现代通信研究所张帆、杨川川获2017 年度中国通信

作者:信息科学

日前,2017年度中国通信学会科学技术奖评选结果公布。北京大学为第一完成单位,信息科学技术学院现代通信所张帆教授、杨川川副教授等人完成的项目“光纤通信传输损伤物理机制研究及高速光传输系统实现”获自然科学类二等奖。

光网络迎来超100G曙光

光纤通信网络是国家的重要基础设施。各类物理损伤是制约光传输系统性能的主要因素。阐明光传输损伤的物理机制及其对光纤通信系统的影响、实现高速大容量光传输系统是光通信领域的重要科学问题。该项目在国家自然科学基金、“863计划”等资助下,针对光纤传输物理损伤机制、电均衡技术和高速光传输系统实现关键技术进行了深入研究,首次实现掺铒光纤激光器双波长混沌产生和同步,发现混沌光通信速率受限于激光器结构及其非线性特性决定的混沌带宽;发现非线性相位噪声相关性物理机制;提出光纤非线性损伤自适应电均衡方案、基于正交基展开的相位噪声理论和抑制方法,以及基于正交频分复用和单载波技术的超大容量光纤传输关键技术方案,并创造多个高速光传输速率和容量纪录;还提出多通道线性啁啾管理和光频率均衡技术,实现了低成本高速光接入系统。

关键技术正在突破 实验验证稳步推进

该项目第一完成人张帆、第三完成人义理林教授、第四完成人杨川川均为区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室固定人员。此外,合作单位还包括烽火科技集团有限公司。

随着全球宽带业务的增长,大带宽已成为通信网络最基本要求,100G系统已开始规模商用,超100G WDM系统成为全球运营商、设备商新的研究热点。我国运营商的光传输网络带宽的增长势头在全球范围内保持领先地位。目前具备商用能力的C波段80×100Gbit/s 光WDM传输系统的总带宽接近10Tbit/s,有效频谱效率也已超过2bit/s/Hz。下一步发展目标一方面是继续提高传输容量,例如400Gbit/s、1Tbit/s,并实现超长距离传输,满足互联网容量增长对传输、路由等设备的大管道需求;另一方面是提高频谱效率,增加单光纤传输带宽,降低每比特成本。

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多载波和超级波道技术

成为超100G关键

单波传输系统从10G的OOK调制方式加直接检测发展到当今100G系统的偏振复用QPSK调制加相干检测。今后的发展趋势则将是单波道100G系统向400G和1T的演进,并且由于相干检测的引入,对数字信号处理和超高速数模转换的要求变得越来越高。目前单波道400G系统的主流方案为在100G的基础上,将调制阶数升高为16-QAM,将频谱效率提升一倍,并且采用双载波,将两个光域的子载波并列排放,以此来实现400G的传输。但是当单波道速率提高到1Tb/s乃至更高时,由于电子器件的速率继续提高会带来实现难度和成本巨大的代价,很难再通过1~2个载波来承载这么高速的信号,这时新的多载波和超级波道技术成为实现单波道1T传输的关键。

业界主流的多载波技术有光正交频分复用技术以及Nyquist WDM技术。OFDM技术在无线通信领域已经得到广泛的应用,将数据通过大量彼此正交的子载波来承载,因此频谱上各个子载波可以互相重叠而不互相影响。大量的子载波一般通过电域的傅里叶变换/反变换来产生,光域产生子载波受到当前光集成水平的限制,较少被采用。由于O-OFDM技术具有频谱效率高、需要的DSP复杂度低、信道资源灵活分配等优点,近年来在光传输领域得到了越来越多的关注。O-OFDM技术的主要缺点是由于信号的峰均比较高,受到更多非线性的制约;由于相位噪声的补偿问题,对激光器线宽的要求较高,需要采用ECL类型的激光器;另外对于ADC/DAC的精度要求较高。

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