分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法技术

本发明专利技术涉及一种分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法，属于光通信技术领域。本发明专利技术方法对光纤链路输出的光脉冲信号进行相干解调，得到光脉冲信号的复数场，再对复数场进行分数阶傅里叶变换，根据啁啾信号分数谱的能量聚焦效应，计算分数阶傅里叶变换的最优分数阶次，再由最优分数阶次计算出光纤链路的色散；本方法能用于不同种类光纤组成的光通信链路系统，进行光纤链路色散的监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法，属于高速光通信
本方法能应用于不同种类光纤组成的光通信链路系统，进行光纤链路色散的监测。
技术介绍
单色光经过数据调制之后，光信号的频谱展宽，不同频率成分的传输速度不同，导致不同频率的光到达的时间不同，即色散效应。在光纤数字通信系统中，色散效应导致脉冲展宽，限制了系统可传输信号的最高速率。系统的调制格式和光信号的符号速率对色散容限的影响都很大。例如对于10Gbps系统，标准单模光纤的无补偿传输距离约为60km，而40Gbps系统的传输距离仅为3.5km。因此，在光纤通信系统和网络中，需要对光纤链路的色散进行实时监测和均衡。传统光纤色散测量方法主要有频谱分析法、残留边带滤波法、非线性光谱分析法等。频谱分析法主要有射频导频法和时钟频率法。射频导频法采用射频导频为监测对象，在发射机中加入一个射频导频，其带宽小于信号带宽，在光纤传输中，导频与信号经历相同的色散。无色散状态下，导频的上下边带相位相同，接收功率最大；存在色散时，其上下边带产生相位差，在接收端出现射频功率的衰减，通过测量导频功率测量色散。导频频率高，则监测的灵敏度大，但可监测范围变小，反之则监测范围大，灵敏度低，二者为一对矛盾。同时加载高频和低频两种导频，可以改善色散监测的动态范围和灵敏度。以导频调制进行色散监测的局限性在于无法区分色散的正负，而且需要对发射机进行改造。时钟频率法通过提取被测光信号的时钟频率成分，监测时钟频谱功率的变化来测量色散。提取时钟频率分量测量光纤色散虽然无需改造发射机，但是仍然无法区分色散的正负。残留边带滤波法使用带通滤波器将光信号分别进行上、下边带的滤波，通过检测两个残留边带信号的时延差，可以测量光纤的色散。在光电变换之后，将两路残留边带信号进行相位检测，可以得到两路信号的相位差，间接测量光纤色散。残留边带滤波法无需对发射机进行改动，灵敏度高，能够区分色散的正负，同时不受偏振模色散，非线性双折射和啁啾的影响。但其带通滤波器的带宽等于信号的比特率，对信号速率不透明。非线性光谱分析法的原理是：色散导致光信号时域脉冲展宽，峰值功率下降，使光纤产生的非线性效应降低，通过带通滤波器的光功率将减小，因此通过测量滤波器之后的光功率变化可以监测色散的变化。此方法的局限在于无法分辨色散的正负，并且色散和非线性的相互作用会影响色散监测的准确性。以上方法各有其缺点，无法对实际运行的光纤链路进行无干扰、调制格式透明、信号速率透明的色散监测。因此如何对超高速光纤通信链路的色散进行无扰、实时准确地测试是当前的难题，亟需解决。
技术实现思路
专利技术的目的是为解决超高速光纤链路色散无扰、实时准确测试的难题，提出了一种分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法，能准确测量光纤链路的色散。专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法中心思想为光纤链路的色散使光脉冲信号变成啁啾信号，根据啁啾信号在分数阶傅里叶变换中具有能量聚焦效应，计算分数阶傅里叶变换的最优分数阶次，再由最优分数阶次计算出光纤链路的色散；具体包括如下步骤：步骤一、对光纤传输后的光脉冲信号进行相干解调，得到光脉冲信号电场的实部EI和虚部EQ，再计算复数电场E＝EI+jEQ，其中，j是虚数单位；步骤二、对步骤一得到的光脉冲信号的复数场进行分数阶傅里叶变换，根据啁啾信号分数谱的能量聚焦效应，搜索分数阶傅里叶变换的最优分数阶次ρoptimum，搜索最优分数阶次的方法包括分数阶频谱熵、最优滤波算子、零中心归一化瞬时幅度谱密度最大、分数阶幅度谱方差最大。步骤三、计算光脉冲信号的啁啾；具体方法为：根据步骤二得到的最优分数阶次ρoptimum，计算光脉冲信号的啁啾系数S为分数阶傅里叶变换中的尺度因子，其取值为N是信号的采样点数；步骤四、计算光纤链路的色散为其中λ0为光脉冲信号的中心波长。搜索分数阶傅里叶变换的最优分数阶次ρoptimum，可以采用的方法包括分数阶幅度谱方差最大；其方法为，计算不同分数阶次傅里叶变换得到的分数谱幅度的方差，分数谱幅度方差的最大值对应的分数阶次为最优分数阶次ρoptimum；具体为，分数阶次ρi按照固定的步长Δ在[0,2]范围内变化ρi＝ρi-1+Δ对每个分数阶次分别进行分数阶傅里叶变换，计算每一个分数阶次傅里叶变换的幅度谱的方差σi，再计算所有幅度谱方差的最大值，得到幅度谱方差最大值对应的分数阶次为最优分数阶次ρoptimum。有益效果1.依据本专利技术方法设计的光纤链路色散测量系统能够准确测量色散，测量范围宽，测量误差低；2.依据本专利技术方法设计的光纤链路色散测量系统结构简单，易于实现，无需对发射机进行改变。3.本专利技术可适用于多种调制格式和不同传输速率，包括OOK、QPSK，QAM等；4.依据本专利技术方法设计的光纤链路色散测量系统测量方法简单，测量参数容易确定。因此，本专利技术符合高速光纤通信链路、光网络对色散的监测要求，能够用于高速光纤通信系统中对色散进行监测和均衡。本专利技术方法应用于光纤通信链路，进行光纤色散监测；适用于不同种类光纤、多种调制格式、多种符号速率的光纤通信链路。本专利技术简单易集成，满足光纤通信链路在线、无扰实时监测的要求，对色散进行便捷准确的测量。附图说明图1为本专利技术权利要求1中分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法的流程图；图2为本专利技术权利2中最优分数阶次搜索方法的流程图；图3为具体实施方式中分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的系统结构示意图；图4为具体实施方式中分数傅里叶变换色散计算模块的结构图；图5为具体实施方式中光纤输出的光脉冲经过不同阶次分数阶傅里叶变换得到的分数谱幅度图；图6为具体实施方式中不同长度光纤输出的光脉冲经分数阶傅里叶变换的最优分数阶次与相应测量的光纤色散值；图7为具体实施方式中光脉冲经不同长度的标准单模光纤传输后，分数阶傅里叶变换方法测量的色散结果。图8为载波波长为1550nm的10Gbit/s OOK光信号经不同长度标准单模光纤传输后，分数阶傅里叶变换方法测量的色散值与实际色散值的对比。具体实施方式为了更好的说明本专利技术的目的和优点，下面结合附图和实施例对
技术实现思路
做进一步说明。本专利技术方法的分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的流程如图1所示。具本文档来自技高网...

【技术保护点】
分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法，其特征在于：光纤链路的色散使光脉冲信号变成啁啾信号，根据啁啾信号在分数阶傅里叶变换中具有能量聚焦效应，计算分数阶傅里叶变换的最优分数阶次，再由最优分数阶次计算出光纤链路的色散；具体包括如下步骤：步骤一、对光纤传输后的光脉冲信号进行相干解调，得到光脉冲信号电场的实部EI和虚部EQ，再计算复数电场E＝EI+jEQ，其中，j是虚数单位；步骤二、对步骤一得到的光脉冲信号的复数场进行分数阶傅里叶变换，根据啁啾信号分数谱的能量聚焦效应，搜索分数阶傅里叶变换的最优分数阶次ρoptimum，搜索最优分数阶次的方法包括分数阶频谱熵、最优滤波算子、零中心归一化瞬时幅度谱密度最大、分数阶幅度谱方差最大；步骤三、计算光脉冲信号的啁啾；具体方法为：根据步骤二得到的最优分数阶次ρoptimum，计算光脉冲信号的啁啾系数S为分数阶傅里叶变换中的尺度因子，其取值为N是信号的采样点数；步骤四、计算光纤链路的色散为其中λ0为光脉冲信号的中心波长。

【技术特征摘要】
1.分数阶傅里叶变换测量光纤链路色散的方法，其特征在于：光纤链
路的色散使光脉冲信号变成啁啾信号，根据啁啾信号在分数阶傅里叶变换
中具有能量聚焦效应，计算分数阶傅里叶变换的最优分数阶次，再由最优
分数阶次计算出光纤链路的色散；
具体包括如下步骤：
步骤一、对光纤传输后的光脉冲信号进行相干解调，得到光脉冲信号
电场的实部EI和虚部EQ，再计算复数电场E＝EI+jEQ，其中，j是虚数单
位；
步骤二、对步骤一得到的光脉冲信号的复数场进行分数阶傅里叶变换，
根据啁啾信号分数谱的能量聚焦效应，搜索分数阶傅里叶变换的最优分数
阶次ρoptimum，搜索最优分数阶次的方法包括分数阶频谱熵、最优滤波算子、
零中心归一化瞬时幅度谱密度最大、分数阶幅度谱方差最大；
步骤三、计算光脉冲信号的啁啾；具体方法为：根据步骤二得到的最
优分数阶次ρo...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨爱英，陈晓宇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11