CN112636866A

CN112636866A - 一种波长标签生成方法和装置、以及检测方法和装置

Info

Publication number: CN112636866A
Application number: CN202011627818.8A
Authority: CN
Inventors: 杨超; 罗鸣; 张旭; 孟令恒; 江风; 余少华
Original assignee: Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications Co Ltd
Current assignee: Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications Co Ltd
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-04-09
Anticipated expiration: 2040-12-31
Also published as: CN112636866B

Abstract

本申请公开了一种波长标签生成方法和装置、以及检测方法和装置，涉及光通信技术领域，该波长标签生成方法包括：将用于标签调制的频带划分为多个频段，每个需要加载波长标签信号的波长对应一个频段；获取输入光信号的波长所对应的频段，将波长标签信号进行符号映射得到对应该频段的数据符号，并填充至该频段，再将频域信号转换为时域信号；多次重复所述时域信号，并添加对应波长的帧头形成数据帧；将所述数据帧转换为模拟信号作为波长标签加载至所述光信号。本申请的波长标签生成方法和装置、以及检测方法和装置，实现在同一接收端检测信道中所传输的全部波长的标签数据并进行恢复，提升了波长标签系统的可靠性和实用性，满足运营商需求。

Description

一种波长标签生成方法和装置、以及检测方法和装置

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，具体涉及一种波长标签生成方法和装置、以及检测方法和装置。

背景技术

近年来，随着波分复用(WDM)技术的发展，光通信网络的容量急剧增加。为了使得这样大容量光网络能够进行正常运行和维护，对其信号质量的监测必不可少。以前一些功能主要是通过同步光纤网络SONET或者同步数字体系SDH来实现，然而随着传输距离的增加，利用协议层来监测信号质量的越来越不容易实现。现今WDM网络在没有光电转换的条件下就能够实现光信号的上下路以及交叉连接，因此，在光学层中直接对信号质量进行监测成为了现代光网络管理中必不可少的手段。

目前，在光层中直接采用光标签对WDM信号进行监测已经取得了相当多的成就。例如，可以用来监测WDM信号的各种光学参数，如光功率、波长、光信噪比(OSNR)等。在没有使用解复用滤波器(如可调谐滤光器或者衍射光栅)的条件下，基于光标签技术就可以实现监测这些参数。此外，由于光标签是伴随着相应的光信号在网路中进行传输，其所处的位置以及经历的信道都是一致的，因此该技术经常在这样的动态WDM网络中使用。

为了实现WDM光标签的功能，不同波长的光标签信号通常采用时分复用、频分复用等不同的复用方法，然而这些方法都不能将所有的波长标签信号通过同一接收端接收，同时标签信号进行更新时需要进行复杂的发送端信号调整，从而难以实现灵活可调整的波长标签系统，因此缺乏实用性价值。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷之一，本申请的目的在于提供一种波长标签生成方法和装置、以及检测方法和装置，有效降低波长标签系统的复杂度，并实现将所有的波长标签信号通过同一接收端接收。

本申请第一方面提供一种波长标签生成方法，其包括步骤：

将用于标签调制的频带划分为多个频段，每个需要加载波长标签信号的波长对应一个频段；

获取输入光信号的波长所对应的频段，将波长标签信号进行符号映射得到对应该频段的数据符号，并填充至该频段，再将频域信号转换为时域信号；

多次重复上述时域信号，并添加对应波长的帧头形成数据帧；

将上述数据帧转换为模拟信号作为波长标签加载至上述光信号。

一些实施例中，当所有光信号均完成波长标签的加载后，将所有加载后的光信号合波后在信道上进行传输。

一些实施例中，上述波长标签信号包括多个子载波组，且多个子载波组在上述频带内按序列号排列；每个子载波组对应一个频段，且每个子载波组均包括至少一个子载波。

本申请第二方面提供一种基于上述生成方法的波长标签检测方法，其包括步骤：

接收信道中所有传输的光信号，并对上述光信号进行滤波采样，得到所有的波长标签；

对上述波长标签进行重采样，并恢复采样率；

根据上述光信号的波长所对应的帧头进行帧同步运算，得到对应数据帧的起始位置，并根据恢复的采样率从起始位置采集数据帧；

将上述数据帧的帧体数据分成多段，并分别对每段数据进行离散傅里叶变换，得到该波长标签的多段频域信号，分段的段数为上述时域信号的重复次数；

对该波长标签的多段频域信号进行频偏补偿，恢复波长标签数据。

一些实施例中，上述对该波长标签的频域信号进行频偏补偿，具体包括：

根据多段频域信号分别计算每个子载波的频偏角度；

根据上述频偏角度分别对每个子载波进行频偏补偿，得到补偿后的子载波；

对相同信号的补偿后的子载波计算平均值，作为该信号的子载波，进而得到该波长对应的数据符号；

至少一个子载波为一个子载波组，每个子载波组对应一个频段，波长标签信号包括多个子载波组。

一些实施例中，上述恢复波长标签数据具体包括：

基于符号映射，从该波长对应的数据符号中恢复波长标签数据。

一些实施例中，以分段的段数为N，每一段包括M个子载波，则第i段数据中，第k个子载波的频偏角度Δf_k为：

其中，a_ik为第i段数据中的第k个子载波。

一些实施例中，第i段数据中，第k个子载波补偿后的子载波A_ik为：

A_ik＝a_ik·exp(-Δf·(i-1))。

本申请第三方面提供一种波长标签生成装置，设于发送端，其包括：

第一处理器，用于将用于标签调制的频带划分为多个频段，每个需要加载波长标签信号的波长对应一个频段；还用于获取输入光信号的波长所对应的频段，将波长标签信号进行符号映射得到对应该频段的数据符号填充至该频段，并将频域信号转换为时域信号，以及多次重复上述时域信号，并添加对应波长的帧头形成数据帧；

数模转换器，用于将上述数据帧转换为模拟信号；

强度调制器，用于将上述模拟信号作为波长标签加载至上述光信号。

本申请第四方面提供一种基于上述生成装置的波长标签检测装置，设于接收端，其包括：

光电探测器，用于接收信道中所有传输的光信号；

电滤波器，用于对接收的光信号进行滤波，得到所有的波长标签；

模数转换器，用于将上述波长标签转换为数据帧；

第二处理器，用于对上述数据帧进行重采样，并恢复采样率；以及根据上述光信号的波长所对应的帧头进行帧同步运算，得到对应数据帧的起始位置，并根据恢复的采样率从起始位置采集数据帧；

上述第二处理器还用于将上述数据帧的帧体数据分成多段，并分别对每段数据进行离散傅里叶变换，得到该波长标签的多段频域信号，分段的段数为上述时域信号的重复次数；以及对该波长标签的多段频域信号进行频偏补偿，恢复波长标签数据。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请的波长标签生成方法和装置、以及检测方法和装置，基于多帧结构多载波调制技术，在不增加发送端系统复杂度的条件下，不同波长标签信号进行频分复用，完成对已调光信号进行波长标签的调制和加载，在接收端根据不同帧头识别不同波长的标签，并判断出不同标签的起始点，实现在同一接收端检测信道中所传输的全部波长的标签数据并进行恢复，提升了波长标签系统的可靠性和实用性，满足运营商需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例中波长标签生成方法的流程图；

图2为本申请实施例中频带划分示意图；

图3为本申请实施例中波长标签发送端数字信号处理框图；

图4为本申请实施例中波长标签检测方法的流程图；

图5为本申请实施例中波长标签接收端数字信号处理框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本申请实施例提供了一种波长标签生成方法，其包括步骤：

S101.将用于标签调制的频带划分为多个频段，每个需要加载波长标签信号的波长对应一个频段。

S102.获取输入光信号的波长所对应的频段，将波长标签信号进行符号映射得到对应该频段的数据符号，并填充至该频段，再将频域信号转换为时域信号。

S103.多次重复上述时域信号，并添加对应波长的帧头形成数据帧。

S104.将上述数据帧转换为模拟信号作为波长标签加载至上述光信号。

本申请实施例的波长标签生成方法，基于多帧结构多载波调制技术，在不增加发送端系统复杂度的条件下，不同波长标签信号进行频分复用，可完成对已调光信号进行波长标签的调制和加载。

进一步地，当所有光信号均完成波长标签的加载后，将所有加载后的光信号合波后在信道上进行传输，从而完成发送端的波长标签生成。

本实施例中，上述波长标签信号包括多个子载波组，且多个子载波组在上述频带内按序列号作为地址编码排列；每个子载波组对应一个频段，且每个子载波组均包括至少一个子载波。

如图2所示，本实施例中，总计包含的不同波长的光信号数量为n，则不同的光信号的波长分别为λ₁-λ_n。

其中，用于标签调制的频带为从低频f_L到高频f_H，其带宽为B。将该频带划分为n段，分别为B₁，B₂，……，B_n，以供不同波长标签使用，实现波长标签的频分复用。

如图3所示，以波长为λ₁的光信号加载标签信号为例时，首先，将波长标签信号进行符号映射(即星座图映射)，即根据所需速率将二进制传输数据转换为BPSK(BinaryPhase Shift Keying，二进制相移键控)信号或者QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控)信号等。

其次，将映射得到的对应频段λ₁的数据符号填充到λ₁对应的频段B₁内，并通过离散傅里叶变换的逆变换IDFT运算将频段B₁内的频域信号转换为时域信号。

然后，将上述时域信号重复N次，形成所需要发送的波长标签信号的数据帧的帧体部分，在加载λ₁对应的帧头后形成待发送的数据帧。其中，具体重复的次数N可根据所需信噪比以及传输速率灵活调整，即次数N根据所需信噪比以及传输速率确定。

其中，重复次数每提高2倍，信噪比理论上提高3dB，传输速率降低一半。

最后，即可将该数据帧转换为模拟信号作为波长标签加载至上述光信号，完成波长标签的加载过程，以此类推，在此不再赘述。

如图4和图5所示，本申请实施例还提供了一种基于上述生成方法的波长标签检测方法，其包括步骤：

S201.接收信道中所有传输的光信号，并对上述光信号进行滤波采样，得到所有的波长标签的数据帧。

S202.对上述波长标签的数据帧进行重采样，并恢复采样率。

S203.根据上述光信号的波长所对应的帧头进行帧同步运算，得到对应数据帧的起始位置，并根据恢复的采样率从起始位置采集数据帧。

S204.将上述数据帧的帧体数据分成多段，并分别对每段数据进行离散傅里叶变换，得到该波长标签的多段频域信号，分段的段数为上述时域信号的重复次数。

S205.对该波长标签的多段频域信号进行频偏补偿，恢复波长标签数据。

优选地，上述对该波长标签的频域信号进行频偏补偿，具体包括：

首先，根据多段频域信号分别计算每个子载波的频偏角度。

然后，根据上述频偏角度分别对每个子载波进行频偏补偿，得到补偿后的子载波。

最后，对相同信号的补偿后的子载波计算平均值，作为该信号的子载波，进而得到该波长对应的数据符号。

其中，至少一个子载波为一个子载波组，每个子载波组对应一个频段，波长标签信号包括多个子载波组。

进一步地，上述恢复波长标签数据具体包括：

本实施例中，首先，以分段的段数为N，每一段包括M个子载波，则每段数据中，第k个子载波的频偏角度Δf_k为：

其中，a_ik为第i段数据中的第k个子载波。

然后，第i段数据中，第k个子载波补偿后的子载波A_ik为：

A_ik＝a_ik·exp(-Δf·(i-1))。

最后，对相同信号的补偿后的子载波计算平均值，即该平均值A_k为：

具体地，以波长为λ₁的光信号为例，对λ₁的标签信号的数据帧进行重采样并分段。其中，在频段B₁内其分段后的第一段数据经DFT后对应的子载波分别为a₁₁，a₁₂，……，a_1M，第二段数据经DFT后对应的子载波分别为a₂₁，a₂₂，……，a_2M，以此类推，第N段数据经DFT后对应的子载波分别为a_N1，a_N2，……，a_NM。

由于发送端同接收端的时钟不一致，接收信号受到频偏的影响，对于每段数据的A₁，A₂，……，A_M，尽管发送的是同样的信号，但受到频偏的影响，各子载波的相位发生了变化，因此，需要对其进行频偏补偿以便更好的恢复发送的波长标签数据。

对于a₁的频偏角度计算如下：

然后对频偏进行补偿如下：

A_i1＝a_i1·exp(-Δf·(i-1))

其中a₁₁，a₂₁，……，a_N1分别经过频偏补偿后得到的数据为A₁₁，A₂₁，……，A_N1。进行了频偏补偿的数据幅度和相位几乎相同，而其对应的噪声由于去相位是均匀分布的，所以将上述数据平均后可有效的提升信号的信噪比。

因此，对相同信号的补偿后的子载波计算平均值得到该频点的子载波信号为A₁。

以此类推，可得到经算法恢复的发送波长标签的数据符号分别为(A₁，A₂，……，A_M)。

最后，可根据符号映射关系恢复原始的发送波长标签数据比。对于其他波长标签以此类推，恢复所有发送标签信号数据，即可实现单一接收端对WDM信号波长标签的检测恢复。

本申请实施例还提供了一种波长标签生成装置，设于发送端，波长标签生成装置包括第一处理器、数模转换器和强度调制器。其中，第一处理器为第一数字信号处理器，用于通过强度调制的方法加载不同波长的标签信号。

第一处理器用于将用于标签调制的频带划分为多个频段，每个需要加载波长标签信号的波长对应一个频段；第一处理器还用于获取输入光信号的波长所对应的频段，将波长标签信号进行符号映射得到对应该频段的数据符号填充至该频段，并将频域信号转换为时域信号，以及多次重复上述时域信号，并添加对应波长的帧头形成数据帧。

数模转换器用于将上述数据帧转换为模拟信号，并将该模拟信号输出至强度调制器。

强度调制器用于将接收的模拟信号作为波长标签加载至上述对应的光信号。

本申请实施例还提供了一种基于上述生成装置的波长标签检测装置，设于接收端，该波长标签检测装置包括光电探测器、电滤波器、模数转换器和第二处理器。其中，第二处理器为第二数字信号处理器。

光电探测器用于接收信道中所有传输的光信号。电滤波器为低通电路滤波器，用于对光电探测器接收的光信号进行滤波，以去除带外噪声，得到所有的波长标签。模数转换器用于将波长标签转换为数据帧，作为采样信号发送至第二处理器。

第二处理器用于对上述数据帧进行重采样，并恢复采样率为发送信号的采样率；以及根据光信号的波长所对应的帧头进行帧同步运算，得到对应数据帧的起始位置，并根据恢复的采样率从起始位置采集数据帧，该数据帧为与发送数据同样长度的数据。

上述第二处理器还用于将上述数据帧的帧体数据分成多段，并分别对每段数据进行离散傅里叶变换，得到该波长标签的多段频域信号，即恢复频域信号。分段的段数为上述时域信号的重复次数；第二处理器还用于对该波长标签的多段频域信号进行频偏补偿，恢复波长标签数据。

本实施例的波长标签系统为波分复用系统，其包括波长标签生成装置、波长标签检测装置和合波器。合波器用于将已加载波长标签的不同波长的光信号进行合波并输入到光纤中进行传输。

本实施例的方法和装置，采用基于帧结构的OFDM调制技术，仅通过频分复用区分不同的波长标签，同时根据不同帧头检测出不同波长的标签，并进行OFDM解调，另外，还可根据实际应用环境的不同，灵活调整传输波长标签的速率，不仅有效减小波长标签系统在实际应用中的复杂度，还可提升系统可靠性及实用性。

本申请不局限于上述实施方式，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润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种波长标签生成方法，其特征在于，其包括步骤：

多次重复所述时域信号，并添加对应波长的帧头形成数据帧；

将所述数据帧转换为模拟信号作为波长标签加载至所述光信号。

2.如权利要求1所述的波长标签生成方法，其特征在于：当所有光信号均完成波长标签的加载后，将所有加载后的光信号合波后在信道上进行传输。

3.如权利要求1所述的波长标签生成方法，其特征在于：所述波长标签信号包括多个子载波组，且多个子载波组在所述频带内按序列号排列；每个子载波组对应一个频段，且每个子载波组均包括至少一个子载波。

4.一种基于权利要求1所述生成方法的波长标签检测方法，其特征在于，其包括步骤：

接收信道中所有传输的光信号，并对所述光信号进行滤波采样，得到所有的波长标签；

对所述波长标签进行重采样，并恢复采样率；

根据所述光信号的波长所对应的帧头进行帧同步运算，得到对应数据帧的起始位置，并根据恢复的采样率从起始位置采集数据帧；

将所述数据帧的帧体数据分成多段，并分别对每段数据进行离散傅里叶变换，得到该波长标签的多段频域信号，分段的段数为所述时域信号的重复次数；

5.如权利要求4所述的波长标签检测方法，其特征在于，所述对该波长标签的频域信号进行频偏补偿，具体包括：

根据多段频域信号分别计算每个子载波的频偏角度；

根据所述频偏角度分别对每个子载波进行频偏补偿，得到补偿后的子载波；

6.如权利要求5所述的波长标签检测方法，其特征在于，所述恢复波长标签数据具体包括：

7.如权利要求5所述的波长标签检测方法，其特征在于，以分段的段数为N，每一段包括M个子载波，则第i段数据中，第k个子载波的频偏角度Δf_k为：

其中，a_ik为第i段数据中的第k个子载波。

8.如权利要求7所述的波长标签检测方法，其特征在于，第i段数据中，第k个子载波补偿后的子载波A_ik为：

A_ik＝a_ik·exp(-Δf·(i-1))。

9.一种波长标签生成装置，设于发送端，其特征在于，其包括：

第一处理器，用于将用于标签调制的频带划分为多个频段，每个需要加载波长标签信号的波长对应一个频段；还用于获取输入光信号的波长所对应的频段，将波长标签信号进行符号映射得到对应该频段的数据符号填充至该频段，并将频域信号转换为时域信号，以及多次重复所述时域信号，并添加对应波长的帧头形成数据帧；

数模转换器，用于将所述数据帧转换为模拟信号；

强度调制器，用于将所述模拟信号作为波长标签加载至所述光信号。

10.一种基于权利要求9所述生成装置的波长标签检测装置，设于接收端，其特征在于，其包括：

光电探测器，用于接收信道中所有传输的光信号；

模数转换器，用于将所述波长标签转换为数据帧；

第二处理器，用于对所述数据帧进行重采样，并恢复采样率；以及根据所述光信号的波长所对应的帧头进行帧同步运算，得到对应数据帧的起始位置，并根据恢复的采样率从起始位置采集数据帧；

所述第二处理器还用于将所述数据帧的帧体数据分成多段，并分别对每段数据进行离散傅里叶变换，得到该波长标签的多段频域信号，分段的段数为所述时域信号的重复次数；以及对该波长标签的多段频域信号进行频偏补偿，恢复波长标签数据。