数据中心高速光互连传输高色散鲁棒性的方法研究

With the rapid development of datacenter interconnections, there are more expected demands on transmission rate and distance. In this case, fiber dispersion effect becomes the dominant restriction for the high interconnection data rates over the extended transmission distance in optical communication systems of datacenter. In this project, we focus on the improvement of dispersion robustness for low-cost and high-speed datacenter optical interconnections. Here, four crucial research contents will be investigated, including theoretical model, digital signal processing algorithm, system design and scientific demonstration. The expected innovative contributions of this project are listed as follows. Firstly, the interacted and inter-conditioned principles of various transmission influences in direct detection systems will be revealed. Furthermore, DSP compensation algorithms with low complexity, low latency and high flexibility will be designed. Then, the high dispersion tolerant optical interconnected systems with small packaging size will be explored. Finally, simulation and experiment platforms will be built to evaluate and demonstrate the proposed theory model, DSP algorithms and system scheme. Through the above innovative researches and scientific demonstration, the results of this project will provide the important supports on theory and technology to datacenter optical interconnections, and promote the development of Big Data networks effectively.

在数据中心间光互连传输速率与距离双提升的需求背景下，光纤色散效应成为了限制光互连传输模块实现目标速率和覆盖距离的主要瓶颈因素。本项目以提供“具有高色散鲁棒性的低成本光互连高速传输系统解决方案”为总体目标，拟从理论模型建立、DSP算法创新、系统方案优化、科学实验验证四个方面开展研究工作，揭示低成本直接检测下传输效应相互作用与演化机理，研究收发端低复杂度、低延时、高灵活性的损伤补偿/抑制DSP算法集，探索可小型化封装的色散耐受光互连传输系统方案，搭建仿真与实验平台，对本项目提出的理论模型、信号处理算法、最优化系统方案进行验证和评估。本项目的预期研究成果将为数据中心光互连传输提供重要的理论与技术支撑，将有效促进大数据承载网络的发展。

随着全球互联网数据量的激增，数据中心间光互连传输速率与距离需要同时提升，光纤色散效应成为了限制光互连传输模块实现目标速率和覆盖距离的主要瓶颈因素。数据中心底层大容量光传输系统亟需突破成本、功耗和体积面临的技术壁垒。本项目以提供“具有高色散鲁棒性的低成本光互连高速传输系统解决方案”为总体目标。在系统模型、关键数字信号处理算法、系统方案等三方面展开深入研究并进行实验与仿真验证。.在系统理论模型方面，建立了针对脉冲幅度调制和正交幅度调制两种常见的信号调制格式在不同场景下的理论模型；对四种典型的斯托克斯接收机进行了综合建模。在关键数字信号处理算法方面，提出了一种新型的混合前向均衡器算法；对单边带-直接检测系统的关键算法进行研究，提出了适用于单边带-脉冲幅度调制信号的相位损伤免疫均衡算法，同时提出了基于实部判决的盲相位补偿算法。在系统方案优化方面，提出了基于双端电吸收调制器的色散预补直检系统方案；提出了基于双端电吸收调制器的单边带直检系统方案。.项目执行期间,在本项目的资助下共计发表论文28篇，申请国家发明专利5项，其中已授权专利4项；在人才培养方面，正在培养和已经毕业博士生4人，硕士研究生11人，其中博士毕业2人，硕士毕业8人。2021年隆克平教授作为托举导师指导霍佳皓博士入选中国科协第七届“青年人才托举工程”项目。2021年项目负责人隆克平教授获得中国通信学会自然科学一等奖。