本發(fā)明涉及一種測量wdm光纖通信系統(tǒng)信道間非線性效應(yīng)的裝置和方法，其中wdm代表波分復(fù)用，屬于高速光通信領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著用戶對接入網(wǎng)絡(luò)帶寬的提高和用戶數(shù)的增多，光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的容量進(jìn)一步加大，這就需要更高階的調(diào)制格式和更高的頻譜效率；隨之而來的是光纖非線性效應(yīng)的加大，光纖非線性效應(yīng)會使得系統(tǒng)性能降低，在未來的光傳輸系統(tǒng)設(shè)計和運行期間，光纖非線性效應(yīng)的監(jiān)測至關(guān)重要。

波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中非線性效應(yīng)的測量指標(biāo)一般有兩種，一種是對非線性效應(yīng)造成的相位偏移的測量，另一種是把非線性效應(yīng)當(dāng)作加性噪聲，測量其絕對功率。

非線性效應(yīng)造成的相位偏移會隨著發(fā)送信號的不同而發(fā)生變化并具有隨機(jī)性，而測量非線性噪聲的絕對功率是在時域取多個數(shù)據(jù)點的平均來獲得的，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)不變時，不會隨著發(fā)送信號的不同而發(fā)生大的變化，所以非線性噪聲絕對功率的測量更加可靠。

在光纖鏈路和接收機(jī)噪聲較小時，用接收信號與解調(diào)后的信號之間的誤差向量幅度可以得到非線性相移和功率，但是當(dāng)光纖放大器的自發(fā)輻射噪聲過大時，這種測量方法就會受到自發(fā)輻射噪聲的影響而變得不準(zhǔn)確。

上述已有的波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中信道間非線性噪聲測量技術(shù)在自發(fā)輻射噪聲較大情況下，其測量效果還存在很大改進(jìn)空間。本發(fā)明應(yīng)用于波分復(fù)用(wdm)光纖通信系統(tǒng)中信道間非線性效應(yīng)的監(jiān)測，其目的是致力于解決上述測量波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中信道間非線性噪聲受自發(fā)輻射噪聲影響的技術(shù)缺陷，提出一種能夠抵抗自發(fā)輻射噪聲影響并準(zhǔn)確測量波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中信道間非線性效應(yīng)的裝置和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有測量波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中信道間非線性效應(yīng)的設(shè)備及方法在自發(fā)輻射噪聲過大時測量不準(zhǔn)確的技術(shù)缺陷，提出了一種測量wdm光纖通信系統(tǒng)信道間非線性效應(yīng)的裝置和方法。

一種測量wdm光纖通信系統(tǒng)信道間非線性效應(yīng)的裝置和方法包括一種用線性調(diào)頻信號測量波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中信道間非線性效應(yīng)的裝置，簡稱本裝置，以及一種用線性調(diào)頻信號測量波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中信道間非線性效應(yīng)的方法。

其中，本裝置包括處理單元，獲得信號一個完整幀結(jié)構(gòu)，取出線性調(diào)頻信號中的導(dǎo)頻；第一測量單元，在頻域測得自發(fā)輻射噪聲功率值；第二測量單元，在分?jǐn)?shù)階域測得自發(fā)輻射噪聲和信道間非線性噪聲功率值；計算單元，計算信道間的非線性噪聲功率值。

一種用線性調(diào)頻信號測量波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中信道間非線性效應(yīng)的方法，具體為：

步驟一、在發(fā)射端對待測信道添加導(dǎo)頻信號；

其中，對待測信道添加的導(dǎo)頻信號為線性調(diào)頻信號，并且線性調(diào)頻信號的帶寬小于待測信道承載的數(shù)據(jù)信號所占的帶寬；待測信道添加導(dǎo)頻信號后包括導(dǎo)頻信號和承載數(shù)據(jù)信號兩部分，導(dǎo)頻信號在承載數(shù)據(jù)信號的前面，待測信道與波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)的其他信道(稱為干擾信道)合波后，經(jīng)過光纖鏈路傳輸至接收端；在傳輸過程中，干擾信道對待測信道產(chǎn)生信道間非線性效應(yīng)；

本發(fā)明不對干擾信道的信號調(diào)制格式和幀結(jié)構(gòu)做限制；

步驟二、處理單元接收待測信道信號，并提取出導(dǎo)頻信號；

其中，導(dǎo)頻信號為時域信號，也稱為時域?qū)ьl信號；

步驟三、將導(dǎo)頻信號轉(zhuǎn)換到頻域，計算出待測信道內(nèi)的自發(fā)輻射噪聲功率；

其中，測量自發(fā)輻射噪聲功率的頻率范圍為在線性調(diào)頻信號帶寬頻率范圍之外及待測信道帶寬頻率范圍之內(nèi)；整個待測信道內(nèi)的自發(fā)輻射噪聲功率利用自發(fā)輻射噪聲在頻域呈均勻分布的特性計算；

步驟四、將步驟二輸出的導(dǎo)頻信號經(jīng)最優(yōu)階次分?jǐn)?shù)階傅里葉變換轉(zhuǎn)換到分?jǐn)?shù)階域，輸出分?jǐn)?shù)階域信號；

其中，當(dāng)分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的變換階次為最優(yōu)時，導(dǎo)頻信號在分?jǐn)?shù)階域會產(chǎn)生一個沖激，待測信道經(jīng)過波分復(fù)用傳輸后，由于線性調(diào)頻信號功率不隨時間變化，所以信道內(nèi)非線性效應(yīng)所帶來的相位偏移為常數(shù)，這樣信道內(nèi)非線性效應(yīng)不會對用作導(dǎo)頻的線性調(diào)頻信號的能量分布造成影響；

步驟五、利用步驟四中得到的分?jǐn)?shù)階域信號，計算分?jǐn)?shù)階域得到的沖激之外的所有信號的功率，就得到整個待測信道內(nèi)自發(fā)輻射噪聲和信道間非線性噪聲的功率和，簡稱功率和；

步驟六、將步驟五輸出的功率和減去步驟三計算的待測信道內(nèi)的自發(fā)輻射噪聲功率得到信道間非線性噪聲的功率大??；

至此，從步驟一到步驟六，完成了一種測量wdm光纖通信系統(tǒng)信道間非線性效應(yīng)的方法。

有益效果

一種測量wdm光纖通信系統(tǒng)信道間非線性效應(yīng)的裝置和方法，與其他測量wdm光纖通信系統(tǒng)信道間非線性效應(yīng)的裝置和方法相比，具有如下有益效果：

1.信道間非線性噪聲的功率大小隨時間變化很小，而本發(fā)明一種利用線性調(diào)頻信號作為導(dǎo)頻測量波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中信道間非線性噪聲功率，能更準(zhǔn)確地表征光纖通信波分復(fù)用系統(tǒng)非線性效應(yīng)的大?。?/p>

2.通過本發(fā)明可以監(jiān)測信道間非線性噪聲功率大小，從而能實時地監(jiān)測到系統(tǒng)的信道間非線性噪聲對系統(tǒng)性能的影響程度，進(jìn)而可以通過調(diào)節(jié)信道功率、調(diào)制格式、信道間隔等系統(tǒng)參數(shù)，達(dá)到提升系統(tǒng)性能的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種測量wdm光纖通信系統(tǒng)信道間非線性效應(yīng)的裝置和方法及實施例1的測量原理圖；

圖2為本發(fā)明一種測量wdm光纖通信系統(tǒng)信道間非線性效應(yīng)的裝置和方法中的裝置及實施例1中的裝置示意圖；

圖3為本發(fā)明一種測量wdm光纖通信系統(tǒng)信道間非線性效應(yīng)的裝置與方法及實施例2的實現(xiàn)步驟；

圖4為本發(fā)明一種測量wdm光纖通信系統(tǒng)信道間非線性效應(yīng)的裝置與方法實施例3中信道間非線性功率測量的測量效果圖；

圖1中(a)為待測信道信號，(b)為用作導(dǎo)頻的線性調(diào)頻信號的頻域功率分布圖，(c)為用作導(dǎo)頻的線性調(diào)頻信號的分?jǐn)?shù)階域功率分布圖。

具體實施方式

實施例1

本實施例1敘述了本發(fā)明一種用線性調(diào)頻信號測量波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中信道間非線性效應(yīng)的方法測量信道間非線性效應(yīng)的原理及裝置組成與功能。圖1為本發(fā)明一種用線性調(diào)頻信號測量波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中信道間非線性效應(yīng)的方法及本實施例1中測量信道間非線性效應(yīng)的原理，其中圖1(a)為待測信道信號的幀結(jié)構(gòu)組成，如圖1(a)所示待測信道信號幀由用作導(dǎo)頻的線性調(diào)頻信號(即圖1(a)中的lfm，對應(yīng)于步驟一中的導(dǎo)頻信號)及承載數(shù)據(jù)(即圖1(a)中的payload，對應(yīng)于步驟一中的承載數(shù)據(jù)信號)組成。圖1(b)為用作導(dǎo)頻的線性調(diào)頻信號的頻域功率分布圖。在圖1(b)中，線性調(diào)頻信號在頻域的中心區(qū)域，并在圖中用lfm表示；信道間非線性噪聲在頻域分布在線性調(diào)頻信號導(dǎo)頻附近，并在圖中用nl表示；自發(fā)輻射噪聲均勻分布在整個頻域，并在圖中用ase表示。圖1(c)為用作導(dǎo)頻的線性調(diào)頻信號在最優(yōu)階次分?jǐn)?shù)階域的功率分布圖。在圖1(c)中，線性調(diào)頻信號的功率分布在最優(yōu)階次分?jǐn)?shù)階域是一個沖激，并在圖中用lfm表示；信道間非線性噪聲與自發(fā)輻射噪聲在最優(yōu)階次分?jǐn)?shù)階域的分用ase+nl表示。

圖2為本發(fā)明及本實施例一種用線性調(diào)頻信號測量波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中信道間非線性效應(yīng)的裝置組成框圖。如圖2所示，該裝置200包括：處理單元201、第一測量單元202、第二測量單元203和計算單元204。

處理單元201對接收到的包括非線性噪聲的信號進(jìn)行處理，在時域取出完整的幀，在一個完整的幀中取出lfm導(dǎo)頻信號，用來做后續(xù)處理。

第一測量單元202在頻域?qū)fm導(dǎo)頻信號進(jìn)行測量ase噪聲功率的操作。

第二測量單元203在最優(yōu)階次分?jǐn)?shù)域?qū)fm導(dǎo)頻信號進(jìn)行測量ase噪聲與信道間非線性噪聲功率和的操作。

計算單元204對第一測量單元202和第二測量單元203的測量結(jié)果進(jìn)行計算，得出信道間非線性功率。

實施例2

本實施例2敘述了應(yīng)用本發(fā)明一種測量wdm光纖通信系統(tǒng)信道間非線性效應(yīng)的裝置與方法其中方法的實現(xiàn)步驟，具體如圖3所示。

圖3為使用圖2中測量裝置200進(jìn)行測量信道間非線性效應(yīng)的具體步驟。如圖3所示，本實施例具體包含如下步驟：

步驟301、濾波，濾出待測信道；

具體到本實施例，頻域進(jìn)行濾波，解復(fù)用出待測信道，其中濾波器帶寬應(yīng)大于承載信號的帶寬。

本實施例中濾波器帶寬設(shè)為50ghz，中心波長為1550nm。

其中，待測信道信號包括導(dǎo)頻信號和承載數(shù)據(jù)信號兩部分，導(dǎo)頻信號在承載數(shù)據(jù)信號的前面，線性調(diào)頻信號帶寬小于承載數(shù)據(jù)信號所占帶寬；

待測信道信號幀的前一部分為線性調(diào)頻信號(即圖1(a)中的lfm，對應(yīng)于步驟一中的導(dǎo)頻信號)，后一部分為承載數(shù)據(jù)(即圖1(a)中的payload，對應(yīng)于步驟一中的承載數(shù)據(jù)信號)。

需要注意的是，本發(fā)明及本實施例中對步驟一及步驟301中的導(dǎo)頻信號和承載數(shù)據(jù)信號所占比例不做限制，即待測信道存在導(dǎo)頻信號即可，同時也不限制幀結(jié)構(gòu)的長度。

本實施例中的導(dǎo)頻信號在一個周期內(nèi)的格式為：

其中，t為時間變量，x(t)為導(dǎo)頻信號，exp是指數(shù)函數(shù)，j為虛數(shù)符號，為初始相位，f0為中心頻率，k為調(diào)頻斜率；通過調(diào)整周期和調(diào)頻斜率，可以達(dá)到控制lfm信號帶寬的目的。

本實施例中導(dǎo)頻信號的和f0都設(shè)為0，k設(shè)為1.6911×10¹⁶hz²導(dǎo)頻信號在一個幀中占據(jù)前1/8的持續(xù)時間。承載的數(shù)據(jù)信號為16quadratureamplitudemodulation(16qam)信號，所承載信號符號速率為28gbaud，承載的數(shù)據(jù)占據(jù)一個幀中后7/8時間長度。本實施例中一個幀的時間長度為65536個承載信號符號周期。

本實施例使用9個信道進(jìn)行波分復(fù)用傳輸，其中9個信道的中間信道為待測信道，用于測量信道間非線性噪聲的功率值，其他8個信道為干擾信道，用于產(chǎn)生信道間非線性效應(yīng)。9個信道中相鄰信道中心頻率間隔為50ghz，其中待測信道的中心波長為1550nm。

本實施例的鏈路為10個跨段的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，其中色散系數(shù)設(shè)為16ps/(nm.km),衰減系數(shù)設(shè)為0.2db/km，光纖非線性系數(shù)設(shè)置為1.31/(w.km),跨段之間的光纖傳輸損耗使用摻鉺光纖放大器補(bǔ)償，摻鉺光纖放大器放大倍數(shù)為20db，且不包含自發(fā)輻射噪聲。在10個跨段傳輸后加入自發(fā)輻射噪聲，其中自發(fā)輻射噪聲的功率由光信噪比決定。

步驟302、時域取出lfm導(dǎo)頻信號；

具體到本實施例為處理單元在時域取出一個完整的幀，并在這個完整的幀中取出lfm導(dǎo)頻信號的部分，加以存儲以便后續(xù)處理。

本實施例中一幀長度為65536個符號周期，其中前1/8幀為lfm導(dǎo)頻信號,模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率為56gsa/s.

步驟301和步驟302在處理單元201中完成。

步驟303、頻域測出ase噪聲；

具體到本實施例為將導(dǎo)頻信號轉(zhuǎn)換到頻域，計算出待測信道內(nèi)的自發(fā)輻射噪聲功率；

如圖1(b)所示，在線性調(diào)頻信號帶寬頻率范圍之外、待測信道帶寬頻率范圍之內(nèi)測量自發(fā)輻射噪聲(ase)，運用ase噪聲在頻域呈現(xiàn)均勻分布的性質(zhì)，計算整個待測信道內(nèi)ase噪聲的功率。

波分復(fù)用傳輸信號在光纖鏈路傳輸中會受到非線性(nl)效應(yīng)的影響，由于信道間非線性效應(yīng)在頻域集中在lfm信號頻譜附近，測量ase時需要遠(yuǎn)離lfm信號，如圖1(b)所示，其中線性調(diào)頻信號在頻域的中心，并在圖中用lfm表示；信道間非線性噪聲在頻域分布在線性調(diào)頻信號導(dǎo)頻附近，并在圖中用nl表示；自發(fā)輻射噪聲均與分布在整個頻域，并在圖中用ase表示。

將取出的lfm信號從時域轉(zhuǎn)換到頻域，在線性調(diào)頻信號帶寬頻率范圍之外、待測信道帶寬頻率范圍之內(nèi)計算ase噪聲功率，此頻率范圍用bam來表示，所測bam范圍內(nèi)的噪聲功率用nam來表示，待測信道的帶寬用bch來表示。這樣整個待測信道的ase噪聲功率pase為bchnam/bam。

本實施例中bam為3ghz，bch為50ghz，不同的光信噪比(opticalsignalnoiseratio)對應(yīng)著不同的ase噪聲功率，其中測量ase噪聲功率的中心頻率與基帶頻率(0hz)相差20ghz，最后根據(jù)bchnam/bam計算得到pase。

步驟303在第一測量單元202中完成。

步驟304、最優(yōu)階次分?jǐn)?shù)階域測出信道間非線性噪聲和ase噪聲功率之和；

具體到本實施例為將時域?qū)ьl信號經(jīng)分?jǐn)?shù)階傅里葉變換轉(zhuǎn)換到分?jǐn)?shù)階域，計算最優(yōu)階次分?jǐn)?shù)階域沖激之外的所有信號的功率和，就得到待測信道的自發(fā)輻射噪聲和信道間非線性噪聲的功率和，簡稱功率和；

圖1(c)為分?jǐn)?shù)階域能量分布圖。分?jǐn)?shù)階域最優(yōu)階次可以由下式獲得：

其中，t為調(diào)頻信號的時間長度，arctan為反正切函數(shù)，fs為采樣率。

總的帶寬可以由線性調(diào)頻斜率k和調(diào)頻信號的時間長度乘積獲得。經(jīng)過ρopt階變換后線性調(diào)頻信號會出現(xiàn)能量匯聚并產(chǎn)生尖峰，如圖1(c)所示，在圖1(c)中，線性調(diào)頻信號導(dǎo)頻集中在分?jǐn)?shù)階域的一個沖激上，并在圖中用lfm表示；信道間非線性噪聲與自發(fā)輻射噪聲分布在整個分?jǐn)?shù)階域，并在圖中用ase+nl表示。

由于lfm信號功率恒定，所以lfm信號本身所產(chǎn)生的非線性相位偏移為常數(shù)，這樣lfm信道內(nèi)的非線性效應(yīng)不會對信號的能量分布造成影響。信道間的非線性效應(yīng)受到光纖內(nèi)干擾信道的隨機(jī)信號影響，會產(chǎn)生噪聲，此噪聲在頻域上與lfm信號幾乎重合，不易分辨，而在分?jǐn)?shù)階域，信道間非線性效應(yīng)會被打亂，不再聚集在有用信號周圍，這樣計算沖激之外的所有信號的功率，測出的功率值包括ase噪聲功率和信道間非線性噪聲功率。

步驟304將取出的lfm信號從時域轉(zhuǎn)換到分?jǐn)?shù)階域，變換階數(shù)用公式(2)求出。在分?jǐn)?shù)階域忽略峰值處的信號，計算剩余所有信號的功率。所求得的功率為信道間非線性噪聲和ase噪聲的功率和，設(shè)為ptotal。

本實施例中ρopt為1.0561，將信號進(jìn)行1.0561階分?jǐn)?shù)階傅里葉變換后，去除峰值處的信號點，計算剩余所有信號功率，得到ptotal。

步驟304在第二測量單元203中完成。

步驟305、計算得出信道間非線性效應(yīng)；

具體到本實施例為計算得到信道間非線性噪聲的功率大小。

將步驟304求得的ptotal減去步驟303求得的pase，得到的功率值即為信道間非線性噪聲的功率值。步驟305在計算單元204中完成。

實施例3

本實施例3敘述了應(yīng)用本發(fā)明所提一種用線性調(diào)頻信號測量波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中信道間非線性效應(yīng)的方法分別仿真了9個信道的結(jié)果。又細(xì)分為兩種情況，即9個信道的總發(fā)送功率分別為8dbm和10dbm。兩種情況下光信噪比的范圍是12-27db。

首先計算信道間非線性噪聲功率的真實值。信道間非線性噪聲功率的真實值等于總的非線性噪聲功率的真實值減去信道內(nèi)非線性噪聲功率的真實值。

其中總的非線性噪聲功率的真實值獲取方式為：先仿真得到非線性系數(shù)為1.31/(w.km)時9個信道進(jìn)行波分復(fù)用傳輸后的信號，再仿真得到非線性系數(shù)為0時9個信道進(jìn)行波分復(fù)用傳輸后的信號，將二者輸入維納濾波器，濾出噪聲，計算出噪聲功率值，此功率值即為總的非線性噪聲功率的真實值；其中維納濾波器的抽頭系數(shù)設(shè)為21。

其中信道內(nèi)非線性噪聲功率的真實值獲取方式為：先仿真得到非線性系數(shù)為1.31/(w.km)時1個信道經(jīng)過傳輸后的信號，再仿真得到非線性系數(shù)為0時1個信道經(jīng)過傳輸后的信號，將二者輸入維納濾波器，濾出噪聲，計算出噪聲功率值，此功率值即為信道內(nèi)非線性噪聲功率的真實值；其中維納濾波器的抽頭系數(shù)設(shè)為21。

然后計算利用本發(fā)明所提出的方法和裝置所得到的信道間非線性噪聲功率的測量值，其獲取步驟與實施例2中的步驟相同。

在計算信道間非線性噪聲功率的真實值和測量值時，本實施例3中未提及的系統(tǒng)參數(shù)與實施例2中的系統(tǒng)參數(shù)相同。

不同發(fā)送功率和光信噪比下的信道間非線性噪聲功率的測量值與真實值的偏差如圖4所示，其中測量值與真實值的偏差(以db為單位)為信道間非線性噪聲功率的測量值(以dbm為單位)減去信道間非線性噪聲功率的真實值(以dbm為單位)。

光信噪比(opticalsignalnoiseratio)在圖4中用osnr表示，實心圓圈對應(yīng)總發(fā)送功率為10dbm時測量的信道間非線性噪聲功率偏差；三角劃線對應(yīng)總發(fā)送功率為8dbm的情況。信道間非線性噪聲功率的測量偏差總是小于0.5db，說明本發(fā)明和本實例3的信道間非線性噪聲功率測量偏差很小，能夠準(zhǔn)確地測量信道間非線性噪聲功率。

以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實施例和附圖所公開的內(nèi)容。凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。