变换，计算每一个分数阶次 傅里叶变换的幅度谱的方差〇i，再计算所有幅度谱方差的最大值，得到幅度谱方差最大值 对应的分数阶次为最优分数阶次。
[0056] 步骤三及步骤七（分别对应第三个及第七个箭头所指示的灰色加粗框）的"计算 分数阶傅里叶变换的最优分数阶次"的最优分数阶次搜索方法的流程如图2所示。
[0057] 具体实施中，采用分数阶傅里叶变换监测光纤链路非线性效应的系统，可以无干 扰地监测光纤链路非线性效应。测量的效果与光纤类型、光纤链路信号的调制格式、速率无 关，解决现今高速光纤链路非线性效应的实时监测。
[0058] 本实施例的采用分数阶傅里叶变换监测光纤链路非线性效应的方法依据的系统 (后续简称"系统"），无需进行发射机改变，且具有结构简单和易于实现的特点。系统组成 如图3所示，包括本振激光器、光学混频器、平衡探测器、模数变换器，分数阶傅里叶变换处 理模块；其中，分数阶傅里叶变换处理模块如图4所示，包括存储单元、复数场计算单元、傅 里叶变换信号处理单元、分数阶傅里叶变换信号处理单元1、色散计算单元、色散补偿单元、 傅里叶逆变换信号处理单元、分数阶傅里叶变换信号处理单元2、啁啾系数计算单元；
[0059] 系统中各模块间的连接关系为：本振激光器的输出端连接到光学混频器的一个输 入端，光学混频器的四路输出连接平衡探测器，平衡探测器的两路输出连接模数转换器，模 数转换器的两路输出连接分数阶傅里叶变换处理模块。
[0060] 系统的工作过程如下：
[0061] 首先，光纤链路输出的光脉冲信号与本振激光器的输出在光学混频器混波，通过 平衡探测器得到光脉冲信号电场的实部E1和虚部EQ;
[0062] 其次，光脉冲信号电场的实部E1和虚部EQ经模/数变换后进入分数阶傅里叶变换 处理模块中的存储单元进行存储，再计算得到定量监测光纤非线性效应的啁啾系数，具体 来说，啁啾系数的计算过程如下：
[0063] 1)在分数阶傅里叶变换处理模块中的复数场计算单元得到光脉冲信号的复数场 为：E=EfjEtj，其中j为虚数单位；
[0064] 2)在傅里叶变换信号处理单元将复数场信号E进行傅里叶变换得到频域复数场 E((〇);
[0065] 3)再经分数阶傅里叶变换信号处理单元1将频域复数场进行分数傅里叶变 换，得出最优分数阶次POptinium,其中，P 出的具体方法为：分数阶次Pi在[0, 2]范 围内按固定的步长A变化Pi=pi_1+A，对应每个分数阶次对光脉冲信号的复数场进行 分数阶傅里叶变换，得到每一个分数阶次傅里叶变换的幅度谱的方差〇i，再计算所有幅度 谱方差的最大值，得到幅度谱方差最大值对应的分数阶次为最优分数阶次P_ilM;
[0067] 5)在色散补偿单元对频域复数场色((0)进行色散补偿，得出：
[0069] 6)在傅里叶逆变换信号处理单元对频域复数g^._p(C〇)进行逆傅里叶变换，得 到时域复数场Ee_;
[0070] 7)时域复数场Ee_再次进入分数阶傅里叶变换信号处理单元2,得出分数阶傅里 叶变换的最优分数阶次P'。ptinium;
[0071] 其中，搜索最优分数阶次P 的方法包括分数阶频谱熵、最优滤波算子、零中 心归一化瞬时幅度谱密度最大、分数阶幅度谱方差最大；
[0072] 8)在啁啾系数计算单元计算时域复数场Eqmp的啁啾系数：
数；
[0075]最后，对上述啁啾系数C取绝对值I C I，此绝对值即为定量表征光纤非线性效应的 数值。
[0076] 本实施例中的采用分数阶傅里叶变换监测光纤链路非线性效应的方法与系统分 别如图1和图3所示；且由图3可以看出本实施例简单易集成，满足光纤通信链路在线、无 干扰且实时监测的要求；其中，光纤链路输出的光脉冲信号与本振激光器的输出在光学混 频器混波，通过平衡探测器得到光脉冲信号电场的实部和虚部，再经模/数变换，模/数变 换的采样点数N为8192。
[0077] 模/数变换后进入分数阶傅里叶变换处理模块，计算得到定量监测光纤非线性效 应的啁啾系数，其计算流程如图4所示：
[0078] 其中，分数阶傅里叶变换信号处理单元2中的最优分数阶次的搜索流程如图2所 示，分数阶次Pi在[0,2]范围内按固定的步长A变化pi=pH+A，对应每个分数阶次 对光脉冲信号的复数场进行分数阶傅里叶变换，得到每一个分数阶次傅里叶变换的幅度谱 的方差Ci，再计算所有幅度谱方差的最大值，得到幅度谱方差最大值对应的分数阶次为最 优分数阶次P'
[0079]图5所示为色散补偿后光脉冲序列信号时域复数场的分数傅里叶变换幅度谱，能 量聚焦的分数谱其幅度谱方差最大，对应的分数阶次则为最优分数阶次P。由最优 分数阶次计算色散补偿后光脉冲信号时域复数场的啁啾系数为：
为8192。色散补偿后光脉冲序列信号时域复数场的啁啾系数的绝对值IC|与定量表征光纤 非线性效应的非线性相移成正比，因此可以用|C|定量表征光纤非线性效应。
[0082] 图6为本实施例的当光脉冲峰值功率分别为8.OdBm和18dBm时，脉冲宽度为100 皮秒的光脉冲序列信号在不同长度的标准单模光纤传输后，输出的光脉冲序列经分数阶傅 里叶变换处理模块得到的啁啾系数与标称的非线性相移的关系。
[0083] 图7为本实施例的不同脉冲峰值功率的光脉冲序列信号在长度分别为IOkm和 50km的光纤传输后，分数阶傅里叶变换处理模块得到的啁啾系数与标称的非线性相移的关 系。由此图7可以看出，依据本发明及实施方式设计的光纤链路非线性效应监测系统能通 过啁啾系数定量表征光纤非线性效应，且具有便捷、准确监测的特点。
[0084]由图6和图7的结果可以看出，分数阶傅里叶变换处理模块得到的啁啾系数能定 量监测和表征光纤非线性效应的大小。其中，图6中峰值功率为18dBm的10Gbit/sOOK调 制格式的光脉冲在传输80km的单模光纤后，累积的非线性相移为1. 2弧度；图7中20Gbit/ sQPSK调制格式的光脉冲峰值功率从OdBm到65dBm变化，在光纤中传输50km后，非线性相 移也为1. 2弧度。表明了，本发明及实施例涉及的监测光纤链路非线性效应的系统具有监 测范围宽且测量准确的特点。同时也表明，本发明及实施例符合高速光纤通信链路、光网络 对非线性效应的监测要求，能够用于不同种类光纤组成的、不同调制格式的光通信链路系 统，尤其可以应用于高速光纤通信系统中对非线性效应进行准确的监测和均衡。
[0085] 以上对本发明"采用分数阶傅里叶变换监测光纤链路非线性效应的方法与系统" 进行了详细的说明，但本发明的具体实施形式并不局限于此。实施例说明只是用于帮助理 解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在
【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发 明的限制。
[0086] 在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而 易见的改变都在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 采用分数阶傅里叶变换监测光纤链路非线性效应的方法，其特征在于：光纤链路的 色散使光脉冲信号变成频域啁啾信号，光纤的非线性效应使光脉冲信号变成时域啁啾信 号，根据啁啾信号在分数阶傅里叶变换中具有能量聚焦效应，先计算频域信号分数阶傅里 叶变换的最优分数阶次，再由最优分数阶次计算出光纤链路的色散，再对信号进行色散补 偿，再对色散补偿后的时域信号计算分数阶傅里叶变换的最优分数阶次，由最优分数阶次 计算出光纤链路的非线性效应； 具体包括如下步骤： 步骤一、对光纤传输后的光脉冲信号进行相干解调，得到光脉冲信号电场的实部氏和 虚部Eq，再计算复数电场E=EfjE0，其中，j是虚数单位； 步骤二、对步骤一得到的光脉冲信号的复数场进行傅里叶变换，得到频域复数场； 步骤三、对步骤二得到的频域复数场进行分数阶傅里叶变换，计算分数阶傅里叶变换 的最优分数阶次； 步骤四、由步骤三得到的最优分数阶次计算光纤链路的色散； 步骤五、由步骤四得到的光纤链路的色散进行色散补偿，得到色散补偿后的信号； 步骤六、对步骤五得到的色散补偿后的信号进行逆傅里叶变换，得到时域复数场； 步骤七、对步骤六得到的时域复数场进行分数阶傅里叶变换，计算分数阶傅里叶变换 的最优分数阶次； 步骤八、由步骤七得到的最优分数阶次计算时域附属长的啁啾系数； 步骤九、由步骤八得到的啁啾系数取绝对值，即为定量监测的光纤链路的非线性效应。2. 根据权利要求1所述的采用分数阶傅里叶变换监测光纤链路非线性效应的方法，其 特征在于：所述步骤三及步骤七中的搜索分数阶傅里叶变换的最优分数阶次，可以采用的 方法包括分数阶幅度谱方差最大，其方法为： 计算不同分数阶次傅里叶变换得到的分数谱幅度的方差，分数谱幅度方差的最大值对 应的分数阶次为最优分数阶次；具体为，分数阶次Pi照固定的步长A在[0, 2]范围内变化 Pi=PH+A，对每个分数阶次分别进行分数阶傅里叶变换，计算每一个分数阶次傅里叶 变换的幅度谱的方差Ci，再计算所有幅度谱方差的最大值，得到幅度谱方差最大值对应的 分数阶次为最优分数阶次。3. 根据权利要求1所述的采用分数阶傅里叶变换监测光纤链路非线性效应 的方法，其特征在于：所述步骤五中，将步骤二得到的频域复数场乘以色散函数为4. 根据权利要求1所述的采用分数阶傅里叶变换监测光纤链路非线性效应的方法，其 特征在于：所述步骤四中，由步骤三得到的最优分数阶次计算光纤链路的色散具体方法为： 根据步骤三得到的最优分数阶次P 计算光纤链路的色散为：
【专利摘要】本发明采用分数阶傅里叶变换监测光纤链路非线性效应的方法，属于光通信技术领域。光纤链路的色散使光脉冲信号变成频域啁啾信号，光纤的非线性效应使光脉冲信号变成时域啁啾信号，根据啁啾信号在分数阶傅里叶变换中具有能量聚焦效应，先计算频域信号分数阶傅里叶变换的最优分数阶次，再由最优分数阶次计算出光纤链路的色散，再对信号进行色散补偿，再对色散补偿后的时域信号计算分数阶傅里叶变换的最优分数阶次，由最优分数阶次计算出光纤链路的啁啾系数，根据其绝对值定量监测光纤链路的非线性效应。本发明可用于不同种类光纤组成的光通信链路系统进行链路非线性效应的定量监测。
【IPC分类】H04B10/075, H04B10/2543
【公开号】CN104967480
【申请号】CN201510415663
【发明人】杨爱英, 陈晓宇
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月15日