Deep-Learning-Enabled Direct Detection With Reduced Computational Complexity and High Electrical-Spectral-Efficiency

计算机科学 计算复杂性理论 零差检测 正交调幅 光谱效率 电子工程 物理 光学 算法 电信 波束赋形 工程类 解码方法 误码率
作者
Xingfeng Li,Jingchi Li,Shaohua An,Hudi Liu,William Shieh,Yikai Su
出处
期刊:Journal of Lightwave Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:41 (17): 5495-5502 被引量:1
标识
DOI:10.1109/jlt.2023.3263640
摘要

Complex-valued double-sideband (CV-DSB) direct detection (DD) is a promising solution for high capacity and cost-sensitive data center interconnects, since it can reconstruct the optical field as a homodyne coherent receiver while does not require a costly local oscillator laser. In a carrier-assisted CV-DSB DD system, the carrier occupies a large proportion of the total optical signal power but bears no information. Reducing the carrier to signal power ratio (CSPR) can improve the information-bearing signal power and thus maximize the achievable system performance. Recently, we have proposed and demonstrated a deep-learning-enabled DD (DLEDD) scheme to reconstruct the full-field of the CV-DSB signal. In the DLEDD scheme, the optical CV-DSB signal was detected by a dispersion-diversity receiver and then recovered by a deep convolutional neural network (CNN). Nevertheless, the computational complexity of the deep CNN is the main obstacle to the application of the DLEDD scheme. In this paper, we demonstrate a 50-GBaud CV-DSB 32-ary quadrature amplitude modulation (32-QAM) signal transmission over 80-km single-mode fiber with ∼64% computational-budget reduction in the field reconstruction. This is achieved by using 1×1 convolutions to attain a sparse dimensionality (in particular the number of channels) of the deep CNN. To the best of our knowledge, we achieve the highest electrical spectral efficiency of 7.07 b/s/Hz per polarization per wavelength for a CV-DSB DD receiver without requiring a sharp-roll-off optical filter.

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