CN103916190A - 一种光传输过程中对光非线性相位补偿的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光传输过程中对光非线性相位补偿的优化方法，所述方法包括步骤：A：依据光纤的输入光功率通过对光纤信道的描述方程得到一个关于非线性相位损耗的估计值；B：在光纤的输出端，探测得到实时功率值；C：通过非线性方程参数得到光相位的实时偏移量；D：对实时偏移量进行抽样；E：将样值与估计值进行比较，由于估计值比实测偏移量会误差大，所以实时偏移量与估计值作差求模，将样值与估计值模最大的选出来；F：由于该值与真实值接近，我们在终端优选一个值对结果进行补偿，用该值对光纤的非线性相位补偿，比常规方式更准确。本发明能够合理利用光传输过程中非线性相位补偿理论与实际的结合，利用相关算法进行更精确的补偿。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种光传输过程中对光相位非线性补偿的优化方法。
技术背景
下一代骨干光纤通信系统正朝着超高速率、超大容量和超长距离的方向发展，而随着传输容量和传输距离的增加，信号的输入功率不断提高，NLD（非线性损伤）积累也愈加严重。相对于非线性损伤，如CD（群速度色散）和PMD（偏振模色散），NLD具有动态适变性强和变化速率块的特点，其大小与信号输入功率、调制格式、CD分布等诸多系统配置参数有关，因此NLC（非线性补偿）的技术难度更大，是目前限制光纤通信系统性能的主要因素。NLD包括信道内和信道间两类，前者由SPM（自相位调制）造成，后者由XPM（交叉相位调制）和FWM（四波混频）效应引起。近年来随着数字想干接收技术的发展，信号光全场信息都可以恢复并转化为电域数字信号，这使得基于DSP（数字信号处理）的NLC技术迅猛发展。
目前提出的NLC技术从信号处理方式看可以分为光域补偿和电域补偿两大类。光域补偿具有带宽高、对调制速率格式无限制的优先，并可以实现实时处理；电域补偿具有灵活、可靠和功能强大的优点，但 对ADC（模数转换）和DSP器件有较高的要求，目前的主要补偿技术分为三大类，分别为：
1、基于光相位调制器的补偿技术：
由于SPM/XPM效应导致的非线性相移与信号功率有关，信号自身和周围信道功率的瞬时变化都会造成信号相位抖动，因此有学者提出在接收机前加入用于NLC的PM（相位调制器）和光探测器，PM对信号相位的调制幅度与光探测器探测到的信号瞬时功率成正比，调制系数则与光纤的非线性系数异号，从而抵消非线性相移。该方法采用10GHz带宽的PIN（光电二极管）在接收端探测呗补偿信道功率的实时变化，输出RF（射频）信号经放大后驱动PM工作，在经延时器一确保对应同一脉冲的光电信号同时到达PM.数值仿真结果表明对于10Gbit/s色散管理系统，当传输距离在3500km以上时，用该方法补偿SPM可以提高系统Q值3DB以上。
2、OPC/EPC（光域/电域相位共轭）技术
OPC技术利用非线性介质中FWM效应在链路中点处对信号的相位和频谱进行反转，使得前后两段光纤中SPM/XPM产生的非线性相移大小相同符号相反，从而互相抵消。该方法可以在多信道并行下同事补偿SPM和XPM，具有效率高对信号速率和调制格式透明的优点。但是由于FWM频谱反转需要占用两倍带宽，且会改变信号波长，因此实用性不强。进而有学者提出EPC技术，利用想干探测模块和I/Q调制器取代OPC模块。在恢复出 I/Q电信号后再利用I/Q重新调制同一波长激光产生相位共轭信号。相比OPC，EPC补偿技术更加可靠，不占用额外的频谱资源，同时输出信号波长保持不变。
3、BP技术
BP技术包括DBP（数字后向传输）补偿技术和OBP（光后向传输）技术。两者机理完全相同，不同的是前者基于DSP技术，而后者基于全光处理技术。
DBP技术室通过各种数值算法如SSF和VSTF法求解NLSE，从而模拟输出光信号经过同样长度但NL、CD相反的传输光纤，实现对CD和NLD的补偿。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供一种光传输过程中对光非线性相位补偿的优化方法技术方案。该方案不同于以往的利用数值计算得出的估计值对输出光纤取反补偿的一般方法，利用数字计算与实际测量相结合，在考虑了最严重的影响之外还顾及到由于实际信道中的相位偏移问题，提出了一种新型的，更精确的补偿方法，以这种方法可以更精确的对信号进行非线性相位补偿。
为解决上述问题，本发明提供了非线性相位补偿方法，如图所示，包括以下步骤：
A：依据光纤的输入光功率通过对光纤信道的描述方程（非线 性薛定谔方程）得到一个关于非线性相位损耗的估计值；
B：整在光纤的输出端，利用光功率计，探测得到实时功率值；
C：利用光功率与光非线性相位之间的关系，通过计算得到光相位的实时偏移量；
D：对实时偏移量进行抽样；
E：将样值与估计值进行比较，由于估计值比实测偏移量会误差更大，所以实时偏移量与估计值作差求模，将样值与估计值模最大的优选出来；
F：由于模值最大，所以该样值与真实值越接近，由于无法做到实时补偿，我们只能在终端优选一个值对结果进行补偿，所以输出端可以直接将此优选样值的大小，取反，然后输入到光纤当中，对光纤的非线性相位进行补偿。
优选地：所述步骤B中，对当前的输出光功率进行实时探测，而
不再局限于以前数字后向补偿常常利用的直接通过解薛定谔方
程得到的一个估计值对光纤非线性进行补偿的方式，这样将理论
与实际相结合，对光纤非线性的补偿更贴近实际。
优选地：所述步骤C中，通过得到的输出实时变化的功率值，得
到由于光纤中各部分非线性造成的相位影响不同而通过实际探
测得到一组实际值，通过光纤非线性相位偏移与光功率的关系，
可以得到光信号通过光纤造成的非线性效应影响的实际值。
优选地：所述步骤E中，由于仅通过理论计算得到的估计值不能 完全反应光纤中由于种种原因（光纤折射率不均匀、激光源的功率不稳定）造成的光信号相位偏移，所以，得到的一组抽样实际样本的相位误差应该介于真实值与近似值之间，在此基础上，通过作差求模，得出来的最大值，那么该样本所反映的非线性相位偏移就是样本中的最优值，将这个值求反输入到光纤中，则可以最好的补偿光纤中的非线性相位偏移。
(二)有益效果
本发明通过理论与实际的结合，利用已有的经典方法，利用数值方法求解非线性薛定谔方程得到一个理论近似值，利用实际测量得到光纤输出的非线性相位偏移，利用抽样与比较，得到最优解，在后向产生的方法更精确的补偿了光纤中由于各种原因造成的非线性相位偏移从而对光纤的非线性进行了更深入的补偿。
本发明能够合理利用光传输过程中非线性相位补偿理论与实际的结合，对理论值考虑最主要的影响计算得到一个标准参照，利用粗略值进行对比得到精确值，然后利用这个最优值对信号衰减进行更精确的补偿。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明所述的一种光传输过程中对光非线性相位补偿的优化方法，包括以下步骤：
A：利用激光器产生功率为的光信号。
B：将光信号输入到有效长度为，非线性长度（通过有效长度计算）为的光纤中。
C：依据对薛定谔方程的数值解的方法，求得非线性效应当中的相位偏移值φ；
D：利用输出的光功率，我们可以求得光纤中实时的光纤非线性相位值：；
E：将实际值进行抽样，得到一组关于非线性相移的样本值：；
F：将这些值分别与相位偏移值的数值近似解φ作差求模，由于该近似解考虑的范畴最少，影响最大，所以该值与真实值之间的差距最大，那得到的实际值虽然与真实值也有误差，但是此误差由于考虑的因素更多，所以应当小于理论计算的误差，也就是模值最大，那么该样本最优。
G：选出该最优样本，得到实际值的最优解，利用此最优解进行补偿，具体补偿方法则是，利用后端DSP产生与求解值大小相同方向相反的一个解，对信号星座进行补偿。
为了说明本发明所述的技术方案，下面附图对本发明的一种光传输过程中对光非线性相位补偿的优化方法作出详细说明。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。对于本领域的技术人员来说，对于本发明的多种修改将是显而易见的，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
附图说明：图1为专利仿真流程图。实现在光通信的过程中，首先将输出信号进行实时光通信探测；利用非线性薛定谔方程计算其相位偏移的理论值；将实际值抽样；将样值与计算所得近似值相比较，得到相对精确的真实值；利用该值取反，输入光纤，对光纤的非线性相移进行相关补偿。
Claims (4)
1.一种光传输过程中对光非线性相位补偿的优化方法，主要实施步骤包括：
A：依据光纤的输入光功率通过对光纤信道的描述方程（非线性薛定谔方程）得到一个关于非线性相位损耗的估计值；
B：整在光纤的输出端，利用光功率计，探测得到实时功率值；
C：利用光功率与光非线性相位之间的关系，通过计算得到光相位的实时偏移量；
D：对实时偏移量进行抽样；
E：将样值与估计值进行比较，由于估计值比实测偏移量会误差更大，所以实时偏移量与估计值作差求模，将样值与估计值模最大的优选出来；
F：由于模值最大，所以该样值与真实值越接近，由于无法做到实时补偿，我们只能在终端优选一个值对结果进行补偿，所以输出端可以直接将此优选样值的大小，取反，然后输入到光纤当中，对光纤的非线性相位进行补偿。
2.如权利要求1所述的一种光传输过程中对光相位非线性补偿的优化方法，其特征在于：所述步骤B中，对当前的输出光功率进行实时探测，而不再局限于以前数字后向补偿常常利用的直接通过解薛定谔方程得到的一个估计值对光纤非线性进行补偿的方式，这样将理论与实际相结合，对光纤非线性的补偿更贴近实际。
3.如权利要求1所述的一种光传输过程中对光相位非线性补偿的优化方法，其特征在于：所述步骤C中，通过得到的输出实时变化的功率值，得到由于光纤中各部分非线性造成的相位影响不同而通过实际探测得到一组实际值，通过光纤非线性相位偏移与光功率的关系，可以得到光信号通过光纤造成的非线性效应影响的实际值。
4.如权利要求1所述的一种光传输过程中对光相位非线性补偿的优化方法，其特征在于：所述步骤E中，由于仅通过理论计算得到的估计值不能完全反应光纤中由于种种原因（光纤折射率不均匀、激光源的功率不稳定）造成的光信号相位偏移，所以，得到的一组抽样实际样本的相位误差应该介于真实值与近似值之间，在此基础上，通过作差求模，得出来的最大值，那么该样本所反映的非线性相位偏移就是样本中的最优值，将这个值求反输入到光纤中，则可以最好的补偿光纤中的非线性相位偏移。
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