实现高阶拉曼系统Q因子最优化的自驱动方法和系统架构与流程

本发明涉及一种自驱动方法和系统架构，属于光通信领域，具体是涉及一种实现高阶拉曼系统q因子最优化的自驱动方法和系统架构。

背景技术：

超长单跨距光传输系统有别于传统的通信系统，其单跨距的光缆长度一般要求几百公里，线路中间不能有任何的中继设备。超长跨距全光传输系统为网络安全、稳定、经济运行提供有力保障。由于减少了光/电转换次数，并且可以利用光纤丰富的带宽资源，超长距离传输技术大大降低了长距离传输的成本，同时系统的可靠性和传输质量都得到了保证。采用前向纠错技术、功率放大器、前向高阶拉曼放大器、后向高阶拉曼放大器、发送端色散预补偿和接收端色散补偿等技术能扩大单跨距距离。超长单跨距光传输系统适合用于穿越沙漠、高原、湖泊、海峡等维护、供电不便的地区，因为没有中继站，减少了日常维护成本。

现有的传输系统性能指标主要强调是接收端的光功率和光信噪比，尤其是在光信噪比上，一般认为光信噪比较大的业务性能较好，理论和实验证明并非如此，较大的光信噪比也会引入误码，因此通过接收机的光信号质量参数q因子来评价业务性能好坏是最佳的评判标准，尤其是在较多的掺铒光纤放大器和大功率的拉曼放大器中应用时更显关键。因为在高功率输出的掺铒光纤放大器和大泵浦功率拉曼放大器应用中，经常会导致信号光出现非线性，但此时光信噪比仍然较大，此时光信号质量参数q因子是唯一的评价业务是否正常的唯一参数。

随着超长单跨距光传输系统的长期运行，系统受到光纤老化、系统产品老化、系统周边环境的变迁等因素的影响。同时不同速率传输系统对各产品指标参数要求不同，因此超长单跨距光传输系统的接收机的q值性能常常不能达到最优化，系统的可靠性和稳定性不能达到最佳效果。

技术实现要素：

本发明主要是解决现有技术所存在的超长单跨距光传输系统接收机q值性能不能达到最优化的技术问题，提供了一种实现高阶拉曼系统q因子最优化的自驱动方法和系统架构。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种高阶拉曼系统q因子最优化自驱动系统，包括：

发送端处理单元，用于根据获取的反向监控光信号调整发送端输出光功率、发送端色散补偿量、前向高阶拉曼放大器泵浦光功率；

接收端处理单元，用于获取发送端光监控信号并根据接收端的后向高阶拉曼放大器泵浦光功率、接收端色散补偿量、接收机q值信息生成反向光监控信号。

优选的，上述的一种高阶拉曼系统q因子最优化自驱动系统，系统的发送端包括：依次连接的业务发射机、功率放大器、发送端色散预补偿模块、前向高阶拉曼放大器、正向发送端波分复用器，正向传输光纤；

其中，所述正向发送端波分复用器通过发送端业务光监控模块连接反向接收端波分复用器；所述发送端处理单元连接功率放大器、发送端色散预补偿模块、前向高阶拉曼放大器、发送端业务光监控模块的控制端。

优选的，上述的一种高阶拉曼系统q因子最优化自驱动系统，系统的接收端包括：依次连接的正向接收端波分复用器、后向高阶拉曼放大器、接收端色散补偿模块、前置放大器、业务接收机；

其中，所述正向接收端波分复用器通过接收端业务光监控模块连接反向发送端波分复用器，所述接收端处理单元连接后向高阶拉曼放大器、接收端色散补偿模块、业务接收机的控制端。

一种高阶拉曼系统q因子最优化自驱动方法，包括：

信息反馈步骤，用于获取发送端光监控信号并根据接收端的后向高阶拉曼放大器泵浦光功率、接收端色散补偿量、接收机q值信息生成反向光监控信号；

动态调整步骤，用于用于根据获取的反向监控光信号调整发送端输出光功率、发送端色散补偿量、前向高阶拉曼放大器泵浦光功率。

优选的，上述的一种高阶拉曼系统q因子最优化自驱动方法，发送端功率放大器的输出光功率的范围为0dbm～20dbm。

优选的，上述的一种高阶拉曼系统q因子最优化自驱动方法，发送端色散预补偿模块的色散补偿量范围为-2000ps/nm～0ps/nm。

优选的，上述的一种高阶拉曼系统q因子最优化自驱动方法，前向高阶拉曼放大器包含4种泵浦激光器，每种泵浦激光器的泵浦光功率范围为0dbm～30dbm。

优选的，上述的一种高阶拉曼系统q因子最优化自驱动方法，后向高阶拉曼放大器包含4种泵浦激光器，每种泵浦激光器的泵浦光功率范围为0dbm～30dbm。

优选的，上述的一种高阶拉曼系统q因子最优化自驱动方法，接收端色散预补偿模块包含固定色散补偿模块和可调色散补偿模块，其中可调色散补偿模块的色散补偿量范围为-1200ps/nm～+1200ps/nm。

优选的，上述的一种高阶拉曼系统q因子最优化自驱动方法，发送端业务光监控模块和接收端业务光监控模块的监控光波长为1510nm，速率为155mb/s。

因此，本发明具有如下优点：通过采用本系统架构和自驱动优化方法，可以使得超长单跨距光传输系统的接收机的q值性能长期达到最优化，提高超长单跨距光传输系统的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是实现高阶拉曼系统q因子最优化系统架构图；

图2是高阶拉曼系统发送端结构图；

图3是高阶拉曼系统接收端结构图；

图4是系统发送端色散预补偿量与接收端q值的关系；

图5是系统发送端入纤光功率与接收端q值的关系；

图6是系统发送端前向高阶拉曼放大器泵浦光功率与接收端q值的关系；

图7是系统接收端后向高阶拉曼放大器泵浦光功率与接收端q值的关系；

图8是系统接收端色散补偿量与接收端q值的关系。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

图1示出了本发明提出的实现高阶拉曼系统q因子最优化系统架构图。该系统结构包括业务发射机(1)，功率放大器(2)，发送端色散预补偿模块(3)，前向高阶拉曼放大器(4)，正向发送端波分复用器(5)，正向传输光纤(6)，正向接收端波分复用器(7)，后向高阶拉曼放大器(8)，接收端色散补偿模块(9)，前置放大器(10)，业务接收机(11)，发送端处理单元(12)，发送端业务光监控模块(13)，接收端业务光监控模块(14)，接收端处理单元(15)，反向接收端波分复用器(16)，反向传输光纤(17)，反向发送端波分复用器(18)。图2和图3示出了本发明高阶拉曼系统发送端结构图和接收端结构图。

图2示出了本发明高阶拉曼系统发送端结构图。连接关系为：业务发射机1通过端口1a发送业务信号光，业务信号光与功率放大器2的输入端2a连接，经过光放大器放大后通过端口2b输出放大后的信号光，功率的放大器的控制端口2c连接至发送端处理单元12；2b端口的业务信号光与发送端色散预补偿模块3的输入端3a连接，经过色散补偿后的信号光通过3b端口输出，发送端色散预补偿模块3的控制端口3c连接至发送端处理单元12；色散补偿后的信号光进入前向高阶拉曼放大器4的输入端4a，通过与泵浦光合波后从输出端口4b一起输出，前向高阶拉曼放大器4的控制端口4c连接至发送端处理单元12；前向高阶拉曼放大器4的输出端口与正向发送端波分复用器5的业务光端口5a连接，监控光端口5c与发送端业务光监控模块13的发送端13a连接，发送端业务光监控模块13的控制端口13c连接至发送端处理单元12；最终业务光和监控光合波后通过合波端5b进入正向传输光纤6。反向业务光和监控光经过反向传输光纤17后进入反向接收端波分复用器16的合波端口16a，业务光通过反向接收端波分复用器16的业务光端口16c进入反向后向高阶拉曼放大器。监控光通过反向接收端波分复用器16的监控光端口16b输出，输出的监控光进入发送端业务光监控模块13的接收端13b。

图3示出了本发明高阶拉曼系统接收端结构图。经过正向传输光纤6传输后的业务光和监控光进入接收端的正向接收端波分复用器7的合波端7a，业务光通过正向接收端波分复用器7的业务光端口7b输出，监控光通过正向接收端波分复用器7的监控光端口7c输出，监控光然后进入接收端业务光监控模14的接收端14a，接收端业务光监控模14的控制端口14c连接至接收端处理单元15；经过业务光端口7b输出的业务光进入后向高阶拉曼放大器8的输入端8a，后向高阶拉曼放大器8的输出端8b与接收端色散补偿模块9的输入端9a连接，后向高阶拉曼放大器8的控制端口8c连接至接收端处理单元15；接收端色散补偿模块9的输出端9b与前置放大器10的输入端10a连接，经过放大后的业务光通过输出端10b输出，放大后的业务光最后进入业务接收机11的输入端11a，业务接收机11的控制端口11b连接至接收端处理单元15。接收端业务光监控模14的发送端14b输出监控光，然后进入反向发送端波分复用器18的监控光端口18b，反向发射的业务光进入反向发送端波分复用器18的业务光端口18a，业务光和监控光的合波信号通过反向发送端波分复用器18的合波端18c输出，然后进入反向传输光纤17。

图1、图2和图3示出了本发明提出的实现高阶拉曼系统q因子最优化的系统架构，实现高阶拉曼系统q因子最优化的自驱动方法步骤具体包括：

所有业务光和监控光均处于政策工作状态，系统发送端功率放大器的输出光功率、发送端色散预补偿模块的色散补偿量、前向高阶拉曼放大器泵浦光功率的信息均通过各自的控制接口发送至发送端处理单元；

发送端处理单元将系统发送端功率放大器的输出光功率、发送端色散预补偿模块的色散补偿量、前向高阶拉曼放大器泵浦光功率的信息发送至发送端业务光监控模块；

业务光监控模块承载的系统发送端功率放大器的输出光功率、发送端色散预补偿模块的色散补偿量、前向高阶拉曼放大器泵浦光功率等信息的监控光与业务光通过波分复用器合波后进入传输光纤；

在传输光纤的末端，承载系统发送端功率放大器的输出光功率、发送端色散预补偿模块的色散补偿量、前向高阶拉曼放大器泵浦光功率等信息的监控光与业务光通过波分复用器分波后进入接收端业务光监控模块；

接收端业务光监控模块、后向高阶拉曼放大器泵浦光功率、接收端色散补偿量和接收机q值等信息发送至接收端处理单元；

接收机通过q值去自驱动调节发送端功率放大器的输出光功率、发送端色散预补偿模块的色散补偿量、前向高阶拉曼放大器泵浦光功率、后向高阶拉曼放大器泵浦光功率以及接收端色散补偿量，最终q值最大时，系统工作在最佳状态。

采用上述结构后，本发明还提供该系统所使用的自驱动调节方法，具体包括以下步骤：

步骤1：通过接收端处理单元模块读取系统接收机q值信息q0、后向高阶拉曼放大器泵浦光功率pb0以及接收端色散补偿量dcb0；系统发送端通过正向监控光将功率放大器输出光功率ps0、发送端色散预补偿模块的色散补偿量dcf0、前向高阶拉曼放大器泵浦光功率pf0等信息传递至系统接收端的处理单元模块。

步骤2：改变后向高阶拉曼放大器泵浦光功率pb0，按照步长为50mw逐渐增加，同时每改变一次后向高阶拉曼放大器泵浦光功率为pbn后，通过接收端处理单元模块读取系统接收机q值信息qn，当qn值开始出现不变或降低时终止变更后向高阶拉曼放大器泵浦光功率，此时通过接收端处理单元模块将后向高阶拉曼放大器泵浦光功率设置为(pbn-50)mw，此时后向高阶拉曼放大器泵浦光功率已调为最佳。其中，初始的值为pb0，第一次调整后的值为pb1(其中pb1＝pb0+50)；第二次调整后的值为pb2(其中pb2＝pb1+50)；以此类推，第n次调整后的pbn(其中pbn＝pbn-1+50)，此时对应的q值为最大值(即第n+1次调整对应的q值小于或等于第n次调整的q值)。为避免系统设置误差，建议将后向高阶拉曼放大器泵浦光功率设置为(pbn-50)mw。

步骤3：改变接收端色散补偿量dcb0，按照步长为10ps/nm逐渐增加，同时每改变一次接收端色散补偿量dcbn后，通过接收端处理单元模块读取系统接收机q值信息qn，当qn值开始出现不变或降低时终止变更接收端色散补偿量，此时通过接收端处理单元模块将接收端色散补偿量设置为(dcbn-20)ps/nm，此时接收端色散补偿量已调为最佳。其中，初始的值为dcb0，第一次调整后的值为dcb1(其中dcb1＝dcb0+20)；第二次调整后的值为dcb2(其中dcb2＝dcb1+20)；以此类推，第n次调整后的dcbn(其中dcbn＝dcbn-1+20)。此时第n次调整对应的q值为最大值(即第n+1次调整对应的q值小于或等于第n次调整的q值)。为避免系统设置误差，建议将接收端色散补偿量设置为(dcbn-20)ps/nm。

步骤4：系统接收端处理单元模块给出一个发送端色散预补偿模块的色散补偿量dcb0＝0ps/nm的命令，通过反向监控光将该信息传递至系统发送端处理单元模块，系统发送端处理单元模块将送端色散预补偿模块的色散补偿量设置为0ps/nm。

步骤5：系统接收端处理单元模块给出一个功率放大器输出光功率ps0＝a0dbm的命令(此时进入光纤起始端的光功率为-10dbm)，通过反向监控光将该信息传递至系统发送端处理单元模块，系统发送端处理单元模块将功率放大器输出光功率设置为a0dbm。

步骤6：系统接收端处理单元模块给出一个前向高阶拉曼放大器泵浦光功率pf0＝100mw的命令，通过反向监控光将该信息传递至系统发送端处理单元模块，系统发送端处理单元模块将前向高阶拉曼放大器泵浦光功率设置为100mw。

步骤7：改变前向高阶拉曼放大器泵浦光功率pf0，按照步长为50mw逐渐增加，同时每改变一次前向高阶拉曼放大器泵浦光功率pfn后，通过接收端处理单元模块读取系统接收机q值信息qn，当qn值开始出现不变或降低时终止变更前向高阶拉曼放大器泵浦光功率，记录此时的q值qm1，以及记录此时的功率放大器输出光功率pms1；以及记录此时的前向高阶拉曼放大器泵浦光功率pmf1＝(pfn-50)mw。

步骤8：在步骤5中，令ps1＝a1dbm(此时进入光纤起始端的光功率为-8dbm)，重复步骤6和步骤7，完成后，记录此时的q值qm2，以及记录此时的功率放大器输出光功率pms2；以及记录此时的前向高阶拉曼放大器泵浦光功率pmf2＝(pfn-50)mw。

步骤9：比较qm2和qm1，如果qm2＞qm1，继续执行步骤8(其中进入光纤起始端的光功率按照步长为2db增加)。得出一系列qm1、qm2…qmn，

其中qmn的值小于或等于qm(n-1)，此时将功率放大器输出光功率设置为ps＝a(n-1)dbm,将前向高阶拉曼放大器泵浦光功率设置为(pf(n-1)-50)mw。

步骤10：改变发送端色散补偿量dcf0，按照步长为10ps/nm逐渐增加，同时每改变一次发送端色散补偿量dcfn后，通过接收端处理单元模块读取系统接收机q值信息qn，当qn值开始出现不变或降低时终止变更发送端色散补偿量，此时通过发送端处理单元模块将发送端色散补偿量设置为(dcfn-20)mw，此时发送端色散补偿量已调为最佳。

结合上述步骤1-步骤10，正向监控光承载发送端的功率放大器的输出光功率、发送端色散预补偿模块的色散补偿量、前向高阶拉曼放大器泵浦光功率等信息传递至接收端处理单元；反向监控光承载接收端的后向高阶拉曼放大器泵浦光功率设置值和接收端色散补偿量设置值等信息传递至发送端处理单元，即可以实现整个系统的所有设备的全自动化设置和优化，使得系统每个设备均工作在最优状态，最终使得系统性能最佳化。

为进一步说明发送端功率放大器的输出光功率、发送端色散预补偿模块的色散补偿量、前向高阶拉曼放大器泵浦光功率、后向高阶拉曼放大器泵浦光功率以及接收端色散补偿量在不同条件下对系统接收机q值的影响，图4、图5、图6、图7和图8分别描述了各自与接收端q值的关系。

图4示出了系统发送端色散预补偿量与接收端q值的关系。在发送端功率放大器的输出光功率、前向高阶拉曼放大器泵浦光功率、后向高阶拉曼放大器泵浦光功率以及接收端色散补偿量保持不变的条件下，会存在一个小范围的色散补偿量dc1～dc2之间，使得系统接收机的q值最优化。

图5示出了系统发送端入纤光功率与接收端q值的关系。在发送端色散预补偿模块的色散补偿量、前向高阶拉曼放大器泵浦光功率、后向高阶拉曼放大器泵浦光功率以及接收端色散补偿量保持不变的条件下，当入纤光功率偏小时，系统接收机q值也偏小；当入纤光功率偏大时，因光纤的非线性效应导致系统的接收机q值急剧劣化。因此入纤光功率存在一个最佳值，使得系统接收机的q值最优化。

图6示出了系统发送端前向高阶拉曼放大器泵浦光功率与接收端q值的关系。在发送端功率放大器的输出光功率、发送端色散预补偿模块的色散补偿量、后向高阶拉曼放大器泵浦光功率以及接收端色散补偿量保持不变的条件下，当前向高阶拉曼放大器泵浦光功率偏小时，系统接收机q值也偏小；当前向高阶拉曼放大器泵浦光功率偏大时，因光纤的非线性效应导致系统的接收机q值急剧劣化。因此前向高阶拉曼放大器泵浦光功率存在一个最佳值，使得系统接收机的q值最优化。

图7示出了系统接收端后向高阶拉曼放大器泵浦光功率与接收端q值的关系。在发送端功率放大器的输出光功率、发送端色散预补偿模块的色散补偿量、前向高阶拉曼放大器泵浦光功率以及接收端色散补偿量保持不变的条件下，当后向高阶拉曼放大器泵浦光功率偏小时，系统接收机q值也偏小；当后向高阶拉曼放大器泵浦光功率偏大时，因光纤的非线性效应导致系统的接收机q值急剧劣化。因此后向高阶拉曼放大器泵浦光功率存在一个最佳值，使得系统接收机的q值最优化。

图8示出了系统接收端色散补偿量与接收端q值的关系。在发送端功率放大器的输出光功率、发送端色散预补偿模块的色散补偿量、前向高阶拉曼放大器泵浦光功率以及后向高阶拉曼放大器泵浦光功率保持不变的条件下，会存在一个小范围的色散补偿量dc1～dc2之间，使得系统接收机的q值最优化。

本实施例中，发送端功率放大器的输出光功率，通过功率放大器，可以提高入纤光功率，提高发射端的osnr，能极大改善系统接收机的q值；

本实施例中，发送端色散预补偿模块的色散补偿，采用该方式可以改善光谱宽，能有效抑制高光功率导致的rni、mpi等非线性代价。

本实施例中，前向高阶拉曼放大器采用4种泵浦激光器，并且最高达30dbm泵浦光功率，可以实现较大分布式信号光增益，同时获取到较低的负噪声指数，能较大地提高等效入纤光功率。

本实施例中，后向高阶拉曼放大器采用4种泵浦激光器，并且最高达30dbm泵浦光功率，可以实现较大分布式信号光增益，同时获取到较低的负噪声指数，能较大地改善信号光osnr。

本实施例中，接收端色散预补偿模块包含固定色散补偿模块和可调色散补偿模块。可调色散补偿模块可以精确对业务光的色散进行补偿，能较好改善因传输光纤色散对信号脉冲的畸形展宽进行补偿，从容较大提高接收机的灵敏度。

本实施例中，业务光监控模块的监控光波长为1510nm，速率为155mb/s。采用1510波长是因为前向高阶拉曼放大器和后向高阶拉曼放大器能较好地对其进行分布式拉曼放大，从而保证其实现长距离传输，并且与信号光1550nm距离较远，相互之间影响较小。155mb/s的接收灵敏度较低，可以实现较长距离的传输，在保证业务光无误码传输同时，也能保证监控光能在同等距离情况下实现无误码传输监控信息。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。