Author Affiliations
Abstract
1 Peng Cheng Laboratory, Shenzhen, China
2 Shanghai Jiao Tong University, State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Department of Electronic Engineering, Shanghai, China
3 University of L’Aquila, Department of Physical and Chemical Sciences, L’Aquila, Italy
We propose a joint look-up-table (LUT)-based nonlinear predistortion and digital resolution enhancement scheme to achieve high-speed and low-cost optical interconnects using low-resolution digital-to-analog converters (DACs). The LUT-based predistortion is employed to mitigate the pattern-dependent effect (PDE) of a semiconductor optical amplifier (SOA), while the digital resolution enhancer (DRE) is utilized to shape the quantization noise, lowering the requirement for the resolution of DAC. We experimentally demonstrate O-band intensity modulation and direct detection (IM/DD) transmission of 124-GBd 4 / 6-level pulse-amplitude modulation ( PAM ) -4 / 6 and 112-GBd PAM-8 signals over a 2-km standard single-mode fiber (SSMF) with 3 / 3.5 / 4-bit DACs. In the case of 40-km SSMF transmission with an SOA-based preamplifier, 124-GBd on-off-keying (OOK)/PAM-3/PAM-4 signals are successfully transmitted with 1.5 / 2 / 3-bit DACs. To the best of our knowledge, we have achieved the highest net data rates of 235.3-Gb / s PAM-4, 289.7-Gb / s PAM-6, and 294.7 Gb / s PAM-8 signals over 2-km SSMF, as well as 117.6-Gb / s OOK, 173.8-Gb / s PAM-3, and -231.8 Gb / s PAM-4 signals over 40-km SSMF, employing low-resolution DACs. The experimental results reveal that the joint LUT-based predistortion and DRE effectively mitigate the PDE and improve the signal-to-quantization noise ratio by shaping the noise. The proposed scheme can provide a powerful solution for low-cost IM/DD optical interconnects beyond 200 Gb / s.
look-up-table digital resolution enhancer quantization noise semiconductor optical amplifier pattern-dependent effect pulse-amplitude modulation Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036007
1 光电对抗测试评估技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
2 郑州大学电气工程学院, 郑州 450000
考虑到背景杂波图像结构无规则且复杂, 目标图像结构规则且简单, 两者之间的结构差异为杂波度量提供了有效途径, 提出一种基于图像结构复杂度的背景杂波表征方法。首先, 方向梯度直方图能有效表征图像结构信息, 利用图像局部区域方向梯度分布熵表征对应区域的结构复杂度; 其次, 考虑到人眼视觉系统对图像对比度敏感, 分别在图像方向梯度分布熵空间和对比度空间中度量背景杂波与目标之间的差异,采用标准方差加权求和的方式对背景杂波建模; 最后, 推导了背景杂波与目标获取性能之间的关系, 建立了光电成像系统目标获取性能评估模型。利用公开数据集对模型进行了验证, 实验结果表明, 所提方法所评估的目标获取性能与实际主观目标获取性能具有较高的一致性, 而且在均方根误差(RMSE)、相关性方面优于现有的杂波度量方法。
光电成像 目标探测 背景杂波 杂波量化 方向梯度分布 结构复杂度 目标获取性能 photoelectronic imaging target detection background clutter clutter quantization directional gradient distribution structural complexity target acquisition performance
1 南京航空航天大学自动化学院, 南京 210000
2 中国人民解放军95791部队,甘肃 酒泉 735000
提出一种基于传感器网络的分布式状态估计算法, 用于具有随机传输时延的网络化系统。为了节省通信带宽, 引入了自适应概率量化机制。考虑随机传输时延的存在, 利用缓存器中的数据设计了改进的无迹卡尔曼滤波(UKF)算法进行时延补偿。在局部估计完成后, 利用快速协方差交叉方法进行融合估计, 以获取更加精确的状态估计。此外, 还分析了融合估计误差的有界性。最后通过数值模拟算例验证了所提算法的有效性。
传感器网络 分布式状态估计 概率量化 时延 无迹卡尔曼滤波 sensor network distributed state estimation probability quantization time delay UKF
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
In this paper, we propose and experimentally demonstrate a joint shaping technique to improve the performance of a low-resolution transmission system for the first time, to the best of our knowledge. The joint shaping technique combines probabilistic shaping (PS) and error feedback noise shaping (EFNS). In the 40-Gbaud intensity-modulation direct-detection (IM/DD) experimental transmission system, a bit-error-rate (BER) of can be achieved easily with the joint shaping at the physical number of bits (PNOB) of 3. In the 30-Gbaud dual polarization (DP) coherent experimental transmission system, a BER below is easily obtained with a 3-bit quantizer by using joint shaping. The optimization of the shaping degree is also analyzed.
optical fiber communication quantization digital signal processing Chinese Optics Letters
2023, 21(5): 050602
大连理工大学 微电子学院, 辽宁 大连 116000
针对CMOS图像传感器高精度和低功耗的需求, 设计了一种14位列级模数转换器(ADC)。在传统斜坡式模数转换器(RAMP ADC)架构基础上, 采用了3位逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)与11位RAMP ADC相结合的两步式结构, 有效缩短了量化时间。RAMP ADC部分采用高低时钟的计数方法, 可显著降低计数区间内的功耗。同时, 提出了RAMP-SAR-RAMP切换的相关双采样逻辑, 可进一步减少静态随机存取存储器(SRAM)数量, 从而缩小版图面积。采用0.18μm标准CMOS工艺进行仿真, 结果表明: 在600MHz时钟、单沿计数的工作模式下, ADC量化时间为9.32μs, 在1.8V数字电源电压下, 计数区间内功耗均值为8.51μW。
两步式 高精度 量化时间 CMOS图像传感器 SAR/RAMP ADC SAR/RAMP ADC two-step high resolution quantization time CMOS image sensor
1 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院 硅器件技术重点实验室, 北京 100029
3 中国科学院大学, 北京 100049
分析了加扰技术改善ADC性能的基本原理, 通过选择合适的扰动信号注入到理想量化器模型中进行仿真, 验证了加扰技术能够随机化量化误差的周期性三角形分布。在加扰技术的实际应用中, 首先基于10 bit 25 MS/s Pipelined ADC模型完成加扰仿真, 仿真得到ADC的SFDR由7469 dB提高到了85 dB。然后对两种ADC芯片进行加扰实验, 该加扰技术使两种ADC芯片的SFDR分别提高了829 dB和597 dB。理论仿真和实验验证了加扰技术可以明显提高ADC的SFDR, 为后期ADC内部集成加扰电路模块做好了准备工作。
加扰 量化误差 dither ADC ADC quantization error SFDR SFDR
红外与激光工程
2022, 51(6): 20210532
昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南 昆明 650500
针对磁瓦图像光照不均匀、对比度较低、表面干扰磨削纹理较多的问题，提出了一种基于改进的同态滤波与Canny算法的磁瓦表面缺陷检测算法。首先，采用改进的同态滤波传递函数将磁瓦图像分解成高频图像和低频图像，用连续均值量化变换增强高频图像，再将增强的高频图像与低频图像融合便能够得到光照较均匀和对比度较高的磁瓦图像。然后，将传统Canny算法中的高斯滤波器替换为相对总变差模型，从而提取出磁瓦缺陷结构；为了提高边缘检测的精度，增加了梯度方向模板求取图像像素点的梯度幅值和方向，并采用基于图像灰度信息的单阈值提取出图像缺陷边缘，提高了算法的鲁棒性。最后，通过形态学处理对检测出的缺陷边缘图像进行填充，并把干扰边缘去除，便可得到磁瓦的缺陷区域。实验结果表明，所提算法对磁瓦表面缺陷检测的效果较好，检测精度较高，且适用于多种类型的磁瓦表面缺陷。
图像处理 改进的同态滤波 连续均值量化变换 Canny算法 相对总变差 磁瓦表面缺陷检测 激光与光电子学进展
2022, 59(18): 1810009
1 国防科技大学电子科学学院, 湖南 长沙 410073
2 国防科技大学气象海洋学院, 湖南 长沙 410073
为解决激光雷达点云深度学习网络模型在移动端嵌入式设备部署存在的耗时耗存储问题,提出了一种激光雷达点云可学习二值量化网络模型。该模型基于特征的知识蒸馏,将全精度网络各层统计特征知识转移到二值量化网络,较大幅度地提升了量化精度;提出基于遗传算法的二值量化尺度因子恢复可学习优化算法,通过逐层搜索初始最优尺度恢复因子,并通过网络自学习大幅减少网络参数量;提出一种统计自适应池化损失最小化算法,包括量化网络自调节和全精度网络转移调节两种方式,以解决量化网络中池化信息损失较大的问题。实验结果表明,所提算法在获取高精度的同时实现了较大压缩比和加速比,可将PointNet大小压缩为原来的1/23、加速35倍以上,对其他点云主流深度网络具有良好的扩展性。
测量 激光雷达 点云 可学习算法 二值量化 遗传算法 光学学报
2022, 42(12): 1212005
