基于数字非线性处理的色散损伤监测方法

基于数字非线性处理的色散损伤监测方法
【专利摘要】本发明涉及光纤通信领域的一种基于数字非线性处理的色散损伤监测方法。通过光滤波器从主传输线路获得部分信号光输入到TDC，主控模块驱动TDC产生一系列色散值，并在每一色散值下记录N个采样数字信号p1,p2,…，pN以计算输出信号f(pj)为可以展开为泰勒级数的非线性函数；再以TDC对信号施加的色散量为x坐标，对应输出信号<Pout>值为y坐标的数据曲线的对称中心进行识别，得到数据曲线对称中心的x坐标，上述对称中心的x坐标的相反值即为信号色散损伤大小。本发明除了具有易于集成和功耗低，对信号速率无限制的优点外，同时不影响信号传输，能够实现大范围，抗干扰和全盲自动化的色散损伤监测。
【专利说明】基于数字非线性处理的色散损伤监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤通信，非线性光学和信号处理【技术领域】，尤其涉及一种数字非线性处理色散损伤监测方法。
【背景技术】
[0002]近年来为了满足不断增长的带宽需求，光纤通信网络发展迅速。单信道40Gb/s的WDM系统已经实现商用，而100Gb/s以上WDM系统的部署也势在必行。传输速率的提升使得光纤色度色散(CD)损伤取代光纤损耗成为限制光纤通信系统传输距离和速度的主要因素。因此在接收机或关键网络节点处对信号色散损伤进行实时监测可以实现自适应的色散补偿降低误码率，或为光网络的管理提供关键的信号质量参数。
[0003]目前已经提出了许多色散损伤监测方法。这些监测方法可以分为三大类:一大类是基于光信号的电域分析；第二大类基于插入探测信号的分析；第三大类是全光监测法。第一大类以电信号的处理为主，需要将光信号转换为电信号，系统复杂成本高，对于高速信号存在电子器件速率瓶颈限制的问题。第二大类是通过在光信号中插入用于色散损伤监测的导频信号。这类方法需要修改发射机的设计，因此与现有系统的兼容性较差。此外某些导频信号的插入对光信号本身的传输也会造成影响。第三大类在光域对光信号本身进行分析，因此称为全光监测技术。而这类全光色散损伤监测器件(AODM)尚存在一些缺陷。首先其监测范围受到Talbot效应周期的限制普遍比较小；其次容易受到偏振模色散(PMD)，光信噪比(OSNR)或输入信号光功率起伏的影响导致抗干扰能力弱；虽然申请人:前面提出的一种基于光参量放大 器的AODM(专利名称:一种基于光参量放大器的全光信号质量监测器，授权专利号201010290188.x)可以解决上述问题，但是其存在功耗高和体积大的问题，更加适用于超高速光信号的色散的监测。

【发明内容】

[0004]本发明所要解决的技术问题是提出一种基于数字非线性处理色散损伤监测方法，相对一般监测方法它具备体积小，功耗低，以及更大的色散测量范围，更好的抗干扰能力和不需要事先知道光信号速率和调制格式的全盲自动化处理能力。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提出的基于数字非线性处理色散损伤监测方法，其特征在于包括以下步骤:
[0006]首先通过光滤波器从主传输线路获得部分用于监测的信号光，将该信号光输入到可调色散补偿器TDC,所述TDC对光信号施加一定色散值后输出光信号至所述光放大器,所述光放大器将光信号放大至一定功率后经所述光滤波器输入所述高速光探测器；
[0007]所述光探测器将光信号转变为电信号并将其输入低速采样器和模数转换器，所述低速采样器以低于信号波特率的速率进行采样，所述采样值输入到所述模数转换器，所述模数转换器将采样值转换为数字信号，并将其输入主控模块；所述主控模块驱动所述TDC产生一系列色散值，并在每一色散值下记录N个采样数字信号Pl，p2,…，pN，N为自然数，并通过主控模块内部DSP计算输出信号O士，f(Pj)为可以展开为泰勒
级数的非线性函数；此类非线性函数对于不同大小输入信号P」产生不同的增益，因此能将色散引起的信号瞬时功率的统计分布变化情况映射到输出信号〈ρ_>的大小之上；再构造以TDC施加色散量为X坐标，输出信号〈Ρ_>值为y坐标的数据曲线，识别出曲线的对称中心，得到数据曲线对称中心的X坐标；
[0008]所述f (P」)为幂函数,指数函数,双曲函数,三角函数或对数函数。
[0009]所述数据曲线的对称中心进行识别，包括如下步骤:
[0010]对所述数据曲线进行差分运算，得到差分曲线；
[0011 ] 求出差分曲线中的最大和最小值及其对应的X坐标Xmax和xmin，则所述数据曲线对称中心的X坐标为Xeen = round ((Xmax+Xmin)/2),其中round O为四舍五入操作；
[0012]信号色散为上述对称中心坐标的相反值，即-x_。
[0013]采用本方法其监测范围仅仅受TDC的调节范围限制，所述TDC是单个或级联的TDC组成，或者是若干个并联的具有不同色散范围的TDC或固定色散单元组成，或者在TDC前后增加若干固定色散单元用以对信号施加期望范围内按一定步长增加的色散。目前单个TDC的调节范围达到-1000~1000ps/nm，采用多个TDC级联或TDC与固定色散补偿器件级联还可以达到更大的调节范围，因此可以实现大范围的色散损伤监测。
[0014]本方法基于数字非线性处理将信号的色散损伤大小映射到输出光信号功率大小之上。虽然输出信号<Ρ_>的绝对值大小会随PMD，OSNR和光信号本身输入功率大小而发生改变，但所述数据曲线对称中心的位置是不会随信号的PMD，OSNR或输入光功率发射变化的，而且所述数据曲线对称中心的位置也不会随信号速率和调制格式发生改变，如图2，3所示，因此本方法能够满足各种信号色散的识别，实现完全的盲处理和自动化工作。
[0015]基于上述特点，本发明除了具有易于集成，功耗低，不影响信号传输的有点外，还具有测量范围大，抗干扰能力强，以及全盲处理和自动化工作的优点。
【专利附图】

【附图说明】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步具体说明。
[0017]图1为本发明具体实施的色散损伤监测系统结构示意图。
[0018]图2为信号速率为40Gb/s，调制格式为33% -RZ时，输出信号〈P。。随TDC施加色散，PMD和OSNR的变化曲线图。
[0019]图3为信号速率为80Gb/s，调制格式为RZ-DQPSK时，输出信号〈P。。随色散，PMD和OSNR的变化曲线图。
[0020]图4为33 % -RZ信号的色散损伤识别结果图。
[0021]图5为33% -RZ DQPSK信号色散损伤的识别结果图。
【具体实施方式】
[0022] 如图1所示的基于数字非线性处理的散监测系统包括信号提取光滤波器1，可调色散补偿器 TDC:tunable dispersion compensator〗,光放大器 OA:optical amplifier3,噪声滤除光滤波器4，高速光探测器5，低速采样器6，模数转换器7，以及主控模块8。首先系统通过光滤波器从主传输线路获得部分信号光输入到TDC，主控模块驱动TDC产生一系列色散值，并在每一色散值下记录N个采样数字信号Pl，P2,…，pN以计算输出信号
【权利要求】
1.一种基于数字非线性处理的色散损伤监测方法，其特征在于，涉及光滤波器，可调色散补偿器TDC，光放大器0A，高速光探测器，低速采样器，模数转换器，以及主控模块，包括以下步骤:首先通过光滤波器从主传输线路获得部分用于监测的信号光，将该信号光输入到可调色散补偿器TDC，所述TDC对光信号施加一定色散值后输出光信号至所述光放大器，所述光放大器将光信号放大至一定功率后经所述光滤波器输入所述高速光探测器；所述光探测器将光信号转变为电信号并将其输入低速采样器和模数转换器，所述低速采样器以低于号波特率的速率进行异步采样，所述采样值输入到所述模数转换器，所述模数转换器将采样值转换为数字信号，并将其输入主控模块；所述主控模块驱动所述TDC产生一系列色散值，并在每一色散值下记录N个采样数字信号P1, Ρ2，".，Ρν，Ν为自然数，并以以下公式计算输出信号
2.根据权利要求1所述的基于数字非线性处理的色散损伤监测方法，其特征在于，所述f (Pj)为幂函数，指数函数，双曲函数，三角函数或对数函数。
3.根据权利要求1或2所述的基于数字非线性处理的色散损伤监测方法，其特征在于，所述主控模块识别出所述数据曲线的对称中心，包括如下步骤:对所述数据曲线进行差分运算，得到差分曲线；求出所述差分曲线中的最大和最小值及其对应的X坐标Xmax和Xmin,则所述数据曲线对称中心的X坐标为Xeen = round ((Xmax+Xmin)/2),其中round O为四舍五入操作；信号色散为上述对称中心坐标的相反值，即-χ_。
4.根据权利要求3所述的基于数字非线性处理的色散损伤监测方法，其特征在于，所述TDC采用单个或级联的TDC组成，或者采用若干个并联的具有不同色散范围的TDC或固定色散单元组成，或者在TDC前后增加若干固定色散单元用以对信号施加期望范围内按一定步长增加的色散。
5.根据权利要求1或2所述的基于数字非线性处理的色散损伤监测方法，其特征在于，所述TDC采用单个或级联的TDC组成，或者采用若干个并联的具有不同色散范围的TDC或固定色散单元组成，或者在TDC前后增加若干固定色散单元用以对信号施加期望范围内按一定步长增加的色散。
【文档编号】H04B10/077GK104009797SQ201410254781
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】崔晟, 何晟 申请人:华中科技大学