一种偏振相关损耗估计方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种偏振相关损耗估计方法及系统，在发送端，在子载波复用SCM信号中，每个子载波间设置有保护带宽；在两个偏振方向上，在保护带宽中插入一个频域的导频信号FPT；两个FPT的频率互不相同且不能相互对称；在接收端，对PDL进行估计。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术能够对光纤链路PDL进行监测，简单实用，取得了非常好的技术效果。得了非常好的技术效果。得了非常好的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种偏振相关损耗估计方法及系统


[0001]本专利技术涉及光通信领域，尤其涉及一种偏振相关损耗估计方法及系统。

技术介绍

[0002]随着5G/6G、物联网、云计算等新兴技术的不断涌现，当前网络正在向更灵活、动态的方向演进，以满足这些新兴应用的需求。基于软件定义网络的新型网络架构可以根据用户需求及信道参数灵活调配网络资源，实现网络的自动化动态管理。在这一过程中，为了更准确地分配系统运行裕度，需要准确表征信道性能和参数不确定性。在各种链路参数中，由链路中偏振相关器件引起的偏振相关损耗(PDL)是偏振复用(PM)系统中的主要损伤。PDL主要存在于可重构光分插复用器(ROADM)等元件中。PDL将导致两个偏振支流之间的信噪比(SNR)出现差异，该差异取决于PDL的主轴方向。由于光的偏振态在光纤随机变化，PDL对信道性能产生随机影响。因此，需要分配额外的运行裕度来保证信道的可用性。为了减少不必要的系统余量，可以通过对PDL的实时估计，从而减小由PDL带来的不确定性。
[0003]为了减小PDL所引入的不确定性，对PDL进行监测是很有效的方法。可以利用调幅导频来监测从发射端到接收端的累积PDL。然而，该方案监测所得是由PDL引入的正交偏振功率比，而不是PDL本身。只有当信号的偏振方向与PDL的主轴方向一致时，两者才相等；也可以在斯托克斯空间由Stokes矢量估计PDL，但该方案需要额外的复杂度进行琼斯空间和斯托克斯空间的转换；此外，可以利用PDL引起的信噪比(SNR)分布来估计ROADM的PDL，但在实际链路中除了PDL之外，还有其他因素影响SNR，因此，其PDL估计的准确性还有待研究。为了准确估计链路中偏振相关元器件的PDL，Zhiping Jiang提出每个PDL器件之后插入APT探测器，直接由两个偏振的APT功率估计PDL，但该方案在当前网络中无法实现，需要重新部署APT探测器。在实际光纤链路中，迫切需要的简单实用的PDL监测方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种偏振相关损耗估计方法，在发送端，在子载波复用SCM信号中，每个子载波间设置有保护带宽；在两个偏振方向上，在保护带宽中插入一个频域的导频信号FPT；两个FPT的频率互不相同且不能相互对称；在接收端，对PDL进行估计。
[0005]作为本专利技术的进一步改进，FPT置于信号频谱带内或置于信号频谱带外。
[0006]作为本专利技术的进一步改进，发射信号表示为：
[0007][0008]其中E
x/y
(t)和S
x/y
(t)分别表示X/Y偏振的发射信号和SCM信号，A，ω1和ω2分别表FPT的幅度和角频率，j是虚数单位，t为时间；
[0009]接收信号表示为：
[0010][0011]其中R
x/y
(t)，Δω，和n(t)分别代表接收到的X/Y偏振信号，发射端激光和本振光之间的频偏、载波相位噪声和加性高斯白噪声；M
SOP
为偏振旋转及PDL矩阵，表示为：
[0012][0013]其中，R(θ，ε，η)为偏振旋转矩阵，θ为偏振的方位旋转角，ε，η为相位旋转角；D(ρ)为PDL矩阵，ρ为两个连个偏振间的分光比，以分贝为单位的PDL表示为Γ(dB)＝10log
10
(1+ρ)/(1
‑
ρ)，m
11
、m
12
、m
21
和m
22
是矩阵M
SOP
元素；通过比较接收信号FPT和发射信号FPT的频率差估计频率偏移Δω，估计频偏后，将FPT的频率移至零频，用低通滤波器分别提取两个偏振态上FPT：
[0014][0015][0016]其中，H{
·
}表示低通滤波器操作，得到光纤偏振旋转以及PDL矩阵的估计：
[0017][0018]式中常数项A通过由功率归一化消除，从式(6)中可以看出，在PDL的存在下，利用FPT依然可以准确的估计偏振旋转和PDL的合矩阵；再得到偏振旋转和PDL的估计矩阵W后，计算矩阵W与其转置共轭矩阵乘积的特征值，由该特征值即可对PDL进行估计；令T＝W
·
W
H
，其中{
·
}
H
为转置共轭运算，设λ1和λ2为矩阵T的特征值，则估计的PDL表示为：PDL
es
＝|10lg(λ1/λ2)|。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，低通滤波器操作用滑动窗口平均的方式实现，以降低计算复杂度。
[0020]本专利技术还提供了一种偏振相关损耗估计系统，包括发射端DSP、根升余弦滤波器、数模转换模块、双偏振IQ调制器、双偏振相干光接收机、模数转换器、数字信号处理模块，由发射端DSP生成各子载波的所加载的相互独立随机比特序列，分别映射为所需调制格式信号，使用根升余弦滤波器分别对信号进行整形；整形后信号经行子载波复用SCM，SCM信号相邻子载波间预留保护带宽保护，相邻子载波不重叠；在两偏振信号保护带宽内各插入1个FPT，两偏振的FPT的频率互不相同，且不对称；通过数模转换模块将信号转换为模拟信号，并驱动双偏振IQ调制器，被调制信号加载到标准单模光纤传输至接收端；信号光和本振光由双偏振相干光接收机接收，接收的信号由模数转换器转化为数字信号，所得电信号经过数字信号处理模块处理，估计光纤链路的PDL。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，调制格式包括但不限于QASK、16QAM、64QAM。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述数字信号处理模块首先对接收端器件的IQ时延和不平衡进行补偿，然后，通过计算两个FPT的频率发射的FPT频率之间的偏差来估计频率偏移，随后，分别提取两个偏振上的所有FPT，得到估计的偏振旋转和PDL的合矩阵W；由W及其
转置共轭的乘积得到新矩阵T，计算新矩阵T的特征值，由新矩阵T的特征值直接估计光纤链路的PDL。
[0023]作为本专利技术的进一步改进，由低通滤波器分别提取两个偏振上的所有FPT。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，所提取的FPT经归一化后即得到估计的信号偏振旋转和PDL的合矩阵W。
[0025]本专利技术的有益效果是：本专利技术能够对光纤链路PDL进行监测，简单实用，取得了非常好的技术效果。
附图说明
[0026]图1(a)和图1(b)是发射信号频谱图，其中，图1(a)是X偏振信号频谱图；图1(b)是Y偏振信号频谱图；
[0027]图2是相干光通信的模型示意图；
[0028]图3是PDL估计流程图。
具体实施方式
[0029]本专利技术公开了一种偏振相关损耗估计方法及系统，该偏振相关损耗估计方法及系统是一种适用于相干光通信系统光纤链路PDL估计方案。
[0030]图1(a)和(b)所示为本专利技术实施例之一的发射信号频谱图，在子载波复用(SCM)信号中，每个子载波间设置有保护带宽。在两个偏振方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种偏振相关损耗估计方法，其特征在于：在发送端，在子载波复用SCM信号中，每个子载波间设置有保护带宽；在两个偏振方向上，在保护带宽中插入一个频域的导频信号FPT；两个FPT的频率互不相同且不能相互对称；在接收端，对PDL进行估计。2.根据权利要求1所述的偏振相关损耗估计方法，其特征在于：FPT置于信号频谱带内或置于信号频谱带外。3.根据权利要求1或2所述的偏振相关损耗估计方法，其特征在于：发射信号表示为：其中E
x/y
(t)和S
x/y
(t)分别表示X/Y偏振的发射信号和SCM信号，A,ω1和ω2分别表FPT的幅度和角频率，j是虚数单位，t为时间；接收信号表示为：其中R
x/y
(t),Δω,和n(t)分别代表接收到的X/Y偏振信号，发射端激光和本振光之间的频偏、载波相位噪声和加性高斯白噪声；M
SOP
为偏振旋转及PDL矩阵，表示为：其中，R(θ，ε，η)为偏振旋转矩阵，θ为偏振的方位旋转角，ε，η为相位旋转角；D(ρ)为PDL矩阵，ρ为两个连个偏振间的分光比，以分贝为单位的PDL表示为Γ(dB)＝10log
10
(1+ρ)/(1
‑
ρ)，m
11
、m
12
、m
21
和m
22
是矩阵M
SOP
元素；通过比较接收信号FPT和发射信号FPT的频率差估计频率偏移Δω，估计频偏后，将FPT的频率移至零频，用低通滤波器分别提取两个偏振态上FPT：用低通滤波器分别提取两个偏振态上FPT：其中，H{
·
}表示低通滤波器操作，得到光纤偏振旋转以及PDL矩阵的估计：式中常数项A通过由功率归一化消除，从式(6)中可以看出，在PDL的存在下，利用FPT依然可以准确的估计偏振旋转和PDL的合矩阵；再得到偏振旋转和PDL的估计矩阵W后，计算矩阵W与其转置共轭矩阵乘积的特征值，由该特征值即可对PDL进行估计；令...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨彦甫，范林生，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：