我们利用20GHz单模短腔垂直腔面发射激光二极管（VCSEL）在1525nm的传输波长下，在长达1.6km的标准单模光纤（SSMF）上实现了84Gb/s的四电平脉冲幅度调制（PAM-4）。不同的均衡器方法，包括通用前馈均衡器（FFE）、非线性Volterra均衡器（NLVE）、Max似然序列估计器（MLSE）及其组合，评估其作为标准PAM-4或部分响应PAM-4信号的均衡器的工作效果。实验证明，标准的FFE不足以实现>0.6km的传输距离，而使用NLVE或FFE+MLSE可以将传输距离提高到1km。部分响应PAM-4FFE（PR-FFE）与短内存MLSE结合使用，能够有效地平衡带宽限制，在1.6公里的传输距离上，与标准NLVE或FFE+MLSE相比，BER提高了10倍以上。使用部分响应NLVE代替PR-FFE进一步提高了性能，在1.6km传输距离后，BER低于KP4FEC阈值，BER限制为2E-4，允许无错误操作。
使用20GHzvcsel在1525nm波长上实现84Gb/sPAM-4在1.6kmSSMF-NLVE
B.NLVE
由于图4显示，考虑到KP4 FEC阈值，简单的FFE不足以在0.63km或更高的距离上传输，因此需要更强的均衡来提高长距离的性能。在传输速率为84Gb/s、传输波长为1525nm的PAM-4时，色散成为一个严重的限制，严重影响性能。通过比较光学b2b和0.63kmSSMF传输时的眼图可以看出这一点，其中后者被严重破坏（图4和图9）。此外，在更高的输入功率值下，PIN/TIA会出现非线性，如图4所示。当输入功率大于-2dbm时，性能会下降。
z后，VCSEL显示出功率水平相关的延迟，该延迟在不对称的PAM-4眼图中累积（在接收眼图中倾斜），类似于DMLs的描述。正常的FFE只考虑线性畸变，因此无法补偿功率相关的不对称性。原则上，如果考虑到足够的核，NLVE应该能够补偿这种不对称性。这可以在图9中得到验证，图9显示了在传输距离为0.63km，输入功率为-4dBm时的接收和均衡眼图。对于FFE，使用21个系数，而NLVE由21个线性系数和二阶核深度N2=9组成，本文表示为FFE 21-9。当核深度为N2=9时，需要45个额外的均衡器系数。FFE能够打开眼睛，但正如预期的那样，眼睛仍然存在倾斜。NLVE后的眼图不再显示歪斜，能够更好地睁开眼睛。此外，下眼在NLVE后畸变更小，导致三只眼睛的开口非常相似。所使用的PIN/TIA的非线性行为导致下眼较小的睁开。
图9 传输距离为0.63km时接收和均衡眼图
图10 传输距离为0km和0.63km，ROP为-4dBm时，核深为N2=9的二阶核。
在图10中，描述了b2b情况和0.63km SSMF传输的二阶核深度为N2=9的核值。只有沿对角线的核具有更高的值，而其他核几乎为零。原则上，为了降低复杂性，可以排除这些，因为它们对性能没有任何影响。
z后，NLVE在不同传输距离下的性能如图11(a)所示。此外，用21个系数的FFE获得的BER值作为虚线添加，并填充菱形标记进行比较。在较高的输入功率值下，使用NLVE可以显著提高性能。在较低的输入功率下，NLVE不能进一步改善系统，因为噪声是主要的损害。在SSMF距离为1km的情况下，需要二阶核深度N2=9才能达到低于KP4 FEC阈值的BER。在较短的距离上，与简单的FFE相比，即使N2=3也能显著提高性能，在0.63公里传输时，BER值低于FEC阈值。一个N3=3的三阶内核，得到FFE 21-9-3的组合，进一步略微提高了性能。由于NLVE的复杂度随着核深度和核数的增加而急剧增加，因此不再进行进一步的计算。此外，在1.63km的传输距离上，NLVE也不能有效地均衡失真，需要不同的均衡器解决方案
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