高速相干光通信基礎理論與關鍵技術研究

《高速相干光通信基礎理論與關鍵技術研究》是依託華中科技大學，由唐明擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：高速相干光通信基礎理論與關鍵技術研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：唐明
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

高速相干光通信技術已成為當前國內外廣泛關注和研究的焦點，但相干通信系統中各種相位噪聲和偏振不確定性成為了限制系統傳輸容量進一步提升的主要因素。本項目圍繞抑制非線性損傷、控制相干噪聲和相干光採樣三個關鍵科學問題，針對限制超高速長距離相干光通信系統性能提升的關鍵因素，重點探索在大色散、損耗與非線性受限條件下高速相干光通信系統中光信號的電場傳輸規律，研究相干通信系統中相干光源和通信鏈路各種線性與非線性損傷機理及其補償機制，突破低噪聲放大技術和基於相干光採樣的光性能監測技術，在此基礎上研究新型編碼和編碼級聯組合對信道參數的依賴關係，提出效率高、複雜度低和時延小的超強糾錯信道編解碼方法，並搭建相干光通信系統實驗平台，完成相關體系架構、關鍵技術和算法的實驗驗證和測試。項目研究成果可望用於更高傳輸速率的下一代相干光通信系統，具有重大的理論意義和套用價值。

結題摘要

基於數位訊號處理的相干光通信是高速光通信發展和套用的主要趨勢。本項目圍繞非線性傳輸與放大機理、大容量調製、復用與編碼以及相干光信號性能監測與損傷補償這三個瓶頸問題開展理論與實驗研究。（1）在多維調製的相干光信號傳輸與放大的基礎理論方面，本項目在國際上首次理論提出並實驗證實了拉曼泵浦相對強度噪聲導致的信號相對相位噪聲和相對偏振噪聲的概念及統計特性，提出了改進相位恢復算法；同時對GN（高斯噪聲）模型的準確性進行了驗證，證明了將GN模型和FWM噪聲的預測結合起來，可以準確預計最佳波特率的區間。並進一步最佳化了基於分散式拉曼放大器的超長跨距相干光通信系統的設計方案。（2）在大容量長距離靈活譜相干光傳輸的關鍵技術方面，提出並驗證了一系列的高頻譜效率自適應光傳輸技術，有效提升了系統的頻譜效率；採用預編碼技術，實現頻率分集和自適應分塊載入，達到更高的功率效率；在2微米新波段也通過預編碼技術實現了高頻譜效率調製方案，解決了頻寬受限問題；針對容量受限難題，系統地研究了空分復用光纖通信系統關鍵技術及套用，開展了新型傳輸介質多芯光纖設計與製備，搭建了基於多芯光纖的大容量空分復用通信系統，同時還進行了多芯光纖功能器件及空分復用分散式光纖測量技術研究。（3）在相干光通信信號的性能監測與損傷補償方面，基於先進信號處理技術特別是分數階傅立葉變換時頻域信號處理以及深度學習神經網路等，創新構造人工信道訓練序列，實現了非線性效應、OSNR、時間同步、頻率偏移、以及色散等主要信道損傷的估計與補償，並在此基礎上獨立自主開發出超寬頻相干光採樣示波器的原理樣機，開展了工程套用等。本項目搭建並實現了大於30T容量和大於2000km光纖的相干光傳輸系統，完成了主要研究成果的驗證、測試與示範工作。共發表高水平期刊論文95篇，會議論文31篇，申請發明專利28項其中授權20項，出版新型通信光纖方面論著（章節）一部，培養博士生19名，碩士生41名。研究成果獲得2018年度中國電子學會科技進步一等獎。