專利名稱：光鏈路性能監(jiān)控的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于估計(jì)至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于10Gb/s(未來40Gb/s)傳輸系統(tǒng)的性能監(jiān)控，必須獲得對(duì)光傳輸鏈路狀態(tài)的可靠估計(jì)，以便為網(wǎng)絡(luò)管理或網(wǎng)絡(luò)控制進(jìn)行搶占式故障檢測(cè)。這個(gè)狀態(tài)可以用在光纖鏈路上傳輸?shù)墓庑盘?hào)失真所特有的光鏈路參數(shù)來描述，例如色度色散(CD)、偏振模色散(PMD)、自相位調(diào)制(SPM)等等。
已經(jīng)提出多種用于光鏈路性能監(jiān)控的高成本解決方法，包括光測(cè)量技術(shù)以及使用附加調(diào)制音的技術(shù)(非標(biāo)準(zhǔn))。在2004年的ECOC上，M.Wrage和B.Spinnler在文章“Distortion Identification inWDM Networks by Analysis of Electrical Equalizer Coefficients”中提出一種通過分析有限脈沖響應(yīng)(FIR)均衡器的均衡器系數(shù)(FFE抽頭設(shè)置)進(jìn)行失真識(shí)別的方法。該文章中所提出的方法基于用于所有信號(hào)比特圖案的FFE的均衡器設(shè)置。由于有限的參數(shù)集(抽頭)，該方案僅適用于有限的色散范圍，或者如果存在混合失真(例如，PMD和CD)，則不能發(fā)揮作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，通過確定在光鏈路中引起的失真所特有的光鏈路參數(shù)估計(jì)，獲得對(duì)光傳輸鏈路狀態(tài)的可靠估計(jì)。
這一目的可通過一種使用維特比(Viterbi)均衡器估計(jì)至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于一組所判決的比特圖案，維特比均衡器生成在光鏈路上傳輸?shù)氖д婀庑盘?hào)的信號(hào)幅度平均值，本方法包括下列步驟(a)對(duì)于給定的比特圖案序列，使用平均值形成失真信號(hào)序列所特有的第一參數(shù)集，(b)將第一參數(shù)集與相同比特圖案序列的參考信號(hào)序列所特有的多個(gè)參考參數(shù)集進(jìn)行比較，每個(gè)參考參數(shù)集具有至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的已知值，以及(c)選擇與第一參數(shù)集最具相關(guān)性的參考參數(shù)集，將所選參考參數(shù)集的至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的已知值用作對(duì)至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的估計(jì)。
本發(fā)明的方法使用維特比均衡器，其已經(jīng)根據(jù)比特圖案對(duì)所接收的信號(hào)(其取樣)進(jìn)行了分類。每個(gè)比特圖案包括通過符號(hào)間干擾(ISI)相關(guān)聯(lián)的相繼的所判決的比特，ISI是光鏈路失真所特有的。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，可以使用更多的參數(shù)對(duì)不同的失真(＝色散)進(jìn)行量化和識(shí)別。
對(duì)于給定的比特圖案序列，生成第一參數(shù)集，包括未知光鏈路參數(shù)(色散)所特有的平均值序列。將這個(gè)參數(shù)集與參考參數(shù)集相比較，參考參數(shù)集包括帶有光鏈路參數(shù)已知值的平均值序列中的每一個(gè)。選擇具有最接近于第一參數(shù)集的參數(shù)集的參考序列，作為對(duì)光鏈路參數(shù)的估計(jì)。明顯地，光鏈路參數(shù)的估計(jì)精度取決于所用參考參數(shù)集的個(gè)數(shù)。如果兩個(gè)參考參數(shù)集與第一參數(shù)集具有幾乎相同(最接近的)的相關(guān)性，則通過在兩個(gè)參考參數(shù)集的已知值之間進(jìn)行內(nèi)插來實(shí)現(xiàn)對(duì)光鏈路參數(shù)的估計(jì)。
在一個(gè)優(yōu)選的變形中，從維特比均衡器生成的信號(hào)幅度直方圖中導(dǎo)出信號(hào)幅度的平均值。為了使維特比均衡器能夠判決(信道模型)并且為了避免錯(cuò)誤判決，已知使用一種監(jiān)控設(shè)備，其生成關(guān)于在光鏈路中傳輸?shù)男盘?hào)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。在這種設(shè)備中，生成光纖鏈路中所傳輸?shù)墓庑盘?hào)幅度的概率分布直方圖。大約與平均值相等的概率分布的每個(gè)峰值，是屬于其中一個(gè)比特圖案的所接收信號(hào)幅度所特有的?？赡苓m合用比特圖案時(shí)域中心位置處或接近中心位置處的信號(hào)幅度來描述比特圖案的特征。
在進(jìn)一步的優(yōu)選變形中，使用關(guān)于從直方圖導(dǎo)出的信號(hào)幅度的進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)第二參數(shù)集執(zhí)行步驟(a)至(c)。直方圖可用于確定更多的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，而不僅僅是每個(gè)比特圖案的平均值。
在進(jìn)一步的變形中，進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括信號(hào)幅度的方差。信號(hào)幅度的平均值可與信號(hào)幅度的方差共同使用，用于確定某些光鏈路參數(shù)，例如光信號(hào)噪聲比(OSNR)。
在一個(gè)優(yōu)選的變形中，步驟(c)中的比較通過最大似然估計(jì)來實(shí)現(xiàn)，特別是通過計(jì)算最小方差來實(shí)現(xiàn)。以此方式，提供對(duì)參考參數(shù)集和第一參數(shù)集之間的簡(jiǎn)便比較。
在一個(gè)更加優(yōu)選的變形中，從包括色度色散(CD)、偏振模色散(PMD)、自相位調(diào)制(SPM)和光信號(hào)噪聲比(OSNR)的組中選擇至少一個(gè)光鏈路參數(shù)?？捎欣厥褂帽景l(fā)明的方法確定光纖鏈路的這些(以及其它)特性。
在進(jìn)一步的變形中，在步驟(a)之前進(jìn)行參考參數(shù)集生成步驟，其為每個(gè)比特圖案和每個(gè)參考參數(shù)集生成參考值。參考值可能是信號(hào)幅度的平均值、方差等。
在一個(gè)更加優(yōu)選的變形中，從傳輸比特序列中導(dǎo)出給定的比特圖案序列。以此方式，可能對(duì)所傳輸信號(hào)的光鏈路參數(shù)進(jìn)行線上確定。
在另一個(gè)變形中，使用三個(gè)相繼的所判決的比特，以形成比特圖案。三個(gè)相繼比特通過符號(hào)間干擾(ISI)相關(guān)聯(lián)，也就是，在三個(gè)相繼比特中間的傳輸比特受到緊接在中間比特之前和之后傳輸?shù)谋忍氐挠绊?。ISI是由信號(hào)失真引起的。
本發(fā)明還可實(shí)現(xiàn)于一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中，該產(chǎn)品包括實(shí)現(xiàn)上述方法的軟件或硬件。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)為DSP-ASIC中的硬件，或者實(shí)現(xiàn)為讀取維特比-ASIC的直方圖數(shù)據(jù)的處理器中的軟件。色散值則可用于光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理或控制平面。
可以從描述和附圖中獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。以上及以下提及的特征可以依照本發(fā)明單獨(dú)使用或在任何組合中共同使用。不能將所述各實(shí)施方式理解為窮盡的列舉，而只是將其作為本發(fā)明描述的示例性特征。


本發(fā)明在附圖中表示。
圖1示出了用于本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)方式的維特比均衡器以及本發(fā)明方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下說明的技術(shù)是基于圖1中所示維特比均衡器的存在。維特比均衡器1(最大似然序列檢測(cè)器)可實(shí)現(xiàn)于光接收機(jī)的接收機(jī)線路卡中(未示出)。為了進(jìn)行自適應(yīng)，維特比均衡器1提取關(guān)于在光鏈路2上傳輸?shù)墓庑盘?hào)失真的詳細(xì)信息，在維特比均衡器1的輸入端上，通過光電二極管(未示出)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)。在維特比核心3中將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字比特序列。
取決于出現(xiàn)在維特比核心3輸出端的相繼比特，移位寄存器4將維特比核心3的輸入分發(fā)到復(fù)用器5的其中一個(gè)輸出信道上。將輸出饋入到直方圖生成器6中。通常將復(fù)用器5輸入端的信號(hào)進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換(圖中未示出)，并且直方圖生成器6包括數(shù)字寄存器。但是，也可能使用模擬復(fù)用器作為可供選擇的解決方法。將在下面更詳細(xì)地說明上述過程。
移位寄存器4包含第一、第二和第三比特ijk，并且移位寄存器與維特比核心3的輸出相連。第二比特j是對(duì)于給定取樣時(shí)間(t)的所判決的比特，第一比特i是在先前取樣時(shí)間(t-1)的所判決的比特，而第三比特k是隨后的取樣時(shí)間(t+1)的所判決的比特。在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)之后，移位寄存器4的內(nèi)容向左移位。
三個(gè)比特ijk寄存在移位寄存器4中的原因是，符號(hào)間干擾(ISI)的相關(guān)長(zhǎng)度是一個(gè)比特，也就是，只有隨后的第三比特k和先前的第一比特i對(duì)第二比特j的測(cè)量光信號(hào)模擬值有影響。移位寄存器4有八種可能的狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)定義一個(gè)比特圖案。第一比特圖案a用三比特狀態(tài)ijk＝000來識(shí)別，第二比特圖案b用三比特狀態(tài)ijk＝001來識(shí)別，等等。
移位寄存器4與復(fù)用器5相連，復(fù)用器5的輸入與維特比核心3的輸入相連。由此，維特比核心3輸入端的信號(hào)模擬值作為輸入傳送至復(fù)用器5，復(fù)用器5依賴于移位寄存器4的狀態(tài)，從八個(gè)可能的輸出信道中選擇一個(gè)。因此，在獨(dú)立的信道中，將八個(gè)所判決的比特圖案的每一個(gè)的模擬值發(fā)送至直方圖生成器6。
直方圖生成器6使用對(duì)在維特比核心3的輸入端的為每個(gè)比特圖案測(cè)量的模擬值或數(shù)字化的模擬值，為每個(gè)比特圖案(信道模型)生成概率密度函數(shù)pdf(a)和pdf(b)等等。直方圖生成器6的輸出用作到維特比核心3的反饋信號(hào)，依賴于在直方圖生成器6中生成的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)適應(yīng)分支度量單位。從概率密度函數(shù)pdf(a)、pdf(b)...可以導(dǎo)出每個(gè)比特圖案a、b等的模擬信號(hào)的信號(hào)幅度平均值M(a)、M(b)...。在第二比特j的取樣時(shí)間處，從關(guān)于在維特比核心3輸入端的信號(hào)模擬值的統(tǒng)計(jì)中獲得在圖1中測(cè)量的平均值M(a)、M(b)...。
實(shí)際上可僅在實(shí)際傳輸比特j的取樣時(shí)間上估計(jì)信號(hào)幅度。但是，也可能在第二比特j的判決時(shí)間之前和之后的短時(shí)間間隔中確定信號(hào)幅度值，該時(shí)間間隔遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于三比特序列ijk的整個(gè)持續(xù)時(shí)間。在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)估計(jì)之前，可將在這個(gè)短時(shí)間間隔上進(jìn)行的時(shí)間平均應(yīng)用于直方圖生成器6中。
由于ISI是依賴于失真的，所以直方圖生成器6中關(guān)于光信號(hào)的統(tǒng)計(jì)信息取決于光鏈路2上的失真。因此，通過下面描述的方法，可以使用直方圖生成器6中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)來計(jì)算光鏈路參數(shù)，例如色度色散(CD)、偏振模色散(PMD)等等。
為了使這個(gè)方法發(fā)揮作用，有必要在維特比均衡器1中為八個(gè)比特圖案中的每一個(gè)確定平均值M(a)、M(b)等等。已知了這些值，在本方法的第一步驟7中定義比特圖案序列，例如abdf，并從這個(gè)序列中生成平均值序列M(a)、M(b)、M(d)、M(g)，使第一參數(shù)集S(M(a)，M(b)，M(d)，M(g))得以形成。
在第二步驟8中，將第一參數(shù)集S與多個(gè)參考參數(shù)集R進(jìn)行比較。參考參數(shù)集R包括模擬信號(hào)的平均值序列，模擬信號(hào)帶有要進(jìn)行估計(jì)的失真參數(shù)的已知值，該參數(shù)在這種情況下是CD和PMD。第一/第二參考參數(shù)集R1/R2對(duì)應(yīng)于第一/第二色度色散值CD1/CD2以及第一/第二偏振模色散值PMD1/PMD2。當(dāng)然，參考參數(shù)集R可能僅在一個(gè)光鏈路參數(shù)上不同，使得在上述情況中，偏振模色散值對(duì)于所有參考序列R是相同的，而CD值是不同的。
在第三步驟9中，選擇與第一參數(shù)集S最具相關(guān)性的參考序列。相關(guān)性是在最大似然相關(guān)性的意義上定義的，例如，通過計(jì)算參數(shù)集S和參數(shù)集R之間的最小方差，即min(S-R)2來估計(jì)。確定與第一參數(shù)集S最具相關(guān)性的參考參數(shù)集，并且相應(yīng)的失真值CD、PMD分別定義對(duì)于色度色散和偏振模色散的估計(jì)的鏈路參數(shù)。
因?yàn)槭褂昧似骄?，可以再生出無噪聲(但仍然失真)的模擬序列。這個(gè)模擬序列可能已經(jīng)或者還未在光鏈路2上傳輸。對(duì)于模擬信號(hào)來說，比特圖案序列是有意義的就已經(jīng)足夠了。但是，選擇比特圖案序列的優(yōu)選方式在于，使其對(duì)于傳輸信號(hào)來說是有意義的。尤其是，如下所述，有可能從在光鏈路2上傳輸?shù)乃袥Q的比特序列中導(dǎo)出比特圖案序列。
作為比特序列和比特圖案之間相關(guān)聯(lián)的示例，假設(shè)對(duì)于給定的時(shí)間步長(zhǎng)，在移位寄存器4中會(huì)出現(xiàn)包括三個(gè)相繼比特的比特序列a＝000，對(duì)應(yīng)于第一比特圖案a。在接下來的時(shí)間步長(zhǎng)中，新的所判決的比特“1”出現(xiàn)在維特比核心3的輸出端。因此，移位寄存器采用對(duì)應(yīng)于第二比特圖案b的狀態(tài)ijk＝001。在接下來的時(shí)間步長(zhǎng)中，新的所判決的比特“1”出現(xiàn)在維特比核心3的輸出端，導(dǎo)致移位寄存器4的狀態(tài)ijk＝011，對(duì)應(yīng)于第四比特圖案d。如果隨后時(shí)間步長(zhǎng)中的所判決的比特是“0”，則移位寄存器4的狀態(tài)是ijk＝110，對(duì)應(yīng)于第七比特圖案g。
以此方式，在光纖鏈路2上傳輸?shù)乃袥Q的比特序列(包括六個(gè)相繼比特000110)，產(chǎn)生四個(gè)比特圖案的序列abdg。從而，有可能使用從傳輸比特序列中導(dǎo)出的比特圖案序列實(shí)現(xiàn)三個(gè)步驟7、8、9。如上所述，盡管也可能使用包含更多或更少比特圖案的序列，比特圖案序列的長(zhǎng)度可選擇為4。
可簡(jiǎn)單地使用來自直方圖生成器6的附加統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，例如比特圖案a、b等的幅度方差，來改進(jìn)上述方法。從而，對(duì)于每個(gè)比特圖案序列可以生成第二、第三參數(shù)集等。可以如上所述地計(jì)算對(duì)于這些附加參數(shù)的這些參數(shù)集和參考參數(shù)集的相關(guān)性。其結(jié)果是，可以得到具有更高精度的光鏈路參數(shù)。以此方式，也可能估計(jì)信號(hào)噪聲比。可從不同直方圖中提取的方差與光信號(hào)噪聲比(OSNR)之間直接相關(guān)聯(lián)。OSNR越低，則噪聲越高，并且方差也就越大?？梢酝ㄟ^將直方圖方差與具有已知OSNR的參考圖案R的方差進(jìn)行比較來確定OSNR值，或者可以直接使用理論方法從直方圖中計(jì)算OSNR值。
可以在第一步驟7之前，通過生成查詢表來獲得參考參數(shù)集R，在查詢表中，對(duì)于至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的每個(gè)值和對(duì)于每個(gè)比特圖案，存儲(chǔ)了模擬信號(hào)平均值。通過對(duì)每個(gè)失真參數(shù)單獨(dú)地或?qū)旌鲜д?即CD和PMD)進(jìn)行數(shù)值仿真，已經(jīng)測(cè)量或獲得這些平均值。也可能在如上所述執(zhí)行本方法的同時(shí)，在處理器中線上計(jì)算參考參數(shù)集。上述方法可實(shí)現(xiàn)為硬件或軟件，作為維特比均衡器控制的一部分。
總之，當(dāng)光接收機(jī)中出現(xiàn)維特比均衡器時(shí)，可以簡(jiǎn)單地將上述用于確定失真參數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)為維特比均衡器中的軟件，而幾乎不需要附加的成本。由于維特比均衡器通常自適應(yīng)到毫秒范圍的輸入信號(hào)，可以達(dá)到實(shí)現(xiàn)光鏈路性能監(jiān)控的毫秒級(jí)速度。此外，上述方法比現(xiàn)有技術(shù)使用更多的參數(shù)，從而能夠更加精確。
權(quán)利要求
1.一種使用維特比均衡器估計(jì)至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的方法，對(duì)于一組所判決的比特圖案，該維特比均衡器生成在光鏈路上傳輸?shù)氖д婀庑盘?hào)的信號(hào)幅度直方圖，本方法包括下列步驟(a)對(duì)于給定的比特圖案序列，使用從所述直方圖導(dǎo)出的信號(hào)幅度平均值，形成失真信號(hào)序列所特有的第一參數(shù)集，(b)將所述第一參數(shù)集與相同比特圖案序列的參考信號(hào)序列所特有的多個(gè)參考參數(shù)集進(jìn)行比較，每個(gè)所述參考參數(shù)集具有所述至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的已知值，以及(c)選擇與所述第一參數(shù)集最具相關(guān)性的所述參考參數(shù)集，將所選參考參數(shù)集的所述至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的所述已知值用作對(duì)所述至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用關(guān)于從所述直方圖中導(dǎo)出的所述信號(hào)幅度的進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)第二參數(shù)集執(zhí)行步驟(a)至(c)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括所述信號(hào)幅度的方差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)中的所述比較通過最大似然估計(jì)來實(shí)現(xiàn)，特別是通過計(jì)算最小方差來實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從包括色度色散、偏振模色散、自相位調(diào)制和光信號(hào)噪聲比的組中選擇所述至少一個(gè)光鏈路參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(a)之前進(jìn)行參考參數(shù)集生成步驟，為每個(gè)比特圖案和為每個(gè)參考參數(shù)集生成參考值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從傳輸比特序列中導(dǎo)出所述給定的比特圖案序列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用三個(gè)相繼所判決的比特，以形成比特圖案。
9.一種使用維特比均衡器估計(jì)至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的計(jì)算機(jī)程序，對(duì)于一組所判決的比特圖案，該維特比均衡器生成在光鏈路上傳輸?shù)氖д婀庑盘?hào)的信號(hào)幅度直方圖，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上被執(zhí)行時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序被編程為執(zhí)行下列步驟(a)對(duì)于給定的比特圖案序列，使用從所述直方圖導(dǎo)出的信號(hào)幅度平均值，形成失真信號(hào)序列所特有的第一參數(shù)集，(b)將所述第一參數(shù)集與相同比特圖案序列的參考信號(hào)序列所特有的多個(gè)參考參數(shù)集進(jìn)行比較，每個(gè)所述參考參數(shù)集具有所述至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的已知值，以及(c)選擇與所述第一參數(shù)集最具相關(guān)性的所述參考參數(shù)集，將所選參考參數(shù)集的所述至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的所述已知值用作對(duì)所述至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的估計(jì)。
全文摘要
一種使用維特比均衡器(1)估計(jì)至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的方法，對(duì)于一組所判決的比特圖案(a，b，c，d，...)，維特比均衡器(1)生成在光鏈路(2)上傳輸?shù)氖д婀庑盘?hào)的信號(hào)幅度平均值(M)，本方法包括下列步驟對(duì)于給定的比特圖案(a，b，c，d，...)的序列(abdg)，使用平均值(M(a)，M(b)，M(d)，M(g))形成失真信號(hào)序列所特有的第一參數(shù)集(S)，將第一參數(shù)集(S)與相同比特圖案(a，b，c，d，...)的序列(abdg)的參考信號(hào)序列所特有的多個(gè)參考參數(shù)集(R1，R2，...)進(jìn)行比較，每個(gè)參考參數(shù)集(R1，R2，...)具有至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的已知值，以及選擇與第一參數(shù)集(S)最具相關(guān)性的參考參數(shù)集(R)，將所選參考參數(shù)集(R)的至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的已知值用作對(duì)至少一個(gè)光鏈路參數(shù)的估計(jì)。一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括實(shí)現(xiàn)該方法的軟件或硬件。
文檔編號(hào)H04B10/00GK1815926SQ20051009745
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月4日
發(fā)明者亨寧·比洛 申請(qǐng)人:阿爾卡特公司