光网络中任意频谱形状信号的物理层损伤估计方法技术

一种光网络中任意频谱形状信号的物理层损伤估计方法，提出一种分量宽度的高斯噪声(CWGN)物理层损耗模型，该模型可以适用于任意频谱形状的信号；推导了CWGN模型的解析表达式，CWGN模型计算简单，适用于大多数网络。结果表明，CWGN模型可以避免在使用传统GN模型去估计包含级联滤波器的光纤网络时，产生的高达136％的PLI估计。136％的PLI估计。136％的PLI估计。

【技术实现步骤摘要】
光网络中任意频谱形状信号的物理层损伤估计方法


[0001]本专利技术涉及一种光网络中任意频谱形状信号的物理层损伤估计方法，提出一种分量宽度的高斯噪声(CWGN)物理层损耗(PLI)模型，该模型可以适用于任意形状频谱的需求。

技术介绍

[0002]弹性光网络(EON)已被视为满足未来通信网络日益增长的需求的潜在解决方案。当信号通过长距离光纤网络时，由于传输噪声的干扰，其传输质量受到损耗，该损耗统称为物理层损耗(PLI)。
[0003]在传统的网络架构和管理方案中，由于网络可扩展性和管理能力的限制，网络运营商和供应商更喜欢稳定和保守的PLI估计，以此来管理网络的上层，而无需担心物理层损耗造成的中断。此外，传统光纤网络不能在保持有效网络资源利用的同时解决物理层损耗的影响。这些网络需要更精确的物理层损耗估计，以便获得更多的网络信息并同时节省网络资源。
[0004]解决PLI这一问题在网络规划和资源分配中至关重要，因为它直接影响信号的传输质量(QoT)。由于数据传输的不确定性和人类活动的可变性，跨时间和空间的信息传输量的变化很大，此时传统的GN模型不能精确的提供PLI的估计。

技术实现思路

[0005]为了克服已有技术的不足，本专利技术提供了一种较为精确的提供PLI的估计的光网络中任意频谱形状信号的物理层损伤估计方法。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种光网络中任意频谱形状信号的物理层损伤估计方法，包括以下步骤：
[0008]1)构建物理层损耗：
[0009]在长距离传输中，非线性薛定谔方程由
[0010][0011]其中，是光场的变化复包络；z是传播距离；γ是光纤非线性系数；β2表示群速度色散参数；α是power衰减因子；t是时间轴；
[0012]在大规模的光网络中，考虑以下三种PLI：非线性噪声、色散和ASE噪声，分别对应于公式(1)右侧的三项；由于相干传输中的色散可以通过数字信号处理进行补偿，衰减引起的损耗可以通过使用光放大器进行补偿，因此只需要考虑非线性光纤干扰、由非线性和色散的相互作用引起的NLI和ASE噪声引起的损伤；
[0013]所有长距离光纤系统都使用光学放大器来补偿沿光纤的衰减；两个EDFA之间的光纤长度称为光纤跨度，表示为L，在给定0.2dB/km的光纤损耗的情况下，传输功率在每个跨度结束时衰减20dB；学放大过程将添加ASE噪声，其被建模为在一个跨度中具有每个极化的
PSD的加性高斯噪声，表示为
[0014][0015]其中，是一个跨度中每极化的ASE噪声功率谱密度PSD，h是普朗克常数，n
sp
是自发发射因子，α是光纤功率衰减，v是光频率，L是每跨度的光纤长度；假设EDFA的增益是频率平坦的，并且EDFA精确补偿每个光纤跨度的损耗；
[0016]GN模型用于分析估计NLI和PSD，NLI可分为自信道干扰SCI和交叉信道干扰XCI：
[0017][0018]表示每个跨度和每个极化的NLI PSD，表示SCI的PSD,表示XCI的PSD；对单跨度和单极化的PLI进行了建模；这些PLI可以在所有跨度上累加，以估计每个极化在每个链路中生成的PLI；对于特定信道，端到端光路QoT可以通过在组成它的所有链路上添加估计的PLI来近似；
[0019]2)构建NLI的高斯噪声模型：
[0020]设定光纤链路是色散未补偿的，即色散完全由数字信号处理补偿；信号PSD对于每个极化是相同的；光纤损耗被完全补偿；NLI PSD沿着独立于跨度的光路累积；并且信道的频谱是矩形的且不重叠；基于上述假设的情况下，GN模型用于准确估计信号的PLI；
[0021]SCI是由信道本身引起的，随信道的功率和带宽而变化，GN模型将SCI的PSD近似为下式给出的常数为
[0022][0023]其中G
p
代表P信道信号的PSD，假设在整个信号带宽上是恒定的，因素F
p,p
是非线性效率因子，则F
p,q
表示为：
[0024][0025]其中Li2是dilog函数，f
q
是信道q的中心频率,Δ
q
是信道q的带宽，并且ξ＝4π|β2|/α，利用渐近展开，可以通过考虑两种情况来简化dilog函数，p＝q和p≠q；为了近似SCI，使用p＝q，则
[0026][0027]其中ρ＝(π2|β2|)/2α,μ＝(3γ2)/(2πα|β2|).，当(Δ
p2
＞＞2α/(π2|β2|))时，反双曲正弦函数和对数函数是相似的，因此，等式(6)替换为：
[0028][0029]XCI是由信道之间的相互作用引起的，这取决于与信道共享链路的相邻信道的中心频率和带宽的差异，GN模型近似于信道q引起的XCI的PSD与信道p共享链接如：
[0030][0031]当p≠q时，XCI可以简化并进一步近似为：
[0032][0033]GN模型用于估计不具有矩形频谱的信道的XCI，在这种情况下，公式(7)和公式(9)中的Gp和Gq可以分别替代函数Gp(f)和Gq(f)实际PSD的最大值，PSD函数的最大值表示为
[0034]本专利技术的有益效果主要表现在：本专利技术提出了一种分量宽度的高斯噪声(CWGN)物理层损耗(PLI)模型，该模型可以适用于任意形状频谱的需求。CWGN模型计算简单，适用于大多数网络。结果表明，CWGN模型可以防止用GN模型估计包含级联滤波器的网络光路时产生的高达136％的PLI高估。
附图说明
[0035]图1是CWGN模型滚降系数和误差关系图。
[0036]图2是CWGN模型带宽和误差关系图。
[0037]图3是50GHZ下，CWGN模型对于其他信道带宽和误差还有滚降系数的综合关系图。
具体实施方式
[0038]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。
[0039]参照图1～图3，一种光网络中任意频谱形状信号的物理层损伤估计方法，使用表1中列出的参数估计通过单模光纤传输的信号的链路级PLI。虽然CWGN模型可以应用于任何频谱形状的信号，但将数值结果集中在使用RRC频谱的信号上。
[0040][0041]表1
[0042]所提出的CWGN模型利用关于信号脉冲整形的信息来提供更准确的干扰估计。假设已知信号和干扰信号所使用的中心频率、波特率和滚降因子(RoF)。
[0043]通过将所提出的CWGN模型与二重积分GN模型的结果进行比较来验证该模型，该模型作比较的基准，并被假设为非线性干扰的精确模型。CWGN模型显示出与基准几乎相同的结果，但与方程中为具有任意频谱的信号计算GN模型所需的二重积分相比，由于其闭式表达式，计算成本低得多。所示的估计误差定义为百分比误差，由下式给出：
[0044][0045]其中，NEE为标准误差估计，是由公式(7)和公式(9)中给出的GN模型估计的PSD，是由公本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光网络中任意频谱形状信号的物理层损伤估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)构建物理层损耗：在长距离传输中，非线性薛定谔方程由其中，是光场的变化复包络；z是传播距离；γ是光纤非线性系数；β2表示群速度色散参数；α是power衰减因子；t是时间轴；在大规模的光网络中，考虑以下三种PLI：非线性噪声、色散和ASE噪声，分别对应于公式(1)右侧的三项；由于相干传输中的色散可以通过数字信号处理进行补偿，衰减引起的损耗可以通过使用光放大器进行补偿，因此只需要考虑非线性光纤干扰、由非线性和色散的相互作用引起的NLI和ASE噪声引起的损伤；所有长距离光纤系统都使用光学放大器来补偿沿光纤的衰减；两个EDFA之间的光纤长度称为光纤跨度，表示为L，在给定0.2dB/km的光纤损耗的情况下，传输功率在每个跨度结束时衰减20dB；学放大过程将添加ASE噪声，其被建模为在一个跨度中具有每个极化的PSD的加性高斯噪声，表示为的加性高斯噪声，表示为其中，是一个跨度中每极化的ASE噪声功率谱密度PSD，h是普朗克常数，n
sp
是自发发射因子，α是光纤功率衰减，v是光频率，L是每跨度的光纤长度；假设EDFA的增益是频率平坦的，并且EDFA精确补偿每个光纤跨度的损耗；GN模型用于分析估计NLI和PSD，NLI可分为自信道干扰SCI和交叉信道干扰XCI：GN模型用于分析估计NLI和PSD，NLI可分为自信道干扰SCI和交叉信道干扰XCI：表示每个跨度和每个极化的NLI PSD，表示SCI的PSD,表示XCI的PSD；对单跨度和单极化的PLI进行了建模；这些PLI可以在所有跨度上累加，以估计每个极化在每个链路中生成的PLI；对于特定信道，端到端光...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐禺昕，陶沁哲，卢为党，邢航，黄国兴，张昱，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：