多路多维光信号并行处理的基础理论与实验研究

Optical signal processing is among the fundamental and significant functions for optical transmission, optical switching and optical access. The related study is vital and the involved problems are prospective. With the development of advanced optical modulation and bandwidth allocation, the parallel processing of multi-dimensional optical signals has become one of the key technologies in physical layer to improve the flexibility, scalability and spectral efficiency of optical communication systems and networks. With solid background of optical signal processing, the project team will conduct theoretical and experimental study on key scientific issues of the parallel processing of multi-dimensional optical signals. The interaction among multi-channels in nonlinear media is to be modeled, as well as the evolution of phase noise. Novel schemes regarding parallel processing of multi-dimensional optical signals are to be proposed and validated, including the phase noise suppression, the parallel logical operation, the modulation format conversion and the optical performance monitoring. The project team expects to make substantial progress in the aforementioned basic research and thus provide useful results for resolving some theoretical and application-related problems in optical communications.

光信号处理是光传输、光交换、光接入中一类基本而重要的功能，相关研究的基础性强，许多问题具有前瞻性。随着光层调制方式和带宽分配方式的改变，多路多维光信号的并行处理成为提高光通信系统与网络灵活性、可扩展性和频谱效率的物理层关键技术之一，相关的应用基础研究具有重要意义。 在已有的科研基础上，本项目拟围绕多路多维光信号在并行处理上的关键科学问题开展理论与实验研究。建立多路多维光信号在非线性介质中的相互作用分析模型及相位噪声演变的理论分析模型；在多路多维光信号的相位噪声抑制、并行逻辑运算、调制格式转换、及性能监测等方面提出有特色的实现方法；并对所提方案进行实验验证。 期望能在多维光信号处理研究方向上取得扎实的进展，发表高水平论文，申请发明专利，锻炼和培养一支青年科研队伍，为解决光通信技术的一些应用基础问题积累成果。

多维调制具有更高的频带利用率、更好的传输性能以及良好的色散和非线性容忍度，因而在高速光传输、弹性光交换和宽带光接入中获得了越来越多的关注和应用。多维光调制已逐渐成为100Gb/s以上光纤通信系统的主流调制技术。而多路多维光信号的并行处理成为提高光通信系统与网络灵活性、可扩展性和频谱效率的物理层关键技术之一，同时也是这一领域最前沿的探索课题之一。项目组围绕多路多维光信号在并行处理上的关键科学问题开展理论与实验研究。建立了多路多维光信号在非线性介质中的相互作用分析模型及相位噪声演变的理论分析模型；在多路多维光信号的相位噪声抑制、并行逻辑运算、调制格式转换、及性能监测等方面提出了有特色的实现方法与研究。提出了多路多维复杂调制光信号的质量优化方案，建立了复杂调制光信号在光纤传输中的非线性相位噪声理论模型，分析了非线性相位噪声的来源及光信号的劣化机理；提出多种复杂调制格式的光信号处理方案；提出多种多功能多路并行光信号处理方案；提出多种基于机器学习对多维光信号的非线性噪声的分析及抑制方法方案。项目组对所提方案进行了理论分析与基本实验验证，并探索了相关的实际应用方案，按期完成了研究任务，取得的学术成果超出预期，共发表论文37篇，其中SCI检索论文19篇，EI检索论文18篇。获得专利授权3项，在审专利7项。通过本项目的科研工作，锻炼和培养博士研究生6人和硕士研究生10人。