CN111555803B - 双向多芯光纤串扰计算方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种双向多芯光纤串扰计算方法、装置及计算机可读存储介质。多芯光纤包括第一纤芯和第二纤芯，方法包括若第二纤芯的反射量在第一纤芯的功率反射耦合量和第二纤芯的能量耦合反射量在第一纤芯的反射量值于光纤起始端处相同，将第二纤芯的能量耦合反射量在第一纤芯的反射量值的2倍作为第一纤芯在光纤起始端处的反射能量值；将多芯光纤分为长度相同的多段子光纤，同时将基于纤芯内传播常数、纵向扰动因子和纤芯间距确定的传播常数差值信息进行分段处理；基于分段后的传播常数差值信息计算相应段子光纤的反射功率，并根据各子光纤反射功率的累加和计算得到多芯光纤在双向传输过程中的串扰量，实现双向传输过程中多芯光纤串扰的准确计算。

Description

双向多芯光纤串扰计算方法、装置及计算机可读存储介质

技术领域

本申请涉及光纤串扰计算技术领域，特别是涉及一种双向多芯光纤串扰计算方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

由于单芯单模光纤的信息传输能力受到非线性因素和光纤损耗等的限制无法满足现代通信的需求，具有高效的频谱和空间利用率的多芯光纤(Multi-core fiber，MCF)应用而生。

对于多芯光纤，相邻纤芯中的传输信号会耦合产生串扰(crosstalk，XT)从而影响信号的传输性能，降低信息传输的容量，准确评估XT对于解决MCF传输问题至关重要。在实际MCF信号传输过程中，XT的随机进程性依赖于随机扰动，例如弯曲半径和扭转速率，具有统计分布的特性。

为了进一步提高MCF的信道容量和降低XT，双向传输(Bidirection signalassignment，BSA)被广泛应用在MCF中。MCF中的XT主要是相邻纤芯中传输信号的耦合，当相邻纤芯中信号传输方向相反时，由于反向散射光主要是很小的后向瑞利散射光(Rayleighbackscattering，RB)此时信号耦合量非常小，意味着双向传输可以有效抑制XT，降低串扰。在100km标准单芯光纤上，双向传输串扰(XT_b)比同向传输串扰(XT_f)小10dB以上。双向传输能有效提高纤芯密度和抑制XT，提高MCF的空间和频谱利用率，满足现代通信发展需求。

在同向传输的MCF中，基于指数型自协方差函数的平均功率耦合因子评估随机扰动带来的相位偏移量已经被证明。平均功率因子通过解功率耦合方程组获得平均XT，避免通过大量的数值运算来表现XT的统计分布特性。但是，通过直接解功率耦合方程组获得的XT_b表现为同质MCF中的XT_b均值，并不能表现出随机扰动带来的相位偏移，这与实际双向传输相偏离，更无法真实反映远程信息传输损耗等问题。

鉴于此，如何准确计算双向传输多芯光纤的串扰是所属领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种双向多芯光纤串扰计算方法、装置及计算机可读存储介质，实现了双向传输过程中多芯光纤串扰的准确计算。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例一方面提供了一种双向多芯光纤串扰计算方法，多芯光纤包括第一纤芯和第二纤芯，包括：

若所述第二纤芯的反射量在所述第一纤芯上的功率反射耦合量值和所述第二纤芯的能量耦合反射量在所述第一纤芯的反射量值在光纤起始端处相同，则将所述第二纤芯的能量耦合反射量在所述第一纤芯的反射量值的2倍作为所述第一纤芯在光纤起始端处的反射能量值；

将所述多芯光纤分为长度相同的多段子光纤，同时将所述第一纤芯和所述第二纤芯的传播常数差值信息进行分段处理，所述传播常数差值信息基于纤芯内传播常数、纵向扰动因子和纤芯间距确定；

基于分段后的传播常数差值信息计算相应段子光纤的反射功率，并根据各子光纤的反射功率的累加和计算得到所述多芯光纤在双向传输过程中的串扰量。

可选的，所述纵向扰动因子包括纤芯的弯曲半径和扭转速率，所述传播常数差值信息为：

式中，Δβ₁₂为所述第一纤芯和所述第二纤芯的传播常数差值信息，β₁为所述第一纤芯内的传播常数，β₂为所述第二纤芯内的传播常数，D₁₂为所述第一纤芯和所述第二纤芯的纤芯间距，R_b为弯曲半径，cos₁(θ(z))为用于描述所述第一纤芯中扭转角度的余弦相关函数，cos₂(θ(z))为用于描述所述第二纤芯中扭转角度的余弦相关函数，θ为扭转角度，z表示纵向传播方向。

可选的，所述基于分段后的传播常数差值信息计算相应段子光纤的反射功率包括：

通过耦合模方程组计算任意一段子光纤i的耦合功率值；所述子光纤i为所述多芯光纤被分割后的第二纤芯的第i段；

基于所述耦合功率值和瑞利散射光密度微分方程得到所述子光纤i的反射功率。

可选的，所述耦合功率值基于耦合功率表达关系式计算得到，所述耦合功率表达关系式为：

其中，

式中，P为子光纤i的耦合功率值，i为所述多芯光纤被分割后的第i段，ΔL_i为第i段的分段长度，A₀为耦合信号的初始幅度值，k为耦合模系数，Δβ_i为第i段的传播常数差值信息，g为耦合模因子相关系数，j为迭代求和次数。

可选的，所述子光纤i的反射功率基于反射功率表达关系式计算得到，所述反射功率表达关系式为：

式中，P_bi为所述第二纤芯的第i段的反射功率值，α为光纤衰减因子，α_R为瑞利后向散射光的衰减因子，S为瑞利后向散射光返回因子，ΔL为每段子光纤的长度。

可选的，所述根据各子光纤的反射功率的累加和计算得到所述多芯光纤在双向传输过程中的串扰量为：

基于目标子光纤的反射功率计算所述多芯光纤在光纤起始端处产生的后向散射量总量值；

基于所述后向散射量总量值，根据串扰量表达关系式计算所述多芯光纤在双向传输过程中的串扰量，所述串扰量表达关系式为：

式中，所述目标子光纤为所述多芯光纤被分割后的第i段，XT_b为所述多芯光纤的双向串扰量，α为光纤衰减因子，α_R为瑞利后向散射光的衰减因子，S为瑞利后向散射光返回因子，ΔL为每段子光纤的长度，ΔL_i为第i段的分段长度，N为所述多芯光纤被分割的总段数，k_i为所述目标子光纤的耦合模系数，g_i为所述目标子光纤的耦合模因子相关系数。

本发明实施例另一方面提供了一种双向多芯光纤串扰计算装置，多芯光纤包括第一纤芯和第二纤芯，包括：

反射能量计算方式确定模块，用于若所述第二纤芯的反射量在所述第一纤芯上的功率反射耦合量值和所述第二纤芯的能量耦合反射量在所述第一纤芯的反射量值在光纤起始端处相同，则将所述第二纤芯的能量耦合反射量在所述第一纤芯的反射量值的2倍作为所述第一纤芯在光纤起始端处的反射能量值；

分段处理模块，用于将所述多芯光纤分为长度相同的多段子光纤，同时将所述第一纤芯和所述第二纤芯的传播常数差值信息进行分段处理，所述传播常数差值信息基于纤芯内传播常数、纵向扰动因子和纤芯间距确定；

双向串扰量计算模块，用于基于分段后的传播常数差值信息计算相应段子光纤的反射功率，并根据各子光纤的反射功率的累加和计算得到所述多芯光纤在双向传输过程中的串扰量。

可选的，所述双向串扰量计算模块包括反射功率计算子模块，所述反射功率计算子模块包括：

耦合功率值计算单元，用于通过耦合模方程组计算任意一段子光纤i的耦合功率值；所述子光纤i为所述多芯光纤被分割后的第二纤芯的第i段；

功率计算单元，用于基于所述耦合功率值和瑞利散射光密度微分方程得到所述子光纤i的反射功率。

本发明实施例还提供了一种双向多芯光纤串扰计算装置，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如前任一项所述双向多芯光纤串扰计算方法的步骤。

本发明实施例最后还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有双向多芯光纤串扰计算程序，所述双向多芯光纤串扰计算程序被处理器执行时实现如前任一项所述双向多芯光纤串扰计算方法的步骤。

本申请提供的技术方案的优点在于，将多芯光纤的纤芯间的整体传播常数差值信息进行分段处理使得其变成可计算值，传播常数差值信息为考虑纵向扰动因子影响的传播常数值，从而解决现有技术由于纵向扰动导致传播常数差值变化进而产生相位偏移量误差影响串扰值水平的弊端问题。对多芯光纤和传播常数差值信息同时进行分段处理，通过分段的形式随机分配偏移量值的大小，尽管相位偏移量表现为随机性，但不影响在耦合模方程组中通过迭代求解的形式计算得出在扰动因子下的串扰量，有效解决因直接解功率耦合方程组忽略的互耦合、弯曲、扭曲等带来传输幅场变化导致双向传输过程的串扰量计算不准确的技术问题，更加符合实际多芯双向传输的串扰量，提高了多芯光纤双向串扰的计算准确度。

此外，本发明实施例还针对双向多芯光纤串扰计算方法提供了相应的实现装置及计算机可读存储介质，进一步使得所述方法更具有实用性，所述装置及计算机可读存储介质具有相应的优点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一个相关技术中的多芯光纤串扰计算流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种双向多芯光纤串扰计算方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的第一纤芯的能量耦合反射量耦合至第二纤芯上的后向反射量的原理示意图；

图4本发明实施例提供的多芯光纤后向反射量的原理示意图；

图5为本发明实施例提供的双向多芯光纤串扰计算装置的一种具体实施方式结构图；

图6为本发明实施例提供的双向多芯光纤串扰计算装置的另一种具体实施方式结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

相关技术在计算多芯光纤在双向传输过程中的串扰时，直接求解表达式中，输入功率保持不变的，但是在实际多芯光纤传输中，光纤的衰减因子、模式耦合等会带来传输功率的变化。本申请的发明人经过大量研究发现，在双向传输中，直接求解表达式并不能反映随机纵向扰动对串扰的影响。后向瑞利散射量的实际大小应包含随机纵向扰动的特性，进而表达出双向串扰的特性。这意味着包含随机纵向扰动的输入功率在后向瑞利散射中可以采用分段式表达来找出传输功率在后向瑞利散射中的匹配问题，请参阅图1所示的两种计算方式。为了准确计算双向串扰量，本申请发明人还调研了采用分段模式进行功率计算现有技术，其中一种现有技术采用耦合功率的分段表达思想进行处理，具体来说，光纤被分成N段，纤芯1的每一段只有一部分的能量被耦合到芯2中。假定每段的幅值已被归一化处理，通过解模式耦合方程可以得到每个片段耦合进芯2的幅度电场强度，从而得到芯2末端的总能量。但是由于扰动、扭曲等的影响，各段的传播常数不一定相等，在实际的多芯光纤传输中，耦合模方程需要包含这些纵向耦合扰动因素，才能计算得到准确度高的串扰信息。另一种现有技术采用功率耦合方式进行串扰求解，但在长距离的传输中，功率耦合方程求解与耦合模方程求解会出现偏差，功率耦合方程求解不能考虑随机扰动等带来的误差，仍然无法计算得到准确高的串扰信息。还有一种现有技术基于向后瑞利散射密度函数解决，该方法中后向瑞利散射量来自于第一纤芯、第二纤芯中传输能量，传输过程中的能量损耗都只是在耦合模方程中使用，简化了多芯之间互耦合的影响。在实际中，由于光纤材质的不均匀性和衰减因子等的影响，幅值场函数是变化的，进而传输功率是变化的。由于后向瑞利散射量是基于同向瑞利散射的进一步求解，方程式的求解是对同向功率传输的进一步简化，考虑的不全面，在实际传输中，双向传输的同向忽略的互耦合的影响。

本申请通过对纤芯的传播常数进行分段处理，在光纤纵向传播方向上考虑纵向扰动因子的同时使其变成可计算值，基于分段式的表达确定输送功率在后向瑞利散射中的匹配问题，更加贴合实际多芯双向传输过程，有效解决因直接解功率耦合方程组忽略的互耦合、弯曲、扭曲等带来传输幅场变化导致双向传输过程的串扰量计算不准确的技术问题，提高多芯光纤双向串扰的计算准确度。

在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。

首先参见图2，图2为本发明实施例提供的一种双向多芯光纤串扰计算方法的流程示意图，本发明实施例可包括以下内容：

S201：若第二纤芯的反射量在第一纤芯上的功率反射耦合量值和第二纤芯的能量耦合反射量在第一纤芯的反射量值在光纤起始端处相同，则将第二纤芯的能量耦合反射量在第一纤芯的反射量值的2倍作为第一纤芯在光纤起始端处的反射能量值。

为了便于描述本申请的技术方案，多芯光纤以两根纤芯为例，其包括第一纤芯和第二纤芯，第一纤芯和第二纤芯并不特指某一条纤芯，只是为了区别两根纤芯。可以理解的是，双向传输过程中的串扰量来自与传输方向相反的瑞利散射光在邻近纤芯的磁场耦合量，也即计算双向串扰量需要计算某根纤芯的反射能量值。多芯光纤的某根纤芯的反射能量值包括两部分，请参阅图3所示，一部分为邻近纤芯反射量在该纤芯上的功率反射耦合量值，另一部分为邻近纤芯的能量耦合反射量在该纤芯的反射量值。以第一纤芯为例，第一纤芯的反射能量包括第二纤芯的反射量在第一纤芯上的功率反射耦合量值和第二纤芯的能量耦合反射量在第一纤芯的反射量值。

在本发明实施例中，若第二纤芯的反射量在第一纤芯上的功率反射耦合量值和第二纤芯的能量耦合反射量在第一纤芯的反射量值在光纤起始端z＝0处相同，那么只需要计算其中一部分便可得到整体反射能量值，具体采用计算哪部分可根据实际情况进行选取，本申请发明人经过大量研究证实，基于第二纤芯的能量耦合反射量在第一纤芯的反射量值计算整体反射总量值更加快速且准确，所以本申请在后续计算反射总量时是以基于第二纤芯的能量耦合反射量在第一纤芯的反射量值为基础。

结合图3举例来说，第二纤芯在第一纤芯中耦合能量可表示为P＝P₀hx，能量耦合反射量在第一纤芯中的后向散射或称反射量P_1bj可表示为：

由于第二纤芯中的后向散射量由第二纤芯中正向传播能量中向后散射而来，其功率表达式可以用其微分表达式dP＝P₀e^-2αxdx，第二纤芯的后向散射量在第一纤芯的功率反射耦合量值P_2bj可通过下述计算关系式计算得到：

式中，α为光纤衰减因子，α_R为瑞利后向散射光的衰减因子，S为瑞利后向散射光返回因子，P₀为纤芯输入功率，h为功率耦合因子，x为有限光纤段长，L为多芯光纤总长度。基于计算关系式(1)和计算关系式(2)可以看出这两部分的能量在数值上一样，从密度表达式上看，功率耦合和后向散射无先后区别。

S202：将多芯光纤分为长度相同的多段子光纤，同时将第一纤芯和第二纤芯的传播常数差值信息进行分段处理。

本申请被分割后的子光纤仍然为多纤芯光纤，各子光纤的长度值均相同，子光纤的总段数由各子光纤长度和多芯光纤总长度来决定。实际多芯光纤双向传输过程中，后向瑞利散射中的输入功率除了受到耦合模方程的影响外，还受到光纤弯曲和扭转所带来的纵向扰动。而由于扰动因子的影响，相位偏移量表现为随机性，无法在耦合模和功率耦合方程组中求出准确的数值解。故本申请的传播常数差值信息为基于纤芯内传播常数、纵向扰动因子和纤芯间距确定，也即传播常数差值不单纯由各自传播常数来确定，还考虑到纵向传播方向上的扰动因子，扰动因子例如可为多芯光纤的弯曲半径和扭转速率。由于多芯光纤进行了分段处理，为了使传播常数差值成为可计算值，相应的，对传播常数差值也进行相应的分段处理。

可以理解的是，双向传输串扰来源于很小量的瑞利散射光。扰动因子造成光纤折射率的变化产生瑞利散射光噪声。瑞利散射光噪声表现为连续相干型的，量值可表现为累加形式，为了验证本申请分段处理的可实施性，可用分段的形式验证单芯光纤中的瑞利散射光能量，结果与现有的理论实验公式一致证明分段的可行性。具体来说，假定L长的多芯光纤被均匀分成N段，每段子光纤长度为ΔL，输入功率P₀不变。第一纤芯的第i段的输入能量为P₀，则N段光纤在z＝0时产生的后向散射量总量：

式中，P_0bi为第二纤芯在z＝0时产生的后向散射量，α为光纤衰减因子，α_R为瑞利后向散射光的衰减因子，S为瑞利后向散射光返回因子。这与直接求解的表达式一样，从而证实分段求解可以运用到反向传输的计算过程中。

S203：基于分段后的传播常数差值信息计算相应段子光纤的反射功率，并根据各子光纤的反射功率的累加和计算得到多芯光纤在双向传输过程中的串扰量。

在S202中将多芯光纤分成1～N段，可计算每段子光纤的反射功率后，可直接将N段子光纤的反射功率进行加和得到多芯光纤的反射总能量。为了提高计算效率，还可用计算关系表达出其中任意一段如第i段子光纤上的反射功率，总功率即为各段在z＝0处的累加和。

需要说明的是，基于单模光纤反向传输系统中瑞利散射相干噪声理论分析，多芯功率耦合模方程组和耦合功率因子的指数型模型，采用分段的形式分配随机扰动，进而准确评估XT_b的一般表达式，此方法也是第一次在同质和异质MCF中评估双向传输XT_b。

在本发明实施例提供的技术方案中，将多芯光纤的纤芯间的整体传播常数差值信息进行分段处理使得其变成可计算值，传播常数差值信息为考虑纵向扰动因子影响的传播常数值，从而解决现有技术由于纵向扰动导致传播常数差值变化进而产生相位偏移量误差影响串扰值水平的弊端问题。对多芯光纤和传播常数差值信息同时进行分段处理，通过分段的形式随机分配偏移量值的大小，尽管相位偏移量表现为随机性，但不影响在耦合模方程组中通过迭代求解的形式计算得出在扰动因子下的串扰量，有效解决因直接解功率耦合方程组忽略的互耦合、弯曲、扭曲等带来传输幅场变化导致双向传输过程的串扰量计算不准确的技术问题，更加符合实际多芯双向传输的串扰量，提高了多芯光纤双向串扰的计算准确度。

此外，本申请中各步骤之间没有严格的先后执行顺序，只要符合逻辑上的顺序，则这些步骤可以同时执行，也可按照某种预设顺序执行，图1-图2只是一种示意方式，并不代表只能是这样的执行顺序。

在上述实施例中，对于如何执行步骤S203并不做限定，本实施例中给出一种实现方式，结合图2，S203可包括如下步骤：

A1：通过耦合模方程组计算任意一段子光纤i的耦合功率值。

子光纤i为多芯光纤被分割后的第i段，相应的，子光纤i包括第一纤芯的第i段和第二纤芯的第i段，基于S101可知，本申请基于第二纤芯的能量耦合反射量在第一纤芯的反射量值计算第一纤芯在光纤起始端处的反射能量值，所以后续计算过程中是针对多芯光纤的第二纤芯的第i段，子光纤i也即特指第二纤芯的第i段，通过耦合模方程组计算其中任意一段子光纤如第i段子光纤的耦合模，然后平方便可得到第i段子光纤的耦合功率。其中，耦合功率值可基于耦合功率表达关系式计算得到，耦合功率表达关系式为：

其中，

式中，P为子光纤i的耦合功率值，i为多芯光纤被分割后的第i段，ΔL_i为第i段的分段长度，A₀为耦合信号的初始幅度值，k为耦合模系数，Δβ_i为第i段的传播常数差值信息，g为耦合模因子相关系数，j为迭代求和次数。

在上述实施例中，对于传播常数差值信息的表达形式并不做限定，本实施例的另外一些具体实施方式，纵向扰动因子包括纤芯的弯曲半径和扭转速率，则传播常数差值信息可表示为：

式中，Δβ₁₂为第一纤芯和第二纤芯的传播常数差值信息，β₁为第一纤芯内的传播常数，β₂为第二纤芯内的传播常数，D₁₂为第一纤芯和第二纤芯的纤芯间距，R_b为弯曲半径，cos₁(θ(z))为用于描述第一纤芯中扭转角度的余弦相关函数，cos₂(θ(z))为用于描述第二纤芯中扭转角度的余弦相关函数，θ为扭转角度，z表示纵向传播方向。

A2：基于耦合功率值和瑞利散射光密度微分方程得到子光纤i的反射功率。

将A1步骤得到的耦合功率带入到瑞利散射光密度微分方程便可计算得到第i段子光纤的反射功率。可选的，子光纤i的反射功率可基于反射功率表达关系式计算得到，反射功率表达关系式为：

式中，P_bi为第二纤芯的第i段的反射功率值，α为光纤衰减因子，α_R为瑞利后向散射光的衰减因子，S为瑞利后向散射光返回因子，ΔL为每段子光纤的长度。

A3：根据各子光纤的反射功率的累加和计算得到多芯光纤在双向传输过程中的串扰量。

在本步骤中，可首先确定其中一段子光纤可称为目标子光纤的反射功率的表达式，然后基于目标子光纤的反射功率计算多芯光纤在光纤起始端处产生的后向散射量总量值。例如目标子光纤为多芯光纤被分割后的第i段子光纤，目标子光纤的反射功率表达关系式为如计算关系式(7)所示，则N段光纤在z＝0时产生的后向散射量总量P_0bi的计算关系式可表示为：

在A3步骤得到后向散射量总量值后，可根据串扰量表达关系式计算多芯光纤在双向传输过程中的串扰量，串扰量表达关系式可表示为：

式中，XT_b为多芯光纤的双向串扰量，α为光纤衰减因子，α_R为瑞利后向散射光的衰减因子，S为瑞利后向散射光返回因子，ΔL为每段子光纤的长度，ΔL_i为第i段的分段长度，N为多芯光纤被分割的总段数，k_i为目标子光纤的耦合模系数，g_i为目标子光纤的耦合模因子相关系数，

为瑞利散射因子，标准单模光纤在波长为1550n的情况下范围瑞利散射因子可为-33dB～-31dB。

由上可知，本发明实施例从分段式的表达上可以找出传输功率在后向瑞利散射中的匹配问题，解决因直接解功率耦合方程组忽略的互耦合、弯曲、扭曲等带来传输幅场变化，计算得到的串扰量表达式更加符合实际多芯传输。

本发明实施例还针对双向多芯光纤串扰计算方法提供了相应的装置，进一步使得所述方法更具有实用性。其中，装置可从功能模块的角度和硬件的角度分别说明。下面对本发明实施例提供的双向多芯光纤串扰计算装置进行介绍，下文描述的双向多芯光纤串扰计算装置与上文描述的双向多芯光纤串扰计算方法可相互对应参照。

基于功能模块的角度，参见图5，图5为本发明实施例提供的双向多芯光纤串扰计算装置在一种具体实施方式下的结构图，多芯光纤包括第一纤芯和第二纤芯，该装置可包括：

反射能量计算方式确定模块501，用于若第二纤芯的反射量在第一纤芯上的功率反射耦合量值和第二纤芯的能量耦合反射量在第一纤芯的反射量值在光纤起始端处相同，则将第二纤芯的能量耦合反射量在第一纤芯的反射量值的2倍作为第一纤芯在光纤起始端处的反射能量值。

分段处理模块502，用于将多芯光纤分为长度相同的多段子光纤，同时将第一纤芯和第二纤芯的传播常数差值信息进行分段处理，传播常数差值信息基于纤芯内传播常数、纵向扰动因子和纤芯间距确定。

双向串扰量计算模块503，用于基于分段后的传播常数差值信息计算相应段子光纤的反射功率，并根据各子光纤的反射功率的累加和计算得到多芯光纤在双向传输过程中的串扰量。

可选的，在本实施例的一些实施方式中，所述双向串扰量计算模块503可包括反射功率计算子模块，所述反射功率计算子模块例如可包括：

耦合功率值计算单元，用于通过耦合模方程组计算任意一段子光纤i的耦合功率值；子光纤i为所述多芯光纤被分割后的第二纤芯的第i段；

功率计算单元，用于基于耦合功率值和瑞利散射光密度微分方程得到子光纤i的反射功率。

可选的，在本实施例的另一些实施方式中，所述双向串扰量计算模块503例如还可以包括：

后向散射量总量值计算子模块，用于基于目标子光纤的反射功率计算多芯光纤在光纤起始端处产生的后向散射量总量值；

串扰量计算子模块，用于基于后向散射量总量值，根据串扰量表达关系式计算多芯光纤在双向传输过程中的串扰量，串扰量表达关系式为：

式中，目标子光纤为多芯光纤被分割后的第i段，XT_b为多芯光纤的双向串扰量，α为光纤衰减因子，α_R为瑞利后向散射光的衰减因子，S为瑞利后向散射光返回因子，ΔL为每段子光纤的长度，ΔL_i为第i段的分段长度，N为多芯光纤被分割的总段数，k_i为目标子光纤的耦合模系数，g_i为目标子光纤的耦合模因子相关系数。

本发明实施例所述双向多芯光纤串扰计算装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例解决了因直接解功率耦合方程组忽略的互耦合、弯曲、扭曲等带来传输幅场变化导致双向传输过程的串扰量计算不准确的技术问题，有效提高了多芯光纤双向串扰的计算准确度。

上文中提到的双向多芯光纤串扰计算装置是从功能模块的角度描述，进一步的，本申请还提供一种双向多芯光纤串扰计算装置，是从硬件角度描述。图6为本申请实施例提供的另一种双向多芯光纤串扰计算装置的结构图。如图6所示，该装置包括存储器60，用于存储计算机程序；

处理器61，用于执行计算机程序时实现如上述任一实施例提到的双向多芯光纤串扰计算方法的步骤。

其中，处理器61可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器61可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器61也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器61可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器61还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。

存储器60可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器60还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器60至少用于存储以下计算机程序601，其中，该计算机程序被处理器61加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的双向多芯光纤串扰计算方法的相关步骤。另外，存储器60所存储的资源还可以包括操作系统602和数据603等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统602可以包括Windows、Unix、Linux等。数据603可以包括但不限于测试结果对应的数据等。

在一些实施例中，双向多芯光纤串扰计算装置还可包括有显示屏62、输入输出接口63、通信接口64、电源65以及通信总线66，例如还可包括传感器67。

本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构并不构成对双向多芯光纤串扰计算装置的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，例如传感器67。

本发明实施例所述双向多芯光纤串扰计算装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例解决了因直接解功率耦合方程组忽略的互耦合、弯曲、扭曲等带来传输幅场变化导致双向传输过程的串扰量计算不准确的技术问题，有效提高了多芯光纤双向串扰的计算准确度。

可以理解的是，如果上述实施例中的双向多芯光纤串扰计算方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

基于此，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有双向多芯光纤串扰计算程序，所述双向多芯光纤串扰计算程序被处理器执行时如上任意一实施例所述双向多芯光纤串扰计算方法的步骤。

本发明实施例所述计算机可读存储介质的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例解决了因直接解功率耦合方程组忽略的互耦合、弯曲、扭曲等带来传输幅场变化导致双向传输过程的串扰量计算不准确的技术问题，有效提高了多芯光纤双向串扰的计算准确度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上对本申请所提供的一种双向多芯光纤串扰计算方法、装置及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种双向多芯光纤串扰计算方法，多芯光纤包括第一纤芯和第二纤芯，其特征在于，包括：

若所述第二纤芯的反射量在所述第一纤芯上的功率反射耦合量值和所述第二纤芯的能量耦合反射量在所述第一纤芯的反射量值在光纤起始端处相同，则将所述第二纤芯的能量耦合反射量在所述第一纤芯的反射量值的2倍作为所述第一纤芯在光纤起始端处的反射能量值；

将所述多芯光纤分为长度相同的多段子光纤，同时将所述第一纤芯和所述第二纤芯的传播常数差值信息进行分段处理，所述传播常数差值信息基于纤芯内传播常数、纵向扰动因子和纤芯间距确定；

基于分段后的传播常数差值信息计算相应段子光纤的反射功率，并根据各子光纤的反射功率的累加和计算得到所述多芯光纤在双向传输过程中的串扰量；

所述根据各子光纤的反射功率的累加和计算得到所述多芯光纤在双向传输过程中的串扰量为：

基于目标子光纤的反射功率计算所述多芯光纤在光纤起始端处产生的后向散射量总量值；

基于所述后向散射量总量值，根据串扰量表达关系式计算所述多芯光纤在双向传输过程中的串扰量，所述串扰量表达关系式为：

式中，所述目标子光纤为所述多芯光纤被分割后的第i段，XT_b为所述多芯光纤的双向串扰量，α为光纤衰减因子，α_R为瑞利后向散射光的衰减因子，S为瑞利后向散射光返回因子，ΔL为每段子光纤的长度，ΔL_i为第i段的分段长度，N为所述多芯光纤被分割的总段数，k_i为所述目标子光纤的耦合模系数，g_i为所述目标子光纤的耦合模因子相关系数。

2.根据权利要求1所述的双向多芯光纤串扰计算方法，其特征在于，所述纵向扰动因子包括纤芯的弯曲半径和扭转速率，所述传播常数差值信息为：

式中，Δβ₁₂为所述第一纤芯和所述第二纤芯的传播常数差值信息，β₁为所述第一纤芯内的传播常数，β₂为所述第二纤芯内的传播常数，D₁₂为所述第一纤芯和所述第二纤芯的纤芯间距，R_b为弯曲半径，cos₁(θ(z))为用于描述所述第一纤芯中扭转角度的余弦相关函数，cos₂(θ(z))为用于描述所述第二纤芯中扭转角度的余弦相关函数，θ为扭转角度，z表示纵向传播方向。

3.根据权利要求2所述的双向多芯光纤串扰计算方法，其特征在于，所述基于分段后的传播常数差值信息计算相应段子光纤的反射功率包括：

通过耦合模方程组计算任意一段子光纤i的耦合功率值；所述子光纤i为所述多芯光纤被分割后的第二纤芯的第i段；

基于所述耦合功率值和瑞利散射光密度微分方程得到所述子光纤i的反射功率。

4.根据权利要求3所述的双向多芯光纤串扰计算方法，其特征在于，所述耦合功率值基于耦合功率表达关系式计算得到，所述耦合功率表达关系式为：

其中，

式中，P为子光纤i的耦合功率值，i为所述多芯光纤被分割后的第i段，ΔL_i为第i段的分段长度，A₀为耦合信号的初始幅度值，k为耦合模系数，Δβ_i为第i段的传播常数差值信息，g为耦合模因子相关系数，j为迭代求和次数。

5.根据权利要求4所述的双向多芯光纤串扰计算方法，其特征在于，所述子光纤i的反射功率基于反射功率表达关系式计算得到，所述反射功率表达关系式为：

式中，P_bi为所述第二纤芯的第i段的反射功率值，α为光纤衰减因子，α_R为瑞利后向散射光的衰减因子，S为瑞利后向散射光返回因子，ΔL为每段子光纤的长度。

6.一种双向多芯光纤串扰计算装置，多芯光纤包括第一纤芯和第二纤芯，其特征在于，包括：

反射能量计算方式确定模块，用于若所述第二纤芯的反射量在所述第一纤芯上的功率反射耦合量值和所述第二纤芯的能量耦合反射量在所述第一纤芯的反射量值在光纤起始端处相同，则将所述第二纤芯的能量耦合反射量在所述第一纤芯的反射量值的2倍作为所述第一纤芯在光纤起始端处的反射能量值；

分段处理模块，用于将所述多芯光纤分为长度相同的多段子光纤，同时将所述第一纤芯和所述第二纤芯的传播常数差值信息进行分段处理，所述传播常数差值信息基于纤芯内传播常数、纵向扰动因子和纤芯间距确定；

双向串扰量计算模块，用于基于分段后的传播常数差值信息计算相应段子光纤的反射功率，并根据各子光纤的反射功率的累加和计算得到所述多芯光纤在双向传输过程中的串扰量；所述双向串扰量计算模块用于：

基于目标子光纤的反射功率计算所述多芯光纤在光纤起始端处产生的后向散射量总量值；

基于所述后向散射量总量值，根据串扰量表达关系式计算所述多芯光纤在双向传输过程中的串扰量，所述串扰量表达关系式为：

式中，所述目标子光纤为所述多芯光纤被分割后的第i段，XT_b为所述多芯光纤的双向串扰量，α为光纤衰减因子，α_R为瑞利后向散射光的衰减因子，S为瑞利后向散射光返回因子，ΔL为每段子光纤的长度，ΔL_i为第i段的分段长度，N为所述多芯光纤被分割的总段数，k_i为所述目标子光纤的耦合模系数，g_i为所述目标子光纤的耦合模因子相关系数。

7.根据权利要求6所述的双向多芯光纤串扰计算装置，其特征在于，所述双向串扰量计算模块包括反射功率计算子模块，所述反射功率计算子模块包括：

耦合功率值计算单元，用于通过耦合模方程组计算任意一段子光纤i的耦合功率值；所述子光纤i为所述多芯光纤被分割后的第二纤芯的第i段；

功率计算单元，用于基于所述耦合功率值和瑞利散射光密度微分方程得到所述子光纤i的反射功率。

8.一种双向多芯光纤串扰计算装置，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述双向多芯光纤串扰计算方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有双向多芯光纤串扰计算程序，所述双向多芯光纤串扰计算程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述双向多芯光纤串扰计算方法的步骤。

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