CN114079486A - 空分复用光纤的特征参数监测方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开了一种空分复用光纤特征参数监测方法、装置、设备和存储介质。本发明实施例获取多输入多输出MIMO均衡器的各子滤波器的时域系数；根据所述各子滤波器的时域系数获取各子滤波器的频率响应，得到所述MIMO均衡器的频率响应矩阵；根据所述频率响应矩阵获取各空间信道的空分复用光纤特征参数。本发明的实施例从MIMO均衡器中获取子滤波器的时域系数计算空分复用光纤中的特征参数，能够跟踪环境变化，实时监测空分复用光纤的特征参数，实现动态链路的实时测量，刻画多跨段光纤链路的整体特征，并且，本发明的实施例从MIMO均衡器中获取系数，数据来源精确，能够排出其他模式的干扰，使得获得的特征参数精度更高。
Description
技术领域
本申请实施例涉及光纤通信领域，特别涉及一种空分复用光纤的特征参数监测方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
随着通信容量的增加，偏振，正交维度，频率资源以及电子瓶颈等资源的耗尽，基于少模光纤，多芯光纤以及少模多芯光纤等特种光纤的空分复用技术日益得到了广泛关注。多芯或者少模光纤不同模式之间的差分群时延参数，模式依赖性损耗参数以及模式依赖性色度色散参数是空分复用系统当中的特有的重要参数。目前主要用频谱干涉法、背向散射法等监测空分复用光纤中的特征参数。
然而，发明人发现，环境变化，例如温度应力等因素变化，会导致特征参数动态变化，而现有技术中的特征参数测量方法只能实现特征参数的预测量，无法跟踪环境变化、带业务实时监测特征参数，另外，现有技术的特征参数测量方法无法实现动态链路的特征参数的测量，不能刻画多跨段光纤链路的整体特征，在参数测量时，不能排除其他模式地干扰，数据来源不精确，使得测量出来的参数不精确。
发明内容
本申请实施例的主要目的在于提出一种空分复用光纤特征参数监测方法，电子设备和计算机可读存储介质，能够实时监测空分复用光纤的特征参数，对动态链路进行实时测量，刻画多跨段光纤链路的整体特征。
为实现上述目的，本申请实施例提供了一种空分复用光纤的特征参数监测方法，包括：获取多输入多输出MIMO均衡器的各子滤波器的时域系数；根据所述各子滤波器的时域系数获取各子滤波器的频率响应，得到所述MIMO均衡器的频率响应矩阵；根据所述频率响应矩阵获取各空间信道的空分复用光纤特征参数。
为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种空分复用光纤的特征参数监测装置，包括：
时域系数获取模块，用于获取多输入多输出MIMO均衡器的各子滤波器的时域系数；转换模块，用于根据所述各子滤波器的时域系数获取各子滤波器的频率响应，得到所述MIMO均衡器的频率响应矩阵；特征参数获取模块，用于根据所述频率响应矩阵获取各空间信道的空分复用光纤特征参数。
为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种终端电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述空分复用光纤的特征参数监测方法。
为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的空分复用光纤的特征参数监测方法。
本申请提出的空分复用光纤的特征参数监测方法，获取多输入多输出MIMO均衡器的各子滤波器的时域系数，根据各子滤波器的时域系数获取各子滤波器的频率响应，得到MIMO均衡器的频率响应矩阵，根据频率响应矩阵获取各空间信道的空分复用光纤特征参数。本发明的实施例从MIMO均衡器中获取子滤波器的时域系数计算空分复用光纤中的特征参数，能够跟踪环境变化，带业务的实时监测空分复用光纤的特征参数，实现动态链路的实时测量，刻画多跨段光纤链路的整体特征，并且，本发明的实施例从MIMO均衡器中获取系数，数据来源精确，能够排出其他模式的干扰，使得获得的特征参数精度更高。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的空分复用光纤的特征参数监测方法流程图；
图2是根据本发明实施例中6x6 MIMO均衡器结构图；
图3是根据本发明第二实施例的空分复用光纤的特征参数监测方法流程图；
图4是根据本发明第三实施例的空分复用光纤的特征参数监测方法流程图；
图5是根据本发明第四实施例的空分复用光纤的特征参数监测方法流程图；
图6是根据本发明第四实施例中提取空分复用光纤特征参数的示意图；
图7是根据本发明第四实施例中三芯光纤横剖面结构图；
图8是根据本发明第五实施例中的空分复用光纤的特征参数监测装置结构示意图；
图9是根据本发明第六实施例中电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
本发明第一实施例涉及一种空分复用光纤的特征参数监测方法，如图1所示，具体包括：
步骤S101：获取多输入多输出MIMO均衡器的各子滤波器的时域系数。
具体地，使用如CMA,LMS,RLS或者训练序列的方式获取MIMO均衡器中各子滤波器的时域系数。
步骤S102：根据各子滤波器的时域系数获取各子滤波器的频率响应，得到MIMO均衡器的频率响应矩阵。
具体地，将输入为j路输出为i路的子滤波器的时域系数记为Wij(n)(i,j＝1,2,..M)，其中，n为滤波器抽头标识n＝1,2,...N，N为滤波器抽头数，M为空间信道的数目。求傅里叶变换获得每个子滤波器的频率响应Wij(n)，整个MIMO滤波器频域滤波器的整体记做W(f)，即，MIMO均衡器的频率响应矩阵为W(f)。
步骤S103：根据频率响应矩阵获取各空间信道的空分复用光纤特征参数。
具体地，使用MIMO均衡器的频率响应矩阵W(f)计算各空间信道的空分复用光纤的特征参数。
具体地，以基于少模光纤的强耦合系统为例。假设少模光纤所支持的模式数为6，分别对应LP01、LP11a、LP11b以及每个线偏振模所对应的两个偏振。如图2所示，将LP01x,LP01y,LP11ax,LP11ay,LP11bx,LP11by总共6路数据分别记为X1,X2,....X6,相应的MIMO均衡器的输出记为Y1,Y2,...Y6。MIMO均衡抽头系数，即子滤波器的时域系数记为Wij(n)，其中i,j∈{1,2,3,4,5,6}，代表输入为j路输出为i路的子滤波器系数，n∈{1,2,....N}为滤波器抽头的标识，N为抽头的数目。将所得子滤波器的时域系数Wij(n)求傅里叶变换获得每个子滤波器的频率响应，整个MIMO均衡器的频域滤波器的整体记做W(f)，即MIMO均衡器的频率响应矩阵为W(f)；根据频率响应矩阵W(f)计算空分复用光纤特征参数。
本发明第一实施例获取多输入多输出MIMO均衡器的各子滤波器的时域系数，根据各子滤波器的时域系数获取各子滤波器的频率响应，得到MIMO均衡器的频率响应矩阵，根据频率响应矩阵获取各空间信道的空分复用光纤特征参数。本发明的实施例从MIMO均衡器中获取子滤波器的时域系数计算空分复用光纤中的特征参数，能够跟踪环境变化，实时监测空分复用光纤的特征参数，实现动态链路的实时测量，刻画多跨段光纤链路的整体特征，并且，本发明的实施例从MIMO均衡器中获取系数，数据来源精确，能够排出其他模式的干扰，使得获得的特征参数精度更高。
本发明第二实施例涉及一种空分复用光纤的特征参数监测方法，第二实施例与第一实施例大致相同，不同之处在于，在本实施例中，空分复用光纤的特征参数具体包括模式依赖性损耗，本实施例的具体流程如图3所示，包括：
步骤S201：获取多输入多输出MIMO均衡器的各子滤波器的时域系数。
步骤S202：根据各子滤波器的时域系数获取各子滤波器的频率响应，得到MIMO均衡器的频率响应矩阵。
步骤S201和步骤S202分别与实施例一中步骤S101和步骤S102相同，此处不再赘述。
步骤S203：将频率响应矩阵与频率响应矩阵的共轭项相乘，得到相乘后的第一矩阵。
具体地，将W(f)的共轭项W*(f)＝conj(W(f))与W(f)相乘，得到第一矩阵：
T(f)＝W*(f)W(f)。
步骤S204：获取第一矩阵的第一本征值序列，其中，第一本征值序列包括与各空间信道对应的本征值。
具体地，求取第一矩阵T(f)的第一本征值序列，分别为λi(i＝1,2,...M)，即T(f)的本征值序列为λ1，λ2，...，λM。
步骤S205：根据第一本征值序列获取MIMO均衡器的M路输出数据的空间复用光纤特征参数。其中，特征参数包括模式依赖性损耗。
具体地，第一本征值序列中的λk对应第k个空间信道，λj对应第j个空间信道，根据第k个空间信道对应的本征值和第j个空间信道对应的本征值的比值，得到所述第k个空间信道相对于所述第j个空间信道的模式依赖性损耗。
在一个例子中，通过以下公式得到第k个空间信道相对于第j个空间信道的模式依赖性损耗从而得到各个空间信道对应的模式依赖性损耗：
步骤S206：根据MIMO均衡器的输入数据和输出数据的对应关系，确定M路输出数据的空分复用光纤特征参数分别对应的M路输入数据，得到M个空间信道对应的空分复用光纤特征参数。
具体地，MIMO中输出序列为Y1，Y2，...YM，输入序列为X1，X2，...XM，在发射的M路数据流的前端插入训练序列，分别对应于d1,d2,...dM，；将均衡恢复后的输出序列Y1，Y2，...YM，经过频偏和载波相位恢复之后得到的M路数据流
分别与训练序列d1,d2,...dM求取相关。假设接收端恢复信号为
那么选出
中所对应的最大值，就意味着第i路输出数据实际对应第j路输入数据。
具体地，以基于少模光纤的强耦合系统为例。假设少模光纤所支持的模式数为6，分别对应LP01、LP11a、LP11b以及每个线偏振模所对应的两个偏振。如图2所示，将LP01x,LP01y,LP11ax,LP11ay,LP11bx,LP11by总共6路数据分别记为X1,X2,....X6,相应的MIMO均衡的输出记为Y1,Y2,...Y6。MIMO子滤波器的时域系数为Wij(n)，其中i,j∈{1,2,3,4,5,6}，代表输入为j路输出为i路的子滤波器的时域系数，n∈{1,2,....N}为滤波器抽头的标识，N为抽头的数目。将所得子滤波器系数Wij(n)求傅里叶变换获得每个子滤波器的频率响应矩阵Wij(f)，整个MIMO滤波器频域滤波器的整体记做W(f)；将W(f)的共厄项W*(f)＝conj(W(f))与W(f)相乘，得到矩阵T(f)＝W*(f)W(f)；求取T(f)的第一本征值，分别为λi(i＝1,2,...6)，选择其中一个模式j为参考，那么各个模式的模式依赖性损耗可以表示为：
在发射的6路数据流的前端插入训练序列，分别对应于d1,d2,...d6，均衡恢复后的输出序列Y1，Y2，...Y6，经过频偏和载波相位恢复之后得到的6路数据流
分别与训练序列d1,d2,...d6求取相关。假设接收端恢复信号为
那么选出相关系数，即
中所对应的最大值，就意味着i路输出数据实际对应j路输入数据。比如说，第一路输出数据实际对应第三路输入数据，第二路输出数据实际对应第四路输入数据，那么通过公式计算得到的第1个空间信道相对于第2个空间信道的模式依赖性损耗，实际上是第3个空间信道相对于第4个空间信道的模式依赖性损耗。
本发明的实施例使用MIMO均衡器中的时域系数计算模式依赖性损耗，相较于依赖于背向散射法通过光时域反射仪OTDR来预测量模式依赖性损耗，能够对模式依赖性损耗进行实时监测，刻画多跨段光纤链路的整体特征，而且，通过获取输出序列Y1，Y2，...YM与输入序列X1，X2，...XM之间的对应关系，可以避免盲均衡器输出序列之间的切换的问题，保证了模式依赖性损耗的准确性。
本发明第三实施例涉及一种空分复用光纤的特征参数监测方法，第三实施例与第二实施例大致相同，不同之处在于，在本实施例中，空分复用光纤的特征参数还包括差分群时延，本实施例的具体流程如图4所示，包括：
步骤S301：获取多输入多输出MIMO均衡器的各子滤波器的时域系数。
步骤S302：根据各子滤波器的时域系数获取各子滤波器的频率响应，得到MIMO均衡器的频率响应矩阵。
步骤S301和步骤S302分别与实施例一中步骤S101和步骤S102相同，此处不再赘述。
步骤S303：获取频率响应矩阵的逆矩阵；将逆矩阵对频率求偏微分得到第二矩阵；将第二矩阵的转置矩阵与所述逆矩阵相乘，并乘以虚部单位，得到第三矩阵。
具体地，将步骤S301中得到的频域响应矩阵W(f)求逆矩阵，得到W-1(f)；将得到的逆矩阵W-1(f)对频率f求取偏微分得到第二矩阵
求第二矩阵
的转置，与频率滤波器矩阵相乘，然后乘以虚部单位j，得到第三矩阵：
步骤S304：获取第三矩阵在各频点的第二本征值序列，其中，第二本征值序列包括与各所述空间信道在各频点对应的本征值。
具体地，求取第三矩阵在各个频点f处的第二本征值序列χi(i＝1,2,...M)，即第二本征值序列包括χ1，χ2，...，χM。
步骤S305：根据第二本征值序列获取各空间信道的空分复用光纤的差分群时延。
在一个例子中，直接取本征值的频率0点处的值，可以得到第k个空间信道相对于第j个空间信道，即模式k相对于模式j之间的差分群时延：
DMGDkj＝χkf＝0-χjf＝0(k,j＝1,2,...M,k≠j)。
在另一个例子中，将各个频点处的本征值求和做差，可得各个模式之间的差分群时延为：
步骤S306：获取空分复用光纤的模式依赖性损耗。
具体地，步骤S306与第二实施例中步骤S203至步骤S205获取模式依赖性损耗的步骤相同，此处不再赘述，另外，本实施例中获取差分群时延的步骤，即步骤S303至步骤S305，与获取模式依赖性损耗的步骤的顺序不做限定，即可以先计算差分群时延，也可以先计算模式依赖性损耗，两者也可并列执行。
步骤S307，根据MIMO均衡器的输入数据和输出数据的对应关系，确定M路输出数据的空分复用光纤特征参数分别对应的M路输入数据，得到M个空间信道对应的空分复用光纤特征参数。
具体地，步骤S307与第二实施例中步骤206相同，为避免表达上的重复，此处不再赘述。
具体地，以基于少模光纤的强耦合系统为例。假设少模光纤所支持的模式数为6，分别对应LP01、LP11a、LP11b以及每个线偏振模所对应的两个偏振。如图2所示，将LP01x,LP01y,LP11ax,LP11ay,LP11bx,LP11by总共6路数据分别记为X1,X2,....X6,相应的MIMO均衡器的输出记为Y1,Y2,...Y6。MIMO子滤波器的时域系数为Wij(n)，其中i,j∈{1,2,3,4,5,6}，代表输入为j路输出为i路的子滤波器的时域系数，n∈{1,2,....N}为滤波器抽头的标识，N为抽头的数目。将所得子滤波器系数Wij(n)求傅里叶变换获得每个子滤波器的频率响应矩阵Wij(f)，整个MIMO滤波器频域滤波器的整体记做W(f)；频域响应矩阵W(f)求逆矩阵，得到W-1(f)；频域响应矩阵W(f)对频率f求取偏微分得到第二矩阵
求第二矩阵的转置，与逆矩阵W-1(f)相乘，然后乘以虚部单位j，得到第三矩阵：
DMGDkj＝χk|f＝0-χj|f＝0(k,j＝1,2,...6,k≠j)；
或者，将各个频点处的本征值求和做差，得各个模式之间的差分群时延为：
将W(f)的共厄项W*(f)＝conj(W(f))与W(f)相乘，得到矩阵T(f)＝W*(f)W(f)；求取T(f)的第一本征值，分别为λi(i＝1,2,...6)，选择其中一个模式j为参考，那么各个模式的模式依赖性损耗可以表示为：
在发射的6路数据流的前端插入训练序列，分别对应于d1,d2,...d6，均衡恢复后的输出序列Y1，Y2，...Y6，经过频偏和载波相位恢复之后得到的6路数据流
分别与训练序列d1,d2,...d6求取相关。假设接收端恢复信号为
那么选出相关系数，即
中所对应的最大值，就意味着i路输出数据实际对应j路输入数据。根据MIMO均衡器的输入数据和输出数据的对应关系，确定6路输出数据的空分复用光纤特征参数分别对应的6路输入数据，得到6个空间信道对应的空分复用光纤特征参数。
本发明的实施例利用MIMO均衡器中滤波器的时域系数计算差分群时延，相较于频谱干涉的方法，能够实时测量差分群时延，排除模式依赖性色散以及其他模式的影响，提高了测量精度。
本发明第四实施例涉及一种空分复用光纤的特征参数监测方法，第四实施例与第三实施例大致相同，不同之处在于，在本实施例中，空分复用光纤的特征参数还包括模式依赖性色散，本实施例的具体流程如图5所示，包括：
步骤S401：获取多输入多输出MIMO均衡器的各子滤波器的时域系数。
步骤S402：根据各子滤波器的时域系数获取各子滤波器的频率响应，得到MIMO均衡器的频率响应矩阵。
步骤S403：获取频率响应矩阵的逆矩阵；将逆矩阵对频率求偏微分得到第二矩阵；将第二矩阵的转置矩阵与所述逆矩阵相乘，并乘以虚部单位，得到第三矩阵。
步骤S404：获取第三矩阵在各频点的第二本征值序列，其中，第二本征值序列包括与各所述空间信道在各频点对应的本征值。
步骤S401至步骤S404分别与实施例一中步骤S301和步骤S304相同，此处不再赘述。
步骤S405：分别将第k个和第j个空间信道在各个频点出对应的本征值对角频率求偏微分，对应得到第一偏微分和第二偏微分。
具体地说，第k个空间在各个频点处的第一偏微分为
第j个空间信道在各个频点处的第二偏微分为
ω为角频率。
步骤S406：求第一偏微分和第二偏微分的差值，得到模式依赖性色散。
具体地说，第一偏微分和第二偏微分差值为
差值MCDkj即为空间复用光纤中第k个空间信道对应的模式相对第j个空间信道对应的模式的模式依赖性色散。
步骤S407：获取模式依赖性损耗和差分群时延。
具体地，步骤S407获取模式性损耗和差分群时延的步骤与实施例三相同，此处不再赘述，另外，获取模式依赖性损耗，差分群时延和模式依赖性色散这三种参数的先后顺序不做限定。
步骤S408：根据MIMO均衡器的输入数据和输出数据的对应关系，确定M路输出数据的空分复用光纤特征参数分别对应的M路输入数据，得到M个空间信道对应的空分复用光纤特征参数。
具体地，以基于少模光纤的强耦合系统为例。假设少模光纤所支持的模式数为6，分别对应LP01、LP11a、LP11b以及每个线偏振模所对应的两个偏振。如图2所示，将LP01x,LP01y,LP11ax,LP11ay,LP11bx,LP11by总共6路数据分别记为X1,X2,....X6,相应的MIMO均衡器的输出记为Y1,Y2,...Y6。MIMO子滤波器的时域系数为Wij(n)，其中i,j∈{1,2,3,4,5,6}，代表输入为j路输出为i路的子滤波器的时域系数，n∈{1,2,....N}为滤波器抽头的标识，N为抽头的数目。将所得子滤波器系数Wij(n)求傅里叶变换获得每个子滤波器的频率响应矩阵Wij(f)，整个MIMO滤波器频域滤波器的整体记做W(f)；频域响应矩阵W(f)求逆矩阵，得到W-1(f)；频域响应矩阵W(f)对频率f求取偏微分得到第二矩阵
求第二矩阵的转置，与逆矩阵W-1(f)相乘，然后乘以虚部单位j，得到第三矩阵：
求第三矩阵本征值序列χi(f)，根据第三矩阵本征值序列有两种方法估计差分群时延的大小：直接取本征值的频率0点处的值，可以得到模式k相对于模式j之间的差分群时延为：DMGDkj＝χk|f＝0-χj|f＝0(k,j＝1,2,...6,k≠j)；或者，将各个频点处的本征值求和做差，得各个模式之间的差分群时延为：
将W(f)的共厄项W*(f)＝conj(W(f))与W(f)相乘，得到矩阵T(f)＝W*(f)W(f)；求取T(f)的第一本征值，分别为λi(i＝1,2,...6)，选择其中一个模式j为参考，那么各个模式的模式依赖性损耗可以表示为：
求χi(f)对频率f的斜率，可以得到其他模式相对模式j的模式依赖性色散MCDkj，可以表示为：
在发射的6路数据流的前端插入训练序列，分别对应于d1,d2,...d6，均衡恢复后的输出序列Y1，Y2，...Y6，经过频偏和载波相位恢复之后得到的6路数据流
分别与训练序列d1,d2,...d6求取相关。假设接收端恢复信号为
那么选出相关系数，即
中所对应的最大值，就意味着i路输出数据实际对应j路输入数据。
本实施例中的空分复用光纤的特征参数监测方法，可应用在如图6所示的设备中，包括MIMO均衡器、寻址单元、监测单元以及显示系统或者系统管理单元，监测单元包括模式依赖性损耗单元，差分群时延监测单元以及模式依赖性色度色散监测单元。MIMO均衡器的作用主要是对空分复用光纤进行模式以及偏振的解耦合，同时均衡信道当中的一些损伤如差分群时延，模式依赖性损耗，差模式依赖性色度色散等。
监测单元的三个功能模块从MIMO均衡器获取均衡器系数，即每个子滤波器的时域系数，得到所监测的差分群时延(DMGD)，模式依赖性色度色散(MCD)以及模式依赖性损耗(MDL)的值。
寻址单元的作用是使得输出序列Y1，Y2，...YM与输入序列X1，X2，...XM,相对应，以避免盲均衡器输出序列之间的切换的问题，例如模式1的信号和模式2之间的发生了数据流的切换，那么输出的序列Y1，Y2实际上对应的是模式2和模式1中的数据，因此监测的相对于模式1的特征参数实际上是相对于模式2的，而相对于模式2的特征参数实际上是相对于模式1的。
因此，在通过监测单元的三个功能模块得到差分群时延(DMGD)，模式依赖性色度色散(MCD)以及模式依赖性损耗(MDL)后，根据寻址单元得到的输出序列与输入序列，寻找到相应空间信道的特征参数，并反馈给测量显示系统或者系统管理单元。
下面以基于多芯光纤的强耦合系统以及基于部分耦合的空分复用系统为例为说明空分复用系统中特征参数的监测方法的实际应用。
具体地，基于强耦合多芯光纤，不同芯间耦合形成超模。以三芯光纤为例，三芯光纤横剖面结构如图7所示，三路偏振复用的芯间信号经过解复用器以及相干接收机前端处理之后，在数字信号处理DSP处将三芯光纤中的六路数据(每芯中有两个偏振)，利用MIMO均衡处理，并计算得到特征参数。将Core1,Core2,core3中的六路数据按Core1x,core1y,core2x,core2y,core3x,core3y依次排列，将6路数据分别记为X1,X2,....X6,相应的MIMO均衡的输出记为Y1,Y2,...Y6.MIMO子滤波器的时域系数为Wij(n)，其中i,j∈{1,2,3,4,5,6}，代表输入为芯j输出为芯i的子滤波器系数，n∈{1,2,....N}为滤波器抽头的标识，N为抽头的数目，在强耦合三芯光纤中，计算模式依赖性色散的步骤如下：
将所得子滤波器系数Wij(n)求傅里叶变换获得每个子滤波器的频率响应Wij(f)，,整个MIMO滤波器频域滤波器的整体记做频率响应矩阵W(f)，将频率响应矩阵W(f)的共厄项W*(f)＝conj(W(f))与W(f)相乘，得到矩阵T(f)＝W*(f)W(f)；求取T(f)的第一本征值，分别为λi(i＝1,2,...6)，选择其中一个芯j为参考，那么模式依赖性损耗可以表示为：
计算模式依赖性色散以及差分群时延的监测可以采用如下步骤：
将频域响应矩阵W(f)求逆矩阵，得到W-1(f)；W-1(f)对频率f求取偏微分得到矩阵
将
转置，与逆矩阵W-1(f)相乘，然后乘以虚部单位j，得到第三矩阵：
将第三矩阵在各个频点f处求取第二本征值χi(i＝1,2,...6)，求取χi(f)对频率f的斜率，可以得到相对芯间j的模式依赖性色散(MCD)可以表示为：
用本征值χi(f)求取差分群时延，有如下两种方式：
直接取本征值的频率0点处的值，可以得到空间信道K相对于空间信道j的差分群时延为：
DMGDkj＝χk|f＝0-χj|f＝0(k,j＝1,2,...6,k≠j)，
或者，将各个频点处的本征值求和做差，可得差分群时延为：
然后，根据MIMO均衡器的输入数据和输出数据的对应关系，确定所述M路输出数据的空分复用光纤特征参数分别对应的M路输入数据，得到M个空间信道对应的所述空分复用光纤特征参数。例如，均衡恢复后的输出序列Y1，Y2，...Y6，经过频偏和载波相位恢复之后得到的6路数据流
分别与训练序列d1,d2,...d6求取相关。假设接收端恢复信号为
那么选出
中所对应的最大值，就意味着i路数据实际对应模式j中的数据，将对应好的特征参数反馈给测量显示系统或者系统管理单元。
具体地，对于部分耦合的空分复用系统。以三个模式的情况下为例，假设光纤信道支持三个空间模式分别为LP01，LP11a以及LP11b,模式LP01和LP11之间是弱耦合的，LP11a和LP11b之间是强耦合的，那么此时在MIMO均衡部分可以用2个小的MIMO，即一个2x2的MIMO来处理LP01模以及一个4x4的MIMO来处理LP11a以及LP11b模。类似的其4x4的MIMO部分依然可以用来监测模内的差分群时延，色度色散以及模式依赖性损耗。其2x2MIMO部分估计的是LP01模的两个偏振之间的偏振依赖性损耗，偏振模色散以及残留色度色散参数，具体计算步骤与上述相似，此处不再赘述。
本发明的实施例中使用MIMO均衡器的各子滤波器的时域系数监测模式依赖性色散，相较于测平均色散的传统方法，能够实时监测模式依赖性色散，契合空分复用光纤各个空间信道中色度色散不一致的特点，能准确测量出各个模式之间的色散。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第五实施例涉及一种空分复用光纤的特征参数监测装置，如图8所示，包括：时域系数获取模块501，用于获取多输入多输出MIMO均衡器的各子滤波器的时域系数；转换模块502，用于根据所述各子滤波器的时域系数获取各子滤波器的频率响应，得到MIMO均衡器的频率响应矩阵；特征参数获取模块503，用于根据所述频率响应矩阵获取各空间信道的空分复用光纤特征参数。
在一个具体例子中，特征参数获取模块503进一步用于根据所述频率响应矩阵获取所述MIMO均衡器的M路输出数据的空分复用光纤特征参数；根据所述MIMO均衡器的输入数据和输出数据的对应关系，确定所述M路输出数据的空分复用光纤特征参数分别对应的M路输入数据，得到M个空间信道对应的所述空分复用光纤特征参数。
在一个具体例子中，空分复用光纤特征参数包括：模式依赖性损耗。特征参数获取模块503进一步用于将所述频率响应矩阵与所述频率响应矩阵的共轭项相乘，得到相乘后的第一矩阵；获取所述第一矩阵的第一本征值序列，其中，所述第一本征值序列包括与各所述空间信道对应的本征值；根据第k个空间信道对应的本征值和第j个空间信道对应的本征值的比值，得到所述第k个空间信道相对于所述第j个空间信道的模式依赖性损耗；其中，所述k和所述j为不同的自然数，且最大取值均小于或等于空间信道的数目。
在一个具体例子中，空分复用光纤特征参数包括：模式依赖性损耗。特征参数获取模块503用于进一步用于根据以下公式得到所述第k个空间信道相对于所述第j个空间信道的模式依赖性损耗：
其中，λk为所述第k个空间信道对应的本征值，λj为所述第j个空间信道对应的本征值，M为空间信道的数目。
在一个具体例子中，空分复用光纤特征参数包括：差分群时延和/或模式依赖性色散。特征参数获取模块503进一步用于获取所述频率响应矩阵的逆矩阵；将所述逆矩阵对频率求偏微分得到第二矩阵；将所述第二矩阵的转置矩阵与所述逆矩阵相乘，并乘以虚部单位，得到第三矩阵；获取所述第三矩阵在各频点的第二本征值序列，其中，所述第二本征值序列包括与各所述空间信道在各频点对应的本征值；根据所述第二本征值序列获取各空间信道的空分复用光纤特征参数。
在一个具体例子中，空分复用光纤特征参数包括：差分群时延。特征参数获取模块503进一步用于分别获取第k个空间信道和第j个空间信道在频率0点处对应的本征值；将所述第k个空间信道在频率0点处对应的本征值，与所述第j个空间信道在频率0点处对应的本征值的差值，作为所述第k个空间信道相对于所述第j个空间信道的差分群时延，其中，所述k和所述j为不同的自然数，且最大取值均小于或等于空间信道的数目。
在一个具体例子中，空分复用光纤特征参数包括：差分群时延。特征参数获取模块503进一步用于将第k个空间信道在各个频点处对应的本征值求和，得到第一求和值；将第j个空间信道在各个频点处对应的本征值求和，得到第二求和值；将所述第一求和值和第二求和值做差得到的差值，作为所述第k个空间信道相对于所述第j个空间信道的差分群时延，其中，所述k和所述j为不同的自然数，且最大取值均小于或等于空间信道的数目。
在一个具体例子中，空分复用光纤特征参数包括：模式依赖性色散。特征参数获取模块503进一步用于将第k个空间信道在各个频点处对应的本征值对角频率求偏微分，得到第一偏微分；将第j个空间信道在各个频点处对应的本征值对角频率求偏微分，得到第二偏微分；所述第一偏微分与所述第二偏微分的差值，作为所述第k个空间信道相对于所述第j个空间信道的模式依赖性色散，其中，所述k和所述j为不同的自然数，且最大取值均小于或等于空间信道的数目。
不难发现，本实施例为与上述方法实施例相对应的系统实施例，本实施例可与上述方法实施例互相配合实施。上述方法实施例中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在上述方法实施例中。
值得一提的是，本实施例中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本发明第六实施例涉及一种电子设备，如图9所示，包括至少一个处理器601；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器602；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，所述指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述实施例中的空分复用光纤的特征参数监测方法。
其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。
处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。
本发明第六实施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述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(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (11)
1.一种空分复用光纤的特征参数监测方法，其特征在于，包括：
获取多输入多输出MIMO均衡器的各子滤波器的时域系数；
根据所述各子滤波器的时域系数获取各子滤波器的频率响应，得到所述MIMO均衡器的频率响应矩阵；
根据所述频率响应矩阵获取各空间信道的空分复用光纤特征参数。
2.根据权利要求1所述的空分复用光纤的特征参数监测方法，其特征在于，所述根据所述频率响应矩阵获取各空间信道的空分复用光纤特征参数，还包括：
根据所述频率响应矩阵获取所述MIMO均衡器的M路输出数据的空分复用光纤特征参数；
根据所述MIMO均衡器的输入数据和输出数据的对应关系，确定所述M路输出数据的空分复用光纤特征参数分别对应的M路输入数据，得到M个空间信道对应的所述空分复用光纤特征参数。
3.根据权利要求1所述的空分复用光纤的特征参数监测方法，其特征在于，所述空分复用光纤特征参数包括：模式依赖性损耗；
所述根据所述频率响应矩阵获取各空间信道的空分复用光纤特征参数，包括：
将所述频率响应矩阵与所述频率响应矩阵的共轭项相乘，得到相乘后的第一矩阵；
获取所述第一矩阵的第一本征值序列，其中，所述第一本征值序列包括与各所述空间信道对应的本征值；
根据第k个空间信道对应的本征值和第j个空间信道对应的本征值的比值，得到所述第k个空间信道相对于所述第j个空间信道的模式依赖性损耗；其中，所述k和所述j为不同的自然数，且最大取值均小于或等于空间信道的数目。
4.根据权利要求3所述的空分复用光纤的特征参数监测方法，其特征在于，所述根据第k个空间信道对应的本征值和第j个空间信道对应的本征值的比值，得到所述第k个空间信道相对于所述第j个空间信道的模式依赖性损耗，包括：
根据以下公式得到所述第k个空间信道相对于所述第j个空间信道的模式依赖性损耗：
其中，λk为所述第k个空间信道对应的本征值，λj为所述第j个空间信道对应的本征值，M为空间信道的数目。
5.根据权利要求1所述的空分复用光纤的特征参数监测方法，其特征在于，所述特征参数包括差分群时延和/或模式依赖性色散；
所述根据所述频率响应矩阵获取各空间信道的空分复用光纤特征参数，包括：
获取所述频率响应矩阵的逆矩阵；
将所述逆矩阵对频率求偏微分得到第二矩阵；
将所述第二矩阵的转置矩阵与所述逆矩阵相乘，并乘以虚部单位，得到第三矩阵；
获取所述第三矩阵在各频点的第二本征值序列，其中，所述第二本征值序列包括与各所述空间信道在各频点对应的本征值；
根据所述第二本征值序列获取各空间信道的空分复用光纤特征参数。
6.根据权利要求5所述的空分复用光纤的特征参数监测方法，其特征在于，所述特征参数包括差分群时延；
所述根据所述第二本征值序列获取各空间信道的空分复用光纤特征参数，包括：
分别获取第k个空间信道和第j个空间信道在频率0点处对应的本征值；
将所述第k个空间信道在频率0点处对应的本征值，与所述第j个空间信道在频率0点处对应的本征值的差值，作为所述第k个空间信道相对于所述第j个空间信道的差分群时延，其中，所述k和所述j为不同的自然数，且最大取值均小于或等于空间信道的数目。
7.根据权利要求5所述的空分复用光纤的特征参数监测方法，其特征在于，所述特征参数包括差分群时延；所述根据所述第二本征值序列获取各空间信道的空分复用光纤特征参数，包括：
将第k个空间信道在各个频点处对应的本征值求和，得到第一求和值；
将第j个空间信道在各个频点处对应的本征值求和，得到第二求和值；
将所述第一求和值和第二求和值做差得到的差值，作为所述第k个空间信道相对于所述第j个空间信道的差分群时延，其中，所述k和所述j为不同的自然数，且最大取值均小于或等于空间信道的数目。
8.根据权利要求5所述的空分复用光纤的特征参数监测方法，其特征在于，所述特征参数包括模式依赖性色散；所述根据所述第二本征值序列获取各空间信道的空分复用光纤特征参数，包括：
将第k个空间信道在各个频点处对应的本征值对角频率求偏微分，得到第一偏微分；
将第j个空间信道在各个频点处对应的本征值对角频率求偏微分，得到第二偏微分；
所述第一偏微分与所述第二偏微分的差值，作为所述第k个空间信道相对于所述第j个空间信道的模式依赖性色散，其中，所述k和所述j为不同的自然数，且最大取值均小于或等于空间信道的数目。
9.一种空分复用光纤的特征参数监测装置，其特征在于，包括：
时域系数获取模块，用于获取多输入多输出MIMO均衡器的各子滤波器的时域系数；
转换模块，用于根据所述各子滤波器的时域系数获取各子滤波器的频率响应，得到所述MIMO均衡器的频率响应矩阵；
特征参数获取模块，用于根据所述频率响应矩阵获取各空间信道的空分复用光纤特征参数。
10.一种终端电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至8中任一项所述的空分复用光纤的特征参数监测方法。
11.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的空分复用光纤的特征参数监测方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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