近年来，云计算，共享经济，虚拟现实，3D影视等新网络应用的出现极大地提升了光网络传输容量的需求。然而，光纤传输容量受制于有限的传输频带资源和光纤非线性效应带来的损伤。因此，为满足日益增长的需求，开展基于高谱效率传输技术和非线性损伤补偿方案研究具有重大意义。

　　奈奎斯特频谱整形技术可以减小光信道频带宽度，提高光传输频谱效率，然而这一技术需要发射端信号处理单元，且收发两端各需要一个高复杂度的数字滤波器，相对于现有商用传输系统，具有较高的成本。为了实现低成本高谱效率的传输，我们提出了一种基于信道间串扰抑制的超信道传输方案，经过数值模拟和实验验证，该方案可以实现与奈奎斯特频谱整形技术方案相同的频谱效率，并且具有相近的传输性能，而且我们的方案无需发射端信号处理单元，亦无需收发端的高复杂度数字滤波器，信号的前置滤波由光滤波器完成，与现行商用光网络具有较好的兼容性。该成果以论文形式发表于光学期刊Journal of Lightwave Technology，论文标题为“ICI Mitigation for Dual-Carrier SuperchannelTransmission Based on m-PSK and m-QAM Formats”(J. Lightwave Technol.34(23),5526-5533, 2016)。博士生肖卓鹏为第一作者，付松年教授为通讯作者。

　　奈奎斯特频谱整形技术理论上能使信号带宽无限接近于自身波特率，这一极限称为奈奎斯特传输极限，它限制着传统光传输波分复用系统的频谱效率理论上限。近年来，运用于PDM-QPSK信号的双二进制整形技术的提出，使得超奈奎斯特传输称为可能，即波分复用信道栅格亦小于信道波特率。但这一技术无法使用于更高阶调制格式，这意味着无法进一步提升频谱效率。为解决这一难题，我们提出了一种新的PDM-16QAM超奈奎斯特传输解决方案，该方案传输子载波相互混叠的超信道，每个子载波都在发射端经由奈奎斯特频谱整形。在接收端，创新性地通过部分响应滤波器，最大似然序列估计抑制和重构串扰，再基于4乘2半径指向均衡器来恢复信号。我们首次实现PDM-16QAM超奈奎斯特传输实验，并刷新了PDM-16QAM在单模光纤中的频谱效率世界纪录，其净谱效率达到7.7-b/s/Hz。该成果以论文形式发表于Optics Letters，论文标题为：“First experimental demonstration of fasterthan-Nyquist PDM-16QAM transmission overstandard single mode fiber”, (Optics Lett.42(6), 1072-1075, 2017)。博士生肖卓鹏为第一作者，付松年教授为通讯作者。

　　随着频谱效率的提高，波分复用系统信道间保护间隔急剧减小，超信道内子载波间隔也迅速减小并直至为零，这一变化使得载波间，信道间的非线性损伤越来越严重，制约着信号的传输距离，从而降低传输容量。并且基于数字信号处理的光纤非线性补偿方案又具有极高的复杂度，难以应用到商业系统之中。为此，我们提出了一种具有超低复杂度的收发分离式非线性补偿方案。该方案基于低波特率子载波的超信道传输技术，即副载波复用技术，和基于数字背向传输的非线性补偿算法。由于子载波的波特率较小，其色散导致的波形展宽畸变程度较低，从而使非线性噪声的估计更为精确，极大地延长数字背向传输算法的步长。我们基于交叉相位调制模型，仅使用两级数字背向传输算法。方案将一级非线性补偿于发射端信号处理单元中实现，另一级非线性补偿于接收端信号处理单元中实现，首次验证了通过收发分离补偿的方式来得到额外的补偿增益。经过传输实验验证，我们所提出的方案相对于目前复杂度最低的数字背向传输补偿方案，进一步降低了50%的复杂度，并有效提升了32%的传输距离。该成果以论文形式发表于光学期刊Optics Express，论文标题为“Low complexity split digital backpropagationfor digital subcarrier-multiplexing opticaltransmissions”， (Opt. Express，25(22), 27824-27833, 2017)。 博士生肖卓鹏为第一作者，付松年教授为通讯作者。

　　基于偏振复用及高阶调制格式的数字相干传输系统是当前及未来长距离光通信系统的最佳选择。但信号会受到由收发两端的激光器中心波长漂移和相位噪声所带来的影响，因此频偏估计和载波相位恢复是数字相干光通信数字信号处理中必不可少的部分。考虑现有电子器件的速率限制，所有算法必须通过并行化实现才能被实际运用。如何同时保证算法的大频偏估计范围，高线宽容忍度以及并行化处理是现有光通信系统面临的一个挑战。付松年教授指导的硕士研究生陆佳宁针对这一问题，通过理论和实验分析，发现双偏振信号的两路偏振态的所受到的相位噪声仅相差一个常数，于是针对双偏振相干光通信系统提出了一种载波相位和频偏联合估计及其并行化实现方案。通过采用相位差预补偿的方法，将两路偏振态信号联合处理实现频偏和载波相位恢复，从而极大的提升了系统的线宽容忍度。同时，频偏的估计范围可达到±波特率/2，超过传统的频偏估计算法。此外，为了实现这种算法的实时并行处理，采用一种创新的超标量并行处理结构。这种结构可以同时容纳两路偏振信号并且在相邻缓冲区之间实现频偏信息的传递。实验证明所提出的方案具有较大的频偏估计范围和较高的线宽容忍度，并且满足实时系统并行处理的需求。该成果以论文形式发表于Optics Express上，论文题目为“Joint carrier phase and frequency-offsetestimation with parallel implementation for dual-polarization coherent receiver,”(Opt. Express，25(5), 5217-5231, 2017)。硕士生陆佳宁为第一作者，付松年教授为通讯作者。

　　为了实现更高的频谱效率，光通信系统的下一代发展方向是使用更高阶的调制格式32-QAM。然而当前没有任何一种前馈式的频偏估计方法可以被有效地用在这种调制格式上。我们根据32-QAM星座图的特点，创新地提出基于QPSK环放大的快速傅里叶变换频偏估计算法，实现了在大OSNR范围和大频偏范围的无误差频偏估计。该成果以题为“Feed-forward frequency offset estimation for 32-QAM optical coherent detection,”(Opt. Express，25(8), 8828-8839, 2017)发表于Optics Express上。硕士生陆佳宁为第一作者，付松年教授为通讯作者。

　　算法实际实现中必须减低算法的复杂度，针对32-QAM调制格式我们又提出了一种基于星座图旋转的低复杂度差分频偏估计算法。实验证明，这种算法相比之前提出的算法，具有低复杂度，可容忍的信噪比范围更大的特点。其中计算复杂度仅为现有算法的1/3。该成果以论文形式发表于IEEEPhotonics Technology Letters上，论文题目为“Frequency Offset Estimation for 32-QAM Based on Constellation Rotation”(IEEEPTL，29(23), 2115-2118, 2017)。硕士生陆佳宁为第一作者，付松年教授为通讯作者。

　　以上成果得到了国家863项目(2015AA015502)、国家重点研发计划(2016YFE0121300)、国家自然科学基金面上(61575071, 61711530043)的资助，并得到下一代互联网接入系统国家工程实验室各位老师的大力支持。

微信分享

x

用微信扫描二维码
分享至好友和朋友圈

网站内容来源于互联网、原创，由网络编辑负责审查，目的在于传递信息，提供专业服务，不代表本网站及新媒体平台赞同其观点和对其真实性负责。如因内容、版权问题存在异议的，请在 20个工作日内与我们取得联系，联系方式：021-80198330。网站及新媒体平台将加强监控与审核，一旦发现违反规定的内容，按国家法规处理，处理时间不超过24小时。