模分复用通信系统中的关键技术研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着移动互联网、云计算、大数据等技术的飞速发展，全球带宽需求呈现爆炸式的增长。传统单模光纤（single mode fiber,smf）的传输容量正在逐步逼近其信道的香浓极限，巨大的带宽需求和有限的容量之间的矛盾日益加剧。作为互联网络中骨干网络的光纤传输技术，通过不断提升其传输容量以应对这种容量呈指数型增长的趋势。

从20世纪80年代至2010年，光纤通信技术经历了数次技术革新。从低噪声半导体激光器的出现，以及光时分复用（time division multiplexing,tdm）技术的发展，到应用光纤放大器技术和波分复用（wavelength division multiplexing，wdm）技术的结合；从数字相关技术到使wdm单模光纤传输系统容量翻倍的偏分复用（polarization divis-ion multiplexing，ofdm）技术；采用正交频分复用（quadrature frequency divisi-on multiplexing，ofdm）和高阶调制技术提高单模光纤系统的频谱效率，这些扩容技术使得单模光纤系统具备更大的带宽传输能力，因而单模光纤传输系统的传输容量以每年近45%的速度持续增长。

空间维度的复用，简称为空分复用（space division multiplexing，sdm），其大致可以分为两种：一种是光纤的复用，将多根光纤组合成束，即形成多芯光纤。多芯光纤中的每一根纤芯可以作为一个独立的传输信道。另一种是模式的复用，是指在一根少模光纤（few-mode fiber，fmf）或多模光纤（multi-mode fiber，mmf）中使用不同模式来传输不同的信息。就传输容量而言，假设模式的数量是m，则在模式间没有线性或非线性串扰下，模分复用（mode division multiplexing，mdm）系统的传输容量将会是单模系统的m倍。由此可见，mdm相当于在光纤通信系统中增加了一个新的复用维度，可以极大地提高单根光纤的传输容量和光频谱的利用效率，可以解决目前的带宽供需问题。

2. 研究内容与预期目标

研究内容：

首先了解模分复用的发展背景及现状，学习基于少模光纤的模分复用通信系统的基本结构：模式转换器、模式复用器解复用器、少模光纤和少模光纤放大器，然后再着重学习模分复用通信系统中的关键技术，模分复用／解复用器、少模／多模光纤。最后设计一个少模光纤模分复用通信系统,就色散、损耗或色散补偿等方面研究少模光纤在模分复用系统中的性能，进行测试分析。

少模光纤模分复用系统如图1所示。

3. 研究方法与步骤

研究方法：

在模分复用系统中，采用少模光纤作为系统传输介质以成倍地提升系统传输容量，模式数量的多少与光纤的结构参数有直接的关系，所以先要使用软件对少模光纤进行数值计算，确定少模光纤的基本参数；然后再仿真软件中搭建少模光纤模分复用系统，调试参数，研究其色散、损耗或信噪比等各方面的性能，优化系统。

4. 参考文献

[1] 陈鹤鸣，庄煜阳，模分复用系统关键技术研究进展，南京邮电大学学报（自然科学版），2018，38（1）；

[2] 付松年，于大伟，基于少模光纤的模分复用光传输技术，科技导报，2016,34（6）；

[3] koebele c，salsi m，charlet g，et al. nonlinear effects in mode-division-multiplexed transmission over few-mode optical fiber[j]. ieee photonics technology letters, 2011, 23(8):13-1318;

[4] 陈妍，光通信中的重要技术及发展趋势探讨，信息通信，2014（9）；

5. 工作计划

1、第1~4周查阅文献、收集资料，完成开题报告；

2、第5~6周学习模分复用基础理论，学习仿真软件，确定设计方案；

3、第7~8周搭建系统；