逼近香农极限的新型光调制技术.doc

逼近香农极限的新型光调制技术.doc逼近香农极限的新型光调制技术光传输技术经历了多代的技术演进发展,频谱效率得到了显著改善,业界开始探讨香农通信理论在光纤传输系统上的最基本线性和非线性信号通道容限是多少,从而使下一代的新技术超越当前100G相干系统的传输性能,进一步提升谱效率和总容量,以接近香农的理论极限。新技术包括了更复杂的调制码型和信道编解码方式、预滤波和其相结合的多符号同时检测算法、光正交频分复用(OFDM)和奈奎斯特波分复用(NyquistWDM)的多载波技术以及抵抗非线性的补偿方案。新技术进一步优化后,很可能应用在超100G的光传输系统中,从而满足不断增长的带宽需求。频谱效率;香农极限;高斯噪声;光信噪比;调制;,andindustryhasbeguntoseektheanswertoabasicquestion:pensationinopticalfibertransmissionsystems?Next-,pre-filteringwithmultisymboldetection,opticalOFDMandNyquistWDMmulticarriertechnologies,,thesetechnologieswillmostlikelybeincorporatedintobeyond-;Shannonlimit;Gaussiannoise;opticalsignalnoiseratio;modulation;pensation1业务和光传输容量需求随着海量视频、大规模云计算和移动互联网的迅猛发展,电信网络的业务量将继续保持高速增长态势。据来自北美的MINTS和DiscoveryInstitute两家学术机构分析预测[1-2],从1996年开始,互联网业务的年增长率为50%~60%之间,这一预测与当前的业务发展相当吻合。为了支撑业务规模的不断扩展,底层的光传输技术也经历了多次技术上的变革去满足上层网络业务的需求。经过20世纪70年代的半导体激光器和低损耗单模光纤技术的突破,之后几十年间光通信技术得到快速发展。图1概括了发展的若干重要阶段。第一个阶段是在80年代到90年代初期,电时分复用是核心技术,光上的主要技术难点是激光器和滤波器等光器件性能的稳定性;90年代的掺铒光纤放大器的发明和1996年8×(WDM)系统的出现,迎来了光纤容量提升的一个重要里程碑,这其中光纤的发展已经从最初的损耗降低向一阶二阶色散管理迈进,出现了色散位移光纤和非零色散位移光纤(NZDSF),很大程度上克服了光纤的线性损伤,使长距离传输成为可能,光信号的频谱效率也有了显著增加。这一阶段光信号的调制、编码以及探测和L波段使用成为主要的技术发展热点。第三次技术飞跃则发生在21世纪第一个10年的中后期,硅基电芯片技术的迅猛发展,信号处理技术的成熟,使得重新拾起的相干接收焕发了应有的技术魅力,成为了这一阶段的核心。原有的色散补偿、偏振模复用和色散、载波频率和相位的恢复以及时钟同步等,都在基于信号处理算法(DSP)的相干接收端的芯片里找到了解决答案,让光信号的频谱效率提升到2b/s/Hz,光传输也进入了四维正交信号(X和Y偏振的I和Q路信号)的数字相干传输阶段。为了进一步提升频谱效率,从正交移相键控(QPSK)的调制向更多层的信号如16相正交幅度调制(16QAM)迈进,多载波复用技术如正交频分复用(OFDM)和奈奎斯特波分复用(NyquistWDM)以及各种的电域和光域的变体也相继成为研究热点并尝试着商用化的可能。除了调制格式外,信道编码技术也走向了软判决前向纠错码(FEC)阶段,因此,在没有牺牲传输距离的条件下,实现了兼容多节点的信号速率的提升,当然,这一过程始终需要平衡光纤容量或效率与传输距离