CN115441947A - 基于时差测量的光纤实地链路色散测量系统及方法 - Google Patents

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CN115441947A CN202211381407.4A CN202211381407A CN115441947A CN 115441947 A CN115441947 A CN 115441947A CN 202211381407 A CN202211381407 A CN 202211381407A CN 115441947 A CN115441947 A CN 115441947A
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Abstract

本发明提出了基于时差测量的光纤实地链路色散测量系统及方法，将信号产生模块的脉冲信号通过第一激光调制模块和第二激光调制模块，产生的两路光信号通过第一波分复用器、光学环形器和待测实地光纤链路送至光放大反射模块，光放大发射模块将信号通过待测实地光纤链路、光学环形器、第二波分复用器后，波长为λ1的光信号进入第一光电探测解调模块，波长为λ2的光信号进入第二光电探测解调模块，解调出的脉冲信号分别进入第一时差测量模块和第二时差测量模块，测量两路时差值，计算待测实地光纤链路色散系数。

Description

基于时差测量的光纤实地链路色散测量系统及方法
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及基于时差测量的光纤实地链路色散测量系统及方法。
背景技术
现有技术中测量光纤长度的常用时差测量芯片精度优于25ps，对应的光纤长度误差优于5mm。其采用时分复用方式，测得的第一相位差与第二相位差在不同时间测量，不同时间测得相位差值进行色散计算时，会导致计算的色散系数精度偏差。例如光纤长度的温度漂移会导致不同时间光纤链路的长度值在变化，从而测得相位差也在变化，导致计算的色散系数精度偏差；实地光纤链路的强度噪声等在不同时间存在差异，基于此，测得的色散系统精度同样受到影响。
专利文件CN113972950A提出了基于时分复用的光纤链路色散测量系统及方法，其主要技术方案是基于时分复用的不同波长的频率传输鉴相测量相位差来计算色散系数。
光纤实地链路的长度未告知如何获知，如果使用商用的光纤时域反射仪测量光纤实际链路长度有1m的误差，用此作为被测光纤的已知长度计算光纤的色散系数作为会引入约5纳秒的光纤时间传递准确度误差。本申请提案中的测量光纤长度的方法误差基于时差测量精度，目前市面常用时差测量芯片精度优于25ps，对应的光纤长度误差优于5mm。其次，采用时分复用方式，其测得的第一相位差与第二相位差在不同时间测量，不同时间测得相位差值进行色散计算时，会导致计算的色散系数精度偏差。例如光纤长度的温度漂移会导致不同时间光纤链路的长度值在变化，从而测得相位差也在变化，导致计算的色散系数精度偏差；实地光纤链路的强度噪声等在不同时间存在差异，基于此，测得的色散系统精度同样受到影响。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了基于时差测量的光纤实地链路色散测量系统及方法，测量时差值TD1和TD2均在同一时间测量，不存在上述提到的问题，故测到的色散系数精度得到提高。包括如下步骤：
S1、将长度为L1的第一标定光纤两端分别接入光学环形器和光放大反射模块；
S2、信号产生模块产生脉冲信号，分别经过第一激光调制模块和第二激光调制模块产生波长为λ1的光信号和波长为λ2的光信号；
S3、波长为λ1和λ2的光信号通过第一波分复用器，光学环形器经过第一标定光纤传输到光放大反射模块；
S4、光放大反射模块反射的光信号通过光纤、光学环形器和第二波分复用器，波长为λ1的光信号进入第一光电探测解调模块，波长为λ2的光信号进入第二光电探测解调模块；
S5、第一光电探测解调模块将解调出的脉冲信号送入第一时差测量模块，测得的时差值计为TR1；
S6、将长度为L2的第二标定光纤替换第一标定光纤，分别接入光学环形器和光放大反射模块，重复步骤S2-S4；
S7、将第一光电探测解调模块解调出脉冲信号送入第一时差测量模块，测得的时差值计为TR2；
S8、利用公式计算参数
Figure 852276DEST_PATH_IMAGE001
，并记录为系统参数使用；
根据公式计算波长差
Figure 503837DEST_PATH_IMAGE002
，记录为系统参数使用；
S9、将待测实地光纤链路的光纤替换第二标定光纤，分别接入光学环形器和光放大反射模块，重复步骤S2-S4；
S10、将第一光电探测解调模块解调出的脉冲信号送入第一时差测量模块，测得的时差值计为TD1；将第二光电探测解调模块解调出的脉冲信号送入第二时差测量模块，测得的时差值计为TD2；
S11、根据公式计算待测实地光纤链路长度
Figure 17995DEST_PATH_IMAGE003
；
根据公式计算待测实地光纤链路色散系数
Figure 147625DEST_PATH_IMAGE004
。
进一步地，步骤S8中的参数S和波长差
Figure 430839DEST_PATH_IMAGE005
只需测量一次，并记录为系统参数使用，后续无需再次计算。
进一步地，第一激光调制模块和第二激光调制模块的波长不同，第一标定光纤和第二标定光纤的长度不同。
进一步地，第一激光调制模块的波长λ1＝1543.73nm、第二激光调制模块的波长λ2＝1542.94nm；第一标定光纤92长度为2km，第二标定光纤91为50km。
进一步地，所述待测实地光纤链路的长度为2km～250km，在待测实地光纤链路小于100km时，光放大反射模块采用反射镜。
进一步地，第一激光调制模块和第二激光调制模块为100GHz密集波分系统中的CH42和CH43相邻通道或为波分复用器的任意两个通道。
本发明还提出了基于时差测量的光纤实地链路色散测量系统，用于实现基于时差测量的光纤实地链路色散测量方法，包括：信号产生模块、第一激光调制模块、第二激光调制模块、第一波分复用器、第二波分复用器、光学环形器、第一光电探测解调模块、第二光电探测解调模块、第一时差测量模块、第二时差测量模块、第一标定光纤、第二标定光纤、光放大反射模块，待测实地光纤链路和色散计算模块；
所述信号产生模块用于产生脉冲信号，送入第一激光调制模块和第二激光调制模块；
所述第一激光调制模块和第二激光调制模块产生波长为λ1的光信号和波长为λ2的光信号，送入所述第一波分复用器；
所述第一波分复用器的波长通道为λ1和λ2，用于将来自第一激光调制模块和第二激光调制模块的光信号合成一束，送入光学环形器；
所述光学环形器用于将来自第一波分复用器的光信号送入待测实地光纤链路，并同时接收来自待测实地光纤链路的光信号，送入第二波分复用器；
所述光放大反射模块用于将来自待测实地光纤链路的光信号进行放大后反射回待测实地光纤链路；
所述第二波分复用器用于将来自光学环形器的不同波长的光信号分开，波长为λ1的光信号送入第一光电探测解调模块，波长为λ2的光信号送入第二光电探测解调模块；
所述第一光电探测解调模块用于将波长为λ1的光信号转换为电信号，并解调出脉冲信号送入第一时差测量模块；
所述第二光电探测解调模块用于将波长为λ2的光信号转换为电信号，并解调出脉冲信号送入第二时差测量模块；
所述第一时差测量模块用于测量信号产生模块的脉冲信号和第一光电探测解调模块的脉冲信号的时差值，并将测量差值送入色散计算模块；
所述第二时差测量模块用于测量信号产生模块的脉冲信号和第二光电探测解调模块的脉冲信号的时差值，并将测量差值送入色散计算模块；
所述色散计算模块用于计算待测实地光纤链路的色散系数。
进一步地，所述第一激光调制模块包含调制器和波长为λ1激光器，用于将脉冲信号调制在λ1激光器中，所述第二激光调制模块包含调制器和波长为λ2激光器，用于将脉冲信号调制在λ2激光器中。
相比于现有技术，本发明根据测量得到的时差值和系统内部的
Figure 987722DEST_PATH_IMAGE005
参数和S参数，可精确的计算出实地光纤链路的长度，由此计算的色散系数精度高。测量得到的两路时差值，为同时测量得出，通过公式计算色散系数时可降低光纤链路附加的各种噪声。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的基于时差测量的光纤实地链路色散测量系统的结构示意图。
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，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本发明的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述系统中的各元件的工作原理，表现所述装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的信号传输方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。
图1是本发明实施例提供的基于时差测量的光纤实地链路色散测量系统的结构示意图。光纤链路色散测量系统100，包括信号产生模块10，第一激光调制模块20，第二激光调制模块21，第一波分复用器30，第二波分复用器31，光学环形器40，第一光电探测解调模块60，第二光电探测解调模块61，第一时差测量模块70，第二时差测量模块71，第一标定光纤92，第二标定光纤91，光放大反射模块50，待测实地光纤链路90和色散计算模块80。
将长度为L1=2km的第一标定光纤92两端分别接入光学环形器40和光放大反射模块50。
信号产生模块10产生的脉冲信号，分别调制到第一激光调制模块20和第二激光调制模块21，产生波长为λ1＝1543.73nm的光信号和波长为λ2＝1542.94nm的光信号。
波长为λ1和λ2的光信号通过第一波分复用器30，光学环形器40经过第一标定光纤92传输到光放大反射模块50；
光放大反射模块发50反射的光信号通过第一标定光纤92、光学环形器40和第二波分复用器31，波长为λ1的光信号进入第一光电探测解调模块60，波长为λ2的光信号进入第二光电探测解调模块61。
第一光电探测解调模块60解调出脉冲信号送入第一时差测量模块70，测得的时差值计为TR1=19575641ps。
用第二标定光纤91替换第一标定光纤92，将长度为L2=50km的第二标定光纤91两端分别接入光学环形器40和光放大反射模块50。重复与接入第一标定光纤92时相同的操作，第一光电探测解调模块60解调出脉冲信号送入第一时差测量模块70，测得的时差值计为TR2=489341456ps。
定义参数
Figure 989176DEST_PATH_IMAGE001
，代入上述测量结果，即可计算参数S=1.021785716783159e-7,此S参数只需测量一次，并记录为系统参数使用即可，后续无需再次计算S参数。
根据公式计算波长差
Figure 922497DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 325797DEST_PATH_IMAGE007
，此
Figure 788002DEST_PATH_IMAGE005
参数只需测量一次，并记录为系统参数使用即可，后续无需再次计算
Figure 276752DEST_PATH_IMAGE005
参数。
用待测实地光纤链路90的光纤替换第二标定光纤91，将待测实地光纤链路90的光纤两端分别接入光学环形器40和光放大反射模块50。
重复与接入第二标定光纤91时相同的操作，第一光电探测解调模块60解调出脉冲信号送入第一时差测量模块70，测得的时差值计为TD1=589665791ps。
第二光电探测解调模块61解调出脉冲信号送入第二时差测量模块71，测得的时差值计为TD2=589667433ps。
根据公式计算光纤链路长度
Figure 748185DEST_PATH_IMAGE008
。
根据公式计算光纤链路色散系数D：
Figure 5991DEST_PATH_IMAGE009
，
其中L为计算出的光纤链路长度，
Figure 170256DEST_PATH_IMAGE005
为该方法中使用的第一激光调制模块20和第二激光调制模块21的波长差。
本实施例中，第一激光调制模块20和第二激光调制模块21的波长不同，可选为波分复用器支持的任一通道，优选地第一激光调制模块20的波长λ1＝1543.73nm、第二激光调制模块21的波长λ2＝1542.94nm；第一标定光纤92和第二标定光纤91长度不同，可选为1m~100km均可，优选地，第一标定光纤92长度为2km，第二标定光纤91为50km。
本发明待测实地光纤链路的长度为2km～250km。第一光电探测解调模块和第二光电探测解调模块可采用雪崩式光电探测器，雪崩式光电探测器灵敏度可达-50dbm，在光纤链路长度为250km时也可以探测到光信号；光纤链路的长度由于第一时差测量模块和第二时差测量模块的测量精度原因，长度短则色散现象不便于测量，目前商用的SR620时差测量设备测量精度为25ps，常用的测量芯片TDCGP21测量精度为22ps，基于上述参数估算，本发明将光纤链路的最低长度设置为2km，确保能准确测量出色散延迟，提高色散测量结果的准确性。
本发明中的光放大反射模块，可为反射镜加光放大器，但不限于任何形式的光放大反射功能；在待测实地光纤链路小于100km时，可为反射镜。
本发明中的第一激光调制模块20和第二激光调制模块21的波长λ1和λ2，本实例中选为100GHz密集波分系统中的CH42和CH43相邻通道，还可选为波分复用器的任意两个通道，波长差值越大，色散效果越明显。
将信号产生模块的脉冲信号通过第一激光调制模块和第二激光调制模块，产生的两路光信号通过第一波分复用器、光学环形器和实地光纤链路送至光放大反射模块，光放大发射模块将信号通过实地光纤链路、光学环形器、第二波分复用器后，波长为λ1的光信号进入第一光电探测解调模块，波长为λ2的光信号进入第二光电探测解调模块，解调出的脉冲信号分别进入第一时差测量模块和第二时差测量模块，测量两路时差值，计算光纤链路色散系数。
测量得到的两路时差值，为同时测量得出，通过公式计算色散系数时可降低光纤链路附加的各种噪声。
根据测量得到的时差值和系统内部的
Figure 898301DEST_PATH_IMAGE005
参数和S参数，可精确的计算出实地光纤链路的长度，由此计算的色散系数精度高。
根据测量得到的时差值和系统内部的
Figure 907845DEST_PATH_IMAGE005
参数和S参数，可精确的计算出实地光纤链路的长度，由此计算的色散系数精度高，根据公式
Figure 285737DEST_PATH_IMAGE004
可知，由于时差测量精度约为22ps，光纤链路L的长度误差约为10mm，计算色散系数误差主要因素为时差测量
Figure 355324DEST_PATH_IMAGE010
，一般光纤链路长度约为100km，
Figure 553088DEST_PATH_IMAGE010
由于时差测量精度引入的误差约为30.8ps，可估算出本方案测得的色散系数误差优于
Figure 366323DEST_PATH_IMAGE011
，由此计算的色散系数校正参数，在100km光纤时间传递系统中引入的准确度误差小于20ps。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过所述计算机可读存储介质进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.基于时差测量的光纤实地链路色散测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将长度为L1的第一标定光纤两端分别接入光学环形器和光放大反射模块；
S2、信号产生模块产生脉冲信号，分别经过第一激光调制模块和第二激光调制模块产生波长为λ1的光信号和波长为λ2的光信号；
S3、波长为λ1和λ2的光信号通过第一波分复用器，光学环形器经过第一标定光纤传输到光放大反射模块；
S4、光放大反射模块反射的光信号通过光纤、光学环形器和第二波分复用器，波长为λ1的光信号进入第一光电探测解调模块，波长为λ2的光信号进入第二光电探测解调模块；
S5、第一光电探测解调模块将解调出的脉冲信号送入第一时差测量模块，测得的时差值计为TR1；
S6、将长度为L2的第二标定光纤替换第一标定光纤，分别接入光学环形器和光放大反射模块，重复步骤S2-S4；
S7、将第一光电探测解调模块解调出脉冲信号送入第一时差测量模块，测得的时差值计为TR2；
S8、利用公式计算参数
Figure 258663DEST_PATH_IMAGE001
，并记录为系统参数使用；根据公式计算波长差
Figure 644645DEST_PATH_IMAGE002
，记录为系统参数使用；
S9、将待测实地光纤链路的光纤替换第二标定光纤，分别接入光学环形器和光放大反射模块，重复步骤S2-S4；
S10、将第一光电探测解调模块解调出的脉冲信号送入第一时差测量模块，测得的时差值计为TD1；将第二光电探测解调模块解调出的脉冲信号送入第二时差测量模块，测得的时差值计为TD2；
S11、根据公式计算待测实地光纤链路长度
Figure 158803DEST_PATH_IMAGE003
；
根据公式计算待测实地光纤链路色散系数
Figure 288433DEST_PATH_IMAGE004
。
2.根据权利要求1所述的光纤实地链路色散测量方法，其特征在于，步骤S8中的参数S和波长差
Figure 571647DEST_PATH_IMAGE005
只需测量一次，并记录为系统参数使用，后续无需再次计算。
3.根据权利要求1所述的光纤实地链路色散测量方法，其特征在于，第一激光调制模块和第二激光调制模块的波长不同，第一标定光纤和第二标定光纤的长度不同。
4.根据权利要求2所述的光纤实地链路色散测量方法，其特征在于，所述脉冲信号波段为1525nm-1565nm。
5.根据权利要求1所述的光纤实地链路色散测量方法，其特征在于，所述待测实地光纤链路的长度为2km～250km，在待测实地光纤链路小于100km时，光放大反射模块采用反射镜。
6.根据权利要求1所述的光纤实地链路色散测量方法，其特征在于，第一激光调制模块和第二激光调制模块为100GHz密集波分系统中的CH42和CH43相邻通道或为波分复用器的任意两个通道。
7.基于时差测量的光纤实地链路色散测量系统，用于实现如权利要求1-6任意一项的光纤实地链路色散测量方法，其特征在于，包括：信号产生模块、第一激光调制模块、第二激光调制模块、第一波分复用器、第二波分复用器、光学环形器、第一光电探测解调模块、第二光电探测解调模块、第一时差测量模块、第二时差测量模块、第一标定光纤、第二标定光纤、光放大反射模块，待测实地光纤链路和色散计算模块；
所述信号产生模块用于产生脉冲信号，送入第一激光调制模块和第二激光调制模块；
所述第一激光调制模块和第二激光调制模块产生波长为λ1的光信号和波长为λ2的光信号，送入所述第一波分复用器；
所述第一波分复用器的波长通道为λ1和λ2，用于将来自第一激光调制模块和第二激光调制模块的光信号合成一束，送入光学环形器；
所述光学环形器用于将来自第一波分复用器的光信号送入待测实地光纤链路，并同时接收来自待测实地光纤链路的光信号，送入第二波分复用器；
所述光放大反射模块用于将来自待测实地光纤链路的光信号进行放大后反射回待测实地光纤链路；
所述第二波分复用器用于将来自光学环形器的不同波长的光信号分开，波长为λ1的光信号送入第一光电探测解调模块，波长为λ2的光信号送入第二光电探测解调模块；
所述第一光电探测解调模块用于将波长为λ1的光信号转换为电信号，并解调出脉冲信号送入第一时差测量模块；
所述第二光电探测解调模块用于将波长为λ2的光信号转换为电信号，并解调出脉冲信号送入第二时差测量模块；
所述第一时差测量模块用于测量信号产生模块的脉冲信号和第一光电探测解调模块的脉冲信号的时差值，并将测量差值送入色散计算模块；
所述第二时差测量模块用于测量信号产生模块的脉冲信号和第二光电探测解调模块的脉冲信号的时差值，并将测量差值送入色散计算模块；
所述色散计算模块用于计算待测实地光纤链路的色散系数。
8.根据权利要求7所述的光纤实地链路色散测量系统，其特征在于，所述第一激光调制模块包含调制器和波长为λ1激光器，用于将脉冲信号调制在λ1激光器中，所述第二激光调制模块包含调制器和波长为λ2激光器，用于将脉冲信号调制在λ2激光器中。
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