专利名称：一种快速获得光纤链路中偏振模色散信息的实时监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种快速获得光纤链路中偏振模色散信息的实时监测装置。
背景技术：
当信号在单模光纤传输时，光波分解成二个相互垂直的偏振分量，称为 偏振模。用石英玻璃制造的通讯用光纤，由于各种原因导致光纤中圆对称性结 构被破坏,产生非圆对称应力,结果使得两个相互垂直的偏振模的群速度不一致,这种现象称为偏振模色散(PMD)。由于偏振模色散,在每根光纤中形成传送 信号的快轴2和慢轴l(如图1所示)，使得两个相互垂直的偏振态信号到达接收 端的时间不同，即产生差分群时延。在大于10Gb/s的高速光纤传输系统中,早先 铺设的光纤由于偏振模色散较大，从而增大数据传输的误码率,对于40Gb/s长 距离光纤传输系统，即使应用新的光纤，偏振模色散对传输的影响也很大， 因此必需对此进行补偿。当前的补偿技术大体分为电补偿、光电补偿和光补 偿，电补偿受电速率瓶颈限制，光电补偿需要多个光电检测器，成本较高。对偏 振模色散进行自适应补偿的困难在于光纤中的偏振模色散具有随机性和变化 性，需要有效、快速、实时的补偿，即要求对PMD的补偿必须是自适应的。目前的PMD自适应补偿器分为反馈、前馈和反馈+前馈控制方式的PMD 自适应补偿结构，但PMD自适应补偿器至少包括PMD补偿单元、取样监测单 元和控制单元。取样监测单元是PMD自适应补偿器的重要组成部分。由于实 际光纤链路中的偏振模色散随时间不断变化，要求取样监测系统能实时监测 链路中的偏振模色散，及时为控制单元提供反馈或前馈信号，从而控制补偿 单元，实现偏振模色散自适应补偿。经常采用的监测信号有(1)电域频率 分量的电功率，测量该信号的实验仪器由光电探测器、窄带通滤波器和微波 功率计组成，这些器件都与系统的传输速率有关，即在不同的传输速率系统 中不能通用，而且传输速率越高，就要求光电器件的响应速度越快，这会大 大增加系统的复杂程度和成本；(2)单偏振态偏振度(DOP)，测量DOP的实验仪器就是一台偏振测试仪,其显著的优点是与比特率和码型无关，即在任何 传输速率的光通信系统中都是适用的，但采用单偏振态偏振度作为监测信号 也有一定的局限性，因为它与输入的偏振态密切相关，当输入光信号的偏振
态与光纤的某一偏振主态重合，DOP值将始终为1，从而失去了对偏振模色散的判断，使得补偿无法完成。若采用偏振度椭球，可克服第二种监测信号的缺陷并且结构简单，具有普遍适用性，但从偏振度椭球获取PMD信息耗时长，不能满足PMD实时补偿的要求。实用新型内容本实用新型的目的是提供一种快速获得光纤链路中偏振模色散信息的实 时监测装置，该监测装置只需采集少量的点、大幅度縮短从偏振度椭球获取 PMD信息的时间，能满足PMD实时补偿的要求，能及时、快速、有效地补偿和 跟踪光纤链路中随机变化的偏振模色散。为此，本实用新型所述的实时监测装 置由扰偏器和偏振模色散自适应补偿器组成，所述的在线偏振仪和PMD补偿器 相联，接入光纤通信链路上，所述的计算机控制装置通过数据釆集卡、低通电 滤波器与在线偏振仪的输出端相连，计算机控制装置的输出端通过DA模块输 出端相连PMD补偿器。本实用新型的优点是能用较低的成本为偏振模色散补偿器提供反馈信 号，从偏振度椭球获取PMD信息，能满足PMD实时补偿的要求，采用搜索和 跟踪算法，使得偏振模色散补偿器动态地、有效地、实时地对光纤线路中随机 变化的偏振模色散进行补偿。
图l为光纤传输中偏振模色散产生的示意图 图2为本实用新型在光纤链路中使用状态结构示意图具体实施方式
如图1所示，用石英玻璃制造的通讯用光纤3,由于各种原因导致光纤中圆 对称性结构被破坏，产生非圆对称应力,结果使得两个相互垂直的偏振摸的群 速度不一致,这种现象称为偏振模色散。由于偏振模色散,在每根光纤中形成传 送信号的快轴2和慢轴l，使得两个相互垂直的偏振态信号4到达接收端的时 间不同，即产生时延差5。在大于10Gb/s的高速光纤传输系统中,早先铺设的光 纤由于偏振模色散较大,从而增大数据传输的误码率,因此必需对此进行补偿。如图2所示， 一种快速获得光纤链路中偏振模色散信息的实时监测装置， 由计算机85控制装置所组成。所述的实时监测装置由扰偏器6和偏振模色散 自适应补偿器8组成。所述的在线偏振仪82和PMD补偿器81相联，接入通信 光纤链路7上。所述的计算机控制装置通过数据采集卡84、低通电滤波器83 与在线偏振仪的输出端相连，计算机控制装置的输出端通过DA模块输出端86 相连PMD补偿器。所述的扰偏器由计算机控制一个光纤挤压型电控偏振控制器61构成，通 过自主编写的扰偏器程序63控制电控偏振控制器以合适的速率产生均匀分布 在邦加球上的各种偏振态，在此用一数模(DA)转换模块将计算机输出的数 字信号转变为模拟电压信号(从DA模块输出端62输出)控制电控偏振控制器。所述的偏振模色散自适应补偿器包括PMD补偿器，由电控电控偏振控制器和可变时延线级联而成，根据得到的 偏振度椭球参量，控制算法实时调节电控偏振控制器的电压和时延线的时延， 使链路中的PMD值达到最小，从而实现PMD自适应补偿；在线偏振仪，用于检测光纤通讯线路中的光信号的偏振度,形式为输出四 路电压信号；低通电滤波器，用于滤除高频噪声，滤波器带宽要求与数据采集卡采样频率匹配；数据采集卡，用于将在线偏振仪输入、并通过低通电滤波器滤除高频噪声 后的四路模拟电压信号转化成四路数字电压信号；数字滤波器，用于将采样得到的四路数字电压信号经矩阵变换得到链路 的斯托克斯参量并经过数字中值滤波滤除噪音；计算机控制装置，为设有D0P椭球采集拟合程序和自适应补偿控制算法 的计算机。偏振度椭球三个轴的长度^ ^及长轴的方位角ci， e， Y,反映了 光纤链路中PMD的大小和方向；采集N组数据，用粒子群优化(PS0)算法拟 合出偏振度椭球，即用PS0算法不断调整6维参数<formula>formula see original document page 5</formula>"，直至下面的目标函数达到全局最小值，表示为<formula>formula see original document page 5</formula>根据得到的偏振度椭球参量，控制算法实时调节PMD补偿器的可控参数，使链 路中的PMD值达到最小，从而实现PMD自适应补偿；所述的采用PSO算法拟合出偏振度椭球，是由在线偏振仪读取光纤链路中 的PMD信息再输出四路电压信号，由数据采集卡转换成四路数字信号进入计 算机，经过一个矩阵运算后得到4个Stokes参量&AA，^，采集N组数据， 采用PS0算法拟合得到偏振度椭球。在PMD自适应补偿器中，根据得到的偏振度椭球参量，控制算法实时调节 PMD补偿器的可控参数，使链路中的PMD值达到最小，从而实现PMD自适应 补偿。
所述的实时监测装置的工作过程包括以下歩骤与光纤链路相连的在线偏 振仪将信号输入低通电滤波器，由数据采集卡采样由四通道模数转换器将模拟 信号转换为数字信号，然后输入到计算机控制装置中，经过一个矩阵运算后得到4个Stokes参量^^^，&，经过数字中值滤波，滤除噪声；采集N组数据，采用PSO算法拟合得到偏振度椭球；用控制算法控制调节偏振模色散补偿器中的电控偏振控制器的电压和时延线的时延，使系统的PMD值达到最小，从而 完成偏振模色散自动补偿。本实用新型所使用的低通电滤波器的作用是对在线偏振仪输出的四路模 拟电压信号进行滤波，这些噪声来源于光纤链路中的掺铒光纤放大器。同时， 低通电滤波器的带宽要求必须与数据采集卡相匹配。如果在线偏振仪输出模拟 信号的带宽为0 fm kHZ。由奈奎斯特定理可知，只有当取样频率fs和模拟 信号最高频率fm满足fs》2fm时才不会出现混叠。由于高速数据采集卡的价 格昂贵，因此在在线偏振仪的电压输出和数据采集卡之间加入低通电滤波器， 滤掉高频，即可低成本地解决这一问题。本实用新型拟合偏振度椭球所使用的PSO算法是一种直接搜索算法，它利 用由个体(individual)或粒子(particle)组成的社会群体(swarm)搜索最佳 解。每个个体或粒子都可以看成多维空间中的一个交汇点，粒子通过迭代更新(或移动)自己在多维空间中的位置，以寻求最佳点。在每次迭代中，每个粒 子对自己过去的最佳位置有信息记忆，同时它与社会群体中每个邻居粒子相互 分享最佳位置的信息，然后通过同时评价这两个信息以决定粒子下一步的移 动。如果任何一个个体的位置离目标位置足够近，或者说他们之间的距离小于 规定的误差，就认为群体已经找到了最佳值。粒子群优化算法有控制自由度多、 搜索速度快、不易陷入局部极大值、抗噪声等特点。总之，本实用新型只需采集少量的点、大幅度縮短从偏振度椭球获取PMD信息的时间,能满足PMD实时补偿的要求,能及时、快速、有效地补偿和跟踪光纤链路中随机变化的偏振模色散。
权利要求1、一种快速获得光纤链路中偏振模色散信息的实时监测装置，由计算机控制装置所组成，其特征在于所述的实时监测装置由扰偏器和偏振模色散自适应补偿器组成，所述的在线偏振仪和PMD补偿器相联，接入光纤通信链路上，所述的计算机控制装置通过数据采集卡、低通电滤波器与在线偏振仪的输出端相连，计算机控制装置的输出端通过DA模块输出端相连PMD补偿器。
2、 按权利要求1所述的一种快速获得光纤链路中偏振模色散信息的实时 监测装置，其特征在于所述的扰偏器由计算机控制一个光纤挤压型电控偏振 控制器构成。
3、 按权利要求1所述的一种快速获得光纤链路中偏振模色散信息的实时 监测装置，其特征在于所述的偏振模色散自适应补偿器包括PMD补偿器，由电控偏振控制器和可变时延线级联而成； 在线偏振仪,用于检测光纤通讯线路中的光信号的偏振度作为反馈信号，并输出四路电压信号；低通电滤波器，用于滤除高频噪声，滤波器带宽要求与数据采集卡采样频率匹配；数据采集卡，用于将在线偏振仪输入、并通过低通电滤波器滤除高频噪声 后的四路模拟电压信号转化成四路数字电压信号；数字滤波器，用于将采样得到的四路数字电压信号经矩阵变换得到链路 的斯托克斯参量并经过数字中值滤波滤除噪音；计算机控制装置，为设有D0P椭球采集拟合程序和自适应补偿控制算法 的计算机。
专利摘要本实用新型属于一种快速获得光纤链路中偏振模色散信息的实时监测装置，所述的实时监测装置由扰偏器和偏振模色散自适应补偿器组成，所述的在线偏振仪和PMD补偿器相联，接入光纤通信链路上，所述的计算机控制装置通过数据采集卡、低通电滤波器与在线偏振仪的输出端相连，计算机控制装置的输出端通过DA模块输出端相连PMD补偿器。本实用新型只需采集少量的点、大幅度缩短从偏振度椭球获取PMD信息的时间，能满足PMD实时补偿的要求，能及时、快速、有效地补偿和跟踪光纤链路中随机变化的偏振模色散。
文档编号H04B10/18GK201018509SQ20062016759
公开日2008年2月6日 申请日期2006年12月21日 优先权日2006年12月21日
发明者席丽霞, 张晓光, 朱进军, 段高燕, 昱 沈, 玮 许, 远 郑 申请人:北京邮电大学