高速大容量相干光通信系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

信息交流是伴随着社会演变不断进步的一种普遍现象，从声音到文字、从书信到通话、从模拟信号到数字信号，人们对信息交流的渴求从未改变、对信息交流的需求不断攀升。自1969年互联网诞生以来，经过半个世纪的时间，通信网络的传输速度和容量呈几何级数激增。近些年，高清视频播放、增强现实技术、人工智能和物联网等领域的出现和发展，进步推动了网络业务流最的持续增长。1966年，标准电信实验室(stc labs)的英籍华裔科学家高锟与何克汉(g.a.hockham)共同提出光纤可以作为通信传输媒介,通过移除玻璃纤维中的杂质，将光纤的损耗降低到了20db/km。这一研究成果具有划时代的意义，带来了一场通信领域的革命。

20世纪90年代，光通信系统主要结合光放大器和 wdm技术以提高系统传输容量，wdm系统使得光通信系统的传输容量获得成千上万倍的增长，然而单一通道传输速率超过100gbit/s以后，nrz调制码型和直接检测技木就难以满足日益增长的长距阿通信传输与高传输速率的需求，再加上铺设功能光纤的高品成本使wdm系统发展受到限制。随着对光通信系统容量需求的不断增加，im/dd系统的缺点暴露出来，逐渐不能满足目前对通信系统越来越大的通信容量需求，相干光通信系统的优势逐渐被开发出来，成为光通信研究领域的主流。

2002年ofc上刊登了一个调制格式为dqpsk、速率为10gbit/s的相干光通信实验系统；2006年，t.pfaus实现了速率为800mbit/s、调制格式为4qam的相干光通信系统，用五位的adc采样并在fpga中实现实时处理，由于技术上的限制，只进行了低速率的实现；2007年加拿大北方电信公司的sun设计了一个40gbit/s dp-qpsk相干光通信系统。以四个20g采样率的高速adc采样并在dsp中进行实时处理，且已经做到了集成化，紧接着在2008年宣布40g dp-qpsk相干光模块实现商用；2010年，verizon, nec, juniper和finisar等几家机构合作展示了100g dp-qpsk相干光通信系统，成功的进行了1520公里的实验和性能测试，随后多家公司陆续发布自己的商用100g dp-qpsk相干光通信模块，紧接着全球的各大电信运营商开始大规模采购招标100g相干光通信系统，对其光纤骨干网进行升级改造；2012年的时候，全球陆续将光纤骨干网升级到100g，到目前100g已经占了全球相当大的份额。中国三大运营商开始部署100g骨干网，主要的几家通信设备厂商公布了各自的100g相干光通信系统。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

了解光纤通信技术基本知识和研究现状；学习相干光通信系统的相关理论和关键技术，掌握几种不同调制格式的原理和过程；应用光通信仿真设计软件搭建相应调制格式的传输线路以及发射机和相应的相干光接收机；在一定速率的信号下，通过不同调制格式的传输线路后，对所搭建的系统进行性能测试及分析。

本课题的预期目标：

3. 研究的方法与步骤

研究方法

根据研究目的与课题，查阅文献资料，学习光通信系统及相关技术的基本知识，了解相干光通信系统的关键技术；使用光通信仿真软件optisystem搭建高速相干光通信系统；通过仿真研究色散、传输距离以及不同调制格式对相干光通信系统性能的影响。

研究步骤

4. 参考文献

[1] 孔英秀，柯熙政，杨媛，空间相干光通信中本振光功率对信噪比的影响，红外与激光工程，2016，45(2):1-5；

[2]虞淼，高速相干光通信系统中的调制与解调技术研究，北京邮电大学，2018；

[3]朱耀中，dp-qpsk相干光通信系统关键技术研究，北京交通大学, 2016；

5. 计划与进度安排

（1）2月20 日~3月20日 查阅文献、收集资料，完成开题报告；

（2）3月21 日~4月15日 学习相干光通信基本理论及相关软件使用，确定设计方案；

（3）4月16日~4月31日 完成相干光通信通信设计及优化，并进行性能分析；