[发明专利]基于分形维度的长距光纤链路光信噪比估计方法与系统

说明书

本发明公开了一种基于分形维度的长距光纤链路光信噪比估计方法：将相应传输速率的信号光与宽谱光ASE噪声源相耦合，通过改变耦合功率比，获取不同光信噪比下背靠背传输相干接收数据，以及光谱仪采集到的对应光信噪比值；使用Higuchi分形维度算法计算背靠背传输数据，获得分形维度值，将分形维度值和光信噪比值进行拟合，得到“光信噪比—分形维度”拟合曲线；对经过长距光纤链路传输后的信号进行采集，并利用Higuchi分形维度算法计算信号的分形维度值，得到长距光纤链路分形维度数据；根据“光信噪比—分形维度”拟合曲线，对长距光纤链路分形维度数据进行处理，得到链路光信噪比的估计值。本发明还提供了相应的基于分形维度的长距光纤链路光信噪比估计系统。

技术领域

本发明属于光性能监测技术领域，更具体地，涉及一种基于分形维度的长距光纤链路光信噪比估计方法与系统。

背景技术

近年来，随着光网络容量的稳定增长以及网络架构复杂化和动态化的不断提升，高速光纤网络中的光信号也更容易受到各种传输损伤的影响。因而，可提供传输链路质量和光信号运行状况的精确信息的光性能监测(Optical Performance Monitoring,OPM)技术也备受关注。

光信噪比(Optical Signal to Noise Ratio,OSNR)是光性能监测中最重要的参数之一，它不仅与反映信号质量的信号误码率直接相关，而且对于链路中的自动故障检测也至关重要。

在长距光纤通信系统中，通常利用掺铒光纤放大器补偿光纤链路传输损耗。在为光信号提供逐级增益的同时，掺铒光纤放大器引入的放大自发辐射(AmplifiedSpontaneous Emission,ASE)噪声也逐级积累，劣化了信道条件。因而，可以用OSNR来反映信道特性，其定义为信号和噪声的光功率之比，表达式为：

其中P_sig为信道内信号光功率，N₀为噪声功率谱密度(主要是ASE噪声)，B_ref为一个固定的参考光带宽(通常取0.1nm)。

目前国内外针对光信噪比的估计技术主要有基于统计矩、添加线性调频信号导频、误差矢量幅度、延迟线干涉仪、斯托克斯参数、偏移滤波和光功率测量等方法。近年来，基于深度神经网络的光信噪比监测方法也被提出。然而，上述光信噪比估计方法都存在一定缺陷，有的需要光纤通信系统以外的昂贵硬件设施，如干涉仪和滤波器等；有的需要在信号发送端插入导频或基于训练序列，导致频谱效率的下降和应用场景的限制；有的方法基于人工神经网络或其他复杂的迭代算法，使数字信号处理过程的复杂性提高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于分形维度的长距光纤链路光信噪比估计方法。该光信噪比估计方法通过利用分形维度(Fractal Dimension,FD)算法，处理经过光纤链路传输后相干接收机采集到的原始电信号以得到其分形维度值，从而根据相应波特率下仿真和背靠背传输系统得到的“光信噪比——分形维度”拟合曲线中光信噪比和分形维度的对应关系，得到估计的光信噪比值。本发明具有计算复杂度低、光信噪比估计准确性好、对调制格式透明且对其他损伤不敏感等特点。

本发明采用的技术方案包括以下步骤：

(1)采集背靠背传输数据：将相应传输速率的信号光与宽谱光ASE噪声源相耦合，通过改变耦合功率比，通过相干接收机获取不同光信噪比下背靠背传输相干接收数据，以及光谱仪采集到的对应光信噪比值；

(2)使用Higuchi分形维度算法计算所述的背靠背传输数据，获得分形维度值，将所述背靠背传输数据的分形维度值和光信噪比值进行拟合，得到“光信噪比—分形维度”拟合曲线；

(3)对经过长距光纤链路传输后的信号进行采集，并利用Higuchi分形维度算法计算信号的分形维度值，得到长距光纤链路分形维度数据；