CN105207713B

CN105207713B - 一种波长脉宽编解码方法及光编码器

Info

Publication number: CN105207713B
Application number: CN201510504536.1A
Authority: CN
Inventors: 孙小菡; 张旋; 陈斯; 陆凤军; 朱敏
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2017-11-28
Anticipated expiration: 2035-08-17
Also published as: CN105207713A

Abstract

本发明公开了一种波长脉宽编解码方法及光编码器，该方法采用波长及脉宽二维信息标识各用户，实现在脉宽及波长维度上的并行编码。该光编码器由1×2光分路器、光纤布拉格光栅，并通过光纤延时线连接组成非对称型反射环；光分路器的分光比与光栅的中心反射波长等参数均灵活可调，光纤延时线的最大长度由探测脉冲的初始脉宽决定。本发明方法能够在光域上实现对脉宽的任意调制，在接收端采用现场可编程门阵列进行实时的脉宽测量来完成解码，能够有效的释放网络识别算法，可在保证系统性能的前提下支持大用户容量的无源光网络的光链路监测。

Description

一种波长脉宽编解码方法及光编码器

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，涉及一种波长脉宽编解码方法及光编码器。

背景技术

随着“光进铜退”的大规模推进，无源光网络作为一种新型有效的技术被广泛的应用在光接入网中。但与此同时，伴随着接入网光纤数量的不断增加，结构也愈加复杂，从而使得对各分支链路进行监测维护也变得越来越重要。传统的检测维护方法主要使用光时域反射计，适用于点到点的网络结构，不能满足无源光网络系统所采用的点到多点接入方式的监测要求。

为了解决无源光网络光纤链路监测问题，大量的监测技术已被提出。例如，嵌入式光时域反射仪方案将微型光时域反射仪集成到各光网络单元端，通过探测上行数据信号的反射及散射信息来监测支路状态，该方法需要对收发器做相应的硬件修改。基于自注入锁定反射式半导体光放大器的无源光网络监测方案通过在光网络单元端布放光纤布拉格光栅来实现波长锁定，进而产生上行数据信号及监测信号。但这种监测方法需要对协议进行扩展，无法在无源光网络中直接使用。除此之外，由于上行数据波长与监测波长共处于同一波段，容易产生增益，会造成监测波长和通信波长之间串扰。布里渊光时域反射仪监测方案利用在各支路上使用具有不同掺杂浓度的光纤来形成特定的布里渊频移，从而由散射信号区分各支路，由于各支路需要定制不同材质的光纤，大大增加无源光网络基本建设成本。基于周期编码的无源光网络监控方法，通过控制反射率固定的两个光纤布拉格光栅之间跳线长度，形成不同的周期光码字。每一个终端用户的两个光栅均具有都有相同的反射率及相同的中心反射波长，码字的周期值可通过跳线长度控制。该编码装置结构简单，可有效降低系统成本。该方法采用最大似然估计作为网络识别算法，算法流程复杂，实现难度较大。

上述监测方法在无源光网络的故障监测中都存在各种问题，尤其体现在大用户容量网络中，各类问题都使得这些技术在实际应用存在困难。

发明内容

技术问题：本发明提供一种在保证系统性能的前提下应用于大用户容量无源光网络光纤链路状态实时监测的波长脉宽编解码方法及光编码器。该光编码器可直接实现在光域上对脉宽的调制，分光比与光栅的中心反射波长等参数均灵活可调，光纤延时线的最大长度由探测脉冲的初始脉宽决定。该方法对于脉冲信号，根据脉冲到达时间的测量分别得到前沿与和后沿的到达时间，由二者的差值得出脉宽，可直接由现场门阵列实现并作判断，从而释放了无源光网络链路监测的网络识别算法。

技术方案：本发明的波长脉宽编解码方法，光编码信号可在波长及脉宽两个维度上同时进行编码，相同波长的用户分配不同的脉宽，相同脉宽的用户则分配不同的波长，保证对每个用户的标识全网唯一，适用于大用户容量网络的监测。该方法包括以下步骤：

步骤1、位于中心局处的可调光源向各终端用户发送含i个波长、初始脉宽均为T_s的探测光脉冲信号；

步骤2、各用户对接收到的探测光脉冲信号在脉宽及波长维度上同时进行编码，在光域上实现对脉宽的调制，经由非对称型反射环产生相应的二维光编码信号并反射回中心局；所述在脉宽维度上的编码通过配置非对称型反射环中光纤延时线的长度来实现，所述在波长维度上的编码通过采用不同中心反射波长的光纤布拉格光栅来实现；

步骤3、中心局处的接收模块对各用户反射回的光编码信号进行解码，采用现场可编程门阵列对反射回的光编码信号进行实时脉宽测量。

进一步的，本发明方法的步骤2中，在脉宽维度上的编码具体方式为：

对于光栅反射率R_i设置为部分反射的情况，将射入非对称型反射环的单个探测脉冲信号裂变为以下3个子脉冲：(1)净光程为0的上分支反射脉冲信号；(2)光程为l_i的上、下分支透射脉冲信号；(3)光程为2l_i的下分支反射脉冲信号；然后通过不同长度的光纤延时线来控制所述3个子脉冲在时域上彼此重叠的区间，调节复合脉冲信号宽度；

对于光栅反射率R_i设置为100％的情况，将射入非对称型反射环的单个探测脉冲信号裂变为以下2个子脉冲：(1)净光程为0的上分支反射脉冲信号；(2)光程为l_i的上、下分支透射脉冲信号；

对于光栅反射率R_i设置为0的情况，将非对称型反射环蜕变为萨格纳克环，以使射入环内的单脉冲信号经过环后不会在时域上发生展宽效应；

所述在波长维度上的编码具体方式为：在脉宽编码基础上，通过改变非对称型反射环中光纤布拉格光栅的中心反射波长来实现在波长域上的编码。

进一步的，在本发明波长脉宽编解码方法的步骤2中，所产生的二维光编码信号满足以下要求：相同波长的光编码信号具有不同脉宽，相同脉宽的光编码信号具有不同的波长。

进一步的，在本发明波长脉宽编解码方法的步骤3中，对反射回的光编码信号进行实时脉宽测量的具体方法为：测量第一个子脉冲的上升沿与最后一个子脉冲下降沿到达时间的时间差，即为一个用户对应波长的脉宽值，如果该用户对应波长的脉宽值缺失，则其对应的光纤链路发生故障，否则，该用户对应的光纤链路正常。

本发明的实现上述波长脉宽编解码方法的光编码器，是由一个分光比为r的1×2光分路器及中心反射波长、反射率分别为λ_i及R_i的光纤布拉格光栅和一根光纤延时线连接组成的非对称型反射环，所述光纤延时线的最大长度不超过cT_s/n_g，其中c为光在真空中的传播速度，n_g为纤芯的折射率，T_s为探测光脉冲的初始脉宽。

本发明方法中，光编码信号可在波长及脉宽两个维度上同时进行编码，相同波长的用户分配不同的脉宽，相同脉宽的用户则分配不同的波长，保证对每个用户的标识全网唯一，适用于大用户容量网络的监测。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明通过在脉宽及波长两个维度上同时进行光编码，具备监测大容量乃至超大容量用户网络的能力。由于采用的是制备工艺成熟的光分路器及光纤布拉格光栅作为基本组成元器件，编码器成本低。当探测脉宽值变大，各编码脉宽所取数值的量级及间隔变小时，所能监测的网络用户数将变大。如探测脉冲初始脉宽为1微秒，各编码脉宽的间隔取1纳秒，则仅在脉宽域上可监测的网络用户数可达3000户；加上波长域后，其监测用户数数还能成倍增加。

2、本发明采用简单的1×2光分路器、光纤布拉格光栅及光纤延时线组成的非对称型反射环，完成探测光信号脉宽直接在光域上的无源调制，相比于有源调制器，其无需加载偏置信号及调制信号，调制过程中不需要外部能量的激励。由于光纤延时线的长度在最大长度范围内可取任意值，因此可实现一定范围内脉宽的任意调节；

3、本发明采用光纤延时线的不同长度来实现对脉宽维度的编码，不同中心反射波长的光纤布拉格光栅来实现波长维度的编码。在脉宽域上的编码通过光纤延时线控制，在波长域上的编码通过光纤布拉格光栅的中心发射波长来控制。二者互不影响，可实现无缝融合；

4、本发明通过现场可编程门阵列对光编码信号脉宽的测量来实现解码，过程为对编码后的复合脉冲中第一个子脉冲上升沿到达时间与最后一个子脉冲下降沿到达时间的差值。测量和判断可由现场可编程门阵列同时完成，网络状态的判别为二元判断过程。相比于无源光网络链路监测中常用的最大似然估计法而言，其运算量可忽略不计，因此能实现对网络识别算法的释放。

附图说明

图1为无源光网络光纤链路监测方法的流程图；

图2为本发明的系统原理图；

图3为非对称型反射环的结构图；

图4实验验证结果。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。

本发明的波长脉宽编解码方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、位于中心局端的可调光源向各终端用户发送含i个波长、初始脉宽均为T_s的探测光脉冲信号；

步骤2、各用户对接收到的探测光脉冲信号在脉宽及波长维度上同时进行编码。通过配置非对称型反射环中光纤延时线的长度来实现在光域上对脉宽的编码，采用不同中心反射波长的布拉格光栅来实现在波长域上的编码。经由非对称型反射环产生相应的多个子脉冲叠加的光编码信号并反射回中心局端；

在脉宽维度上的编码具体为：

对于光栅反射率R_i设置为0的情况，该非对称型反射环将蜕变为萨格纳克环，射入环内的单脉冲信号经过环后不会在时域上发生展宽效应；

经过非对称型反射环后的出射脉冲信号的脉宽T'具体可表达为:

其中c为光在真空中的传播速度，n_g为纤芯的折射率，T_s为探测光脉冲的初始脉宽，l_i为光纤延时线的长度。

在波长域上的编码具体为：在脉宽编码基础上，通过改变非对称型反射环中光纤布拉格光栅的中心反射波长来实现在波长域上的编码；

具体系统原理如图2所示。

上述编码过程的实现均有配套光编码器完成，如图3所示，该编码器由一个分光比为r的1×2光分路器及中心反射波长、反射率分别为λ_i及R_i的光纤布拉格光栅，通过光纤延时线连接组成非对称型反射环。光纤延时线的最大长度不超过cT_s/n_g，其中c为光在真空中的传播速度，n_g为纤芯的折射率，T_s为探测光脉冲的初始脉宽；分路器的分光比及光纤布拉格光栅中心反射波长、反射率等参数均灵活可调，可通过分光比r及反射率R_i来调节各子脉冲幅度大小。

步骤3、中心局中的接收模块对各用户反射回的光编码信号进行解码，采用现场可编程们阵列对反射回的光编码信号进行实时脉宽测量，各用户对应的光编码信号为多个子脉冲叠加的信号，现场可编程们阵列实时检测的方法为测量第一个子脉冲的上升沿与最后一个子脉冲下降沿到达时间的时间差。即为一个用户对应波长的脉宽值，如果该用户对应波长的脉宽值缺失，则其对应的光纤链路发生故障，否则，该用户对应的光纤链路正常。

如图2中所示，接收模块由1×i波分解复用器、光接收机、模数转换器和现场可编程门阵列依次连接组成。光接收机有i个,i为可调光源中波长数量，i个光接收机的波长分别对应可调光源中的i个波长。该模块的具体工作流程为：含不同波长成分的编码信号经过波分解复用器后被分解为i路光信号，并经光接收机转换成电信号，该模拟电信号通过模电转换器转化为数字信号后交由现场可编程门阵列做识别处理。

为了有效说明该方法的可行性，对该光编码器进行了实验验证，如图4所示。实验采用宽带光源经内调制产生脉宽为1μs，重复频率为1KHz的矩形探测脉冲。由中心反射波长为λ＝1549.3nm，反射率大于95％的光纤布拉格光栅滤出对应的波长切片。光纤延时线的长度分别取为100m及200m,分别对应最大长度的一半及最大长度，其中非对称型反射环内部1×2光分路器的分光比为50:50，光纤布拉格光栅的反射率为80％，中心反射波长为1549.3nm。相应波长切片的矩形脉冲在终端处由非对称型反射环展宽后反射回中心局并送至光电转换组件中进行光电转换，最后由电子示波器实时给出相应脉宽的输出波形。由实际输出波形可知，光纤延时线的长度分别取为100m及200m时，对应复合脉冲的脉宽分别为2μs及3μs，与理论计算值吻合。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种波长脉宽编解码方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的波长脉宽编解码方法，其特征在于，所述步骤2中，在脉宽维度上的编码具体方式为：

3.根据权利要求1所述的波长脉宽编解码方法，其特征在于，所述步骤2中产生的二维光编码信号满足以下要求：相同波长的光编码信号具有不同脉宽，相同脉宽的光编码信号具有不同的波长。

4.根据权利要求1、2或3所述的波长脉宽编解码方法，其特征在于，所述步骤3中对反射回的光编码信号进行实时脉宽测量的具体方法为：测量第一个子脉冲的上升沿与最后一个子脉冲下降沿到达时间的时间差，即为一个用户对应波长的脉宽值，如果该用户对应波长的脉宽值缺失，则其对应的光纤链路发生故障，否则，该用户对应的光纤链路正常。

5.一种实现权利要求1、2、3或4所述波长脉宽编解码方法的光编码器，其特征在于，该编码器是由一个分光比为r的1×2光分路器及中心反射波长、反射率分别为λ_i及R_i的光纤布拉格光栅和一根光纤延时线连接组成的非对称型反射环，所述光纤延时线的最大长度不超过cT_s/n_g，其中c为光在真空中的传播速度，n_g为纤芯的折射率，T_s为探测光脉冲的初始脉宽，所述1×2光分路器的一个出口与光纤布拉格光栅连接，光纤布拉格光栅再经光纤延时线与1×2光分路器的另一个出口连接，从而构成一个非对称型反射环。