復旦大學信息學院通信系、復旦大學電磁波信息科學教育部重點實驗室張俊文博士，余建軍教授和遲楠教授等人的論文《基于Sinc奈奎斯特脈沖產生的偏振復用全光奈奎斯特信號的傳輸與全通帶相干探測》(Transmission and full-band coherent detection of polarization-multiplexed all-optical Nyquist signals generated by Sinc-shaped Nyquist pulses)在自然出版集團旗下期刊《科學報告》(Scientific Reports)上發表。
這一重要成果是繼2014年該研究團隊首次成功實現了全光Nyquist信號的完整產生與相干探測后，在該領域的再一次突破。2014年8月，該研究團隊在《自然·科學報告》發表的《高速全光奈奎斯特信號的產生于全帶寬相干探測》(High Speed All Optical Nyquist Signal Generation and Full-band Coherent Detection)論文，開啟了超高速全光全光信號處理和傳輸網絡的研究。在上述成果的基礎上，該研究團隊實現了偏振復用全光奈奎斯特信號的長距離傳輸，并首次成功實現了1Tb/s全光奈奎斯特信號全通帶相干探測。
近年來，隨著高清互聯網電視、多媒體、物聯網、智能手機、云計算和社交媒體等新業務的迅猛發展，人們對網絡帶寬或者說“網速”的要求不斷增加，通信傳輸速率和互聯網的數據流量一直處于爆炸式增長中，這對作為整個通信系統基礎的物理層——光傳輸網提出了更高的傳輸性能要求。據統計，目前全球已有75億移動電話用戶和超過30億互聯網用戶，其底層骨干網絡均建立在光纖通信基礎上。光纖通信具有極大的寬帶傳輸能力，而我國信息量的97%以上是通過光纖來傳送的，從核心骨干網，到城域網、光網絡交換節點，再到數據中心光互連、城市光纖接入網甚至光纖無線融合接入網，光纖通信網絡已成為國家信息建設的基礎設施，以及信息傳輸和交換不可替代的承載平臺。據統計，從1990年到2014年，全球光通信容量增加了600~700的倍，光通信傳輸能力十年增加千倍。全球范圍內，預計2015～2018年，全球互聯網都將維持年均30~60%以上的流量增速，到2030年，將會有超過1萬億臺的設備連入互聯網，作為互聯網和通信網基礎的光傳輸網絡將不斷面臨承載海量數據的壓力，網絡擴容已經勢在必行。
在這樣的背景下，超高速超大容量與高譜效率光信號的產生受到了國內外的廣泛關注。而通常，單個收發機所能達到的速率和效率往往決定了整個系統的成本和功耗。集成的高速收發設備，能將系統成本和功耗降到最低，因此世界各國及各大通訊巨頭都在研究如何在一定的帶寬范圍內不斷提高單個收發設備的傳輸速率。奈奎斯特信號具有理論最小的信號帶寬，相當于把一定的信號壓縮在滿足無損傳輸的最小信道窗口以內。通常，奈奎斯特信號需要利用高速模數轉換電子器件實現，然而這種電信號受到電子器件帶寬的限制，很難實現高速信號的產生。全光信號處理能突破電子器件的帶寬限制而極大的提高信號產生與處理速率，全光奈奎斯特信號既能實現高速信號產生，又能保證高頻譜效率，具有極大的應用前景，因此全光奈奎斯特信號的產生與探測受到國內外的廣泛關注。該研究成果的意義在于通過有效的提高單個收發設備速率的方式來增加光傳送網絡的傳送容量，以解決網絡通信流量爆炸式增長帶來的骨干傳輸網擁堵問題。如果考慮語音通信，這相當于一個光波就能支持1200萬對人同時電話;而以家庭用戶所使用的信號流量10Mb/s為例，對于1Tb/s骨干傳輸速率，則一個光波就可支持最大用戶10萬戶，而如果繼續考慮通常光纖線路里面40路光波長，則通過一根頭發絲大小的光纖就能實現40T通信，即同時支持400萬戶了。
奈奎斯特脈沖信號可以用非常經典的時頻變換特性。在時間軸上，奈奎斯特脈沖信號是一串無限延展的信號，因此很難通過數字濾波的方式產生這種完美的波形。然而，在頻率軸上它又演變為簡單的像梳子一樣的有限的頻率點。復旦大學研究團隊利用全光梳妝譜，通過奈奎斯特信號的時頻轉換特性，先在頻域進行濾波得到完美的周期脈沖后，再在時域進行正交復用;在接收機端，通過全通帶相干探測得到信號的完整信息后，利用所提出的先進信號處理算法，實現脈沖信號的分離、均衡與重建。通過這一方法，相繼成功實現首個真正意義上的全光Nyquist信號相干通信系統探測，成功實現了偏振復用的全光奈奎斯特信號的產生、長距離傳輸和全通帶相干檢測，并創紀錄的實現了單通道1Tb/s的全光Nyquist 16QAM信號產生與探測。
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