CN114337813A - 一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光性能监测技术领域，公开了一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法及系统，包括异步延迟信号采样步骤和散点图像处理步骤，异步延迟信号采样步骤对输入数据信号进行调制、耦合、放大、光纤传输、滤波、探测、延迟后得到采集数据；散点图像处理步骤依据采集数据构建二维散点图，对二维散点图处理得到散点图轮廓，轮廓平均值的平方与其方差之比得到光信噪比值，用线性函数y＝x将散点图对角线进行分割，依据DR＝d2/d1得到色散值；通过异步延迟采样获得待测数据二维散点图，利用图像处理获得数据散点图的轮廓，计算轮廓的平均值并将轮廓边缘缩小到平均值，得到恢复后的无噪声散点图，并利用恢复后的散点图可以实现色散和光信噪比的同步检测。
Description
技术领域
本发明涉及光性能监测技术领域，具体涉及一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法及系统。
背景技术
光性能监测技术可以实现对传输信号和光网络的各种组件的不同物理参数的估计和获取。光性能监测技术对于确保光网络的稳健运行不可或缺，在提高整个网络的灵活性和效率方面发挥着关键作用，目前已经有许多光性能监测技术来监测单个光通信系统的参数，例如色散、光信噪比和偏振模色散，基于异步延迟采样的技术已广泛用于光性能监测任务中，该技术支持多个参数信号的监测，对数据速率和调制格式透明，并且不需要时钟恢复。异步延迟采样是在一次采样过程中对时域信号进行两次采样，尽管采样数据可以通过散点图来反映信号波形的变化，但监测结果仅限于定性分析。利用模式识别和人工神经网络监测的方案可以得到较为准确的监测结果，但初始训练需要大量数据集和计算时间，但是，这些光性能监测技术无法同时监测共同决定光学系统性能的多个参数。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法及系统。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法，包括异步延迟信号采样步骤和散点图像处理步骤，异步延迟信号采样步骤包括：对输入数据信号进行调制、耦合、放大、光纤传输、滤波、探测、延迟后得到采集数据；散点图像处理步骤依据异步延迟信号采样步骤得到的采集数据构建二维散点图，对二维散点图处理得到散点图轮廓，轮廓平均值的平方与其方差之比得到光信噪比值，利用线性函数y＝x将散点图对角线进行分割，依据DR＝d2/d1计算得到色散值，其中d2为散点图最远点到对角线的距离，d1为原点到对角线的距离。
在本发明中，优选的，所述异步延迟信号采样步骤还包括对光纤传输后的信号采用10dB耦合器分路，第一路信号进行滤波、探测、延迟后得到采集数据，第二路信号传递给光谱分析仪进行光信噪比测量。
在本发明中，优选的，所述耦合是将输入数据信号与噪声信号通过3dB耦合器耦合成带噪声的调制数据信号。
在本发明中，优选的，所述噪声信号为ASE噪声，由掺铒光纤放大器和光衰减器产生。
在本发明中，优选的，所述放大是通过掺铒光纤放大器对带噪声的调制数据信号进行放大。
在本发明中，优选的，光纤传输后的数据信号由3dB带宽为0.6nm的带通滤波器进行滤波。
在本发明中，优选的，所述探测是通过10GHz光电二极管将输入的光数据信号转化为电数据信号。
在本发明中，优选的，延迟首先由3dB分路器将电数据信号分成X通道和Y通道，然后电延迟线将X通道和Y通道的时间延迟1位周期，最后将延迟后的X通道和Y通道信号传递给数字通讯分析仪得到采集数据。
在本发明中，优选的，在输入数据信号进行耦合前，通过马赫曾德调制器，长度为231-1的10Gb/s伪随机序列信号用作调制器的射频输入以生成NRZ-OOK信号。
一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测系统，包括信号采样模块和信号处理模块，所述信号采样模块包括依次连接的马赫曾德调制器、掺铒光纤放大器、光衰减器、3dB耦合器、10dB耦合器、带通滤波器、光电二极管、分路器、电延迟线和数字通讯分析仪，数字通讯分析仪与信号处理模块连接，用于将得到的采集数据发送到数字处理模块中，数字处理模块包括散点图处理组、光信噪比处理组和色散处理组，所述散点图处理组依据输入的采集数据构建二维散点图，所述光信噪比处理组和色散处理组分别对所述二维散点图进行处理以得到光信噪比值和色散值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的方法通过异步延迟采样获得待测数据二维散点图，利用图像处理获得数据散点图的轮廓，计算轮廓的平均值并将轮廓边缘缩小到平均值，得到恢复后的无噪声散点图，并利用恢复后的散点图可以实现色散和光信噪比的同步检测；且不受接收信号功率的影响，可避免初始训练的大量计算；且无需时钟信号，采样率低，简单准确。
附图说明
图1为本发明所述的一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测系统的结构示意图。
图2为本发明所述的信号二维散点图。
图3为本发明所述的轮廓示意图。
图4为本发明所述的无噪声散点图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本发明一较佳实施方式提供一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法，通过异步延迟采样获得待测数据二维散点图，利用图像处理获得数据散点图的轮廓，计算轮廓的平均值并将轮廓边缘缩小到平均值，得到恢复后的无噪声散点图，并利用恢复后的散点图可以实现色散和光信噪比的同步检测，不受接收信号功率的影响，可以避免初始训练的大量计算；包括异步延迟信号采样步骤和散点图像处理步骤，异步延迟信号采样步骤包括：对输入数据信号进行调制、耦合、放大、光纤传输、滤波、探测、延迟后得到采集数据；散点图像处理步骤依据异步延迟信号采样步骤得到的采集数据构建二维散点图，对二维散点图处理得到散点图轮廓，轮廓平均值的平方与其方差之比得到光信噪比值，利用线性函数y＝x将散点图对角线进行分割，依据DR＝d2/d1计算得到色散值，其中d2为散点图最远点到对角线的距离，d1为原点到对角线的距离。
在本实施方式中，异步延迟信号采样步骤还包括对光纤传输后的信号采用10dB耦合器分路，第一路信号进行滤波、探测、延迟后得到采集数据，第二路信号传递给光谱分析仪进行光信噪比测量。
具体的，工作在1550纳米的可调谐激光器发出光数据信号，首先在耦合前，先通过马赫曾德调制器，长度为231-1的10Gb/s伪随机序列信号用作调制器的射频输入以生成NRZ-OOK信号，马赫曾德调制器输出调制数据信号传递到3dB耦合器，3dB耦合器将输入的调制数据信号与噪声信号耦合成带噪声的调制数据信号，带噪声的调制数据信号传递给掺铒光纤放大器，通过掺铒光纤放大器对调制数据信号进行放大，然后在不同长度的单模光纤中进行传输，得到不同色散的数据，光纤传输后的数据信号采用10dB耦合器分路，第二路信号传递给光谱分析仪进行光信噪比测量，第一路信号由3dB带宽为0.6nm带通滤波器进行滤波，将0.6nm带宽以外的噪声去除，接着通过10GHz光电二极管将输入的光数据信号转化为电数据信号，电数据信号通过3dB分路器将电数据信号分成X通道和Y通道，然后电延迟线将X通道和Y通道的时间延迟1位周期，最后将延迟后的X通道和Y通道信号传递给数字通讯分析仪得到采集数据。
信号处理模块接收到采集数据，先依据采集数据构建二维散点图，如图2所示，当向信号添加噪声时，所有边缘的宽度增加，由于上边缘和下边缘的y值以及左边缘和右边缘的x值是从连续的0或1中获得的，因此振幅分布仅与噪声相关，与色散无关，通过图像处理，可以获得如图3所示的信号散点图的轮廓。计算轮廓的平均值，并将轮廓收缩到平均值得到如图4所示的无噪声散点图，计算信号平均值的平方与其方差的比值就可以测得光信噪比的具体值；色散使脉冲展宽，因此上升沿和下降沿变得不那么陡峭，由于色散的影响，对角线向原点弯曲，利用线性函数y＝x将对角线进行分割，d1为原点到对角线的距离，d1和d2值的变化代表了色散值的变化，为了获得色散的测量结果，依据DR＝d2/d1计算得到DR，测得的DR结果即为传输系统的色散值。
进一步的，噪声信号为不同功率的ASE噪声，由掺铒光纤放大器和光衰减器产生，以调节系统的光信噪比。
本发明另一较佳实施方式一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测系统，包括信号采样模块和信号处理模块，信号采样模块包括依次连接的马赫曾德调制器、掺铒光纤放大器、光衰减器、3dB耦合器、10dB耦合器、带通滤波器、光电二极管、分路器、电延迟线和数字通讯分析仪，数字通讯分析仪与信号处理模块连接，用于将得到的采集数据发送到数字处理模块中，数字处理模块包括散点图处理组、光信噪比处理组和色散处理组，散点图处理组依据输入的采集数据构建二维散点图，光信噪比处理组和色散处理组分别对二维散点图进行处理以得到光信噪比值和色散值，该系统通过信号采样模块实现异步延迟采样获取传输信号的数据，传递给信号处理模块，信号处理模块构建异步延迟采样图，并获取异步延迟采样图中信号的轮廓，计算均值后对轮廓进行压缩，实现光纤通信系统的色散和光信噪比的同时监测，无需时钟信号，采样率低，简单准确。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (10)
1.一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法，其特征在于，包括异步延迟信号采样步骤和散点图像处理步骤，异步延迟信号采样步骤包括：对输入数据信号进行调制、耦合、放大、光纤传输、滤波、探测、延迟后得到采集数据；散点图像处理步骤依据异步延迟信号采样步骤得到的采集数据构建二维散点图，对二维散点图处理得到散点图轮廓，轮廓平均值的平方与其方差之比得到光信噪比值，利用线性函数y＝x将散点图对角线进行分割，依据DR＝d2/d1计算得到色散值，其中d2为散点图最远点到对角线的距离，d1为原点到对角线的距离。
2.根据权利要求1所述的一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法，其特征在于，所述异步延迟信号采样步骤还包括对光纤传输后的信号采用10dB耦合器分路，第一路信号进行滤波、探测、延迟后得到采集数据，第二路信号传递给光谱分析仪进行光信噪比测量。
3.根据权利要求1所述的一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法，其特征在于，所述耦合是将输入数据信号与噪声信号通过3dB耦合器耦合成带噪声的调制数据信号。
4.根据权利要求3所述的一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法，其特征在于，所述噪声信号为ASE噪声，由掺铒光纤放大器和光衰减器产生。
5.根据权利要求3所述的一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法，其特征在于，所述放大是通过掺铒光纤放大器对带噪声的调制数据信号进行放大。
6.根据权利要求4所述的一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法，其特征在于，光纤传输后的数据信号由3dB带宽为0.6nm的带通滤波器进行滤波。
7.根据权利要求1所述的一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法，其特征在于，所述探测是通过10GHz光电二极管将输入的光数据信号转化为电数据信号。
8.根据权利要求7所述的一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法，其特征在于，延迟首先由3dB分路器将电数据信号分成X通道和Y通道，然后电延迟线将X通道和Y通道的时间延迟1位周期，最后将延迟后的X通道和Y通道信号传递给数字通讯分析仪得到采集数据。
9.根据权利要求1所述的一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测方法，其特征在于，在输入数据信号进行耦合前，通过马赫曾德调制器，长度为231-1的10Gb/s伪随机序列信号用作调制器的射频输入以生成NRZ-OOK信号。
10.一种异步延迟采样和图像处理的光性能监测系统，其特征在于，包括信号采样模块和信号处理模块，所述信号采样模块包括依次连接的马赫曾德调制器、掺铒光纤放大器、光衰减器、3dB耦合器、10dB耦合器、带通滤波器、光电二极管、分路器、电延迟线和数字通讯分析仪，数字通讯分析仪与信号处理模块连接，用于将得到的采集数据发送到数字处理模块中，数字处理模块包括散点图处理组、光信噪比处理组和色散处理组，所述散点图处理组依据输入的采集数据构建二维散点图，所述光信噪比处理组和色散处理组分别对所述二维散点图进行处理以得到光信噪比值和色散值。
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