CN112929083A - 一种相干光模块及其监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相干光模块及其监测方法，该监测方法包括：如果检测到相干光模块发生特征操作，则等待光路恢复稳定后，通过对自适应均衡器的残余误差和最大抽头增量进行检测，识别在特征操作后，相干光模块的性能是否存在潜在异常；如果存在潜在异常，则通过偏振态随机扰动与信道匹配滤波相结合的方式对相干光模块的自适应均衡器进行复位；连续读取N次自适应均衡器的抽头系数值，根据N次读取的抽头系数值确定相干光模块的性能是否发生劣化；通过给定次数的复位，来确定光模块能否恢复正常。在本发明中，通过适当的控制流程，软件修复光路变化导致自适应均衡器进入非全局最优收敛状态，避免性能发生明显劣化，增加光模块稳定性。

Description

一种相干光模块及其监测方法
技术领域
本发明属于光通信领域，更具体地，涉及一种相干光模块及其监测方法。
背景技术
随着5G新基建和经济社会的数字化转型的推进，互联网用户、物联网连接数量将不断增长，对流量的需求也将持续高速增长。光纤通信网络作为信息高速公路的基石，无疑将发挥举足轻重的地位。目前在光传输领域，单波100G的相干光模块已经广泛商用，200G相干光模块即将规模部署，400G相干光模块也即将在数据中心光互连(DCI)场景下引领技术革新的潮流。相比于传统的强度调制直接探测(IMDD)方案，相干光通信技术对光纤传输损伤具有更高的容忍度，同时也具有更高的接收灵敏度延长传输距离，另外相干光模块还采用偏振复用和高阶调制格式以提升传输速率。当前业内已经推出了单波800G的相干光模块产品，随着器件和芯片技术的升级，相干光模块的单波速率将继续向Tbit/s及以上升级和演进。在应用场景上，相干光模块的适用范围也将从传统的长途骨干网逐渐下沉到中短距城域、DCI甚至边缘和接入网中。随着互联网和数据中心运营商入局光通信行业，设备开源解耦的思潮将进一步增加，在开放化光网络建设中，相干光模块将成为光网络的核心元素，决定了光网络的性能和可靠性。
然而高速相干光模块在实际生产和应用中，面临一些挑战。首先，随着低成本的硅光集成器件在光模块中的应用，大批量的硅光器件性能的一致性将影响光模块性能的一致性，这将要求相干光模块在出厂前不仅需要较准优化，还需要进行性能筛选，这将降低生产效率。其次，在光模块应用中，可能需要进行在线波长切换，甚至在光链路出现故障时还需要进行保护倒换。在这些动态调整的过程中，由于光路变化，主要包括波长、光功率、偏振态、色散的变化，导致光模块中的调制器偏置点、跨阻抗放大器(TIA)增益和幅度变化后，相干光模块的DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)芯片中的自适应均衡器通常不能工作在最佳状态，引起光模块性能劣化，严重时相干光模块的自适应均衡器还可能出现奇异性，导致业务中断。传统方法通过对DSP芯片相关功能单元进行单次或连续多次复位，但并不一定能保证解决问题，并且多次复位会影响业务恢复的时间。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种相干光模块及其监测方法，其目的在于，发现相干光模块的性能劣化问题后，通过适当的控制流程，软件修复光路变化导致自适应均衡器进入非全局最优收敛状态，避免性能发生明显劣化，增加光模块稳定性；同时还可筛选出由于光路急剧变化导致性能劣化的异常工作光模块，降低工程问题发生概率；随机偏振态扰动结合匹配滤波对自适应均衡器进行复位，避免多次复位陷入同一出错状态，极大降低性能劣化概率。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种相干光模块的监测方法，所述监测方法包括：
如果检测到相干光模块发生特征操作，则等待光路恢复稳定后，通过对自适应均衡器的残余误差和最大抽头增量进行检测，识别在所述特征操作后，所述相干光模块的性能是否存在潜在异常；
如果存在潜在异常，则通过偏振态随机扰动与信道匹配滤波相结合的方式对所述相干光模块的自适应均衡器进行复位；
连续读取N次所述自适应均衡器的抽头系数值，根据N次读取的抽头系数值确定所述相干光模块的性能是否发生劣化；
通过给定次数的复位，来确定光模块能否恢复正常。
优选地，所述通过偏振态随机扰动与信道匹配滤波相结合的方式对所述相干光模块的自适应均衡器进行复位包括：
生成0到2π之间的一个随机相位θ，并计算该随机相位θ的余弦值cos和正弦值sinθ，构成偏振旋转矩阵R，其中，偏振旋转矩阵R、cosθ和sinθ之间的关系如下：
Figure BDA0002934582140000031
根据所述相干光模块的发射端的脉冲成型方式，按照如下公式生成匹配滤波器系数矢量firb(n)，其中，公式为：
Figure BDA0002934582140000032
其中，r为带宽整形系数，0≤r≤1；K为自适应均衡器的过采样率，1≤K≤2；n为匹配滤波器抽头系数的序号，满足1≤n≤N1，其中N1为自适应均衡器的抽头个数；
根据匹配滤波器系数矢量firb(n)和偏振旋转矩阵R重新初始化自适应均衡器的抽头系数初值，以所述抽头系数初值复位自适应均衡器的逻辑电路。
优选地，所述自适应均衡器包括四组复数滤波器Wxx，Wyx，Wxy，Wyy；
所述监测方法还包括：
按照如下公式初始化自适应均衡器的抽头系数初值：
Figure BDA0002934582140000033
其中，wxx0wxy0,wyx0,wyy0,分别为自适应均衡器的四组复数滤波器的抽头系数的初始值，wxx0＝wyy0＝cosθ*firb；wxy0＝-wyx0＝sinθ*firb。
优选地，所述连续读取N次所述自适应均衡器的抽头系数值，根据N次读取的抽头系数值确定所述相干光模块的性能是否发生劣化包括：
在所述自适应均衡器收敛后，连续读取N次所述自适应均衡器的抽头系数值；
检测所述抽头系数构成的琼斯矩阵是否出现奇异性；
若出现奇异性，则所述相干光模块的性能发生劣化。
优选地，检测所述抽头系数构成的琼斯矩阵是否出现奇异性之后还包括：
若没有出现奇异性，则提取自适应均衡器抽头系数的特征值Q，判断所述特征值Q是否大于设定的阈值；
如果所述特征值Q大于设定的阈值，则所述相干光模块的性能发生劣化；
如果所述特征值Q不大于设定的阈值，则所述相干光模块的性能没有发生劣化。
优选地，所述提取自适应均衡器抽头系数的特征值Q的过程为：N次读取中一组或几组抽头系数的模值的峰值中的最大值；或，
N次读取中一组或几组抽头系数的模值的和值中的最大值；或，
N次读取中一组或几组抽头系数的实部与虚部的绝对值最大值中的最大值；或，
N次读取中一组或几组抽头系数的实部与虚部的互相关峰值中的最大值。
优选地，所述检测到相干光模块发生特征操作的过程包括：
检测接收光功率减小量在连续时间t1内是否大于断光阈值Th1；
如果大于，则检测到相干光模块发生特征操作，等待设定的时间t2后，检测接收光功率增量在连续t3时间内是否大于开光阈值Th2；
如果大于，则说明光路恢复稳定。
优选地，所述通过对自适应均衡器的残余误差和最大抽头增量进行检测，识别在所述特征操作后，所述相干光模块的性能是否存在潜在异常包括：
在所述自适应均衡器进入收敛状态后，判断所述自适应均衡器的残余误差是否大于阈值Th3，并判断所述自适应均衡器的最大抽头增量是否大于阈值Th4；
如果所述残余误差大于阈值Th3，且所述最大抽头增量大于阈值Th4，则所述相干光模块的性能存在潜在异常，通过偏振态随机扰动与信道匹配滤波相结合的方式对所述相干光模块的自适应均衡器进行复位；
如果所述残余误差和所述最大抽头增量没有同时大于相应的阈值，则连续读取N次所述自适应均衡器的抽头系数值，根据N次读取的抽头系数值确定所述相干光模块的性能是否发生劣化。
优选地，所述特征操作包括波长切换和保护倒换。
按照本发明的另一方面，提供了一种相干光模块，包括相干光学前端、相干DSP芯片和控制器，所述控制器分别与所述相干光学前端和所述相干DSP芯片连接；
所述相干光学前端用于实现光信号的发送和接收，所述相干DSP芯片用于实现电信号的发送和接收，所述控制器用于按照本发明所述的监测方法对所述相干光模块进行监测。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明提供一种相干光模块及其监测方法，所述监测方法包括：如果检测到相干光模块发生特征操作，则等待光路恢复稳定后，通过对自适应均衡器的残余误差和最大抽头增量进行检测，识别在所述特征操作后，所述相干光模块的性能是否存在潜在异常；如果存在潜在异常，则通过偏振态随机扰动与信道匹配滤波相结合的方式对所述相干光模块的自适应均衡器进行复位；连续读取N次所述自适应均衡器的抽头系数值，根据N次读取的抽头系数值确定所述相干光模块的性能是否发生劣化；通过给定次数的复位，来确定光模块能否恢复正常。
在本发明中，发现性能劣化问题后，通过适当的控制流程，软件修复光路变化导致自适应均衡器进入非全局最优收敛状态，避免性能发生明显劣化，增加光模块稳定性；同时还可筛选出由于光路急剧变化导致性能劣化的异常工作光模块，降低工程问题发生概率；随机偏振态扰动结合匹配滤波对自适应均衡器进行复位，避免多次复位陷入同一出错状态，极大降低性能劣化概率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种相干光模块的监测方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种相干光模块的监测方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种自适应均衡器的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种相干光模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、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。
实施例1：
参阅图1，本实施例提供一种相干光模块的监测方法，所述监测方法包括：
步骤101：如果检测到相干光模块发生特征操作，则等待光路恢复稳定后，通过对自适应均衡器的残余误差和最大抽头增量进行检测，识别在所述特征操作后，所述相干光模块的性能是否存在潜在异常。
其中，特征操作包括波长切换和保护倒换等操作。
在本实施例中，通过检测光功率的变化判断相干光模块是否发生特征操作，如果检测到相干光模块发生特征操作，则继续检测光功率的变化判断相干光模块的光路是否恢复稳定。在相干光模块的光路恢复稳定后，通过对自适应均衡器的残余误差和最大抽头增量进行检测，识别在所述特征操作后，所述相干光模块的性能是否存在潜在异常。其中，潜在异常指的是光模块性能可能发生明显异常。
如果相干光模块的性能存在潜在异常，则执行步骤102，对自适应均衡器进行复位，然后再执行步骤103检测所述相干光模块的性能是否发生劣化；如果所述相干光模块的性能没有存在潜在异常，则直接执行步骤103检测所述相干光模块的性能是否发生劣化。
步骤102：如果存在潜在异常，则通过偏振态随机扰动与信道匹配滤波相结合的方式对所述相干光模块的自适应均衡器进行复位。
在本实施例中，偏振态随机扰动结合信道匹配滤波对自适应均衡器进行复位，避免多次复位陷入同一出错状态，极大降低性能劣化概率。
步骤103：连续读取N次所述自适应均衡器的抽头系数值，根据N次读取的抽头系数值确定所述相干光模块的性能是否发生劣化。
步骤104：通过给定次数的复位，来确定光模块能否恢复正常。
在本实施例中，如果发生劣化，则在设定的复位次数内，再次通过偏振态随机扰动与信道匹配滤波相结合的方式对所述相干光模块的自适应均衡器进行复位。
下面结合图2具体说明前述监测方法的具体实现过程：
在步骤101之前还包括如下步骤S0～S2：通过对光功率变化的检测实现波长切换、保护倒换等特征操作的识别，以及恢复过程的识别。其中，结合图2，步骤101具体包括步骤S3，步骤102包括步骤S4～S7，步骤103包括S8～S11。
S0：设置最大复位次数M，初始化复位次数i等于0，设置相干光模块的正常标志位Y，设置时间相关参数t1～t4，设置阈值相关参数Th0～Th5。
其中，正常标志位Y的取值为0或1，在实际应用场景下，正常标志位Y＝1，表示相干光模块正常工作；正常标志位Y＝0，表示相干光模块的性能存在异常或劣化。在本实施例中，初始化正常标志位等于0，然后按照如下步骤对相干光模块进行检测，如果相干光模块工作正常，则设置正常标志位等于1。
其中，阈值Th0为收敛阈值，阈值Th1为断光阈值，Th2为开光阈值，阈值Th3为稳态残余误差阈值，阈值Th4为抽头变化阈值。
其中，时间t1为断光检测时间，时间t2为恢复等待时间，时间t3为开光检测时间。
在可选的实施例中，最大复位次数M＝10，1e-4≤Th0≤3e-2，10dB≤Th1≤40dB，10dB≤Th2≤40dB，1e-4*R≤Th3≤1e-2*R，其中R为期望目标半径，1e-3*μ≤Th4≤1e-1*μ，其中μ为自适应均衡器抽头系数更新步长。
S1：检测接收光功率减小量在连续时间t1内是否大于断光阈值Th1。
如果大于，则表明可能出现波长切换或保护倒换动作的特征操作，执行S2，如果不大于，则说明没有发生特征操作，相干光模块正常工作，不做特殊处理。
S2：检测到相干光模块发生特征操作后，等待设定的时间t2后，检测接收光功率增量在连续t3时间内是否大于开光阈值Th2。
如果大于，则说明光路恢复稳定，则执行S3；如果不大于，则继续等待。
S3：在所述自适应均衡器进入收敛状态后，判断所述自适应均衡器的残余误差是否大于阈值Th3，并判断所述自适应均衡器的最大抽头增量是否大于阈值Th4。
如果所述残余误差大于阈值Th3，且所述最大抽头增量大于阈值Th4，则所述相干光模块的性能存在潜在异常，需要执行复位操作，转S4；如果所述残余误差和所述最大抽头增量没有同时大于相应的阈值，则先不复位，直接执行S8进一步检测相干光模块的性能是否有劣化。
其中，所述自适应均衡器进入收敛状态的标志为自适应均衡器的残余误差的波动不超过收敛阈值Th0。其中，所述残余误差的波动为残余误差随时间的变化量。
所述自适应均衡器的残余误差计算方法为期望目标半径与均衡后信号的实际半径的平均值之差。
如图3所示，所述自适应均衡器包括四组复系数滤波器，所述最大抽头增量为自适应均衡器的四组复系数滤波器对应的抽头系数随时间变化量的最大值。
S4：生成0到2π之间的一个随机相位θ，并计算该随机相位θ的余弦值cosθ和正弦值sinθ，构成偏振旋转矩阵R，其中，偏振旋转矩阵R、cosθ和sinθ之间的关系如下：
Figure BDA0002934582140000091
S5：根据所述相干光模块的发射端的脉冲成型方式，按照如下公式生成匹配滤波器系数矢量firb(n)，其中，公式为：
Figure BDA0002934582140000101
其中，r为带宽整形系数，0≤r≤1；K为自适应均衡器的过采样率，1≤K≤2；n为匹配滤波器抽头系数的序号，满足1≤n≤N1，其中N1为自适应均衡器的抽头个数；
其中，RRC(Root Raised Cosine)和RC(Raised Cosine)指的是相干光模块中对信号频谱进行整形滤波的两种方式。
在可选的实施例中，当所述匹配滤波器的脉冲成型方式为RRC时，带宽整形系数为r＝0.2，自适应均衡器过采样率K＝2。
在可选的实施例中，当所述匹配滤波器的脉冲成型方式为RC时，带宽整形系数为r＝0.1，自适应均衡器过采样率K＝2。
S6：根据匹配滤波器系数矢量firb(n)和偏振旋转矩阵R重新初始化自适应均衡器的抽头系数初值。
在本实施例中，结合图3，自适应均衡器包括四组复系数滤波器Wxx，Wyx，Wxy，Wyy，Xin，Yin分别为X，Y两个偏振方向上输入信号，Xout，Yout分别为X，Y两个偏振方向上输出信号。
具体按照如下公式初始化自适应均衡器的抽头系数初值：
Figure BDA0002934582140000102
其中，wxx0wxy0,wyx0,wyy0,分别为自适应均衡器的四组复数滤波器的抽头系数的初始值，wxx0＝wyy0＝cosθ*firb；wxy0＝-wyx0＝sinθ*firb；
S7：以所述抽头系数初值复位自适应均衡器的逻辑电路，并等待t4时间，设置复位次数i＝i+1。
在可选的实施例中，复位等待时间t4＝2ms。
在本实施例中，根据所述抽头系数初值更新所述自适应均衡器的抽头系数，其中，所述自适应均衡器的抽头系数更新准则如下：
Figure BDA0002934582140000111
Figure BDA0002934582140000112
Figure BDA0002934582140000113
Figure BDA0002934582140000114
其中wxx0,wxy0,wyx0,wyy0分别为四组复数滤波器的抽头系数初始值，wxx,wxy,wyx,wyx为其更新后对应的抽头系数；μ为自适应均衡器抽头系数更新步长；εx，εy分别为两个偏振态上的收敛误差；xin,yin分别为自适应均衡器的两个输入；xout,yout分别为自适应均衡器的两个输出；X*表示X的共轭。
进一步地，所述自适应均衡器的抽头系数个数N1＝15。
S8：在所述自适应均衡器收敛后，连续读取N次所述自适应均衡器的抽头系数值。
其中，步骤S8中的抽头系数值是更新后的值。
优选地，S8中所述的读取抽头系数值是全部自适应均衡器的四组抽头系数。
优选地所述的连续自适应抽头系数读取次数N＝10。
S9：检测N次读取的抽头系数构成的琼斯矩阵是否出现奇异性，若出现奇异性，则所述相干光模块的性能发生劣化，转S12；若否，转S10。
其中抽头系数琼斯矩阵的构成方式如下：设某一次读取的四组抽头系数为Wxx,Wxy,Wyx,Wyy，其中Wxx,Wxy,Wyx,Wyy均为向量，含有N1个复数元素，Wxx＝[w11,w12,…,w1N1]，Wxy＝[w21,w22,…,w2N1]，Wyx＝[w31,w32,…,w3N1]，Wyy＝[w41,w42,…,w4N1]。
Figure BDA0002934582140000115
Figure BDA0002934582140000116
其中i＝1～N1。抽头系数构成的琼斯为：
Figure BDA0002934582140000121
所述奇异性判断方法为：检测均衡器收敛后抽头系数构成的琼斯矩阵J是否出现奇异性。
优选地，只要N次读取的抽头系数构成的琼斯矩阵出现一次奇异性，就判定为系统出现奇异性。
其中，奇异性指的矩阵构成的行列式的值是否为0，如果行列式的值为0，则矩阵具有奇异性，光模块自适应均衡器的性能劣化。实际上可能是设置一个较小的阈值，若行列式的绝对值小于该阈值，即具有奇异性；反之则不具有奇异性。
如果没有出现奇异性，则继续执行S10，根据抽头系数的特征值Q确定相干光模块的性能是否劣化。
S10：提取自适应均衡器抽头系数的特征值Q；
在实际应用场景下，特征值Q包括如下提取方式：N次读取中一组或几组抽头系数的模值的峰值中的最大值；或，N次读取中一组或几组抽头系数的模值的和值中的最大值；或，N次读取中一组或几组抽头系数的实部与虚部的绝对值最大值中的最大值；或，N次读取中一组或几组抽头系数的实部与虚部的互相关峰值中的最大值。
其中，抽头系数是复数向量，模值指的是复数向量的模。比如，抽头系数Wxx＝[4+3j,5+1j,……]，其中，模值指的是抽头系数这组复数向量的模，abs(Wxx)＝[sqrt(4^2+3^2),sqrt(5^2+1^2)…]。
其中，和值就是对复数向量的模(仍然是个向量)中的所有元素进行求和，Sum(abs(Wxx)＝sqrt(4^2+3^2)+sqrt(5^2+1^2)+…)。
其中，实部与虚部的互相关峰值中的最大值的解释如下：如上面所描述每组抽头系数其实都指的是一组复数向量(多个复数值组成)，每个复数都可以分解成：S＝a+bj，S为复数，a，b分别为实部和虚部。比如读取的抽头系数为[s1，s2，s3…]，即实部和虚部分别构成一个向量a:[a1，a2，a3…]，b:[b1，b2，b3…]，再对a，b向量求互相关运算，得到实部与虚部的互相关峰值中的最大值的。
在可选的实施例中，所述自适应均衡器抽头系数的特征值Q提取方法为N次读取四组滤波器所述抽头系数的模值的和值中的最大值，即
Figure BDA0002934582140000131
在可选的实施例中，所述自适应均衡器抽头系数的特征值Q提取方法为N次读取中一组滤波器抽头系数的模值的峰值中的最大值，即Q＝max1：N[max(|wxx|)]；
在可选的实施例中，所述自适应均衡器抽头系数的特征值Q提取方法为N次读取中一组滤波器抽头系数的模值的峰值中的最大值，即Q＝max1：N[max(|real(wyy)|，|imag(wyy)|)]，其中real(x)，imag(x)分别为x的实部和虚部。
在可选的实施例中，所述自适应均衡器抽头系数的特征值Q提取方法为N次读取中两组滤波器抽头系数的模值的峰值中的最大值，即
Q＝max1：N[max[max(xcorr(real(wxx)，imag(wxx)))，max(xcorr(real(wyy)，imag(wyy)))]]。
S11：判断所述特征值Q是否大于设定的阈值Th5；
如果大于设定的阈值Th5，表明相干光模块的自适应均衡器的工作不正常，光模块性能出现劣化，执行步骤S12；
如果不大于设定的阈值Th5，表明光模块性能正常，设置Y＝1，执行步骤S13；
S12：判断当前复位次数i是否等于最大复位次数M；
如果等于最大复位次数M，则执行步骤S13；
如果不等于最大复位次数M，则返回执行S5；
S13：判断正常标志为Y是否为1；
如果正常标志位等于1，则相干光模工作正常；如果相干光模块的正常标志位不等于1，则相干光模块的工作异常，按照前述方式完成相干光模块的性能优化和异常筛选。
在本实施例中，通过对光功率变化的监测及时发现相干光模块中由于特征操作引起的光路变化，通过特征操作后性能初级检测、复位后性能劣化检测等两级劣化检测确认光模块可能出现的性能劣化问题。发现性能劣化问题后，通过适当的控制流程，软件修复光路变化导致自适应均衡器进入非全局最优收敛状态，避免性能发生明显劣化，增加光模块稳定性；同时还可筛选出由于光路急剧变化导致性能劣化的异常工作光模块，降低工程问题发生概率；随机偏振态扰动结合匹配滤波对自适应均衡器进行复位，避免多次复位陷入同一出错状态，极大降低性能劣化概率；通过限定最大复位次数，确保保护倒换或波长切换后光模块恢复稳定的时间小于业务要求；在复位后性能劣化检测流程中采用极简的特征值提取，控制流程复杂度大幅简化，便于实施，具有很强的实用性。
实施例2：
参阅图4，本实施例还提出一种相干光模块，该相干光模块包括：相干光学前端1，相干DSP芯片2和控制器3。
其中，相干光学前端通过光纤接口与外部光模块连接，实现光信号的发送和接收；相干DSP芯片通过高速电信号接口与外部光模块的逻辑电路相连，实现电信号的发送和接收；相干DSP芯片通过高速电信号接口与相干光学前端相连，实现基带电信号的调制与探测。
控制器与相干光学前端相连，用于读取接收光功率的大小；控制器还与相干DSP芯片连接，用于读取相干DSP芯片的自适应均衡器的抽头系数和残余误差，同时也可向相干DSP芯片重新设置抽头系数的初始值并写入寄存器。
其中相干光学前端主要完成光信号的调制和相干检测；相干DSP芯片完成基带电信号的产生和解调过程中的数字信号处理，包括数模和模数转换(DA/ADC)过程，还包括色散补偿，自适应均衡，频偏和相位恢复以及前向纠错编码(FEC)等过程。相干DSP芯片中还有寄存器，用来存储工作或复位时需要的参数，或者从中读取部分DSP工作时的状态信息，如自适应均衡器的抽头系数；控制器主要实现对相干光模块工作参数进行监测，如光功率，残余误差波动，抽头系数增量变化，并按照特定的控制流程和步骤对相干光模块进行控制，如抽头系数初始值设定和复位，还可以根据光模块工作参数监测结果对光模块性能异常进行筛选。
优选地，所述相干光模块为100G相干光模块，调制格式为偏振复用-四进制相位调制(PM-QPSK)。所述的控制器采用可编程逻辑门阵列(FPGA)实现，所述相干光学前端为商用集成光器件，包含激光器，调制器，驱动器，相干光接收机和跨阻抗放大器，所述相干DSP芯片为商用28nm相干DSP专用芯片。控制器与相干光学前端和相干DSP芯片之间通过SPI或MDIO接口传输和交换数据。
所述控制器用于实现实施例1所述的监测方法。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相干光模块的监测方法，其特征在于，所述监测方法包括：
如果检测到相干光模块发生特征操作，则等待光路恢复稳定后，通过对自适应均衡器的残余误差和最大抽头增量进行检测，识别在所述特征操作后，所述相干光模块的性能是否存在潜在异常；
如果存在潜在异常，则通过偏振态随机扰动与信道匹配滤波相结合的方式对所述相干光模块的自适应均衡器进行复位；
连续读取N次所述自适应均衡器的抽头系数值，根据N次读取的抽头系数值确定所述相干光模块的性能是否发生劣化；
通过给定次数的复位，来确定光模块能否恢复正常。
2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述通过偏振态随机扰动与信道匹配滤波相结合的方式对所述相干光模块的自适应均衡器进行复位包括：
生成0到2π之间的一个随机相位θ，并计算该随机相位θ的余弦值cos和正弦值sinθ，构成偏振旋转矩阵R，其中，偏振旋转矩阵R、cosθ和sinθ之间的关系如下：
Figure FDA0002934582130000011
根据所述相干光模块的发射端的脉冲成型方式，按照如下公式生成匹配滤波器系数矢量firb(n)，其中，公式为：
Figure FDA0002934582130000012
其中，r为带宽整形系数，0≤r≤1；K为自适应均衡器的过采样率，1≤K≤2；n为匹配滤波器抽头系数的序号，满足1≤n≤N1，其中N1为自适应均衡器的抽头个数；
根据匹配滤波器系数矢量firb(n)和偏振旋转矩阵R重新初始化自适应均衡器的抽头系数初值，以所述抽头系数初值复位自适应均衡器的逻辑电路。
3.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，所述自适应均衡器包括四组复数滤波器Wxx，Wyx，Wxy，Wyy；
所述监测方法还包括：
按照如下公式初始化自适应均衡器的抽头系数初值：
Figure FDA0002934582130000021
其中，wxx0wxy0,wyx0,wyy0,分别为自适应均衡器的四组复数滤波器的抽头系数的初始值，wxx0＝wyy0＝cosθ*firb；wxy0＝-wyx0＝sinθ*firb。
4.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述连续读取N次所述自适应均衡器的抽头系数值，根据N次读取的抽头系数值确定所述相干光模块的性能是否发生劣化包括：
在所述自适应均衡器收敛后，连续读取N次所述自适应均衡器的抽头系数值；
检测所述抽头系数构成的琼斯矩阵是否出现奇异性；
若出现奇异性，则所述相干光模块的性能发生劣化。
5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，检测所述抽头系数构成的琼斯矩阵是否出现奇异性之后还包括：
若没有出现奇异性，则提取自适应均衡器抽头系数的特征值Q，判断所述特征值Q是否大于设定的阈值；
如果所述特征值Q大于设定的阈值，则所述相干光模块的性能发生劣化；
如果所述特征值Q不大于设定的阈值，则所述相干光模块的性能没有发生劣化。
6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，所述提取自适应均衡器抽头系数的特征值Q的过程为：N次读取中一组或几组抽头系数的模值的峰值中的最大值；或，
N次读取中一组或几组抽头系数的模值的和值中的最大值；或，
N次读取中一组或几组抽头系数的实部与虚部的绝对值最大值中的最大值；或，
N次读取中一组或几组抽头系数的实部与虚部的互相关峰值中的最大值。
7.根据权利要求1～6任一项所述的监测方法，其特征在于，所述检测到相干光模块发生特征操作的过程包括：
检测接收光功率减小量在连续时间t1内是否大于断光阈值Th1；
如果大于，则检测到相干光模块发生特征操作，等待设定的时间t2后，检测接收光功率增量在连续t3时间内是否大于开光阈值Th2；
如果大于，则说明光路恢复稳定。
8.根据权利要求1～6任一项所述的监测方法，其特征在于，所述通过对自适应均衡器的残余误差和最大抽头增量进行检测，识别在所述特征操作后，所述相干光模块的性能是否存在潜在异常包括：
在所述自适应均衡器进入收敛状态后，判断所述自适应均衡器的残余误差是否大于阈值Th3，并判断所述自适应均衡器的最大抽头增量是否大于阈值Th4；
如果所述残余误差大于阈值Th3，且所述最大抽头增量大于阈值Th4，则所述相干光模块的性能存在潜在异常，通过偏振态随机扰动与信道匹配滤波相结合的方式对所述相干光模块的自适应均衡器进行复位；
如果所述残余误差和所述最大抽头增量没有同时大于相应的阈值，则连续读取N次所述自适应均衡器的抽头系数值，根据N次读取的抽头系数值确定所述相干光模块的性能是否发生劣化。
9.根据权利要求1～6任一项所述的监测方法，其特征在于，所述特征操作包括波长切换和保护倒换。
10.一种相干光模块，其特征在于，包括相干光学前端、相干DSP芯片和控制器，所述控制器分别与所述相干光学前端和所述相干DSP芯片连接；
所述相干光学前端用于实现光信号的发送和接收，所述相干DSP芯片用于实现电信号的发送和接收，所述控制器用于按照如权利要求1～9任一项所述的监测方法对所述相干光模块进行监测。
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