基于延遲采樣的信號質量監測的制作方法
【專利摘要】本發明涉及光纖通信領域的一種基于延遲采樣的信號質量監測方法及系統。系統包括光放大器，光濾波器，可調色散補償器TDC，3dB分光器，可調光延時線TOD，光探測器，模數轉換器，以及主控模塊。主控模塊驅動TDC產生一系列一定步長間隔色散值，待測光信號在通過TDC后由3dB分光器分成兩路，主控模塊驅動TOD對其中一路產生一系列1ps為單位的步進延時，并利用光探測和模數轉換器獲取的兩路采樣信號計算光信號的自相關函數ACF的振幅PPA，TDC每個色散值對應一個PPA，其中最大的PPA所對應的TDC的色散可以指示待測信號所受色散大小。此最大PPA的值與光信噪比(OSNR)呈正相關，可以指示待測信號的OSNR。本發明具有工作波段寬，對信號速率透明的優點。
【專利說明】
基于延遲采樣的信號質量監測
技術領域
[0001] 本發明設及光纖通信，信號識別和數字信號處理技術領域，特別設及光信號質量 監測。
【背景技術】
[0002] 近年來為了滿足不斷增長的帶寬需求，光纖通信網絡發展迅速。單信道40加 /s的 WDM系統已經實現商用，而lOOGb/sW上WDM系統的部署也勢在必行。傳輸速率的提升使得系 統對信號傳輸質量有了更高的要求。色度色散和光信噪比(0SNR)是衡量信號傳輸質量的兩 個關鍵指標參數。色散會引起信號波形的失真，而0SNR的降低意味著噪聲功率的增加。為了 實現對信號損傷的自適應補償和光網絡的智能化管理，確保光傳輸網絡穩定正常的工作， 必須對色散和0SNR進行準確的在線監測。
[0003] 目前已經提出了許多光信號質量在線監測方法。運些監測方法可W分為Ξ大類： 一大類是基于光信號的電域分析;第二大類基于插入探測信號的分析;第Ξ大類是全光色 散監測法;第一大類W電信號的處理為主，例如信號射頻頻譜分析法，異步直方圖評估法， 電色散均衡法等等。一般需要首先對信號進行需要光電轉換，再進行時鐘提取，射頻頻譜分 析，或者高速模數轉換，其系統較為復雜，且對信號的調制格式和信號速率不透明。第二大 類是通過在信號發射端插入探測信號，如幅度或相位調制的副載波，或者幅度調制的寬帶 自發福射波，或者一不同于信號波長的連續探測光，通過在接收端監測運些附加信號的變 化，實現對光信號傳輸質量的監測。運類方法需要修改發射機的設計，因此與現有系統的兼 容性較差。此外某些探測信號，如寬帶自發福射探測光的插入對光信號本身的傳輸也會造 成影響。第Ξ大類基于超快非線性效應，W全光信號分析處理為主，因此也稱為全光信號質 量監測技術。全光信號質量監測技術相對于前兩類技術，具有結構簡單，成本低，兼容性好， 不影響信號傳輸，適應不同信號速率和調制格式的優點。運類非線性效應具有超快的響應 時間，可W克服電子器件速率瓶頸的問題。目前提出的全光信號質量監測技術一般基于光 纖中的自相位調制（SPM)，交叉相位調制(XPM)，四波混頻(Cascaded FWM)效應，W及半導體 光探測器中的雙光子吸收效應(TPA)等等。但是目前的全光信號質量監測方法也存在一些 缺陷，如基于半導體雙光子吸收的對于光信號質量參數的變化不夠敏感，輸出信號對比度 低;基于FWM效應的需要較高的信號功率或者較長的介質光纖，造成系統功耗和體積較大； 基于SPM和XPM效應的則需要針對不同的信號速率調整輸出光濾波器中屯、波長，因此對信號 速率不透明。而且全光監測器件還存在性能不夠穩定，工作波段受限的問題。為解決W上問 題需要開發一種工作波段寬，結構簡單，對信號速率透明的信號質量監測方法。

【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題是提出適用于各種常用光調制格式和速率的光信號 質量監測方法及系統，它具有工作波段寬，集成度高，性能穩定，結構簡單，對信號速率和調 制格式透明的優點。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明提出一種基于延遲采樣的信號質量監測方法，該方 法設及光放大器，光濾波器，可調色散補償器TDC，3地分光器，可調光延時線T0D，光探測器， 模數轉換器，W及主控模塊，包括W下步驟：
[0006] 待識別光信號首先進入所述光放大器放大至一定功率，再經所述光濾波器濾除帶 外噪聲，通過所述TDC后輸入3地分光器，按功率平均分為L1、L2兩路；
[0007] 所述L1路光信號作為參考信號輸入所述光探測器PD1，L2路光信號進入所述T0D經 過一定延時后輸入所述光探測器PD2;
[000引所述光探測器PD1、PD2分別將光信號轉變為電信號后分別輸入模數轉換器ADC1、 ADC2,所述模數轉換器ADCUADC2分別W低于信號碼元速率的速率進行異步采樣得到采樣 序列Xi、拉，并將采樣序列Xi、拉輸入到所述主控模塊；
[0009] 所述主控模塊驅動TDC產生Μ個一定步長間隔色散值C1，C2，…，cm，M為大于3的自然 數。在每個色散值下，主控模塊驅動所述T0D產生N個間隔為Ips的步進延時，N為大于3的自 然數，并利用每個延時下記錄的所述采樣序列Xi、&計算光信號的自相關函數ACF。利用正弦 函數擬合得到ACF的振幅PPA。TDC的每個色散值對應一個PPA，取其中最大的PPA，此時TDC對 應色散的相反數約為待測信號所受色散大小。
[0010] PPA大小與光信噪比（0SNR)呈正相關，根據上述待測信號的PPA可W指示待測信號 的0SNR。
[0011] 本發明同時提出了基于延遲采樣的信號質量監測系統，包括光放大器，光濾波器， 可調色散補償器TDC，3地分光器，可調光延時線T0D，光探測器，模數轉換器ADC，W及主控模 塊；
[0012] 所述光放大器，用于將光信號放大至一定功率W適合于光探測探測；
[0013] 所述光濾波器，用于濾除光信號帶外噪聲；
[0014] 所述TDC，用于W特定色散大小對輸入光信號進行色散補償；
[0015] 所述3地分光器，用于將光信號按功率平均分配到兩個支路中；
[0016] 所述T0D，對一個支路光信號進行延時，并在主控模塊控制下產生N個間隔為Ips的 步進延時；
[0017] 所述光探測器，用于將兩個支路輸出的光信號轉換為電信號；
[0018] 所述模數轉換器ADC用于對光探測器輸出電流進行采樣和量化后轉換為數字信 號；
[0019] 所述主控模塊，用于驅動TDC產生Μ個一定步長間隔色散值ci，C2,…，CM。并在每個 色散值下，主控模塊驅動所述T0D產生N個間隔為Ips的步進延時，計算光信號的自相關函數 ACF及其振幅PPAdTDC的每個色散值對應一個PPA，其中最大的PPA所對應的TDC的色散可W 指示待測信號所受色散大小。此最大PPA的值與光信噪比(0SNR)呈正相關，可W指示待測信 號的0SNR。
[0020] 所述可調光延時線用可調電延時線替代，并放置于該路光探測的輸出端。
[0021 ]所述光探測器為高速光探測器。
[0022] 所述模數轉換器為異步采樣模式，采樣速率低于信號速率。
[0023] 所述ACF按照W下幾種方法計算
[002引其中E表示計算期望，《,2=(乂l..:-從）/nA化,2和巧朵分別代表&,24)的均41,2和 而爲分別代表Xi,2(t)的均值和標準差，At;.'和Gy,:分別代表;r別勺均值和標準差。
[0029] 本發明采用低速異步采樣，無需進行時鐘恢復，適用于各種速率的光信號和不同 格式光信號，而且降低了對模數轉換器ADC采樣速率的要求，減少了器件成本和系統復雜 度。普通光探測器的工作波段能夠覆蓋50nmW上的波長范圍，適用于各個波長光信號的檢 巧。。系統中ADC和主控模塊易于實現電路集成，而且對信號的數字化處理保證了系統性能的 穩定。
【附圖說明】
[0030] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明的技術方案作進一步具體說明。
[0031 ]圖1為本發明具體實施的信號質量監測系統結構示意圖。
[0032] 圖2為波特率為1 OGBaud的NRZ-00K、67 % RZ-00K、33 % RZ-00KS種調制格式信號利 用公式(2)計算ACF得到的PPA隨色散的變化關系對比圖。
[0033] 圖 3 為波特率為 lOGBaud 的 NRZ-BPSK、67 % RZ-BPSK、33 % RZ-BPSKS 種調制格式信 號利用公式(4)計算ACF得到的PPA隨色散的變化關系對比圖。
[0034] 圖 4 為波特率為 lOGBaud 的 NRZ-QPSK、67 % RZ-QPSK、33 % RZ-QPSKS 種調制格式信 號利用公式(1)計算ACF得到的PPA隨色散的變化關系對比圖。
[0035] 圖5為波特率為lOGBaud的順2-001(、67%1?2-001(、33%1?2-001(^種調制格式信號利 用公式(1)計算ACF得到的PPA隨0SNR變化的關系對比圖。
[0036] 圖 6 為波特率為 lOGBaud 的 NRZ-BPSK、67 % RZ-BPSK、33 % RZ-BPSKS 種調制格式信 號利用公式(2)得到的PPA隨0SNR變化的關系對比圖。
[0037] 圖 7 為波特率為 lOGBaud 的 NRZ-QPSK、67 % RZ-QPSK、33 % RZ-QPSKS 種調制格式信 號利用公式(3)得到的PPA隨0SNR變化的關系對比圖。
【具體實施方式】
[0038] 如圖1所示的光信號碼元速率識別系統包括:光放大器(0AH，光濾波器2,可調色 散補償器(TDC) 3，3地分光器4，可調光延時線(T0D) 5，高速光探測器6、7，低速模數轉換器8、 9，W及主控模塊10。
[0039] 本發明具體實施的調制格式自適應光信號速率識別方法具體包括如下步驟：
[0040] 待識別光信號首先進入所述光放大器放大至一定功率，再經所述光濾波器濾除帶 外噪聲，通過所述TDC后輸入3地分光器，按功率平均分為L1、L2兩路；
[0041 ]所述L1路光信號作為參考信號輸入所述光探測器PD1，L2路光信號進入所述T0D經 過一定延時后輸入所述光探測器PD2;
[0042] 所述光探測器PD1、PD2分別將光信號轉變為電信號后分別輸入模數轉換器ADC1、 ADC2,所述模數轉換器ADCUADC2分別W低于信號碼元速率的速率進行異步采樣得到采樣 序列Xi、拉，并將采樣序列Xi、拉輸入到所述主控模塊；
[0043] 主控模塊驅動TDC產生Μ個一定步長間隔色散值(31，。2，'''，[|?，1為大于3的自然數。 在每個色散值下，主控模塊驅動所述T0D產生Ν個間隔為Ips的步進延時，Ν為大于3的自然 數，并利用每個延時下記錄的所述采樣序列XI、拉計算光信號的自相關函數ACF，ACF可W按 照W下幾種方法計算
[004引其中E表示計算期望，《,；=巧,r佑。)/c?:，μl,2和Gχl.?分別代表Xl,2(t)的均μl,2 和巧^:分別代表Xl,2(t)的均值和標準差，馬;/和分別代表義吉的均值和標準差。利用 正弦函數擬合得到ACF的振幅PPA。TDC的每個色散值對應一個PPA，其中最大的PPA所對應的 TDC的色散可W指示待測信號所受色散大小。
[0049] 從圖2、3、4可W看出，67 % RZ-00K、67 % RZ-BPSK等信號很好地符合上述規律，而 NRZ-00K、33 % RZ-BPSK等信號PPA最大值位于色散大概為500ps/nm的地方。如圖5、6、7看出， 最大PPA的值與光信噪比(0SNR)呈正相關，可W指示待測信號的0SNR。
[0050] 最后所應說明的是，W上【具體實施方式】僅用W說明本發明的技術方案而非限制， 盡管參照較佳實施示例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可W 對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其 均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1. 一種基于延遲采樣的信號質量監測方法，其特征在于，涉及光放大器，光濾波器，可 調色散補償器TDC，3dB分光器，可調光延時線TOD，光探測器，模數轉換器，以及主控模塊，包 括以下步驟： 待識別光信號首先進入所述光放大器放大至一定功率，再經所述光濾波器濾除帶外噪 聲，通過所述TDC后輸入3dB分光器，按功率平均分為LI、L2兩路； 所述L1路光信號作為參考信號輸入所述光探測器H)1，L2路光信號進入所述TOD經過一 定延時后輸入所述光探測器TO2; 所述光探測器roi、Η)2分別將光信號轉變為電信號后分別輸入模數轉換器ADC1、ADC2， 所述模數轉換器ADCUADC2分別以低于信號碼元速率的速率進行異步采樣得到采樣序列 Χι、Χ2，并將采樣序列X!、Χ 2輸入到所述主控模塊； 主控模塊驅動TDC產生Μ個一定步長間隔色散值C1，c2，…，cm，M為大于3的自然數;在每 個色散值下，主控模塊驅動所述TOD產生N個間隔為lps的步進延時，N為大于3的自然數，并 利用每個延時下記錄的所述采樣序列Xi、X 2計算光信號的自相關函數ACF，利用正弦函數擬 合得到ACF的振幅PPA; TDC的每個色散值對應一個PPA，其中最大的PPA所對應的TDC的色散 能指示待測信號所受色散大小;此最大PPA的值與光信噪比OSNR呈正相關，能夠指示待測信 號的OSNR。2. -種采用權利要求1所述基于延遲采樣的信號質量監測方法的系統，其特征在于包 括光放大器，光濾波器，可調色散補償器TDC，3dB分光器，可調光延時線TOD，光探測器，模數 轉換器ADC，以及主控模塊； 所述光放大器，用于將光信號放大至一定功率以適合于光探測探測； 所述光濾波器，用于濾除光信號帶外噪聲； 所述TDC，用于以特定色散大小對輸入光信號進行色散補償； 所述3dB分光器，用于將光信號按功率平均分配到兩個支路中； 所述TOD，對一個支路光信號進行延時，并在主控模塊控制下產生N個間隔為lps的步進 延時； 所述光探測器，用于將兩個支路輸出的光信號轉換為電信號； 所述模數轉換器，ADC用于對光探測器輸出電流進行采樣和量化后轉換為數字信號； 所述主控模塊，用于驅動TDC產生Μ個一定步長間隔色散值C1，c2，…，cm ;并在每個色散 值下，主控模塊驅動所述TOD產生N個間隔為lps的步進延時，計算光信號的自相關函數ACF 及其振幅PPA;TDC的每個色散值對應一個PPA，其中最大的PPA所對應的TDC的色散能指示待 測信號所受色散大小；此最大PPA的值與光信噪比OSNR呈正相關，能夠指示待測信號的 OSNR〇3. 根據權利要求2所述的基于延遲采樣的信號質量監測方法的系統，其特征在于，所述 可調光延時線用可調電延時線替代，并放置于該路光探測的輸出端。4. 根據權利要求2所述的基于延遲采樣的信號質量監測方法的系統，其特征在于，所述 光探測器為高速光探測器。5. 根據權利要求2所述的基于延遲采樣的信號質量監測方法的系統，其特征在于，所述 模數轉換器為異步采樣模式，采樣速率低于信號速率。6. 根據權利要求2所述的基于延遲采樣的信號質量監測方法的系統，其特征在于，所述 ACF按照以下幾種方法計算其中E表示計算期望，<2 =(Iu-//x1:)/':，μ1>;^ΡΑ為分別代表X 1>2(t)的均μ1>2和 分別代表x1>2(t)的均值和標準差，和σΧιη分別代表xg的均值和標準差。
【文檔編號】H04B10/079GK105871456SQ201610259490
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月25日
【發明人】崔晟, 盧洪偉, 尚進, 劉德明
【申請人】華中科技大學