多载波交错正交幅度调制系统的相干光传输技术研究

Nowadays the Internet not only has fast growing data traffic, but also has a fast growing number of on-line devices. This leads to high demand of capacity and flexibility of the future optical communication systems, which form the backbone of the Internet. Multicarrier offset Quadrature Amplitude Modulation (MC-OQAM) is a promising modulation scheme for next generation optical communication system because of its high spectral efficiency and high flexibility. We propose to use MC-OQAM to implement coherent optical transmission systems with flexible spectral granularity, requiring us to realize an equalization algorithm of low complexity and fast convergence, and to solve the problem of adaptively compensation for the channel distortion and the fiber nonlinearity. Therefore, our focuses are on the equalization technique, carrier phase recovery, and fiber nonlinearity analysis. Our purpose is to experimentally demonstrate a large capacity MC-OQAM system with flexible spectral granularity and considerable transmission performance, make it one of the solutions of modulation scheme to the next generation communication systems. We believe that our works will contribute a lot for future application of MC-OQAM system.

随着社会信息化程度的不断提高，当前互联网的流量与用户数量迅猛增长，对作为骨干网络的大容量光纤通信系统提出了高灵活度的需求。多载波交错正交幅度调制（MC-OQAM）是一种新的高谱效率、高系统灵活度的调制方式，具有重要的应用前景。本项目提出使用MC-OQAM调制技术实现可变频谱颗粒度收发的高灵活度相干光传输系统，其中需要实现低复杂度快速收敛均衡算法，并解决光纤信道损伤的灵活补偿和光纤非线性补偿问题。围绕这些问题，本项目在均衡技术、载波相位恢复算法和光纤非线性补偿机制等方面展开深入研究，通过实验验证，实现一套具有优秀传输性能的MC-OQAM可变频谱颗粒度大容量相干光传输系统，为MC-OQAM系统实际应用提供科学支撑，为新一代相干光通信系统提供信号调制解决方案。

未来互联网呈现容量需求的爆炸式增长和网络灵活度的更高需求，本项目提出使用MC-OQAM调制技术实现可变频谱颗粒度的相干光传输系统，以高灵活度架构构建通信网传输链路。研究MC-OQAM系统传输技术，在低复杂度快速收敛均衡技术、自适应载波相位恢复算法、光纤非线性补偿机制、可变频谱颗粒度MC-OQAM大容量传输系统等四个方面展开深入研究，实现均衡算法复杂度和收敛速度需求，解决载波相位恢复问题和传输系统非线性补偿问题，最终完成可变频谱颗粒度MC-OQAM相干光传输系统的仿真和实验验证，为MC-OQAM系统传输技术的演进与应用提供科学支撑。研究内容主要包括，其一：提出了低复杂度快速收敛的频域均衡算法FDE-ITS和时域均衡算法DATDE，有效降低了均衡算法复杂度。在206.6 Gb/s PDM MC-16OQAM背对背实验中，显示出了与传统均衡方案相同的误码率性能。提出基于数据辅助信道的光链路均衡方案，解决长距离链路中宽带信号频率选择性损伤和相位漂移问题，在4波长动光缆传输实验中得到验证。提出传感器模拟信号的高比特量化传输的长距离无损传输方案。解决了传感器信号在光纤链路中的损伤问题。其二：提出了子载波联合的高精度低复杂度载波相位恢复算法。算法在100 ~ 1000 kHz线宽下相比传统DBP算法提升信号Q值约1.2 dB。其三，提出基于希尔伯特变换路径的抗色散大动态范围信号传输机理和共轭重复数据（CDR）方案和RLS滤波法进行MC-OQAM复用系统的光纤非线性消除。构造希尔伯特光路实现链路互补拉高系统动态范围。再利用色散引入时域纠缠效应实现光纤非线性的补偿。实验中系统实现动态范围提升23.6 dB，CDR方案提升信号Q值约1.5dB；RLS+DBP方案 Q值提升约1dB。其四，提出低复杂度直接检测方案和直流恢复方案，实现了高信噪比传输。系统架构上搭建大容量长距离信号传输平台。平台波分复用最大波长数在激光器堆叠技术下为8，在光梳技术下为100；波分复用频率间隔在激光器堆叠技术下为自由间隔、在光梳技术下为12.5GHz/25GHz/50GHz；平台传输距离支持0~230km传输。课题组通过理论研究和实验验证，为下一代大容量高灵活度传输技术打下提供重要支撑。同时，与中科院国家天文台合作，在“中国天眼”FAST馈源舱数据传输场景中进行了重要应用验证。