CN113132000B - 消光比确定方法、装置及检测系统、计算机存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种消光比的确定方法、装置及检测系统、计算机存储介质,属于通信技术领域。处理器获取光电转换器在第一时段内输出的第一电信号的第一功率以及在第二时段内输出的第二电信号的第二功率。处理器根据第二导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第一幅度,并根据第二导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第二幅度。处理器根据第三导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第三幅度,并根据第三导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第四幅度。处理器根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定正交调制器的消光比。本申请可以确定更为准确的消光比,提高信号补偿效果以及相干光通信系统的传输性能。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域,特别涉及一种消光比确定方法、装置及检测系统、计算机存储介质。
背景技术
相干光通信系统是一种光纤通信系统,相干光通信系统中的发射端和接收端之间通过光纤连接。发射端通常包括激光器、调制器和光数字信号处理(optical digitalsignal processing,oDSP)单元。激光器用于发射光载波信号。调制器用于对调制信号进行光载波调制。调制器对调制信号进行光载波调制的过程包括:先将输入的光载波信号分成两路光载波子信号传输;再将调制信号分别调制到该两路光载波子信号上,得到两路光信号;最后将该两路光信号合成一路光信号并输出。其中,调制信号为电信号,其为数字信号或模拟信号。
目前受制作工艺和环境等因素的影响,调制器的消光比有限,会带来非线性效应(即无法将光载波信号平均分成两路光载波子信号),影响相干光通信系统的传输性能。其中,消光比指激光功率在逻辑"1"的平均功率和在逻辑"0"的平均功率之比。
相关技术中,通常根据专家经验确定一个固定值作为调制器的消光比。oDSP单元会基于固定的消光比对调制器中的一路或两路光载波子信号进行信号补偿。但是,由于调制器的消光比会受环境因素影响,在不同环境下调制器的消光比可能会发生变化。因此,oDSP单元基于固定的消光比进行信号补偿的效果较差。
发明内容
本申请提供了一种消光比确定方法、装置及检测系统、计算机存储介质,可以解决处理器基于固定的消光比进行信号补偿的效果较差的问题。
第一方面,提供了一种消光比确定方法。该消光比确定方法应用于检测系统,检测系统包括正交调制器和光电转换器,正交调制器中包括第一光路和第二光路,光电转换器用于接收正交调制器输出的光信号,并将光信号转换为电信号。处理器获取光电转换器在第一时段内输出的第一电信号的第一功率以及在第二时段内输出的第二电信号的第二功率,第一时段内,第一光路调制有第一导频信号且第二光路未调制有第一导频信号;第二时段内,第一光路未调制有第一导频信号且第二光路调制有第一导频信号。处理器根据第二导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第一幅度,并根据第二导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第二幅度,第二导频信号的频率为第一导频信号的频率的m倍,m为正整数。处理器根据第三导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第三幅度,并根据第三导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第四幅度,第三导频信号的频率为第一导频信号的频率的n倍,n为正整数,且m≠n。处理器根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定正交调制器的消光比。其中,导频信号指的是为测量或监控的目的而发送的一种信号,该信号通常具有单一频率。导频信号为电信号。可选地,m=1,n=2。
可选地,第二导频信号与第一导频信号相同。第一导频信号为正弦信号,第二导频信号为正弦信号,第三导频信号为余弦信号。
本申请中,通过获取在第一时段内的第一电信号的第一功率以及在第二时段内的第二电信号的第二功率,并根据第二导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第一幅度,根据第二导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第二幅度,根据第三导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第三幅度,以及根据第三导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第四幅度。根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定正交调制器的消光比。也即是,本申请中正交调制器的消光比是根据实际确定的幅度计算得到的,而非相关技术中根据专家经验确定的一个固定值,因此,为处理器基于消光比进行信号补偿提供了更为准确的消光比,提高了该信号补偿的效果,提升了相干光通信系统的传输性能。
可选地,上述处理器根据第二导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第一幅度,并根据第二导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第二幅度的过程可以包括:处理器根据第二导频信号与第一功率的乘积,确定第一幅度。处理器根据第二导频信号与第二功率的乘积,确定第二幅度。
本申请中,上述处理器根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定正交调制器的消光比的过程包括:
处理器根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定第一光路上的第一分光比、第二光路上的第二分光比以及第三分光比,该第三分光比等于第一光路上的光信号的功率与第二光路上的光信号的功率的比值。处理器根据第一分光比、第二分光比以及第三分光比,确定正交调制器的消光比,该消光比包括第一分光比对应的第一消光比、第二分光比对应的第二消光比以及第三分光比对应的第三消光比。
其中,上述处理器根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定第一光路上的第一分光比、第二光路上的第二分光比以及第三分光比的过程包括:根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定误差函数。基于误差函数,采用牛顿迭代算法确定第一分光比、第二分光比以及第三分光比。
可选地,该误差函数为:
则基于误差函数,采用牛顿迭代算法确定第一分光比、第二分光比以及第三分光比的过程包括:采用目标公式进行迭代计算,直至误差函数满足迭代收敛条件,该目标公式为:
其中,i为正整数,γI[i]为经过i次迭代计算得到的第一分光比,γQ[i]为经过i次迭代计算得到的第二分光比,γP[i]为经过i次迭代计算得到的第三分光比,F(γp[i-1],γI[i-1],γQ[i-1])为第i-1次迭代计算对应的误差函数,dF(γp[i-1],γI[i-1],γQ[i-1])为第i-1次迭代计算对应的误差函数的偏微分矩阵,γI[0]=α,γQ[0]=β,γP[0]=η,α、β和η均为正数。迭代收敛条件为:
由于上述第一分光比,第二分光比以及第三分光比是基于误差函数满足迭代收敛条件下,采用目标公式进行迭代计算,该第一分光比,第二分光比以及第三分光在每次迭代计算后进行了更新,因此,可以不断提高确定的第一分光比,第二分光比以及第三分光的准确度。
可选地,本申请中正交调制器为同相正交马赫曾德IQMZ调制器,第一光路和第二光路上分别设置有马赫曾德MZ调制器。
第二方面,提供了一种消光比确定装置。所述装置包括多个功能模块,所述多个功能模块相互作用,实现上述第一方面及其各实施方式中的方法。所述多个功能模块可以基于软件、硬件或软件和硬件的结合实现,且所述多个功能模块可以基于具体实现进行任意组合或分割。
第三方面,提供了一种检测系统。所述检测系统包括正交调制器、光电转换器、导频信号发生器以及处理器,所述导频信号发生器分别与所述正交调制器以及所述处理器连接,所述正交调制器与所述光电转换器连接,所述光电转换器与所述处理器连接。
所述导频信号发生器用于在第一时段内向所述第一光路提供第一导频信号,在第二时段内向所述第二光路提供所述第一导频信号。
所述正交调制器用于在所述第一时段内将所述第一导频信号调制在所述正交调制器的第一光路上,在所述第二时段内将所述第一导频信号调制在所述正交调制器的第二光路上;
所述光电转换器用于将所述正交调制器在所述第一时段内输出的光信号转换为第一电信号,将所述正交调制器在所述第二时段内输出的光信号转换为第二电信号。
所述处理器用于执行程序指令,实现如上述第一方面任一所述的消光比确定方法。
第四方面,提供了一种计算机存储介质。所述计算机存储介质上存储有指令,当所述指令被处理器执行时,实现如上述第一方面任一所述的消光比确定方法。
第五方面,提供了一种芯片。所述芯片包括可编程逻辑电路和/或程序指令,当所述芯片运行时用于实现如第一方面任一所述的消光比确定方法。
第六方面,提供了一种芯片,例如CPU。该芯片包括一个或多个物理核、以及存储介质,一个或多个物理核在读取存储介质中存储的计算机指令后实现如第一方面任一所述的消光比确定方法。
本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括:
本申请中,通过获取在第一时段内的第一电信号的第一功率以及在第二时段内的第二电信号的第二功率,并根据第二导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第一幅度,根据第二导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第二幅度,根据第三导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第三幅度,以及根据第三导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第四幅度。根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定正交调制器的消光比。也即是,本申请中正交调制器的消光比是根据实际确定的幅度计算得到的,而非相关技术中根据专家经验确定的一个固定值,因此,为处理器基于消光比进行信号补偿提供了更为准确的消光比,提高了该信号补偿的效果,提升了相干光通信系统的传输性能。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种检测系统的结构示意图;
图2是本申请实施例提供的一种消光比确定方法的流程示意图;
图3是本申请实施例提供的一种正交调制器中第一光路和第二光路的调制有第一导频信号后的光信号的波形示意图;
图4是本申请实施例提供的一种消光比确定装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
请参考图1,其示出了本申请实施例提供的一种检测系统的结构示意图。如图1所示,检测系统100包括:正交调制器101、光电转换器102、导频信号发生器103以及处理器104。导频信号发生器103分别与正交调制器101以及处理器104连接。正交调制器101与光电转换器102连接,光电转换器102与处理器104连接。请继续参考图1,检测系统100还包括激光器105。激光器105与正交调制器101连接。
可选地,导频信号发生器103与处理器104可以集成在一起,或者,导频信号发生器103与处理器104也可以是两个独立的器件。图1中以导频信号发生器103与处理器104集成为例进行示意性说明。
激光器105用于发射光载波信号。导频信号发生器103用于向正交调制器101提供导频信号。该导频信号指的是为测量或监控的目的而发送的一种信号,该信号通常具有单一频率。导频信号为电信号。正交调制器101用于对导频信号进行光载波调制,得到光信号。光电转换器102用于接收正交调制器101输出的光信号,并将该光信号转换成电信号。处理器104用于根据光电转换器102输出的电信号,确定正交调制器101的消光比。处理器104还可以用于基于正交调制器101的消光比对正交调制器101进行信号补偿。
请继续参考图1,正交调制器101中包括第一光路1011A和第二光路1011B,第一光路1011A上设置有第一调制器1012A,第二光路1011B上设置有第二调制器1012B。可选地,第一调制器1012A和第二调制器1012B(统称:调制器1012)均为马赫曾德(Mach-Zehnder,MZ)调制器,则正交调制器101为同相正交马赫曾德(in-phase and quadrature-phase Mach-Zehnder,IQMZ)调制器。其中,第一光路1011A可以为I路(即同相路),则第二光路1011B为Q路(即正交路),在Q路上传输的光信号的相位与在I路上传输的光信号的相位相差90°。
正交调制器101中的第一光路1011A和第二光路1011B上均具有导频信号接收端。导频信号发生器103与正交调制器101连接,指导频信号发生器103的信号发射端分别与第一光路1011A上的导频信号接收端和第二光路1011B上的导频信号接收端连接。
本申请实施例中,导频信号发生器103用于在第一时段内向第一光路1011A提供导频信号,在第二时段内向第二光路1011B提供导频信号,也即是,导频信号发生器103用于采用时分多路复用的方式分别向第一光路1011A和第二光路1011B提供导频信号。第一光路1011A在第一时段内通过导频信号接收端接收到的导频信号,由第一调制器1012A调制到该路光载波子信号上,得到一路光信号。第二光路1011B在第二时段内通过导频信号接收端接收到的导频信号,由第二调制器1012B调制到该路光载波子信号上,得到一路光信号。
可选地,请继续参考图1,导频信号发生器103的信号发射端与第一光路1011A的导频信号接收端、第二光路1011B的导频信号接收端通过双控开关M连接。在第一时段内,双控开关M导通导频信号发生器103的信号发射端与第一光路1011A的导频信号接收端,断开导频信号发生器103的信号发射端与第二光路1011B的导频信号接收端;在第二时段内,双控开关M导通导频信号发生器103的信号发射端与第二光路1011B的导频信号接收端,断开导频信号发生器103的信号发射端与第一光路1011A的导频信号接收端。可选地,可以通过定时器周期性地触发双控开关M切换导通状态,该定时器可以集成在双控开关中,也可以独立于双控开关单独设置,本申请实施例对此不做限定。
正交调制器101中还包括两个光纤耦合器(图中均未示出),一个光纤耦合器位于正交调制器101的输入端,另一个光纤耦合器位于正交调制器101的输出端。位于正交调制器101的输入端的光纤耦合器用于将激光器发射的光载波信号分成两路光载波子信号,并使该两路光载波子信号分别在第一光路1011A和第二光路1011B上传输。位于正交调制器101的输出端的光纤耦合器用于将分别由第一光路1011A和第二光路1011B输出的两路光信号合成一路光信号,使得正交调制器101输出合成的该一路光信号。其中,由第一光路1011A输出的一路光信号由第一调制器1012A调制得到,由第二光路1011B输出的一路光信号由第二调制器1012B调制得到。
光电转换器102用于将正交调制器101在第一时段内输出的光信号转换为第一电信号,将正交调制器101在第二时段内输出的光信号转换为第二电信号。其中,第一电信号和第二电信号均为数字信号。
可选地,光电转换器102包括光电探测器和模数转换器。光电探测器用于将正交调制器101输出的光信号转换成模拟信号。模数转换器用于将该模拟信号转换成数字信号。则处理器104用于确定光电转换器102在第一时段内输出的第一电信号的第一功率以及在第二时段内输出的第二电信号的第二功率。或者,光电转换器102包括功率检测(powerdetection,PD)器,该功率检测器用于将正交调制器101输出的光信号转换成电信号,并对该电信号进行功率检测得到该电信号的功率。则处理器104用于接收光电转换器102在第一时段内输出的第一功率以及在第二时段内输出的第二功率。
可选地,请继续参考图1,处理器104中包括倍频模块1041、乘法模块1042和计算模块1043。其中,倍频模块1041的输入端与导频信号发生器103的信号发射端连接,倍频模块1041的输出端与乘法模块1042的输入端连接。乘法模块1042的输入端还可以与导频信号发生器103的信号发射端连接,乘法模块1042的输出端与计算模块1043连接。可选地,该处理器104可以是oDSP芯片。该处理器104可以包括中央处理器(central processing unit,CPU),网络处理器(network processor,NP),或者CPU与NP的组合。处理器104还可以包括硬件芯片。该硬件芯片可以是专用集成电路(application specific integrated circuits,ASIC),可编程逻辑器件(programmable logic device,PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device,CPLD),现场可编程逻辑门阵列(field-programmable gate array,FPGA),通用阵列逻辑(generic array logic,GAL)或其任意组合。例如,倍频模块1041和乘法模块1042可以通过逻辑电路实现,计算模块1043可以是CPU。
导频信号发生器103还用于向倍频模块1401和/或乘法模块1042提供导频信号。倍频模块1402用于对导频信号发生器103提供的导频信号进行倍频处理,并将经过倍频处理的导频信号传输至乘法模块1042。
乘法模块1402用于在第一时段内对上述第一功率和倍频模块1401输出的导频信号作乘法处理,和/或,在第一时段内对上述第一功率和导频信号发生器103输出的导频信号作乘法处理。乘法模块1402还用于在第二时段内对上述第二功率和倍频模块1401输出的导频信号作乘法处理,和/或,在第二时段内对上述第二功率和导频信号发生器103输出的导频信号作乘法处理。
计算模块1043用于根据乘法模块1042输出的结果,确定正交调制器101的消光比。计算模块1043确定正交调制器101的消光比的实现过程参考下述方法实施例中的步骤201至步骤204。
可选地,检测系统100可以为相干光通信系统中的发射端。请继续参考图1,该检测系统100还可以包括:调制信号发生器106和光分路器107。正交调制器101的第一光路1011A和第二光路1011B上均具有调制信号接收端。调制信号发生器106的信号发射端分别与第一光路1011A上的调制信号接收端和第二光路1011B上的调制信号接收端连接。该调制信号可以是数字信号或模拟信号。此时,正交调制器102用于对调制信号和导频信号进行光载波调制得到光信号并输出该光信号。光分路器107用于将正交调制器101输出的光信号分成两路光信号,一路光信号传输至光电转换器102,另一路光信号沿光纤传输至该相干光通信系统中的接收端。也即是,本申请实施例可以在相干光通信系统的数据传输过程中确定正交调制器的消光比。
其中,导频信号发生器103提供的导频信号的频率与调制信号发生器106提供的调制信号的频率不同。可选地,调制信号的频率远大于导频信号的频率。例如,调制信号的频率可以是100千赫兹(kHz)或200kHz等,导频信号的频率可以是1kHz或2kHz等。由于调制信号的频率与导频信号的频率不同,因此相干光通信系统的接收端可以通过滤波器过滤掉传输信号中的导频信号,即导频信号不会影响到相干光通信系统中的数据传输。
请参考图2,其示出了本申请实施例提供的一种消光比确定方法的流程示意图。该消光比确定方法可以应用于图1所示的检测系统100中的处理器104。如图2所示,该方法包括:
步骤201、获取光电转换器在第一时段内输出的第一电信号的第一功率以及在第二时段内输出的第二电信号的第二功率。
可选地,导频信号发生器采用时分多路复用的方式,向正交调制器的第一光路和第二光路提供第一导频信号,使第一光路的导频信号接收端在第一时段内接收到第一导频信号,第二光路的导频信号接收端在第二时段内接收到第一导频信号。从而使得在第一时段内,第一光路调制有该第一导频信号,且第二光路未调制有该第一导频信号;在第二时段内,第二光路调制有该第一导频信号,且第一光路未调制有该第一导频信号。
如图3所示,其示出了本申请实施例提供的一种正交调制器中第一光路和第二光路的调制有第一导频信号后的光信号的波形示意图。在第一时段(T1)内,第一光路(I路)调制有第一导频信号(f),在第二时段(T2)内,第二光路(Q路)调制有第一导频信号(f)。结合图3不难理解的是,由于第一时段内仅第一光路调制有该第一导频信号,因此处理器在第一时段内获取的第一电信号的第一功率为第一光路上的光信号对应的电信号的功率。由于第二时段内仅第二光路调制有该第一导频信号,因此处理器在第二时段内获取的第二电信号的第二功率为第二光路上的光信号对应的电信号的功率。
其中,该第一导频信号可以是正弦信号,也可以是余弦信号。当第一导频信号为正弦信号时,该第一导频信号y1(t)的表达式可以为y1(t)=sin(2πfpilott)。其频率fpilot的取值可以小于10kHz,由于该第一导频信号的频率较小,因此,该第一导频信号也可以称为第一导频小信号。
本申请实施例中,光电转换器可以根据接收到的正交调制器传输的光信号,在第一时段内输出第一电信号,并在第二时段内输出第二电信号。则处理器获取第一功率以及第二功率的过程包括:根据在第一时段接收到的光电转换器输出的第一电信号确定第一功率,并根据在第二时段接收到的光电转换器输出的第二电信号确定第二功率。或者,光电转换器也可以根据接收到的正交调制器的光信号,在第一时段内输出第一电信号的第一功率,并在第二时段内输出第二电信号的第二功率。则处理器获取第一功率以及第二功率的过程包括:接收光电转换器输出的第一功率以及第二功率。
步骤202、根据第二导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第一幅度,并根据第二导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第二幅度。
其中,第二导频信号的频率为第一导频信号的频率的m倍,m为正整数。可选地,m=1,则第二导频信号y2(t)的表达式可以为y2(t)=sin(2πfpilott),即第二导频信号可以与第一导频信号相同。当然,第二导频信号也可以与第一导频信号不同。例如,第二导频信号的频率与第一导频信号的频率不同,和/或,第二导频信号的相位与第一导频信号的相位不同。
可选地,上述处理器根据第二导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第一幅度,并根据第二导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第二幅度的过程可以包括以下步骤A1至步骤B1。
在步骤A1中,根据第二导频信号与第一功率的乘积,确定第一幅度。
请参考图1,光电转换器102向乘法模块1042输入第一功率,导频信号发生器103向乘法模块1042输入第二导频信号,乘法模块1042将第二导频信号与第一功率相乘,并将第二导频信号与第一功率的乘积输入计算模块1043。计算模块1043对第二导频信号与第一功率的乘积进行积分平均处理,得到第一直流分量,并根据该第一直流分量确定第一幅度。该积分平均处理中,对第二导频信号与第一功率的乘积进行积分的区间的大小可以为第二导频信号的周期的正整数倍。
可选地,处理器中还可以包括幅度检测模块,该幅度检测模块用于根据输入的信号确定信号的幅度。则乘法模块1042可以将第二导频信号与第一功率的乘积输入该幅度检测模块;该幅度检测模块根据第二导频信号与第一功率的乘积,确定第一幅度,并将该第一幅度输入计算模块1043。
在步骤B1中,根据第二导频信号与第二功率的乘积,确定第二幅度。
该步骤B1的实现过程可以参考上述步骤A1的实现过程,本申请实施例在此不做赘述。
步骤203、根据第三导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第三幅度,并根据第三导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第四幅度。
其中,第三导频信号的频率为第一导频信号的频率的n倍,n为正整数,且m≠n。可选地,m=1,n=2。也即是第三导频信号的频率可以是第一导频信号的频率的二倍。示例地,第一导频信号y1(t)的表达式为y1(t)=sin(2πfpilott),则第三导频信号y3(t)的表达式可以为y3(t)=cos(2×2πfpilott)。
可选地,上述处理器根据第三导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第三幅度,并根据第三导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第四幅度的过程可以包括以下步骤A2至步骤B2。
在步骤A2中,根据第三导频信号与第一功率的乘积,确定第三幅度。
该步骤A2的实现过程可以参考上述步骤A1的实现过程,本申请实施例在此不做赘述。
在步骤B2中,根据第三导频信号与第二功率的乘积,确定第四幅度。
该步骤B2的实现过程可以参考上述步骤B1的实现过程,本申请实施例在此不做赘述。
可选地,本申请实施例中的第一导频信号可以为正弦信号,则第二导频信号为正弦信号,第三导频信号为余弦信号,进而可以确定第一信号的第一幅度和第三幅度,以及确定第二信号的第二幅度和第四幅度。示例地,第一导频信号y1(t)的表达式为y1(t)=sin(2πfpilott),第二导频信号y2(t)的表达式为y2(t)=sin(2πfpilott),第三导频信号y3(t)的表达式为y3(t)=cos(2×2πfpilott)。
步骤204、根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定正交调制器的消光比。
其中,处理器根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定正交调制器的消光比的过程可以包括以下步骤A3和步骤B3。
在步骤A3中,根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定第一光路上的第一分光比、第二光路上的第二分光比以及第三分光比。
其中,正交调制器的第一光路和第二光路上设置的调制器中,也分别具有两条光路。第一光路上的第一分光比等于第一光路上设置的第一调制器中两条光路上的光信号的功率的比值。第二光路上的第二分光比等于第二光路上设置的第二调制器中的两条光路上的光信号的功率的比值。第三分光比等于正交调制器中第一光路上的光信号的功率与正交调制器中第二光路上的光信号的功率的比值。
本申请实施例中,处理器根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定第一光路上的第一分光比、第二光路上的第二分光比以及第三分光比的过程包括:根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定误差函数。基于该误差函数,采用牛顿迭代算法确定第一分光比、第二分光比以及第三分光比。
可选地,误差函数为:
则基于误差函数,采用牛顿迭代算法确定第一分光比、第二分光比以及第三分光比的过程包括:采用目标公式进行迭代计算,直至误差函数满足迭代收敛条件。该目标公式为:
i为正整数,γI[i]为经过i次迭代计算得到的第一分光比,γQ[i]为经过i次迭代计算得到的第二分光比,γP[i]为经过i次迭代计算得到的第三分光比,F(γp[i-1],γI[i-1],γQ[i-1])为第i-1次迭代计算的误差函数,以及dF(γp[i-1],γI[i-1],γQ[i-1])为第i-1次迭代计算对应的误差函数的偏微分矩阵。
并且,当i=1时,γI[0]=α,γQ[0]=β,γP[0]=η,α、β和η均为正数。示例地,α=β=η=1。当i>1时,γI[i-1]为经过i-1次迭代计算得到的第一分光比,γQ[i-1]为经过i-1次迭代计算得到的第二分光比,γP[i-1]为经过i-1次迭代计算得到的第三分光比。
可选地,上述迭代收敛条件为:其中,表示向下取整,ε为正数。该ε的取值可以根据所需计算得到的分光比的精度和收敛时间(也即是迭代计算的时间)确定。ε的取值与计算得到的分光比的精度呈反比,也即是,所需计算得到的分光比的精度越高,ε的取值越小。ε的取值还与收敛时间呈反比,也即是收敛时间越短,ε的取值越大。示例地,ε的取值的量级可以为1e-3量级。
由于上述第一分光比,第二分光比以及第三分光比是基于误差函数满足迭代收敛条件下,采用目标公式进行迭代计算,该第一分光比,第二分光比以及第三分光在每次迭代计算后进行了更新,因此,可以不断提高确定的第一分光比,第二分光比以及第三分光的准确度。
在步骤B3中,根据第一分光比、第二分光比以及第三分光比,确定正交调制器的消光比。该消光比包括第一分光比对应的第一消光比、第二分光比对应的第二消光比以及第三分光比对应的第三消光比。
其中,处理器采用消光比公式,确定第一分光比对应的第一消光比、第二分光比对应的第二消光比以及第三分光比对应的第三消光比。该消光比公式为:
当γ为第一分光比时,ER为第一消光比;当γ为第二分光比时,ER为第二消光比;当γ为第三分光比时,ER为第三消光比。
本申请实施例中,处理器可以周期性地执行该消光比确定方法,或者,也可以在特定触发条件下执行该消光比确定方法。例如,当正交调制器所处环境发生变化时,或者当相干光通信系统的发射端进行数据传输时,又或者人为触发时,该处理器可以执行该消光比确定方法。这样提高了确定消光比的实时性。
本申请实施例以正交调制器为IQMZ调制器为例,对上述误差函数的推导过程进行说明。其中,下述内容中涉及的字母的含义分别为:E0表示正交调制器的输入光电场。γI表示第一分光比,γP表示第二分光比,γQ表示第三分光比。表示第一光路上的光信号的相移。表示第二光路上的光信号的相移。Vπ表示正交调制器的半波电压。A表示第一导频信号的幅度。
正交调制器的第一光路的输出光电场EI,以及第二光路的输出光电场EQ分别为:
根据公式(1)和公式(2)可以推导得到光电转换器的输入光电场EIQ为:
根据公式(3)可以推导得到光电转换器输出的信号的功率P为:
示例地,当第一导频信号y1(t)的表达式为y1(t)=sin(2πfpilott)时,则
将第一时段内的和代入上述公式(5)中,可以得到在第一时段内光电转换器输出的第一信号的第一功率P1,并且将第二时段内的和带入上述公式(5)中,可以得到在第二时段内光电转换器输出的第二信号的第二功率P2。该P1和P2分别为:
假设第二导频信号与第一导频信号相同,则第二导频信号y2(t)的表达式为y2(t)=sin(2πfpilott)。
那么,该第二导频信号y2(t)与第一功率P1(也即是公式(6))相乘,得到的第一乘积U1为:
对第一乘积U11(也即是公式(8))进行积分平均处理,得到第一直流分量W1为:
根据第一直流分量W1(也即是公式(9)),确定第一幅度A1I为:
该第二导频信号y2(t)与第二功率P2(也即是公式(7))相乘,得到的第二乘积U2为:
对第二乘积U2(也即是公式(11))进行积分平均处理,得到第二直流分量W2为:
根据第二直流分量W2(也即是公式(12)),确定第二幅度A1Q为:
假设第三导频信号的频率是第一导频信号的频率的二倍,第三导频信号y3(t)的表达式可以为y3(t)=cos(2×2πfpilott)。
那么,第三导频信号y3(t)与第一功率P1(也即是公式(6))相乘,得到的第三乘积U3为:
对第三乘积U3(也即是公式(14))进行积分平均处理,得到第三直流分量W3为:
根据第三直流分量W3(也即是公式(15)),确定第三幅度A2I为:
第三导频信号y3(t)与第二功率P2(也即是公式(7))相乘,得到的第四乘积U4为:
对第四乘积U4(也即是公式(17))进行积分平均处理,得到第四直流分量W4为:
根据第四直流分量W4(也即是公式(18)),确定第四幅度A2Q为:
为了便于后续计算,根据公式(10)、公式(13)、公式(16)和公式(19)定义:
则根据和基准值和实际值构建误差函数。该和的基准值是基于当前时刻实际的第一分光比γI、第二分光比γQ以及第三分光比γP得到的, 的实际值是基于处理器确定的第一幅度A1I、第二幅度A1Q和第三幅度A2I和第四幅度A2Q得到的。那么,该误差函数可以表示为:
综上所述,本申请实施例提供的消光比确定方法,通过获取在第一时段内的第一电信号的第一功率以及在第二时段内的第二电信号的第二功率,并根据第二导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第一幅度,根据第二导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第二幅度,根据第三导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第三幅度,以及根据第三导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第四幅度。根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定正交调制器的消光比。也即是,本申请实施例中正交调制器的消光比是根据实际确定的幅度计算得到的,而非相关技术中根据专家经验确定的一个固定值,因此,为处理器基于消光比进行信号补偿提供了更为准确的消光比,提高了该信号补偿的效果,提升了相干光通信系统的传输性能。
并且,由于上述第一分光比,第二分光比以及第三分光比是基于误差函数满足迭代收敛条件下,采用目标公式进行迭代计算的,该第一分光比,第二分光比以及第三分光在每次迭代计算后进行了更新,因此,可以不断提高确定的第一分光比,第二分光比以及第三分光的准确度,进而提高确定的消光比的准确度。
另外,本申请实施例可以在相干光通信系统的数据传输过程中实时确定正交调制器的消光比。由于调制信号与第一导频信号不同,因此相干光通信系统的接收端可以通过滤波器过滤掉传输信号中的导频信号,即导频信号不会影响到相干光通信系统中的数据传输。提高了消光比确定的实时性和灵活性。
请参考图4,其示出了本申请实施例提供的一种消光比确定装置的结构示意图。该消光比确定装置可以应用于上述图1所示的检测系统中的处理器。如图4所示,消光比确定装置400包括:
获取模块401,用于获取光电转换器在第一时段内输出的第一电信号的第一功率以及在第二时段内输出的第二电信号的第二功率,第一时段内,第一光路调制有第一导频信号且第二光路未调制有第一导频信号;第二时段内,第一光路未调制有第一导频信号且第二光路调制有第一导频信号。
第一确定模块402,用于根据第二导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第一幅度,并根据第二导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第二幅度,第二导频信号的频率为第一导频信号的频率的m倍,m为正整数。
第二确定模块403,用于根据第三导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第三幅度,并根据第三导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第四幅度,第三导频信号的频率为第一导频信号的频率的n倍,n为正整数,且m≠n。
第三确定模块404,用于根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定正交调制器的消光比。
可选地,第一确定模块402,用于:根据第二导频信号与第一功率的乘积,确定第一幅度;根据第二导频信号与第二功率的乘积,确定第二幅度。
可选地,m=1,n=2。
可选地,第三确定模块404,用于:
根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定第一光路上的第一分光比、第二光路上的第二分光比以及第三分光比,第三分光比等于第一光路上的光信号的功率与第二光路上的光信号的功率的比值。根据第一分光比、第二分光比以及第三分光比,确定正交调制器的消光比,消光比包括第一分光比对应的第一消光比、第二分光比对应的第二消光比以及第三分光比对应的第三消光比。
可选地,第三确定模块404,用于:
根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定误差函数。基于误差函数,采用牛顿迭代算法确定第一分光比、第二分光比以及第三分光比。
可选地,误差函数为:
第三确定模块404,用于:采用目标公式进行迭代计算,直至误差函数满足迭代收敛条件。该目标公式为:
其中,i为正整数,γI[i]为经过i次迭代计算得到的第一分光比,γQ[i]为经过i次迭代计算得到的第二分光比,γP[i]为经过i次迭代计算得到的第三分光比,F(γp[i-1],γI[i-1],γQ[i-1])为第i-1次迭代计算对应的误差函数,dF(γp[i-1],γI[i-1],γQ[i-1])为第i-1次迭代计算对应的误差函数的偏微分矩阵,γI[0]=α,γQ[0]=β,γP[0]=η,α、β和η均为正数;
迭代收敛条件为:
可选地,第二导频信号与第一导频信号相同。
可选地,第一导频信号为正弦信号,第二导频信号为正弦信号,第三导频信号为余弦信号;或者,第一导频信号为余弦信号,第二导频信号为余弦信号,第三导频信号为正弦信号。
可选地,正交调制器为同相正交马赫曾德IQMZ调制器,第一光路和第二光路上分别设置有MZ调制器。
综上所述,本申请实施例提供的消光比确定装置,通过获取模块获取在第一时段内的第一电信号的第一功率以及在第二时段内的第二电信号的第二功率,第一确定模块根据第二导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第一幅度,根据第二导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第二幅度,第二确定模块根据第三导频信号以及第一功率,确定第一电信号的第三幅度,以及根据第三导频信号以及第二功率,确定第二电信号的第四幅度。第三确定模块根据第一幅度、第二幅度、第三幅度以及第四幅度,确定正交调制器的消光比。也即是,本申请实施例中正交调制器的消光比是根据实际确定的幅度计算得到的,而非相关技术中根据专家经验确定的一个固定值,因此,为处理器基于消光比进行信号补偿提供了更为准确的消光比,提高了该信号补偿的效果,提升了相干光通信系统的传输性能。
并且,由于上述第一分光比,第二分光比以及第三分光比是第三确定模块基于误差函数满足迭代收敛条件下,采用目标公式进行迭代计算的,该第一分光比,第二分光比以及第三分光在每次迭代计算后进行了更新,因此,可以不断提高确定的第一分光比,第二分光比以及第三分光的准确度,进而提高确定的消光比的准确度。
另外,本申请实施例可以在相干光通信系统的数据传输过程中实时确定正交调制器的消光比。由于调制信号与第一导频信号不同,因此相干光通信系统的接收端可以通过滤波器过滤掉传输信号中的导频信号,即导频信号不会影响到相干光通信系统中的数据传输。提高了消光比确定的实时性和灵活性。
本申请实施例还提供了一种计算机存储介质,该计算机存储介质上存储有指令,当指令被处理器执行时,实现本申请实施例提供的任一的消光比确定方法。该存储介质可以包括:只读存储器(read-only memory,ROM)或随机存取存储器(random access memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。
本申请实施例还提供了一种芯片。该芯片包括可编程逻辑电路和/或程序指令,当该芯片运行时用于实现本申请实施例提供的任一消光比确定方法。
本申请实施例还提供了一种芯片,例如CPU。该芯片包括一个或多个物理核、以及存储介质,一个或多个物理核在读取存储介质中存储的计算机指令后实现本申请实施例提供的任一消光比确定方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成,也可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
在本申请实施例中,术语“第一”、“第二”和“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。
本申请中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
以上所述仅为本申请的可选实施例,并不用以限制本申请,凡在本申请的构思和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种消光比确定方法,其特征在于,应用于检测系统,所述检测系统包括正交调制器和光电转换器,所述正交调制器中包括第一光路和第二光路,所述光电转换器用于接收所述正交调制器输出的光信号,并将所述光信号转换为电信号,所述方法包括:
获取所述光电转换器在第一时段内输出的第一电信号的第一功率以及在第二时段内输出的第二电信号的第二功率,所述第一时段内,所述第一光路调制有第一导频信号且所述第二光路未调制有所述第一导频信号;所述第二时段内,所述第一光路未调制有所述第一导频信号且所述第二光路调制有所述第一导频信号;
根据第二导频信号以及所述第一功率的乘积,确定所述第一电信号的第一幅度,并根据所述第二导频信号以及所述第二功率的乘积,确定所述第二电信号的第二幅度,所述第二导频信号的频率为所述第一导频信号的频率的m倍,m为正整数;
根据第三导频信号以及所述第一功率的乘积,确定所述第一电信号的第三幅度,并根据所述第三导频信号以及所述第二功率的乘积,确定所述第二电信号的第四幅度,所述第三导频信号的频率为所述第一导频信号的频率的n倍,n为正整数,且m≠n;
根据所述第一幅度、所述第二幅度、所述第三幅度以及所述第四幅度,确定所述第一光路上的第一分光比、所述第二光路上的第二分光比以及第三分光比,所述第三分光比等于所述第一光路上的光信号的功率与所述第二光路上的光信号的功率的比值;
根据所述第一分光比、所述第二分光比以及所述第三分光比,确定所述正交调制器的消光比,所述消光比包括所述第一分光比对应的第一消光比、所述第二分光比对应的第二消光比以及所述第三分光比对应的第三消光比。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,m=1,n=2。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述第一幅度、所述第二幅度、所述第三幅度以及所述第四幅度,确定所述第一光路上的第一分光比、所述第二光路上的第二分光比以及第三分光比,包括:
根据所述第一幅度、所述第二幅度、所述第三幅度以及所述第四幅度,确定误差函数;
基于所述误差函数,采用牛顿迭代算法确定所述第一分光比、所述第二分光比以及所述第三分光比。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述误差函数为:
基于所述误差函数,采用牛顿迭代算法确定所述第一分光比、所述第二分光比以及所述第三分光比,包括:
采用目标公式进行迭代计算,直至所述误差函数满足迭代收敛条件,
所述目标公式为:
其中,i为正整数,γI[i]为经过i次迭代计算得到的所述第一分光比,γQ[i]为经过i次迭代计算得到的所述第二分光比,γP[i]为经过i次迭代计算得到的所述第三分光比,F(γp[i-1],γI[i-1],γQ[i-1])为第i-1次迭代计算对应的误差函数,dF(γp[i-1],γI[i-1],γQ[i-1])为第i-1次迭代计算对应的误差函数的偏微分矩阵,γI[0]=α,γQ[0]=β,γP[0]=η,α、β和η均为正数;
所述迭代收敛条件为:
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第二导频信号与所述第一导频信号相同。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一导频信号为正弦信号,所述第二导频信号为正弦信号,所述第三导频信号为余弦信号。
7.根据权利要求1至6任一所述的方法,其特征在于,所述正交调制器为同相正交马赫曾德IQMZ调制器,所述第一光路和所述第二光路上分别设置有马赫曾德MZ调制器。
8.一种消光比确定装置,其特征在于,应用于检测系统,所述检测系统包括正交调制器和光电转换器,所述正交调制器中包括第一光路和第二光路,所述光电转换器用于接收所述正交调制器输出的光信号,并将所述光信号转换为电信号,所述装置包括:
获取模块,用于获取所述光电转换器在第一时段内输出的第一电信号的第一功率以及在第二时段内输出的第二电信号的第二功率,所述第一时段内,所述第一光路调制有第一导频信号且所述第二光路未调制有所述第一导频信号;所述第二时段内,所述第一光路未调制有所述第一导频信号且所述第二光路调制有所述第一导频信号;
第一确定模块,用于根据第二导频信号以及所述第一功率的乘积,确定所述第一电信号的第一幅度,并根据所述第二导频信号以及所述第二功率的乘积,确定所述第二电信号的第二幅度,所述第二导频信号的频率为所述第一导频信号的频率的m倍,m为正整数;
第二确定模块,用于根据第三导频信号以及所述第一功率的乘积,确定所述第一电信号的第三幅度,并根据所述第三导频信号以及所述第二功率的乘积,确定所述第二电信号的第四幅度,所述第三导频信号的频率为所述第一导频信号的频率的n倍,n为正整数,且m≠n;
第三确定模块,用于根据所述第一幅度、所述第二幅度、所述第三幅度以及所述第四幅度,确定所述第一光路上的第一分光比、所述第二光路上的第二分光比以及第三分光比,所述第三分光比等于所述第一光路上的光信号的功率与所述第二光路上的光信号的功率的比值,根据所述第一分光比、所述第二分光比以及所述第三分光比,确定所述正交调制器的消光比,所述消光比包括所述第一分光比对应的第一消光比、所述第二分光比对应的第二消光比以及所述第三分光比对应的第三消光比。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,m=1,n=2。
10.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述第三确定模块,用于:
根据所述第一幅度、所述第二幅度、所述第三幅度以及所述第四幅度,确定误差函数;
基于所述误差函数,采用牛顿迭代算法确定所述第一分光比、所述第二分光比以及所述第三分光比。
11.根据权利要求10所述的装置,其特征在于,所述误差函数为:
所述第三确定模块,用于:
采用目标公式进行迭代计算,直至所述误差函数满足迭代收敛条件,
所述目标公式为:
其中,i为正整数,γI[i]为经过i次迭代计算得到的所述第一分光比,γQ[i]为经过i次迭代计算得到的所述第二分光比,γP[i]为经过i次迭代计算得到的所述第三分光比,F(γp[i-1],γI[i-1],γQ[i-1])为第i-1次迭代计算对应的误差函数,dF(γp[i-1],γI[i-1],γQ[i-1])为第i-1次迭代计算对应的误差函数的偏微分矩阵,γI[0]=α,γQ[0]=β,γP[0]=η,α、β和η均为正数;
所述迭代收敛条件为:
12.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述第二导频信号与所述第一导频信号相同。
13.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述第一导频信号为正弦信号,所述第二导频信号为正弦信号,所述第三导频信号为余弦信号。
14.根据权利要求8至13任一所述的装置,其特征在于,所述正交调制器为同相正交马赫曾德IQMZ调制器,所述第一光路和所述第二光路上分别设置有马赫曾德MZ调制器。
15.一种检测系统,其特征在于,所述检测系统包括正交调制器、光电转换器、导频信号发生器以及处理器,所述导频信号发生器分别与所述正交调制器以及所述处理器连接,所述正交调制器与所述光电转换器连接,所述光电转换器与所述处理器连接;
所述导频信号发生器用于在第一时段内向所述第一光路提供第一导频信号,在第二时段内向所述第二光路提供所述第一导频信号;
所述正交调制器用于在所述第一时段内将所述第一导频信号调制在所述正交调制器的第一光路上,在所述第二时段内将所述第一导频信号调制在所述正交调制器的第二光路上;
所述光电转换器用于将所述正交调制器在所述第一时段内输出的光信号转换为第一电信号,将所述正交调制器在所述第二时段内输出的光信号转换为第二电信号;
所述处理器用于执行程序指令,实现如权利要求1至7任一所述的消光比确定方法。
16.一种计算机存储介质,其特征在于,所述计算机存储介质上存储有指令,当所述指令被处理器执行时,实现如权利要求1至7任一所述的消光比确定方法。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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