子波长粒度灵活光网络的智能物理层传输技术研究

Elastic optical network with sub-wavelength granularity is the trend in development for future optical networks. Its implementation requires that the physical layer allows flexible configuration according to the network state. Following this requirement, this project proposes the concept of intelligent physical-layer transmission technique. The key of intelligent physical layer transmission technique is to break through the limit of the conventional configurable physical layer which uses only the current state from the network layer. The dynamic state information plus its prediction from both the network layer and the physical layer are used as the basis for making intelligent choice on the transmission techniques. To achieve the goal of a systematic research and mastering of intelligent physical layer transmission technique for elastic optical networks, this project will start with research on physical layer transmission techniques which can support intelligence, including optical coherent burst-mode receiving techniques, identification on optical modulation schemes etc. Nextly, to break through the limit from single channel, this project will study multi-carrier cooperative communication techniques with a focus on cooperative coding and multiuser detection among multi-carriers. Fonally, based on the state description of both the physical layer and the network layer and following the above study on the possible physical transmission techniques, this project will study the general framework for achieving intelligent physical layer, and the intelligent physical layer selection methods based on state information and its prediction from both the physical layer and the network layer. The intelligence for physical layer is a promising way to solve the problem from the network dynamic change on the transmission performance of the physical layer, thus increasing the tranmission capacity and greatly improving the stability and reliability for elastic optical networks.

支持子波长粒度的灵活光网络是未来光网络的发展趋势，其实现要求物理层能够依据网络状态完成灵活的配置。本项目突破了传统技术仅使用网络层当前状态的限制，提出了灵活光网络的智能物理层传输技术的概念，其核心是将光纤传输技术与多载波协作通信相结合，并同时使用网络层和物理层状态的动态信息及其预测实现物理层传输技术的智能化选择。为了系统研究和掌握智能物理层传输技术，项目将首先研究支持智能化的物理层传输技术，包括相干光突发接收、光调制方式识别等。其次，突破单信道的限制，研究多载波协同通信传输技术，重点是子载波协同编码和多用户检测技术。最后，基于物理层和网络层的状态描述，以上述物理层传输技术为基础，重点研究智能化物理层的实现架构，以及基于网络状态及其动态预测的物理层智能选择方法。物理层传输技术的智能化，有望解决网络动态变化对物理层传输性能的不利影响，在提高网络容量的同时，大大增强灵活光网络的稳定性和可靠性。

作为提升光网络的资源使用效率的有效手段，子波长粒度灵活光网络及其物理层传输技术的智能化，代表了光通信技术的发展趋势。在国家自然科学基金的资助下，按照项目预定计划，本项目分阶段重点研究了各种形式的子波长粒度光传输技术，及其智能化技术。首先，本项目中将光突发包看作是一种时域的子波长粒度形式，可以实现光网络中波长资源的时分复用。为了实现光突发包的有效传输，结合高速数字相干光接收机的并行和流水设计，详细研究了突发形式下的均衡器快速收敛问题，可用于实现关键参数的设置。其次，作为一种频域的子波长粒度形式，子波长粒度弹性光网络的出现，打破了现有光网络固定带宽栅格的限制，可以有效提高光网络中物理层的传输性能。为此，我们提出并研究了基于数字子载波的复用和传输技术，结合调制格式自适应、协同编码，能够实现子载波的智能化传输。同时，也重点研究了光网络中激光器随机波长抖动对子载波传输性能的影响，提出了相应的解决办法。最后，作为本项目的核心，项目进一步将智能化技术与子波长粒度弹性光网络物理层传输技术相结合，详细研究了光网络智能化的信息获取方法，以及如何利用智能化获取信息实现光网络性能的优化。从认知网络的概念出发，提出和研究了认知光网络技术。光网络智能化的关键问题之一，是实现物理层/网络层状态的正确感知，为此提出了一种采用人工智能技术的光路光信噪比估计和预测方法。不同于传统的端到端光信噪比估计方法，该方法通过利用神经网络的强大学习能力，能够使用网络中已有光路的信息来正确预测待建光路的光信噪比。在此基础上，可以进一步实现感知结果在灵活光网络的自主决策和性能优化中的应用。同时，我们还初步实验验证了光梳这一新型光源在子载波复用和传输中的应用。目前，项目已对子波长粒度灵活光网络的物理层传输技术及其智能化，进行了系统的研究，形成了灵活光网络智能化的架构体系及其具体实现方法，项目各项研究目标已完成。