端口的相同频谱而产生冲 突的问题。
光接入网高灵敏度低成本相干通信技术
Abstract: A hybrid wavelength division and space division multiplex!ng optical access network (WSDM-OAN) based on high-performanee communication multi-core fiber (MCF) is proposed in this paper. To realize the self-homodyne coherent detection (SHCD) in downstream (DS), the MCF inner cores t「ansmit the local oscillator light, while the outer cores transmit the sign al light. The related experiments show that the total transmission rate of the proposed system is up to 4.8 Tbit/s in DS, and carrier frequency offset compens日tion algorithms and phase recovering algorithms are not required. The distributed feedback (DFB) lasers with 10 MHz linewidth can be adopted in this proposed system. A simplified adaptive equalization (AEQ) algorithm, which consists of a 1 -tap complex-valued butterfly finite impulse response (B-FIR) filter, four N-tap real-valued FIR filters, and a 3-tap 4x4 multiple-input multiple-output (MIMO) FIR filter is also proposed. The experiment results show that the proposed AEQ share the same performance with 2x2 MIMO AEQ, and the power penalty is less than 1 dB compared with 4x4 MIMO AEQ. When using 25-tap filters, the number of real multipliers can be reduced by 59%.
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弹性城域光网络中相干接收DSP算法研究
随着物联网、云计算、虚拟现实、自动驾驶、5G等新兴网络业
务和应用的出现,城域网承载的数据流量快速增长,流量模式愈发多
样,城域光网络成为数据流量的主要承载者。现行城域光网络主流的
基于固定调制格式、固定连接配置、固定频谱效率和功率效率的连续
传输方式,难以满足时延敏感、带宽需求多样、动态突发性强的新兴
业务需求。未来城域光传输迫切需要调制格式灵活可变、链路速率可
调、频谱/功率高效利用、传输损伤自适应补偿、适应动态突发传输
的调制解调技术支持。单载波偏振复用m阶正交幅度调制(PM-mQAM)
相干检测方案采用灵活的调制格式并结合数字信号处理(DSP)算法,
可实现高速高效大容量长距离传输,成为弹性城域光网络的主流技术
方案。然而,随调制阶数升高,格式灵活的PM-mQAM系统对残余色散、
偏振模色散、偏振串扰、激光器频偏/线宽、强滤波以及光纤非线性
等损伤更加敏感,现有针对固定调制格式、非突变信道损伤以及连续
传输模式设计的相干接收DSP算法,格式通用性、复杂度、性能之间
矛盾突出,不同算法相互制约,难以实现多格式通用、低复杂度、高损
伤容忍度、动态自适应地高效补偿各种传输损伤。围绕上述技术难题,
本文针对弹性城域光网络中相干接收DSP算法开展了深入研究,主要
研究工作和创新点如下。1、针对现有均衡解复用算法仅适用单一调
制格式,不能满足弹性城域光网络所需要的对多种动态变化的
PM-mQAM格式信号通用处理的问题,本文提出了一种基于星座坐标变
换的多格式通用盲均衡解复用算法。该算法采用一种多格式通用的星
座坐标变换方法,对高阶QAM信号进行统一坐标变换,将高阶QAM信号
转变为正交相移键控(QPSK)信号,在不增加额外计算复杂度下,实现
PM-mQAM信号的残余色散、偏振模色散、偏振串扰等损伤的多格式通
用补偿。16Gbaud PM-4/16/64-QAM系统仿真结果表明,该算法不仅能
对多种QAM信号实现格式通用地自适应均衡与偏振解复用,而且较传
统半径引导算法(RDA)具有更快的收敛速度,PM-16/64QAM的收敛开销
分别降至RDA算法的12%和23%。16Gbaud PM-QPSK/16-QAM光背靠背
和800km传输离线实验结果表明,所提算法可实现格式通用的均衡与
偏振解复用,且相比传统算法具有基本相当的OSNR容限。2、针对现
有主流载波恢复算法格式通用性与低复杂度之间的矛盾,本文提出了
一种基于极坐标下多符号间隔相位差分的载波频偏估计算法,不仅适
用于多种调制格式,且复杂度降低为四次方快速傅里叶变换(FFT)算
法的13%,通过16Gbaud PM-QPSK/16QAM和8Gbaud PM-32QAM离线实
验验证了算法的多格式估偏性能;此外,基于接收信号到星座图对角
线的偏移距离与线宽引入的相位旋转角度之间的准线性关系,提出了
一种低复杂度、多格式通用的载波相偏估计算法,复杂度可降为主流
盲相位搜索(BPS)的14%左右;为进一步提升相偏估计算法处理高阶
QAM信号时的线宽容忍性能,本文基于扩展QPSK分割方法设计了一种
大线宽容忍的多格式通用相偏估计算法,该算法采用扩展QPSK分割
将高阶QAM系统可用于相偏估计的符号比例成倍增加,在16Gbaud
PM-16/32/64-QAM系统仿真中分别实现了 25%、45%和51%的线宽容忍
度提升,并在16Gbaud PM-QPSK/16QAM离线实验中验证了与传统算法
基本相当的OSNR容限。3、针对现有算法补偿Nyquist WDM系统中强
滤波和信道内光纤非线性损伤时算法性能和复杂度的突出矛盾,本文
提出了一种基于欧氏距离近似计算的低复杂度、多格式最大后验概率
(MAP)算法,接收端通过配置所有调制格式的训练码型查找表支持多
格式损伤抑制,采用近似欧氏距离计算去除了传统MAP中的大规模乘
法运算,计算复杂度降低66%。三载波20Gbaud PM-16QAM系统仿真结
果表明,所提MAP算法较无MAP算法,在光背靠背条件下将BER=2E-2
所需的OSNR降低1.5dB,长距离光纤传输下将传输距离提升28%,可容
忍-0.5 GHz～0.5 GHz的载波中心频率漂移。三载波20Gbaud PM-16QAM
Nyquist WDM背靠背和700 km传输离线实验结果显示,该算法与传统
MAP算法OSNR容限及光纤非线性容忍度基本相当,较无MAP算法具有
1.5 dB的OSNR容限提升以及2.6 dB的入纤功率范围扩展。4、数据
流具有强突发性是弹性城域光网络的重要特征之一。针对弹性城域光
突发相干接收系统中信道损伤快速变化、调制格式动态切换、均衡解
复用和相偏估计算法相互制约的问题,本文提出了一种基于训练序列
的均衡解复用与相偏估计联合处理方案。该方案中均衡解复用算法采
用一种两阶段复合误差函数,可加快预收敛速度并提升稳态收敛精度,
联合处理有效减轻了相位噪声对均衡解复用算法性能的恶化作用。
20Gbaud PM-16/32QAM光突发相干接收系统仿真结果显示,该联合处
理方案采用训练序列有效加快了算法预收敛速度,16/32QAM的收敛开
销分别降低至全盲算法的33%和37%,两阶段复合误差函数使算法具
有较低的稳态均方误差,均衡解复用与相偏估计联合处理有效缓解了
二者相互制约的问题。