分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法
【专利摘要】本发明涉及一种分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法，属于光通信【技术领域】。本发明方法对光纤链路输出的光脉冲信号进行相干解调，得到光脉冲信号的复数场，再对复数场进行分数阶傅里叶变换，根据啁啾信号分数谱的能量聚焦效应，计算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；本方法能用于不同种类光纤组成的光通信链路系统，进行光纤链路色散的监测。
【专利说明】分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法，属于高速光通信技 术领域。本方法能应用于不同种类光纤组成的光通信链路系统，进行光纤链路色散的监测。
【背景技术】
[0002] 单色光经过数据调制之后，光信号的频谱展宽，不同频率成分的传输速度不同，导 致不同频率的光到达的时间不同，即色散效应。在光纤数字通信系统中，色散效应导致脉 冲展宽，限制了系统可传输信号的最高速率。系统的调制格式和光信号的符号速率对色散 容限的影响都很大。例如对于lOGbps系统，标准单模光纤的无补偿传输距离约为60km，而 40Gbps系统的传输距离仅为3. 5km。因此，在光纤通信系统和网络中，需要对光纤链路的色 散进行实时监测和均衡。传统光纤色散测量方法主要有频谱分析法、残留边带滤波法、非线 性光谱分析法等。
[0003] 频谱分析法主要有射频导频法和时钟频率法。射频导频法采用射频导频为监测对 象，在发射机中加入一个射频导频，其带宽小于信号带宽，在光纤传输中，导频与信号经历 相同的色散。无色散状态下，导频的上下边带相位相同，接收功率最大；存在色散时，其上 下边带产生相位差，在接收端出现射频功率的衰减，通过测量导频功率测量色散。导频频 率高，则监测的灵敏度大，但可监测范围变小，反之则监测范围大，灵敏度低，二者为一对矛 盾。同时加载高频和低频两种导频，可以改善色散监测的动态范围和灵敏度。以导频调制 进行色散监测的局限性在于无法区分色散的正负，而且需要对发射机进行改造。时钟频率 法通过提取被测光信号的时钟频率成分，监测时钟频谱功率的变化来测量色散。提取时钟 频率分量测量光纤色散虽然无需改造发射机，但是仍然无法区分色散的正负。
[0004] 残留边带滤波法使用带通滤波器将光信号分别进行上、下边带的滤波，通过检测 两个残留边带信号的时延差，可以测量光纤的色散。在光电变换之后，将两路残留边带信号 进行相位检测，可以得到两路信号的相位差，间接测量光纤色散。残留边带滤波法无需对发 射机进行改动，灵敏度高，能够区分色散的正负，同时不受偏振模色散，非线性双折射和啁 啾的影响。但其带通滤波器的带宽等于信号的比特率，对信号速率不透明。
[0005] 非线性光谱分析法的原理是：色散导致光信号时域脉冲展宽，峰值功率下降，使光 纤产生的非线性效应降低，通过带通滤波器的光功率将减小，因此通过测量滤波器之后的 光功率变化可以监测色散的变化。此方法的局限在于无法分辨色散的正负，并且色散和非 线性的相互作用会影响色散监测的准确性。
[0006] 以上方法各有其缺点，无法对实际运行的光纤链路进行无干扰、调制格式透明、信 号速率透明的色散监测。因此如何对超高速光纤通信链路的色散进行无扰、实时准确地测 试是当如的难题，亟需解决。
【发明内容】
[0007] 发明的目的是为解决超高速光纤链路色散无扰、实时准确测试的难题，提出了一 种分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法，能准确测量光纤链路的色散。
[0008] 发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0009] 分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法中心思想为光纤链路的色散使光脉 冲信号变成啁啾信号，根据啁啾信号在分数阶傅里叶变换中具有能量聚焦效应，计算分数 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；-
[0010] 具体包括如下步骤：
[0011] 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 E:和虚部E Q，再计算复数电场E = ，其中，j是虚数单位；
[0012] 步骤二、对步骤一得到的光脉冲信号的复数场进行分数阶傅里叶变换，根据啁啾 信号分数谱的能量聚焦效应，搜索分数阶傅里叶变换的最优分数阶次p ，搜索最优分 数阶次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。
[0013] 步骤三、计算光脉冲信号的啁啾；
[0014] 具体方法为：根据步骤二得到的最优分数阶次P，计算光脉冲信号的啁啾系 数
【权利要求】
1. 分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法，其特征在于：光纤链路的色散使光脉 冲信号变成啁啾信号，根据啁啾信号在分数阶傅里叶变换中具有能量聚焦效应，计算分数 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； 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分数阶傅里叶变换，根据啁啾信号 分数谱的能量聚焦效应，搜索分数阶傅里叶变换的最优分数阶次P ，搜索最优分数阶 次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； 步骤三、计算光脉冲信号的啁啾；具体方法为：根据步骤二得到的最优分数阶次P ，计算光脉冲信号的啁啾系数
S为分数阶傅里叶变换中的尺度 因子，其取值为N是信号的米样点数； 2λ·χ3,〇χ!Ο8χ0 步骤四、计算光纤链路的色散为--Ja-其中λ^为光脉冲信号的中心波 <%， 长。
2. 根据权利要求1所述的分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法，其特征在于： 搜索分数阶傅里叶变换的最优分数阶次P ，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P^imum;具体为，分数阶次P1按照固定的步长△在 [〇, 2]范围内变化Pi=Pη+Λ，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σi，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_imUffl。
【文档编号】H04B10/077GK104467969SQ201410752087
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】杨爱英, 陈晓宇 申请人:北京理工大学