《IEICE Transactions on Communications》：Coherent PON downlink with adaptive phase-amplitude multiplexing for power and capacity allocation
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本文针对相干波分复用无源光网络下行链路中因光网络单元传输距离差异导致的功率分配失衡问题，提出了一种结合非对称比特映射与发射端功率自适应的相位-幅度复用方案。通过将2A4PSK调制格式的相位维度（2比特/符号）与幅度维度（1比特/符号）灵活分配给不同距离的ONU，并扩展至偏振复用域，实现在单波长下支持4个ONU。仿真验证表明，该方法在FEC限界下可实现最高20公里传输距离差的功率优化，且不影响接收端DSP性能，为下一代移动前传网络提供了高能效、可扩展的解决方案。
随着5G网络的规模部署和6G技术研究的持续推进，移动通信网络对承载网带宽和时延提出了极致要求。在移动前传网络中，连接无线单元和分布式单元的光纤链路需要以经济高效的方式支持点对多点拓扑。无源光网络因其低成本和易维护特性成为理想选择，但传统PON系统在应对不同距离用户节点的功率分配时存在明显缺陷：为满足最远端用户信号质量，发射功率往往过高，导致近端用户接收功率过剩，造成能源浪费和设备老化加速。
为解决这一难题，香川大学的研究团队在《IEICE Transactions on Communications》上发表了一项创新性研究，提出将自适应相位-幅度复用技术应用于相干WDM-PON下行链路传输系统。该研究的核心在于巧妙利用2A4PSK（二电平幅度四相相移键控）调制格式的非对称特性，通过独立控制相位和幅度维度的功率分配，实现对不同传输距离和容量需求的ONU的精准适配。
研究人员采用的关键技术方法包括：基于2A4PSK的非对称星座图映射（相位维度承载2比特/符号，幅度维度承载1比特/符号）、结合偏振复用的四维资源分配策略、针对距离差的发射端功率加载算法，以及接收端采用包含频偏补偿、色散补偿和载波相位恢复的全数字相干处理流程。通过数值仿真验证系统在10 GSymbol/s速率下的性能表现。
相位-幅度资源分配策略
研究设计了两种典型的资源分配方案：案例1将X偏振分配给远距离ONU，Y偏振分配给近距离ONU；案例2则在ONU组级别进行偏振分配。通过调整星座图中内外点欧氏距离或整体星座半径，实现对近距离ONU的功率削减。仿真结果显示，当相位信息分配给近距离ONU时（案例1-b和2-b），可获得更大的功率节省幅度。
接收端DSP性能验证
在不同传输距离差（2-20公里）条件下，接收端经过DD-LMS偏振解复用和载波相位恢复后，星座图保持清晰可分。在ONU距离分别为12/8/4/0公里的场景下，仿真与理论计算的SNR-BER特性高度吻合，证明发射端功率削减未影响接收端信号恢复能力。
功率预算与传输距离限制
系统在OLT发射功率0 dBm、SMF损耗0.2 dB/km、1×2耦合器分光损耗3.5 dB的配置下，分析表明当传输距离差超过20公里时，接收端DSP（特别是偏振解复用算法）开始出现性能劣化。在30公里距离差下星座图出现畸变，40公里时完全失效，因此确定20公里为最大可容忍距离差。
研究结论表明，自适应相位-幅度复用技术通过非对称比特分配和发射端功率优化，有效解决了相干PON系统中因用户距离差异导致的功率分配难题。该方案在单波长下支持4个ONU的同时，将功率效率提升与传输容量分配灵活性相结合，且无需改动现有硬件设备。功率预算分析证实了其在20公里距离差范围内的实用性，为未来移动前传网络提供了兼具能效性和可扩展性的物理层解决方案。研究还指出，通过降低DAC或驱动放大器的输出功率，可进一步降低光发射机整体功耗，但需在系统裕量和节能效果之间进行权衡。
