[01451348]高安全密集子载波星座成形光调制解调仪

该项目属于信息科学领域。 近年来,随着网络用户数量的激增以及用户对带宽需求的增加,光纤通信网络的通信容量面临着巨大压力,如何开发出可支持Tbps级以上光信号产生与传送的光调制解调仪是下一代光纤通信系统面临的关键瓶颈,具体表现在以下三个难点： 第一,受限于调制线性度和系统光信噪比容忍度,实现高阶信号的高性能传输十分困难,如何降低高谱效率光信号的非线性损伤是面临的首要挑战;第二,对于压缩信道间隔的超密集光载波复用光传输系统,如何解决由密集载波导致的载波间串扰和节点滤波效应累积,从而提升系统传输距离,是面临的第二个挑战;第三,面向具备多个矢量维度的多载波大容量光信号,如何利用数据信息本身与传输信道特性实现根源上的物理层安全,是面临的第三个挑战。 针对上述问题,该项目组开展了针对性的研究：首先,通过开发基于高阶信号多概率分布的高谱效率光调制模块,解决了高谱效率光信号非线性损伤抑制难题;其次,通过开发基于滤波器组的密集子载波解调模块,解决了密集光载波间串扰与节点滤波效应累积难题;最后,通过开发基于光子矢量扰动的高安全光加密模块,解决了多维度大容量光信号的安全传输难题。取得了以下重要成果： 1. 开发了基于高阶信号多概率分布的高谱效率光调制模块,基于比特级本体标签及子集分区概率成形方法,首次实现单偏净谱效率11.2 bit/s/Hz的截断PS-16384-QAM调制,相比于国际上同期报道的4096-QAM,实现了高阶调制星座点数的4倍提升,并与华为技术有限公司合作研制了国际首款60 GBaud ODSP芯片,在实际链路上实现了实时在线的谱效率5.44 bit/s/Hz单通道1.36 Tb/s千公里光传输,与当时单载波商用系统相比,速率提升了10倍; 2. 开发了基于滤波器组的密集子载波解调模块,基于普适滤波器组设计,结合预均衡和预失真算法,首次实现破纪录的码元速率128.8 GBaud的10130 km光传输,单通道容量距离积达到5.22 Pb/s×km,是同期国际上单通道1.75 Pb/s×km容量距离积的3倍,并与华为技术有限公司合作实现了C+L波段195波超通道复用,在“济南-青岛”实际链路上实现单纤离线100.5T-600km传输,以及单纤50T-2025km现网实时传输,完成了业务互通测试; 3. 开发了基于光子矢量扰动的高安全光加密模块,基于非线性数字混沌矢量扰动迭代模型与多维扰动机制,与新型纠错编码无缝融合,实现了密钥空间向8.08×10^615量级的大幅度拓展,该值大于同期国际报道的10^431量级,刷新国际记录。上述过程可与光信号的物理调制过程融合,实现数据透明加密,满足大容量光信号的安全传输需求。 基于上述模块,开发出一套高安全密集子载波星座成形光调制解调仪,可支持T比特信号的无中继千公里安全传输。该项目共公开发表SCI论文243篇,其中在JLT、OL、OE、PTL等光通信顶级期刊发表论文108篇,在OFC、ECOC光通信顶级会议发表论文88篇,总被引3493次,单篇最高被引173次。基于项目的成果,获国家自然科学基金创新研究群体项目资助一人次、杰出青年科学基金资助两人次、优秀青年科学基金资助两人次,晋升教育部特聘教授两人次、教育部青年学者一人次。