本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，具體是涉及一種基于同步序列的少模光纖模間延時的測量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動寬帶、數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬需求呈現(xiàn)爆炸式增長，推動著超大容量光傳輸系統(tǒng)的發(fā)展。為了提升現(xiàn)有光傳輸系統(tǒng)的容量，波分復(fù)用技術(shù)、數(shù)字相干接收、及低噪聲光放大等關(guān)鍵技術(shù)被認(rèn)為是提升容量的有效地解決方案。自上世紀(jì)80年代末，波分復(fù)用技術(shù)被引入光纖通信領(lǐng)域之后，單模光纖單纖傳輸容量就成倍增長。僅最近十五年內(nèi)，實(shí)驗(yàn)室中獲得的單模光纖單纖傳輸容量就從10Tbit/s迅速擴(kuò)展到超過100Tbit/s。在實(shí)際商用系統(tǒng)方面，目前已大規(guī)模商用的單通道100G DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分復(fù)用)傳輸系統(tǒng)的滿配信道數(shù)量已經(jīng)超過180波，總?cè)萘拷咏?0Tbit/s數(shù)量級。隨著下一代單通道400G/1T光傳輸技術(shù)的發(fā)展，商用骨干網(wǎng)單纖傳輸容量也將很快接近或達(dá)到100Tbit/s數(shù)量級。

隨著單模光纖傳輸容量愈來愈接近其理論極限，為了進(jìn)一步提高光傳輸容量，突破單模光纖傳輸?shù)南銤鈽O限，世界各國的研究機(jī)構(gòu)都將目光轉(zhuǎn)向了空分復(fù)用技術(shù)(少模、多芯、空間光角動量)的研究。而其中的少模光纖傳輸技術(shù)，因其在復(fù)用/解復(fù)用方式、鏈路放大器能耗以及單位截面積傳輸效率上的優(yōu)勢，被認(rèn)為是下一代光傳輸網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)。

少模光纖中由于允許多個模式的光同時傳播，而不同模式的光波由于其在光纖中傳播路徑的不同，導(dǎo)致存在模間延時。在少模光纖傳輸技術(shù)中，由于光纖中模間延時的存在，導(dǎo)致接收端的數(shù)字信號處理算法的復(fù)雜度大大增加。因此少模光纖中的模間延時是少模光纖的一個關(guān)鍵的參數(shù)，必須準(zhǔn)確的測量出來。傳統(tǒng)的少模光纖模間延時測量設(shè)備采用純光學(xué)原理，雖然測量精度較高，但是成本高昂，不適用于未來在工程條件下大規(guī)模的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種基于同步序列的少模光纖模間延時的測量系統(tǒng)及方法，成本相比傳統(tǒng)的純光學(xué)測量方法顯著降低，適用于未來在工程條件下大規(guī)模的應(yīng)用。

本發(fā)明提供一種基于同步序列的少模光纖模間延時的測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括同步序列產(chǎn)生器、光調(diào)制器、分光比為1：N的光分路器、模式復(fù)用器，N是待測少模光纖允許傳播的模式數(shù)，N為正整數(shù)，接收端包括模式解復(fù)用器、N個光探測器、數(shù)字信號處理模塊，

在發(fā)送端，同步序列產(chǎn)生器產(chǎn)生一組特定比特率、時間長度為T的同步序列，光調(diào)制器將同步序列調(diào)制到光載波上，得到一路單模光信號，光分路器將這一路單模光信號分為N路單模光信號，將它們分別輸入不同長度的單模光纖延遲線，對這N路單模光信號進(jìn)行不同的延時，其中：第1路單模光信號不經(jīng)過延時，第2路單模光信號經(jīng)過延時T，第3路單模光信號經(jīng)過延時2T，……第N路單模光信號經(jīng)過延時(N-1)*T；模式復(fù)用器將經(jīng)過延時的N路單模光信號耦合變?yōu)橐宦種模式復(fù)用光信號，其中，原來第1路至第N路單模光信號分別對應(yīng)成為一路N模式復(fù)用光信號中的模式1、模式2、模式3……模式N；將這一路N模式復(fù)用光信號輸入待測的少模光纖；

在接收端，模式解復(fù)用器對接收到的一路N模式復(fù)用光信號進(jìn)行解復(fù)用，得到N路單模光信號，將N路單模光信號分別輸入N路完全匹配的光探測器中，恢復(fù)出N路單模光信號的同步序列信息，數(shù)字信號處理模塊將接收的N路同步序列信息與已知的同步序列信息進(jìn)行按位的一一比對或同步相關(guān)運(yùn)算，確定接收到的N路同步序列的相對起始時間位置：t₁、t₂……t_N，將t₁、t₂……t_N與發(fā)送端N路同步序列相對起始時間位置：0、T、2T……(N-1)*T進(jìn)行對比，得到任意兩個模式之間的相對延時，再結(jié)合待測少模光纖的長度，計(jì)算出待測少模光纖中任意兩個模式之間的模間延時參數(shù)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述待測少模光纖中任意兩個模式之間的模間延時參數(shù)的計(jì)算過程如下：模式1與模式2之間的模間延時參數(shù)的計(jì)算過程如下：在發(fā)送端，模式1與模式2光信號之間的延時D_T＝T－0＝T；在接收端，模式1與模式2光信號之間的延時D_R＝t₂－t₁；模式1與模式2光信號在待測少模光纖中產(chǎn)生的延時D_F＝D_R－D_T＝t₂－t₁－T；假設(shè)待測少模光纖的長度為L，則待測少模光纖中模式1與模式2之間的模間延時參數(shù)C_1-2＝D_F÷L，以此類推，計(jì)算出待測少模光纖中任意兩個模式之間的模間延時參數(shù)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光調(diào)制器采用電-光調(diào)制器，光探測器采用平衡光探測器、光-電解調(diào)器或集成相干接收機(jī)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述電-光調(diào)制器為直調(diào)激光器、電吸收光調(diào)制器、MZM光調(diào)制器或IQ光調(diào)制器。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述模式復(fù)用器與模式解復(fù)用器均采用光子燈籠。

本發(fā)明還提供一種應(yīng)用于上述系統(tǒng)的基于同步序列的少模光纖模間延時的測量方法，包括以下步驟：

在發(fā)送端，同步序列產(chǎn)生器產(chǎn)生一組特定比特率、時間長度為T的同步序列，光調(diào)制器將同步序列調(diào)制到光載波上，得到一路單模光信號，光分路器將這一路單模光信號分為N路單模光信號，將它們分別輸入不同長度的單模光纖延遲線，對這N路單模光信號進(jìn)行不同的延時，其中：第1路單模光信號不經(jīng)過延時，第2路單模光信號經(jīng)過延時T，第3路單模光信號經(jīng)過延時2T，……第N路單模光信號經(jīng)過延時(N-1)*T；模式復(fù)用器將經(jīng)過延時的N路單模光信號耦合變?yōu)橐宦種模式復(fù)用光信號，其中，原來第1路至第N路單模光信號分別對應(yīng)成為一路N模式復(fù)用光信號中的模式1、模式2、模式3……模式N；將這一路N模式復(fù)用光信號輸入待測的少模光纖；

在接收端，模式解復(fù)用器對接收到的一路N模式復(fù)用光信號進(jìn)行解復(fù)用，得到N路單模光信號，將N路單模光信號分別輸入N路完全匹配的光探測器中，恢復(fù)出N路單模光信號的同步序列信息，數(shù)字信號處理模塊將接收的N路同步序列信息與已知的同步序列信息進(jìn)行按位的一一比對或同步相關(guān)運(yùn)算，確定接收到的N路同步序列的相對起始時間位置：t₁、t₂……t_N，將t₁、t₂……t_N與發(fā)送端N路同步序列相對起始時間位置：0、T、2T……(N-1)*T進(jìn)行對比，得到任意兩個模式之間的相對延時，再結(jié)合待測少模光纖的長度，計(jì)算出待測少模光纖中任意兩個模式之間的模間延時參數(shù)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述待測少模光纖中任意兩個模式之間的模間延時參數(shù)的計(jì)算過程如下：模式1與模式2之間的模間延時參數(shù)的計(jì)算過程如下：在發(fā)送端，模式1與模式2光信號之間的延時D_T＝T－0＝T；在接收端，模式1與模式2光信號之間的延時D_R＝t₂－t₁；模式1與模式2光信號在待測少模光纖中產(chǎn)生的延時D_F＝D_R－D_T＝t₂－t₁－T；假設(shè)待測少模光纖的長度為L，則待測少模光纖中模式1與模式2之間的模間延時參數(shù)C_1-2＝D_F÷L，以此類推，計(jì)算出待測少模光纖中任意兩個模式之間的模間延時參數(shù)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光調(diào)制器采用電-光調(diào)制器，光探測器采用平衡光探測器、光-電解調(diào)器或集成相干接收機(jī)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述電-光調(diào)制器為直調(diào)激光器、電吸收光調(diào)制器、MZM光調(diào)制器或IQ光調(diào)制器。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述模式復(fù)用器與模式解復(fù)用器均采用光子燈籠。

與傳統(tǒng)的純光學(xué)方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)本發(fā)明使用的所有光電器件均是成熟的商用產(chǎn)品，因此其成本相比傳統(tǒng)的純光學(xué)測量方法顯著降低，適用于未來在工程條件下大規(guī)模的應(yīng)用。

(2)本發(fā)明的原理較為簡單，因此系統(tǒng)可靠性也較高。

(3)傳統(tǒng)的光學(xué)測量方法需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空間光路實(shí)現(xiàn)，因此測量設(shè)備往往體積較大不利于工程應(yīng)用。本發(fā)明的測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，所有元器件均可以集成在單板上，便于系統(tǒng)的集成和產(chǎn)品化，利于產(chǎn)品的工程化應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中基于同步序列的少模光纖模間延時的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為一個具體實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)例中發(fā)送端3路模式光信號上同步序列相對起始時間位置的示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)例中接收端3路模式光信號上同步序列相對起始時間位置的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

參見圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于同步序列的少模光纖模間延時的測量系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端，發(fā)送端包括同步序列產(chǎn)生器、光調(diào)制器、分光比為1：N的光分路器、模式復(fù)用器，N是待測少模光纖允許傳播的模式數(shù)，N為正整數(shù)，接收端包括模式解復(fù)用器、N個光探測器、數(shù)字信號處理模塊。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種應(yīng)用于上述系統(tǒng)的基于同步序列的少模光纖模間延時的測量方法，包括以下步驟：

在發(fā)送端，同步序列產(chǎn)生器產(chǎn)生一組特定比特率的同步序列，該同步序列的時間長度為T，光調(diào)制器將同步序列調(diào)制到光載波上，得到一路單模光信號。將這一路單模光信號輸入分光比為1：N的光分路器，從而將這一路單模光信號分為N路單模光信號，將它們分別輸入不同長度的單模光纖延遲線，從而對這N路單模光信號進(jìn)行不同的延時，其中：第1路單模光信號不經(jīng)過延時，第2路單模光信號經(jīng)過延時T，第3路單模光信號經(jīng)過延時2T，……第N路單模光信號經(jīng)過延時(N-1)*T，延時的目的是避免N路光信號在待測少模光纖中發(fā)生嚴(yán)重混疊，導(dǎo)致在接收端無法解調(diào)出同步序列信號；模式復(fù)用器將經(jīng)過延時的N路單模光信號耦合變?yōu)橐宦種模式復(fù)用光信號，其中，原來第1路至第N路單模光信號分別對應(yīng)成為一路N模式復(fù)用光信號中的模式1、模式2、模式3……模式N；將這一路N模式復(fù)用光信號輸入待測的少模光纖。

在接收端，模式解復(fù)用器對接收到的一路N模式復(fù)用光信號進(jìn)行解復(fù)用，又重新得到N路單模光信號，將N路單模光信號分別輸入N路完全匹配的光探測器中，恢復(fù)出N路單模光信號的同步序列信息，并將N路同步序列信息輸入數(shù)字信號處理模塊。數(shù)字信號處理模塊將接收的N路同步序列信息與已知的同步序列信息進(jìn)行按位的一一比對或同步相關(guān)運(yùn)算，從而確定接收到的N路同步序列的相對起始時間位置：t₁、t₂……t_N。將接收端N路同步序列相對起始時間位置t₁、t₂……t_N與發(fā)送端N路同步序列相對起始時間位置(0、T、2T……(N-1)*T)進(jìn)行對比，得到任意兩個模式之間的相對延時，再結(jié)合待測少模光纖的長度，計(jì)算出待測少模光纖中任意兩個模式之間的模間延時參數(shù)。

以模式1與模式2之間的延時為例，模式1與模式2之間的模間延時參數(shù)的具體計(jì)算過程如下：在發(fā)送端，模式1與模式2光信號之間的延時D_T＝T－0＝T；在接收端，模式1與模式2光信號之間的延時D_R＝t₂－t₁；模式1與模式2光信號在待測少模光纖中產(chǎn)生的延時D_F＝D_R－D_T＝t₂－t₁－T。假設(shè)待測少模光纖的長度為L，則待測少模光纖中模式1與模式2之間的模間延時參數(shù)C_1-2＝D_F÷L。以此類推，可以計(jì)算出待測少模光纖中任意兩個模式之間的模間延時參數(shù)。

參見圖2所示，假設(shè)待測少模光纖是長度為10公里的少模光纖，該少模光纖允許三個模式的光傳播，三個模式分別為LP₀₁、LP_11a和LP_11b。首先，將一段比特率為10Gbit/s、時間長度為10ns、碼元個數(shù)為100個的同步序列通過一個直調(diào)激光器調(diào)制到光載波上，得到一路光信號，這一路光信號通過一個分光比為1：3的光分路器，光分路器將這一路光信號分為3路，將第1路光信號延時0ns，第2路光信號延時10ns，第3路光信號延時20ns。

將經(jīng)過延時后的三路光信號輸入一個3模式光子燈籠(模式復(fù)用器)，使三路單模光信號合成為一路3模式復(fù)用信號。三個模式光信號上同步序列的相對起始時間位置就是之前3路單模光信號分別經(jīng)過的延時，參見圖3所示。

將這一路模式復(fù)用信號輸入待測的10公里少模光纖。在經(jīng)過待測少模光纖鏈路傳輸后，將一路3模式復(fù)用信號重新輸入另一個3模式光子燈籠(模式解復(fù)用器)，重新變?yōu)槿穯文９庑盘?。這三路單模光信號又被分別輸入三個完全匹配的PD(Photo Diode，光電二極管)，從而將這三路光信號上所攜帶的同步序列信號解調(diào)下來。

接著將解調(diào)下來的三路同步序列信號輸入數(shù)字信號處理模塊，對三路同步序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，找到這三路接收信號的同步序列的相對起始時間位置。通過比較發(fā)送端與接收端三路單模光信號上同步序列相對起始時間位置的變化，就可以得到三個模式的光信號在待測單模光纖中的相對延時。

假設(shè)接收端三路單模光信號上同步序列的相對起始時間位置如圖4所示。在發(fā)送端LP₀₁模與LP_11a模之間的延時為10ns，而在接收端測得的LP₀₁模與LP_11a模之間的延時為25ns，由此可以得到LP₀₁模與LP_11a模之間的模間延時為25ns－10ns＝15ns，而待測少模光纖長度為10公里，因此待測少模光纖單位長度內(nèi)LP₀₁模與LP_11a模之間的模間延時參數(shù)為15ns÷10km＝1.5ps/m。以此類推：LP₀₁模與LP_11b模之間的模間延時參數(shù)為2.0ps/m；LP_11a模與LP_11b模之間的模間延時參數(shù)為0.5ps/m。

本發(fā)明中基于同步序列的少模光纖中模間延時的測量方法與傳統(tǒng)的純光學(xué)測量方案相比，具有成本低、可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，利于系統(tǒng)集成和產(chǎn)品化的優(yōu)點(diǎn)，是一種十分具有實(shí)用前景的少模光纖模間延時參數(shù)的測量方法。

本發(fā)明實(shí)施例中，發(fā)送端采用DML(Directly modulated laser，直調(diào)激光器)調(diào)制同步序列信號；接收端采用光電二極管接收光信號；模式復(fù)用器與模式解復(fù)用器件采用了光子燈籠。但實(shí)際發(fā)明的應(yīng)用范圍與實(shí)用方案并不局限于這些器件：光調(diào)制器可以是電-光調(diào)制器，電-光調(diào)制器可以是任何能將電信號調(diào)制到光上的光器件，例如：DML、電吸收光調(diào)制器、MZM(Mach-Zehnder Modulator，馬赫-曾德調(diào)制器)光調(diào)制器或IQ(In-phase Quadrature，同相正交)光調(diào)制器等；光探測器可以是任何可以把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光探測器，例如平衡光探測器、光-電解調(diào)器或集成相干接收機(jī)；模式復(fù)用器與模式解復(fù)用器只要是可以實(shí)現(xiàn)不同模式光的耦合與分離即可即可，并不局限于光子燈籠。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則這些修改和變型也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

說明書中未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。