奈奎斯特相干光通信系统仿真与实验研究
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感，受非线性影响较大
Nyquist系统 ➢优点：频谱利用率高，信号峰均比（PAPR）较小，受非
线性影响较小
4
研究现状
研究机构
主要研究内容
美国AT&T实验室，Zhou Xiang等人
高阶调制格式的高速传输；混合调制格式研究
中兴通讯公司美国实验室， Yu Jianjun等人
德国卡尔斯鲁厄理工学院， R. Schmogrow等人
奈奎斯特相干光通信系统仿真 与实验研究
北京大学区域光纤通信网与 新型光通信系统国家重点实验室
2014/5/29
目录
▪ 研究背景与现状 ▪ 研究内容
➢ Nyquist系统原理 ➢ Nyquist-WDM系统性能研究 ➢ 混合调制格式实现以及应用
▪ 总结与创新点
2
目录
▪ 研究背景与现状 ▪ 研究内容
➢ 基于混合调制格式实现40Gb/s、100Gb/s、400Gb/s信 号间的较小代价交换
26
已发表的研究成果
▪ Tingting Zhang, Fan Zhang, and Zhangyuan Chen, “Unique Word Based Phase Noise Suppression for Nyquist SCFDE Systems ”,SPPcom2013,PaperJT3A.3.
SE：7.93b/s/Hz；
信号所占总带宽：50GHz
20
基于混合调制格式传输实验
21
不同速率信号交换实验
▪ 40Gb/s与100Gb/s信号交换，使用25GHz格子
➢ 5.8GBaud ➢ 利用2个6.25G格子，其余带宽为保护间隔 ➢ 40Gb/s：QPSK，100Gb/s：Hale Waihona Puke Baidu6-32QAM
▪ 总结与创新点
10
基于特殊字符的相位噪声抑制算法
▪ Chu序列:时域频域响应恒定
Cu (k )
exp(i
M
k
N
2
),
if
exp(i
M
k (k 1) ), N
if
N N
is even is odd
其中，M为素数，K为序列长度
▪ 含有UW的Nyquist结构
11
算法效果
信号格式：16QAM； 信号速率：40Gb/s；滚降系数：0.1
▪ 总结与创新点
6
Nyquist系统原理
▪ 奈奎斯特第一准则时域与频域表达式：
h(kT
)
1, k 0, k
0 ,
0
k
0, 1,
2,...
H(f m/T) T
m
升余 弦
OFDM
Nyquist
7
Nyquist滤波器实现方案
(a)光域Nyquist滤波器 (b)电域Nyquist滤波器 (c)数字域Nyquist滤波器
高阶调制格式的高速传输
高阶调制格式实时传输；低采样率实现NyquistWDM系统
贝尔实验室，Xie Chongjin Nyquist-WDM系统发射端DSP处理研究 等人
意大利都灵理工大学， G.Bosco等人
Nyquist-WDM系统的系统优化
5
目录
▪ 研究背景与现状 ▪ 研究内容
➢ Nyquist系统原理 ➢ Nyquist-WDM系统性能研究 ➢ 混合调制格式实现以及应用
▪ 100Gb/s与400Gb/s信号交换，使用50G格子
➢ 5.8GBaud ➢ 利用6个6.25G格子，其余为保护间隔 ➢ 100Gb/s：QPSK；400Gb/s：64QAM
22
不同速率信号交换实验
(a)直通通路；(b)交换通路
23
不同速率信号交换实验
(a)直通通路；(b)交换通路
24
不同速率信号交换实验
25
总结与创新点
▪ Nyquist-WDM系统
➢ 基于特殊字符的相位噪声抑制算法。350K线宽激光器下， BER由10-2提高到10-3
➢ 非理想因素如DAC/ADC采样点、量化比特、信道间隔 等进行全面的研究与讨论
▪ 混合调制格式
➢ 基于归一化混合调制格式实现在50GHz的格子里传输 396.5Gb/s速率的信号，传输距离达到480km，SE达到 7.93b/s/Hz
➢ Nyquist系统原理 ➢ Nyquist-WDM系统性能研究 ➢ 混合调制格式实现以及应用
▪ 总结与创新点
3
研究背景
数据业务的增长导致对高容量、高频谱效率的需求 越来越大
正交频分复用（OFDM）系统
➢优点：频谱利用率高，抗色散能力强，易于进行数字处理
➢缺点：信号峰均比（PAPR）较大，对相位噪声与频偏敏
DAC滤波器对信号影响
14
Nyquist-WDM系统的鲁棒性研究
信道间隔对信号影响
DAC/ADC量化比特数对信号影响
15
Nyquist-WDM系统的鲁棒性研究
DAC/ADC不同采样点数对信号影响
预加重对信号影响
16
目录
▪ 研究背景与现状 ▪ 研究内容
➢ Nyquist系统原理 ➢ Nyquist-WDM系统性能研究 ➢ 混合调制格式实现以及应用
光域滤波器很难实现陡峭的带外衰减 电域滤波器较难实现
数字域滤波器相对容易实现，可利用DSP进行处
理 8
Nyquist系统数字信号处理流程
利用数字滤波 器，采样点数为2
9
目录
▪ 研究背景与现状 ▪ 研究内容
➢ Nyquist系统原理 ➢ Nyquist-WDM系统性能研究 ➢ 混合调制格式实现以及应用
▪ Tingting Zhang, Dan Wang, Rui Ding, Fan Zhang, and Zhangyuan Chen,” 396.5Gb/s, 7.93b/s/Hz Hybrid 16-32QAM Transmission over 480km SSMF ” ,SPPcom2014,Submitted.
▪ 总结与创新点
17
星座图设计与比较
混合调制格式实现可变光频谱效率
重 合 星 座 图
归 一 化 功 率 星 座 图
18
星座图仿真比较
调制格式：16-32QAM； 信号间隔：6.25GHz；
信号速率：5.8GBaud 滚降系数：0.01
背对背传输
480km光纤传输
19
基于混合调制格式传输实验
调制格式：16-32QAM；比特速率：396.5Gb/s
在背对背情况下
经过1200km光纤传输以后
12
Nyquist-WDM系统的鲁棒性
系统鲁棒性： 1、DAC电滤波器形状及
带宽 2、WDM信道间隔的影响 3、DAC/ADC量化比特数 4、DAC/ADC采样点影响 5、预加重对信号的影响
13
Nyquist-WDM系统的鲁棒性研究
信号格式：16QAM 信号速率：28GBaud 归一化信道间隔：1.1 滚降系数：0.1 SPS：Samples per symbol SG：超高斯滤波器
Nyquist系统 ➢优点：频谱利用率高，信号峰均比（PAPR）较小，受非
线性影响较小
4
研究现状
研究机构
主要研究内容
美国AT&T实验室，Zhou Xiang等人
高阶调制格式的高速传输；混合调制格式研究
中兴通讯公司美国实验室， Yu Jianjun等人
德国卡尔斯鲁厄理工学院， R. Schmogrow等人
奈奎斯特相干光通信系统仿真 与实验研究
北京大学区域光纤通信网与 新型光通信系统国家重点实验室
2014/5/29
目录
▪ 研究背景与现状 ▪ 研究内容
➢ Nyquist系统原理 ➢ Nyquist-WDM系统性能研究 ➢ 混合调制格式实现以及应用
▪ 总结与创新点
2
目录
▪ 研究背景与现状 ▪ 研究内容
➢ 基于混合调制格式实现40Gb/s、100Gb/s、400Gb/s信 号间的较小代价交换
26
已发表的研究成果
▪ Tingting Zhang, Fan Zhang, and Zhangyuan Chen, “Unique Word Based Phase Noise Suppression for Nyquist SCFDE Systems ”,SPPcom2013,PaperJT3A.3.
SE：7.93b/s/Hz；
信号所占总带宽：50GHz
20
基于混合调制格式传输实验
21
不同速率信号交换实验
▪ 40Gb/s与100Gb/s信号交换，使用25GHz格子
➢ 5.8GBaud ➢ 利用2个6.25G格子，其余带宽为保护间隔 ➢ 40Gb/s：QPSK，100Gb/s：Hale Waihona Puke Baidu6-32QAM
▪ 总结与创新点
10
基于特殊字符的相位噪声抑制算法
▪ Chu序列:时域频域响应恒定
Cu (k )
exp(i
M
k
N
2
),
if
exp(i
M
k (k 1) ), N
if
N N
is even is odd
其中，M为素数，K为序列长度
▪ 含有UW的Nyquist结构
11
算法效果
信号格式：16QAM； 信号速率：40Gb/s；滚降系数：0.1
▪ 总结与创新点
6
Nyquist系统原理
▪ 奈奎斯特第一准则时域与频域表达式：
h(kT
)
1, k 0, k
0 ,
0
k
0, 1,
2,...
H(f m/T) T
m
升余 弦
OFDM
Nyquist
7
Nyquist滤波器实现方案
(a)光域Nyquist滤波器 (b)电域Nyquist滤波器 (c)数字域Nyquist滤波器
高阶调制格式的高速传输
高阶调制格式实时传输；低采样率实现NyquistWDM系统
贝尔实验室，Xie Chongjin Nyquist-WDM系统发射端DSP处理研究 等人
意大利都灵理工大学， G.Bosco等人
Nyquist-WDM系统的系统优化
5
目录
▪ 研究背景与现状 ▪ 研究内容
➢ Nyquist系统原理 ➢ Nyquist-WDM系统性能研究 ➢ 混合调制格式实现以及应用
▪ 100Gb/s与400Gb/s信号交换，使用50G格子
➢ 5.8GBaud ➢ 利用6个6.25G格子，其余为保护间隔 ➢ 100Gb/s：QPSK；400Gb/s：64QAM
22
不同速率信号交换实验
(a)直通通路；(b)交换通路
23
不同速率信号交换实验
(a)直通通路；(b)交换通路
24
不同速率信号交换实验
25
总结与创新点
▪ Nyquist-WDM系统
➢ 基于特殊字符的相位噪声抑制算法。350K线宽激光器下， BER由10-2提高到10-3
➢ 非理想因素如DAC/ADC采样点、量化比特、信道间隔 等进行全面的研究与讨论
▪ 混合调制格式
➢ 基于归一化混合调制格式实现在50GHz的格子里传输 396.5Gb/s速率的信号，传输距离达到480km，SE达到 7.93b/s/Hz
➢ Nyquist系统原理 ➢ Nyquist-WDM系统性能研究 ➢ 混合调制格式实现以及应用
▪ 总结与创新点
3
研究背景
数据业务的增长导致对高容量、高频谱效率的需求 越来越大
正交频分复用（OFDM）系统
➢优点：频谱利用率高，抗色散能力强，易于进行数字处理
➢缺点：信号峰均比（PAPR）较大，对相位噪声与频偏敏
DAC滤波器对信号影响
14
Nyquist-WDM系统的鲁棒性研究
信道间隔对信号影响
DAC/ADC量化比特数对信号影响
15
Nyquist-WDM系统的鲁棒性研究
DAC/ADC不同采样点数对信号影响
预加重对信号影响
16
目录
▪ 研究背景与现状 ▪ 研究内容
➢ Nyquist系统原理 ➢ Nyquist-WDM系统性能研究 ➢ 混合调制格式实现以及应用
光域滤波器很难实现陡峭的带外衰减 电域滤波器较难实现
数字域滤波器相对容易实现，可利用DSP进行处
理 8
Nyquist系统数字信号处理流程
利用数字滤波 器，采样点数为2
9
目录
▪ 研究背景与现状 ▪ 研究内容
➢ Nyquist系统原理 ➢ Nyquist-WDM系统性能研究 ➢ 混合调制格式实现以及应用
▪ Tingting Zhang, Dan Wang, Rui Ding, Fan Zhang, and Zhangyuan Chen,” 396.5Gb/s, 7.93b/s/Hz Hybrid 16-32QAM Transmission over 480km SSMF ” ,SPPcom2014,Submitted.
▪ 总结与创新点
17
星座图设计与比较
混合调制格式实现可变光频谱效率
重 合 星 座 图
归 一 化 功 率 星 座 图
18
星座图仿真比较
调制格式：16-32QAM； 信号间隔：6.25GHz；
信号速率：5.8GBaud 滚降系数：0.01
背对背传输
480km光纤传输
19
基于混合调制格式传输实验
调制格式：16-32QAM；比特速率：396.5Gb/s
在背对背情况下
经过1200km光纤传输以后
12
Nyquist-WDM系统的鲁棒性
系统鲁棒性： 1、DAC电滤波器形状及
带宽 2、WDM信道间隔的影响 3、DAC/ADC量化比特数 4、DAC/ADC采样点影响 5、预加重对信号的影响
13
Nyquist-WDM系统的鲁棒性研究
信号格式：16QAM 信号速率：28GBaud 归一化信道间隔：1.1 滚降系数：0.1 SPS：Samples per symbol SG：超高斯滤波器