采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換監(jiān)測(cè)光纖鏈路非線(xiàn)性效應(yīng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換監(jiān)測(cè)光纖鏈路非線(xiàn)性效應(yīng)的方法，尤其涉及一 種采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換定量表征光纖鏈路非線(xiàn)性效應(yīng)的方法，屬于高速光通信技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 限制光纖通信系統(tǒng)性能的兩個(gè)基本因素是光纖的色散和非線(xiàn)性效應(yīng)。例如對(duì)于 IOGbps系統(tǒng)，入纖功率為0.OdBm時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的無(wú)色散補(bǔ)償傳輸距離約為60km，而 40Gbps系統(tǒng)無(wú)色散補(bǔ)償?shù)膫鬏斁嚯x僅為3. 5km。當(dāng)入纖功率高于0.OdBm時(shí)，非線(xiàn)性效應(yīng)產(chǎn) 生的信號(hào)畸變使得光纖通信系統(tǒng)的傳輸距離更短。因此，在光纖通信系統(tǒng)和鏈路中，需要對(duì) 光纖鏈路的色散和非線(xiàn)性效應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與均衡。
[0003]測(cè)量光纖色散的方法主要有頻譜分析法、殘留邊帶濾波法、非線(xiàn)性光譜分析法等。 這些方法不能對(duì)實(shí)際運(yùn)行的光纖鏈路進(jìn)行無(wú)干擾、調(diào)制格式透明、信號(hào)透明的色散監(jiān)測(cè)，難 以滿(mǎn)足實(shí)際運(yùn)行光鏈路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。而光纖非線(xiàn)性效應(yīng)的測(cè)量則是世界難題，目前尚 沒(méi)有定量測(cè)量的方法提出來(lái)。隨著光通信系統(tǒng)速率越來(lái)越高、信道間隔越來(lái)越小，對(duì)光纖的 色散和非線(xiàn)性效應(yīng)進(jìn)行估計(jì)和均衡變得越來(lái)越重要。因此，如何對(duì)超高速光纖通信鏈路的 色散和非線(xiàn)性效應(yīng)進(jìn)行無(wú)干擾、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)則是當(dāng)前光通信領(lǐng)域的難題，亟需解決。
[0004] 在光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)的光纖非線(xiàn)性測(cè)量方法主要有全光預(yù)處理法、頻 譜分析法、二值化法、非線(xiàn)性光譜分析法等。（見(jiàn)"光纖檢測(cè)中數(shù)據(jù)處理方法研宄"，紅外語(yǔ) 激光工程，第30卷第3期，劉艷格等，2001年6月）。上述傳統(tǒng)的基于傅里葉變換識(shí)別和測(cè) 量光脈沖的非線(xiàn)性效應(yīng)，雖然速度快，但分辨率及準(zhǔn)確率低，不適合高速及不同種類(lèi)光纖組 成的光通信系統(tǒng)。
[0005] 經(jīng)過(guò)檢索，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和專(zhuān)利都沒(méi)有基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換來(lái)監(jiān)測(cè)光線(xiàn)鏈路的非 線(xiàn)性效應(yīng)的。而如何無(wú)干擾、實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)光纖鏈路中非線(xiàn)性效應(yīng)是超高速光纖領(lǐng)域亟 待解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為解決超高速光纖鏈路中非線(xiàn)性效應(yīng)無(wú)干擾、實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)的 難題，提出了一種采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換監(jiān)測(cè)光纖鏈路非線(xiàn)性效應(yīng)的方法。
[0007] 本發(fā)明的采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換監(jiān)測(cè)光纖鏈路非線(xiàn)性效應(yīng)的方法，其中心思想 為：光纖鏈路的色散使光脈沖信號(hào)變成頻域啁啾信號(hào)，光纖的非線(xiàn)性效應(yīng)使光脈沖信號(hào)變 成時(shí)域啁啾信號(hào)，根據(jù)啁啾信號(hào)在分?jǐn)?shù)階傅里葉變換中具有能量聚焦效應(yīng)，先計(jì)算頻域信 號(hào)分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次，再由最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次計(jì)算出光纖鏈路的色散，再對(duì)信 號(hào)進(jìn)行色散補(bǔ)償，再對(duì)色散補(bǔ)償后的時(shí)域信號(hào)計(jì)算分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次，由 最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次計(jì)算出色散補(bǔ)償后的時(shí)域信號(hào)的啁啾系數(shù)，用啁啾系數(shù)的絕對(duì)值大小監(jiān)測(cè)光 纖鏈路的非線(xiàn)性效應(yīng)。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0009] -種采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換監(jiān)測(cè)光纖鏈路非線(xiàn)性效應(yīng)的方法，具體步驟如下：
[0010] 步驟一、對(duì)光纖傳輸后的光脈沖信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，得到光脈沖信號(hào)電場(chǎng)的實(shí)部 E1和虛部EQ，再計(jì)算復(fù)數(shù)電場(chǎng)E=EfjE0，其中，j是虛數(shù)單位；
[0011] 步驟二、對(duì)步驟一得到的光脈沖信號(hào)的復(fù)數(shù)場(chǎng)進(jìn)行傅里葉變換，得到頻域復(fù)數(shù)場(chǎng) W是光脈沖{目號(hào)的角頻率；
[0012] 步驟三、對(duì)步驟二得到的頻域復(fù)數(shù)場(chǎng)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，根據(jù)啁啾信號(hào)分?jǐn)?shù) 譜的能量聚焦效應(yīng)，計(jì)算分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次P，搜索最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次的 方法包括分?jǐn)?shù)階頻譜熵、最優(yōu)濾波算子、零中心歸一化瞬時(shí)幅度譜密度最大、分?jǐn)?shù)階幅度譜 方差最大。
[0013] 步驟四、由步驟三得到的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次計(jì)算光纖鏈路的色散；
[0014]具體方法為：根據(jù)步驟三得到的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次P_iIM，計(jì)算光纖鏈路的色散為
的采樣點(diǎn)數(shù)；
[0015] 步驟五、由步驟四得到的光纖鏈路的色散對(duì)步驟二得到的頻域復(fù)數(shù)場(chǎng)進(jìn)行色散補(bǔ) 償，得到色散補(bǔ)償后的頻域復(fù)數(shù)場(chǎng)|. (,nip(C〇);
[0016] 具體方法為：將步驟二得到的頻域復(fù)數(shù)場(chǎng)乘以色散函數(shù)為：
[0018] 步驟六、對(duì)步驟五得到的頻域復(fù)數(shù)場(chǎng)進(jìn)行逆傅里葉變換，得到時(shí)域復(fù)數(shù) 場(chǎng)EC()mp;
[0019] 步驟七、對(duì)步驟六得到的時(shí)域復(fù)數(shù)場(chǎng)Eeraiip進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，計(jì)算分?jǐn)?shù)階傅 里葉變換的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次P'。__?;搜索最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次的方法包括分?jǐn)?shù)階頻譜熵、最優(yōu)濾 波算子、零中心歸一化瞬時(shí)幅度譜密度最大、分?jǐn)?shù)階幅度譜方差最大。
[0020] 步驟八、由步驟七得到的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次P' ，計(jì)算時(shí)域復(fù)數(shù)場(chǎng)Ee_的啁啾系數(shù)
號(hào)的米樣點(diǎn)數(shù)；
[0021] 步驟九、步驟八得到的時(shí)域復(fù)數(shù)場(chǎng)Eqmp啁啾系數(shù)的絕對(duì)值|C|與光纖非線(xiàn)性效應(yīng) 引起的非線(xiàn)性相移成正比，因此時(shí)域復(fù)數(shù)場(chǎng)Eqmp啁啾系數(shù)的絕對(duì)值|C|可以用來(lái)監(jiān)測(cè)光纖 非線(xiàn)性效應(yīng)的大??；
[0022] 其中，步驟三及步驟七中的搜索分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次，可以采用的 方法包括分?jǐn)?shù)階幅度譜方差最大，其方法為：
[0023] 計(jì)算不同分?jǐn)?shù)階次傅里葉變換得到的分?jǐn)?shù)譜幅度的方差，分?jǐn)?shù)譜幅度方差的最大 值對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)階次為最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次；具體為，分?jǐn)?shù)階次Pi照固定的步長(zhǎng)△在[0, 2]范圍 內(nèi)變化Pi= PH+A，對(duì)每個(gè)分?jǐn)?shù)階次分別進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，計(jì)算每一個(gè)分?jǐn)?shù)階次 傅里葉變換的幅度譜的方差〇i，再計(jì)算所有幅度譜方差的最大值，得到幅度譜方差最大值 對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)階次為最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次。
[0024] 有益效果
[0025] 本發(fā)明采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換定量表征光纖鏈路非線(xiàn)性效應(yīng)的方法與系統(tǒng)，具有 如下有益效果：
[0026] 1.依據(jù)本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的光纖鏈路非線(xiàn)性效應(yīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，無(wú) 需對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行改變；
[0027] 2.本發(fā)明可適用于多種調(diào)制格式和不同傳輸速率，包括00K、QPSK，QAM等；
[0028] 3.依據(jù)本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的光纖鏈路非線(xiàn)性效應(yīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法簡(jiǎn)單，監(jiān)測(cè)參數(shù) 可以定量表征；
[0029] 4.本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的光纖鏈路非線(xiàn)性效應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)非線(xiàn)性效應(yīng)， 監(jiān)測(cè)范圍寬；
[0030] 5.本發(fā)明符合高速光纖通信鏈路、光網(wǎng)絡(luò)對(duì)非線(xiàn)性效應(yīng)的監(jiān)測(cè)要求，能夠用于不 同種類(lèi)光纖組成的光通信鏈路系統(tǒng)，尤其可以應(yīng)用于高速光纖通信系統(tǒng)中對(duì)非線(xiàn)性效應(yīng)進(jìn) 行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)和均衡；
[0031] 6.本發(fā)明簡(jiǎn)單易集成，滿(mǎn)足光纖通信鏈路在線(xiàn)、無(wú)擾且實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求，對(duì)光纖非 線(xiàn)性效應(yīng)進(jìn)行便捷準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為本發(fā)明及實(shí)施例中采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換監(jiān)測(cè)光纖鏈路非線(xiàn)性效應(yīng)的方 法的流程圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明及實(shí)施例中最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次搜索方法的流程圖；
[0034] 圖3為本發(fā)明及實(shí)施例中采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換監(jiān)測(cè)光纖鏈路非線(xiàn)性效應(yīng)的系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4為本發(fā)明及實(shí)施例中分?jǐn)?shù)階傅里葉變換處理模塊的結(jié)構(gòu)圖；
[0036] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中光纖輸出的10Gbit/s OOK調(diào)制格式的光脈沖經(jīng)色散補(bǔ)償 后，其時(shí)域信號(hào)經(jīng)過(guò)不同階次分?jǐn)?shù)階傅里葉變換得到的分?jǐn)?shù)階幅度譜圖，其中橫坐標(biāo)P和 u分別為分?jǐn)?shù)傅里葉變換的兩個(gè)參數(shù)，縱坐標(biāo)為幅度譜值；
[0037] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中不同長(zhǎng)度光纖輸出的lOGbit/s OOK調(diào)制格式的光脈沖經(jīng) 色散補(bǔ)償后，對(duì)其時(shí)域信號(hào)采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換得到的啁啾系數(shù)與標(biāo)稱(chēng)的光纖鏈路最大 非線(xiàn)性相移的關(guān)系曲線(xiàn)；
[0038] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例中不同峰值功率的20Gbit/sQPSK調(diào)制格式的光脈沖經(jīng)標(biāo)準(zhǔn) 單模光纖傳輸后，采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換方法監(jiān)測(cè)色散補(bǔ)償后時(shí)域信號(hào)的啁啾系數(shù)與標(biāo)稱(chēng) 的光纖鏈路最大非線(xiàn)性相移的關(guān)系曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 為了更好的說(shuō)明本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)
【發(fā)明內(nèi)容】
做進(jìn)一 步說(shuō)明。
[0040] 實(shí)施例
[0041] 本發(fā)明采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換監(jiān)測(cè)光纖鏈路非線(xiàn)性效應(yīng)的方法，其流程如圖1所 示，具體實(shí)施時(shí)，步驟如下：
[0042] 步驟一、對(duì)光纖傳輸后的光脈沖信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，得到光脈沖信號(hào)電場(chǎng)的實(shí)部 E1和虛部EQ，再計(jì)算復(fù)數(shù)電場(chǎng)E=EfjE0，其中，j是虛數(shù)單位；
[0043] 步驟二、對(duì)步驟一得到的光脈沖信號(hào)的復(fù)數(shù)場(chǎng)進(jìn)行傅里葉變換，得到頻域復(fù)數(shù)場(chǎng) 左(03)，w是光脈沖彳目號(hào)的角頻率；
[0044] 步驟三、對(duì)步驟二得到的頻域復(fù)數(shù)場(chǎng)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，根據(jù)啁啾信號(hào)分?jǐn)?shù) 譜的能量聚焦效應(yīng)，計(jì)算分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次P，搜索最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次的 方法包括分?jǐn)?shù)階頻譜熵、最優(yōu)濾波算子、零中心歸一化瞬時(shí)幅度譜密度最大、分?jǐn)?shù)階幅度譜 方差最大。
[0045] 步驟四、由步驟三得到的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次計(jì)算光纖鏈路的色散；
[0046]具體方法為：根據(jù)步驟三得到的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次P_iM1，計(jì)算光纖鏈路的色散為
的采樣點(diǎn)數(shù)；
[0047] 步驟五、由步驟四得到的光纖鏈路的色散對(duì)步驟二得到的頻域復(fù)數(shù)場(chǎng)進(jìn)行色散補(bǔ) 償，得到色散補(bǔ)償后的頻域復(fù)數(shù)場(chǎng);
[0048] 具體方法為：將步驟二得到的頻域復(fù)數(shù)場(chǎng)乘以色散函數(shù)為：
[0050] 步驟六、對(duì)步驟五得到的頻域復(fù)數(shù)gf(.._p(C〇)進(jìn)行逆傅里葉變換，得到時(shí)域復(fù)數(shù) 場(chǎng)Ecotip ;
[0051] 步驟七、對(duì)步驟六得到的時(shí)域復(fù)數(shù)場(chǎng)Eeraiip進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，計(jì)算分?jǐn)?shù)階傅 里葉變換的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次P'。__?;搜索最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次的方法包括分?jǐn)?shù)階頻譜熵、最優(yōu)濾 波算子、零中心歸一化瞬時(shí)幅度譜密度最大、分?jǐn)?shù)階幅度譜方差最大。
[0052] 步驟八、由步驟七得到的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次P' ，計(jì)算時(shí)域復(fù)數(shù)場(chǎng)Ee_的啁啾系數(shù)
號(hào)的米樣點(diǎn)數(shù)；
[0053] 步驟九、步驟八得到的時(shí)域復(fù)數(shù)場(chǎng)Ee_啁啾系數(shù)的絕對(duì)值ICI與光纖非線(xiàn)性效應(yīng) 引起的非線(xiàn)性相移成正比，因此時(shí)域復(fù)數(shù)場(chǎng)Eqmp啁啾系數(shù)的絕對(duì)值|C|可以用來(lái)監(jiān)測(cè)光纖 非線(xiàn)性效應(yīng)的大??；
[0054] 其中，步驟三及步驟七中的搜索分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次，可以采用的 方法包括分?jǐn)?shù)階幅度譜方差最大，其方法為：
[0055] 計(jì)算不同分?jǐn)?shù)階次傅里葉變換得到的分?jǐn)?shù)譜幅度的方差，分?jǐn)?shù)譜幅度方差的最大 值對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)階次為最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次；具體為，分?jǐn)?shù)階次Pi照固定的步長(zhǎng)△在[0, 2]范圍 內(nèi)變化Pi=PH+A，對(duì)每個(gè)分?jǐn)?shù)階次分別進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉