一种多芯光纤串扰值确定的方法、系统及设备与流程

本申请涉及光纤领域，特别涉及一种多芯光纤串扰值确定的方法、系统、设备及可读存储介质。

背景技术：

随着云计算、在线游戏、物联网等数据业务的快速增长，互联网流量以年均23％的比例持续增长，预计到2021年全球ip流量将达到每年3.3zb。光网络作为互联网的骨干传输网，这种增长趋势对其传输带宽提出了更高的要求。

然而，在以光纤为主要传播媒介的光网络环境中，随着现代通信技术对光纤通信系统中时间、频率、波长、偏振等物理维度的充分利用，单芯单模光纤(singlemodefiber,smf)的实验传输容量已逐渐逼近非线性香农理论极限值100tbit/s。基于空分复用(sdm)的多芯光纤技术利用光纤通信中最后一个剩余的物理维度(空间维度)，能极大地扩大通信容量，开始被广泛研究。

所谓多芯光纤就是在一个公共的包层中有多个纤芯，目前已经提出多种空分复用(sdm)光纤，如弱耦合多芯光纤(wc-mcf)、强耦合多芯光纤(sc-mcf)和少模多芯光纤(fm-mcf)等。在多芯光纤中有个重要问题，由于纤芯的空间物理距离非常小，不同纤芯中的光信号相互影响产生耦合串扰，这会严重影响光通信质量。

耦合模理论为研究这种纤芯间的耦合串扰提供了理论依据，并发现理想多芯光纤中纤芯间功率耦合呈周期性振荡特性，但实际多芯光纤中还应当考虑光纤的弯曲和扭转所带来的随机纵向扰动。

因此，如何准确确定多芯光纤的串扰值是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种多芯光纤串扰值确定的方法、系统、设备及可读存储介质，用于准确确定多芯光纤的串扰值。

为解决上述技术问题，本申请提供一种多芯光纤串扰值确定的方法，该方法包括：

获取多芯光纤的参数值；

根据所述参数值计算所述多芯光纤的纤芯之间的耦合系数；

将所述多芯光纤划分为预设长度的光纤段；

根据所述耦合系数及所述参数值计算每个所述光纤段的第一串扰值；

根据每个所述光纤段的第一串扰值确定所述多芯光纤的第一串扰值。

可选的，根据所述耦合系数及参数值计算每个所述光纤段的第一串扰值，包括：

根据公式计算第i个耦合纤芯段的功率pmi；

根据公式计算第i个光纤段的第一串扰值xti；

其中，pmi为所述第i个耦合纤芯段的功率，ami为所述第i个耦合纤芯段的振幅，k为所述耦合系数，qi为更正后的所述耦合系数，d为所述预设长度，ani为第i个入射纤芯段的振幅，pni为所述第i个入射纤芯段的功率。

可选的，根据每个光纤段的第一串扰值确定所述多芯光纤的第一串扰值，包括：

根据公式计算所述多芯光纤的第一串扰值；

其中，xt为所述多芯光纤的第一串扰值，n为所述光纤段的总数。

可选的，在将所述多芯光纤划分为预设长度的光纤段之前，还包括：

接收输入的设定值及每个所述设定值对应的第二串扰值；

利用离散变换模型计算第三串扰值；

选择与所述第三串扰值差值最小的第二串扰值作为最优串扰值，并将所述最优串扰值对应的设定值作为所述预设长度。

本申请还提供一种多芯光纤串扰值确定的系统，该系统包括：

获取模块，用于获取多芯光纤的参数值；

第一计算模块，用于根据所述参数值计算所述多芯光纤的纤芯之间的耦合系数；

划分模块，用于将所述多芯光纤划分为预设长度的光纤段；

第二计算模块，用于根据所述耦合系数及所述参数值计算每个所述光纤段的第一串扰值；

确定模块，用于根据每个所述光纤段的第一串扰值确定所述多芯光纤的第一串扰值。

可选的，所述第二计算模块包括：

第一计算子模块，用于根据公式计算第i个耦合纤芯段的功率pmi；

第二计算子模块，用于根据公式计算第i个光纤段的第一串扰值xti；

其中，pmi为所述第i个耦合纤芯段的功率，ami为所述第i个耦合纤芯段的振幅，k为所述耦合系数，qi为更正后的所述耦合系数，d为所述预设长度，ani为第i个入射纤芯段的振幅，pni为所述第i个入射纤芯段的功率。

可选的，所述确定模块包括：

第三计算子模块，用于根据公式计算所述多芯光纤的第一串扰值；

其中，xt为所述多芯光纤的第一串扰值，n为所述光纤段的总数。

可选的，还包括：

接收模块，用于接收输入的设定值及每个所述设定值对应的第二串扰值；

第三计算模块，用于利用离散变换模型计算第三串扰值；

选择模块，用于选择与所述第三串扰值差值最小的第二串扰值作为最优串扰值，并将所述最优串扰值对应的设定值作为所述预设长度。

本申请还提供一种多芯光纤串扰值确定设备，该多芯光纤串扰值确定设备包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述多芯光纤串扰值确定的方法的步骤。

本申请还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述多芯光纤串扰值确定的方法的步骤。

本申请所提供多芯光纤串扰值确定的方法，包括：获取多芯光纤的参数值；根据参数值计算多芯光纤的纤芯之间的耦合系数；将多芯光纤划分为预设长度的光纤段；根据耦合系数及参数值计算每个光纤段的第一串扰值；根据每个光纤段的第一串扰值确定多芯光纤的第一串扰值。

本申请所提供的技术方案，通过将多芯光纤划分为预设长度的光纤段，然后根据耦合系数及参数值计算每个光纤段的第一串扰值，最后根据每个光纤段的第一串扰值确定多芯光纤的第一串扰值，相对于利用离散变化模型求串扰值而言，本申请不需要将串扰值看成一个随机变量，而是将其看作沿光纤长度线性积累的一个值，且串扰值只会在相位匹配区域增加，在非相位匹配点串扰值几乎不改变，在面对弯曲速率和弯曲半径不是恒定的多芯光纤时，极大的增加了串扰值计算的准确度。本申请同时还提供了一种多芯光纤串扰值确定的系统、设备及可读存储介质，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种多芯光纤串扰值确定的方法的流程图；

图2为本申请实施例所提供的另一种多芯光纤串扰值确定的方法的流程图；

图3为本申请实施例所提供的一种多芯光纤串扰值确定的系统的结构图；

图4为本申请实施例所提供的另一种多芯光纤串扰值确定的系统的结构图；

图5为本申请实施例所提供的一种多芯光纤串扰值确定设备的结构图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种多芯光纤串扰值确定的方法、系统、设备及可读存储介质，用于准确确定多芯光纤的串扰值。

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。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种多芯光纤串扰值确定的方法的流程图。

其具体包括如下步骤：

s101：获取多芯光纤的参数值；

基于现有技术中，由于纤芯的空间物理距离非常小，不同纤芯中的光信号相互影响产生耦合串扰，这会严重影响光通信质量；虽然耦合模理论为研究这种纤芯间的耦合串扰提供了理论依据，并发现理想多芯光纤中纤芯间功率耦合呈周期性振荡特性，但实际多芯光纤中还应当考虑光纤的弯曲和扭转所带来的随机纵向扰动；故本申请提供了一种多芯光纤串扰值确定的方法，用于解决上述问题；

可选的，这里提到的多芯光纤的参数值，具体可以包括但不限于纤芯中的电场振幅、传输距离、无扰动传播常数、基模的有效折射率、弯曲半径、芯间距、相位、扭转速率等。

s102：根据参数值计算多芯光纤的纤芯之间的耦合系数；

s103：将多芯光纤划分为预设长度的光纤段；

在根据参数值计算多芯光纤的纤芯之间的耦合系数之后，可以得到修正后的耦合模方程：

其中，an和am分别代表入射纤芯n和耦合纤芯m中的电场振幅，z为传输距离，k为纤芯之间的耦合系数；

βeq,n和βeq,m分别为入射纤芯n和耦合纤芯m的等效传播常数，βeq,n可以根据公式计算，式中的βn为无扰动的传播常数，βn＝neff2π/λ。neff为基模的有效折射率，rb为弯曲半径，dnm为芯间距。θn(z)为入射纤芯n在传输距离为z时的相位，γ为扭转速率；βeq,m与βeq,n计算方式一致，不再赘述。

本申请利用分段的思想，将光纤分为n段，n＝z/d，每段的长度为预设长度d，当该预设长度d足够小时，可以认为在这一段上耦合纤芯与入射纤芯的等效传播常数的差值δβnm＝βeq,n-βeq,m为常数，因此可以将上述修正后的耦合模方程(1)简化为：

s104：根据耦合系数及参数值计算每个光纤段的第一串扰值；

在上述简化后的耦合模方程(2)的基础上，可以确定第i个纤芯段所对应的耦合模方程为：

在此基础上，根据耦合系数及参数值计算每个光纤段的第一串扰值，具体可以为：

根据公式计算第i个耦合纤芯段的功率pmi；

根据公式计算第i个光纤段的第一串扰值；

其中，pmi为第i个耦合纤芯段的功率，ami为第i个耦合纤芯段的振幅，k为耦合系数，qi为更正后的耦合系数，d为预设长度，ani为第i个入射纤芯段的振幅，pni为第i个入射纤芯段的功率；

这里提到的ami可以根据公式进行计算，qi可以根据公式进行计算，其中δi＝(βeq,m,i-βeq,n,i)/2，βeq,n,i为第i个入射纤芯段n的等效传播常数，βeq,m,i为第i个耦合纤芯段m的等效传播常数。

s105：根据每个光纤段的第一串扰值确定多芯光纤的第一串扰值。

可选的，根据每个光纤段的第一串扰值确定多芯光纤的第一串扰值，其具体可以为：

根据公式计算多芯光纤的第一串扰值；

其中，xt为多芯光纤的第一串扰值，n为光纤段的总数。

基于上述技术方案，本申请所提供的一种多芯光纤串扰值确定的方法，通过将多芯光纤划分为预设长度的光纤段，然后根据耦合系数及参数值计算每个光纤段的第一串扰值，最后根据每个光纤段的第一串扰值确定多芯光纤的第一串扰值，相对于利用离散变化模型求串扰值而言，本申请不需要将串扰值看成一个随机变量，而是将其看作沿光纤长度线性积累的一个值，且串扰值只会在相位匹配区域增加，在非相位匹配点串扰值几乎不改变，在面对弯曲速率和弯曲半径不是恒定的多芯光纤时，极大的增加了串扰值计算的准确度。

本申请所计算的串扰值与预设长度d的取值大小有关，因此可以根据实际测量所得的串扰值寻找最优的相关长度，进而建立最优的串扰计算模型。针对于上一实施例的步骤s103，在将多芯光纤划分为预设长度的光纤段之前，还可以包括如图2所示的步骤，下面结合图2进行说明。

请参考图2，图2为本申请实施例所提供的另一种多芯光纤串扰值确定的方法的流程图。

其具体包括以下步骤：

s201：接收输入的设定值及每个设定值对应的第二串扰值；

s202：利用离散变换模型计算第三串扰值；

s203：选择与第三串扰值差值最小的第二串扰值作为最优串扰值，并将最优串扰值对应的设定值作为预设长度。

基于上述技术方案，本申请将利用离散变换模型计算得到的第三串扰值作为标准值，然后选择与第三串扰值差值最小的第二串扰值作为最优串扰值，并将最优串扰值对应的设定值作为预设长度，使得第一串扰值的计算更为准确。

请参考图3，图3为本申请实施例所提供的一种多芯光纤串扰值确定的系统的结构图。

该系统可以包括：

获取模块100，用于获取多芯光纤的参数值；

第一计算模块200，用于根据参数值计算多芯光纤的纤芯之间的耦合系数；

划分模块300，用于将多芯光纤划分为预设长度的光纤段；

第二计算模块400，用于根据耦合系数及参数值计算每个光纤段的第一串扰值；

确定模块500，用于根据每个光纤段的第一串扰值确定多芯光纤的第一串扰值。

请参考图4，图4为本申请实施例所提供的另一种多芯光纤串扰值确定的系统的结构图。

该第二计算模块400可以包括：

第一计算子模块，用于根据公式计算第i个耦合纤芯段的功率pmi；

第二计算子模块，用于根据公式计算第i个光纤段的第一串扰值；

其中，pmi为第i个耦合纤芯段的功率，ami为第i个耦合纤芯段的振幅，k为耦合系数，qi为更正后的耦合系数，d为预设长度，ani为第i个入射纤芯段的振幅，pni为第i个入射纤芯段的功率。

该确定模块500可以包括：

第三计算子模块，用于根据公式计算多芯光纤的第一串扰值；

其中，xt为多芯光纤的第一串扰值，n为光纤段的总数。

该系统还可以包括：

接收模块，用于接收输入的设定值及每个设定值对应的第二串扰值；

第三计算模块，用于利用离散变换模型计算第三串扰值；

选择模块，用于选择与第三串扰值差值最小的第二串扰值作为最优串扰值，并将最优串扰值对应的设定值作为预设长度。

由于系统部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此系统部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

请参考图5，图5为本申请实施例所提供的一种多芯光纤串扰值确定设备的结构图。

该多芯光纤串扰值确定设备600可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(centralprocessingunits，cpu)622(例如，一个或一个以上处理器)和存储器632，一个或一个以上存储应用程序642或数据644的存储介质630(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器632和存储介质630可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质630的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对装置中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器622可以设置为与存储介质630通信，在多芯光纤串扰值确定设备600上执行存储介质630中的一系列指令操作。

多芯光纤串扰值确定设备600还可以包括一个或一个以上电源626，一个或一个以上有线或无线网络接口650，一个或一个以上输入输出接口658，和/或，一个或一个以上操作系统641，例如windowsservertm，macosxtm，unixtm,linuxtm，freebsdtm等等。

上述图1至图2所描述的多芯光纤串扰值确定的方法中的步骤由多芯光纤串扰值确定设备基于该图5所示的结构实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置、设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，功能调用装置，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本申请所提供的一种多芯光纤串扰值确定的方法、系统、设备及可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。