基于灵活调制格式的动态光传输理论及优化算法研究

With the sustained growth of network bandwidth requirements, the increase of signal channel’s transmission rate may not be the only way to relieve the bandwidth pressure on optical transport network in the future. The overall transmission capacity is hoped to be successfully increased about 20%~50% by using advanced optical network with elastic, adaptive, and scalable characteristics. In this case, the stricter technical demands are imposed on the transmission systems. It becomes necessary that optical transmission systems use flexible signal modulation format to realize dynamic transmission. In order to achieve such kind of transmission, three crucial research contents are focused in our project including the selection strategies, optical modulation technologies, and digital signal processing algorithms for the flexible modulation format. The main work and the expected innovative contributions are list as follows. Firstly, the basic principles and rules for selecting appropriate modulation formant in different transmission condition will be revealed. Furthermore, the novel optical modulation technology with the advantages of flexibility, high efficiency and low cost will be investigated. Finally, a simulation platform for the dynamic optical transmission will be explored to evaluate and demonstrate the proposed new strategies, technologies, and algorithms systematically. Through the above innovative researches and scientific simulation analyses, we strive to make a breakthrough in the theories and key technologies of dynamic optical transmission systems with flexible modulation formats, and to provide strong technical assistance for elastic, adaptive, and scalable optical network.

未来应对网络带宽需求持续增长，提升单波长传输速率将不再是光网络解决带宽压力的唯一手段，实现光网络“弹性、自适应、可扩展”传输有望将网络总传输容量进一步提升20~50%。然而，这对于底层光传输系统提出了更高的理论和技术挑战，通过灵活的调制格式实现动态光传输将成为必然的发展趋势。本项目从光传输系统灵活调制格式选取策略、调制实现方法与其数字去损伤算法三个方面入手，揭示信号调制格式基于不同光传输条件下的协同适变机理及规律；探索灵活、简单、高效的新型光调制技术；研究基于调制格式透明化的信号损伤电域补偿优化算法；搭建基于灵活调制格式的动态光传输系统仿真平台，对本项目所提出的新策略、新技术、新算法进行系统地验证和评估。通过本项目的研究，力争在灵活调制格式动态光传输理论及优化算法研究方面取得突破性成果，为未来“弹性、自适应、可扩展”光网络提供理论参考依据和技术支撑。

灵活的调制格式对实现光网络“弹性、自适应、可扩展”传输具有重要意义。本项目主要从传输系统灵活调制格式的选取策略、光调制技术与数字信号处理算法三个方面入手，研究基于灵活调制格式动态光传输理论及关键技术。.在调制格式动态选取策略理论研究方面，结合非线性薛定谔方程，长距离光传输链路OSNR计算方程，多进制调制信号平均误比特公式，提出了调制格式动态选取策略，该策略可以根据不同业务传输质量需求设定信号BER门限值，判定当前信号调制格式下的BER是否满足需求，从而分析确定当前链路状态及用户业务需求下，最高效的信号调制方式；光调制技术与数字信号处理算法方面: (1)提出了适用于任意多进制M-QAM调制信号的载波恢复算法，该算法复杂度较低，有助于减轻其硬件实现的复杂度。(2)提出了信号调制格式的盲识别的一种“Full-Order Detection”的载波相位误差检测器。我们可以通过利用最少136（m*2L1）个符号采样值就可以达到99.95%以上的调制格式识别正确率。(3)提出了基于机器学习技术的高速光传输系统信号调制格式识别。基于深度机器学习的调制格式识别技术在60个实验样本中，实现了100%的调制格式识别正确率。(4)基于卡尔曼滤波器的任意多进制M-QAM调制信号的快速偏振跟踪与自适应均衡算法。该算法相比较于传统的CMA和MMA盲均衡算法，有更快的光纤信道损伤补偿与偏振态跟踪能力。.此外，我们进一步拓展了本项目的研究内容，开展了高速光传输系统结构简化与低成本化方面的应用研究。对不同的低成本调制格式信号在统一的光传输平台上进行了综合性的分析与对比；结合偏振复用技术提出了四种低成本的系统结构。这些开拓性的研究成果可以为未来低成本短距离光传输系统传输容量倍增提供理论与技术基础。.光传输系统灵活调制格式选取策略和动态调制格式信号传输的关键技术研究，将有效地保证网络带宽需求的持续增长，提升单波长传输速率。为未来“弹性、自适应、可扩展”光网络提供理论依据与技术支撑。