面向高速光传输链路动态色散损伤的在线监测理论与关键技术研究

With the development of ultra-fast, ultra-long haul, and large-capacity for the optical transmission system, fiber chromatic dispersion effects(CD,PMD) on the transmission system is growing. For the sake of online managing dispersion and realtime monitoring signal quality, we must research on dispersion inline monitoring in optical transmission links. In our researching, the action mechanism between dispersion and optical signal was analysed in deeply, and both of the primary theory and method for dispersion monitoring have been proposed. We are developing key technology for dispersion monitoring that based on the method of spectrum phase difference detection, to realize dynamic monitoring all order chromatic dispersion (CD,from first order to fourth order) and porlarization mode dispersion(PMD),the monitoring results would be provided to optical links diagnosing and dispersion compensation units. the proposed scheme has a lot of advantages, such as tunable monitoring range, dispersion polarity can be distinguish, monitoring delay was short, and there no additional channel penalty during monitoring progressing. This researching has significance for 3U (ultra high-speed,ultra long-haul, ultra capacity) optical transceiver system and dynamic all optical network.

在光纤骨干传输链路向着高速、大容量、长距离不断发展的过程中，传输链路中的各种色散效应（CD、PMD等）对信号的传输质量的影响愈发突出，为了实现对传输链路的色散在线管理以及光信号质量的实时监控，我们必须对传输链路进行实时色散在线监测。本研究针对光传输链路中CD、PMD效应与光信号之间的相互作用机理进行了深入分析，初步构建了一套CD、PMD在线监测理论与方法，并在此基础上将深入开展基于光频谱间相位差探测法的CD、PMD在线监测关键技术研究，实现光纤链路中一阶到高阶（4阶）色散的动态高精度监测，为链路色散在线管理和链路实时诊断提供参考依据。本研究提出的监测方法具有监测范围可调谐、色散极性可区分、监测时延短、对传输系统不引人额外损失等优点。该研究对3U光传输系统及动态全光网络的发展具有重大意义。

为了精确而有效地实现高速光传输链路的色散在线管理，首先必须要针对传输链路的光性能进在线监测（OPM），从而为链路色散管理提供补偿依据。本项目针对现有光传输链路的性能在线监测技术进行了研究，在对现有OPM技术分析的基础上，提出了一种快速而灵活的光性能在线监测方法、理论及其关键技术，对该方法进行了理论分析，同时搭建了系统进行仿真及实验验证。. 在研究过程中首先针对当前光传输链路中的物理损伤进行了理论分析，分别对CD、PMD等效应的特性及数学描述，同时也给出了它们对传输系统性能的影响，为光性能监测研究提供理论基础。结合当前现有光传输链路，分析了CD效应对每一种调制格式信号的相位影响机理，并找出了链路CD与接收端信号的功率、信号频谱相位差等之间的关联机理，并在此基础上提出了三种色散在线监测方法。针对每一种方案进行了理论分析并建立了数学描述模型，同时进行了仿真模拟和实验验证。每一种方案的验证覆盖多种类型的光传输链路，其数据速率均大于10Gbps，涉及强度调制直接探测型（IM/DD）和相位调制相干接收型（PM/CD）传输系统。仿真和实验的验证结果表明，基于边带频谱相位差探测技术的色散在线测量方案不仅可以实现链路色散的实时动态测量，而且能实现链路色散极性的区分。通过理论分析与仿真验证，本项目所提出的基于双边带相位差探测法和基于单边带内相位差探测法在进行色散在线测量时均可实现与链路数据速率以及调制格式无关；两种色散测量方法为当前在线色散管理提供有力技术支撑。. 在PDM监测研究方面，针对当前主流的四种PMD监测方案进行了原理分析并指出其各自优缺点。在结合CD在线测量方案的基础上，提出了一种新的PMD在线监测方法，并对其PMD监测原理建立了数学描述模型，同时进行了仿真模拟和实验验证。仿真和实验的验证结果表明，基于单边带内PSPs轴向频谱相位差探测技术的PMD在线监测方案不仅可以实现链路DGD的实时动态监测，而且能提取链路F与S轴信号之间的相位超前与滞后关系，同时也验证了该方法进行PMD在线监测时与链路数据速率以及调制格式均无关；该方法有效实现了传输链路PMD在线监测功能。