調(diào)制格式無關(guān)光信號速率識別方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖通信，信號識別和數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及光信號碼元 速率識別及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光通信技術(shù)的迅速發(fā)展，光通信網(wǎng)絡(luò)承載了越來越多的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。不同 的業(yè)務(wù)有不同的帶寬和速率要求，因此光信號需要采用不同的碼元速率和調(diào)制格式去滿足 不同需求。這使得同一光網(wǎng)絡(luò)中可能傳輸不同速率和不同調(diào)制格式的光信號。在這種異構(gòu) 光網(wǎng)絡(luò)中物理層光性能監(jiān)測（OPM)技術(shù)對于系統(tǒng)的優(yōu)化和管理顯得尤為重要。借助OPM技 術(shù)可實(shí)現(xiàn)信道的識別，帶寬的分配和信號質(zhì)量監(jiān)測等功能。多數(shù)情況下，實(shí)現(xiàn)這些OPM功能 都必須已知光信號碼元速率。因此與調(diào)制格式無關(guān)且對信號損傷不敏感的光信號碼元速率 識別方法成為國內(nèi)的研宄熱點(diǎn)。
[0003] 目前提出的光信號碼元速率識別方案主要有三種。如利用一階自相關(guān)函數(shù)ACFi 曲線零延時脈沖寬度對開關(guān)鍵控（OOK)格式信號的碼元速率進(jìn)行識別。其原理簡單，但準(zhǔn) 確性受信號損傷影響較大。另有一種方案利用二階自相關(guān)函數(shù)ACF2曲線的周期性等于信 號碼元周期的特性實(shí)現(xiàn)對OOK信號和非歸零二進(jìn)制差分相移鍵控（NRZ-DPSK)信號碼元速 率的識別。這種方法抗損傷性能有所提高，但是適用的調(diào)制格式類型有限，不能用于各種不 同占空比的歸零（RZ)二進(jìn)制/四進(jìn)制相移鍵控（RZ-DPSK/QPSK)和16進(jìn)制正交幅度調(diào)制 (16QAM)等高級調(diào)制格式信號。這是由于這類信號二階自相關(guān)函數(shù)周期不等于碼元周期， 因此會產(chǎn)生誤判。也有研宄機(jī)構(gòu)提出利用異步采樣強(qiáng)度直方圖和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別信號速 率，這種方法能夠適用于高級調(diào)制格式信號，但是使用前需要復(fù)雜的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過 程，在只能適用于具有特定碼元速率和調(diào)制格式的信號，不能實(shí)現(xiàn)與調(diào)制格式無關(guān)的碼元 速率識別。
[0004] 因此，需要研宄一種適用于各種常用調(diào)制格式的，對信號損傷不敏感的，結(jié)構(gòu)簡 單，性價比高的光信號碼元速率識別方法和系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出適用于各種常用光調(diào)制格式，并且可以在全盲 條件下準(zhǔn)確識別光信號碼元速率的方法及系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的對信號調(diào)制格式 不透明，對信號損傷敏感，以及使用復(fù)雜的缺陷。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種對調(diào)制格式無關(guān)的全盲光信號碼元速率識 別方法，該方法涉及光放大器，光濾波器，3dB分光器，可調(diào)光延時線TOD，光探測器，模數(shù)轉(zhuǎn) 換器，以及主控模塊，包括以下步驟：
[0007] 待識別光信號首先進(jìn)入所述光放大器放大至一定功率，再經(jīng)所述光濾波器濾除噪 聲，然后輸入所述3dB分光器，按功率平均分為L1、L2兩路；所述L1路光信號作為參考信號 輸入所述光探測器H)1，L2路光信號進(jìn)入所述TOD經(jīng)過一定延時后輸入所述光探測器TO2 ;
[0008] 所述光探測器roi、PD2分別將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡蠓謩e輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1、 ADC2,所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1、ADC2分別以低于信號碼元速率的速率進(jìn)行異步采樣得到采樣 序列&、X2，并將采樣序列Xp12輸入到所述主控模塊；
[0009] 所述主控模塊驅(qū)動所述TOD產(chǎn)生N個間隔為lps的步進(jìn)延時t^t2，…，tN，N 為大于3的自然數(shù)，并利用每個延時下記錄的所述采樣序列X2分別計算光信號的一階、 二階自相關(guān)函數(shù)ACFpACF2;利用正弦函數(shù)擬合分別得到ACF:和ACF2的振幅和周期；最后 選擇振幅較大的函數(shù)周期作為碼元周期T，輸出碼元速率為1/T。
[0010] 本發(fā)明同時提出了對信號調(diào)制格式無關(guān)的信號碼元速率識別系統(tǒng)，包括光放大 器，光濾波器，3dB分光器，可調(diào)光延時線TOD，光探測器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，以及主控模塊；
[0011] 所述光放大器，用于將光信號放大至一定功率以適合于光探測探測；
[0012] 所述光濾波器，用于濾除光信號帶外噪聲；
[0013] 所述3dB分光器，用于將光信號按功率平均分配到兩個支路中；
[0014] 所述TOD，對一個支路光信號進(jìn)行延時，并在主控模塊控制下產(chǎn)生N個間隔為lps 的步進(jìn)延時T p T 2，…，T N;
[0015] 所述光探測器，用于將兩個支路輸出的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；
[0016] 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC用于對光探測器輸出電流進(jìn)行采樣和量化后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號；
[0017] 所述主控模塊，用于驅(qū)動所述TOD產(chǎn)生N個間隔為lps的步進(jìn)延時Tp T2，…， TN，并計算光信號的碼元周期和速率。
[0018] 所述可調(diào)光延時線用可調(diào)電延時線替代，并放置于該路光探測的輸出端。
[0019] 所述光探測器為高速光探測器。
[0020] 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為異步采樣模式，采樣速率低于信號速率。
[0021] 本發(fā)明無需任何光信號調(diào)制格式的先驗信息，實(shí)現(xiàn)未知信號調(diào)制格式下信號碼元 周期和速率的準(zhǔn)確判斷。本發(fā)明適用于各種常用調(diào)制格式和速率的光信號，對各種損傷不 敏感，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速率要求低，具有適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，性價比高的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0022] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說明。
[0023] 圖1為本發(fā)明具體實(shí)施的碼元速率識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖2 (a)為lOGBaudRZ-BPSK/QPSK信號在光信噪比為20dB時的一階自相關(guān)函數(shù) ACFifi線圖。
[0025] 圖2(b)為lOGBaudRZ-BPSK/QPSK信號在光信噪比為20dB時的二階自相關(guān)函數(shù) 八0匕曲線圖。
[0026] 圖3(a)為lOGBaud非歸零（NRZ)OOK和RZ-00K信號的一階自相關(guān)函數(shù)ACFi曲線 圖。
[0027] 圖3(b)為lOGBaud非歸零（NRZ)OOK和RZ-00K信號的和二階自相關(guān)函數(shù)ACF^ 線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 如圖1所示的光信號碼元速率識別系統(tǒng)包括：光放大器OA1，光濾波器2, 3dB分 光器3,可調(diào)光延時線T0D4,高速光探測器5、6,低速模數(shù)轉(zhuǎn)換器7、8,以及主控模塊9。
[0029] 本發(fā)明具體實(shí)施的調(diào)制格式自適應(yīng)光信號速率識別方法具體包括如下步驟：
[0030] 1)待識別光信號經(jīng)過所述光放大器1放大至一定功率后經(jīng)光濾波器2濾除帶外噪 聲，再輸入3dB分光器3,將光信號按功率平均分為LI、L2兩路。
[0031] 2)L1路光信號作為參考支路輸入高速光探測器5,L2路光信號通過可調(diào)光延時線 4產(chǎn)生一定延時后進(jìn)入高速光探測器6。
[0032] 3)高速光探測器5、6將各自支路光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⒎謩e將其輸入低速模數(shù) 轉(zhuǎn)換器7、8。
[0033] 4)模數(shù)轉(zhuǎn)換器7、8以低于信號碼元速率的速率進(jìn)行異步采樣并將采樣信號轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號序列XdPX2輸入到主控模塊9。
[0034] 5)主控模塊9驅(qū)動可調(diào)光延時線4產(chǎn)生一系列N個間隔為1皮秒的延時，N為大 于3的自然數(shù)。并利用每個延時下分別記錄的采樣序列XJPX2，通過用公式（1)計算光信 號的一階自相關(guān)函數(shù)
【主權(quán)項】
1. 一種調(diào)制格式自適應(yīng)光信號速率識別方法，其特征在于，設(shè)及光放大器，光濾波器， 3地分光器，可調(diào)光延時線TOD，光探測器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，W及主控模塊，包括W下步驟： 待識別光信號首先進(jìn)入所述光放大器放大至一定功率，再經(jīng)所述光濾波器濾除噪聲， 然后輸入所述3地分光器，按功率平均分為11、L2兩路；所述L1路光信號作為參考信號輸 入所述光探測器PD1，L2路光信號進(jìn)入所述TOD經(jīng)過一定延時后輸入所述光探測器PD2 ; 所述光探測器PDUPD2分別將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡蠓謩e輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1、 ADC2,所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1、ADC2分別W低于信號碼元速率的速率進(jìn)行異步采樣得到采樣 序列Xi、X,，并將采樣序列Xi、X,輸入到所述主控模塊； 所述主控模塊驅(qū)動所述TOD產(chǎn)生N個間隔為Ips的步進(jìn)延時Ti，T2,…，Tw，N為大 于3的自然數(shù)，并利用每個延時下記錄的所述采樣序列Xi、X2分別計算光信號的一階、二階 自相關(guān)函數(shù)ACFi、ACF2;利用正弦函數(shù)擬合分別得到ACF 1和ACF 2的振幅和周期；最后選擇 振幅較大的函數(shù)周期作為碼元周期T，輸出碼元速率為1/T。
2. -種采樣權(quán)利要求1所述調(diào)制格式無關(guān)的光信號碼元速率識別方法的系統(tǒng)，其特征 在于包括光放大器，光濾波器，3地分光器，可調(diào)光延時線TOD，光探測器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC， W及主控模塊； 所述光放大器，用于將光信號放大至一定功率W適合于光探測探測； 所述光濾波器，用于濾除光信號帶外噪聲； 所述3地分光器，用于將光信號按功率平均分配到兩個支路中； 所述TOD，對一個支路光信號進(jìn)行延時，并在主控模塊控制下產(chǎn)生N個間隔為Ips的步 進(jìn)延時T 1，T 2，…，T W; 所述光探測器，用于將兩個支路輸出的光信號轉(zhuǎn)換為電信號； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC用于對光探測器輸出電流進(jìn)行采樣和量化后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 所述主控模塊，用于驅(qū)動所述TOD產(chǎn)生N個間隔為IpS的步進(jìn)延時Ti，T2,…，Tw， 并計算光信號的碼元周期和速率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)制格式無關(guān)的光信號碼元速率識別方法的系統(tǒng)，其特征在 于，所述可調(diào)光延時線用可調(diào)電延時線替代，并放置于該路光探測的輸出端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)制格式無關(guān)的光信號碼元速率識別方法的系統(tǒng)，其特征在 于，所述光探測器為高速光探測器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)制格式無關(guān)的光信號碼元速率識別方法的系統(tǒng)，其特征在 于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為異步采樣模式，采樣速率低于信號速率。
【專利摘要】本發(fā)明涉及光纖通信領(lǐng)域的一種與調(diào)制格式無關(guān)的光信號速率識別方法及系統(tǒng)。系統(tǒng)包括光放大器，光濾波器，3dB分光器，可調(diào)光延時線TOD，光探測器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及主控模塊。待識別光信號經(jīng)過光放大器放大和濾波器濾除噪聲后，由3dB分光器分成兩路，只有一路經(jīng)過TOD進(jìn)行延時。主控模塊驅(qū)動TOD產(chǎn)生一系列1ps為單位的步進(jìn)延時，并利用光探測和模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲取的兩路采樣信號計算光信號的一階和二階自相關(guān)函數(shù)ACF1和ACF2的振幅和周期，選擇振幅較大的函數(shù)周期作為碼元周期并計算信號速率。本發(fā)明適用于多種調(diào)制格式光信號，對信號損傷有較大容限，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器速率要求低，具有適用范圍廣和成本低的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H04B10-075
【公開號】CN104683027
【申請?zhí)枴緾N201510085429
【發(fā)明人】崔晟, 尚進(jìn)
【申請人】華中科技大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月15日