BỘ CÂN BẰNG TÍN HIỆU DỰA TRÊN MẠNG NƠ-RON TÍCH CHẬP MỘT CHIỀU CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG CỰ LY NGẮN TỐC ĐỘ 100 Gb/s

Vương Quang Phước và CS. Tập 134, Số 2A, 2025 128 5 Institute of Advanced Science and Technology, Da Nang University, Danang, Vietnam Abstract. Short-reach optical communication systems that use intensity modulation and direct detection (IM/DD) with PAM-4 signaling are considered as a desirable option due to its simple architecture and lower cost. However, bandwidth limitations, chromatic dispersion and device nonlinearities cause serious signal distortions, which degrade overall system performance. In this paper, we present a one-dimensional convolutional neural network (1D- CNN)-based equalizer to address the challenges of traditional feed-forward equalizers (FFE), which are fundamentally limited to linear impairment compensation. The proposed equalizer is designed with a lightweight CNN architecture that maintains structural simplicity while effectively exploiting temporal features from the received symbol sequences. Simulation results demonstrate that the 1D-CNN equalizer can improve receiver sensitivity by nearly 2.5 dB compared to the conventional FFE and by around 1 dB compared to the artificial neural network (ANN)-based equalizer, at the same BER level. Furthermore, we investigate the impact of network depth and feature map size on equalization performance, providing practical insights for real-world deployment. Keywords: Short-reach optical communications, PAM-4 modulation, Equalization techniques, FFE equalizer, Convolutional neural networks, Lightweight architecture 1 Giới thiệu

Trong một thập kỷ vừa qua, chúng ta đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của cuộc cách mạng thông tin, đặc biệt là các ứng dụng yêu cầu băng thông lớn như: điện toán đám mây, trí tuệ nhân tạo, mạng di động 5G/6G và Internet vạn vật (IoT). Nhu cầu về tốc độ cao, độ trễ thấp từ các dịch vụ này đã tạo ra áp lực đáng kể lên hạ tầng mạng truyền dẫn hiện tại. Trong đó, phần lớn lưu lượng dữ liệu xuất phát từ các hệ thống điển hình như mạng kết nối trung tâm dữ liệu hay mạng fronthaul. Theo sự dịch chuyển về nhu cầu lưu lượng đó, hệ thống thông tin quang cự ly ngắn đã thu hút được sự quan tâm trở lại thay vì các hệ thống truyền đường dài hoặc các tuyến xuyên biển như giai đoạn trước. Trong các hệ thống cự ly ngắn này, kỹ thuật điều chế cường độ và tách sóng trực tiếp (IM/DD) kết hợp với định dạng tín hiệu PAM-4 [1, 2] được xem là lựa chọn phổ biến hơn do có khả năng truyền dẫn tốc độ cao nhưng vẫn đảm bảo đơn giản về mặt phần cứng, chi phí triển khai và khả năng tích hợp trên thiết bị quang thụ động [3, 4] khi so sánh với hệ thống sử dụng thu coherent. Tuy nhiên, khi truyền dẫn ở tốc độ cao các thiết bị thu/phát và đường truyền thường đạt giới hạn và làm suy giảm chất lượng tín hiệu nghiêm trọng, đặc biệt khi tốc độ truyền dẫn đạt đến 100 Gb/s [5]. Như đã được trình bày trong [4], bên cạnh các méo tuyến tính do giới hạn băng thông của thiết bị thu/phát chi phí thấp và tán sắc trên kênh truyền, hệ thống IM/DD PAM-4 còn chịu tác động từ nhiều dạng méo phi tuyến khác nhau. Cụ thể, hiện tượng suy giảm công suất (power fading), phát sinh do sự tương tác giữa tán sắc (CD) và quá

trình tách sóng trực tiếp (DD) tại bộ thu, làm biến dạng phổ tín hiệu và giảm khoảng cách truyền dẫn. Ngoài ra, đặc tính phi tuyến của bộ điều chế Mach-Zehnder (MZM), chất lượng của thiết bị