CN102882595A

CN102882595A - 大范围、抗干扰和全盲自动化光信号色散损伤监测方法

Info

Publication number: CN102882595A
Application number: CN2012104184734A
Authority: CN
Inventors: 崔晟
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-10-29
Also published as: CN102882595B

Abstract

本发明涉及一种大范围，抗干扰和全盲自动化光信号色散损伤监测方法，从主传输线路获得部分信号光输入到TDC，TDC在可调范围内对其施加的色散按一定步长进行扫描。将TDC输出光信号输入AODM，将AODM输出信号输入DSP。DSP模块将TDC色散扫描过程中AODM产生的信号变成数字信号，再对以TDC施加的色散量为x坐标，AODM输出信号强度为y坐标的数据曲线的对称中心进行识别，得到曲线对称中心的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。本发明除了具有全光色散监测方法对信号速率无限制，适用于不同调制格式，无需昂贵复杂的高速光电器件和结构简单的优点外，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。

Description

大范围、抗干扰和全盲自动化光信号色散损伤监测方法

技术领域

本发明涉及光纤通信，非线性光学和信号处理技术领域，尤其涉及一种光信号色散损伤监测方法。

背景技术

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。

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。目前提出的全光监测技术一般基于光纤中的自相位调制，交叉相位调制和四波混频（FWM）效应，以及半导体光探测器中的交叉相位调制和双光子吸收效应等等。这类全光色散损伤监测器件（AODM）可以将光信号的色散损伤可以转变为输出信号光功率的大小，进而采用低成本的光功率计进行测量。由于这类方法基于非线性效应，具有超快的响应时间，可以克服电子器件速率瓶颈的问题，同时也不影响信号传输。此类AODM不包括任何高速光电器件，因而还具有结构简单，成本低的优点。

虽然具有上述优点，但是目前的全光色散损伤监测方法尚存在一些缺陷。首先评价一种监测方法的一个重要指标是其色散损伤监测范围。目前的此类AODM的监测范围由于受到Talbot效应周期的限制普遍比较小，对于40GBaud/s的光信号只有0～40ps/nm左右，而光纤通信系统中单个跨距一般距离达到50km～100km，积累色散损伤可以达到800ps/nm~1600ps/nm，因此扩大监测范围是其亟待解决的问题。其次评价一种监测方法的一个重要指标是其抗干扰性，目前的此类AODM都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，这大大降低了AODM在实际应用环境中的可靠性。最后评价一种监测方法的还要看其易用性如何，对各种速率和调制格式的信号能够全盲和自动化处理显然更加具有实用价值。虽然目前AODM适用于不同速率和调制格式光信号，但是都需要事先知道信号是何种速率和调制格式，并对器件进行相应的人为调整。例如基于SPM和XPM效应的AODM需要采用窄带光滤波器，并针对不同的信号速率和调制格式相应地调整光滤波器的中心波长。本申请人申请的另外两项专利（“一种基于光纤参量放大器的全光色散监测器”-专利申请号201010179075.2和“一种基于光纤参量放大器的全光信号质量监测器”-专利申请号201010290188.X）中提出的基于光纤参量放大器的AODM，虽然不需要调整监测器件的物理参数设置，但是仍然没解决AODM输出信号会由于输入信号调制格式不同而改变的问题。比如对非归零码（NRZ）信号监测输出信号功率大小随色散损伤增加而增加，而对于占空比为33%的归零码（RZ）信号监测输出信号功率大小随色散损伤增加而减少，因此也必须事先知道信号的调制格式才能判决色散损伤大小。以上问题限制了AODM的测量范围，降低了其可靠性并行导致使用起来较为复杂和繁琐，为解决以上问题需要开发一种大范围，抗干扰和全盲自动化的光信号色散损伤监测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种全光色散监测方法，它除了具备一般全光色散损伤监测方法对信号速率无限制，适用于不同信号调制格式，结构简单成本低的优点外，还具有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。

为解决上述技术问题，本发明提出的大范围、抗干扰和全盲自动化光信号色散损伤监测方法，其特征在于包括以下步骤：

首先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在电信号控制下对光信号施加的色散补偿量从零开始按照一定步长逐渐增加至最大值，

再将TDC输出光信号输入全光色散损伤监测器件AODM，将AODM输出信号输入数字信号处理模块DSP，

DSP模块通过模数转换器将TDC调节过程中AODM产生的信号变成数字信号，再通过数字信号处理技术对以TDC施加色散量为x坐标，AODM输出信号强度为y坐标的数据曲线的对称中心进行识别，得到曲线对称中心的x坐标，

基于AODM色散监测结果相对于零色散点对称的特性，对称中心的x坐标的相反值即为信号色散损伤大小。

所述DSP模块对以TDC施加色散量为x坐标，AODM输出信号强度为y坐标的数据曲线的对称中心进行识别，包括如下步骤：

以TDC施加色散大小构建数组x[k]，以对应AODM输出信号强度构建数组y[k]；

对每个数据点k左右各选取m个数据点计算对称性指标

S = 10 \log_{10} (Σ_{i = 1}^{m} | y (k - i) - y (k + i) |);

选取S值最小的n个候选对称点；

根据所述n个候选对称点在数组中的位置取最大的m，分别计算S大小；

选择S最小的点作为对称点；

输出对称点对应的x坐标的相反值。

采用本方法消除了Talbot效应周期对AODM监测范围的限制，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。

其次，AODM能够基于各种不同的非线性效应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AODM输出信号的绝对值大小会随PMD，OSNR和光信号本身输入功率大小而发生改变，但上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（如图2，3所示），因此本方法得到的测量结果对这些干扰具有很好的抵抗力。同样的，虽然AODM输出信号的变化规律会随信号速率，调制格式而发生改变，但上述数据曲线对称中心的位置不会随信号速率和调制格式发生改变（如图2，3所示），因此本方法能够实现完全的盲处理和自动化工作。

需要指出的是上述AODM可以是任何一种AODM，但如果采用基于光纤参量放大器的AODM（参见本申请人提出的申请专利号201010179075.2和201010290188.X所述），因其具有更高的灵敏度，因而可以获得更高的监测精度和监测范围。

基于上述特点，本发明除了具有全光色散监测方法对信号速率无限制，适用于不同调制格式，无需昂贵复杂的高速光电器件和结构简单的优点外，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。

附图说明

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。

图1为本发明具体实施的色散监测系统结构示意图。

图2为信号速率为40Gb/s，调制格式为33%-RZ时，AODM输出信号功率大小随色散损伤，PMD（分别对应每幅图的纵坐标和横坐标）和OSNR（三幅图分别对应OSNR=30，20和10dB）的变化曲线图。可以看出AODM输出信号关于零色散损伤位置对称。该对称中心位置不受PMD和OSNR的影响。

图3为信号速率为80Gb/s，调制格式为RZ-DQPSK时，AODM输出信号强度随色散损伤，PMD（分别对应每幅图的纵坐标和横坐标）和OSNR（三幅图分别对应OSNR=30，20和10dB）的变化曲线图。可以看出AODM输出信号关于零色散损伤位置对称。该对称中心位置不受PMD和OSNR的影响。

图4为DSP模块内数据曲线对称中心的识别算法流程图。

图5为33%-RZ信号的识别结果图，其中输入信号的色散损伤为600ps/nm，TDC调节范围为-1000～1000ps/nm。“+”标识处为最终识别的对称中心，其x坐标的相反值为600ps/nm，能够准确识别。

图6为NRZ信号的识别结果图，其中输入信号的色散损伤为600ps/nm，TDC调节范围为-1000～1000ps/nm。“+”标识处为最终识别的对称中心，其x坐标的相反值为600ps/nm，能够准确识别。

具体实施方式

如图1所示的全光色散监测系统包括一个可调色散补偿器（TDC：tunable dispersion compensator），一个全光色散损伤监测器件（AODM:alloptical dispersion-distortion monitor）和一个数字信号处理模块（DSP）。首先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TDC，TDC在电信号控制下对光信号施加的色散补偿量从零开始按照一定步长逐渐增加至最大值。再将TDC输出光信号输入AODM，由于光信号的色散损伤会随TDC的施加色散量而发生改变，因此AODM的输出的监测信号强度也会随之发生变化。将AODM输出信号输入DSP。DSP模块通过模数转换器将信号变成数字信号，再通过数字信号处理技术和如图4的算法流程对以TDC施加色散量为x坐标，AODM输出信号强度为y坐标的数据曲线的对称中心进行识别，得到曲线对称中心的x坐标。由于携载信息的比特序列具有随机性，因此在信号色散损伤大小相同符号相反时AODM输出信号强度是相同的，所以在光信号总色散量为零的位置数据曲线会呈现左右对称的形态，如图2、图3所示。基于此原理当TDC色散量恰好补偿信号色散损伤时会在数据曲线上表现为一个对称中心。因此对称中心的x坐标的相反值即为信号色散损伤大小。

DSP模块内数据曲线对称中心的识别算法流程，如图4所示，包括：

对每个数据点k左右各选取m个数据点计算对称性指标

S = 10 \log_{10} (Σ_{i = 1}^{m} | y (k - i) - y (k + i) |);

选取S值最小的n个候选对称点；

根据候选对称点在数组中的位置取最大的m，分别计算S大小；

选择S最小的点作为对称点；

输出对称点对应的x坐标的相反值。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种大范围、抗干扰和全盲自动化光信号色散损伤监测方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的大范围、抗干扰和全盲自动化光信号色散损伤监测方法，其特征在于，所述DSP模块对以TDC施加色散量为x坐标，AODM输出信号强度为y坐标的数据曲线的对称中心进行识别，包括如下步骤：

对每个数据点k左右各选取m个数据点计算对称性指标

S = 10 \log_{10} (Σ_{i = 1}^{m} | y (k - i) - y (k + i) |);

选取S值最小的n个候选对称点；

选择S最小的点作为对称点；

输出对称点对应的x坐标的相反值。

3.根据权利要求1或2所述的大范围、抗干扰和全盲自动化光信号色散损伤监测方法，其特征在于，所述AODM采用基于光纤参量放大器的AODM。

4.根据权利要求1所述的大范围、抗干扰和全盲自动化光信号色散损伤监测方法，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。