一种偏振模色散测量精度提升方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种偏振模色散测量精度提升方法和系统，所述方法包括：S1、将PMD测量信号按频谱特征进行多层分解，得到PMD测量信号的本征模态函数；S2、对分解后的PMD测量信号进行噪声滤除和信号重构，恢复PMD测量信号的真实极值个数，实现PMD测量精度提高。分解过程中无需知道噪声和有用信号的先验知识，也无需设置基函数，可实现非线性和非平稳信号的噪声自适应滤波；能够有效去除PMD测量中噪声的影响，恢复出不受噪声干扰的PMD测量信号，弥补了现有滤除噪声方法的不足。

Method and system for improving measurement precision of polarization mode dispersion

The present invention provides a polarization mode dispersion measurement precision improvement method and system, the method includes: S1, PMD signals were decomposed by spectrum characteristics, obtained intrinsic mode function PMD measurement signal; S2, noise filtering and signal reconstruction of PMD measurement after signal decomposition, a real number value recovery PMD signal, PMD measurement accuracy. No need to know the noise and useful signal prior knowledge of the decomposition process, there is no need to set the base function, can realize the nonlinear and non-stationary signal noise adaptive filter can effectively remove the influence of noise; PMD measurement of the recovered PMD measurement signal without noise interference, insufficient to make up for the existing noise filtering method.

【技术实现步骤摘要】
一种偏振模色散测量精度提升方法和系统
本专利技术涉及光纤通信
，更具体地，涉及一种偏振模色散测量精度提升方法和系统。
技术介绍
随着光纤通信系统中传输速率的不断提高，偏振模色散(PMD)对传输系统性能的影响也变得尤为突出，偏振模色散(PMD)是光纤的基本属性之一，它会引起信号的脉冲展宽，造成码间干扰，导致系统误码率升高。PMD会导致光信号脉冲在传输过程中不断展宽而使系统的传输质量迅速恶化，所以对偏振模色散测量技术的研究具有重要意义；随着光纤通信系统向着高速率、大容量、长距离和全光网络方向的发展，光纤的偏振模色散对光通信系统性能的影响越来越严重，精确测量偏振模色散并进行有效补偿的需求也越来越紧迫。由于偏振模色散的随机特性，测量难度大大增加。目前，国内外已经研究出了两大类PMD测量方法：时域测量和频域测量。时域测量主要包括光脉冲延迟法和干涉法，频域测量主要包括固定分析仪法、琼斯矩阵特征值法和米勒矩阵法。其中，固定分析仪法最容易实现，并具有测量范围大和测量速度快的优点，在大带宽光源和高分辨率光谱条件下，其测量范围可达百皮秒，且适用于被测光纤链路中含有掺铒光纤放大器(EDFA)的情形。但这种方法受噪声的影响很大，由噪声产生的“假峰值”使得极值个数严重偏离真实值，从而严重影响PMD测量结果的准确度，因此需要对检测到的信号进行去噪声处理。目前，常用的信号去噪声方法包括傅里叶变换法、小波变换法和维纳滤波法等。傅里叶变换法首先对包含噪声的信号进行傅里叶变换，将时域信号变换到频域，然后根据有用信号和噪声的不同频率分布特性，选择合适的滤波器去除噪声。这种基于频域滤波器的去噪方法在滤除噪声的同时也会滤除掉一部分有用信号，同时该方法是基于全局意义上的傅里叶变换，不具有局部的时频分析能力，对于非线性非平稳的信号很难获得真实的频谱，具有很大的局限性。小波变换法是在傅里叶变换法的基础上发展起来的一种能够处理非平稳信号的方法，基于有用信号与噪声的小波系数尺度特性的不同，根据预处理信号选择合适的小波基、分解层数以及合适的阈值对信号进行重构，在消除噪声的同时最大程度地保留了有用信号的系数，进而获得信号的最优估计，但是该方法中的最优小波基、分解层数和阈值的获取比较困难，需要经验和不断尝试才能获得合适的系数。维纳滤波法是一种从噪声中提取有用信号的线性滤波法，其实现原理是根据已知的有用信号和噪声的功率谱密度或相关函数，使用最小均方误差准则求解维纳-霍夫方程，从而实现信号的最佳线性估计，但该方法需要预先获得噪声和有用信号的先验知识，不具有自适应性，因此在应用上受到了限制。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种偏振模色散测量精度提升方法和系统，解决了现有测量方法中局限性大，对非线性和非平稳信号很难获得真实的频谱的问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种偏振模色散测量精度提升方法，包括：S1、将PMD测量信号按频谱特征进行多层分解，得到PMD测量信号的本征模态函数；S2、对分解后的PMD测量信号进行噪声滤除和信号重构，恢复PMD测量信号的真实极值个数，实现PMD测量精度提高。作为优选的，所述步骤S1具体包括：S11、通过固定分析仪法得到归一化的PMD测量信号；S12、采用经验模态分解法对PMD测量信号进行自适应分解，获得有限个频率从大到小排列且源于PMD测量信号自身的本征模态函数信号和一个余量信号。作为优选的，所述步骤S11中，将待测光纤输出的光信号分别经过检偏器和直接输出得到对应的输出光谱PA(λ)和PTOT(λ)，进而得到归一化的PMD测量信号作为优选的，所述步骤S12具体包括：S121、判断PMD测量信号是否满足本征模态函数条件，若否则进入步骤S122，若是则进入步骤S124；S122、提取PMD测量信号中的所有极大值与极小值，并基于极大值和极小值分别拟合出PMD测量信号的上下包络；S123、计算得到临时余量，将临时余量赋值给PMD测量信号，判断是否满足分解停止准则，若是则进入步骤S124，否则返回步骤S122；S124、得到一个本征模态函数信号，继续分解直至分解过程结束，得到多个本征模态函数信号和一个余量信号。作为优选的，步骤S123中，所述分解停止准则为：SD＜ε；式中，Eupp(λi)和Elow(λi)分别为PMD测量信号的上下包络；Rr(λi)为临时余量，PMD测量信号中λ对应的集合为[λ1,λ2···λN]，N为集合中所包含波长点的总个数。。作为优选的，所述步骤S124中，还包括测量剩余信号，并统计剩余信号的极值个数，若剩余信号的极值个数大于设定阈值则继续进行分解，得到下一个本征模态函数信号，否则分解过程结束。作为优选的，所述步骤S2中采用连续均方误差准则对经验模态分解法自适应分解获得的PMD测量信号进行重构及滤波处理。作为优选的，所述步骤S2具体包括：S21、计算本征模态函数信号的连续最小均方误差；S22、寻找使最小方差取最小值时的分界点；S23、将分界点对应阶数及之后的本征模态函数信号及剩余量累加求和，获得滤除噪声后的重建信号。作为优选的，所述本征模态函数信号的连续最小均方误差计算公式为：式中，IMFj(λi)为第j阶本征模态函数信号。一种偏振模色散测量精度提升系统，包括经验模态分解模块和信号重构模块；所述经验模态分解模块用于利用基于经验模态分解的自适应滤波法，对PMD测量信号进行自适应分解，获得有限个频率从大到小排列且源于PMD测量信号自身的本征模态函数信号和一个余量信号；所述信号重构模块用于利用连续均方误差准则进行噪声滤除及信号重构，恢复出PMD测量信号的真实极值个数，实现测量精度的提高。本申请提出一种偏振模色散测量精度提升方法和系统，首先根据PMD测量信号的频谱特征对其进行多层自适应分解，获得有限个频率从大到小排列且来源于测量信号自身的本征模态函数(IMF)，然后利用连续均方误差(CMSE)准则进行噪声滤波及信号重构；这种滤波策略完全由测量数据驱动，分解过程中无需知道噪声和有用信号的先验知识，也无需设置基函数，可实现非线性和非平稳信号的噪声自适应滤波；能够有效去除PMD测量中噪声的影响，恢复出不受噪声干扰的PMD测量信号，弥补了现有滤除噪声方法的不足，对非线性和非平稳信号具有良好的局部适应性和较高的鲁棒性，提高了PMD测量精度。附图说明图1为根据本专利技术实施例1的偏振模色散测量精度提升方法流程框图；图2为根据本专利技术实施例1的固定分析仪法测量偏振模色散实验装置示意图；图3为根据本专利技术实施例1偏振模色散测量精度提升方法的具体流程示意图；图4为根据本专利技术实施例2的PMD测量信号经EMD法滤除噪声前后对比示意图；图5为根据本专利技术实施例2的6.3km色散补偿光纤测量结果；图6为根据本专利技术实施例2的4.5km色散位移光纤测量结果；图7为根据本专利技术实施例2的12.8km标准单模光纤测量结果。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1如图1中所示，图中示出了一种偏振模色散测量精度提升方法，包括：S1、将PMD测量信号按频谱特征进行多层分解，得到PMD测量信号的本征模态函数；S2、对分解后的PMD测量信号进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏振模色散测量精度提升方法，其特征在于，包括：S1、将PMD测量信号按频谱特征进行多层分解，得到PMD测量信号的本征模态函数；S2、对分解后的PMD测量信号进行噪声滤除和信号重构，恢复PMD测量信号的真实极值个数，实现PMD测量精度提高。

【技术特征摘要】
1.一种偏振模色散测量精度提升方法，其特征在于，包括：S1、将PMD测量信号按频谱特征进行多层分解，得到PMD测量信号的本征模态函数；S2、对分解后的PMD测量信号进行噪声滤除和信号重构，恢复PMD测量信号的真实极值个数，实现PMD测量精度提高。2.根据权利要求1所述的偏振模色散测量精度提升方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：S11、通过固定分析仪法得到归一化的PMD测量信号；S12、采用经验模态分解法对PMD测量信号进行自适应分解，获得有限个频率从大到小排列且源于PMD测量信号自身的本征模态函数信号和一个余量信号。3.根据权利要求2所述的偏振模色散测量精度提升方法，其特征在于，所述步骤S11中，将待测光纤输出的光信号分别经过检偏器和直接输出得到对应的输出光谱PA(λ)和PTOT(λ)，进而得到归一化的PMD测量信号4.根据权利要求2所述的偏振模色散测量精度提升方法，其特征在于，所述步骤S12具体包括：S121、判断PMD测量信号是否满足本征模态函数条件，若否则进入步骤S122，若是则进入步骤S124；S122、提取PMD测量信号中的所有极大值与极小值，并基于极大值和极小值分别拟合出PMD测量信号的上下包络；S123、计算得到临时余量，将临时余量赋值给PMD测量信号，判断是否满足分解停止准则，若是则进入步骤S124，否则返回步骤S122；S124、得到一个本征模态函数信号，继续分解直至分解过程结束，得到多个本征模态函数信号和一个余量信号。5.根据权利要求4所述的偏振模色散测量精度提升方法，其特征在于，步骤S123中，所述分解停止准则为：SD＜ε；

【专利技术属性】
技术研发人员：席丽霞，潘潘，许恒迎，张晓光，张文博，唐先锋，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11