基于延时采样的光性能监测

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1、基于延时采样的光性能监测第一章绪论1.1研究意义光通信系统中传输速率和传输距离的增加，限制了系统的可操作性，未来光网络的透明性、动态性和灵活性，增加了网络管理的复杂度，同时也带来了各种类型的光信号损伤，严重影响了信号的传输质量，光性能监测技术OPM的出现，可有效地解决上述问题。传统的光通信网络主要以相对静态的形式存在，需要遵循严格的技术操作指标，某一个参数超出指标就能引起整个光网络的性能下降。由于各个参数可以随着时间的变化而改变，操作和管理现有的网络便需要大量的劳动力资源。带宽的不断增加和传输速率的提高产生了更加复杂的光网络，如果传输产生错误，将引起更多参数的

2、变化，缩小了平均故障间隔期，并使平均修复时间增加。将来的IEEE100Gb/s标准，提供了更大的带宽，更高的数据传输速率，及比较高级的调制形式，但网络的可操作性将受到限制。为解决这一问题，智能网络的构建显得尤为必要，当参数变化时，它能够实现对本身的网络操作管理[1-3]。较大的带宽和较低的成本是光网络的发展目标，可通过提高传输速率和传输距离实现，但是会受到理论及实际层面技术的限制[4]。光传输系统引入窗口的概念来阐述传输系统的可操作性[5]，如图1-1所示。从实际意义讲，窗口开放的越大越好。超长距离和全光网络的发展，缩小了可操作性的窗口，某种程度上是网络管理的

3、复杂性的原因。高速率的引入同样对光传输系统提出挑战，这种情况下，信号传输损伤如色度色散CD、偏振模色散PMD和非线性导致了窗口的缩小[6]。OPM技术即是一种可行的方法扩大窗口，提高光网络的可操作性或实现信道处理在小窗口内进行，进一步保证高性能光网络的快速发展。.1.2OPM研究内容及技术信号中断监测是指对在线器件故障和光纤断裂等的监测。器件故障指单个或多个器件未正确安装，或网络攻击等。出现故障概率较大的器件有掺铒光纤放大器EDFA和光交叉连接OXC，无源的器件阵列波导光栅AD）、Q因子、偏振态（PolarizationState）、非线性失真、脉冲形状、抖动

4、（Jitter）、消光比（ER）、串扰（Crosstalk）、眼图等属于模拟参数。模拟参数监测方法将光信号波形看做模拟波形，并对波形的特性进行研究。为保证长距离传输，CD、OSNR和PMD应得到有效监测和控制。本文主要研究光性能监测的信号质量监测方面，由于需要监测的参数较多，第二章将详细介绍常见的信号损伤，CD、OSNR和PMD，也是本文的主要研究对象。第二章光性能监测OPM2.1OPM理论模型本文所用到的OPM理论模型如图2-1所示，包括发送端、传输链路和接收端。发送端包括激光源、脉冲发生器和马赫-曾德尔调制器（Mach-ZehnderModulator，M

5、ZM），主要实现将电信号转换为光信号，并发送到光纤中。传输链路提供了光信号的传输信道，包括光纤、衰减器Att、放大器EDFA和PMD模拟器，可模拟出信道中所存在的信号损伤。接收端包括光带通滤波器、光电转换器O/E、低通滤波器、采样模块和数据处理模块，实现了光信号向初始电信号的转换，以及采样后的数据处理。本文仿真系统的发送端，采用OOK调制方式对信号进行调制。由于此调制方式的发送设备和接收设备的结构简单，并且功耗比较低，广泛应用于现有的光通信网络中，随着系统传输速率的提升，OOK链路的信号性能监测也显得愈发重要。如图2-4所示，完整的光传输系统包括发送端、光纤、

6、放大器、接收端等，每个部分都会存在不同程度的光损伤。发送端存在的损伤有功率损耗、波长漂移、啁啾等。光纤中存在光损耗、色度色散CD、偏振模色散PMD及非线性损伤SPM、XPM等。放大器引入了ASE噪声、具有增益波动和功率饱和等问题。光网络中的损伤包括波长对准、功率状态、线性串扰等。接收端则存在噪声、带宽及灵敏度等问题。.2.2仿真平台设计本文用到的软件有MATLAB（R2010b）、OptiSystem7.0和OriginPro8。MATLAB和OriginPro主要用于对发送或接收信号、数据进行处理。OptiSystem是光通信系统仿真软件，模拟信号在单模光纤

7、中的传输。本文基于OptiSystem所搭建的光性能监测仿真设计平台如图2-11所示，仿真系统包括发送端、传输链路和接收端。发送端产生10-Gb/s或40-Gb/sNRZ-OOK信号。具体包括激光器、伪随机序列发生器PRBS、NRZ脉冲序列发生器、MZM调制器。激光器线宽为0.1MHz，频率193.1THz，PRBS产生10/40Gb/s的伪随机序列，脉冲发生器产生NRZ脉冲，10GHz的NRZPRBS通过MZM调制到光载波上。传输链路包括标准单模光纤（SMF）和色散补偿光纤（DCF）。标准单模光纤SMF用于模拟色散的大小，光纤的参考波长1550nm，放大器对

8、光纤损耗进行补偿，衰减器与EDFA放大