CN110971294A - 光链路导致的偏振态变化监测装置及方法、光接收机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种光链路导致的偏振态变化监测装置及方法、光接收机。通过获得在两个时刻的响应矩阵的变化矩阵，并根据该变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值确定表征光链路导致的偏振态变化的参数，能够动态的实时监测仅由光链路造成的偏振态变化，而与该光链路的输入信号的偏振态无关，并且，无需增加额外的硬件和控件。

Description

光链路导致的偏振态变化监测装置及方法、光接收机

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种偏振态变化监测装置及方法、光接收机。

背景技术

相干光通信系统以巨大的传输带宽、极大的扩容潜力、极低的传输损耗和低廉的造价等优势，在通信传输网络中占据着重要地位。在相干光通信中，为了保证信号的稳定传输，光收发系统中需要一种有效的办法去监测和应对光纤在自然环境中的各种状态变化，如弯折、抖动、被击打等。研究认为，监测偏振态变化有助于光收发机快速响应、分析以及修复这种损伤。即，希望通过监测信号在光链路中的偏振态变化，来准确反映链路中光纤的状态变化。

目前，有多种不同的方法监测信号偏振态。第一种方法是基于硬件实现的方法，该方法利用直流激光和商用的偏振计，或者，使用两个探测器和一个旋光片来监测偏振态变化。第二种方法基于接收机数字信号处理，相比于第一种方法能够以更快的速度跟踪光链路中偏振态的变化。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

发明人发现，上述第一种方法需要设置专门的硬件，成本较高且检测速度较慢，无法快速的跟踪光链路中偏振态的变化，而在上述第二种方法中，得到的监测量并不能纯粹地反映光链路中某一段(例如某段光纤)的状态改变导致的偏振态变化，而会将输入该监测光链路段的信号偏振态的影响也包含在监测量之内，从而反映的是光链路中总的偏振态变化。因此，并不能真实地反映光链路监测段的偏振态变化。

本发明实施例提供一种偏振态变化监测装置及方法、光接收机，通过获得在两个时刻的响应矩阵的变化矩阵，并根据该变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值确定表征光链路导致的偏振态变化的参数，能够动态的实时监测仅由光链路造成的偏振态变化，而与该光链路的输入信号的偏振态无关，并且，无需增加额外的硬件和控件。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种光链路导致的偏振态变化监测装置，所述装置包括：提取单元，其用于提取对第一时刻接收的第一接收信号进行均衡处理的均衡器的各个抽头的第一均衡系数以及对第二时刻接收的第二接收信号进行均衡处理的均衡器的各个抽头的第二均衡系数；第一计算单元，其用于将所述均衡器的各个抽头的第一均衡系数求和，得到零频率处的第一响应矩阵，将所述均衡器的各个抽头的第二均衡系数求和，得到零频率处的第二响应矩阵；第二计算单元，其用于根据所述第一响应矩阵和所述第二响应矩阵确定第一时刻和第二时刻的响应矩阵的变化矩阵；以及第三计算单元，其用于根据所述变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值，确定表征光链路导致的偏振态变化的参数。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种光接收机，包括根据本发明实施例的第一方面所述的光链路导致的偏振态变化监测装置。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种光链路导致的偏振态变化监测方法，所述方法包括：提取对第一时刻接收的第一接收信号进行均衡处理的均衡器的各个抽头的第一均衡系数以及对第二时刻接收的第二接收信号进行均衡处理的均衡器的各个抽头的第二均衡系数；将所述均衡器的各个抽头的第一均衡系数求和，得到零频率处的第一响应矩阵，将所述均衡器的各个抽头的第二均衡系数求和，得到零频率处的第二响应矩阵；根据所述第一响应矩阵和所述第二响应矩阵确定第一时刻和第二时刻的响应矩阵的变化矩阵；以及根据所述变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值，确定表征光链路导致的偏振态变化的参数。

本发明的有益效果在于：通过获得在两个时刻的响应矩阵的变化矩阵，并根据该变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值确定表征光链路导致的偏振态变化的参数，能够动态的实时监测仅由光链路造成的偏振态变化，而与该光链路的输入信号的偏振态无关，并且，无需增加额外的硬件和控件。

参照后文的说明和附图，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。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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。在附图中：

图1是本发明实施例1的光链路导致的偏振态变化监测装置的一示意图；

图2是本发明实施例2的光接收机的系统构成的一示意框图；

图3是本发明实施例3的光链路导致的偏振态变化监测方法的一示意图。

具体实施方式

在本发明实施例中，术语“第一”、“第二”等用于对不同元素从称谓上进行区分，但并不表示这些元素的空间排列或时间顺序等，这些元素不应被这些术语所限制。术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。

在本发明实施例中，单数形式“一”、“该”等包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据……”，术语“基于”应理解为“至少部分基于……”，除非上下文另外明确指出。

参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

实施例1

本发明实施例提供一种光链路导致的偏振态变化监测装置，该偏振态变化监测装置设置在光通信系统的光接收机端。

图1是本发明实施例1的光链路导致的偏振态变化监测装置的一示意图。如图1所示，偏振态变化监测装置100包括：

提取单元101，其用于提取对第一时刻接收的第一接收信号进行均衡处理的均衡器的各个抽头的第一均衡系数以及对第二时刻接收的第二接收信号进行均衡处理的均衡器的各个抽头的第二均衡系数；

第一计算单元102，其用于将该均衡器的各个抽头的第一均衡系数求和，得到零频率处的第一响应矩阵，将该均衡器的各个抽头的第二均衡系数求和，得到零频率处的第二响应矩阵；

第二计算单元103，其用于根据该第一响应矩阵和该第二响应矩阵确定第一时刻和第二时刻的响应矩阵的变化矩阵；以及

第三计算单元104，其用于根据该变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值，确定表征光链路导致的偏振态变化的参数。

由上述实施例可知，通过获得在两个时刻的响应矩阵的变化矩阵，并根据该变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值确定表征光链路导致的偏振态变化的参数，能够动态的实时监测仅由光链路造成的偏振态变化，而与该光链路的输入信号的偏振态无关，并且，无需增加额外的硬件和控件。

在本实施例中，在光接收机端，对接收信号进行均衡处理、频偏补偿处理、光发射机不理想补偿处理以及误码率判定等，进行以上处理可使用现有方法。

在本实施例中，提取单元101提取对第一时刻接收的第一接收信号进行均衡处理的均衡器的各个抽头的第一均衡系数以及对第二时刻接收的第二接收信号进行均衡处理的均衡器的各个抽头的第二均衡系数，其中，第一时刻和第二时刻是具有一定时间间隔的两个时刻，偏振态变化监测装置100监测的是第一时刻和第二时刻之间的光链路造成的偏振态变化。

在本实施例中，该均衡器可以采用现有的自适应均衡器，并利用现有的算法对接收信号进行自适应均衡处理。

例如，第一均衡系数可以表示为

第二均衡系数可以表示为

其中，h和v分别表示第一偏振态和第二偏振态，n为正整数，n-1时刻为第一时刻，n时刻为第二时刻。

在本实施例中，第一计算单元102将该均衡器的各个抽头的第一均衡系数求和，得到零频率处的第一响应矩阵，将该均衡器的各个抽头的第二均衡系数求和，得到零频率处的第二响应矩阵。

例如，第一计算单元102根据以下的公式(1)和(2)得到第一响应矩阵和第二响应矩阵：

其中，W_n-1表示零频率处的第一响应矩阵，W_n表示零频率处的第二响应矩阵，

表示第一均衡系数，

表示第二均衡系数，h和v分别表示第一偏振态和第二偏振态。

在本实施例中，第二计算单元103根据该第一响应矩阵和该第二响应矩阵确定第一时刻和第二时刻的响应矩阵的变化矩阵。

例如，该第二计算单元103将该第二响应矩阵与该第一响应矩阵的逆矩阵相乘，得到该变化矩阵，例如，根据以下的公式(3)得到该变化矩阵：

DW＝W_n·(W_n-1)^-1 (3)

其中，DW表示该变化矩阵，W_n-1表示该第一响应矩阵，W_n表示该第二响应矩阵。

在本实施例中，该偏振态变化监测装置100还可以包括：

归一化处理单元105，其用于对该变化矩阵进行归一化处理。

例如，归一化处理单元105利用以下的公式(4)对变化矩阵进行归一化处理：

其中，DW表示该变化矩阵，det(DW)表示对该变化矩阵求行列式。

在本实施例中，在归一化处理单元105对该变化矩阵进行了归一化处理的情况下，该第三计算单元104根据归一化处理后的该变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值，确定表征光链路导致的偏振态变化的参数。

该变化矩阵DW是一个2×2的复数单位阵，其可以表示为以下形式：

其中，DW表示该变化矩阵，|a|²+|b|²＝1。

该变化矩阵DW对应于斯托克斯空间的形式可以用以下的公式(6)表示：

其中，M是一个3×3的实数矩阵，矩阵M可以有三个本征值，分别为1，λ，λ*，并且对应于三个本征值的本征向量可以表示为u₁，u₂，u₃。

对于光信号上一个时刻的任意偏振态，可以由这一组本征向量表示：

α₁ ²+α₂ ²+α₃ ²＝1 (8)

其中，S_n-1表示光信号在上一时刻(第一时刻)的偏振态，实数α₁，α₂，α₃为权重。

上一时刻(第一时刻)偏振态S_n-1在经过光链路变化后成为S_n，两时刻的偏振态在斯托克斯域的变化可以写作：

其中，S_n-1表示光信号在上一时刻(第一时刻)的偏振态，实数α₁，α₂，α₃为权重,1，λ，λ*为矩阵M的三个本征值，u₁，u₂，u₃表示对应于三个本征值的本征向量。

在本实施例中，该表征光链路导致的偏振态变化的参数包括最大偏振变化和/或最大偏振旋转角，该最大偏振变化是对于任意偏振态的输入光链路的信号光，经过该光链路后，该光链路对该信号光造成的最大偏振变化，该最大偏振旋转角是对于任意偏振态的输入光链路的信号光，经过该光链路后，该光链路对该信号光的偏振态造成的最大偏转角度。

例如，由于权重α₁，α₂，α₃均为实数，则在斯托克斯域，对于任意输入偏振态的信号光，经过待测光链路，可以使用以下的公式(10)计算待测光链路造成的最大偏振变化：

其中，Rotθ表示该最大偏振变化，λ表示该变化矩阵DW在斯托克斯空间的矩阵M的特征值，c表示该变化矩阵DW的第1行、第1列的元素，或者该变化矩阵的第2行、第2列的元素，或者这两个元素的任意比例的组合。

上述公式(10)经过化简，可以使用以下的公式(11)计算待测光链路造成的最大偏振旋转角：

其中，Rotθ表示该最大偏振变化，dSOP表示该最大偏转角度，λ表示该变化矩阵DW在斯托克斯空间的矩阵M的特征值，c表示该变化矩阵DW的第1行、第1列的元素，或者该变化矩阵的第2行、第2列的元素，或者这两个元素的任意比例的组合。

由上述实施例可知，通过获得在两个时刻的响应矩阵的变化矩阵，并根据该变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值确定表征光链路导致的偏振态变化的参数，能够动态的实时监测仅由光链路造成的偏振态变化，而与该光链路的输入信号的偏振态无关，并且，无需增加额外的硬件和控件。

实施例2

本发明实施例还提供一种光接收机，该光接收机包括根据实施例1所述的偏振态变化监测装置，该偏振态变化监测装置的具体结构和功能可以参考实施例1的记载，此处不再赘述。

图2是本发明实施例2的光接收机的系统构成的一示意框图。如图2所示，接收机200包括：正交化单元201、第一补偿器202、均衡器203、频偏补偿/载波恢复单元204、第二补偿器205、判决单元206以及光链路导致的偏振态变化监测单元207。

在本实施例中，正交化单元201、第一补偿器202、均衡器203、频偏补偿/载波恢复单元204、第二补偿器205以及判决单元206的具体结构和功能可以参考现有技术。

在本实施例中，光链路导致的偏振态变化监测单元207的具体结构和功能与实施例1中的偏振态变化监测装置100相同，具体内容可以参考实施例1中的记载。

如图2所示，接收信号输入正交化单元201，正交化单元201将接收信号分解为Ix路信号、Qx路信号、Iy路信号和Qy路信号这四路信号，第一补偿器202根据接收端损伤的参数进行接收端损伤的补偿，经过接收端损伤补偿后的接收信号进入均衡器203进行自适应均衡处理，经过均衡器203均衡处理后的接收信号输入频偏补偿/载波恢复单元204进行频偏补偿和载波恢复，第二补偿器205根据发射端损伤的参数进行发射端损伤的补偿，经过发射端损伤补偿的接收信号输入判决单元206进行判决后输出，光链路导致的偏振态变化监测单元207根据该均衡器203在两个时刻的抽头系数，获得这两个时刻的响应矩阵的变化矩阵，并根据该变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值确定表征光链路导致的偏振态变化的参数。

在本实施例中，光接收机200并不是必须要包括图2中所示的所有部件；此外，光接收机200还可以包括图2中没有示出的部件，可以参考相关技术。

在本实施例中，光链路导致的偏振态变化监测单元207的功能可以由光接收机的处理器执行，例如，由接收机的数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)执行。

由上述实施例可知，通过获得在两个时刻的响应矩阵的变化矩阵，并根据该变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值确定表征光链路导致的偏振态变化的参数，能够动态的实时监测仅由光链路造成的偏振态变化，而与该光链路的输入信号的偏振态无关，并且，无需增加额外的硬件和控件。

实施例3

本发明实施例还提供一种光链路导致的偏振态变化监测方法，其对应于实施例1的光链路导致的偏振态变化监测装置。

图3是本发明实施例3的光链路导致的偏振态变化监测方法的一示意图。如图3所示，该方法包括：

步骤301：提取对第一时刻接收的第一接收信号进行均衡处理的均衡器的各个抽头的第一均衡系数以及对第二时刻接收的第二接收信号进行均衡处理的均衡器的各个抽头的第二均衡系数；

步骤302：将该均衡器的各个抽头的第一均衡系数求和，得到零频率处的第一响应矩阵，将该均衡器的各个抽头的第二均衡系数求和，得到零频率处的第二响应矩阵；

步骤303：根据该第一响应矩阵和该第二响应矩阵确定第一时刻和第二时刻的响应矩阵的变化矩阵；以及

步骤304：根据该变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值，确定表征光链路导致的偏振态变化的参数。

由上述实施例可知，通过获得在两个时刻的响应矩阵的变化矩阵，并根据该变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值确定表征光链路导致的偏振态变化的参数，能够动态的实时监测仅由光链路造成的偏振态变化，而与该光链路的输入信号的偏振态无关，并且，无需增加额外的硬件和控件。

本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在光链路导致的偏振态变化监测装置或光接收机中执行所述程序时，所述程序使得计算机在所述光链路导致的偏振态变化监测装置或光接收机中执行实施例3所述的光链路导致的偏振态变化监测方法。

本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可读程序使得计算机在光链路导致的偏振态变化监测装置或光接收机中执行实施例3所述的光链路导致的偏振态变化监测方法。

结合本发明实施例描述的在光链路导致的偏振态变化监测装置或光接收机中执行损伤监测方法可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或二者组合。例如，图1中所示的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合，既可以对应于计算机程序流程的各个软件模块，亦可以对应于各个硬件模块。这些软件模块，可以分别对应于图3所示的各个步骤。这些硬件模块例如可利用现场可编程门阵列(FPGA)将这些软件模块固化而实现。

软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域已知的任何其它形式的存储介质。可以将一种存储介质耦接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息；或者该存储介质可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该软件模块可以存储在移动终端的存储器中，也可以存储在可插入移动终端的存储卡中。例如，若设备(例如移动终端)采用的是较大容量的MEGA-SIM卡或者大容量的闪存装置，则该软件模块可存储在该MEGA-SIM卡或者大容量的闪存装置中。

针对图1描述的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合，可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑器件、分立硬件组件、或者其任意适当组合。针对图1描述的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合，还可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP通信结合的一个或多个微处理器或者任何其它这种配置。

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)

1.一种光链路导致的偏振态变化监测装置，所述装置包括：

提取单元，其用于提取对第一时刻接收的第一接收信号进行均衡处理的均衡器的各个抽头的第一均衡系数以及对第二时刻接收的第二接收信号进行均衡处理的均衡器的各个抽头的第二均衡系数；

第一计算单元，其用于将所述均衡器的各个抽头的第一均衡系数求和，得到零频率处的第一响应矩阵，将所述均衡器的各个抽头的第二均衡系数求和，得到零频率处的第二响应矩阵；

第二计算单元，其用于根据所述第一响应矩阵和所述第二响应矩阵确定第一时刻和第二时刻的响应矩阵的变化矩阵；以及

第三计算单元，其用于根据所述变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值，确定表征光链路导致的偏振态变化的参数。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，

所述第二计算单元将所述第二响应矩阵与所述第一响应矩阵的逆矩阵相乘，得到所述变化矩阵。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，

所述装置还包括：

归一化处理单元，其用于对所述变化矩阵进行归一化处理，

并且，所述第三计算单元根据归一化处理后的所述变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值，确定表征光链路导致的偏振态变化的参数。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，

所述表征光链路导致的偏振态变化的参数包括最大偏振变化和/或最大偏振旋转角，

所述最大偏振变化是对于任意偏振态的输入光链路的信号光，经过所述光链路后，所述光链路对该信号光造成的最大偏振变化，

所述最大偏振旋转角是对于任意偏振态的输入光链路的信号光，经过所述光链路后，所述光链路对该信号光的偏振态造成的最大偏转角度。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，根据以下的公式(1)和/或公式(2)，计算所述表征光链路导致的偏振态变化的参数：

其中，Rotθ表示所述最大偏振变化，dSOP表示所述最大偏转角度，λ表示所述变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值，c表示所述变化矩阵的第1行、第1列的元素，或者所述变化矩阵的第2行、第2列的元素，或者这两个元素的任意比例的组合。

6.一种光接收机，所述光接收机包括根据权利要求1-5中的任一项所述的装置。

7.一种光链路导致的偏振态变化监测方法，所述方法包括：

提取对第一时刻接收的第一接收信号进行均衡处理的均衡器的各个抽头的第一均衡系数以及对第二时刻接收的第二接收信号进行均衡处理的均衡器的各个抽头的第二均衡系数；

将所述均衡器的各个抽头的第一均衡系数求和，得到零频率处的第一响应矩阵，将所述均衡器的各个抽头的第二均衡系数求和，得到零频率处的第二响应矩阵；

根据所述第一响应矩阵和所述第二响应矩阵确定第一时刻和第二时刻的响应矩阵的变化矩阵；以及

根据所述变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值，确定表征光链路导致的偏振态变化的参数。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述根据所述第一响应矩阵和所述第二响应矩阵确定第一时刻和第二时刻的响应矩阵的变化矩阵，包括：

将所述第二响应矩阵与所述第一响应矩阵的逆矩阵相乘，得到所述变化矩阵。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，

所述方法还包括：

对所述变化矩阵进行归一化处理，

并且，所述根据所述变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值，确定表征光链路导致的偏振态变化的参数，包括：

根据归一化处理后的所述变化矩阵在斯托克斯空间的矩阵的特征值，确定表征光链路导致的偏振态变化的参数。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，

所述表征光链路导致的偏振态变化的参数包括最大偏振变化和/或最大偏振旋转角，

所述最大偏振变化是对于任意偏振态的输入光链路的信号光，经过所述光链路后，所述光链路对该信号光造成的最大偏振变化，

所述最大偏振旋转角是对于任意偏振态的输入光链路的信号光，经过所述光链路后，所述光链路对该信号光的偏振态造成的最大偏转角度。

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