光信号监测中异步延时成对抽样法研究3100字
光信号监测中异步延时成对抽样法研究3100字 随着全光纤通信技术的发展，全光交叉互联和全光分插复用器等器件在现代 高容量光通信网络中的应用，如何精确、快速地监控光通道中光传输信号的质量， 已经成为光纤通信中一个关键研究课题[1-2]。评估光信号质量的最终指标是误 码率（BER），而误码率是所有物理因素对光信号损伤[3]的综合体现，并无法从 误码率中去判断究竟是由何种损伤产生的误码。通常眼图可以作为评估光信号质 量的一个重要工具，从眼图中可以获得丰富的关于信号损伤的信息。但是，获得 同步眼图或者同步幅度直方图需要在光接收端进行时钟信号的提取。而当今光通 信网络正向着对传输信号速率、调制格式、码型透明的开放式光网络[4]发展， 这就增大了时钟信号的电域提取难度，进而使得传统的BER测量方式受到限制。近年来，在光域内通过抽样测量光信号质量的方法得到国内外学者的重视，主要 包括：通过时钟提取，采用频差抽样来测量信号眼图的同步光抽样法；
对信号抽 样作幅度直方图统计分析，估算信号BER和Q参数的异步光抽样法。这两种方法比 较而言，异步抽样的幅度直方图[5-6]对色散（CD）、偏振模色散[7-8]（PMD）、 光信噪比（OSNR）等都有相当的敏感度，可以用来评估光信号的质量。本文在异 步抽样的基础上，采用延时成对抽样获得相图，根据相图来实现光信号质量的监 测。
1 异步抽样方法 1.1 异步抽样方法与同步抽样方法的比较 同步抽样和异步抽样都可以获得信号的二维幅度直方图。两者的区别在于：
一是，异步抽样时不需要进行时钟提取；
二是，同步抽样所获得的幅度直方图中 对于高电平和低电平之间的交叉区域基本没有计数，而异步抽样得到的幅度直方 图中有包含有高电平和低电平之间的交叉区的相应计数点。因此，异步抽样获得 的幅度直方图对色散、偏振模色散、光信噪比等损伤更加的敏感，可以用来进行 光信号质量的评估。
1.2 异步光抽样的软件仿真 本研究中首先采用了基于异步抽样的软件同步方法，通过对异步抽样数据做频谱分析，可以提取出离散数据中的时钟信息，以该时钟信息作为触发信号可以 恢复出信号的眼图。异步抽样的软件同步方法结合了同步抽样和异步抽样的优点， 在光信号监测技术中具有很高的应用价值。其仿真实验装置如图1所示。
在该仿真实验中，发送端使用伪随机序列生成器来模拟产生速率为B=2.5 Gbit·s-1的原始数据信号，利用马赫曾德尔调制器[9]进行光载波调制后送入光 纤链路进行传输，在接收端进行完电光转换后，以抽样脉冲频率fs=1.7 GHz对信 号进行抽样，抽样得到的数据送入MATLAB进行数据处理，即得到异步抽样的信号 眼图。
2 异步延时成对抽样法 本文在异步抽样的基础上再进行延时成对抽样，即将接收端信号通过一个已 知延时Δt进行成对的抽样分离，如图2所示。
在图2（a）中Ts为成对抽样的间隔时间，它是与监测信号速率无关的。Δt 为每一次成对抽样中两个采样点间的延时间隔。采样之后得到两组采样序列 X(x1,x2,x3,...,xn)和Y(y1,y2,y3,...,yn)，其中xi和yi即为每次成对抽样得到 的一对样值，以这两组序列中的x值为横坐标，y值为纵坐标画图，可以绘制出图 2（b）所示的相图，该相图与眼图的复杂性是类似的，但是不需要时钟恢复[10]。
相图与眼图的一个根本区别是，相图包含了通过长时间采样分离构造出来的有关 密集样值的概率分布，或等值分布的斜率，而这个信息在眼图中并没有出现。通 过对这个相图进行观测就可以了解到此时光信号的一些损伤情况。异步采样技术 表明，它是可以用来同时测量多个并发损伤的。
3 异步延时成对抽样法的仿真分析 仿真实验装置如图3所示：在发送端，首先将为随机序列送入NRZ脉冲成型器 中，产生比特率B=10 Gb·s-1的电域信号，则该信号脉冲时间间隔T=0.1 ns，将 该电域信号通过双臂马赫曾德尔调制器调制到光载波上，完成光信号的发射。光 纤通道的长度为50 km，通过设置光纤的参数可以得到不同的损伤程度的接收信 号。在接收端，以抽样速率fs=2 GHz进行成对延时抽样，延时间隔为Δt，最后 将抽样得到的信号好送入MATLAB进行数据处理，绘制出接收信号相图。根据图3的仿真图，分别调整延时间隔Δt，色散值D，偏振模色散PMD则可得 到不同的接收信号，对接收信号使用MATLAB进行数据处理，得到不同参数下的相 图，如图4所示。
图4中的（a）、（d）、（g）图分别显示了不同延时成对抽样下没有光学损 伤的相图结果，该相图具有明确的几何形状。图4中的（b）、（e）、（h）图分 别显示了不同延时下伴随有40 ps的一阶PMD损伤的相图，该组相图的曲线斜率相 对增大。图4中的（c）、（f）、（i）图分别显示了不同延时下伴随有800 ps ·(nm·km)-1色散损伤的相图，在该相图中可以看出，色散引起了相图曲线斜率 的变化更为明显，因此通过该斜率变化可以实现对光信号色散损伤的直观监测。
4 结论 本文提出的基于异步成对抽样方法，可以在不需要时钟提取的情况下，对光 网络的信号性能进行监测。根据异步延时成对抽样得到的相图，可以更为直观的 观测到光信号的损伤情况，实现对多个物理损伤因素的监测和感知。本研究由于 实验次数较少并没有给出一种定量的损伤算法，在今后的研究中可以通过大量训 练得到系统的参考相图，再将实际获得的相图与参考相图进行比较，来定量的估 算损伤的大小。
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