專利名稱：一種自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是一種自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
通信系統(tǒng)使用的單模光纖，受到工廠拉制過(guò)程中發(fā)生的幾何變形影響，或因擠壓、 彎曲、扭轉(zhuǎn)以及外部電場(chǎng)、磁場(chǎng)和溫度的影響，以上這些因素都會(huì)使光纖芯部的折射率在光纖橫截面上發(fā)生各向異性的分布，并且在光纖的軸向方向發(fā)生不均勻分布，造成兩個(gè)相互垂直方向的偏振模群速度不一致，最終造成光纖輸出端光脈沖展寬或分裂，這種現(xiàn)象稱為偏振模色散(Polarization ModeDispersion，簡(jiǎn)稱PMD)。對(duì)于40Gbit/s及以上容量的高速光纖通信系統(tǒng)，因鋪設(shè)使用的光纖PMD值太大，無(wú)法滿足光纖通信數(shù)千公里無(wú)電中繼傳輸?shù)囊?，必須?duì)其加以補(bǔ)償。偏振模色散補(bǔ)償技術(shù)可分為電域補(bǔ)償、光電補(bǔ)償和光域補(bǔ)償三類。電域補(bǔ)償受電速率瓶頸限制，補(bǔ)償能力有限；光電補(bǔ)償?shù)幕舅枷胧窃诠饫w傳輸通道上利用光學(xué)偏振模色散補(bǔ)償器改善光纖傳輸通道的特性，在電域利用前向糾錯(cuò)編碼裝置校正殘余偏振模色散及其它噪聲產(chǎn)生的誤碼，例如公開(kāi)號(hào)為CN1449133，名稱為“一種混合型偏振模色散補(bǔ)償方法”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)，這種技術(shù)補(bǔ)償效果好，但是成本較高。因此，現(xiàn)有偏振模色散補(bǔ)償方案一般采用光域補(bǔ)償技術(shù)，其基本思想是利用時(shí)間補(bǔ)償器件抵消光纖通信線路中兩個(gè)主偏振態(tài)間的時(shí)間延遲差，使光纖中傳輸快的脈沖延遲一定的時(shí)間，保持快慢脈沖同步。光域補(bǔ)償技術(shù)的難點(diǎn)在于對(duì)光纖通信鏈路進(jìn)行自適應(yīng)PMD補(bǔ)償時(shí)，如果雙折射元素越多，PMD補(bǔ)償?shù)碾A數(shù)越高，局部極值也就越多，一旦陷入其中，無(wú)法進(jìn)行有效補(bǔ)償，同時(shí)算法的控制難度也會(huì)隨之增大，再加上偏振模色散具有隨機(jī)性和變化性，對(duì)于起到核心作用的補(bǔ)償算法提出了很高要求。公開(kāi)號(hào)為CN1476185，名稱為“偏振模色散補(bǔ)償系統(tǒng)”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)中，其補(bǔ)償系統(tǒng)包括耦合器、偏振控制器、光準(zhǔn)直器、可變光延遲線、探測(cè)器、計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)。 由計(jì)算機(jī)、探測(cè)器等組成的反饋控制電路將系統(tǒng)PMD的方向信息反饋到偏振控制器控制電路，使偏振控制器產(chǎn)生與系統(tǒng)PMD方向相反的偏振態(tài)，相互抵消，達(dá)到偏振模色散補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｔ摪l(fā)明采用的補(bǔ)償算法是通過(guò)控制可變光延遲線中晶體的長(zhǎng)度或選擇適當(dāng)?shù)碾p折射晶體材料，產(chǎn)生具有不同分辨率的光延遲線，通過(guò)改變雙折射晶體的段數(shù)產(chǎn)生足夠多的 DGD (差分群時(shí)延)狀態(tài)和足夠大的DGD值以進(jìn)行PMD補(bǔ)償。這種方法的計(jì)算量非常大，補(bǔ)償時(shí)間將會(huì)很長(zhǎng)，難以適應(yīng)偏振模色散的隨機(jī)變化。公開(kāi)號(hào)為CN1455528，名稱為“高速光纖通信中偏振模色散補(bǔ)償?shù)姆椒ā钡闹袊?guó)發(fā)明專利申請(qǐng)中，偏振模色散補(bǔ)償器設(shè)有將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為微波信號(hào)的光電檢測(cè)管和帶通濾波器，帶通濾波器濾出光纖傳輸線路中的峰值功率并與閾值比較，若小于閾值計(jì)算機(jī)采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)控制電控偏振控制器和可變差分群時(shí)延線使得光纖鏈路的峰值功率達(dá)到閾值，自動(dòng)完成補(bǔ)償。該方法全局搜索能力強(qiáng)，抗噪聲能力好，但是搜索精度不夠高，另外在線路上也觀察到了比較嚴(yán)重的瞬間惡化情況。
公開(kāi)號(hào)為CN101834673，名稱為“一種偏振模色散補(bǔ)償?shù)姆椒ā钡闹袊?guó)發(fā)明專利申請(qǐng)，采用的PMD補(bǔ)償器由DGD調(diào)諧器、耦合器、微處理器和DGD分析器組成，DGD分析器對(duì)傳輸鏈路的檢測(cè)光進(jìn)行DGD分析并將分析結(jié)果送入微處理器后，微處理器根據(jù)DGD分析結(jié)果調(diào)整DGD調(diào)諧器的控制電壓。該方法確保了傳輸鏈路PMD值檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性， 但是成本高，運(yùn)算量大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有用于偏振模色散補(bǔ)償?shù)姆椒ù嬖跇O易陷入
局部極值、響應(yīng)速度慢、搜索精度差等問(wèn)題，提供一種自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償方法，降低偏
振模色散補(bǔ)償算法的實(shí)現(xiàn)難度，方便、有效、快速地用于光纖通信中的自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償方法，包括在光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)之間的光纖鏈路上設(shè)置PMD補(bǔ)償單元和信號(hào)監(jiān)測(cè)單元，并在光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)之間的光纖鏈路外設(shè)置處理單元；所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元對(duì)光信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果輸出光纖鏈路中PMD的斯托克斯參量；所述處理單元根據(jù)所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元輸出的斯托克斯參量使用人工魚(yú)群方法進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并根據(jù)處理結(jié)果輸出控制電壓；所述PMD補(bǔ)償單元根據(jù)所述處理單元輸出的控制電壓對(duì)光纖鏈路中的偏振模色散進(jìn)行補(bǔ)償。進(jìn)一步地，所述處理單元根據(jù)所述斯托克斯參量使用人工魚(yú)群方法進(jìn)行處理的方法包括1)設(shè)定人工魚(yú)群規(guī)模，將第i條人工魚(yú)的狀態(tài)表示為向量& = (X1, X2, ... , xn), 向量中每一分量代表所述處理單元輸出的一路控制電壓，η代表控制電壓的總路數(shù)；以光纖鏈路的偏振度DOP作為人工魚(yú)的目標(biāo)函數(shù)Y = f (X)；第i條人工魚(yú)與第j條人工魚(yú)之間的距離定義為φ,」=Il Xi-Xj Il ；2)設(shè)定人工魚(yú)群的局部鄰域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)AFNeighbor、鄰域內(nèi)伙伴數(shù)目nf、擁擠度因子δ、最大重復(fù)嘗試次數(shù)try_number、限制因子K1和K2、最大迭代次數(shù)Totallter，初始化公告板的DOP信息；3)在搜索空間內(nèi)隨機(jī)初始化每條人工魚(yú)的位置，這些位置信息經(jīng)所述處理單元處理后，輸出多路控制電壓，控制所述PMD補(bǔ)償單元進(jìn)行光纖鏈路PMD狀態(tài)的初始化操作； 等待光纖鏈路狀態(tài)穩(wěn)定后，經(jīng)所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)測(cè)量后輸出4路電壓信號(hào)送入處理單元，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和矩陣變換后，可得到斯托克斯參量(Stl, S1, S2, &)，代入公式⑴計(jì)算得到此時(shí)每條人工魚(yú)對(duì)應(yīng)的D0P，并與公告板的記錄比較，如果發(fā)現(xiàn)更大的DOP則更新公告板；
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償方法，其特征在于，包括在光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)之間的光纖鏈路上設(shè)置PMD補(bǔ)償單元和信號(hào)監(jiān)測(cè)單元，并在光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)之間的光纖鏈路外設(shè)置處理單元；所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元對(duì)光信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果輸出光纖鏈路中PMD的斯托克斯參量；所述處理單元根據(jù)所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元輸出的斯托克斯參量使用人工魚(yú)群方法進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并根據(jù)處理結(jié)果輸出控制電壓；所述PMD補(bǔ)償單元根據(jù)所述處理單元輸出的控制電壓對(duì)光纖鏈路中的偏振模色散進(jìn)行補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償方法，其特征在于，所述處理單元根據(jù)所述斯托克斯參量使用人工魚(yú)群方法進(jìn)行處理的方法包括1)設(shè)定人工魚(yú)群規(guī)模，將第i條人工魚(yú)的狀態(tài)表示為向量\= (X1, x2, ... , xn)，向量中每一分量代表所述處理單元輸出的一路控制電壓，η代表控制電壓的總路數(shù)；以光纖鏈路的偏振度DOP作為人工魚(yú)的目標(biāo)函數(shù)Y = f (X)；第i條人工魚(yú)與第j條人工魚(yú)之間的距離定義為 dy= Il Xi-Xj Il ；2)設(shè)定人工魚(yú)群的局部鄰域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)AFNeighbor、鄰域內(nèi)伙伴數(shù)目nf、擁擠度因子 δ、最大重復(fù)嘗試次數(shù)try_number、限制因子K1和K2、最大迭代次數(shù)Totallter，初始化公告板的DOP信息；3)在搜索空間內(nèi)隨機(jī)初始化每條人工魚(yú)的位置，這些位置信息經(jīng)所述處理單元處理后，輸出多路控制電壓，控制所述PMD補(bǔ)償單元進(jìn)行光纖鏈路PMD狀態(tài)的初始化操作；等待光纖鏈路狀態(tài)穩(wěn)定后，經(jīng)所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)測(cè)量后輸出4路電壓信號(hào)送入處理單元， 經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和矩陣變換后，可得到斯托克斯參量( , S1, S2, &)，代入公式(1)計(jì)算得到此時(shí)每條人工魚(yú)對(duì)應(yīng)的D0P，并與公告板的記錄比較，如果發(fā)現(xiàn)更大的DOP則更新公告板；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償方法，其特征在于，所述處理單元根據(jù)所述斯托克斯參量使用人工魚(yú)群方法進(jìn)行處理的方法還包括9)完成搜索補(bǔ)償過(guò)程后，在PMD隨機(jī)變化時(shí)，所述處理單元，獲取此時(shí)光纖鏈路的偏振度NowDop，若NowDop > karchDop*96%，表明目前光纖鏈路的PMD不需要補(bǔ)償；若NowDop 介于karchDop的90%到96%之間，所述處理單元重復(fù)運(yùn)行上述步驟1) 步驟7)，直至 NowDop大于或等于karchDop*96%時(shí)停止；若NowDop < karchDop*90 %，表明當(dāng)前光纖鏈路PMD跟蹤補(bǔ)償失敗，所述處理單元重新啟動(dòng)搜索補(bǔ)償，重復(fù)執(zhí)行上述步驟1) 步驟8)， 直至迭代次數(shù)達(dá)到最大或karchDop滿足系統(tǒng)閾值為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步驟1)中，設(shè)定人工魚(yú)群的規(guī)模為20條。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步驟幻中，設(shè)定鄰域內(nèi)伙伴數(shù)目％為5。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償方法，其特征在于，所述PMD補(bǔ)償單元包括依次串聯(lián)的第一電控偏振控制器、固定時(shí)延線、第二電控偏振控制器和可變時(shí)延線， 其中，所述第一電控偏振控制器連接單模光纖，所述可變時(shí)延線連接信號(hào)監(jiān)測(cè)單元；所述處理單元輸出7路控制電壓中的6路分別控制所述第一電控偏振控制器和第二電控偏振控制器，剩余的1路電壓調(diào)節(jié)可變時(shí)延線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償方法，其特征在于，所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元為在線偏振分析儀。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償方法，其特征在于，所述處理單元由依次相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、微處理器和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片組成，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片接收所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元輸出的斯托克斯參量，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出給所述微處理器，所述微處理器執(zhí)行所述的人工魚(yú)群方法的處理；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片將所述微處理器的處理結(jié)果進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后向所述PMD補(bǔ)償單元輸出控制電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償方法，包括在光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)之間的光纖鏈路上設(shè)置PMD補(bǔ)償單元和信號(hào)監(jiān)測(cè)單元，并在光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)之間的光纖鏈路外設(shè)置處理單元；所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元對(duì)光信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果輸出光纖鏈路中PMD的斯托克斯參量；所述處理單元根據(jù)所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元輸出的斯托克斯參量使用人工魚(yú)群方法進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果輸出控制電壓；所述PMD補(bǔ)償單元根據(jù)所述處理單元輸出的控制電壓對(duì)光纖鏈路中的偏振模色散進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明自適應(yīng)偏振模色散補(bǔ)償方法，具有很強(qiáng)的克服局部極值的能力，尋優(yōu)精度高，補(bǔ)償效果好，跟蹤速度快，可降低偏振模色散補(bǔ)償算法的實(shí)現(xiàn)難度，并可滿足PMD實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)囊蟆?br> 文檔編號(hào)H04B10/12GK102170312SQ201110105020
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者孫偉斌, 張霞, 白成林, 許恒迎 申請(qǐng)人:聊城大學(xué)