CN110971302B - 一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低速采样与延时采样结合估计光纤色散的装置与方法，该方法包括：步骤1：建立残余色散‑代价函数值查找表：用低速延时相干探测单元对光信号进行低速探测，经过等效采样单元获得等效过采样信号，再经色散补偿单元和计算单元，调整搜索判断单元与调整单元至建表状态，建立残余色散‑代价函数值查找表；步骤2：以步骤1中所获参数设置搜索判断单元并调整其与调整单元至估测状态；步骤3：用步骤2中装置对光信号进行低速探测，经过色散补偿迭代和查表得到色散估计值。本发明公开的方法及装置能实现对低速率采样的信号进行色散估计，降低了监测成本、运算复杂度和前期准备的时间成本。

Description

一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法。
背景技术
随着人们对数据业务的需求不断增大，光传输网络的容量正在不断升高，传输距离也在不断增加，而光信号在光纤的传输过程中受到色散(Chromatic Dispersion，CD)和非线性的影响也愈发严重。为了能更好地对光网络进行管理和监测，保证***的可靠性与稳定性，光性能监测(Optical Performance Monitoring，OPM)得到了人们越来越多的关注，而在众多监测指标中，色散是衡量光纤链路质量的一个重要参数，对于估算和测量***具有重要的意义。
色散的估计与补偿是处理非线性效应的前提，色散补偿的精度将直接影响后续信号的处理过程。利用数字信号处理技术可以对色散进行有效的补偿，而准确而快速的色散估计可以为后续的色散补偿提供依据，对***传输性能的提升有很大的帮助。
现有技术中，延时采样技术被认为是一种有效、可靠、低成本的色散估计技术。以采样对(Xi，Yi)的形式对信号波形进行采样，采样点Xi和Yi之间以τ为延时，实现了异步延时采样，通过绘制两个ADC抽头获得的采样点的散点图(延迟采样图)可以表征出信号的失真，在功能上和眼图相类似。由于所需要的信号都是在基于数字信号处理(DSP)的接收机中采样的，因此延迟抽头采样可以很容易地实现，并且天然地适合于色散估计。然而，随着传输速率的不断提高，若采用传统的延迟抽头采样技术，由于其要求2倍符号速率采样，对色散估计设备的采样率将有相当高的要求，采样率的提升即意味着成本的提升。
近年来，如何降低色散监测设备的成本引发了研究者的关注，在色散监测设备中应用低速采样技术是降低成本的最为直接的方式。低速采样技术是采样率低于奈奎斯特采样率的技术，在低采样率下，可利用周期性训练序列，等效于过采样的信号。在低速采样下实施等效采样，结合已有的色散估计手段，可以在保证性能没有明显劣化的前提下大幅降低色散监测设备的成本。
当前在低速采样技术下进行色散估计的方法主要有两种：一种为低速率采样下基于分数阶傅里叶变换(FrFT)盲色散估计方法，利用训练序列，在低速采样后进行等效采样，得到的信号转换到分数域，能量浓度可以用不同变换阶的能量集中函数表示，搜索其极值以获得最优阶，最后利用分数域中的最优顺序来估计累积的色散值，其缺点是转化到分数域搜索最优阶时计算复杂度高；另一种依托于神经网络，利用***中大量的数据(训练集)对神经网络训练提取数据特征，最后将测试集输入训练后的神经网络模型中，对神经网络单元的输出与参考色散进行加权平均，从而得到色散估计值，但其缺点与当前基于神经网络的众多算法相同，需要在投入使用前进行大量的训练过程，时间成本较高，对计算机的运算性能要求较高，可迁移性较差。
发明内容
本发明提供一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法，目的在于克服现有低速率采样下基于分数阶傅里叶变换(FrFT)盲色散估计方法运算复杂度较高和低速率采样下结合神经网络的色散估计方法时间成本高、可迁移性较差的缺陷，大幅降低色散估计设备投入使用前的时间成本与色散估计设备的运算复杂度。
第一方面，提供一种低速延时采样估计光纤色散的装置，该装置包括：
低速延时相干探测单元，以设定的低采样率对信号延时采样，获得延时欠采样信号；
等效采样单元，所述等效采样单元与所述低速相干探测单元相连，利用所发信号中训练序列的周期性，对训练序列所在帧进行降采样与拼接，等效成过采样信号；
色散补偿单元，所述色散补偿单元与所述等效采样单元相连，以调整单元所反馈的步长对等效采样信号进行重叠频域均衡(OFDE)；其中，重叠频域均衡所需要的采样率为等效过采样信号的过采样率；
计算单元，所述计算单元与所述色散补偿单元相连，利用设计好的代价函数，对色散补偿单元处理后的信号计算出一个与色散相关的函数值；
搜索判断单元，所述搜索判断单元与所述计算单元相连，其估测状态为在建立好的色散-代价函数值查找表中搜索计算单元输出的代价函数值，从而判断是否查表完成色散估计、判断是否需要调整色散补偿步长，若代价函数值高于小步长调整门限，则判断色散补偿步长仍为初始大步长，若代价函数若代价函数值小于所设定的小步长调整门限，则判断需调整色散补偿步长至小步长，若代价函数值落入查表区间，则将查表得到的残余色散值送入调整单元，并不再进行搜索；其建表状态为对信号不做任何处理；
调整单元，所述调整单元与所述搜索判断单元及色散补偿单元相连，根据搜索判断单元传递的判断结果，调整色散补偿的步长或跳出色散估计流程。
其中，所述低速延时相干探测单元包括：
一个本振激光，两个偏振分束器，八个光电探测器，四个延时器以及八个低速模数转换器；其中，延时器产生的时延为一个低速采样周期；其中，两个低速模数转换器分别输出X偏振态I、Q两路的低速采样信号，两个延时器与两个低速模数转换器相连，分别输出X偏振态I、Q两路的低速延时采样信号，两个低速模数转换器分别输出Y偏振态I、Q两路的低速采样信号，两个延时器与两个低速模数转换器相连，分别输出Y偏振态I、Q两路的低速延时采样信号；
其中，所述计算单元具体用于根据两个偏振态延时采样功率对在延时采样图上到对角线的距离及公式
Figure BDA0002311711620000021
确定与色散相关的函数值，获得色散-代价函数值查找表；其中，延时采样功率对在延时采样图上到对角线的距离为
Figure BDA0002311711620000022
第二方面，提供一种低速延时采样的估计光纤色散的方法，该方法包括：
步骤1：在估测位置用低速延时相干探测单元对光纤链路中传输的光信号进行低速延时探测，经过等效采样单元对信号进行降采样与拼接，等效成过采样信号，利用色散补偿单元，以设定的小步长对等效采样后的信号进行色散补偿，计算单元对色散补偿单元处理后的信号计算出一个与色散相关的函数值，将搜索判断单元与调整单元设置为建表状态；
其中，搜索判断单元与调整单元的建表状态为：搜索判断单元对信号不做任何处理，调整单元在已补偿色散达到代价函数最低值所对应已补偿色散的至少2倍时跳出补偿色散估计流程，建立残余色散-代价函数值查找表。
其中，步骤1具体包括如下子步骤：
步骤1.1：用低速延时相干探测单元对经过不同条件的光纤链路传输后的同一调制格式的光信号进行低速延时探测，得到不同传输条件下两个偏振态的I、Q两路离散数字序列。
其中，同一调制格式的光信号传输训练序列的符号周期为T；
其中，不同传输条件指的是光数字信号的传输跨段数；
步骤1.2：用等效采样单元对步骤1.1中所得信号进行等效采样，得到等效采样信号。
其中，等效采样中降采样间隔计算公式由(1)表征：
Figure BDA0002311711620000031
其中，M表示降采样间隔，T表示训练序列的周期，Ts表示低速采样周期，M为计算后向上取整的结果。
其中，等效采样中等效采样率计算公式由(2)表征：
Figure BDA0002311711620000032
其中，feqv表示等效采样率，M表示降采样间隔，T表示训练序列的周期，Ts表示低速采样周期。
步骤1.3：利用色散补偿单元，以设定的小步长对等效采样后的信号进行色散补偿。
其中，色散补偿的方法为重叠频域均衡(OFDE)，频域重叠的点数为OFDE在***不同传输条件中最高光纤跨段下所对应的点数，FFT点数为频域重叠的点数的2倍，采样率设置为(2)中计算的等效采样率；
步骤1.4：计算单元对色散补偿单元处理后的信号计算出一个与色散相关的函数值，并建立累积色散与该函数值的对应关系。
其中，与色散相关的代价函数由(3)表征：
Figure BDA0002311711620000033
其中，std表示标准差，dx(y)表示为x偏振态或y偏振态上延时采样功率对在延迟采样图上距离对角线的距离，dx(y)的计算公式由(4)表征：
Figure BDA0002311711620000041
其中，等效后采样点的功率按照每连续两个一组构成延迟采样功率对，分别为Px(y)[2n]与Px(y)[2n-1]，延迟采样的延迟时间为1个等效采样符号的周期。
步骤1.5：调整单元设置为在已补偿色散达到代价函数最低值所对应已补偿色散的至少2倍时跳出补偿色散估计流程，对不同传输条件下相同残余色散的不同代价函数值取平均，在残余色散为正的区间内避开限制点选择一个合适的大小步长调整门限，在残余色散为负的区间内选择不同传输条件下色散-代价函数值曲线重合度较高的区间作为建表区间，建立适应于不同传输条件下的残余色散-代价函数值查找表。
其中，残余色散为已知色散与累积补偿色散的差值。
其中，限制点为残余色散与代价函数值呈明显线性关系之前的代价函数值最低点。
步骤2：以步骤1中的大小步长调整门限及查表表区间设置搜索判断单元，将步骤1中的查找表置入搜索判断单元中，将搜索判断单元与调整单元调整至估测状态。
其中，搜索判断单元与调整单元的估测状态为：搜索判断单元在建立好的色散-代价函数值查找表中搜索计算单元输出的代价函数值，从而判断是否查表完成色散估计、判断是否需要调整色散补偿步长，若代价函数值高于小步长调整门限，则判断色散补偿步长仍为初始大步长，若代价函数若代价函数值小于所设定的小步长调整门限，则判断需调整色散补偿步长至小步长，若代价函数值落入查表区间，则将查表得到的残余色散值送入调整单元，并不再进行搜索，调整单元根据搜索判断单元传递的判断结果，调整色散补偿的步长或跳出色散估计流程，若搜索判断单元传递的判断结果为大步长，则调整色散补偿的步长为大步长，若搜索判断单元传递的判断结果为小步长，则调整色散补偿的步长为小步长，若搜索判断单元传递的判断结果为查表后对应的色散，则调整色散补偿的步长为该查表值，并忽略下一次搜索判断单元传递的判断结果，跳出估计流程；
步骤3：将步骤2中的装置置入估测位置对光纤链路中传输的光信号进行低速探测，得到由公式(5)表征的色散估计值：
CDest＝KL×Slarge+KS×Ssmall+Slookup (5)
其中，CDest为估计的色散值，Slarge与Ssmall分别代表大步长和小步长，Slookup代表查表所得色散值，为负值。KL和KS分别代表大步长和小步长迭代次数。
至此，从步骤1到步骤3，完成了一种低速延时采样的估计光纤色散的方法。
有益效果
一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法，与现有低速采样的色散估计***与方法相比，具有如下有益效果：
1.现有的低速率采样下基于分数阶傅里叶变换(FrFT)盲色散估计方法，需要在色散估计设备处进行分数阶傅立叶变换并搜索最优阶，运算复杂度高，通过本发明可以大大降低低速率采样下色散估计的运算复杂度；
2.现有的低速率采样下依托于神经网络的色散估计方法，需要在部署前进行大量的训练过程，时间成本较高，且对训练的计算机性能有较高要求，通过本发明能够大大减少色散监测设备投入使用前的时间成本，对计算机算力要求不高。
附图说明
图1是本发明一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法及实施例1中的低速率采样下等效采样原理图；
图2是本发明一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法及实施例1中的等效采样后的延时采样图；
图3是本发明一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法及实施例1中的装置示意图；
图4是本发明一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法及实施例1中的色散估计搜索迭代流程图；
图5是本发明一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法及实施例2中的仿真***图；
图6是本发明一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法及实施例2中的在5～20跨段的传输条件下代价函数值-残余色散曲线图；
图7是本发明一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法及实施例2中的对与建表所用光信号独立不相关的光信号的色散估计的结果图；
图8是本发明一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法及实施例3中的对在不同ASE以及非线性噪声下光纤链路传输的PDM-QPSK信号中周期性训练序列信号进行色散估计的结果图；
图8中(a)为改变ASE噪声对PDM-QPSK信号中周期性训练序列信号进行色散估计的结果图，(b)为改变非线性噪声对PDM-QPSK信号中周期性训练序列信号进行色散估计的结果图；
图9是本发明一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法及实施例4中的对实际***中的PDM-QPSK信号中周期性训练序列信号的色散估计结果图；
具体实施方式
实施例1
本发明实施例1详细阐述了本发明一种低速延时采样估计光纤色散的方法估计色散的原理及装置组成与功能。
图1为本实施例1中低速率采样下等效采样的原理。虽然接收机的采样率远远低于奈奎斯特采样，但由于训练序列的周期性，可对采样后的数据进行重组等效为过采样，其中Ts表示采样周期，T0表示符号周期，T＝64T0表示训练序列的周期，则可得到等效采样周期为MTs-T。图2为本实施例1中等效采样后的延时采样图，其中dx表示为x偏振态上延时采样功率对在延迟采样图上距离对角线的距离。图3为本实施例1中装置示意图，该装置300包括：低速延时相干探测单元301、等效采样单元302、色散补偿单元303、计算单元304、搜索判断单元305和调整单元306。
在估计位置用低速延时相干探测单元301对光纤链路中传输的光信号进行低速延时探测，经过等效采样单元302对信号进行降采样与拼接，等效成过采样信号，利用色散补偿单元303，以调整单元所调整的步长对等效采样后的信号进行色散补偿，计算单元304对色散补偿单元处理后的信号计算出一个与色散相关的函数值并通过搜索判断单元305和调整单元306搜索迭代，直到查表完成色散估计。图4为本实施例1中色散估计搜索迭代流程图，其中a为步进长度调整因子，Slarge与Ssmall分别对应大步长和小步长，Slookup为查表所得色散值，为负值。t1为小步长门限，当与色散相关的函数值Fd低于t1时，将由大步长变更为小步长，t2与t3为查表窗口，当Fd进入该窗口内将触发查表操作。设大步长和小步长迭代次数分别为Kl和Ks，则色散的估计值CDest可由下式计算得出：
CDest＝Kl×Slarge+Ks×Ssmall+Slookup
实施例2
为了使本发明一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例2中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述:
图5是本实施例2的仿真***图，从图中可见，包括光发射端501，EDFA 502，M个光纤跨段(一个跨段包含100km的标准单模光纤和一个EDFA)503，Set OSNR模块504，本装置505。
所述的光发射端501用于发射PDM-QPSK信号，其中训练序列的符号周期为64；所述的光放大器502的输入接口与所述的发射端501的输出接口相连接，用于调整发射端的发射功率；所述的M个光纤跨段503与光放大器502相接，用于传输发射端产生的PDM-QPSK信号并产生累积色散；所述的Set OSNR模块504的输入与M个光纤跨段503的输出相连，用于设置光信号的光信噪比；所述的本装置505的输入与Set OSNR模块504的输出相连，用于估计光纤通信链路中的色散。
本发明实施例搭建了上述的一种低速延时采样估计光纤色散的装置与方法估计光纤通信链路色散的仿真***，用于采集低速率采样的不同传输条件的光信号。PDM-QPSK信号中周期性训练序列信号传输符号率为20.14GB；所发训练序列的符号周期为64；本装置低速采样率为1.25GSa/s；发射功率设置为0dBm；OSNR设置为18dB；跨段数在1～5及10～20范围内，间隔分别为1和5(即传输距离在100～500km及1000～2000km范围内，间隔分别为100km和1000km)。每个EDFA中没有添加放大器自发辐射(ASE)噪声，OSNR通过在光纤链路末端Set OSNR模块来控制。采用标准单模光纤(SSMF)，其色散系数和非线性系数分别为16e- 6s/m2和1.31W-5km-5。所以参考色散值为1600ps/nm～8000ps/nm及16000ps/nm～32000ps/nm，间隔分别为1600ps/nm和8000ps/nm。
在本发明实施例2中，仿真实验平台为VPItransmissionMaker 9.5；
本实施例2具体包含如下步骤:
步骤1：光发射端设备输出PDM-QPSK光信号，其周期性训练序列符号周期为64；
步骤2：调制后的光信号在不同传输条件的光纤链路中进行传输；
步骤3：建立残余色散-代价函数值查找表；
其中，步骤3具体为如下子步骤:
步骤3.1：将搜索判断单元与调整单元设置为建表状态，利用低速延时相干探测单元对经过不同条件的光纤链路传输后的光信号进行低速探测，得到不同传输条件的两个偏振态的I、Q路离散数字序列；
步骤3.2：用等效采样单元对步骤3.1中所得信号进行等效采样，得到等效采样信号；
步骤3.3：利用色散补偿单元，以设定的小步长(低于16ps/nm)对等效采样后的信号进行色散补偿；
其中，由于色散越大所需FFT点数和Overlap点数越高，而仿真中跨段最高为20，所以统一设置频域重叠的点数为512，FFT点数为1024；
步骤3.4：计算单元对色散补偿单元处理后的信号计算出一个与色散相关的函数值，并建立累积色散与该函数值的对应关系；
步骤3.5：调整单元设置为在已补偿色散达到代价函数最低值所对应已补偿色散的至少2倍时跳出补偿色散估计流程，对不同传输条件下相同残余色散的不同代价函数值取平均，在残余色散为正的区间内避开限制点选择一个合适的大小步长调整门限，在残余色散为负的区间内选择不同传输条件下色散-代价函数值曲线重合度较高的区间作为建表区间，建立适应于不同传输条件下的残余色散-代价函数值查找表；
其中，图6为在5～20跨段的传输条件下代价函数值-残余色散曲线图，说明了步骤3.5中所述的限制点与建表区间；
步骤4：以步骤3中的大小步长调整门限及查表表区间设置搜索判断单元，将步骤3中的查找表置入搜索判断单元中，将搜索判断单元与调整单元调整至估测状态，对与建表所用周期性训练序列光信号独立不相关的周期性训练序列光信号进行低速探测，得到色散估计值；
其中，图7为本发明实施例2中对与建表所用周期性训练序列光信号独立不相关的周期性训练序列光信号的色散估计的结果图，其中横轴为色散的理论值，左边纵轴为色散估计值，右边纵轴为估计色散的绝对误差。图7表明，本发明对PDM-QPSK信号中周期性训练序列信号的色散估计具有良好的效果。
实施例3
本实施例3验证了本发明在估计光纤通信链路中的色散时，对于ASE以及非线性噪声具有鲁棒性。具体实施方式为：分别改变OSNR以及发射功率(Launch Power)，从而改变ASE以及非线性噪声。
其中，图8为对在不同ASE以及非线性噪声下光纤链路传输的PPDM-QPSK信号中周期性训练序列信号进行色散估计的结果图。图8(a)为改变ASE噪声对PDM-QPSK信号中周期性训练序列信号进行色散估计的结果图；图8(b)为改变非线性噪声对PDM-QPSK信号中周期性训练序列信号进行色散估计的结果图。图8(a)中横坐标为OSNR，左边纵轴为色散估计绝对误差，右边纵轴为色散估计相对误差。图8(b)的横坐标为发射功率，左边纵轴为色散估计绝对误差，右边纵轴为色散估计相对误差。图8验证了本发明在估计光纤通信链路中的色散时，对于ASE以及非线性噪声具有鲁棒性。
实施例4
本实施例4验证了本发明在实际***中估计光纤通信链路中色散的性能。具体实施方式为：搭建实际***，PDM-QPSK周期性训练序列信号传输符号率为20.14GB；所发训练序列的符号周期为64；接收端采样率为1.25GSa/s；发射功率设置为0dBm；OSNR设置为18dB；跨段数在1～5范围内，间隔为1(即传输距离在100～500km，间隔为100km)。采用标准单模光纤(SSMF)，其色散系数和非线性折射率分别为16e-6s/m2和2.4e-20m2/W。所以参考色散值为1600ps/nm～8000ps/nm，间隔为1600ps/nm。离线处理数据，使用实施例2中所建查找表与本发明的方法，估测实际***信号的色散。
其中，图9为本发明实施例4中对实际***中的光信号的色散估计结果图，其中横轴为色散的理论值，左边纵轴为色散估计值，右边纵轴为估计色散的绝对误差。图8表明，使用仿真***中所建查找表时，本发明对实际***中PDM-QPSK信号中周期性训练序列信号的色散估计具有良好的效果。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种低速延时采样监测光纤色散的装置，其特征在于，该装置包括：
低速延时相干探测单元，以设定的低采样率对信号延时采样，获得延时欠采样信号；
等效采样单元，所述等效采样单元与所述低速延时相干探测单元相连，利用所发信号中训练序列的周期性，对训练序列所在帧进行降采样与拼接，等效成过采样信号；
色散补偿单元，所述色散补偿单元与所述等效采样单元相连，以调整单元所反馈的步长对等效过采样信号进行重叠频域均衡OFDE；其中，重叠频域均衡所需要的采样率为等效过采样信号的过采样率；
计算单元，所述计算单元与所述色散补偿单元相连，利用设计好的代价函数，对色散补偿单元处理后的信号计算出一个与色散相关的函数值；
搜索判断单元，所述搜索判断单元与所述计算单元相连，其估测状态为在建立好的色散-代价函数值查找表中搜索计算单元输出的代价函数值，从而判断是否查表完成色散估计、判断是否需要调整色散补偿步长，若代价函数值高于小步长调整门限，则判断色散补偿步长仍为初始大步长，若代价函数值小于所设定的小步长调整门限，则判断需调整色散补偿步长至小步长，若代价函数值落入查表区间，则将查表得到的残余色散值送入调整单元，并不再进行搜索；其建表状态为对信号不做任何处理；
调整单元，所述调整单元与所述搜索判断单元及色散补偿单元相连，根据搜索判断单元传递的判断结果，调整色散补偿的步长或跳出色散估计流程。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述低速延时相干探测单元包括：
一个本振激光，两个偏振分束器，八个光电探测器，四个延时器以及八个低速模数转换器；其中，延时器产生的时延为一个低速采样周期；其中，两个低速模数转换器分别输出X偏振态I、Q两路的低速采样信号，两个延时器与两个低速模数转换器相连，分别输出X偏振态I、Q两路的低速延时采样信号，两个低速模数转换器分别输出Y偏振态I、Q两路的低速采样信号，两个延时器与两个低速模数转换器相连，分别输出Y偏振态I、Q两路的低速延时采样信号。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算单元具体用于根据两个偏振态延时采样功率对在延迟采样图上到对角线的距离及公式
Figure FDA0002830041430000011
确定与色散相关的函数值，获得色散-代价函数值查找表；其中，Fd表示代价函数值，std表示标准差，dx表示x偏振态上延时采样功率对在延迟采样图上距离对角线的距离，dy表示y偏振态上延时采样功率对在延迟采样图上距离对角线的距离；延时采样功率对在延迟采样图上到对角线的距离为
Figure FDA0002830041430000012
其中，dx(y)表示x或y偏振态上延时采样功率对在延迟采样图上距离对角线的距离，Px(y)[2n]表示x或y偏振态上偶数采样点的功率，Px(y)[2n-1] 表示x或y偏振态上奇数采样点的功率，n表示整数序号，Px(y)[2n]与Px(y)[2n-1]共同构成x或y偏振态上的延时采样功率对，延迟采样的延迟时间为1个等效采样符号的周期。
4.一种低速延时采样的估计光纤色散的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：在估测位置用低速延时相干探测单元对光纤链路中传输的光信号进行低速延时探测，经过等效采样单元对信号进行降采样与拼接，等效成过采样信号，利用色散补偿单元，以设定的小步长对等效采样后的信号进行色散补偿，计算单元对色散补偿单元处理后的信号计算出一个与色散相关的函数值，将搜索判断单元与调整单元设置为建表状态；
其中，步骤1包括如下子步骤：
步骤1.1：用低速延时相干探测单元对经过不同条件的光纤链路传输后的同一调制格式的光信号进行低速延时探测，得到不同传输条件下两个偏振态的I、Q两路离散数字序列；
其中，同一调制格式的光信号传输训练序列的符号周期为T；
其中，不同传输条件指的是光数字信号的传输跨段数；
步骤1.2：用等效采样单元对步骤1.1中所得信号进行等效采样，得到等效过采样信号；
其中，等效采样中降采样间隔计算公式由(1)表征：
Figure FDA0002830041430000021
其中，M表示降采样间隔，T表示训练序列的周期，Ts表示低速采样周期，M为计算后向上取整的结果；
其中，等效采样中等效采样率计算公式由(2)表征：
Figure FDA0002830041430000022
其中，feqv表示等效采样率，M表示降采样间隔，T表示训练序列的周期，Ts表示低速采样周期；
步骤1.3：利用色散补偿单元，以设定的小步长对等效采样后的信号进行色散补偿；
其中，色散补偿的方法为重叠频域均衡OFDE，频域重叠的点数为OFDE在***不同传输条件中最高光纤跨段下所对应的点数，FFT点数为频域重叠的点数的2倍，采样率设置为(2)中计算的等效采样率；
步骤1.4：计算单元对色散补偿单元处理后的信号计算出一个与色散相关的函数值，并建立累积色散与该函数值的对应关系；
其中，与色散相关的代价函数由(3)表征：
Figure FDA0002830041430000023
其中，Fd表示代价函数值，std表示标准差，dx表示x偏振态上延时采样功率对在延迟采样图上距离对角线的距离，dy表示y偏振态上延时采样功率对在延迟采样图上距离对角线的距离，延时采样功率对在延迟采样图上到对角线的距离由(4)表征：
Figure FDA0002830041430000031
其中，dx(y)表示x或y偏振态上延时采样功率对在延迟采样图上距离对角线的距离；Px(y)[2n]表示x或y偏振态上偶数采样点的功率，Px(y)[2n-1]表示x或y偏振态上奇数采样点的功率，n表示整数序号，Px(y)[2n]与Px(y)[2n-1]共同构成x或y偏振态上的延时采样功率对，延迟采样的延迟时间为1个等效采样符号的周期；
步骤1.5：调整单元设置为在已补偿色散达到代价函数最低值所对应已补偿色散的至少2倍时跳出补偿色散估计流程，对不同传输条件下相同残余色散的不同代价函数值取平均，在残余色散为正的区间内避开限制点选择一个合适的大小步长调整门限，在残余色散为负的区间内选择不同传输条件下色散-代价函数值曲线重合度较高的区间作为建表区间，建立适应于不同传输条件下的残余色散-代价函数值查找表；
其中，残余色散为已知色散与累积补偿色散的差值；
其中，限制点为残余色散与代价函数值呈明显线性关系之前的代价函数值最低点；
步骤2：以步骤1中的大小步长调整门限及建表区间设置搜索判断单元，将步骤1中的查找表置入搜索判断单元中，将搜索判断单元与调整单元调整至估测状态；
步骤3：将步骤2中的装置置入估测位置对光纤链路中传输的光信号进行低速探测，得到色散估计值；
至此，从步骤1到步骤3，完成了一种低速延时采样的估计光纤色散的方法。
5.根据权利要求4所述的一种低速延时采样的估计光纤色散的方法，其特征在于：步骤1中，其中，搜索判断单元与调整单元的建表状态为：搜索判断单元对信号不做任何处理，调整单元在已补偿色散达到代价函数最低值所对应已补偿色散的至少2倍时跳出补偿色散估计流程，建立残余色散-代价函数值查找表。
6.根据权利要求4所述的一种低速延时采样的估计光纤色散的方法，其特征在于：步骤2中，搜索判断单元与调整单元的估测状态为：搜索判断单元在建立好的色散-代价函数值查找表中搜索计算单元输出的代价函数值，从而判断是否查表完成色散估计、判断是否需要调整色散补偿步长，若代价函数值高于小步长调整门限，则判断色散补偿步长仍为初始大步长，若代价函数值小于所设定的小步长调整门限，则判断需调整色散补偿步长至小步长，若代价函数值落入查表区间，则将查表得到的残余色散值送入调整单元，并不再进行搜索，调整单元根据搜索判断单元传递的判断结果，调整色散补偿的步长或跳出色散估计流程，若搜索判断单元传递的判断结果为大步长，则调整色散补偿的步长为大步长，若搜索判断单元传递的判断结果为小步长，则调整色散补偿的步长为小步长，若搜索判断单元传递的判断结果为查表后对应的色散，则调整色散补偿的步长为查表值，并忽略下一次搜索判断单元传递的判断结果，跳出估计流程。
7.根据权利要求4所述的一种低速延时采样的估计光纤色散的方法，其特征在于：步骤3中，色散估计值由公式(5)表征：
CDest＝KL×Slarge+KS×Ssmall+Slookup (5)
其中，CDest为估计的色散值，Slarge与Ssmall分别代表大步长和小步长，Slookup代表查表所得色散值，为负值；KL和KS分别代表大步长和小步长迭代次数。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101247177A (zh) * 2007-02-16 2008-08-20 富士通株式会社 模数转换控制器、光接收装置和方法及波形失真补偿装置
CN105703826A (zh) * 2016-04-21 2016-06-22 北京邮电大学 一种用线性调频信号的分数阶傅里叶变换测量光纤色散的方法
CN105871456A (zh) * 2016-04-25 2016-08-17 华中科技大学 基于延迟采样的信号质量监测
US9673910B1 (en) * 2009-11-02 2017-06-06 Clariphy Communications, Inc. Single-chip transceiver with electronic dispersion compensation for coherent optical channels
CN107979423A (zh) * 2018-01-23 2018-05-01 国网上海市电力公司 一种引入色散隐藏时延的反馈混沌***
CN110048781A (zh) * 2019-04-17 2019-07-23 武汉邮电科学研究院有限公司 一种光信号调制格式的识别方法及装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5217792B2 (ja) * 2008-08-29 2013-06-19 富士通株式会社 光受信機の電力供給制御方法、並びに、デジタル信号処理回路および光受信機
CN103095374B (zh) * 2011-10-28 2016-04-20 富士通株式会社 偏振复用光通信***的自适应非线性均衡的方法和装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101247177A (zh) * 2007-02-16 2008-08-20 富士通株式会社 模数转换控制器、光接收装置和方法及波形失真补偿装置
US9673910B1 (en) * 2009-11-02 2017-06-06 Clariphy Communications, Inc. Single-chip transceiver with electronic dispersion compensation for coherent optical channels
CN105703826A (zh) * 2016-04-21 2016-06-22 北京邮电大学 一种用线性调频信号的分数阶傅里叶变换测量光纤色散的方法
CN105871456A (zh) * 2016-04-25 2016-08-17 华中科技大学 基于延迟采样的信号质量监测
CN107979423A (zh) * 2018-01-23 2018-05-01 国网上海市电力公司 一种引入色散隐藏时延的反馈混沌***
CN110048781A (zh) * 2019-04-17 2019-07-23 武汉邮电科学研究院有限公司 一种光信号调制格式的识别方法及装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chromatic Dispersion Estimation Based on CAZAC Sequence for Optical Fiber Communication Systems;Feilong Wu;《IEEE Access 》;20190930;全文 *
Polarization mode dispersion compensator based on anizotropic properties of spiral-bended single-mode fibers;O. V. Bondarenko;《2013 IX Internatioal Conference on Antenna Theory and Techniques 》;20131031;全文 *
基于色散补偿光纤的高速光纤光栅解调方法;李政颖;《物理学报》;20151231;全文 *

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