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第1篇
異步延遲采樣（ADS）
ADS通過加入延遲線對光信號在一個比特周期內(nèi)進行兩次采樣，獲取信號的相圖［10］，即二維幅度直方圖，并進行傳輸損傷分析。采用ADS技術的OPM模塊結構如圖1（a）所示，待測的WDM光信號以帶寬為1nm的光帶通濾波器（BPF）進行選通，濾除相鄰信道光信號功率，但不影響選通信道的被監(jiān)測光信號的波形狀態(tài)；光電探測器（PD）輸出電信號經(jīng)帶寬為0．8倍信號符號率的低通電濾波器（LPF）消除帶外噪聲干擾；再進行3dB分路，一路以可調(diào)電延遲線（VDL）引入Δt延遲；最后以外部圖1ADS原理。（a）ADS光性能監(jiān)測器結構圖；（b）10Gb／sNRZ－OOK半比特ADS示意圖Fig．1PrincipleofADS．（a）StructureofthedelaytapsamplingOPMmonitor；（b）halfbitdelaytapsamplingof10Gb／sNRZ－OOK時鐘驅(qū)動的低采樣速率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）對兩路電信號進行采樣并對采樣后數(shù)據(jù)做進一步處理。以10Gb／sNRZ－OOK信號為例說明半比特ADS原理，如圖1（b）所示。其中Tb＝100ps為信號比特周期；以可調(diào)電延遲線設定3dB分路之后的一路電信號延遲時間為Δt＝50ps，即半比特延遲；如采用80MSPS的14－bit分辨率雙輸入ADC，例如AD9644，進行異步降頻采樣，則采樣周期Ts＝12．5ns，Ts與Tb無關，且TsTb；雙路ADC的每次采樣包含兩個采樣點E（xi）和E（yi），對應的時間差為Δt，將兩路采樣點進行幅度值的歸一化，之后再以X－Y模式做二維散點圖可得ADS相圖。在NRZ－OOK半比特ADS相圖中，沿45°對角線的兩端代表0、1電平的不同組合狀態(tài)（0，0）和（1，1）；其間的過渡點對應眼圖中波形的上升和下降沿，沿－45°對角線的最大寬度反映其斜率。ADS相圖中包含被測信號相同或相鄰比特周期間的過渡態(tài)信息，能夠反映信號波形受傳輸損傷影響的狀態(tài)，可用作OPM。
OPM仿真驗證
對光信號速率、碼型調(diào)制格式透明，并能同時監(jiān)測多種傳輸損傷是OPM技術的核心要求。在10Gb／s及更低速率系統(tǒng)中，NRZ－OOK為代表的強度調(diào)制直接檢測（IM－DD）系統(tǒng)因調(diào)制和接收器件簡單、成本低而占據(jù)主導地位。但在40Gb／s及更高速率的系統(tǒng)中，由于CD和PMD容限的降低和對頻譜效率要求的提高，NRZ－OOK調(diào)制不再適用于長距離傳輸。而以相位輔助強度調(diào)制，如ODB，也稱相位整形二進制傳輸（PSBT）和相位調(diào)制，如RZ－DPSK等為代表的先進調(diào)制格式由于損傷閾值高、頻譜效率高而受到重視［20］。以上述三種碼型調(diào)制格式為監(jiān)測對象，基于OptiSIM4．0商業(yè)仿真軟件平臺構建采用ADS和ANN技術的OPM仿真系統(tǒng)，驗證所提出方案的透明性和損傷參數(shù)集總監(jiān)測能力。
110Gb／sNRZ－OOK
10Gb／sNRZ－OOK光性能監(jiān)測系統(tǒng)如圖3（a）所示，1550nm連續(xù)光源（CW）經(jīng)工作于正交傳輸點的無啁啾馬赫－曾德爾調(diào)制器（MZM）進行外調(diào)制產(chǎn)生NRZ信號，數(shù)據(jù)源為10Gb／s偽隨機二進制序列（PRBS），其序列長度為27－1。級聯(lián)的摻鉺光纖放大器（EDFA）和可調(diào)光衰減器（VOA）用于調(diào)整系統(tǒng)的OSNR值，通過設置不同單模光纖（SMF）的傳輸距離和CD、PMD系數(shù)來模擬不同程度的CD和DGD傳輸損傷，入纖光功率保持為0以消除非線性效應影響。包含損傷的光信號一部分經(jīng)PD光電轉(zhuǎn)換后以示波器（OSC）顯示眼圖作為參考，另一部分經(jīng)ADS監(jiān)測器進行Δt＝50ps，即半比特延遲采樣和數(shù)據(jù)采集，最后通過提取相圖特征參量對ANN模型進行多損傷監(jiān)測的訓練和測試。光通信性能監(jiān)測系統(tǒng)圖中的細實線代表電路連接，粗實線代表光路，而虛線代表信號數(shù)據(jù)，下同。NRZ信號在不同損傷條件下的眼圖與相圖如圖3（b）所示，OSNR導致信號1電平和過渡點幅度分布展寬；CD和DGD均導致信號時域展寬，但CD導致信號消光比降低，相圖點沿45°對角線外擴，而DGD導致信號波形三角化，相圖出現(xiàn)非對稱性。根據(jù)不同損傷參數(shù)特點，提取相圖特征參數(shù)，其中珡m和σm分別為相圖采樣點到原點距離的均值和標準差；珋θ為相圖采樣點角度平均值；Qd＝（μ1－μ0）／（σ1＋σ0）類似眼圖中Q值的定義，以相圖中沿45°對角線上采樣點區(qū)分0、1電平，求其均值和標準差得對角線Q值。以上述4個參數(shù)構成如圖3（c）所示ANN模型的輸入向量，OSNR，CD，DGD參數(shù)構成輸出向量，MLP－3包含26個隱元，采用擬牛頓（Quasi－Newton）算法作為訓練算法，ANN的訓練使用張齊軍教授開發(fā)的NeuroModeler軟件包。為了驗證ANN模型監(jiān)測傳輸損傷的性能，以125組不同損傷條件下相圖參數(shù)構成訓練樣本，其中OSNR分別為40，36，32，28，24dB；CD分別為0，200，400，600，800ps／nm；DGD分別為0，12，24，36，48ps，對ANN進行訓練。在訓練完成后，以另外的64組不同損傷參數(shù)，其中OSNR分別為38，34，30，26dB；CD分別為100，300，500，700ps／nm；DGD分別為6，18，30，42ps，構成測試樣本對ANN的預測輸出進行測試。10Gb／sNRZ－OOK光性能監(jiān)測結果如圖4所示，其中ANN模型在200次迭代之后的訓練誤差Etrain＝0．008，ANN模型預測輸出與測試樣本相關系數(shù)Rc＝99．3％，損傷參數(shù)監(jiān)測的均方根誤差分別為EOSNR＝0．1dB，ECD＝8．34ps／nm和EDGD＝0．92ps，在監(jiān)測損傷參數(shù)的測量范圍內(nèi)，監(jiān)測誤差小于5％。
240Gb／sODB
40Gb／s光通信系統(tǒng)與10Gb／s系統(tǒng)相比，CD容限減小16倍，PMD容限減小4倍，NRZ－OOK調(diào)制的無電中繼再生可傳輸距離大大縮短。ODB調(diào)制格式采用三電平調(diào)制，非連續(xù)的相鄰1電平之間相位相差π，在CD、PMD或濾波器效應引入波形展寬時，產(chǎn)生干涉相消，使0電平保持低電位，從而大幅提高其對色散損傷的閾值，而且其頻譜較NRZ－OOK調(diào)制更窄，有利于窄信道間隔的WDM傳輸［20］。同時，ODB調(diào)制格式只需改動發(fā)射機，而接收機不變，在性能和復雜度之間實現(xiàn)折中。40Gb／sODB光性能監(jiān)測系統(tǒng)如圖5（a）所示，信號源產(chǎn)生40Gb／sPRBS，其序列長度為27－1，首先進行雙二進制預編碼，之后經(jīng)帶寬為10GHZ的低通濾波器產(chǎn)生三電平驅(qū)動信號，在工作于傳輸零點的MZM中對1550nm的CW光源進行外調(diào)制得ODB信號，入纖功率保持為0，消除非線性效應影響。光纖鏈路中OSNR、CD和PMD三種傳輸損傷的模擬與眼圖監(jiān)測部分與4．1中相同，ADS監(jiān)測器的延遲為半比特，即Δt＝12．5ps。不同損傷條件下的ODB信號眼圖與ADS相圖如圖5（b）所示，OSNR降低導致0、1電平和過渡點幅度值均勻展寬；CD導致波形三角化，相圖中第3象限采樣點外擴；DGD導致波形斜率降低，消光比減小，相圖點沿對角線方向閉合。根據(jù)相圖變化特點提取特征參數(shù)，其中珡m、σm、珋θ和Qd與4．1中相同，σm3為相圖第3象限采樣點到原點距離的標準差。以相圖特征參數(shù)為輸入向量，監(jiān)測損傷參數(shù)為輸出向量構造ANN模型如圖5（c）所示，采用擬牛頓訓練算法，隱元數(shù)目為32個。以125組不同的傳輸損傷組合構成訓練樣本，其中有OSNR分別為42，38，34，30，26dB；CD分別為0，40，80，120，160ps／nm；DGD分別為0，4，8，12，16ps，對ANN進行訓練。以64組不同的傳輸損傷組合構成測試樣本對訓練完成的ANN模型進行預測輸出的檢驗，其中有OSNR分別為40，36，32，28dB；CD分別為20，60，100，140ps／nm；DGD分別為2，6，10，14ps。監(jiān)測結果如圖6所示，ANN模型訓練誤差Etrain＝0．031，預測輸出與測試樣本相關系數(shù)Rc＝97．6％，損傷監(jiān)測均方根誤差為EOSNR＝0．72dB，ECD＝3．24ps／nm和EDGD＝0．49ps，測量范圍內(nèi)的監(jiān)測誤差小于5％。
340Gb／sRZ－DPSK
在RZ－DPSK調(diào)制格式中，由于采用了平衡光電探測（BPD），其達到相同誤碼率所需的OSNR值要求比OOK調(diào)制格式要低3dB，即接收機靈敏度提高一倍。對于受到光放大器自發(fā)輻射噪聲限制的長距傳輸系統(tǒng)而言，使用RZ－DPSK調(diào)制可使無電再生中繼可傳輸距離增加一倍，2003年以后的陸基和海纜長距大容量光通信系統(tǒng)中，DPSK和差分四相移鍵控（DQPSK）調(diào)制逐漸取代OOK而成為主流［21］。40Gb／sRZ－DPSK光性能監(jiān)測系統(tǒng)如圖7（a）所示，序列長度為27－1的40Gb／sPRBS經(jīng)差分預編碼后在工作于傳輸零點的MZM1中對CW光源進行相位信息加載，再采用40GHz正弦時鐘信號在工作于正交傳輸點的MZM2中進行RZ碼型調(diào)制，最終獲得50％占空比的RZ－DPSK信號。光纖鏈路中OSNR、CD和PMD三種傳輸損傷的模擬與4．1中相同，在加入傳輸損傷之后，部分光信號經(jīng)過延遲干涉儀（DLI）解調(diào)和BPD平衡探測后，在OSC1中顯示解調(diào)信號眼圖；部分光信號直接PD檢測，在OSC2中顯示線路傳輸眼圖；部分光信號進入ADS監(jiān)測器，其延遲量設置為1bit，即Δt＝25ps。不同損傷條件下的RZ－DPSK信號的解調(diào)后眼圖、線路傳輸傳輸眼圖和ADS相圖如圖7（b）所示，OSNR降低導致信號波形和相圖點幅度值的展寬；CD導致波形幅度值和消光比降低，相圖點局部外擴；DGD導致兩偏振態(tài)的信號產(chǎn)生相位差，在PD檢測中干涉相消，使信號波形幅度值降低，相圖點沿對角線方向縮短。根據(jù)相圖變化的特點，提取與傳輸損傷變化有關的特征參量，其中珡m和σm與4．1中相同，珋θhalf為相圖45°對角線以上采樣點到原點的角度平均值，σθ為全部采樣點到原點角度值的標準差，M為采樣點到原點幅度最大值與最小值之差。以上述特征參數(shù)為輸入向量，損傷參數(shù)為輸出向量構造ANN模型如圖7（c）所示，隱元數(shù)目為30，采用擬牛頓訓練算法。以125組傳輸損傷組合構成訓練樣本，包括OSNR分別為36，32，28，24，20dB；CD分別為0，12，24，36，48ps／nm；DGD分別為0，3，6，9，12ps，對ANN進行訓練。以64組不同的傳輸損傷組合構成測試樣本對訓練完成的ANN模型進行預測輸出的檢驗，包括OSNR分別為34，30，26，22dB；CD分別為6，18，30，42ps／nm；DGD分別為1．5，4．5，7．5，10．5ps。監(jiān)測結果如圖8所示，ANN模型訓練誤差Etrain＝0．06，預測輸出與測試樣本相關系數(shù)Rc＝95．8％，監(jiān)測均方根誤差為EOSNR＝0．15dB、ECD＝1．74ps／nm和EDGD＝0．61ps，測量范圍內(nèi)的監(jiān)測誤差小于5％。
第2篇
光纖通信技術特點
文章將光通信傳輸介質(zhì)的四種不同技術進行對比分析，這四種技術是：RPR技術（也叫光以太網(wǎng)彈性分組環(huán)技術）、ATM技術、OTN技術（光傳送網(wǎng)技術）、SDH及基于SDH的多業(yè)務傳送平臺(MSTP技術)。SDH也稱為同步數(shù)字體系。
1光以太網(wǎng)彈性分組環(huán)技術
光以太網(wǎng)彈性分組環(huán)技術（RPR技術）對于實時性的時分復用業(yè)務，RPR技術定義了協(xié)議，在實際中需要得到進一步的驗證。對于數(shù)據(jù)業(yè)務而言，RPR技術具備絕對的優(yōu)勢，可以根據(jù)用戶的需求來分配帶寬，該技術支持統(tǒng)計復用技術和空間復用技術，在網(wǎng)絡正常運營的情況下，可使帶寬利用率相對SDH網(wǎng)絡提高3-4倍。RPR技術還可以對數(shù)據(jù)業(yè)務進行優(yōu)化，能有效的支持IP的突發(fā)特性。
2光傳送網(wǎng)
光傳送網(wǎng)也就是OTN技術，它是采用基于TDM體制的一種復用技術，每路信號占用在時間上固定的比特位組，信道通過位置進行標識，有獨特的幀結構，可以區(qū)分不同等級速率，還能在同一網(wǎng)絡中綜合不同的網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，對于非實時性業(yè)務和實時性業(yè)務都能提供相應的承載，該技術實現(xiàn)了從窄帶到寬帶的綜合業(yè)務傳輸。該技術的傳輸設備可以直接提供工業(yè)標準的通信協(xié)議接口，不需要借助其他的接入設備。缺點是該技術被壟斷，設備的維護受原廠家的束縛，與其他非OTN網(wǎng)絡進行連接總會有些莫名其妙的故障，設備的兼容性比較差。
3異步傳輸模式
異步傳輸模式技術也稱為ATM技術，ATM雖然可以承載實時性業(yè)務中的時分復用業(yè)務，但每一個節(jié)點的延時都要大于SDH傳輸制式，特別是故障時系統(tǒng)切換時間較SDH傳輸制式長，所以一般在時分復用業(yè)務的承載方面不用ATM技術。另外，ATM技術沒有低速率的接口，需要增加新的接入設備，這些設備的價格高其協(xié)議也復雜。對于視頻業(yè)務，由于其具有很高的突發(fā)度，而ATM技術能夠很好地支持具有突發(fā)性的可變比特率業(yè)務,并且其固有的設計已經(jīng)充分考慮了業(yè)務QOS(服務質(zhì)量)問題，因此可以實現(xiàn)承載。在非實時性業(yè)務的傳輸中，由于ATM技術存在帶寬利用率較低的問題，它也沒有音頻等低速接口，這就需設接入新的設備。
4MSTP技術
MSTP技術是SDH及基于SDH的多業(yè)務傳送平臺的縮寫，該技術也是一種光纖傳輸體制，它以同步傳送模塊為基本概念，其模塊由三部分構成：段開銷(SOH)、管理單元指針（AU）和信息凈負荷。MSTP技術的特點有：第一，克服了SDH設備中的一些不足，多數(shù)情況下不需要額外的接入設備，但新技術產(chǎn)品的增加可能會需要增加新的接入設備。第二，能利用虛容器方式來兼容各種PDH的體系。第三，SDH傳輸網(wǎng)具有智能化的路由配置能力、能方便的上下電路、監(jiān)控維護管理的能力比較強、光接口的標準相對統(tǒng)一。
第3篇
近年來，由于數(shù)據(jù)通信需求的推動，加上半導體、計算機等相關電子技術領域的快速發(fā)展，短距離無線與移動通信技術也經(jīng)歷了一個快速發(fā)展的階段，WLAN技術、藍牙技術、UWB技術，以及紫蜂(ZigBee)技術等取得了令人矚目的成就。短距離無線通信通常指的是100m以內(nèi)的通信，分為高速短距離無線通信和低速短距離無線通信兩類。高速短距離無線通信最高數(shù)據(jù)速率>100Mbit/s，通信距離<10m，典型技術有高速UWB、WirelessUSB;低速短距離無線通信的最低數(shù)據(jù)速率<1Mbit/s，通信距離<100m，典型技術有藍牙、紫蜂和低速UWB。
2藍牙(Bluetooth)技術
“藍牙(Bluetooth)”是一個開放性的、短距離無線通信技術標準，也是目前國際上最新的一種公開的無線通信技術規(guī)范。它可以在較小的范圍內(nèi)，通過無線連接的方式安全、低成本、低功耗的網(wǎng)絡互聯(lián)，使得近距離內(nèi)各種通信設備能夠?qū)崿F(xiàn)無縫資源共享，也可以實現(xiàn)在各種數(shù)字設備之間的語音和數(shù)據(jù)通信。由于藍牙技術可以方便地嵌入到單一的CMOS芯片中，因此特別適用于小型的移動通信設備，使設備去掉了連接電纜的不便，通過無線建立通信。
藍牙技術以低成本的近距離無線連接為基礎，采用高速跳頻(FrequencyHopping)和時分多址(TimeDivisionMulti-access—TDMA)等先進技術，為固定與移動設備通信環(huán)境建立一個特別連接。藍牙技術使得一些便于攜帶的移動通信設備和計算機設備不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無線連接因特網(wǎng)，其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品和汽車等信息家電，組成一個巨大的無線通信網(wǎng)絡。打印機、PDA、桌上型計算機、傳真機、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數(shù)字設備都可以成為藍牙系統(tǒng)的一部分。目前藍牙的標準是IEEE802.15，工作在2.4GHz頻帶，通道帶寬為lMb/s，異步非對稱連接最高數(shù)據(jù)速率為723.2kb/s。藍牙速率亦擬進一步增強，新的藍牙標準2.0版支持高達10Mb/s以上速率(4、8及12～20Mb/s)，這是適應未來愈來愈多寬帶多媒體業(yè)務需求的必然演進趨勢。
作為一個新興技術，藍牙技術的應用還存在許多問題和不足之處，如成本過高、有效距離短及速度和安全性能也不令人滿意等。但毫無疑問，藍牙技術已成為近年應用最快的無線通信技術，它必將在不久的將來滲透到我們生活的各個方面。
3超寬帶(UWB)技術
超寬帶(Ultra-wideband—UWB)技術起源于20世紀50年代末，此前主要作為軍事技術在雷達等通信設備中使用。隨著無線通信的飛速發(fā)展，人們對高速無線通信提出了更高的要求，超寬帶技術又被重新提出，并倍受關注。UWB是指信號帶寬大于500MHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25%的無線通信方案。與常見的使用連續(xù)載波通信方式不同，UWB采用極短的脈沖信號來傳送信息，通常每個脈沖持續(xù)的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。因此脈沖所占用的帶寬甚至高達幾GHz，因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到幾百分之一。在高速通信的同時，UWB設備的發(fā)射功率卻很小，僅僅是現(xiàn)有設備的幾百分之一，對于普通的非UWB接收機來說近似于噪聲，因此從理論上講，UWB可以與現(xiàn)有無線電設備共享帶寬。UWB是一種高速而又低功耗的數(shù)據(jù)通信方式，它有望在無線通信領域得到廣泛的應用。UWB的特點如下：
(1)抗干擾性能強：UWB采用跳時擴頻信號，系統(tǒng)具有較大的處理增益，在發(fā)射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設備產(chǎn)生的噪聲。
(2)傳輸速率高：UWB的數(shù)據(jù)速率可以達到幾十Mbit/s到幾百Mbit/s，有望高于藍牙100倍。
(3)帶寬極寬：UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達幾個GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大，并且可以和目前的窄帶通信系統(tǒng)同時工作而互不干擾。
(4)消耗電能少：通常情況下，無線通信系統(tǒng)在通信時需要連續(xù)發(fā)射載波，因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波，只是發(fā)出瞬間脈沖電波，也就是直接按0和1發(fā)送出去，并且在需要時才發(fā)送脈沖電波，所以消耗電能少。
(5)保密性好：UWB保密性表現(xiàn)在兩方面：一方面是采用跳時擴頻，接收機只有已知發(fā)送端擴頻碼時才能解出發(fā)射數(shù)據(jù);另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低，用傳統(tǒng)的接收機無法接收。
(6)發(fā)送功率非常小：UWB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小，通信設備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實現(xiàn)通信。低發(fā)射功率大大延長了系統(tǒng)電源工作時間。
(7)成本低，適合于便攜型使用：由于UWB技術使用基帶傳輸，無需進行射頻調(diào)制和解調(diào)，所以不需要混頻器、過濾器、RF/TF轉(zhuǎn)換器及本地振蕩器等復雜元件，系統(tǒng)結構簡化，成本大大降低，同時更容易集成到CMOS電路中。
參考文獻：
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