CN102075241A - 动态色散检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态色散检测方法及装置。其中装置包括：可调色散补偿调节器、解调器、接收机、部分频带射频功率检测单元、电信号比计算单元。方法包括：对接收到的光信号进行相位解调；将解调后的光信号转换为电信号；对所述电信号进行射频功率取样，获取射频信号；获取所述射频信号的电信号比；使用当前检测到的电信号比的值与之前检测到的电信号比的值相比较，根据比较结果调节色散补偿值，找到所述电信号比的峰值，根据所述电信号比的峰值获取系统的残余色散值。应用本发明可以检测到系统的最佳色散，有效提高系统性能。

Description

动态色散检测方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种动态色散检测方法及装置。

背景技术

在光纤通信系统中色散容限与比特速率成反比，随着传速速率的增加，系统的色散容限迅速下降，在将来的智能化全球通信网络中，各个节点信道上下路及交换情况越来越复杂，接收端无法预知光信号的具体通路，因此链路色散具有不确定性，残余色散值容易超过系统的色散容限，对系统性能产生严重影响，因此如何经济有效地对系统色散进行动态补偿成为研究的热点。

在现有技术中，主要利用业务接通后产生的误码率性能误比特率(BER，Bit Error Ratio)来对系统色散进行动态补偿，具体内容如下：

在接通业务之前，由可调色散补偿器(TDC，Tunable DispersionCompensator)进行色散补偿的粗调，在进行色散补偿粗调的同时，光接收模块进行信号解调，等光纤通信系统色散落在光接收模块可以接收的色散窗口内时完成信号的解调；

业务接通后，停止TDC粗调，采集系统的BER，反馈给TDC，TDC根据系统的BER进行TDC细调，直至反馈的BER在一段时间内最小，此时的TDC值可以认为是系统最佳色散补偿值，因此可以完成色散动态补偿。

在对现有技术的研究和实践过程中，发明人发现现有技术存在以下问题：

由于TDC调节和信号解调同步进行，可能出现TDC已经在调节到信号允许的色散窗口内，而此时信号解调还没完成，无法接通业务，错过最佳色散窗口而业务不通的情形，导致出现第二次TDC搜索，造成接通业务时间变长。

BER需要在业务通后能下发误码的条件下才能调节，调节时间较慢，增加了系统通业务的时间。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种动态色散检测方法及装置，可以检测到系统的最佳色散，有效提高系统性能。

为解决上述技术问题，本发明实施例一方面，提供了一种动态色散检测装置，包括：可调色散补偿调节器、解调器、接收机、部分频带射频功率检测单元、电信号比计算单元；

所述可调色散补偿调节器对接收到的光信号进行色散补偿后，将收到的光信号发送到解调器；

所述解调器对接收到的光信号进行相位解调；

接收机将所述解调器输出的光信号转换为电信号；

部分频带射频功率检测单元，对所述接收机转换获得的电信号进行射频功率取样，获取射频信号；

电信号比计算单元，获取所述射频信号的电信号比，持续向所述可调色散补偿调节器发送所述电信号比；

可调色散补偿调节器，使用当前接收到的电信号比的值与之前收到的电信号比的值相比较，根据比较结果调节色散补偿值，得到所述电信号比的峰值，根据所述电信号比的峰值确定系统的残余色散值。

另一方面，提供了一种动态色散检测方法，包括：

对接收到的光信号进行相位解调；

将解调后的光信号转换为电信号；

对所述电信号进行射频功率取样，获取射频信号；

获取所述射频信号的电信号比；

使用当前检测到的电信号比的值与之前检测到的电信号比的值相比较，根据比较结果调节色散补偿值，找到所述电信号比的峰值，根据所述电信号比的峰值获取系统的残余色散值。

由以上技术方案可以看出，将光信号转换为电信号，寻找电信号比峰值，再根据电信号比峰值获取系统的残余色散值，由于电信号比峰值对应的色散值就是系统的最佳残余色散值，因此可以检测到系统的最佳残余色散值，由于电信号比的脉冲展宽较窄，因此更容易找到峰值，使用电信号比确认最佳残余色散值，准确度较高，可以提高检测系统残余色散的精度，进一步将检测到的最佳残余色散应用于色散补偿，就可以避免信号错过系统色散最佳窗口的问题，提高了可靠性，且不需要等待业务通后能下发误码的条件下再进行调节，加快了系统通业务的时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的动态色散检测装置的系统框图；

图2为本发明实施例提供的动态色散检测方法流程图；

图3为信号幅度与累积色散d的关系曲线图；

图4为不同色散值情况下电信号频谱的仿真曲线；

图5为本发明实施例提供的部分频带射频功率检测单元的结构图；

图6为本发明实施例提供的可调色散补偿调节器的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

动态色散补偿系统中，色散检测技术和补偿具有核心地位，色散检测的范围和精度直接决定了动态色散补偿系统的范围和精度，其复杂程度也直接决定了补偿系统的总成本，40Gbps速率以上的光模块色散容限低，需要进行色散补偿，如何寻找最佳色散点，成为动态色散补偿的关键技术。

本发明实施例提供了一种动态色散检测方法及装置，可以检测到系统的最佳色散，有效提高系统性能。

本发明实施例提供的动态色散检测装置，包括：

可调色散补偿调节器、解调器、接收机、部分频带射频功率检测单元、电信号比计算单元；

该可调色散补偿调节器对接收到的光信号进行色散补偿后，将收到的光信号发送到解调器；

解调器，对接收到的光信号进行相位解调；

接收机，将该解调器输出的光信号转换为电信号；

部分频带射频功率检测单元，对该接收机转换获得的电信号进行射频功率取样，获取射频信号；

电信号比计算单元，获取该射频信号的电信号比，持续向该可调色散补偿调节器发送该电信号比；

其中，电信号比计算单元获取的电信号比为在一段预定时间内检测该射频信号的射频峰值与射频谷值的比值。

可调色散补偿调节器，使用当前接收到的电信号比的值与之前收到的电信号比的值相比较，根据比较结果调节色散补偿值，找到该电信号比的峰值，根据该电信号比的峰值确定系统的残余色散值。

本发明实施例提供的动态色散检测装置，将光信号转换为电信号，寻找电信号比峰值，再根据电信号比峰值获取系统的残余色散值，由于电信号比峰值对应的色散值就是系统的最佳残余色散值，因此可以检测到系统的最佳残余色散值，由于电信号比的脉冲展宽较窄，因此更容易找到峰值，使用电信号比确认最佳残余色散值，准确度较高，可以提高检测系统残余色散的精度，进一步将检测到的最佳残余色散应用于色散补偿，就可以避免信号错过系统色散最佳窗口的问题，提高了可靠性，且不需要等待业务通后能下发误码的条件下再进行调节，加快了系统通业务的时间。

图1为本发明实施例提供的动态色散检测装置的系统框图，包括：可调色散补偿调节器(TDCM，TDC Modulation)101、解调器(DM，Demodulator)102、接收机103、部分频带射频(RF，Radio Frequency)功率检测单元104、电信号比(ESR，Electrical signal Ratio)计算单元105。

可调色散补偿调节器101接收到光信号后，先对接收到的光信号进行色散补偿，然后将光信号发送到解调器102，在系统初始运行时，可调色散补偿调节器101会有一个初始色散补偿值，该初始色散补偿值可以由用户根据经验预设，也可以使用系统预设值。

解调器102接收到光信号时，完成对光信号的相位解调。

接收机103为光电转换部分，主要完成将解调器102输出的光信号转换成电信号。

部分频带射频功率检测单元104用于对转换后的电信号某一段频段进行采样，计算转换后电信号的部分频带上的RF功率，主要完成电信号的RF功率取样，交予后续的电信号比计算单元105；构成部分频带射频功率检测单元104的主要器件，可以是功率检波器和部分滤波电路。

电信号比计算单元105主要负责逻辑处理部分，主要用来计算部分频带射频功率检测单元104检测到的RF信号的ESR值，ESR的值等于检测RF信号得到的RF峰值与RF谷值的比值，即ESR值＝RF峰值/RF谷值；计算ESR值的过程是一个持续计算的过程，随着时间的变化可以得到不同时间段的ESR值，然后将计算出的ESR值持续交给可调色散补偿调节器101；电信号比计算单元105可以使用微程序控制器(MCU，Microcontroller Unit)或者现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)器件实现。

可调色散补偿调节器101收到电信号比计算单元105获取的ESR值后，使用当前收到的ESR值与之前收到的ESR值进行比较，如果收到的ESR值持续上升，则继续调节色散补偿值，在收到的ESR值开始出现下降时，可以确认之前收到的ESR值已经出现了ESR值的峰值，也就是收到的ESR最大值，ESR最大值对应的色散值就是系统的最佳残余色散值，因此可以根据ESR峰值确认系统的残余色散值，进一步，可以根据该残余色散值及时进行系统残余色散补偿，停止调节色散补偿值。

其中确认ESR峰值的方式可以是，在发现收到的ESR值比前一个ESR值小的时候，即认为前一个ESR值为ESR峰值，也可以是在一段时间内ESR值持续下降，以之前收到的ESR最大值为ESR峰值，以避免ESR值抖动造成的误差。

其中，部分频带射频功率检测单元可以包括：

平方器，对该电信号进行平方运算；

低通滤波器，对该平方器运算的结果进行低通滤波；

均方器，对该低通滤波器滤波的结果求均方值；

放大器，对该均方器放大输出射频信号；

模数转换器，对该射频信号进行模数转换。

当然这是一种获取射频信号实现部分频带射频功率检测单元的实施例，其他获取射频信号的装置构成也可以使用。

以上为对本发明实施例提供的动态色散检测装置的描述，本发明实施例提供的动态色散检测装置的具体使用方法极原理分析，可参考下文对本发明实施例提供的动态色散检测方法的描述。

本发明实施例提供的动态色散检测方法流程如图2所示，包括：

201、对接收到的光信号进行相位解调。

202、将解调后的光信号转换为电信号。

203、对电信号进行射频功率取样，获取射频信号。

204、获取该射频信号的电信号比。

获取该射频信号的电信号比，该电信号比为在一段预定时间内检测射频信号的射频峰值与射频谷值的比值，即ESR值＝RF峰值/RF谷值；计算ESR值的过程是一个持续计算的过程，随着时间的变化可以得到不同时间段的ESR值。

205、根据该电信号比值获取系统的残余色散值。

使用当前检测到的电信号比的值与之前检测到的电信号比的值相比较，如果收到的ESR值持续上升，则继续调节色散补偿值，在收到的ESR值开始出现下降时，可以确认之前收到的ESR值已经出现了ESR值的峰值，也就是收到的ESR最大值，ESR最大值对应的色散值就是系统的最佳残余色散值，因此可以根据ESR峰值确认系统的残余色散值。

其中确认ESR峰值的方式可以是，在发现收到的ESR值比前一个ESR值小的时候，即认为前一个ESR值为ESR峰值，也可以是在一段时间内ESR值持续下降，以之前收到的ESR最大值为ESR峰值，以避免ESR值抖动造成的误差。

进一步，可以使用该残余色散值及时进行系统残余色散补偿。

本发明实施例提供的动态色散检测方法，将光信号转换为电信号，寻找电信号比峰值，再根据电信号比峰值获取系统的残余色散值，由于电信号比峰值对应的色散值就是系统的最佳残余色散值，因此可以检测到系统的最佳残余色散值，由于电信号比的脉冲展宽较窄，因此更容易找到峰值，使用电信号比确认最佳残余色散值，准确度较高，可以提高检测系统残余色散的精度，进一步将检测到的最佳残余色散应用于色散补偿，就可以避免信号错过系统色散最佳窗口的问题，提高了可靠性，且不需要等待业务通后能下发误码的条件下再进行调节，加快了系统通业务的时间。

以下将论述电信号比和残余色散值的对应关系。

参考图1可以看出，解调器102接收的是光信号，光纤所传送信号的不同频率成分或不同模式成分的群速度不同，传过同样的距离会有不同的时延，引起传输信号畸变，主要为脉冲的展宽；将传输信号视为高斯脉冲，设T₀为信号时域上的初始信号宽度，T为信号时域上信号宽度，T会随着传输距离Z的增加而逐渐增大，T与Z的关系参见公式①：

T₁(Z)＝T₀[1+(z/L_D)²]^1/2                                公式①

其中， $L_D=T_0^2/\left|{\mathrm{\β}}_2\right|$

信号宽度T展宽，会导致信号功率U的幅度下降，U与T的关系参见公式②

$U(z,T)=\frac{T_0}{{(T_0^2-I{\mathrm{\β}}_{2}z)}^{1/2}}\exp (-\frac{T^2}{2(T_0^2-I{\mathrm{\β}}_{2}z)})$ 公式②

把式中的传输距离Z和β2用累计色散d表示，U可以表示为公式③：

$U(d,T)=\frac{T_0}{{(T_0^2-i\frac{{\mathrm{\λ}}_{2}d}{2\mathrm{\πc}})}^{1/2}}\exp (-\frac{T^2}{2(T_0^2-i\frac{{\mathrm{\λ}}_{2}d}{2\mathrm{\πc}})})$ 公式③

从上述公式看出，累积色散d从时域上展宽信号脉冲，其展宽大小取决与累积色散d，其信号幅度与累积色散d的关系曲线如图3所示：

曲线S1为有累积色散0ps/nm下的信号归一化幅度曲线；曲线S2为有累积色散68ps/nm下的信号归一化幅度曲线；曲线S3为有累积色散136ps/nm下的信号归一化幅度曲线。

从图3可以看出，随着累积色散值的增加其信号的幅度会随之下降，且下降关系明显，定义光信号消光比为：Ex＝信号的功率峰值与谷值的比值，则累积色散值越大，信号幅度越小，光信号消光比越小。

电功率检测是检测光脉冲信号经过光电检测器件输出电信号的功率，接收机103就是一种光电检测器件。色度色散使光纤中传输的光脉冲在时域展宽，但不影啊光脉冲的频谱，而只改变了每个频谱分量的相位。接收机103探测输入光信号的光强，忽略光信号的相位变化，将输入光脉冲变为电脉冲，电脉冲的频谱随着光脉冲包络的展宽而变窄，导致给定频点处电功率值随色度色散变化。

接收机103将接收到的光信号转换成电信号，使入射光功率有效的转换成光电流，接收机103的一个重要参量是响应度R，定义为：R＝Ip/P0，其中Po为入射到光探测器上的光功率，IP为产生的光电流。光功率Po与光脉冲包络U(z，T)大小的平方成正比。因此，当输入光信号为公式②给定的光脉冲序列时，则光功率Po可表述为公式④：

$P_0(d,T)={\left|U(z,T)\right|}^2=\frac{{T_0}^2}{{(T_0^4+\frac{{\mathrm{\λ}}^4{d}^2}{4{\mathrm{\π}}^2{c}^2})}^{1/2}}\exp (-\frac{T^2{T_0}^2}{(T_0^4+\frac{{\mathrm{\λ}}^4{d}^2}{4{\mathrm{\π}}^2{c}^2})})$ 公式④

接收机103出电信号I可表述为公式⑤：

$I(d,T)=R*P_0(d,T)=R*\left[\frac{{T_0}^2}{{(T_0^4+\frac{{\mathrm{\λ}}^4{d}^2}{4{\mathrm{\π}}^2{c}^2})}^{1/2}}\exp (-\frac{T^2{T_0}^2}{(T_0^4+\frac{{\mathrm{\λ}}^4{d}^2}{4{\mathrm{\π}}^2{c}^2})})\right]$ 公式⑤

同时可以得到电信号I(d，T)频谱，电信号I(d，T)频谱可表述为公式⑥：

$\tilde{I}(d,\mathrm{\ω})=\sqrt{2{\mathrm{\π}}^4}\sqrt{(T_0^4+\frac{{\mathrm{\λ}}^4{d}^2}{4{\mathrm{\π}}^2{c}^2})}\exp [-\frac{1}{2}(T_0^2+\frac{{\mathrm{\λ}}^4{d}^2}{4{\mathrm{\π}}^2{c}^2}){\mathrm{\ω}}^2]$ 公式⑥

从公式⑥中可以看出，虽然色度色散不会影响光脉冲信号的频谱，却能改变电信号的频谱。因此，通过分析累积色散值和电信号频谱的关系，就可通过检测电信号的频谱，得到光纤通信系统中累积色度色散值的大小。

图4为不同色散值情况下电信号频谱的仿真曲线，曲线H1为有累积色散0ps/nm下的电信号频谱的仿真曲线；曲线H2为有累积色散68ps/nm下的电信号频谱的仿真曲线；曲线H3为有累积色散136ps/nm下的电信号频谱的仿真曲线。

从图4中可以看出，在整个频谱范围内，每个频点的谱密度都随累积色散值的大小变化，因此可以通过检测指定频点的谱密度或检测指定频带范围内的电功率值的ESR作为动态色度色散补偿的反馈信号，来监测光纤通信系统中累积色散的变化，并控制动态色度色散补偿器件的补偿量。

本发明实施例提供的部分频带射频功率检测单元104的结构如图5所示，包括：平方器501、低通滤波(LPF，low-pass filter)器502、均方(RMS，mean square)器503、放大器(AMP，Amplifier)504、模数转换器(AD converter)505。

其中，平方器501、低通滤波器502、均方器503、放大器504构成功率检波器，电功率的检测主要由功率检波器完成。

电信号Xi进入功率检波器后，首先由平方器501进行平方运算，即X2；信号Xi即为光信号U(z，T)的平方；

然后由低通滤波器502进行LPF滤波处理；

滤波处理后由均方器503求RMS值，RMS值就是一组统计数据的平方的平均值的平方根，运算公式为RMS＝(X1平方+X2平方+......+Xn平方)/n的-1/2次方；

获得RMS值后通过增益为G的放大器504放大输出RF_out信号；RF_out可以使用公式表述为：

${\mathrm{RF}}_{\mathrm{out}}=G*\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i^2}{n}}$

模数转换器505收到RF_out后，对其进行模数转换，输出数字信号到电信号比计算单元。

由以上描述可知，功率检波器是一个信号幅度的线性传递函数，根据上文描述，系统残余色散值越大，信号的幅度会降低，信号的消光比也会变小，经过RF功率检波器做RMS求值后，计算出来的ESR＝功率峰值/功率谷值就会变小，反之，系统的残余色散值较小，计算出来的ESR就会越大；因此最大ESR值对应的也就是最小的系统残余色散值，也就是系统的最佳色散补偿值，可调色散补偿调节器会根据反馈的ESR值进行调节，直到确认反馈的ESR值是一个峰值，则使用ESR峰值对应的色散值进行色散补偿。

本发明实施例提供的部分频带射频功率检测单元101的结构如图6所示，包括：

比较单元601，用于使用当前接收到的电信号比的值与之前收到的电信号比的值相比较，在收到的电信号比的值上升时，继续调节色散补偿值，在收到的电信号比的值出现下降时，以收到的该电信号比的最大值为该电信号比的峰值；

残余色散值确定单元602，用于根据该电信号比的峰值确定系统的残余色散值。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，该的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：

一种动态色散检测方法，包括：

对接收到的光信号进行相位解调；

将解调后的光信号转换为电信号；

对所述电信号进行射频功率取样，获取射频信号；

获取所述射频信号的电信号比；

使用当前检测到的电信号比的值与之前检测到的电信号比的值相比较，根据比较结果调节色散补偿值，找到所述电信号比的峰值，根据所述电信号比的峰值获取系统的残余色散值。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种动态色散检测方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的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，综上该，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种动态色散检测装置，其特征在于，包括：可调色散补偿调节器、解调器、接收机、部分频带射频功率检测单元、电信号比计算单元；

所述可调色散补偿调节器对接收到的光信号进行色散补偿后，将收到的光信号发送到解调器；

所述解调器对接收到的光信号进行相位解调；

接收机将所述解调器输出的光信号转换为电信号；

部分频带射频功率检测单元，对所述接收机转换获得的电信号进行射频功率取样，获取射频信号；

电信号比计算单元，获取所述射频信号的电信号比，持续向所述可调色散补偿调节器发送所述电信号比；

可调色散补偿调节器，使用当前接收到的电信号比的值与之前收到的电信号比的值相比较，根据比较结果调节色散补偿值，得到所述电信号比的峰值，根据所述电信号比的峰值确定系统的残余色散值。

2.如权利要求1所述的动态色散检测装置，其特征在于，所述部分频带射频功率检测单元包括：

平方器，对所述电信号进行平方运算；

低通滤波器，对所述平方器运算的结果进行低通滤波；

均方器，对所述低通滤波器滤波的结果求均方值；

放大器，对所述均方器求得的均方值放大输出射频信号；

模数转换器，对所述射频信号进行模数转换。

3.如权利要求1或2所述的动态色散检测装置，其特征在于，还包括：

所述可调色散补偿调节器根据所述系统的残余色散值对系统进行色散补偿。

4.如权利要求1或2所述的动态色散检测装置，其特征在于，所述电信号比计算单元获取的电信号比为在一段预定时间内检测所述射频信号的射频峰值与射频谷值的比值。

5.如权利要求1或2所述的动态色散检测装置，其特征在于，所述可调色散补偿调节器包括：

比较单元，用于使用当前接收到的电信号比的值与之前收到的电信号比的值相比较，在收到的电信号比的值上升时，继续调节色散补偿值，在收到的电信号比的值出现下降时，以收到的所述电信号比的最大值为所述电信号比的峰值；

残余色散值确定单元，用于根据所述电信号比的峰值确定系统的残余色散值。

6.如权利要求1或2所述的动态色散检测装置，其特征在于，所述残余色散值确定单元具体用于：查找所述电信号比的峰值对应的色散值，所述色散值为系统的残余色散值。

7.一种动态色散检测方法，其特征在于，包括：

对接收到的光信号进行相位解调；

将解调后的光信号转换为电信号；

对所述电信号进行射频功率取样，获取射频信号；

获取所述射频信号的电信号比；

使用当前检测到的电信号比的值与之前检测到的电信号比的值相比较，根据比较结果调节色散补偿值，找到所述电信号比的峰值，根据所述电信号比的峰值获取系统的残余色散值。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述电信号进行射频功率取样，获取射频信号包括：

对所述电信号进行平方运算；对所述平方运算的结果进行低通滤波；对所述低通滤波的结果求均方值；对所述均方值放大输出射频信号；对所述射频信号进行模数转换。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述残余色散值，对系统残余色散进行补偿。

10.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述电信号比计算单元获取的电信号比为在一段预定时间内检测所述射频信号的射频峰值与射频谷值的比值。

11.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述使用当前检测到的电信号比的值与之前检测到的电信号比的值相比较，根据比较结果调节色散补偿值，找到所述电信号比的峰值包括：

使用当前检测到的电信号比的值与之前检测到电信号比的值相比较，在检测到电信号比的值上升时，继续调节色散补偿值，在检测到电信号比的值出现下降时，以检测到电信号比的最大值为所述电信号比的峰值。

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