变速率光采样比特率透明的光性能监测研究

为了解决当前光性能监测方法比特率不透明、调制格式不透明以及受限于电子瓶颈的问题，本项目提出变速率光采样与软件同步融合的方法，对如何实现比特率透明、调制格式透明的光性能监测进行前沿探索和深入研究。拟研究变速率光采样对10Gbps、40Gbps、100Gbps甚至更高速率信号共存的光通信链路监测的原理和方法。研究信噪比、Q因子、眼图以及光纤信道色散、偏振模色散集总监测的原理和方法。研究消除采样光脉冲幅度抖动、时间抖动对光性能监测不利影响的反卷积方法。研究比特率透明、调制格式透明、多参数集总监测的光性能监测系统的构成及性能，完成相关原理、理论模型的局部实验验证。本项目是为解决未来光传送网性能监测所面临关键问题进行的先期性基础研究，提出的相关原理、理论模型及方法一旦得到验证，研究结果将会在光网络的监控管理领域产生创新性效应，研究内容不仅具有重要的科学意义而且具有广泛的应用前景。

为了解决当前光性能监测方法比特率不透明、调制格式不透明以及受限于电子瓶颈的问题，本项目提出了变速率光采样与软件同步融合的方法，对如何实现比特率透明、调制格式透明的光性能监测进行了前沿探索和深入研究。开展的光性能监测研究包括三个方面：理论基础研究、硬件研究和软件研究。在基础理论研究方面，（1）研究了采样光脉冲质量对光性能监测测量准确性的影响。对此提出了采用反卷积方法消除光脉冲幅度抖动和时间抖动的不利影响。研究结果表明反卷积方法能够有效消除时间抖动对测量准确性的不利影响。（2）提出了基于啁啾周期极化铌酸锂波导（CPPLN）和频效应的全光采样，研究了两种可覆盖C和L波段的光采样方法。第一种方法是通过调节泵浦波长满足准相伴匹配条件，实现对C和L波段内任意波长的采样。第二种方法是固定泵浦波长，选择CPPLN波导的长度大于40mm、啁啾系数大于0.24mm-1，使SFG带宽可达70nm以上。（3）针对国际上现有光性能监测测量光通信信号时，需要人工输入被测光信号波长的缺点，在对CPPLN和频效应光采样能够覆盖C-和L-波段的研究结果基础上，进一步提出自动扫频光采样，即通过反馈控制电路自动调节可调谐光滤波器的中心波长，从而使采样光脉冲的中心波长与被采样光信号波长自动实现准相位匹配。根据采样信号的方差变化产生反馈控制信号调节光滤波器中心波长，可以实现采样光脉冲波长与被测光信号波长准相位匹配。（4）针对现有光性能监测需人为估计被测光通信信号比特率的问题，提出变速率光采样原理和差分信号处理方法。研究结果表明变速率光采样方法能自适应地对不同比特率信号进行眼图和Q因子的测量。（5）针对现有光性能监测软同步时间较长及同步精度不够的问题，提出采用啁啾z变换方法对降频采样信号进行软同步，提高了同步精度和速度。（6）提出了一种基于异步降频光采样眼图重构和人工神经网络(ANN) 的光纤链路参数的测量方法。结果表明，该方法测量光纤链路损伤有较高的精度，ANN的预测输出与实际测试数据的相关系数大于0.98, 损伤监测的平均误差小于5%。硬件研究包括研制了光采样脉冲激光器，完成了光性能监测实验系统，并对所提的原理和方法进行了实验验证。软件研究完成了光性能监测涉及的各种算法基于FPGA和上位机的设计和实现。本项目发表了35篇学术论文，其中SCI收录13篇。申请国家发明专利3项。培养博士6名，硕士10名。