文档介绍：项目名称:
超高速超大容量超长距离光传输基础研究
首席科学家:
余少华武汉邮电科学研究院
起止年限:
2010年1月-2014年8月
依托部门:
湖北省科技厅
一、研究内容
关键科学问题
本项目立足于开拓光纤通信发展的新思路,系统科学地研究超高速光传输基础理论,探索超高速光传输系统特有的内在基本规律,以实现光谱利用高效化、传输距离超长化、网络干线高速化、信号管理动态化为目标,创建3U光传输的理论、方法和技术体系。针对上述目标及国家信息基础设施的需求,本项目围绕下列三个关键科学问题对超高速光传输系统的理论与实现方法展开研究。
科学问题一:高谱效率的途径、机理与容量限问题
。一般用香农理论来分析光纤信道都做了很大近似,需要假设信道具有较弱的非线性效应、低色散和传输速率限制。由于这些研究中没有考虑调制方式、象限阵阶数和非线性补偿问题,使得该理论模型具有较大缺陷。因此如何基于香农理论建立先进光通信系统的完整模型(用于研究高频谱利用率、多极性振幅和相位调制、高速准线性传输、发射机预失真反向补偿非线性效应和相干接收等前沿技术),是亟需解决的关键科学理论问题之一。
此外,要达到接近香农极限的信号传输效率,需要超强的编码。奈奎斯特(Nyquist)定理描述了信号数据率与带宽之间的关系,当数据信号为二进制时每赫兹带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元,当数据信号为M进制时,奈奎斯特定理决定的信道容量为C=2Blog2M,因此提高数据进制可以提高系统的容量。复杂的线路编码既可以增加信道容量,也可以用于信道纠错,但是线路编码也增加了接收机判决的复杂度。因此如何在多电平编码情况下实现接收机多电平软判决也是本问题需要研究的重要内容。
本科学问题在香农理论的基础上建立适应光纤传输信道和发射接收系统的准线性近似、非线性预补偿和相干接收的完整模型。该理论模型的建立,将拓展香农理论在光信息领域的应用,解决高速光通信系统与香农定理的偏离问题,为未来光通信系统容量确立新的规则,具有重大的理论和实用意义。并且在该模型的基础上,探讨提高3U频谱效率的途径及其机制,以期较大程度的提高现有通信系统的频谱利用率,使之接近香农极限,为最大限度的提升3U系统容量服务。
科学问题二:复杂光纤色散与多阶均衡问题
研究复杂的光纤色散机理及多阶色散均衡问题对超高速光通信传输系统具有十分重大的意义,它能够优化先进调制格式,降低对超高速DSP的要求,简化超高速光信号的接收和处理,全面控制或消除光纤系统的色散影响,使光接收机能够直接在低速光电通道接收处理信号,充分利用现有成熟技术实现高频谱效率。超高速光传输系统的色散管理具有其独特的要求,需要对光纤色散的复杂变化进行深入研究,对色散的多种变化建立模型,并能够以此为基础建立有效的超高精度全波段的多阶补偿机制。
本科学问题涵盖超高精度色散管理的两个核心部分:(1)高精度色散在线精确测量:利用复杂色散模型和信息处理算法能够实现对色散的检测;(2)色散及色散斜率独立可调:高精度色散管理分为静态可调和动态可调两部分,分别应用于光纤传输线路和接收端,具有不同的色散要求。独立的色散及色散斜率调整能够对所有光通道进行多阶精确色散控制和均衡。这两个核心内容结合在一起,构成了光纤色散的基础理论框架,解决了高阶色散补偿问题,形成由一阶色散补偿向多阶色散均衡的飞跃。
科学问题三:3U光纤非线性动态协同适变性问题
色散和非线性动态协同的适变性是3U光纤通讯系统的核心问题之一。和单纤速率为10Gbit/s和40Gbit/s的传统光通信系统相比,3U系统的数据信息带宽较宽,非线性作用的影响性质不同,不同调制格式的频谱也不同,使得光传输的非线性影响是前者的数十倍。
对光传输有重要作用的非线性效应有:受激布里渊散射(SBS),受激拉曼散射(SRS),自相位调制(SPM),交叉相位调制(XPM),四波混频(FWM)等。其中SPM、XPM、FWM源于同一个非线性机制(Kerr效应),具有响应带宽远大于DWDM系统所有波长总带宽、能和光纤色散相互作用的复杂特性,成为影响光系统传输的主要非线性来源。超高速光传输系统的非线性具有带内、带外多种非线性因素的复杂相互作用的特征。
在传统光传输中,非线性效应是以统计形式表现出来的,光通道内部不同数据码串有不同的非线性统计变化。源于通道之间相互作用的非线性呈现类白噪声的统计特征,变化十分复杂,目前没有很有效的抑制方法。
本科学问题以高精度色散管理技术为基础,重点研究和揭示多种非线性效应相互作用的机理及规律;结合全光通道统一归零码光源的特性,消除了非线性的统计变化,利用精确的数据比特光程差控制