復(fù)旦大學(xué)信息學(xué)院通信系、復(fù)旦大學(xué)電磁波信息科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(fù)用全光奈奎斯特信號(hào)的傳輸與全通帶相干探測(cè)》(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(tuán)旗下期刊《科學(xué)報(bào)告》(Scientific Reports)上發(fā)表。

　　這一重要成果是繼2014年該研究團(tuán)隊(duì)首次成功實(shí)現(xiàn)了全光Nyquist信號(hào)的完整產(chǎn)生與相干探測(cè)后，在該領(lǐng)域的再一次突破。2014年8月，該研究團(tuán)隊(duì)在《自然·科學(xué)報(bào)告》發(fā)表的《高速全光奈奎斯特信號(hào)的產(chǎn)生于全帶寬相干探測(cè)》(High Speed All Optical Nyquist Signal Generation and Full-band Coherent Detection)論文，開(kāi)啟了超高速全光全光信號(hào)處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)的研究。在上述成果的基礎(chǔ)上，該研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了偏振復(fù)用全光奈奎斯特信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸，并首次成功實(shí)現(xiàn)了1Tb/s全光奈奎斯特信號(hào)全通帶相干探測(cè)。

　　近年來(lái)，隨著高清互聯(lián)網(wǎng)電視、多媒體、物聯(lián)網(wǎng)、智能手機(jī)、云計(jì)算和社交媒體等新業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬或者說(shuō)“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(zhǎng)中，這對(duì)作為整個(gè)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)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(jì)，目前全球已有75億移動(dòng)電話用戶和超過(guò)30億互聯(lián)網(wǎng)用戶，其底層骨干網(wǎng)絡(luò)均建立在光纖通信基礎(chǔ)上。光纖通信具有極大的寬帶傳輸能力，而我國(guó)信息量的97%以上是通過(guò)光纖來(lái)傳送的，從核心骨干網(wǎng)，到城域網(wǎng)、光網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，再到數(shù)據(jù)中心光互連、城市光纖接入網(wǎng)甚至光纖無(wú)線融合接入網(wǎng)，光纖通信網(wǎng)絡(luò)已成為國(guó)家信息建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，以及信息傳輸和交換不可替代的承載平臺(tái)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(yù)計(jì)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(huì)有超過(guò)1萬(wàn)億臺(tái)的設(shè)備連入互聯(lián)網(wǎng)，作為互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)基礎(chǔ)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)將不斷面臨承載海量數(shù)據(jù)的壓力，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容已經(jīng)勢(shì)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(hào)的產(chǎn)生受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。而通常，單個(gè)收發(fā)機(jī)所能達(dá)到的速率和效率往往決定了整個(gè)系統(tǒng)的成本和功耗。集成的高速收發(fā)設(shè)備，能將系統(tǒng)成本和功耗降到最低，因此世界各國(guó)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(gè)收發(fā)設(shè)備的傳輸速率。奈奎斯特信號(hào)具有理論最小的信號(hào)帶寬，相當(dāng)于把一定的信號(hào)壓縮在滿足無(wú)損傳輸?shù)淖钚⌒诺来翱谝詢?nèi)。通常，奈奎斯特信號(hào)需要利用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電子器件實(shí)現(xiàn)，然而這種電信號(hào)受到電子器件帶寬的限制，很難實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)的產(chǎn)生。全光信號(hào)處理能突破電子器件的帶寬限制而極大的提高信號(hào)產(chǎn)生與處理速率，全光奈奎斯特信號(hào)既能實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)產(chǎn)生，又能保證高頻譜效率，具有極大的應(yīng)用前景，因此全光奈奎斯特信號(hào)的產(chǎn)生與探測(cè)受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。該研究成果的意義在于通過(guò)有效的提高單個(gè)收發(fā)設(shè)備速率的方式來(lái)增加光傳送網(wǎng)絡(luò)的傳送容量，以解決網(wǎng)絡(luò)通信流量爆炸式增長(zhǎng)帶來(lái)的骨干傳輸網(wǎng)擁堵問(wèn)題。如果考慮語(yǔ)音通信，這相當(dāng)于一個(gè)光波就能支持1200萬(wàn)對(duì)人同時(shí)電話;而以家庭用戶所使用的信號(hào)流量10Mb/s為例，對(duì)于1Tb/s骨干傳輸速率，則一個(gè)光波就可支持最大用戶10萬(wàn)戶，而如果繼續(xù)考慮通常光纖線路里面40路光波長(zhǎng)，則通過(guò)一根頭發(fā)絲大小的光纖就能實(shí)現(xiàn)40T通信，即同時(shí)支持400萬(wàn)戶了。

　　奈奎斯特脈沖信號(hào)可以用非常經(jīng)典的時(shí)頻變換特性。在時(shí)間軸上，奈奎斯特脈沖信號(hào)是一串無(wú)限延展的信號(hào)，因此很難通過(guò)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?jiǎn)單的像梳子一樣的有限的頻率點(diǎn)。復(fù)旦大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用全光梳妝譜，通過(guò)奈奎斯特信號(hào)的時(shí)頻轉(zhuǎn)換特性，先在頻域進(jìn)行濾波得到完美的周期脈沖后，再在時(shí)域進(jìn)行正交復(fù)用;在接收機(jī)端，通過(guò)全通帶相干探測(cè)得到信號(hào)的完整信息后，利用所提出的先進(jìn)信號(hào)處理算法，實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)的分離、均衡與重建。通過(guò)這一方法，相繼成功實(shí)現(xiàn)首個(gè)真正意義上的全光Nyquist信號(hào)相干通信系統(tǒng)探測(cè)，成功實(shí)現(xiàn)了偏振復(fù)用的全光奈奎斯特信號(hào)的產(chǎn)生、長(zhǎng)距離傳輸和全通帶相干檢測(cè)，并創(chuàng)紀(jì)錄的實(shí)現(xiàn)了單通道1Tb/s的全光Nyquist 16QAM信號(hào)產(chǎn)生與探測(cè)。