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(chǎn)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(fā)表。

　　這一重要成果是繼2014年該研究團隊首次成功實現(xiàn)了全光Nyquist信號的完整產(chǎn)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(fā)表的《高速全光奈奎斯特信號的產(chǎn)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(wǎng)絡的研究。在上述成果的基礎上，該研究團隊實現(xiàn)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(xiàn)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(lián)網(wǎng)電視、多媒體、物聯(lián)網(wǎng)、智能手機、云計算和社交媒體等新業(yè)務的迅猛發(fā)展，人們對網(wǎng)絡帶寬或者說“網(wǎng)速”的要求不斷增加，通信傳輸速率和互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量一直處于爆炸式增長中，這對作為整個通信系統(tǒng)基礎的物理層——光傳輸網(wǎng)提出了更高的傳輸性能要求。據(jù)統(tǒng)計，目前全球已有75億移動電話用戶和超過30億互聯(lián)網(wǎng)用戶，其底層骨干網(wǎng)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(wǎng)，到城域網(wǎng)、光網(wǎng)絡交換節(jié)點，再到數(shù)據(jù)中心光互連、城市光纖接入網(wǎng)甚至光纖無線融合接入網(wǎng)，光纖通信網(wǎng)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(jù)統(tǒng)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(nèi)，預計2015～2018年，全球互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)，作為互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)基礎的光傳輸網(wǎng)絡將不斷面臨承載海量數(shù)據(jù)的壓力，網(wǎng)絡擴容已經(jīng)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(chǎn)生受到了國內(nèi)外的廣泛關注。而通常，單個收發(fā)機所能達到的速率和效率往往決定了整個系統(tǒng)的成本和功耗。集成的高速收發(fā)設備，能將系統(tǒng)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(nèi)不斷提高單個收發(fā)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?shù)淖钚⌒诺来翱谝詢?nèi)。通常，奈奎斯特信號需要利用高速模數(shù)轉換電子器件實現(xiàn)，然而這種電信號受到電子器件帶寬的限制，很難實現(xiàn)高速信號的產(chǎn)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(chǎn)生與處理速率，全光奈奎斯特信號既能實現(xiàn)高速信號產(chǎn)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(chǎn)生與探測受到國內(nèi)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(fā)設備速率的方式來增加光傳送網(wǎng)絡的傳送容量，以解決網(wǎng)絡通信流量爆炸式增長帶來的骨干傳輸網(wǎng)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(xù)考慮通常光纖線路里面40路光波長，則通過一根頭發(fā)絲大小的光纖就能實現(xiàn)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(jīng)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(shù)字濾波的方式產(chǎn)生這種完美的波形。然而，在頻率軸上它又演變?yōu)楹唵蔚南袷嶙右粯拥挠邢薜念l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(xiàn)脈沖信號的分離、均衡與重建。通過這一方法，相繼成功實現(xiàn)首個真正意義上的全光Nyquist信號相干通信系統(tǒng)探測，成功實現(xiàn)了偏振復用的全光奈奎斯特信號的產(chǎn)生、長距離傳輸和全通帶相干檢測，并創(chuàng)紀錄的實現(xiàn)了單通道1Tb/s的全光Nyquist 16QAM信號產(chǎn)生與探測。