CN102160336B - 仿真装置和仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及级联通信系统的仿真装置和仿真方法。级联通信系统包括从发射机到接收机的依次编号为1到N的多个节点，该方法包括：获取对级联通信系统进行仿真所需的仿真用参数；根据仿真用参数，计算各节点的逆传递函数；按第N节点到第1节点的顺序，确定当前节点；向当前节点的前一节点的仿真信号添加当前节点所应添加的噪声；根据当前节点的逆传递函数，利用添加了噪声后的前一节点的仿真信号，对当前节点进行仿真，产生当前节点的仿真信号；判断是否已完成了对所有节点的仿真；如还没有完成所有节点的仿真，则针对当前节点的仿真信号，重复噪声添加和当前节点仿真；如已完成所有节点的仿真，则根据当前节点的仿真信号确定级联通信系统的代价。

Description

仿真装置和仿真方法

技术领域

本发明涉及对通信系统的仿真，尤其涉及对级联通信系统进行仿真的仿真装置和仿真方法。

背景技术

随着对光通信系统的容量要求和灵活性要求的逐步提高，相干光通信技术变得越来越重要。利用光的两个正交的偏振态(h和v)，偏振复用系统可以在相同的带宽内同时传输两个独立的信号，从而将频谱效率提高两倍。目前，偏振复用的相干通信系统被广泛认为将成为下一代光通信系统的主流技术。

传统光纤链路中由于色散以及偏振效应引入的系统代价(如误码率提高，Q值降低等)均可以由接收端的基于高速数字信号处理技术的各种均衡算法来消除或减轻。为了评价光纤链路中的损伤和各种均衡算法对系统的影响，通常用计算机仿真来模拟整个系统。

图1示意性地示出了传统的级联通信系统仿真方法的原理图。如图1所示，在传统的仿真方法中，对于一个级联了N(N大于等于1)个节点的光通信系统，首先对发射机101进行模仿，即，产生一定长度的信号序列并模拟发射机的各种处理。然后模拟实际的传输链路。即依次对该光通信系统中的光节点1～N(102～105)进行模仿。将各光节点模仿成包括串联的传输光纤107、传输节点108和光放大器109。其中传输节点108包含色散补偿模块、滤波器等，而光放大器可以用理想的功率放大器110和噪声添加器111来表示。传输光纤107和传输节点108的传输特性可以合并起来用传递函数H表示，其包含了对系统性能产生损伤的各种机制。最后对接收机106进行模拟。首先模拟接收机的前端部分，然后模拟均衡器，接着模拟相位恢复、频差控制等，最后通过对误码错误进行计数来计算误码率或利用噪声的统计特性来估计信噪比(Signal noise ratio，SNR)。所模拟的接收机106可以为典型的数字光相干通信接收机，其内部结构可以如E.Ip等人在“Coherent detection in optical fiber systems”OpticsExpress Vol.16，No.2，pp.753-791，January 2008中所述的那样。

在研究本发明的过程中，本发明的发明人发现现有技术的仿真方法存在以下的缺点。

首先，为计算误码率或估计信噪比，这种仿真方法需要产生较长的信号序列。此外在对各光节点进行仿真时都需要对这个较长的信号序列进行处理，使得处理的负荷增加，仿真的时间延长。

当考虑偏振效应引入的系统代价时，这个问题尤其严重。偏振效应包括偏振模色散和偏振相关损耗，由于光的偏振态在光纤传输过程中是不断演变并且是随机的，因此通常采用一定截断概率下的性能代价来表征这两种偏振效应所引入的系统性能的恶化。在实际系统中要求的截断概率的典型值为4.5e-4和5.7e-5，因而在仿真中需要的仿真次数要大于1e6，因此传统的仿真方法在时间上的低效率会进一步被放大。

为了提高仿真效率，现有的改进往往集中在对链路的近似上，T.Duthel等人在“Impact of polarisation dependent loss on coherent POLMUX-NRZ-DQPSK”in Proc.Optical Fiber Communication Conference and National Fiber Optic Engineers Conference(OFC/NFOEC)，San Diego，California，2008，Paper OThU5提出将链路中所有节点等效为一个节点的方法，而O.Vassilieva等人在“Impact of polarization dependent loss andcross-phase modulation on polarization multiplexed DQPSK signals”，in Proc.OpticalFiber Communication Conference and National Fiber Optic Engineers Conference(OFC/NFOEC)，San Diego，California，2008，Paper OThU6提出了一种方法，该方法忽略每个光节点中的随机偏振旋转效应，从而将一个复杂的统计问题简化为求解偏振效应引入的确定性的系统代价。

本发明人发现，虽然这些方法均可以提高仿真速度，但由于它们均引入了一些近似条件，所以结果不准确。另外，即使在这些改进方法中，也需要产生较长的信号序列，并且在对各光节点进行仿真时都需要对这个较长的信号序列进行处理，因而其对时间效率的提高有限。

发明内容

鉴于现有技术的以上局限和缺点而提出了本发明的实施方式。本发明的实施方式用以消除或减缓现有技术中存在一个或更多的问题，至少提供一种有益的选择。

为了实现以上目的，本发明的实施方式提供了以下方面。

方面1、一种仿真装置，用于对级联通信系统进行仿真，所述级联通信系统包括从发射机到接收机的依次编号为1到N的多个节点，N大于等于1，其特征在于，该装置包括仿真用参数获取单元、逆传递函数获取单元、当前节点确定单元、噪声添加单元、当前节点仿真单元、控制单元和代价确定单元，

所述仿真用参数获取单元获取对所述级联通信系统进行仿真所需的仿真用参数；

所述逆传递函数获取单元根据所述仿真用参数，计算各节点的逆传递函数；

所述当前节点确定单元用于按第N节点到第1节点的顺序，确定当前节点；

所述噪声添加单元用于向当前节点的前一节点的仿真信号添加当前节点所应添加的噪声；

所述当前节点仿真单元根据当前节点的逆传递函数，利用添加了当前节点所应添加的噪声的所述前一节点的仿真信号，对当前节点进行仿真，产生当前节点的仿真信号；

所述控制单元判断是否已完成对所有节点的仿真，如果判断出还没有完成对所有节点的仿真，则将所述当前节点仿真单元的仿真信号输出给所述噪声添加单元，如果判断出已完成了对所有节点的仿真，则将所述当前节点的仿真信号输出给所述代价确定单元；以及

所述代价确定单元，根据来自所述当前节点仿真单元的仿真信号确定所述级联通信系统的代价。

方面2、根据方面1所述的仿真装置，其特征在于，所述噪声添加单元添加由功率或矢量表示的噪声，所述当前节点仿真单元通过将添加了当前节点所应添加的噪声的所述前一节点的仿真信号与当前节点的逆传递函数相乘，对当前节点进行仿真。

方面3、根据方面1所述的仿真装置，其特征在于，所述仿真装置还包括噪声产生装置，所述噪声产生装置用于产生随机数时间序列形式的噪声，所述噪声添加单元用于向所述前一节点的仿真信号添加所述随机数时间序列形式的噪声，所述当前节点仿真单元包括滤波器系数调整单元和滤波器，所述滤波器系数调整单元根据当前节点的逆传递函数确定所述滤波器应采用的滤波器系数，所述滤波器用于根据所述滤波器系数调整单元确定的滤波器系数对添加了当前节点所应添加的噪声的所述前一节点的仿真信号进行滤波。

方面4、根据方面3所述的仿真装置，其特征在于，所述代价确定单元通过确定来自所述当前节点仿真单元的仿真信号的功率，来确定所述级联通信系统的代价。

方面5、根据方面1所述的仿真装置，其特征在于，所述仿真装置对所述级联通信系统的偏振相关损耗所引起的系统代价进行仿真，所述逆传递函数获取单元通过根据所述仿真用参数确定各节点的增益因子，用所确定出的增益因子与对应节点的传递函数相乘，来计算各节点的逆传递函数。

方面6、一种仿真方法，用于对级联通信系统进行仿真，所述级联通信系统包括从发射机到接收机的依次编号为1到N的多个节点，N大于等于1，其特征在于，该方法包括：

仿真用参数获取步骤，其获取对所述级联通信系统进行仿真所需的仿真用参数；

逆传递函数计算步骤，计算各节点的逆传递函数；

当前节点确定步骤，用于按第N节点到第1节点的顺序，确定当前节点；

噪声添加步骤，用于向当前节点的前一节点的仿真信号添加当前节点所应添加的噪声；

当前节点仿真步骤，其根据当前节点的逆传递函数，利用添加了当前节点所应添加的噪声的所述前一节点的仿真信号，对当前节点进行仿真，产生当前节点的仿真信号；

判断步骤，判断是否已完成了对所有节点的仿真；

如果判断出还没有完成对所有节点的仿真，则针对所述当前节点的仿真信号，重复所述噪声添加步骤和所述当前节点仿真步骤；如果判断出已完成对所有节点的仿真，则根据所述当前节点的仿真信号确定所述级联通信系统的代价。

方面7、根据方面6所述的仿真方法，其特征在于，所述噪声添加单元添加由功率或矢量表示的噪声，通过将添加了当前节点所应添加的噪声的所述前一节点的仿真信号与当前节点的逆传递函数相乘，对当前节点进行仿真。

方面8、根据方面6所述的仿真方法，其特征在于，所述仿真方法还包括噪声产生步骤，所述噪声产生步骤用于产生随机数时间序列形式的噪声，

所述噪声添加步骤添加所述随机数时间序列形式的噪声，

所述当前节点仿真步骤包括滤波器系数调整步骤和滤波步骤，

所述滤波器系数调整步骤根据当前节点的逆传递函数确定滤波器系数，所述滤波步骤用于根据所确定出的滤波器系数对添加了当前节点所应添加的噪声的所述前一节点的仿真信号进行滤波。

方面9、根据方面8所述的仿真方法，其特征在于，通过确定所述当前节点的仿真信号的功率，来确定所述级联通信系统的代价。

方面10、根据方面6所述的仿真方法，其特征在于，所述仿真方法对所述级联通信系统的偏振相关损耗所引起的系统代价进行仿真，通过根据所述仿真用参数确定各节点的增益因子，用所确定出的增益因子与对应节点的传递函数相乘，来计算各节点的逆传递函数。

同采用传统的方法的仿真装置相比，本发明实施方式的仿真装置在精度基本相同的情况下大幅提升了仿真效率，缩短了仿真时间。同采用其他人提出的改进算法的仿真装置比，本发明实施方式的仿真装置精度要高。

参照后文的说明和附图，本发明的这些和进一步的方面、实施方式和特征将变得更加清楚。在所述的说明和附图中，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1示意性地示出了传统的级联通信系统仿真方法的原理图。

图2示意性地示出了依据本发明的一种实施方式的级联通信系统仿真方法的原理图。

图3示出了依据本发明一种实施方式的仿真装置的示意性方框图。

图4示出了依据本发明另一种实施方式的仿真装置的示意性方框图。

图5示出了依据本发明的一种实施方式的级联通信系统仿真方法的流程图。

具体实施方式

在研究本发明的过程中，发明人对通信系统中噪声和信号的引入和恢复进行了研究。发射机发射的传输信号s₀和光放大器引入的噪声n₀均可以表示成2×1的矢量，

与

h和v分别表示两个正交的偏振态，矢量的每个分量均为复数。经过N个节点传输后，在接收机前的信号s_R与噪声n_R如公式(1)和(2)所示，其中H_i表示第i个节点的传递函数，n_i表示第i个节点引入的噪声。

s_R＝H_N…H₂H₁s₀    (1)

n_R＝H_N…H₂H₁n₀+H_N…H₂n₁+H_N…H₃n₂+…+H_Nn_N-1+n_N    (2)

在接收机中，均衡器的响应为信道传递函数的逆函数，因此均衡后的信号s_E与n_E分别由公式(3)与(4)给出。

s_E＝(H_N…H₂H₁)^-1H_N…H₂H₁s₀＝s₀    (3)

$n_E={(H_N\·\·\·H_2{H}_1)}^{-1}[H_N\·\·\·H_2{H}_1{n}_0+H_N\·\·\·H_2{n}_1+H_N\·\·\·H_3{n}_2+\·\·\·+H_N{n}_{N-1}+n_N]$ (4)

$=n_0+H_1^{-1}+n_1+H_1^{-1}{H}_2^{-1}{n}_2+\·\·\·+H_1^{-1}{H}_2^{-1}\·\·\·H_N^{-1}{n}_0$

因而可以看出，不管是在理想情况下，还是在非理想情况下，信号都可以被完全恢复。但是，对于噪声的情况则有所不同。当系统中没有任何损伤时(理想条件)，传输函数H＝1，这时，经过均衡后的噪声为所有节点引入的噪声功率之和。但在非理想条件下，如公式(4)所示，经过均衡后的噪声同理想条件下的噪声相比，得到了增强。因而，发明人认为，在进行系统仿真时，可以仅仅考虑噪声，而不考虑信号。本发明的实施方式就是基于该技术思想而设计的。

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细的说明。

图2示意性地示出了依据本发明的一种实施方式的级联通信系统仿真方法的原理图。

如图2所示，在依据本发明的一种实施方式的仿真方法中，按照要仿真的通信链路中的光节点的逆序进行仿真。即对于要仿真的以下的通信系统：

发射机-＞光节点1(205)-＞...-＞光节点N-3(204)-＞光节点N-2(203)-＞光节点N-1(202)-＞光节点N(201)-＞接收机

首先对光节点N(201)进行仿真，然后对光节点N-1(202)进行仿真，依此类推，最后对光节点1(205)进行仿真。在对所有光节点进行了仿真之后，由计算模块206对噪声(噪声功率)进行计算。

另外，在对各光节点进行仿真时，首先仿真噪声111，然后仿真传输节点207，最后仿真传输光纤208。这个次序与图1所示的各节点的仿真顺序也不同。在本发明的实施方式中，将传输光纤107和传输节点108的传输特性合并起来用逆传递函数H-1表示，其包含了对系统性能产生损伤的各种机制。

具体地，依据本发明的一种实施方式，在各节点，首先添加噪声111，即将该噪声111与被仿真的前一光节点传来的噪声信号相加，然后将添加了噪声的噪声信号与逆传递函数H^-1相乘。

这样，在整个仿真过程中，可以仅考虑噪声的特性，不必产生长的信号序列，在各节点的仿真中也不必对该长的信号序列进行处理，从而可以提高仿真效率。另外，也不必对发射机进行仿真。进一步，由于避免了对整个链路传递函数求逆，因而计算模块206的处理也比对接收机的仿真简单得多，可以进一步提高仿真效率。

下面对计算模块206进行说明。

计算模块206用于获得系统的性能代价Q^Penalty。公式(5)示出了性能代价Q^Penalty的计算公式，其中SNR⁰为不含损伤时系统的信噪比，SNR^Cal为损伤后系统的信噪比，S₀为信号的原始功率(发射机的发射功率，是预先确定的仿真用参数，用来计算信噪比)，n_i为第i个节点噪声的功率，n_Cal为计算模块206计算得到的噪声功率。

$Q^{\mathrm{Penalty}}={\mathrm{SNR}}^0-{\mathrm{SNR}}^{\mathrm{Cal}}=10{\log }_{10}\left(\frac{S_0}{{\mathrm{\Σn}}_i}\right)-10{\log }_{10}\left(\frac{S_0}{n_{\mathrm{Cal}}}\right)={10\log }_{10}\left(\frac{n_{\mathrm{Cal}}}{{\mathrm{\Σn}}_i}\right)---\left(5\right)$

图3示出了依据本发明一种实施方式的仿真装置的示意性方框图。如图3所示，依据本发明的一种实施方式的仿真装置包括仿真用参数获取单元31、节点仿真单元32以及代价确定单元33。其中，节点仿真单元32包括逆传递函数获取单元321、乘法单元322、噪声添加单元323以及控制单元324。控制单元324按照逆序确定当前仿真的节点，并对逆传递函数获取单元321、乘法单元322以及噪声添加单元323的操作进行协同。控制单元324可以对应于本发明实施方式的当前节点确定单元。

仿真用参数获取单元31例如可以包括输入单元，其接收用户输入的仿真用参数。该输入单元可以包括显示器、键盘、鼠标等。用户通过该输入单元输入仿真用参数。此外，该仿真用参数获取单元31例如也可以是读取单元，读取本地或远程存储的关于要仿真的通信系统的仿真用参数。该仿真用参数获取单元31也可以是接收单元，接收从服务器等有线或无线发送来的仿真用参数。这些参数包括计算逆传递函数或传递函数的参数，例如反映要仿真的通信系统的各传输节点和与该传输节点相关的传输光纤段的传输特性的参数，如色散值和偏振相关损耗值。仿真用参数还包括表示在各传输节点应加入的噪声的参数。另外，仿真用参数还可以包括信号的原始功率(发射机的输出功率)。

在本发明的实施方式中，将传输节点和与之相关的传输光纤段总称为节点，由于本发明的实施方式以光通信系统进行描述，因而也称为光节点。应该注意，本发明的实施方式也可以应用到其它的通信系统。

控制单元324按照逆序(从第N光节点到第1光节点的顺序)确定当前仿真的节点。

逆传递函数获取单元321根据所输入的各光节点的仿真用参数(例如色散值和偏振相关损耗值)计算各光节点的逆传递函数H^-1，即传递函数H的逆函数。在本发明的实施方式中，在控制单元324的控制下，其首先计算要仿真的具有从发射机到接收机顺序编号为1-N的共N个光节点的通信系统中的第N个光节点的逆传递函数H_N ^-1。并按照逆序依次计算，直到计算出第1个光节点的逆传递函数H₁ ^-1。另外，其也可以按照任意的顺序计算各光节点的逆传递函数，在控制单元324的控制下，将与控制单元324确定的当前光节点对应的逆传递函数传送到乘法单元。

噪声添加单元323添加当前光节点处应该添加的噪声。当被仿真的系统与系统中的效应为标量时(例如在被仿真的系统是只有一个偏振态的系统或对偏振态不敏感的系统的情况下)，仅仅需要考虑噪声的功率。而当被仿真的系统与系统中的效应为矢量时(例如在被仿真的系统是偏振复用系统的情况下)，噪声需要采用对应的矢量形式来描述。

乘法单元322将来自噪声添加单元323的信号乘以逆传递函数获取单元321获取的相应的逆传递函数，并根据控制单元324的控制，在还有光节点没有被处理时，将该相乘结果(当前节点的仿真信号)传递给噪声添加单元323，在所有光节点都已处理完成时，将相乘结果(仿真信号)输出给代价确定单元33。

逆传递函数获取单元321可以如下地获取逆传递函数。当链路效应为标量时，逆传递函数即为传递函数的倒数；当链路效应为矢量时，传递函数为矩阵形式，逆传递函数则为该矩阵的逆矩阵。

另外，当评估偏振相关损耗(Polarization dependent loss，PDL)所引起的系统代价时，各光节点可视为是PDL矢量单元与放大器(噪声)的串联。逆传递函数获取单元321可以通过将传输矩阵乘以固定系数来获得逆传递函数。下面对此进行说明。

PDL矢量单元可以等效为两个随机偏振旋转单元与固定方向PDL单元的级联，其中固定方向PDL单元处于两个随机偏振旋转单元之间。PDL矢量的方向由偏振旋转的方向决定，PDL矢量的大小由固定方向PDL单元决定。两个随机偏振旋转单元对应的传输矩阵分别为U和V。固定方向PDL单元对应的传输矩阵为

其总损耗为0，γ可以由PDL矢量的DB值获得(该PDL矢量的dB值可以表示为

应该注意到，对于各光节点，PDL矢量的DB值是作为仿真用参数由仿真用参数获取单元31获取的，其对应于前文所述的反映要仿真的通信系统的各传输节点和与该传输节点相关的传输光纤段的传输特性的参数(如偏振相关损耗值)。光节点的传递函数H为U、Γ与V的乘积，如公式(6)所示。

H＝UΓV     (6)

根据逆向传输的方法，首先需要得到H^-1，如公式(7)所示。

H^-1＝V^-1Γ^-1U^-1    (7)

注意到随机旋转矩阵的逆矩阵依然是随机旋转矩阵，而固定方向PDL单元的逆矩阵

相当于在传输矩阵上引入一个增益因子同时将两个偏振方向互换。考虑到随机旋转矩阵的存在，互换偏振方向这一操作可以吸收到随机旋转矩阵中。故而，光节点的逆矩阵从统计上可以看作是光节点传输函数本身乘以相应的增益因子

由于PDL具有随机性，它导致的系统代价也是随机的，因此衡量PDL引入的系统代价也需要在统计的范畴内进行，比如一定截断概率下的系统代价。为了得到这种统计意义下的系统代价，仅仅需要确保PDL的统计特性不变。因此这里对光节点的逆矩阵的处理方法是可行的。

也就是说，当该仿真系统用于评估该通信系统的偏振相关损耗(PDL)所引起的系统代价时，可以根据对该光节点的噪声要求计算该系数

然后将该系数与该光节点的传递函数相乘。这样虽然是计算逆传递函数，但避免了对传递函数直接求逆，可以加快计算速度，降低逆传递函数获取单元321的计算负荷。

在计算PDL引入的系统性能代价时，输入到模块31中的参数包括：各个光节点PDL的dB值，各个光节点引入的噪声功率以及发射机的输出功率。

代价确定单元33可以利用乘法单元322传递来的噪声信号，根据公式5来计算系统代价。

在评估偏振相关损耗(Polarization dependent loss，PDL)所引起的系统代价时，代价确定单元33得到噪声在两个偏振分量上的功率n_h/v，利用公式8计算系统代价。

$Q_{h/v}^{\mathrm{penalty}}={\mathrm{SNR}}_{h/v}^{\mathrm{cal}}-{\mathrm{SNR}}_{h/v}^0=10*\log 10\left(\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{n}_i/2}{n_{h/v}}\right)---\left(8\right)$

其中，为根据从乘法单元接收的噪声信号所确定的信噪比，其计算例如如公式(9)所示，其中S₀为信号的功率。无PDL的系统的信噪比

可以由(10)式获得，其中n_i为第i个节点噪声的功率。信噪比的降低即为系统性能的降低。

${\mathrm{SNR}}_{h/v}^{\mathrm{cal}}=10*\log 10\left(\frac{S_0/2}{n_{h/v}}\right)---\left(9\right)$

${\mathrm{SNR}}_{h/v}^0=10*\log 10\left(\frac{S_0}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{n}_i}\right)---\left(10\right)$

公式5计算了所有因素(包括色散、偏振膜色散、偏振相关损耗)引起的系统代价，公式10计算了偏振相关损耗引起的系统代价。

图3中的乘法单元对应于本发明的实施方式的当前节点仿真单元。

同采用传统的方法的仿真装置相比，本发明实施方式的仿真装置在精度基本相同的情况下大幅提升了仿真效率，缩短了仿真时间。同采用其他人提出的改进算法的仿真装置比，本发明实施方式的仿真装置精度要高。

图4示出了依据本发明另一种实施方式的仿真装置的示意性方框图。如图4所示，依据本发明的一种实施方式的仿真装置包括仿真用参数获取单元31、节点仿真单元42以及代价确定单元43。其中，节点仿真单元42包括逆传递函数获取单元321、滤波器系数调整单元421、滤波器422、噪声添加单元423、噪声发生器424以及控制单元425。

控制单元425按照逆序(从第N光节点到第1光节点的顺序)确定当前仿真的节点，并对逆传递函数获取单元321、滤波器系数调整单元421、滤波器422、噪声添加单元423、噪声发生器424的操作进行协同和控制。

与前面所述的一样，逆传递函数获取单元321根据输入的仿真用参数确定当前节点的传递函数的逆函数(逆传递函数)。滤波器系数调整单元421根据当前节点的逆传递函数确定滤波器系数。例如，该滤波器系数可以直接由逆传递函数的反傅立叶变换得到。噪声添加单元423根据控制单元425的控制添加当前光节点处应该添加的噪声(预定噪声)。

滤波器422根据滤波器系数调整单元421所确定的滤波器系数对添加了噪声的信号进行滤波，并在控制单元425的控制下，在还有光节点没有被处理时，将该滤波后的信号传递给噪声添加单元423，用于对下一节点的仿真，在所有光节点都已处理完成时，将滤波结果输出给代价确定单元43。

噪声发生器424用于根据应添加的噪声功率产生仿真用噪声(随机数的时间序列)，该仿真用噪声被送往噪声添加单元423，在噪声添加单元423处与来自前一节点的噪声信号(即滤波器的输出)相加。噪声添加单元423将添加了噪声的噪声信号传送给滤波器422。噪声信号为时域序列，噪声添加即为对应时间点上相加。

代价确定单元43用于计算滤波器的输出的方差。代价确定单元43可以是功率计算单元。功率即为输出的时域噪声信号的方差Sum((s(t)-s0)^2)，s(t)为时域信号，s0是平均值。计算出方差后，可以根据公式5或公式8计算系统代价。

滤波器系数调整单元421、滤波器422对应于本发明实施方式中的当前节点仿真单元。

与上面结合图3描述的装置一样，同采用传统的仿真方法的仿真装置相比，本发明实施方式的仿真装置在精度基本相同的情况下大幅提升了仿真效率，缩短了仿真时间。同采用其他人提出的改进算法的仿真装置比，本发明实施方式的仿真装置精度要高。

图5示出了依据本发明的一种实施方式的级联通信系统仿真方法的流程图。如图5所示，首先，在步骤S51，获取仿真用参数，如各光节点的PDL单元的噪声、色散、应添加的噪声、发射机的发射功率等。然后，在步骤S52，根据步骤S51获取的仿真用参数，确定逆传递函数。然后在步骤S53，由控制单元(当前节点确定单元)按照逆序确定当前节点，在步骤S54进行当前噪声的添加。在步骤S54中可以直接添加噪声功率或矢量表示的噪声。在另一实施方式中，可以添加以随机数时间序列表示的噪声，在这种情况下，首先要根据要添加的噪声的功率产生该随机数时间序列。随后在步骤S55，进行当前节点的仿真，在一种实施方式中，用乘法单元将添加了当前节点噪声后的上一节点的噪声信号与当前节点的逆传递函数相乘，从而实现对当前节点的仿真。在添加的噪声由随机数时间序列表示的情况下，首先根据逆传递函数对滤波器系数进行调整，然后由系数调整后的滤波器对添加了当前节点噪声后的上一节点的噪声信号进行滤波。

之后，在步骤S56，判断是否已经仿真完了所有的节点。如果已经仿真完了所有的节点(步骤S56，是)，则在步骤S57确定系统代价。如果还没有仿真完所有的节点(步骤S56，否)，则返回步骤S53，确定下一当前节点，并重复后面的步骤S53到S57。

同传统的方法相比，本发明实施方式的仿真方法在精度基本相同的情况下大幅提升了仿真效率，缩短了仿真时间。同其他人提出的改进算法比，本方法精度要高。

本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种仿真装置，用于对级联通信系统进行仿真，所述级联通信系统包括从发射机到接收机的依次编号为1到N的多个节点，N大于等于1，其特征在于，该装置包括仿真用参数获取单元、逆传递函数获取单元、当前节点确定单元、噪声添加单元、当前节点仿真单元、控制单元和代价确定单元，

所述仿真用参数获取单元获取对所述级联通信系统进行仿真所需的仿真用参数；

所述逆传递函数获取单元根据所述仿真用参数，计算各节点的逆传递函数；

所述当前节点确定单元用于按第N节点到第1节点的顺序，确定当前节点；

所述噪声添加单元用于向当前节点的被仿真的前一节点的仿真信号添加当前节点所应添加的噪声；

所述当前节点仿真单元根据当前节点的逆传递函数，利用添加了当前节点所应添加的噪声的所述前一节点的仿真信号，对当前节点进行仿真，产生当前节点的仿真信号；

所述控制单元判断是否已完成对所有节点的仿真，如果判断出还没有完成对所有节点的仿真，则进行控制使所述当前节点仿真单元的仿真信号输出给所述噪声添加单元，如果判断出已完成了对所有节点的仿真，则进行控制使所述当前节点的仿真信号输出给所述代价确定单元；以及

所述代价确定单元根据来自所述当前节点仿真单元的仿真信号确定所述级联通信系统的代价。

2.根据权利要求1所述的仿真装置，其特征在于，所述噪声添加单元添加由功率或矢量表示的噪声，所述当前节点仿真单元通过将添加了当前节点所应添加的噪声的所述前一节点的仿真信号与当前节点的逆传递函数相乘，对当前节点进行仿真。

3.根据权利要求1所述的仿真装置，其特征在于，所述仿真装置还包括噪声产生装置，所述噪声产生装置用于产生随机数时间序列形式的噪声，所述噪声添加单元用于向所述前一节点的仿真信号添加所述随机数时间序列形式的噪声，所述当前节点仿真单元包括滤波器系数调整单元和滤波器，所述滤波器系数调整单元根据当前节点的逆传递函数确定所述滤波器应采用的滤波器系数，所述滤波器用于根据所述滤波器系数调整单元确定的滤波器系数对添加了当前节点所应添加的噪声的所述前一节点的仿真信号进行滤波。

4.根据权利要求3所述的仿真装置，其特征在于，所述代价确定单元通过确定来自所述当前节点仿真单元的仿真信号的功率，来确定所述级联通信系统的代价。

5.根据权利要求1所述的仿真装置，其特征在于，所述仿真装置对所述级联通信系统的偏振相关损耗所引起的系统代价进行仿真，所述逆传递函数获取单元通过根据所述仿真用参数确定各节点的增益因子，用所确定出的增益因子与对应节点的传递函数相乘，来计算各节点的逆传递函数。

6.一种仿真方法，用于对级联通信系统进行仿真，所述级联通信系统包括从发射机到接收机的依次编号为1到N的多个节点，N大于等于1，其特征在于，该方法包括：

仿真用参数获取步骤，其获取对所述级联通信系统进行仿真所需的仿真用参数；

逆传递函数计算步骤，计算各节点的逆传递函数；

当前节点确定步骤，用于按第N节点到第1节点的顺序，确定当前节点；

噪声添加步骤，用于向当前节点的被仿真的前一节点的仿真信号添加当前节点所应添加的噪声；

当前节点仿真步骤，其根据当前节点的逆传递函数，利用添加了当前节点所应添加的噪声的所述前一节点的仿真信号，对当前节点进行仿真，产生当前节点的仿真信号；

判断步骤，判断是否已完成了对所有节点的仿真；

如果判断出还没有完成对所有节点的仿真，则针对所述当前节点的仿真信号，重复所述噪声添加步骤和所述当前节点仿真步骤；如果判断出已完成对所有节点的仿真，则根据所述当前节点的仿真信号确定所述级联通信系统的代价。

7.根据权利要求6所述的仿真方法，其特征在于，所述噪声添加步骤添加由功率或矢量表示的噪声，所述当前节点仿真步骤通过将添加了当前节点所应添加的噪声的所述前一节点的仿真信号与当前节点的逆传递函数相乘，对当前节点进行仿真。

8.根据权利要求6所述的仿真方法，其特征在于，所述仿真方法还包括噪声产生步骤，所述噪声产生步骤用于产生随机数时间序列形式的噪声，

所述噪声添加步骤添加所述随机数时间序列形式的噪声，

所述当前节点仿真步骤包括滤波器系数调整步骤和滤波步骤，

所述滤波器系数调整步骤根据当前节点的逆传递函数确定滤波器系数，所述滤波步骤用于根据所确定出的滤波器系数对添加了当前节点所应添加的噪声的所述前一节点的仿真信号进行滤波。

9.根据权利要求8所述的仿真方法，其特征在于，通过确定所述当前节点的仿真信号的功率，来确定所述级联通信系统的代价。

10.根据权利要求6所述的仿真方法，其特征在于，所述仿真方法对所述级联通信系统的偏振相关损耗所引起的系统代价进行仿真，所述逆传递函数计算步骤通过根据所述仿真用参数确定各节点的增益因子，用所确定出的增益因子与对应节点的传递函数相乘，来计算各节点的逆传递函数。

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