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随着互联网流量的迅猛增长和高带宽业务的迅速兴起,光纤信道传输速率将不断提高,容量将逐渐升级。在这种趋势下,具有不同速率、调制格式的信号混合传输的局面将长期存在。网络容量的迅猛增长和信号格式的差异特征迫切需要骨干网络从传统基于同步数字体系(SDH)的电层不透明传送转向以波长交换为特征的全光透明传送,以克服节点电层处理对超大容量网络的带宽和能耗瓶颈限制。但是,在灵活、透明的波长交换网络中,由于缺乏3R再生功能,信号传输中的物理损伤不断累积。而传统基于SDH的ASON/GMPLS控制平面的建路机制由于缺乏对物理损伤的感知能力,网络中很可能会出现因为光路传输性能不满足要求而建路失败。为了解决这一问题,论文提出了损伤可控的全光网络思路,将网络建路控制能力扩展到对传输损伤控制的层面,并对相关关键技术展开了深入研究。此外,开展了基于相干光止交频分复用系统的非线性传输性能的理论和实验研究,取得了一些较为领先的创新性成果。论文主要工作和创新点包括以下几个方面：1.建立了10Gb/s NRZ-OOK.40Gb/s DQPSK及其混传网络在色散、自相位调制、交叉相位调制、偏振模色散等线性、非线性影响下的传输质量评估模型。提出采用光脉冲展宽因子作为评估自相位调制和色散作用的评价指标,同时得到了10Gb/s NRZ-OOK对40Gb/sDQPSK信道的交叉相位调制(Cross-Phase-Modulation:XPM)损伤的解析计算公式。该模型是国际上首个在混传速率网络中完整考虑光路动态关联性的传输性能评估模型,为实现损伤感知的路由波长分配算法和光路传输质量动态控制提供了理论依据；另外,面向频谱密集排列的相干光传输系统,推导了具有任意波长信道保护间隔和各种色散补偿方案影响下的线性传输性能的解析计算公式。该计算公式可以作为相关系统仿真及实验的参考标准,有效指导实际网络的规划设计,并用于解决未来频谱可切割的弹性光网络中调制-路由-频谱分配问题。2.通过在网络连接建立过程中考虑光路物理损伤和可调节器件的影响,提出了损伤可控的全光网络跨层控制思路,解决了损伤可控光网络结构、控制平面协议扩展、光路传输性能动态优化调节机制等关键问题,并重点研究了光路传输性能调节、动态色散补偿控制与路由波长资源联合分配算法,以及混传网络动态功率控制算法等三项内容：(i)基于光路端到端传输性能综合评估模型的光路性能调节算法充分考虑了光路性能和可调节器件状态、范围以及光路物理损伤之间的关系,在保证光路可靠性传输的同时,最大限度降低了需要动态调节的可调节器件的调节量和节点个数,避免了调节时延、开销、不稳定性等代价；(ii)损伤感知的路由、波长和补偿量分配算法综合考虑了未来多速率、多格式信号混传网络中业务传输性能要求、可调补偿器补偿性能、光路损伤等三方面的差异,将路由波长分配和补偿器动态调节量三者有机结合起来,显著提高了网络性能；(iii)面向混合OOK/DQPSK网络的动态功率控制算法则着重考虑了混合速率光网络中由于动态的建路特征导致的信道间非线性干扰的关联式影响,通过动态控制信道发射功率提高光路传输质量,实现网络性能的整体提升,是国际上首个在混合速率网络中应用关联式评估模型的研究论文。3.参与搭建了由80km标准单模光纤跨段构成的光纤环路和偏分复用-正交频分复用(PDM-OFDM)系统,研究了基于unique word的DFT-S OFDM (digital fourier transform-spread orthorgnal frequency division muptiplexing)系统的关键技术。采用该技术,完成了基于DFT-S OFDM和CO-OFDM (coherent optical orthorgnal frequency division multiplexing)技术的Tb/s级高速相干光传输实验。在7%FEC容限要求下,实现了1Tb/s QPSK编码的DFT-S OFDM信号在80km标准单模光纤跨段和仅使用EDFA放大的光纤环路中成功传输8000km,以及2Tb/s16-QAM编码的DFT-S OFDM信号成功传输1010km。截止论文提交之日,是国际上报道的同样速率(Tb/s级)和调制格式(QPSK、16QAM)级别信号在仅使用标准单模光纤和EDFA放大情况下实现的最远传输距离。4.推导出了偏振模色散(polarization mode dispersion:PMD)对采用数字背向传输(digital back propagation:DBP)进行非线性补偿的偏分复用系统性能影响的解析计算公式。解析计算结果和仿真所得到的统计结果完全一致。理论计算和仿真结果揭示了PMD对采用DBP技术进行非线性补偿的系统性能的影响远远超过非线性信号-ASE噪声的影响,因而是单模光纤信道容量的基本限制因素。基于该理论,得到了目前采用所有已知技术和手段可以实现的单模光纤非线性传输容限。