基于光正交频分复用的波分复用光传输系统中非线性作用机理和补偿算法研究

Optical OFDM (OOFDM) based WDM transmission system is one of promising solution for the future high-speed optical communication systems. However, the mechanism of the fiber nonlinearity within channel and interchannels, their influences on communication system, and the corresponding equalization algorithms are all crucial things to be solved. Among all the impairments to fiber, the attenuation, chromatic dispersion, and polarization mode dispersion which can be compensated effectively by receiver digital signal processing except the nonlinear effects. That is to say nonlinear effects are the last obstacle for the development of next generation optical communication. .Based on the OOFDM based WDM system, this project will focus on the following aspects: .(1) Analysis of the mechanism of fiber nonlinearity in single channel ;.(2) Construct the theoretical model of the fiber nonlinearity among channels and the interaction among chromatic dispersion, fiber nonlinearity and polarization mode dispersion;.(3) The combined equlization mechnichism between fiber nonlinearity and the other impariments and the optimization algorithms for promoting the overall system performance. .By all the innovative work and the scientific experiment above, we are hopping to make a breakthrough in the research of the mechnichism and suppression algorithms of fiber nonlinearity and the theoretical model of the system. The expected results will establish a solid foundation for the future application of the OOFDM based WDM systems.

基于光正交频分复用（OOFDM）的波分复用光纤通信系统是未来高速光通信系统的重要发展方向，其信道内和信道间的非线性效应机理、对传输系统的影响和均衡方法是目前迫切需要解决的关键问题。在光纤信道的各种损伤中，由于衰减、色散和偏振模色散的影响已经被广泛研究并能够有效地补偿，所以非线性效应成为制约未来高速传输系统的最后障碍。本项目将重点研究：（1）基于OOFDM的波分复用系统中，单信道非线性作用机理；（2）系统信道间非线性效应的理论模型、以及色散、非线性和偏振模色散等效应的相互作用机理；（3）基于OOFDM的波分复用系统中，非线性及其它损伤的联合均衡机理和系统总体性能优化算法。通过以上创新性理论研究工作和科学实验研究，拟在波分复用的OOFDM系统中信道间的非线性作用机理、系统理论模型、非线性抑制等方面实现重要突破，预期成果可为未来基于OOFDM的波分复用系统的应用奠定坚实基础。

光正交频分复用（OOFDM）的波分复用（WDM）系统已经成为超高速光传送网的重要研究方向，在光信号传输过程中，光纤链路的线性损伤机理和补偿技术已经成熟并广泛商用，而光纤链路的非线性损伤机理尚不明确，非线性损伤的抑制和补偿方案也急需解决。本项目研究内容为：（1）基于OOFDM的波分复用系统中，单信道非线性作用机理；（2）系统信道间非线性效应的理论模型、以及色散、非线性和偏振模色散等效应的相互作用机理；（3）基于OOFDM 的波分复用系统中，非线性及其它损伤的联合均衡机理和系统总体性能优化算法。本项目取得的突破性进展为：（1）本项目研究了相干OFDM系统中非线性噪声的统计分布，并首次发现了PDM 16QAM CO-OFDM调制的系统中非线性噪声的分布特性是偏离高斯分布的。在PDM 64QAM CO-OFDM系统中，随着欧式距离的增加，其噪声方差以及该噪声偏离高斯分布的程度都在增加。（2）通过本项目的研究发现在相干光OFDM系统中，相位噪声较串扰噪声占主导因素，这一点正好与相干QPSK系统中相反。在OFDM系统中，相位噪声是最重要的损伤，需要进一步研究其补偿算法。（3）课题组提出了基于离散哈特莱变换扩展的强度调制直接检测非对称截断光正交频分复用系统。该系统相比传统系统具有更低的PAPR，因此该系统受到更低的电域和光域非线性损伤，从而具有更好的传输性能。（4）课题组将中间非线性时间反转的光相位共轭技术应用到相干光OFDM系统中，与传统光相位共轭技术相比，非线性补偿效果更佳。本项目的研究意义在于解决了OOFDM-WDM系统中光纤非线性效应这一技术难题。在非线性效应机理方面，我们研究了OOFDM-WDM系统非线性噪声的统计分布，使得一些尚不明确存在争议的技术问题得到解决，在非线性机理方面的研究成果为业界提供了坚实的理论基础；在非线性效应抑制与补偿方面，本项目提出的新型调制格式有效地降低了峰均比，使得非线性效应大为降低，有利于设计传输容量更高，传输距离更长的光传输系统。本课题通过对OOFDM-WDM 系统研究，着力于提高有限带宽内的总传输容量，延长传输距离，最终形成拥有自主知识产权、具有成本竞争力的解决方案；同时通过便捷、高效的信息传输，给人们的生活提供了更大的便利，也提升了社会工作效率，具有显著的社会意义。