CN111211834A - 评估和抑制超长距无中继光通信系统信号光谱变形的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种评估和抑制超长距无中继光通信系统信号光谱变形的方法。包括以下步骤：采集系统参数、输入信号的光谱信息，以及输入噪声信号；计算并输出系统的SBS阈值、输出信号的光谱信息、以及系统的输出噪声信号；获得系统的SBS阈值、输出信号的光谱信息，以及输出噪声信号；将输入信号光谱信息中的光功率与系统的SBS阈值进行比较，若低于SBS阈值，则将输出信号光谱信息的光谱峰值功率与输出信号功率阈值进行比较，若输出信号光谱信息的光谱峰值功率高于输出信号功率阈值，则将输出光信噪比与预设光信噪比进行比较，若输出光信噪比高于预设光信噪比，则判断输出信号的光谱信息中是否出现谱肩，若没有出现谱肩，确定系统导通。

Description

评估和抑制超长距无中继光通信系统信号光谱变形的方法
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种评估和抑制超长距无中继光通信系统信号光谱变形的方法。
背景技术
近年来光通信系统在传输速率、传输容量、传输距离和成本等方面发展迅猛，目前10G同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy,SDH)技术已在骨干网络中实现普遍应用。而随着对系统传输容量和无电中继传输距离的需求日益增高，使得信道间距越来越小，单波传输功率越来越高，从而使光纤中的非线性效应如受激布里渊散射(StimulatedBrillouin Scattering,SBS)、自相位调制(Self-Phase Modulation,SPM)、交叉相位调制(Cross Phase Modulation,XPM)、四波混频(Four-Wave Mixing,FWM)等对光传输系统的影响越来越大。定量分析光传输系统中各非线性效应对系统性能的影响程度对于系统的优化设计具有重要的意义。
FWM是一种重要的三阶非线性效应，会造成信号功率的损耗，并产生新的光场，对系统产生非线性串扰，且在高传输功率下效应尤为明显，因此大大限制了光传输系统的传输容量和传输功率。然而目前关于FWM对光传输系统的影响主要集中于波分复用系统(Wavelength Division Multiplexing,WDM)乃至密集波分复用系统(DWDM)中不同信道内信号相互之间的干扰，而对于单个信道内的FWM效应关注较少。在本方法相关研究中发现，在光通信传输系统中，带内信号与10G调制信号的相位匹配会导致简并四波混频效应的产生，并在光谱中观察到明显的谱肩的出现，此现象在传输功率升高时尤为显著，并进而成为限制光传输系统传输功率的主导机制。
发明内容
本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种评估和抑制超长距无中继光通信系统信号光谱变形的方法。
本发明第一方面采用的技术方案是：一种评估超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法，包括以下步骤：
S100：采集所述超长距无中继光通信系统的系统参数、输入所述超长距无中继光通信系统中输入信号的光谱信息，以及输入所述超长距无中继光通信系统中的输入噪声信号；
S200：根据所述系统参数和光谱信息，计算并输出所述超长距无中继光通信系统的SBS阈值、所述超长距无中继光通信系统的输出信号的光谱信息、以及所述超长距无中继光通信系统的输出噪声信号；
S300：获得所述超长距无中继光通信系统的SBS阈值、输出信号的光谱信息，以及输出噪声信号；
S400：将输入信号光谱信息中的光功率与所述超长距无中继光通信系统的SBS阈值进行比较，若输入信号光谱信息中的光功率低于所述SBS阈值，则将输出信号光谱信息的光谱峰值功率与输出信号功率阈值进行比较，若所述输出信号光谱信息的光谱峰值功率高于所述输出信号功率阈值，则将输出光信噪比与预设光信噪比进行比较，若所述输出光信噪比高于所述预设光信噪比，则判断所述输出信号的光谱信息中是否出现谱肩，若没有出现谱肩，确定所述超长距无中继光通信系统导通。
可选的，S400中所述将输入信号光谱信息中的光功率与所述超长距无中继光通信系统的SBS阈值进行比较；
若输入信号光谱信息中的光功率低高于所述SBS阈值，则预判断所述超长距无中继光通信系统不导通。
可选的，S400中所述将输出信号光谱信息的光谱峰值功率与输出信号功率阈值进行比较；
若所述输出信号光谱信息的光谱峰值功率低于所述输出信号功率阈值，则预判断所述超长距无中继光通信系统不导通。
可选的，S400中所述将输出光信噪比与预设光信噪比进行比较；
若所述输出光信噪比低于所述预设光信噪比，则预判断所述超长距无中继光通信系统不导通。
可选的，S400中所述判断所述输出信号的光谱信息中是否出现谱肩；
若出现谱肩，则判断输出信号光谱信息的光谱峰值功率与谱肩功率的比值，与预设光信噪比进行比较；
若高于预设光信噪比，则预判系统导通，否则预判系统不导通。。
可选的，在S300所述步骤之后，在S400所述步骤之前还包括：对S200计算得到的结果：所述超长距无中继光通信系统的SBS阈值、输出信号的光谱信息，以及输出噪声信号，进行验证步骤；
包括：
获取所述超长距无中继光通信系统的实际值：超长距无中继光通信系统的SBS实际阈值、输出信号的实际光谱信息，以及实际输出噪声信号；
将S200计算得到的结果与所述超长距无中继光通信系统的实际值进行对应比对，若将S200计算得到的结果与所述超长距无中继光通信系统的实际值之间的差值超过误差范围，则执行S100。
可选的，所述将S200计算得到的结果与所述超长距无中继光通信系统的实际值进行对应比对；
若将S200计算得到的结果与所述超长距无中继光通信系统的实际值之间的差值处于误差范围，则执行S300。
作为本发明的第二方面，提供一种抑制超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法，在本发明第一方面所述步骤：判断输出信号光谱信息的光谱峰值功率与谱肩功率的比值与预设光信噪比进行比较步骤之后，确定输出信号光谱信息的光谱峰值功率与谱肩功率的比值，低于预设光信噪比，判定所述谱肩功率为噪声功率，并降低输入端XFP光模块的调制功率，提升所述超长距无中继光通信系统输出光信噪比。
可选的，采用光谱整形技术抑制所述谱肩。
可选的，采用相干光通信系统抑制所述谱肩对系统的影响。
本发明的优点：
1.本发明能够模拟和分析超长距无中继10G光通信系统中带内四波混频效应对信号光谱的影响；基于调制光与信号光之间的四波混频效应，精确仿真信号光谱中谱肩出现的过程并分析此现象产生的关键因素，进而量化此现象对输出端光信噪比的影响。
2.提出抑制信号光谱谱肩的方法。本发明提出降低调制信号功率、采用光谱整形技术以及采用相干光通信系统等3种方法，均可有效减小或避免带内四波混频效应的影响，从而抑制信号光谱谱肩及其对输出端光信噪比的影响。。
附图说明
图1为本发明实施例2的流程图。
图2为本发明实施例2中S200步骤的具体流程图。
图3为本发明实施例2中S310步骤的具体流程图。
图4为本发明实施例2中S400步骤的具体流程图。
图5为本发明实施例的评估计算结果与实际结果的对比图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
作为本发明的第一方面，提供一种评估超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法，包括以下步骤：
S100：数据采集：采集所述超长距无中继光通信系统的系统参数、输入所述超长距无中继光通信系统中输入信号的光谱信息，以及输入所述超长距无中继光通信系统中的输入噪声信号。
S200：变形光谱的信息的计算及输出：根据所述系统参数和光谱信息，确定并输出所述超长距无中继光通信系统的SBS阈值，所述超长距无中继光通信系统的输出信号的光谱信息、以及所述超长距无中继光通信系统的输出噪声信号；从而预测超长距无中继光通信系统的系统经过带内四波混频效应，使得输入信号产生光谱变形现象，并计算变形光谱的信息。
其中，利用受激布里渊散射(SBS)效应仿真模块基于输入信号光参数计算系统SBS阈值；利用信号光10G调制模块和四波混频(FWM)效应仿真模块对输入信号光谱在传输过程中所产生的形变进行数值仿真，得到输出信号的光谱信息；利用光功率放大(OBA)模块、前向拉曼放大(FDRA)模块和噪声计算模块，对输入噪声信号在传输过程的变化进行数值仿真，得到输出噪声信号。
S300：获得所述超长距无中继光通信系统的SBS(Stimulated Brillouinscattering，受激布里渊散射)阈值、输出信号的光谱信息，以及输出噪声信号。同时还会读取输入信号光谱和输出端光探测器灵敏度等信息。
S400：系统状态预断：将输入信号光谱信息中的光功率与所述超长距无中继光通信系统的SBS阈值进行比较，若输入信号光谱信息中的光功率低于所述SBS阈值，则将输出信号光谱信息的光谱峰值功率与输出信号功率阈值进行比较，若所述输出信号光谱信息的光谱峰值功率高于所述输出信号功率阈值，则将输出光信噪比与预设光信噪比进行比较，若所述输出光信噪比高于所述预设光信噪比，则判断所述输出信号的光谱信息中是否出现谱肩，若没有出现谱肩，确定所述超长距无中继光通信系统导通。
其中，对于所述S400中的输出光信噪比为：输出信号光谱信息的光谱峰值功率与输出噪声信号的噪声功率之间的比值。
对于400中所述将输入信号光谱信息中的光功率与所述超长距无中继光通信系统的SBS阈值进行比较；
若输入信号光谱信息中的光功率高于所述SBS阈值，则预判断所述超长距无中继光通信系统不导通。
对于S400中所述将输出信号光谱信息的光谱峰值功率与输出信号功率阈值进行比较；
若所述输出信号光谱信息的光谱峰值功率低于所述输出信号功率阈值，则预判断所述超长距无中继光通信系统不导通。
对于S400中所述将输出光信噪比与预设光信噪比进行比较；
若所述输出光信噪比低于所述预设光信噪比，则预判断所述超长距无中继光通信系统不导通。
对于S400中所述判断所述输出信号的光谱信息中是否出现谱肩；若出现谱肩，计算谱肩功率，判断输出信号光谱信息的光谱峰值功率与谱肩功率的比值，与预设光信噪比进行比较；
若输出信号光谱信息的光谱峰值功率与谱肩功率的比值高于预设光信噪比则预判系统导通，否则预判系统不导通。
需要解释的是信号在超长距无中继光通信系统中的传输过程，输入信号被调制信号调制于在10G频道上，此时若输入信号的频率和调制信号的频率满足四波混频的相位匹配条件，则在新的频率点行会产生四波混频光，从而在特定输入信号的功率和调制信号功率条件下，光谱叠加后出现明显谱肩。其中所述的四波混频后产生的光谱功率的计算公式为：
Figure BDA0002424371410000051
其中n为光纤折射率，c为光速；D＝此处取6；X1111为三阶非线性电极化率，Aeff为光纤有效面积，α为光纤衰减项，P为光功率，ω为光频率。
作为本发明的第二方面，提供一种抑制超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法。
在确定信号在传输过程中信号光谱谱肩后，为了抑制该谱肩的产生采用以下实施例：
实施例1：抑制传输过程中信号光谱谱肩的方法之一是降低调制信号的调制功率。需要解释的是，所述调制信号是由位于输入端的XFP光模块产生，所述调制信号用于调制输入所述超长距无中继光通信系统中的输入信号。通过降低XFP光模块的调制信号功率即可降低调制信号的调制功率。其中XFP光模块为一种可热交换的，独立于通信协议的光学收发器，XFP光模块的典型波长是850nm,1310nm或1550nm，用于10G bps的SONET/SDH，光纤通道，千兆以太网，也包括DWDM链路。
基于四波混频效应理论，降低调制信号功率可降低四波混频光功率，从而降低谱肩功率，抑制其对系统输入端光信噪比的影响。
实施例2：抑制传输过程中信号光谱谱肩的方法之一是采用光谱整形技术。光谱整形技术如平方根升余弦脉冲/奈奎斯特(RRC/Nyquist)、M型平方根脉冲(RMP)和随机脉位调制(RPPM)等可通过调整光谱高频部分和低频部分的功率分量，展宽光谱带宽，从而破坏相邻光谱之间的相位匹配条件，抑制四波混频效应。因此对输入信号以及调制信号进行光谱整形可抑制信号光谱谱肩的产生。
实施例3：抑制传输过程中信号光谱谱肩的方法之一是采用相干光通信系统。相干光通信主要利用相干调制和外差检测技术。所谓相干调制，指利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅；所谓外差检测，指将一束本机振荡产生的激光与输入的信号光在光混频器中进行混频，得到与信号光频率、相位和振幅按相同规律变化的中频信号。采用相干光通信系统即使出现带内四波混频效应导致信号光谱谱肩的出现，系统仍能够检测出有效信号，因此此时信号光谱变形导致的光信噪比降低不会影响系统信号检测及工作性能。
提供一种评估超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法，所述实施例2在实施例1的基础上还包括S310：对S200计算得到的结果：所述超长距无中继光通信系统的SBS阈值、输出信号的光谱信息，以及输出噪声信号，进行验证步骤，包括：
S311：获取所述超长距无中继光通信系统变形光谱的信息的实际值：超长距无中继光通信系统的SBS实际阈值、输出信号的实际光谱信息，以及实际输出噪声信号；
S312：将S200计算得到的结果与所述超长距无中继光通信系统的实际值进行对应比对，若将S200计算得到的结果与所述超长距无中继光通信系统的实际值之间的差值超过误差范围，则返回执行S100，从S100至S312再至S100的过程为一个循环，循环执行次数达到10次时，系统中止。
S313：将S200计算得到的结果与所述超长距无中继光通信系统的实际值进行对应比对，若将S200计算得到的结果与所述超长距无中继光通信系统的实际值之间的差值处于误差范围内，则执行S300。参照图4，若处于误差范围则可得到拟合程度良好的验证结果，此时输入信号功率为21dBm，在调制信号作用下产生四波混频效应，出现明显谱肩。图中单根线条(即曲线A)为实际结果，具有较多波动的线条(即曲线B)为仿真结果。
所述S312和S313中将S200计算得到的结果与所述超长距无中继光通信系统的实际值进行对应比对的步骤，具体为：计算相关系数R2值，如R2≥0.95，则判定“超过误差范围”执行S312；如R2＜0.95，则判定“处于误差范围”执行S313。
图5表示实施例的评估计算结果与实际结果的对比图，参照图5，A光谱表示实际测量得到的光谱曲线，B光谱表示对应评估得到的光谱曲线，B光谱可充分拟合A光谱曲线，从而能够验证本发明评估超长距无中继光通信系统信号光谱变形方法的准确性。
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，尽管参照实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 (10)

1.一种评估超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：采集所述超长距无中继光通信系统的系统参数、输入所述超长距无中继光通信系统中输入信号的光谱信息，以及输入所述超长距无中继光通信系统中的输入噪声信号；
S200：根据所述系统参数和光谱信息，确定并输出所述超长距无中继光通信系统的SBS阈值、所述超长距无中继光通信系统的输出信号的光谱信息、以及所述超长距无中继光通信系统的输出噪声信号；
S300：获得所述超长距无中继光通信系统的SBS阈值、输出信号的光谱信息，以及输出噪声信号；
S400：将输入信号光谱信息中的光功率与所述超长距无中继光通信系统的SBS阈值进行比较，若输入信号光谱信息中的光功率低于所述SBS阈值，则将输出信号光谱信息的光谱峰值功率与输出信号功率阈值进行比较，若所述输出信号光谱信息的光谱峰值功率高于所述输出信号功率阈值，则将输出光信噪比与预设光信噪比进行比较，若所述输出光信噪比高于所述预设光信噪比，则判断所述输出信号的光谱信息中是否出现谱肩，若没有出现谱肩，确定所述超长距无中继光通信系统导通。
2.如权利要求1所述的评估超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法，其特征在于，S400中所述将输入信号光谱信息中的光功率与所述超长距无中继光通信系统的SBS阈值进行比较；
若输入信号光谱信息中的光功率低高于所述SBS阈值，则预判断所述超长距无中继光通信系统不导通。
3.如权利要求1所述的评估超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法，其特征在于，S400中所述将输出信号光谱信息的光谱峰值功率与输出信号功率阈值进行比较；
若所述输出信号光谱信息的光谱峰值功率低于所述输出信号功率阈值，则预判断所述超长距无中继光通信系统不导通。
4.如权利要求1所述的评估超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法，其特征在于，S400中所述将输出光信噪比与预设光信噪比进行比较；
若所述输出光信噪比低于所述预设光信噪比，则预判断所述超长距无中继光通信系统不导通。
5.如权利要求1所述的评估超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法，其特征在于，S400中所述判断所述输出信号的光谱信息中是否出现谱肩；
若出现谱肩，则判断输出信号光谱信息的光谱峰值功率与谱肩功率的比值，与预设光信噪比进行比较；
若高于预设光信噪比，则预判系统导通，否则预判系统不导通。
6.如权利要求1所述评估超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法，其特征在于，在S300所述步骤之后，在S400所述步骤之前还包括：对S200计算得到的结果：所述超长距无中继光通信系统的SBS阈值、输出信号的光谱信息，以及输出噪声信号，进行验证步骤；
包括：
获取所述超长距无中继光通信系统的实际值：超长距无中继光通信系统的SBS实际阈值、输出信号的实际光谱信息，以及实际输出噪声信号；
将S200计算得到的结果与所述超长距无中继光通信系统的实际值进行对应比对，若将S200计算得到的结果与所述超长距无中继光通信系统的实际值之间的差值超过误差范围，则执行S100。
7.如权利要求6所述的评估超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法，其特征在于，所述将S200计算得到的结果与所述超长距无中继光通信系统的实际值进行对应比对；
若将S200计算得到的结果与所述超长距无中继光通信系统的实际值之间的差值处于误差范围，则执行S300。
8.一种抑制超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法，其特征在于，在如权利要求5所述判断输出信号光谱信息的光谱峰值功率与谱肩功率的比值，与预设光信噪比进行比较之后；
确定输出信号光谱信息的光谱峰值功率与谱肩功率的比值，低于预设光信噪比，判定所述谱肩功率为噪声功率，降低调制信号的调制功率，提升所述超长距无中继光通信系统输出光信噪比；所述调制信号用于调制输入所述超长距无中继光通信系统中的输入信号。
9.如权利要求8所述的抑制超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法，其特征在于，采用光谱整形技术抑制所述谱肩。
10.如权利要求8所述的抑制超长距无中继光通信系统中信号光谱变形的方法，其特征在于，采用相干光通信系统抑制所述谱肩对系统的影响。
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