动态光网络传输信道的光性能监测的理论和实验研究

The future optical transmission network will be high-speed, dynamic and smart, which requires real-time and accurate optical performance monitoring(OPM), in order to ensure the networks operates with security and high efficiency. This project aims at reasearching the OPM technology in dynamic high-speed optical transmission networks and designing an OPM moduler located at each link end, which provids the information on channel parameters such as optical power,optical singal-to-noise ratio(OSNR), chromatic dispersion(CD),polarization mode dispersion(PMD) and polarization dependent loss(PDL), with transparency to modulation format and transmission baud rate. Based on the mathematical analysis, simulation and experimental verification, the OPM moduler will be optimizing designed. The results will provide the guidece in both theoretical and implemental ways for the deployment of the next-generation optical network.

高速、动态、智能光网络是通信网络的发展趋势。实时准确的光性能监测技术是实现网络安全高效运行的必要保障。本项目拟对动态高速光网络物理层的光性能监测技术展开研究。通过理论分析建立监测光信号性能（如光信噪比、光功率等）及光信道参数（如色度色散、偏振模色散、偏振相关损耗等）的数学模型，数值仿真其效果并对相应的参数进行优化，搭建实验平台进行实验验证及优化，最终实现整个光性能监测模块的最优设计。设计的光性能监测模块适用于动态光网络节点处信号光功率、光信噪比的实时监测以及节点之间链路的色度色散、偏振模色散及偏振相关损耗等参数的监测，同时，它还适用于各种传输速率和码型，即具有对传输码型和速率透明的特点。本项目的研究成果将对我国下一代光网络的顺利实施提供重要的理论指导和技术支持。

随着信息容量需求的急剧增加，新的通信技术不断涌现。采用高阶调制格式和数字相干检测技术的高速相干光通信成为近三年电信运营商为满足容量需求而推进的关键技术方案之一。与之相应的保障高速相干光通信安全高效运行的光性能监测需求也应运而生。.本项目完成了直接检测和相干检测光通信传输系统中光信噪比（OSNR）、色散（CD）、偏振模色散（PMD）等性能参数的监测方案设计及验证实验，同时针对相干光通信系统敏感的相位噪声及本征光与信号光间的频率偏移（简称频偏）进行了估计，还对调制码型识别进行了初步探讨。最重要的创新性成果包括以下四部分内容：（1）基于周期结构短训练序列的OSNR监测，它是用具有周期特征的短训练序列辅助在数字相干接收机中来实时监测OSNR，监测范围为7-30dB，监测误差小于1dB。本方案不需要额外的硬件设备，只需很少的信息冗余且算法简单，能够真正实现OSNR的实时监测，且对信号调制格式和传输速率透明；（2）基于星座转移算法的三阶段载波相位估计（CPE），提出了一种交叉星座转移（CCT）算法，其核心思想是将原有星座点平移为交叉形状的星座分布，从而可以使用简单的四次方算法估计相位噪声，并将其作为二级相位估计应用于三阶段CPE算法中。结果表明，对于28GBaund的32-、64- 和128-QAM传输系统，在误码率为110-2时，1dB OSNR代价下该算法的线宽容忍度分别达到1.4M、1.1M和224K，且与BPS算法相比，在保持相同性能情况下，复杂度分别降低了约3倍、5倍和7倍；（3）数字导频辅助的载波频偏估计（FOE），数字导频的产生与加载是通过在待发送的调制符号中插入特殊设计的训练序列，该训练序列在频域具有导频的特性，从而来进行载波频偏估计。本方案不需要额外的硬件设备，只需很少的信息冗余且算法简单，能够实现大范围，高精度的载波频偏估计，且对信号调制格式和传输速率透明，对信道残留的色散和偏振模色散具有较好的容忍度；（4）基于训练序列的色度色散和频偏联合监测，基于信道传输模型，提出了一种基于训练序列的数据辅助方法联合监测CD和频率偏移的方法。该方法简单易行，适用于多种调制格式，码型和传输速率，具有监测精度高，范围大的优点。上述研究成果将对我国下一代光网络顺利实施提供重要的理论指导和技术支持。在本项目的支持下，发表SCI检索论文10篇，EI检索论文11篇，提交专利申请2项