分數階傅立葉變換測量光纖鏈路色散的方法
2023-05-26 03:58:06 2
分數階傅立葉變換測量光纖鏈路色散的方法
【專利摘要】本發明涉及一種分數階傅立葉變換測量光纖鏈路色散的方法，屬於光通信【技術領域】。本發明方法對光纖鏈路輸出的光脈衝信號進行相干解調，得到光脈衝信號的複數場，再對複數場進行分數階傅立葉變換，根據啁啾信號分數譜的能量聚焦效應，計算分數階傅立葉變換的最優分數階次，再由最優分數階次計算出光纖鏈路的色散；本方法能用於不同種類光纖組成的光通信鏈路系統，進行光纖鏈路色散的監測。
【專利說明】分數階傅立葉變換測量光纖鏈路色散的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種分數階傅立葉變換測量光纖鏈路色散的方法，屬於高速光通信技 術領域。本方法能應用於不同種類光纖組成的光通信鏈路系統，進行光纖鏈路色散的監測。
【背景技術】
[0002] 單色光經過數據調製之後，光信號的頻譜展寬，不同頻率成分的傳輸速度不同，導 致不同頻率的光到達的時間不同，即色散效應。在光纖數字通信系統中，色散效應導致脈 衝展寬，限制了系統可傳輸信號的最高速率。系統的調製格式和光信號的符號速率對色散 容限的影響都很大。例如對於lOGbps系統，標準單模光纖的無補償傳輸距離約為60km，而 40Gbps系統的傳輸距離僅為3. 5km。因此，在光纖通信系統和網絡中，需要對光纖鏈路的色 散進行實時監測和均衡。傳統光纖色散測量方法主要有頻譜分析法、殘留邊帶濾波法、非線 性光譜分析法等。
[0003] 頻譜分析法主要有射頻導頻法和時鐘頻率法。射頻導頻法採用射頻導頻為監測對 象，在發射機中加入一個射頻導頻，其帶寬小於信號帶寬，在光纖傳輸中，導頻與信號經歷 相同的色散。無色散狀態下，導頻的上下邊帶相位相同，接收功率最大；存在色散時，其上 下邊帶產生相位差，在接收端出現射頻功率的衰減，通過測量導頻功率測量色散。導頻頻 率高，則監測的靈敏度大，但可監測範圍變小，反之則監測範圍大，靈敏度低，二者為一對矛 盾。同時加載高頻和低頻兩種導頻，可以改善色散監測的動態範圍和靈敏度。以導頻調製 進行色散監測的局限性在於無法區分色散的正負，而且需要對發射機進行改造。時鐘頻率 法通過提取被測光信號的時鐘頻率成分，監測時鐘頻譜功率的變化來測量色散。提取時鐘 頻率分量測量光纖色散雖然無需改造發射機，但是仍然無法區分色散的正負。
[0004] 殘留邊帶濾波法使用帶通濾波器將光信號分別進行上、下邊帶的濾波，通過檢測 兩個殘留邊帶信號的時延差，可以測量光纖的色散。在光電變換之後，將兩路殘留邊帶信號 進行相位檢測，可以得到兩路信號的相位差，間接測量光纖色散。殘留邊帶濾波法無需對發 射機進行改動，靈敏度高，能夠區分色散的正負，同時不受偏振模色散，非線性雙折射和啁 啾的影響。但其帶通濾波器的帶寬等於信號的比特率，對信號速率不透明。
[0005] 非線性光譜分析法的原理是：色散導致光信號時域脈衝展寬，峰值功率下降，使光 纖產生的非線性效應降低，通過帶通濾波器的光功率將減小，因此通過測量濾波器之後的 光功率變化可以監測色散的變化。此方法的局限在於無法分辨色散的正負，並且色散和非 線性的相互作用會影響色散監測的準確性。
[0006] 以上方法各有其缺點，無法對實際運行的光纖鏈路進行無幹擾、調製格式透明、信 號速率透明的色散監測。因此如何對超高速光纖通信鏈路的色散進行無擾、實時準確地測 試是當如的難題，亟需解決。
【發明內容】
[0007] 發明的目的是為解決超高速光纖鏈路色散無擾、實時準確測試的難題，提出了一 種分數階傅立葉變換測量光纖鏈路色散的方法，能準確測量光纖鏈路的色散。
[0008] 發明的目的是通過下述技術方案實現的。
[0009] 分數階傅立葉變換測量光纖鏈路色散的方法中心思想為光纖鏈路的色散使光脈 衝信號變成啁啾信號，根據啁啾信號在分數階傅立葉變換中具有能量聚焦效應，計算分數 階傅立葉變換的最優分數階次，再由最優分數階次計算出光纖鏈路的色散；-
[0010] 具體包括如下步驟：
[0011] 步驟一、對光纖傳輸後的光脈衝信號進行相干解調，得到光脈衝信號電場的實部 E:和虛部E Q，再計算複數電場E = ，其中，j是虛數單位；
[0012] 步驟二、對步驟一得到的光脈衝信號的複數場進行分數階傅立葉變換，根據啁啾 信號分數譜的能量聚焦效應，搜索分數階傅立葉變換的最優分數階次p ，搜索最優分 數階次的方法包括分數階頻譜熵、最優濾波算子、零中心歸一化瞬時幅度譜密度最大、分數 階幅度譜方差最大。
[0013] 步驟三、計算光脈衝信號的啁啾；
[0014] 具體方法為：根據步驟二得到的最優分數階次P，計算光脈衝信號的啁啾系 數
【權利要求】
1. 分數階傅立葉變換測量光纖鏈路色散的方法，其特徵在於：光纖鏈路的色散使光脈 衝信號變成啁啾信號，根據啁啾信號在分數階傅立葉變換中具有能量聚焦效應，計算分數 階傅立葉變換的最優分數階次，再由最優分數階次計算出光纖鏈路的色散； 具體包括如下步驟： 步驟一、對光纖傳輸後的光脈衝信號進行相干解調，得到光脈衝信號電場的實部氏和 虛部Eq，再計算複數電場E=EfjE0，其中，j是虛數單位； 步驟二、對步驟一得到的光脈衝信號的複數場進行分數階傅立葉變換，根據啁啾信號 分數譜的能量聚焦效應，搜索分數階傅立葉變換的最優分數階次P ，搜索最優分數階 次的方法包括分數階頻譜熵、最優濾波算子、零中心歸一化瞬時幅度譜密度最大、分數階幅 度譜方差最大； 步驟三、計算光脈衝信號的啁啾；具體方法為：根據步驟二得到的最優分數階次P ，計算光脈衝信號的啁啾係數
S為分數階傅立葉變換中的尺度 因子，其取值為N是信號的米樣點數； 2λ·χ3,〇χ!Ο8χ0 步驟四、計算光纖鏈路的色散為--Ja-其中λ^為光脈衝信號的中心波 <%， 長。
2. 根據權利要求1所述的分數階傅立葉變換測量光纖鏈路色散的方法，其特徵在於： 搜索分數階傅立葉變換的最優分數階次P ，採用的方法包括分數階幅度譜方差最大； 其方法為，計算不同分數階次傅立葉變換得到的分數譜幅度的方差，分數譜幅度方差的最 大值對應的分數階次為最優分數階次P^imum;具體為，分數階次P1按照固定的步長△在 [〇, 2]範圍內變化Pi=Pη+Λ，對每個分數階次分別進行分數階傅立葉變換，計算每一個 分數階次傅立葉變換的幅度譜的方差σi，再計算所有幅度譜方差的最大值，得到幅度譜方 差最大值對應的分數階次為最優分數階次P_imUffl。
【文檔編號】H04B10/077GK104467969SQ201410752087
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月10日 優先權日:2014年12月10日
【發明者】楊愛英, 陳曉宇 申請人:北京理工大學