2010CB328300超高速超大容量超长距离光传输基础研究.docx

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1、工程名称：超高速超大容量超长距离光传输根底研究首席科学家： 余少华 武汉邮电科学研究院起止年限：2021年1月-2021年8月依托部门：湖北省科技厅、研究内容2.1 关键科学问题本工程立足于开拓光纤通信开展的新思路, 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根本规律,以实现光谱利用高效化、 传输距离超长化、网络干线高速化、信号治理动态化为目标,创立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根底设施的需求, 本工程围绕 以下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、机理与容量限问题信息论及数字通信时代的奠基人

2、克劳德.香农在1948年率先提出了通信信 道能够传输的信息容量问题.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.止匕外,要到达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

3、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=2Blog 2M,因此提升数据进制可 以提升系统的容量.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根底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那么

4、,具有重大的理论和实用意义.并且在该模型 的根底上,探讨提升3U频谱效率的途径及其机制,以期较大程度的提升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系统容量效劳 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,全面限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治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

5、多种变化建立模型,并能够以此为根底建立有效的超 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治理的两个核心局部：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：高精度色散治理分为静态可调和动态可调两局部,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限制和均衡. 这两个核心内容结合在一起,构 成了光纤色散的根底理论框架,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

6、纤通讯系统的核心问题之一.和单 纤速率为10GHt/s和40GHt/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

7、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 据码用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治理技术为根底,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限制,提出了一个全新的非线性抑制和管 理的机理和方法；研究3U系统下的色散和非线性动态协同的适变性；实现 3U 全波段光纤通道准线性传输.这种方法能够对每个光比特信号的相对时间位置精 确治理,还能充分利用全光信号处理技术对所有

8、光通道信号波型进行再生处理, 在消除非线性效应的同时,对其他传输信号失真比方 PMD 也进行了纠正补 偿.2.2 主要研究内容围绕上述的三个关键科学问题,本工程针对以下五项内容展开研究.1 . 160 X100Gb/s 2000 公里的3U光传输根底理论验证系统完成超高速光传输的理论论证,建立科学的理论依据,研究实现超高速光通 信系统的关键技术,确定实现途径及方案,指导其他课题根据正确的思路去解决 问题；建立超高速光传输系统的理论模型,以仿真系统和实验演示系统为综合实 验平台,研究理论模型的可行性,对接近香农极限的规律性进行研究； 完成超高 速光传输的体系结构设计,设计并优化验证系统方案,完成

9、160 xi00Gb/s 2000 公里的3U光传输根底理论验证系统.2 .全光多波长自相关光源的产生及非本振相关接收理论与实现全光多波长、自相关、超低相位噪声光源及其非本振相关接收理论；提升相 干接收灵敏度和频谱效率的高相干性种子光源；超窄带梳状滤涉及精密合波技 术；基于自相关探测的双波长传输特性；单信道双波长传输的非线性申扰消除.3 .基于先进调制格式及编码方式的全光、高谱效率的光发射 /接收理论与实现系统容量极限理论；光信道和发射接收端的准线性近似、非线性预补偿和相 干接收等机理；基于有限几何或投影几何构建高效前向纠错码FEC理论及其对 光信号性能的影响机制；光发射/接收的有效模型；高频

10、谱效率的超正交光调制 格式；具有高谱效率相位平滑多进制、 光调制解调的新方法；全光正交频分复用全光OFDM 理论与技术；基于平面光波导PLC的差分正交相移键控/幅 移键控DQPSK/ASK、全光OFDM等集成化调制解调器.4 .高增益、宽带宽、高平坦度、超低噪声的参量放大理论与实现接近量子极限超低噪声的光放大机理及相应的实现方案；基于相位选择性的再生机理与光放大方法；带宽和窗口均可动态配置参量放大器理论研究与实现方 法；全光多通道信号3R再生机制和方法.5 .超高速传输系统中高精度多阶色散治理及信号非线性损伤的抑制理论与实现超高速光传输高阶4阶色散机理,色散精确治理、多阶均衡理论及高精 度色散

11、的精确测量理论；基于高效编码克服偏振模色散机理与偏振模色散治理方 法；超高速光纤单信道带内/多信道带内外的混合非线性机理和非线性协同适变 性问题；超高速超密集波分系统中色散与非线性相互作用及转化机制的模型；光信号全同步非线性非对称碰撞、色度色散限制及其动态协同治理机制；相位调 制诱导幅度抖动的非线性作用机理及抑制方法.、预期目标3.1 总体目标本工程的总体目标是：以国家信息根底设施建设的战略需求为牵引, 以解决 超高速光传输的先进格式调制、精密色散治理和非线性抑制方法问题为核心,研 究超高速光传输的根底理论与方法,实现从传统非相关通信模式到新型相关通信 模式的转变；以网络干线高速化、传输距离超

12、长化、光谱利用高效化、信号治理 动态化为目标,提出一整套超高速光传输的机理与模式,实现根底理论上的突破、 关键技术上的创新,使我国在相关领域的研究成果进入国际领先行列. 与此同时, 在根底研究成果与相关产业开展的结合方面形成研究特色,在理论研究的根底 上,搭建出一套160 X100Gb/s 2000公里的3U光传输根底理论验证系统；培养 和建立一支学术水平高、创新水平强的科研队伍,为我国在未来十年内建立新型 国家信息根底设施打下坚实的根底,为我国信息产业的开展提供核心技术的支 持.3.2 五年预期目标通过五年的研究工作,本工程预期成果为：1.本工程理论成果：(1)揭示超高速光编码调制的谱效率极

13、限规律建立基于先进调制格式和编码的相关通信理论分析模型；揭示香农定理在超高速光通信中的普适性规律,解决传统光通信系 统与香农定理的偏离问题；提出高频谱效率的超正交光调制格式和光信道编码方法；提出3U系统高谱效率光编码调制根底理论和方法.(2)建立超高速光传输精确色散治理机制揭示超高速光传输高阶(4阶)色散机理,提出精确治理理论及高精 度色散的精确测量方法；提出光信号(全同步)非线性非对称碰撞、色度色散限制及其精确治理 的方法；提出3U光传输复杂光纤色散与多阶均衡理论, 实现3U全波段、精 确色散治理根底理论和方法的突破.(3)提出全波段非线性抑制和色散的动态协同理论揭示相位调制诱导幅度抖动的非

14、线性作用机理,并提出抑制方法；提出超高速光纤单信道带内/多信道带内外的混合非线性作用模型； 构建超高速超密集波分系统中色散与非线性相互作用及动态协同理 论；提出全波段非线性抑制及其动态协同理论,实现全波段准线性传输.(4)建立全光多波长自相关光源及非本振相关接收理论和方法提出光载波同源自相关、各光通道全同步和宽带高相干性种子光源 机制,在3U光传输相关发射与接收理论和方法上取得突破.(5)建立超高速光传输系统的理论模型提出多波长超低相位噪声全通道自相关光源的理论模型；给出基于有限几何或投影几何构造高效率 FEC编码理论；给出多通道自相关双波长传输特性；揭示接近量子噪声极限、相位选择性、动态配置

15、参量光放大机理； 建立光信道和发射接收端的准线性近似、非线性预补偿和非本振相 关接收理论模型.2 .在国内外核心刊物及重要会议上发表论文 200篇以上(包括OFC、ECOC、 LEOS等高水平的国际会议和 PTL、JLT、OE、OL等重要国际刊物),其中 SCI收录论文100篇以上.3 .提交ITU-T国际标准建议文稿5篇,中请创造专利35项以上,含根底专利 申请5项.4 .理论成果验证：完成3U光传输验证系统,主要技术指标如下:(1)单波速率100Gb/s ;(2)总波长数160波；(3)系统传输距离2000km ;(4)谱效率160波优于2.5b倒s/Hz ;(5)编码增益10dB ;(6

16、) 160个通道频谱范围内的剩余色散小于 10ps/nm.5 .培养国家级和省部级优秀学术带头人 6人以上；培养博士生40名以上,硕 士生80名以上.三、研究方案4.1 学术思路本工程旨在系统地研究超高速光通信系统的根底理论与实现方法,学术思路表达如下所述：以我国当前的通信网络现状和开展趋势为背景,以实现未来光纤通信网络的 高速、高性能、高谱效率、大容量和长距离多通道传输为目标,研究根底性的科 学问题,包括多波长自相关光源产生机理、 全光信号处理的理论、非线性损伤的 抑制、超高精度色散治理等,建立 160 X100Gb/s 2000 公里的3U光传输根底 理论验证系统,研究实现超高速光通信系统

17、的关键技术,确定实现途径及方案.以仿真系统和实验演示系统为综合实验平台,研究理论模型的可行性、优化系统 实现方案.遵循上述学术思路,采取理论与实验相结合的研究方法,对相关的五个课题 内容展开研究,创立完整的超高速传输系统模型,推动超高速传输根底研究的不 断深入,提供具有国际先进水平的超高速光通信研究成果, 力争数年内为我国信 息根底设施建设提供强有力的支持.4.2 技术路线1 .构建一种调制格式透明的160Xl00Gb/s超长距离光通信平台.该系统 应用全波长自相关光源,采用异地相关光源传送模式,实现具有 FEC的新型高速 调制信号的超长距离传输,采用相位敏感型参量放大器与超高精度色散治理克服

18、 光纤中的色散、损耗、多种非线性效应等影响.2 .研究“非本振相关传输与接收创新理论与方法,主要针对大容量信息 传输系统,在发送端利用超连续谱与超密集波分复用技术产生全通道自相关双波 长光源,其中一路波长用于承载信号,另一路波长用于远端非本振相关接收. 非 本振相关接收既具有相干光通信的超强水平,又不需要苛刻的本振相干接收光 源.3 .采取理论与实验相结合的方法研究高速光调制、编码中的深层科学问题.基于映射原理的全光 OFDM理论与全光傅立叶变换编解码理论,构建全光 OFDM调制、解调模型,并在光域实现一定的逻辑操作如添加循环前缀；根据光纤中光场的分布特性,构造出一种在光的偏振、相位、频率、幅

19、度上同时加 载信息的新型超正交信号模型如 Pol-DQPSK/ASK ;研究微光学集成以及空 问傅立叶光学和光纤波导光学的相似性和一致性,在平面光波导PLC上实现DQPSK/ASK、全光OFDM等集成化的调制解调器.采用光域纠错码减缓正交 信号不同维度信息间的互扰,降低系统对激光器线宽的要求,提升系统的性能.4 .从量子理论出发深入研究 FOPA产生的机理,研究三阶参量过程中相位 匹配的原理和要求,为高增益、宽带宽、高平坦度、超低噪声的参量放大技术及 其实现提供坚实的理论根底.从光场热振幅及波动理论出发,研究FOPA中噪声 产生的机理,进而研究相位敏感的光参量增益放大对噪声的抑制机理,提出接近

20、量子极限超低噪声FOPA的实现方案.根据微结构材料结构参数、材料的热物 理参数与拉制工艺参数之间的动态关系,建立拉制微结构光纤所需要的理论模 型,研究、设计基于硫化物玻璃或者二氧化硅的新型微结构光纤,实现性能优异的光参量增益放大.5 .深入研究高速光传输单通道超高速光纤信道带内组合与带内外混合非线 性机理,揭示超高速光传输系统中非线性在频谱带宽、光信号波型、相位噪声等 方面与传统光传输系统不同的特性.建立群速度色散和偏振模色散与材料折射 率、光纤结构、环境变化等因素相对应的完整理论模型,全面评估信息传递过程中色散参量与各限制因素的动态交互情况, 实现非线性与色散的协同治理.深入 探讨光克尔效应

21、对PMD抑制的物理机制,采用孤子限制技术和色散治理孤子技 术及纠错码技术来进行色散的全阶补偿, 有效提升传输系统的PMD容限.基于 本工程创新性研制的多波长超低相位噪声全通道自相关光源中所提取的归零时 钟信号实现在线色散和PMD监测.4.3主要创新点与特色本工程主攻具有国际影响力的根底研究热点和难点,着重解决开展光通信的瓶颈问题,5年后力争在理论研究取得原创性成果和核心知识产权.力争在全光 多波长自相关光源和非本振相关接收根底理论、 复杂光纤色散与多阶均衡根底理 论等取得重大突破.本工程的创新点将表现在以下几个方面：1. 3U系统高谱效率光编码调制根底理论和方法. 针对光传输的谱效率偏低 0.

22、8bit/s/Hz 的问题,本工程提出高谱效率、光调制解调根底理论和新方法 包括建立准线性调制机理与多阶调制解调新模型,提出基于空间光学全光傅立 叶变换的编解码理论；利用有限几何和均衡不完全区组设计, 构造低复杂度的高 速译码算法编码调制新机制,通过3U验证系统验证,预计谱效率可提升到优 于2.5bit/s/Hz 的水平提升2倍以上；并为需要高谱效率的其他光网络如 光交换网络奠定理论根底和提供实现方法.2. 3U光传输复杂光纤色散与多阶均衡理论.针对复杂的光纤色散制约了 3U传输速率和传输距离、导致 3U光传输难以实现的问题,本工程构建复杂色 散模型和信息处理算法,提出对所有光通道进行多阶精确

23、色散限制和均衡理论及 其实现方法包括提出光纤色散的根底理论框架, 解决复杂色散多阶均衡问题, 通过3U验证系统验证,实现3U全波段、高阶精确色散治理根底理论和方法的 突破.3. 3U光传输全波段非线性抑制和色散的动态协同理论.针对3U系统的非线性影响是10G系统的数十倍、导致3U光传输难以实现的问题,本工程建立 非线性、色度色散限制及其协同治理的理论和方法 包括揭示精确数据比特光程 差限制机制,提出全新的非线性抑制协同机理和方法,通过3U验证系统验证, 实现3U全波段光纤通道准线性传输改良 3dB ,传输距离增加一倍；为非线 性问题向准线性过渡提供相关研究思路及方法.4. 3U光传输全相干发射

24、与接收理论.针对现有DWDM各个通道非相关和 非线性相互作用非相关等特征,导致非线性效应难以抑制等问题,本工程基于光 载波同源自相关和各光通道全同步模型, 提出宽带高相干性种子光源机制.针对 非相干接收无法满足3U光传输要求、相干接收本振LO锁相技术过于复杂,难 以实现比方光载波频率为百 THz量级的难题,本工程建立随路双波长传输、 远端非本振相关接收理论,通过 3U验证系统验证,实现3U光传输全相干发射 与接收根底理论和方法的突破；对全光信息处理有重要借鉴意义.5. 3U光传输系统体系架构和实现方法.本工程在全相关种子光源,自相关接收,多阶色散均衡和非线性协同适变等创新的根底上,建立 3U光

25、传输的体系 架构,有效解决现有密集波分复用系统中难以克服的高谱效率、 多阶色散和非线 性等难题,实现160 X100Gb/s 2000 公里的3U光传输根底理论验证系统,完 成对以上主要创新理论和方法的验证.本工程的特色将表现在以下几个方面：1,着重解决光通信开展的瓶颈问题和重大根底理论问题.2 .主攻方向上形成具有国际影响力的源头创新成果和知识产权,符合国家 信息根底设施的战略需求.5年后力争在理论研究方面取得原创性成果和核心知 识产权.3 .由转制院所央企牵头,探求以企业为主体的产学研用相结合的创新 模式,为课题成果的开展应用提供快速和有效途径.4,实现160 X100Gb/s 2000

26、公里的3U光传输根底理论验证系统,完成对 以上主要创新理论的验证,为理论研究成果转化为现实生产力提供有力支撑.5,聚集一批创新型归国优秀人才.4.4 可行性分析1 .研究需求迫切.信息量的爆炸性持续增长使得未来光纤通信网络对传输 速率、频谱效率、动态可重构性等方面需求日益迫切.采用具有频谱利用率高、 色散容忍度高、系统兼容性强的以太网新型相关通信是构筑100Gb/s新一代超高速光通信网络最有前景的技术.2 .研究目标明确.本工程设定的研究目标源于对光纤通信网络开展演变的 深刻熟悉,依据新型100Gb/s光传输系统的相关模式和机理,建立超高速光传 输系统的理论、方法和技术体系,提出关键技术方案,

27、实现光纤通信网络光谱利 用高效化、传输距离超长化、网络干线高速化、信号治理动态化的目标.3 .研究思路清楚.本工程以国家信息根底设施建设的战略需求为牵引,紧 密围绕三个关键科学问题和五项研究内容, 在160 X100Gb/s长距离光传输系统 架构与实验验证、自相关光源、光发射/接收理论、参量放大、精密色散治理和非线性抑制方法等方面开展研究工作,建立 160 X100Gb/s 2000 公里的3U光传输根底理论验证系统,奠定我国在高速、高谱效率、大容量光纤通信系统的良 好理论根底,研究思路明确清楚.4 .研究根底雄厚.工程申请单位在光通信相关领域具有很好的研究根底, 取得了一系列研究成果,积累了

28、丰富的研究经验；完成和承当了国家自然科学基 金重大研究方案、国家自然科学基金重点工程、863重点工程、教育部重大专项 等一批重要工程,取得了丰硕的研究结果,具备完本钱工程研究的根底和水平.5 .研究条件具备.本工程的主要承当单位均是国内知名的高水平大学和研 究机构,共拥有1个国家实验室和多个国家、教育部重点实验室及国家级重点学 科,各承当单位都具有先进的仪器设备和良好的实验环境,具备建立160 x100Gb/s 2000公里的3U光传输根底理论验证系统的根底条件.6 .研究队伍优秀.本课题由青年科学家担任首席科学家,学术骨干由多位 在国内外具有相当研究实力的中青年专家和一批具有博士学位的青年学

29、者组成, 整个研究队伍年龄结构合理、学术水平高.4.5 课题设置各课题间相互关系本工程的课题设置将围绕工程的总体目标, 针对三个关键科学问题和五项重 点研究内容,结合参加研究单位的优势与特点, 进行有机分解,各个课题分工明 确,既具有独立性,又相辅相成、互相支撑,共同推进工程的进展.本工程具体分解为以下五个课题：(1 ) 160 x100Gbit/s超长距离光传输的理论和实验验证；(2)全光多波长自相关光源及非本振相关接收；(3)高谱效率的光编码和光调制；(4)高增益、宽带宽、高平坦度、超低噪声的参量放大；(5)超高速光传输非线性抑制与高精度色散治理.每个课题设1名课题负责人,协助工程首席科学

30、家进行课题的治理和各课题问及课题参加单位间的协调.各课题分别设定其主攻方向,但相辅相成,通过共 同攻关,实现工程的总体目标.其中,课题 1和课题2解决高速光传输系统结构 与统一光源的问题,是后续研究课题的根底；课题 3-5分别解决系统高谱效率、 全光信息处理、高精度色散治理、非线性效应和损耗抑制问题；课题 25的研 究成果又为课题1开展超高速光传输验证系统研究奠定理论与技术根底.课题问 的关系如图1所示.课题设置关系5个子课题图1课题设置关系课题1、160 x 100Gbit/s超长距离光传输的理论和实验验证 预期目标：建立基于先进调制格式和编码的相关通信理论分析模型；揭示香农定理在超高速光通

31、信中的普适性规律,解决传统光通信系统与香农定理的容量限和规律性问题；设计超高速光传输的体系结构,提出解决关键技术问题的思路；完成一套160 Xl00Gb/s的超高速光传输系统,完成2000km的实验传输 验证.研究内容：课题设置思路：该课题的设置以实现160 X100Gb/s 2000 公里的3U光传输根底理论验证 系统为目标,围绕光传输的根底理论展开,以其他课题为支撑,研究超高速光传 输系统所需的理论模型和方法,实现超高速光传输系统的高效化、 长距化和动态 化.研究内容：建立超高速光传输系统的理论模型,对 3U系统信道容量限进行论证；完成超高速光传输的体系结构设计, 构建160 X100Gb

32、/s 2000 公里的3U 光传输根底理论验证系统实验平台；设计并验证系统方案,检验超高速光传输演示系统的性能.经费比例：40%承当单位：武汉邮电科学研究院课题负责人：余少华学术骨干：薛道均、王之光、蔡鸣、胡安琪、章灿辉、丹亚、计世荣、曹芳、杨现文、王文敏、郑彦升课题2、全光多波长自相关光源及非本振相关接收 预期目标：提出多波长超低相位噪声全通道自相关光源的理论模型和实现方法；实现超窄带梳状滤波精密合波技术；研制出多波长超低相位噪声全通道自相关光源,实现多通道非本振相关接 收,其主要技术指标：自相关光源输出归零光脉冲的消光比：30dB ; 160 个通道,每个通道有两个相干子归零波；每个通道的

33、时钟或 pulse rate可 按设计灵活调整,不同光通道的时钟可以成相同或成倍数关系.研究内容：课题设置思路：采用传统光源的DWDM系统各个通道非相关,非线性相互作用非相关,导 致非线性效应难以抑制；非相干接收无法满足 3U系统的要求,而相干接收中的 本振锁相技术复杂,难以实现.该课题针对上述 3U光传输系统中光源问题,围 绕其产生机理及实现方法、所产生相干信号在系统中传输及非本振相关接收等关 键问题,具体研究多波长、自相关、相位噪声超低的信号产生及精密合波理论和 实现方法；研究多通道自相关双波长传输过程中信号非线性损耗消除问题；研究相关接收过程中非本振相关的具体实现方法.主要研究内容：基于

34、多波长光源精密合波技术的全波段自相关光源的理论与方法研究；多波长超低相位噪声光源的机理研究；超窄带梳状滤波精密合波技术研究；多通道自相关双波长传输特性研究；非本振相关接收理论和实现方法研究.经费比例：15%承当单位：华中科技大学课题负责人：黄本雄、严敏学术骨干：柯昌剑、聂明局、张帆、胡海、刘武、杨克城、豆垠、杨彩虹课题3、高谱效率的光编码和光调制 预期目标：提出高效编码调制新方案,实现基于q元LDPC码的编码调制和叠加编码 调制,调制速率到达100Gb/s ;实现基于全光OFDM、DQPSK等先进调制格式的单通道光传输；建立完整有效的超正交调制模型,用以解决光频谱效率和降低符号(symbol)

35、速率的问题；实现具有超高谱效率相位平滑多进制光调制的新方法；基于映射原理与全光傅立叶变换的编解码理论,构建全光OFDM的调制、解调模型,设计并实现基于 PLC的集成化调制解调器；由上述元件实现的全光OFDM技术的具体指标如下：全光OOFDM芯片 和器件：支持调制格式：NRZ、RZ、CS-RZ、DPSK、DQPSK;频谱禾用 率优于2.5bit/Hz ;调制速率从10Gb/s40Gb/s100Gb/s ;正交 的子载波波长满足ITU-TG.692建议的C波段波长；输出光功率到达 0dBm ;基于q元LDPC码的编码调制器,调制速率到达 100Gb/s.研究内容：课题设置思路：为了充分利用频率资源

36、,有效地反抗多阶光调制中的交叉用扰,突破 3U系 统信道容量限,降低信道中非线性效应的影响,防止星座空间利用率受非线性效 应制约,实现全光、高谱效率的光发射与接收,高效光编码和高阶光调制技术是 其关键攻关课题.针对上述科学问题,研究 100Gb/s速率前向纠错编码(FEC) 编码理论,提出实用的码字结构方案,结合超正交光调制和全光OFDM调制格式,实现具有上述功能的光发射和接收.研究内容：研究高频谱效率的超正交光调制格式,探索具有高谱效率相位平滑多进 制、光调制解调的新方法；研究超高速FEC编码理论及其对光信号性能的影响机制；基于量子极限探测理论和光传输系统建模方法,研究系统容量极限问题;研究

37、光信道和发射接收端的准线性近似、非线性预补偿和相干接收等机理,建立光发射/接收的有效模型；准线性调制器件与多阶调制解调新方法；研究全光正交频分复用OOFDM 技术的实现；研究基于PLC的DQPSK/ASK、全光OFDM等集成化调制解调器.经费比例：15%承当单位：复旦大学、西安电子科技大学课题负责人：迟楠、文爱军学术骨干：邵宇丰、卞正才、石艺尉、倪卫明、侯群、车书玲、尚韬、贺玉成课题4、高增益、宽带宽、高平坦度、超低噪声的参量放大 预期目标：实现高增益、大带宽、高度平坦、带宽和窗口均可动态配置的光参量放大 器,其系统性能优于现有水平：增益 40dB ,带宽200nm ,增益平坦度1dB ;实现

38、基于FOPA的波长无偏移、响应时间短、对速率透明的 3R再生；实现接近量子极限超低噪声光参量放大器；实现基于FOPA-PSA的相位再生与低噪声光放大.研究内容：课题设置思路：现有的光放大器无法满足3U系统要求的高增益、宽带宽、低噪声指数的指 标.本课题的设置以抑制信号劣化为目的, 围绕光纤参量放大器的饱和增益、 增 益平坦化、带宽、最正确光纤长度、噪声抑制和全光再生应用等方面进行深入的理 论和实验研究,实现高增益、大带宽、高度平坦、带宽和窗口均可动态配置的光 参量放大器；研究相位敏感型 FOPA,实现相位再生和光放大；利用恢复时钟调 制的泵浦,基于FOPA实现全光多通道3R再生.研究内容：接近

39、量子极限超低噪声光放大机理；基于相位选择性的再生机理与光放大方法；带宽和窗口均可动态配置参量放大器理论研究与实现方法；全光多通道信号3R再生机制和方法.经费比例：15%承当单位：北京邮电大学课题负责人：张小频、忻向军 学术骨干：王葵如、王拥军、张琦、赵同刚、马健新、赵晓红、沈树群课题5、超高速光传输非线性抑制与高精度色散治理 预期目标：实现高速光传输非线性机理建模,提出有效抑制非线性的方法；实现高速光 传输复杂色散精密测量与精密补偿治理, 主要技术指标：160个通道色散治理精 度小于10ps/nm ,四阶色散补偿,精确治理通道剩余色散及斜率.研究内容：课题设置思路：因工艺、类型、距离、时间等多

40、维度动态变化,色散变化复杂,现有的色散 补偿方法剩余色散高达50ps/nm 单通道,难以满足3U系统的需求.另一方 面3U系统中160个通道间相互作用,非线性效应难以抑制.本课题针对上述问 题,以实现信号传输过程中非线性和色散的协同动态补偿为目的,围绕非线性和色散的产生机理、相互作用和转化机制,研究在超高速光传输系统中非线性影响 与传统光传输系统的不同特性,对超高速光纤单信道带内 /多信道带内外的混合 非线性机理建模,并分析超高速超密集波分系统中色散与非线性相互作用及转化 机制,实现非线性与色散的动态协同补偿； 深入分析色度色散和偏振模色散的产 生机理,实现超高速光传输高阶4阶色散补偿、精确色

41、散治理理论及高精度 色散的精确测量方法；基于超效编码研究偏振模色散治理的方法.主要研究内容：研究超高速光纤单信道带内/多信道带内外的混合非线性机理,研究超高速 超密集波分系统中色散与非线性相互作用及转化机制；研究光信号全同步非线性非对称碰撞、色度色散限制及其协同治理；研究相位调制诱导幅度抖动的非线性作用机理及抑制方法；研究超高速光传输高阶4阶色散机理,精确治理理论及高精度色散的 精确测量方法；研究基于超效编码补偿偏振模色散机理与偏振模色散治理方法.经费比例：15%承当单位：华中科技大学课题负责人：曹祥东学术骨干：李蔚、刘海荣、徐争光、崔晟、王辉、刘小英、殷蔚华、徐书华四、年度方案年度方案内容和

42、目标弟一年围绕三个关键科学问题展开根底理论研究,制定出详细的工程实施 方案,各课题开始进行理论分析和建模设计： 建立全光多波长、自相关、 超低相位噪声光源的理论模型,解决多通道滤波、精密合波等关键技术 问题；建立基于DQPSK调制格式的单通道光传输模型；构建全光OFDM 的编解码理论模型；建立较为完整的 FOPA理论模型,通过数值模拟得 出色散、非线性系数、泵浦和信号相关参数、损耗等因素对 FOPA的影 响；揭示超高速光纤单信道带内、多信道带内外的混合非线性机理；构 建超高速超密集波分复用系统中色散与非线性相互作用及转化机制的理 论模型,研究光纤非线性动态协同适变性问题.弟二年系统地确立基于先

43、进调制格式和编码的相关通信理论模型和分析方 法.构建单信道双波长光波在光纤链路中的相关传输模型,解决非线性 用扰、色散及链路损耗所造成的信号劣化问题；建立完整有效的正交调 制模型；完成PLC集成化调制解调器的工艺制作；实现基于相位敏感型 (PSA) FOPA的相位再生与低噪声光放大；研究复杂的光纤色散机理 及多阶色散均衡问题,建立光信号(全同步)非线性非对称碰撞模型,实 现色度色散限制及其协同治理.弟三年揭示香农定理在超高速光通信中的普适性规律,研究高谱效率的途 径、机理与容量限问题；实现多波长超低相位噪声全通道自相关光源； 提出与正交调制模型结合的100Gb/s速率的FEC编码新方案；实现接

44、 近量子极限超低噪声的光参量放大器,完成波长无偏移、对速率透明的 全光3R再生；利用精确的数据比特光程差限制,消除非线性的统计变 化；提出相位调制诱导幅度抖动的非线性作用机理及抑制方法.申请发 明专利5项以上.弟解决传输链路中光学器件对相关光源的申扰问题,实现信号的无本 振相关接收；提出具有超高谱效率相位平滑多进制光调制的新方法和全 光OFDM循环前缀、信道估计、信号均衡的全光处理方案；设计出高年度方案内容和目标四 增益、大带宽、高度平坦、带宽和窗口均可动态配置的光参量放大器； 提出基于超效编码补偿偏振模色散机理的偏振模色散治理方法,实现高 精度色散的精确测量及治理,提出 3U光传输复杂光纤色

45、散与多阶均衡年 理论,实现3U全波段、精确色散治理根底理论和方法的突破；提出 3U系统高谱效率光编码调制根底理论和方法,将谱效率提升2倍以上；提出光载波同源自相关、各光通道全同步和宽带高相干性种子光源机制, 在3U光传输相关发射与接收理论和方法上取得突破；提出全波段非线 性抑制及其动态协同理论,实现全波段准线性传输.基于以上成果,完 成超高速光传输的体系结构设计,初步建立光传输演示系统.中请创造 专利10项以上.1.理论研究的验证：完成 160 Xl00Gb/s的超高速光传输系统, 2000km 的实验传输,谱效率优于 2.5bit/s/Hz ,编码增益10dB , 160个通道频谱范围内的剩余色散小于 10ps/nm .第 2.提交以下理论成果：1揭示超高速光编码调制的谱效率极限规律； 2建立超高速光传输精确色散治理机制；3完善全波段非线性抑制和色散的动态协同理论；4全光多波长自相关光源及非本振 五相关接收理论和方法.3 .在国内外核心刊物及重要会议上发表论文 200篇以上其中SCI收 年录论文100篇以上.4 .提交ITU-T国际标准建议文稿5篇仲请创造专利35项以上,含基 础专利申请5项.5 .培养博士生40名以上,硕士生80名以上.