基于延迟采样的信号质量监测的制作方法
【专利摘要】本发明涉及光纤通信领域的一种基于延迟采样的信号质量监测方法及系统。系统包括光放大器，光滤波器，可调色散补偿器TDC，3dB分光器，可调光延时线TOD，光探测器，模数转换器，以及主控模块。主控模块驱动TDC产生一系列一定步长间隔色散值，待测光信号在通过TDC后由3dB分光器分成两路，主控模块驱动TOD对其中一路产生一系列1ps为单位的步进延时，并利用光探测和模数转换器获取的两路采样信号计算光信号的自相关函数ACF的振幅PPA，TDC每个色散值对应一个PPA，其中最大的PPA所对应的TDC的色散可以指示待测信号所受色散大小。此最大PPA的值与光信噪比(OSNR)呈正相关，可以指示待测信号的OSNR。本发明具有工作波段宽，对信号速率透明的优点。
【专利说明】
基于延迟采样的信号质量监测
技术领域
[0001] 本发明设及光纤通信，信号识别和数字信号处理技术领域，特别设及光信号质量 监测。
【背景技术】
[0002] 近年来为了满足不断增长的带宽需求，光纤通信网络发展迅速。单信道40加 /s的 WDM系统已经实现商用，而lOOGb/sW上WDM系统的部署也势在必行。传输速率的提升使得系 统对信号传输质量有了更高的要求。色度色散和光信噪比(0SNR)是衡量信号传输质量的两 个关键指标参数。色散会引起信号波形的失真，而0SNR的降低意味着噪声功率的增加。为了 实现对信号损伤的自适应补偿和光网络的智能化管理，确保光传输网络稳定正常的工作， 必须对色散和0SNR进行准确的在线监测。
[0003] 目前已经提出了许多光信号质量在线监测方法。运些监测方法可W分为Ξ大类： 一大类是基于光信号的电域分析;第二大类基于插入探测信号的分析;第Ξ大类是全光色 散监测法;第一大类W电信号的处理为主，例如信号射频频谱分析法，异步直方图评估法， 电色散均衡法等等。一般需要首先对信号进行需要光电转换，再进行时钟提取，射频频谱分 析，或者高速模数转换，其系统较为复杂，且对信号的调制格式和信号速率不透明。第二大 类是通过在信号发射端插入探测信号，如幅度或相位调制的副载波，或者幅度调制的宽带 自发福射波，或者一不同于信号波长的连续探测光，通过在接收端监测运些附加信号的变 化，实现对光信号传输质量的监测。运类方法需要修改发射机的设计，因此与现有系统的兼 容性较差。此外某些探测信号，如宽带自发福射探测光的插入对光信号本身的传输也会造 成影响。第Ξ大类基于超快非线性效应，W全光信号分析处理为主，因此也称为全光信号质 量监测技术。全光信号质量监测技术相对于前两类技术，具有结构简单，成本低，兼容性好， 不影响信号传输，适应不同信号速率和调制格式的优点。运类非线性效应具有超快的响应 时间，可W克服电子器件速率瓶颈的问题。目前提出的全光信号质量监测技术一般基于光 纤中的自相位调制（SPM)，交叉相位调制(XPM)，四波混频(Cascaded FWM)效应，W及半导体 光探测器中的双光子吸收效应(TPA)等等。但是目前的全光信号质量监测方法也存在一些 缺陷，如基于半导体双光子吸收的对于光信号质量参数的变化不够敏感，输出信号对比度 低;基于FWM效应的需要较高的信号功率或者较长的介质光纤，造成系统功耗和体积较大； 基于SPM和XPM效应的则需要针对不同的信号速率调整输出光滤波器中屯、波长，因此对信号 速率不透明。而且全光监测器件还存在性能不够稳定，工作波段受限的问题。为解决W上问 题需要开发一种工作波段宽，结构简单，对信号速率透明的信号质量监测方法。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提出适用于各种常用光调制格式和速率的光信号 质量监测方法及系统，它具有工作波段宽，集成度高，性能稳定，结构简单，对信号速率和调 制格式透明的优点。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提出一种基于延迟采样的信号质量监测方法，该方 法设及光放大器，光滤波器，可调色散补偿器TDC，3地分光器，可调光延时线T0D，光探测器， 模数转换器，W及主控模块，包括W下步骤：
[0006] 待识别光信号首先进入所述光放大器放大至一定功率，再经所述光滤波器滤除带 外噪声，通过所述TDC后输入3地分光器，按功率平均分为L1、L2两路；
[0007] 所述L1路光信号作为参考信号输入所述光探测器PD1，L2路光信号进入所述T0D经 过一定延时后输入所述光探测器PD2;
[000引所述光探测器PD1、PD2分别将光信号转变为电信号后分别输入模数转换器ADC1、 ADC2,所述模数转换器ADCUADC2分别W低于信号码元速率的速率进行异步采样得到采样 序列Xi、拉，并将采样序列Xi、拉输入到所述主控模块；
[0009] 所述主控模块驱动TDC产生Μ个一定步长间隔色散值C1，C2，…，cm，M为大于3的自然 数。在每个色散值下，主控模块驱动所述T0D产生N个间隔为Ips的步进延时，N为大于3的自 然数，并利用每个延时下记录的所述采样序列Xi、&计算光信号的自相关函数ACF。利用正弦 函数拟合得到ACF的振幅PPA。TDC的每个色散值对应一个PPA，取其中最大的PPA，此时TDC对 应色散的相反数约为待测信号所受色散大小。
[0010] PPA大小与光信噪比（0SNR)呈正相关，根据上述待测信号的PPA可W指示待测信号 的0SNR。
[0011] 本发明同时提出了基于延迟采样的信号质量监测系统，包括光放大器，光滤波器， 可调色散补偿器TDC，3地分光器，可调光延时线T0D，光探测器，模数转换器ADC，W及主控模 块；
[0012] 所述光放大器，用于将光信号放大至一定功率W适合于光探测探测；
[0013] 所述光滤波器，用于滤除光信号带外噪声；
[0014] 所述TDC，用于W特定色散大小对输入光信号进行色散补偿；
[0015] 所述3地分光器，用于将光信号按功率平均分配到两个支路中；
[0016] 所述T0D，对一个支路光信号进行延时，并在主控模块控制下产生N个间隔为Ips的 步进延时；
[0017] 所述光探测器，用于将两个支路输出的光信号转换为电信号；
[0018] 所述模数转换器ADC用于对光探测器输出电流进行采样和量化后转换为数字信 号；
[0019] 所述主控模块，用于驱动TDC产生Μ个一定步长间隔色散值ci，C2,…，CM。并在每个 色散值下，主控模块驱动所述T0D产生N个间隔为Ips的步进延时，计算光信号的自相关函数 ACF及其振幅PPAdTDC的每个色散值对应一个PPA，其中最大的PPA所对应的TDC的色散可W 指示待测信号所受色散大小。此最大PPA的值与光信噪比(0SNR)呈正相关，可W指示待测信 号的0SNR。
[0020] 所述可调光延时线用可调电延时线替代，并放置于该路光探测的输出端。
[0021 ]所述光探测器为高速光探测器。
[0022] 所述模数转换器为异步采样模式，采样速率低于信号速率。
[0023] 所述ACF按照W下几种方法计算
[002引其中E表示计算期望，《,2=(乂l..:-从）/nA化,2和巧朵分别代表&,24)的均41,2和 而爲分别代表Xi,2(t)的均值和标准差，At;.'和Gy,:分别代表;r别勺均值和标准差。
[0029] 本发明采用低速异步采样，无需进行时钟恢复，适用于各种速率的光信号和不同 格式光信号，而且降低了对模数转换器ADC采样速率的要求，减少了器件成本和系统复杂 度。普通光探测器的工作波段能够覆盖50nmW上的波长范围，适用于各个波长光信号的检 巧。。系统中ADC和主控模块易于实现电路集成，而且对信号的数字化处理保证了系统性能的 稳定。
【附图说明】
[0030] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步具体说明。
[0031 ]图1为本发明具体实施的信号质量监测系统结构示意图。
[0032] 图2为波特率为1 OGBaud的NRZ-00K、67 % RZ-00K、33 % RZ-00KS种调制格式信号利 用公式(2)计算ACF得到的PPA随色散的变化关系对比图。
[0033] 图 3 为波特率为 lOGBaud 的 NRZ-BPSK、67 % RZ-BPSK、33 % RZ-BPSKS 种调制格式信 号利用公式(4)计算ACF得到的PPA随色散的变化关系对比图。
[0034] 图 4 为波特率为 lOGBaud 的 NRZ-QPSK、67 % RZ-QPSK、33 % RZ-QPSKS 种调制格式信 号利用公式(1)计算ACF得到的PPA随色散的变化关系对比图。
[0035] 图5为波特率为lOGBaud的顺2-001(、67%1?2-001(、33%1?2-001(^种调制格式信号利 用公式(1)计算ACF得到的PPA随0SNR变化的关系对比图。
[0036] 图 6 为波特率为 lOGBaud 的 NRZ-BPSK、67 % RZ-BPSK、33 % RZ-BPSKS 种调制格式信 号利用公式(2)得到的PPA随0SNR变化的关系对比图。
[0037] 图 7 为波特率为 lOGBaud 的 NRZ-QPSK、67 % RZ-QPSK、33 % RZ-QPSKS 种调制格式信 号利用公式(3)得到的PPA随0SNR变化的关系对比图。
【具体实施方式】
[0038] 如图1所示的光信号码元速率识别系统包括:光放大器(0AH，光滤波器2,可调色 散补偿器(TDC) 3，3地分光器4，可调光延时线(T0D) 5，高速光探测器6、7，低速模数转换器8、 9，W及主控模块10。
[0039] 本发明具体实施的调制格式自适应光信号速率识别方法具体包括如下步骤：
[0040] 待识别光信号首先进入所述光放大器放大至一定功率，再经所述光滤波器滤除带 外噪声，通过所述TDC后输入3地分光器，按功率平均分为L1、L2两路；
[0041 ]所述L1路光信号作为参考信号输入所述光探测器PD1，L2路光信号进入所述T0D经 过一定延时后输入所述光探测器PD2;
[0042] 所述光探测器PD1、PD2分别将光信号转变为电信号后分别输入模数转换器ADC1、 ADC2,所述模数转换器ADCUADC2分别W低于信号码元速率的速率进行异步采样得到采样 序列Xi、拉，并将采样序列Xi、拉输入到所述主控模块；
[0043] 主控模块驱动TDC产生Μ个一定步长间隔色散值(31，。2，'''，[|?，1为大于3的自然数。 在每个色散值下，主控模块驱动所述T0D产生Ν个间隔为Ips的步进延时，Ν为大于3的自然 数，并利用每个延时下记录的所述采样序列XI、拉计算光信号的自相关函数ACF，ACF可W按 照W下几种方法计算
[004引其中E表示计算期望，《,；=巧,r佑。)/c?:，μl,2和Gχl.?分别代表Xl,2(t)的均μl,2 和巧^:分别代表Xl,2(t)的均值和标准差，馬;/和分别代表义吉的均值和标准差。利用 正弦函数拟合得到ACF的振幅PPA。TDC的每个色散值对应一个PPA，其中最大的PPA所对应的 TDC的色散可W指示待测信号所受色散大小。
[0049] 从图2、3、4可W看出，67 % RZ-00K、67 % RZ-BPSK等信号很好地符合上述规律，而 NRZ-00K、33 % RZ-BPSK等信号PPA最大值位于色散大概为500ps/nm的地方。如图5、6、7看出， 最大PPA的值与光信噪比(0SNR)呈正相关，可W指示待测信号的0SNR。
[0050] 最后所应说明的是，W上【具体实施方式】仅用W说明本发明的技术方案而非限制， 尽管参照较佳实施示例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可W 对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其 均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种基于延迟采样的信号质量监测方法，其特征在于，涉及光放大器，光滤波器，可 调色散补偿器TDC，3dB分光器，可调光延时线TOD，光探测器，模数转换器，以及主控模块，包 括以下步骤： 待识别光信号首先进入所述光放大器放大至一定功率，再经所述光滤波器滤除带外噪 声，通过所述TDC后输入3dB分光器，按功率平均分为LI、L2两路； 所述L1路光信号作为参考信号输入所述光探测器H)1，L2路光信号进入所述TOD经过一 定延时后输入所述光探测器TO2; 所述光探测器roi、Η)2分别将光信号转变为电信号后分别输入模数转换器ADC1、ADC2， 所述模数转换器ADCUADC2分别以低于信号码元速率的速率进行异步采样得到采样序列 Χι、Χ2，并将采样序列X!、Χ 2输入到所述主控模块； 主控模块驱动TDC产生Μ个一定步长间隔色散值C1，c2，…，cm，M为大于3的自然数;在每 个色散值下，主控模块驱动所述TOD产生N个间隔为lps的步进延时，N为大于3的自然数，并 利用每个延时下记录的所述采样序列Xi、X 2计算光信号的自相关函数ACF，利用正弦函数拟 合得到ACF的振幅PPA; TDC的每个色散值对应一个PPA，其中最大的PPA所对应的TDC的色散 能指示待测信号所受色散大小;此最大PPA的值与光信噪比OSNR呈正相关，能够指示待测信 号的OSNR。2. -种采用权利要求1所述基于延迟采样的信号质量监测方法的系统，其特征在于包 括光放大器，光滤波器，可调色散补偿器TDC，3dB分光器，可调光延时线TOD，光探测器，模数 转换器ADC，以及主控模块； 所述光放大器，用于将光信号放大至一定功率以适合于光探测探测； 所述光滤波器，用于滤除光信号带外噪声； 所述TDC，用于以特定色散大小对输入光信号进行色散补偿； 所述3dB分光器，用于将光信号按功率平均分配到两个支路中； 所述TOD，对一个支路光信号进行延时，并在主控模块控制下产生N个间隔为lps的步进 延时； 所述光探测器，用于将两个支路输出的光信号转换为电信号； 所述模数转换器，ADC用于对光探测器输出电流进行采样和量化后转换为数字信号； 所述主控模块，用于驱动TDC产生Μ个一定步长间隔色散值C1，c2，…，cm ;并在每个色散 值下，主控模块驱动所述TOD产生N个间隔为lps的步进延时，计算光信号的自相关函数ACF 及其振幅PPA;TDC的每个色散值对应一个PPA，其中最大的PPA所对应的TDC的色散能指示待 测信号所受色散大小；此最大PPA的值与光信噪比OSNR呈正相关，能够指示待测信号的 OSNR〇3. 根据权利要求2所述的基于延迟采样的信号质量监测方法的系统，其特征在于，所述 可调光延时线用可调电延时线替代，并放置于该路光探测的输出端。4. 根据权利要求2所述的基于延迟采样的信号质量监测方法的系统，其特征在于，所述 光探测器为高速光探测器。5. 根据权利要求2所述的基于延迟采样的信号质量监测方法的系统，其特征在于，所述 模数转换器为异步采样模式，采样速率低于信号速率。6. 根据权利要求2所述的基于延迟采样的信号质量监测方法的系统，其特征在于，所述 ACF按照以下几种方法计算其中E表示计算期望，<2 =(Iu-//x1:)/':，μ1>;^ΡΑ為分别代表X 1>2(t)的均μ1>2和 分别代表x1>2(t)的均值和标准差，和σΧιη分别代表xg的均值和标准差。
【文档编号】H04B10/079GK105871456SQ201610259490
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】崔晟, 卢洪伟, 尚进, 刘德明
【申请人】华中科技大学