CN114866420A - 一种对波分传输系统进行优化的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对波分传输系统进行优化的方法和装置。其方法部分主要包括：设置光子神经网络调节单元来调节各波长光载波的相互作用；其中，所述光子神经网络调节单元包括至少三个衍射玻片；固定第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片的位置，在第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片之间移动其它中间衍射玻片；设置参数扫描控制系统来接收衍射玻片调节过程中的反馈信号，并根据反馈信号确定所有衍射玻片的最终位置。本发明可以实现在光域内应用光子神经网络对波分光传输系统的线性及非线性损伤进行补偿优化，避免了传统方法需要光电转换后才能在电域内进行人工智能神经网络计算的方式，同时也避免了电学器件给系统带去的非线性损伤和二次伤害。

Description

一种对波分传输系统进行优化的方法和装置

技术领域

本发明涉及光通讯技术领域，特别是涉及一种对波分传输系统进行优化的方法和装置。

背景技术

随着数字化时代的发展，骨干网长途光通信传送的数据需求越来越大，而光传送网络对速度和容量的要求面临极大的提升，因此波分光传输技术的重要性越来越高。在此背景下，波分光传输系统利用波分复用技术将数十个波长的光载波在一根光纤上长距离传输到达接收端后，会发生信号畸变，其原因大致如下：

光纤带来的线性效应，如波长色散，偏振色散等等。

光纤带来的非线性效应，如自相位调制，四波混频，和频倍频差频等等。

雷击等自然现象或人为碾压等行为带来的光纤通路突发性状态改变，从而引发接收侧信号劣化等。

发射端和接收端的电子器件或光电子器件本身引入的非线性效应等非理想因素。

为解决以上问题，现有方法包括在接收侧通过DSP(Digital Signal Process，信号数字化处理)的算法处理，如，数字反向传播法，Volterra法，Viterbi法等，来补偿波分光传输系统的以上非理想因素。但以上方法一般对线性效应有效，对非线性效应效果不佳。

还有就是应用特有器件搭建特定补偿系统，巧妙利用器件的物理特性原理进行非线性补偿。但是此种方法搭建的通信系统较为复杂，引入相关特殊器件的同时还对系统的信号有额外的要求，操作起来也很麻烦，系统稳定性也是需要考虑的问题(2018年之前)。

近年来随着人工智能，神经网络技术的快速崛起和发展，其相关理念和应用也引入到光传输系统中，对解决波分传输系统的非线性效应补偿和优化起到了显著的作用。此类技术通过系统调参以及判定反馈的原理，通过不断尝试不同的系统参数，来找到系统最优化的参数设置，从而实现系统性能最优化。此方法对线性效应和非线性效应都有效，但是现有的此种方法，是在电域内完成的，如通过CPU，GPU，FPGA等，电域的信号处理会带来极大的系统功耗，速度会有瓶颈，也会给系统带来散热的问题(2018年之后，多见于前沿领域论文)。

综上所述，在对波分光传输系统中线性及非线性损伤的补偿优化过程中，无论用DSP的软件算法补偿，还是利用特有器件搭建特定补偿系统，亦或是用最近火热的电域内的人工智能计算优化，都有这样那样的问题和缺陷。

鉴于此，如何克服现有技术所存在的缺陷，解决上述技术问题，是本技术领域待解决的难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种对波分传输系统进行优化的方法和装置，在光域内应用光子神经网络来实现对波分光传输系统的线性及非线性损伤的补偿优化。该方法和装置省去了光电转换器件，在光域内实行人工智能神经网络的调参行为，速度更快，功耗更低，也没有发热给系统带来的散热问题。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种对波分传输系统进行优化的方法，包括：

设置光子神经网络调节单元来调节各波长光载波的相互作用；其中，所述光子神经网络调节单元包括至少三个衍射玻片；

固定第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片的位置，在第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片之间移动其它中间衍射玻片；

设置参数扫描控制系统来接收衍射玻片调节过程中的反馈信号，并根据反馈信号确定所有衍射玻片的最终位置。

进一步的，所述固定第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片的位置，在第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片之间移动其它中间衍射玻片具体包括：

通过n个中间衍射玻片将第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片之间的空间等分为n+1份，将各衍射玻片此状态下的位置确定为初始位置；其中，n≥1；

将第n个中间衍射玻片在第n份空间和第n+1份空间中进行移动，移动完成后将第n个中间衍射玻片返回初始位置，并开始移动下一个中间衍射玻片，直至所有中间衍射玻片均完成移动。

进一步的，所述设置参数扫描控制系统来接收衍射玻片调节过程中的反馈信号，并根据反馈信号确定所有衍射玻片的最终位置具体包括：

参数扫描控制系统控制每一个中间衍射玻片的移动，并建立每一个移动位置与收到的反馈信号之间的映射；

参数扫描控制系统从所述反馈信号中找到性能最好的反馈信号，并确定与该反馈信号相对应的移动位置为最终移动位置，从而确定所有衍射玻片的最终位置；其中，所述反馈信号包括OSNR、误码率中的一种或多种。

进一步的，所述方法还包括：

在光域中继优化单元的输入端，通过分波模块完成光载波的上下路功能以及将各路光载波分波；

各路光载波被分波后，通过光衰减器进行传输线路上各波长光的调平；

经过光衰减器的调节后，各光载波信号进入光子神经网络调节单元，通过光子神经网络调节单元来调节各波长光载波的相互作用，以优化和补偿整个波分传输系统的各种线性以及非线性损伤；

通过光子神经网络调节单元内的透镜组来完成各光载波的重新聚焦和准直，将各光载波准直成平行光束后再通过合波模块进行合波，使各波长的光进入同一根光纤中进行波分传输系统的下一站光传输。

第二方面，本发明提供了一种对波分传输系统进行优化的装置，用于实现如第一方面所述的对波分传输系统进行优化的方法，所述装置包括光域中继优化单元，所述光域中继优化单元包括分波模块、光衰减器、光子神经网络调节单元、合波模块以及参数扫描控制系统，所述分波模块、光衰减器、光子神经网络调节单元、合波模块依次设置，其中：

所述分波模块用于完成各波长的光载波的分波功能；

所述光衰减器用于完成各波长光在调平允许范围内的光强调节；

所述光子神经网络调节单元用于完成各波长光之间的相互作用，以补偿和优化整个波分传输系统的线性和非线性损伤；

所述合波模块用于完成各波长的光载波的合波功能；

所述参数扫描控制系统用于接收波分传输系统接收端的反馈信息以及控制光衰减器和光子神经网络调节单元的参数配置。

进一步的，所述光子神经网络调节单元包括光衍射玻片组以及透镜组，其中：

所述光衍射玻片组包括距离可调节的一组衍射玻片，设置在靠近所述光衰减器的一侧，所述光子神经网络调节单元通过衍射玻片间的距离调节，来改变和优化各光载波的相互作用，从而补偿和优化整个波分传输系统的线性和非线性损伤；

所述透镜组设置在靠近所述合波模块的一侧，用于实现各光载波的重新聚焦以及将其准直成平行光束，然后通过合波模块完成合波功能。

进一步的，若所述合波模块采用玻片结构的薄膜型合波模块，则将所述合波模块集成在所述光子神经网络调节单元内。

进一步的，若所述分波模块采用阵列波导光栅芯片，且所述光衰减器采用可调光衰减器芯片，则将所述分波模块与所述光衰减器集成在同一个芯片上。

进一步的，所述光衍射玻片组的衍射玻片采用衍射光栅结构。

进一步的，所述合波模块包括波分复用器件，所述波分复用器件用于完成各路光载波的合波功能；所述分波模块包括波分解复用器件或者光分插复用单元，所述波分解复用器件用于完成各路光载波的分波功能，所述光分插复用单元用于完成光载波的上下路功能以及分波功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：实现了在光域内应用光子神经网络对波分光传输系统的线性及非线性损伤进行补偿优化，避免了传统方法需要光电转换后才能在电域内进行人工智能神经网络计算的方式，实现了如下好处：和光通信有天然的契合性，不用经过光电转换就能完成系统的调参，在光域内实行人工智能神经网络的调参行为，速度更快，功耗更低，也没有发热给系统带来的散热问题。同时也避免了光电转换器件以及人工智能相关的电学器件给系统带去的非线性损伤和二次伤害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例1提供的一种对波分传输系统进行优化的方法流程图；

图2为本发明实施例1提供的衍射玻片空间划分示意图；

图3为本发明实施例2提供的一种对波分传输系统进行优化的装置中光域中继优化单元的结构示意图；

图4为本发明实施例2提供的光子神经网络调节单元的结构示意图；

图5为本发明实施例2提供的波分传输系统的结构示意图；

图6为本发明实施例3提供的对波分传输系统进行优化的具体流程图。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是一种特定功能系统的体系结构，因此在具体实施例中主要说明各结构模组的功能逻辑关系，并不对具体软件和硬件实施方式做限定。

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。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。

实施例1：

本实施例1提供一种对波分传输系统进行优化的方法，通过在光域内应用光子神经网络来实现对波分光传输系统的线性及非线性损伤的补偿优化。如图1所示，本实施例提供的方法包括以下步骤：

步骤10：设置光子神经网络调节单元来调节各波长光载波的相互作用；其中，所述光子神经网络调节单元包括至少三个衍射玻片。

步骤20：固定第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片的位置，在第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片之间移动其它中间衍射玻片。

步骤30：设置参数扫描控制系统来接收衍射玻片调节过程中的反馈信号，并根据反馈信号确定所有衍射玻片的最终位置。

具体的，本实施例的光子神经网络调节单元设置在波分传输系统的光域中继优化单元中，位于光域中继优化单元的光衰减器与合波模块之间。本实施例的光子神经网络调节单元包括至少三个衍射玻片所组成的一组光衍射玻片组，这些衍射玻片可以划分为三种：设置在光波输入端的第一个衍射玻片、设置在光波输出端的最后一个衍射玻片、以及设置在第一个衍射玻片与最后一个衍射玻片之间的中间衍射玻片。

对于步骤20，本实施例移动中间衍射玻片的方式具体如下：假设中间衍射玻片有n个，n≥1，那么首先通过n个中间衍射玻片将第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片之间的空间等分为n+1份，并将各衍射玻片此状态下的位置确定为初始位置。然后将第n个中间衍射玻片在第n份空间和第n+1份空间中进行移动，移动完成后将第n个中间衍射玻片返回初始位置，并开始移动下一个中间衍射玻片，直至所有中间衍射玻片均完成移动。可参考图2的衍射玻片空间划分示意图。需说明，第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片的位置设置由衍射玻片组能够占用的系统空间为最大限制，而中间衍射玻片的数量则由需求而定，若要求最后得到的性能精度较高，就可以多设置几个中间衍射玻片来进行移动，若要求最后得到的性能精度不高，就可以设置少一点的中间衍射玻片来进行移动。

对于步骤30，本实施例还设置有参数扫描控制系统来控制每一个中间衍射玻片的移动，且每一个中间衍射玻片的每一次移动，都会造成最后光传输链路性能参数的不同，参数扫描控制系统还获取最后光传输链路性能参数的反馈并建立每一个移动位置与收到的反馈信号之间的映射；在所有中间衍射玻片的移动均完成后，参数扫描控制系统从所述反馈信号中找到性能最好的反馈信号，并确定与该反馈信号相对应的移动位置为最终移动位置，从而确定所有衍射玻片的最终位置；其中，所述反馈信号包括OSNR(Optical SignalNoise Ratio，光信噪比)、误码率等这些反映光传输链路性能的参数中的一种或多种。

基于上述方法，可举例如下：假设中间衍射玻片只有一个，那么在固定好第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片的位置后，将这唯一一个中间衍射玻片设置在第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片的中间作为初始位置，以将第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片之间的空间等分为两份。然后开始在这两份空间中移动中间衍射玻片，具体的，可从第一个衍射玻片处往最后一个衍射玻片处进行移动，每次移动一定的距离(例如但不限于十分之一个总空间距离)，每次移动后参数扫描控制系统都会获得一个对应的反馈信号来了解移动后的光传输链路性能，在移动完成后，参数扫描控制系统根据所有反馈信号找到光传输链路性能最好的一次移动，确定这次移动的位置为最终位置。

假设中间衍射玻片有两个，那么在固定好第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片的位置后，将这两个中间衍射玻片设置在第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片的中间，并将第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片之间的空间等分为三份，以此作为初始位置。然后开始在这三份空间中移动两个中间衍射玻片，具体的，将第一个中间衍射玻片从第一个衍射玻片处往第二个中间衍射玻片处进行移动，每次移动一定的距离(例如但不限于十分之一个总空间距离)，移动完成后将第一个中间衍射玻片返回初始位置，然后将第二个中间衍射玻片从第一个中间衍射玻片处往最后一个衍射玻片处进行移动，每次移动后参数扫描控制系统都会获得一个对应的反馈信号来了解移动后的光传输链路性能，在移动完成后，参数扫描控制系统根据所有反馈信号找到光传输链路性能最好的一次移动，确定这次移动的位置为最终位置。中间衍射玻片更多时的测试规则同理，就不再赘述。

综上所述，本实施例通过在光域内应用光子神经网络来实现对波分光传输系统的线性及非线性损伤的补偿优化，通过可调节距离的衍射玻片组来测试最终光传输链路的性能，并通过参数扫描控制系统来获取反馈信息，找到性能最好的衍射玻片位置，从而实现线性及非线性损伤的补偿优化。本实施例避免了传统方法需要光电转换后才能在电域内进行人工智能神经网络计算的方式，实现了如下好处：和光通信有天然的契合性，不用经过光电转换就能完成系统的调参，在光域内实行人工智能神经网络的调参行为，速度更快，功耗更低，也没有发热给系统带来的散热问题。同时也避免了光电转换器件以及人工智能相关的电学器件给系统带去的非线性损伤和二次伤害。

实施例2：

如图3所示，为本发明实施例提供的一种对波分传输系统进行优化的装置，该装置主要包括光域中继优化单元，具体的，该光域中继优化单元包括分波模块(图中DEMUX)、光衰减器(图中ATT1、ATTm、ATTn)、光子神经网络调节单元、合波模块(图中MUX)以及参数扫描控制系统，所述分波模块、光衰减器、光子神经网络调节单元、合波模块依次设置。其中，所述分波模块用于完成各波长的光载波的分波功能；所述光衰减器用于完成各波长光在调平允许范围内的光强调节；所述光子神经网络调节单元用于完成各波长光之间的相互作用，以补偿和优化整个波分传输系统的线性和非线性损伤；所述合波模块用于完成各波长的光载波的合波功能；所述参数扫描控制系统用于接收波分传输系统接收端的反馈信息以及控制光衰减器和光子神经网络调节单元的参数配置。

在本优选实施例中，上述设置中的分波模块设置在光域中继优化单元的输入端，其负责对波分传输系统中的光载波进行分波。具体的，该分波模块可以是波分解复用器件，用于完成各波长的光载波的分波功能，这样才能在后续的光信号处理流程中对各波长光进行分别处理。可选的，这里的分波模块也可以是光中继单元中常用的光分插复用器件，如果是光分插复用器件，其除了用于完成各波长的光载波的分波功能，还能完成相应的光波长上下路的调度和处理。需解释说明的是，波分解复用器件是用于完成所有光波长的分开，然后才可以在后续的装置中进行相应处理，这是本专利主要的应用场景。但是，个别应用场景用的是光分插复用器件，光分插复用器件可以完成个别的几路波长的分开，或者个别的几路波长进入到波分复用一根光纤通路中，可以说光分插复用器件是一种更为灵活的波分(解)复用器件，能完成波分(解)复用器件的功能，可向下兼容替代波分解复用器件。但是反过来波分(解)复用器不能替代光分插复用单元。本优选实施例的该处需要的是波分解复用器件的功用，但考虑到上面所述的使用光分插复用器件的场景，所以本发明实施例也可以选用光分插复用器件来代替波分解复用器件，这种情况下的光分插复用器件在这里也起到了波分解复用器件的功能。

在本优选实施例中，上述设置中的光衰减器为可调光衰减器，除了用于完成传输线路上各波长光在调平允许范围内的光强调节，还可以作为后续光子神经网络调节单元的一个调节参数。另外，这里设置的光衰减器与光载波分波后的每个波长的光信号相对应，例如图3中，经过分波模块分波后有波长1、波长m、波长n三种波长的光信号，那么对应的光衰减器就设置有ATT1、ATTm、ATTn。上述过程中，作为后续光子神经网络调节单元的调节参数所调节的就是进入后续光子神经网络的光强。调节光强参数就是为了改变后续各波长波之间的相互作用，因为光传输线路的非线性效应的一大来源就是同一波长的光的自相位调制，以及不同波长光之间的相互作用和能量转移。本实施例在这里用的是人工智能神经网络的思想，概括来说就是不管其对应的关系式，直接暴力调参，找到系统最合适的参数设置就好。其实非线性效应的发生也是随机不可预估的，否则DSP就解决掉此问题了，因为没法给出关系式，DSP就无法很好地解决这种非线性损伤。所以才会有人工智能神经网络在光域内的调参来暴力找到最适合的参数设置，缓解修复光传输线路的非线性损伤。光衰减器的光强调节，玻片组的距离控制，两者没有关联式，但两者肯定是有关联和相互作用的。这个相互作用是不可预估的，这个不可预估的相互作用和传输线路的不可预估损伤相互作用，就在光传输的非线性损伤方面起到了抵消或者均衡的作用，这样就能减轻非线性损伤的伤害，这也是本专利的核心思想。

在本优选实施例中，若所述分波模块(波分解复用器件)采用阵列波导光栅芯片(AWG)的模式设计，且所述光衰减器采用可调光衰减器芯片(VOA)的模式设计，则可以将所述分波模块与所述光衰减器集成在同一个芯片上，以通过一个集成芯片同时解决两个功能模块。

在本优选实施例中，上述设置中的光子神经网络调节单元为本实施例的核心部件，如图4所示，该光子神经网络调节单元主要包括光衍射玻片组以及透镜组，其中，所述光衍射玻片组包括距离可调节的一组衍射玻片，其设置在靠近所述光衰减器的一侧，当各光载波信号通过光衰减器调节后进入光子神经网络调节单元，此时光子神经网络调节单元就可以通过对衍射玻片间的距离进行调节，来改变和优化各光载波的相互作用，从而补偿和优化整个波分传输系统的线性和非线性损伤；另外，所述透镜组设置在靠近所述合波模块的一侧，在通过光衍射玻片组对各光载波的相互作用进行优化后，光载波再经过透镜组来实现各光载波的重新聚焦以及将其准直成平行光束，最后再通过合波模块完成合波功能，将各波长的光合波后进入同一根光纤中进行波分传输系统的下一站光传输。在一个具体实施方式中，所述光衍射玻片组的衍射玻片采用衍射光栅结构，以实现其距离可调节的功能。需说明的是，本实施例中衍射玻片的距离调节，改变了各光载波的相互作用，而光载波的相互作用，是光传输线路非线性损伤的具体来源，也就意味着改变了光传输线路的非线性损伤，起到了优化和缓解的作用。这个距离的调节并没有具体的优化关系式，原因参看前面两段处的解释。人工智能神经网络的核心思想就是因为无法给出具体关系式，才会用遍历的方法，暴力调节参数，找到最优设置。而对于遍历方法的暴力调参实现方式，可以利用如“梯度下降法”等人工智能领域的典型软件算法来实现。为了提高梯度下降法的运算效率，可以采用如下方法(但不局限于此方法)，先确定三个衍射玻片，然后固定左起输入端第一个以及第三个衍射玻片的位置(这个位置由衍射玻片组能够占用的系统空间为限)，然后中间衍射玻片从左起第一个衍射玻片位置逐渐移动到贴合左起第三个玻片即可，此时每一个移动位置受控于参数扫描控制系统，而参数扫描控制系统也会收到接收端的反馈信号，此反馈信号可以是OSNR，也可以是误码率等这些反映光传输链路性能的参数，这些参数最终决定了三个衍射玻片的最终位置。如果是四个衍射玻片，就可以用中间两个玻片将所占空间平分为三等分，将此位置作为移动距离的初始位置。接着移动左起第二个衍射玻片，移动范围由左起第一和第三个衍射玻片决定；接着将左起第二个衍射玻片恢复初始位置，移动左起第三个衍射玻片，移动范围由左起第二个和第四个衍射玻片决定。至于移动方法，和三个衍射玻片组同理。当然，也可以采用5个衍射玻片。衍射玻片的数量上限由如下两个因素限制：衍射玻片组所能占据的系统空间；后续透镜组能够将相互作用后的各波长光恢复分离出来的能力。衍射玻片组起到了将各波长的光能量分散到空间中以便能使其相互产生合适的非线性作用。

在本优选实施例中，上述设置中的合波模块为波分复用器件，用于实现各波长的光载波的合波功能，并使合波后的光载波进入同一根光纤中进行下一站光传输。可选的，如果波分复用器件采用薄膜型合波器(TFF),由于薄膜型合波器也属于玻片结构系列，和前面的光衍射玻片组以及透镜组同属玻片系统，就可以将该波分复用器件也集成到光子神经网络调节单元中，以节省系统的整体空间以及成本，并且方便使用。

在本优选实施例中，波分复用及解复用器件属于无源器件，而光衰减器和光子神经网络调节单元属于有源器件。如果分波模块使用的是光分插复用单元，那么也属于有源器件，需要完成光载波的上下路功能，但仍需将各载波光分开，起到分波功能，以便进行光域中继优化系统的后续操作。另外，如果该架构中还有需要光放大的情形，那只需在光载波分波之前(也即在分波模块前面)添加光放大器，来完成所有光载波的增益放大。

在本优选实施例中，设置的参数扫描控制系统不仅可以控制有源器件的参数调节，还可以接收来自波分传输系统接收端的反馈输入信息，以确定有源器件的参数调节效果，从而再根据实际效果来决定对有源器件的调节矫正方向，使得有源器件的控制参数向系统性能最优的配置逼近，从而使光传输系统性能达到最优。需说明的是，此处无法给出实际数据的实施场景，因为这里在人工智能神经网络领域直接用算法就能达到目的，例如使用“梯度下降法”。“梯度下降法”的核心就是不停的试调节参数，看反馈结果，找到能使系统朝优化的方向演进的设置方向，最终达到系统设置最优。

以上为对本实施例提供的一种对波分传输系统进行优化的装置结构的详细说明，下面则对本申请的光域中继优化单元在波分传输系统所处的位置进行说明。如图5所示，一个波分传输系统除了包括上面所描述的光域中继优化单元，还包括分别设于光域中继优化单元两端的发射端Tx、接收端Rx，且在发射端Tx和光域中继优化单元之间还设有一个波分复用器件Mux，在发射端Tx和光域中继优化单元之间还设有一个波分解复用器件DeMux。在具体工作中，波分传输系统的发射端Tx用于对进入波分传输系统的信号完成电光转换，以形成不同波长的光信号，这些光信号通过波分传输系统的波分复用器件Mux，被波分复用器件Mux合波后进入光域中继优化单元(本实施例中光域中继优化单元的描述在上面已详细介绍，这里就不再赘述)，经过光域中继优化单元处理后的光载波再经过波分传输系统的波分解复用器件DeMux，经过波分解复用器件DeMux进行分波后达到波分传输系统的接收端Rx，接收端Rx用于对不同波长的光信号进行光电转换以形成电信号，然后完成从该波分传输系统的下路。

传统方式里，光域中继优化单元并不涉及人工智能神经网络的计算优化功能，通常光通信领域的人工智能神经网络计算是在电域内完成的，即，在Tx或(和)Rx部分，通过各种算法和调参行为，完成对传输系统性能的优化和补偿功能，电域的信号处理会带来极大的系统功耗，速度会有瓶颈，也会给系统带来散热的问题。而本申请实现了在光域内应用光子神经网络对波分光传输系统的线性及非线性损伤进行补偿优化，避免了传统方法需要光电转换后才能在电域内进行人工智能神经网络计算的方式，实现了如下好处：和光通信有天然的契合性，不用经过光电转换就能完成系统的调参，在光域内实行人工智能神经网络的调参行为，速度更快，功耗更低，也没有发热给系统带来的散热问题。同时也避免了光电转换器件以及人工智能相关的电学器件给系统带去的非线性损伤和二次伤害。

实施例3：

基于实施例2提供的对波分传输系统进行优化的装置，本实施例3提供一种对波分传输系统进行优化的方法，该方法应用于如实施例2所述的对波分传输系统进行优化的装置。

如图6所示，本实施例的对波分传输系统进行优化的方法具体包括如下步骤(本实施例中提到的分波功能也可以理解成对光载波的解复用，提到的合波功能也可以理解成对光载波的复用)：

步骤100：在光域中继优化单元的输入端，通过分波模块完成光载波的上下路功能以及将各路光载波分波。具体的，如果光域中继优化单元的分波模块设置的是波分解复用器件，那么其只需完成将各路光载波分波的功能即可，如果光域中继优化单元的分波模块设置的是光分插复用单元，那么就还需要完成光载波的上下路功能，然后再完成将各路光载波分波的功能。将各路光载波分波后，就可以在后续步骤中对各路光载波进行分别处理和控制调节它们的相互作用。

步骤200：各路光载波被分波后，通过光衰减器进行传输线路上各波长光的调平。具体的，各路光载波被解复用后，然后通过各自波长对应的光衰减器进行各波长光的调平。如果条件允许，光衰减器也可以在调平允许范围内对后续光子神经网络调节单元的输入光强进行调节，以求达到整个系统在各种性能指标的相互博弈下的最优状态。

步骤300：经过光衰减器的调节后，各光载波信号进入光子神经网络调节单元，通过光子神经网络调节单元来调节各波长光载波的相互作用，以优化和补偿整个波分传输系统的各种线性以及非线性损伤。该步骤中，各光载波信号进入光子神经网络调节单元后，开始在光域内调节各波长的光载波的相互作用。具体的，在光子神经网络调节单元里的前端包含一组距离可调节的光衍射玻片组，通过调节各衍射玻片之间的距离，可以实现各波长光载波的相互作用，通过该调节的相互作用可以用来抵消整个波分传输系统的各种线性以及非线性损伤。

另外，对于本优选实施例，在调节各波长的光载波的相互作用过程中，还可以通过光子神经网络调节单元的参数扫描控制系统来对系统参数进行调节设置，其调节方式包括光衰减器的强度调节以及光子神经网络调节单元中光衍射玻片组的距离调节。在调参过程中，所述参数扫描控制系统还可以接收来自波分传输系统接收端的反馈信息，以得到调参的实际效果，从而再根据实际效果来决定调节矫正方向。

步骤400：通过光子神经网络调节单元内的透镜组来完成各光载波的重新聚焦和准直，将各光载波准直成平行光束后再通过合波模块进行合波，使各波长的光进入同一根光纤中进行波分传输系统的下一站光传输。对于该步骤，上一步骤中相互作用后使得整个波分传输系统性能达到最优的各光载波会通过一个透镜组，完成各光载波的重新聚焦和准直成平行光束(透镜组也属于光子神经网络调节单元内的部件，可根据调参过程进行调节，以确保能完成重新聚焦和准直)。聚焦准直后的平行载波光束最后通过一个合波模块(可以为波分复用器件)，完成使各波长的光进入同一根光纤中的目的，然后进行波分传输系统的下一站光传输。在这里，如果波分复用器件采用薄膜型合波器(TFF),由于薄膜型合波器也属于玻片系列的，和前述的光衍射玻片组以及透镜组同属玻片系统，就可以将波分复用器件也集成到光子神经网络调节单元中，节省系统的整体空间以及成本。

在整个具体实施过程中，波分复用及解复用器件属于无源器件，而光衰减器和光子神经网络调节单元属于有源器件，如果用的是光分插复用单元，此为有源器件，需要完成光载波的上下路功能，但仍需将各载波光分开，起到分波功能，以便进行光域中继优化单元的后续操作。参数扫描控制系统一般在调节有源器件的过程中用到，该参数扫描控制系统不仅可以控制有源器件的参数调节，还可以接收来自接收端的反馈输入，以确定有源器件的参数调节效果，从而以此为依据，使得有源器件的控制参数向系统性能最优的配置逼近。另外，如果还有需要光放大的情形，那只需在光载波分波之前添加光放大器，完成所有光载波的增益放大即可。

由上述论证可以看出，本发明提出的方法完全适应传统光域中继放大的系统结构，可以兼容的在传统光中继放大站点内部署，且实现了在光域内进行光子神经网络对波分光传输系统的线性及非线性损伤的补偿优化。该方法和传统方式相比，省去了光电转换器件，在光域内完成了人工智能神经网络的调参行为，速度更快，功耗更低，也没有发热给系统带来的散热问题，具有良好的实用价值。

本领域普通技术人员可以理解实施例的各种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，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ReadOnlyMemory，简写为：ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，简写为：RAM)、磁盘或光盘等。

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。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 (10)

1.一种对波分传输系统进行优化的方法，其特征在于，包括：

设置光子神经网络调节单元来调节各波长光载波的相互作用；其中，所述光子神经网络调节单元包括至少三个衍射玻片；

固定第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片的位置，在第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片之间移动其它中间衍射玻片；

设置参数扫描控制系统来接收衍射玻片调节过程中的反馈信号，并根据反馈信号确定所有衍射玻片的最终位置。

2.根据权利要求1所述的对波分传输系统进行优化的方法，其特征在于，所述固定第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片的位置，在第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片之间移动其它中间衍射玻片具体包括：

通过n个中间衍射玻片将第一个衍射玻片以及最后一个衍射玻片之间的空间等分为n+1份，将各衍射玻片此状态下的位置确定为初始位置；其中，n≥1；

将第n个中间衍射玻片在第n份空间和第n+1份空间中进行移动，移动完成后将第n个中间衍射玻片返回初始位置，并开始移动下一个中间衍射玻片，直至所有中间衍射玻片均完成移动。

3.根据权利要求2所述的对波分传输系统进行优化的方法，其特征在于，所述设置参数扫描控制系统来接收衍射玻片调节过程中的反馈信号，并根据反馈信号确定所有衍射玻片的最终位置具体包括：

参数扫描控制系统控制每一个中间衍射玻片的移动，并建立每一个移动位置与收到的反馈信号之间的映射；

参数扫描控制系统从所述反馈信号中找到性能最好的反馈信号，并确定与该反馈信号相对应的移动位置为最终移动位置，从而确定所有衍射玻片的最终位置；其中，所述反馈信号包括OSNR、误码率中的一种或多种。

4.根据权利要求1-3任一所述的对波分传输系统进行优化的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在光域中继优化单元的输入端，通过分波模块完成光载波的上下路功能以及将各路光载波分波；

各路光载波被分波后，通过光衰减器进行传输线路上各波长光的调平；

经过光衰减器的调节后，各光载波信号进入光子神经网络调节单元，通过光子神经网络调节单元来调节各波长光载波的相互作用，以优化和补偿整个波分传输系统的各种线性以及非线性损伤；

通过光子神经网络调节单元内的透镜组来完成各光载波的重新聚焦和准直，将各光载波准直成平行光束后再通过合波模块进行合波，使各波长的光进入同一根光纤中进行波分传输系统的下一站光传输。

5.一种对波分传输系统进行优化的装置，其特征在于，包括光域中继优化单元，所述光域中继优化单元包括分波模块、光衰减器、光子神经网络调节单元、合波模块以及参数扫描控制系统，所述分波模块、光衰减器、光子神经网络调节单元、合波模块依次设置，其中：

所述分波模块用于完成各波长的光载波的分波功能；

所述光衰减器用于完成各波长光在调平允许范围内的光强调节；

所述光子神经网络调节单元用于完成各波长光之间的相互作用，以补偿和优化整个波分传输系统的线性和非线性损伤；

所述合波模块用于完成各波长的光载波的合波功能；

所述参数扫描控制系统用于接收波分传输系统接收端的反馈信息以及控制光衰减器和光子神经网络调节单元的参数配置。

6.根据权利要求5所述的对波分传输系统进行优化的装置，其特征在于，所述光子神经网络调节单元包括光衍射玻片组以及透镜组，其中：

所述光衍射玻片组包括距离可调节的一组衍射玻片，设置在靠近所述光衰减器的一侧，所述光子神经网络调节单元通过衍射玻片间的距离调节，来改变和优化各光载波的相互作用，从而补偿和优化整个波分传输系统的线性和非线性损伤；

所述透镜组设置在靠近所述合波模块的一侧，用于实现各光载波的重新聚焦以及将其准直成平行光束，然后通过合波模块完成合波功能。

7.根据权利要求6所述的对波分传输系统进行优化的装置，其特征在于，若所述合波模块采用玻片结构的薄膜型合波模块，则将所述合波模块集成在所述光子神经网络调节单元内。

8.根据权利要求5所述的对波分传输系统进行优化的装置，其特征在于，若所述分波模块采用阵列波导光栅芯片，且所述光衰减器采用可调光衰减器芯片，则将所述分波模块与所述光衰减器集成在同一个芯片上。

9.根据权利要求6-8任一所述的对波分传输系统进行优化的装置，其特征在于，所述光衍射玻片组的衍射玻片采用衍射光栅结构。

10.根据权利要求5-8任一所述的对波分传输系统进行优化的装置，其特征在于，所述合波模块包括波分复用器件，所述波分复用器件用于完成各路光载波的合波功能；所述分波模块包括波分解复用器件或者光分插复用单元，所述波分解复用器件用于完成各路光载波的分波功能，所述光分插复用单元用于完成光载波的上下路功能以及分波功能。

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