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隨著(zhù)多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展。光骨干傳輸網(wǎng)絡(luò )中的分組信號所占的比重越來(lái)越大，由于分組數據業(yè)務(wù)突發(fā)性和其不可預見(jiàn)性，因而要求光網(wǎng)絡(luò )具有可重構性�？芍貥嫻饩W(wǎng)絡(luò )是一種自動(dòng)地、動(dòng)態(tài)地分配帶寬資源，適應于以數據業(yè)務(wù)為主導的光網(wǎng)絡(luò )。對可重構光網(wǎng)絡(luò )的監控，尤其是性能監控尤為重要。 可重構光網(wǎng)絡(luò )及其性能管理的研究已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展。其中Q因子測量方法是一種有效的監控方法，是確定光通道質(zhì)量的有效手段。通過(guò)測試Q因子來(lái)評估BER性能，可以得出最優(yōu)設計設備中的最小BER。它既可以采用雙判決電路進(jìn)行在線(xiàn)監視，也可以采用單判決電路工作在在停業(yè)務(wù)狀態(tài)。眼圖是觀(guān)察波形失真、噪聲水平和信號質(zhì)量的首選工具�，F在，國內外已有很多基于眼圖的不同抽樣方法，可實(shí)現光性能的監控。 在現有的幾種方法中，通過(guò)眼圖抽樣可得出信號的標準差和平均功率值，從而得出Q值。此方法需要時(shí)鐘定時(shí)提取，實(shí)現過(guò)程較復雜；而運用異步眼圖抽樣法來(lái)監控光信道中的歸零碼和不歸零碼的性能參數(主要是光信道的色散)，測量的參數比較單一，不能完全反映信道質(zhì)量；依據Q值和誤碼率的對應關(guān)系，提出了一種在線(xiàn)檢測光信號Q值的方案，并基于數字信號處理芯片技術(shù)設計了檢測模塊，從而實(shí)現了信號的在線(xiàn)Q值監測。此方法的判決電平不易確定，而且當噪聲幅度較大時(shí)，誤差也大；利用同步眼圖來(lái)計算平均Q值的方法在抽樣時(shí)需要時(shí)鐘提取來(lái)同步，既復雜，成本又高，而且這種方法比特率也不透明；而使用異步眼圖抽樣方法來(lái)抽樣脈沖寬度對測試結果的影響，則不需要時(shí)鐘恢復，而且比特率透明、成本低。 以上大多沒(méi)有監測對其測試結果和實(shí)際系統之間的關(guān)系做深入研究。為此，本文在總結前人研究的基礎上，提出了一種新的監控方法，即在不需要時(shí)鐘定時(shí)提取的條件下，通過(guò)異步眼圖抽樣法，并利用計算機仿真來(lái)計算并得出平均Q值。通過(guò)比較平均Q值和初始Q值的關(guān)系，可以快速監測系統的性能。該方法用于多波長(cháng)系統可得出抽樣間隔和測試結果之間的關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現有效監測多波長(cháng)光網(wǎng)絡(luò )的作用。這種方法比特率透明，結構簡(jiǎn)單，容易實(shí)現。 1 實(shí)現原理 反映光通信系統信號性能質(zhì)量的參數很多。但無(wú)論采用哪個(gè)參數，都能從不同程度上反映光通道的性能。在這些參數中，BER反映的光通道性能最為準確，但其測量需要電光變換和時(shí)鐘恢復等復雜操作。目前大多數系統采用OSNR來(lái)評估光通道性能，但精確度不夠，因此，一個(gè)新的參數，即Q因子被引入其中。 Q因子是反映光纖通信系統電信噪比(SNR)的重要參量，它的定義是接收機在最佳判決門(mén)限下電信號功率和噪聲功率的比值，可適用于各種信號格式和速率的數字信號，而且不需要解開(kāi)幀結構。因此，在進(jìn)行系統分析時(shí)，比較簡(jiǎn)單易行。Q因子參數的確立和測量方法的實(shí)現，對于可重構光網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際維護和測試有著(zhù)重要的意義。 由于Q因子是在光接收機判決數據之前測量得到的，因此，很容易建立與BER之間的關(guān)系： 此外，由于計算Q因子的噪聲功率部分是由ASE造成的，故此，Q因子和OSNR之間的關(guān)系可由正式得到： 式中，r為發(fā)送端光信號的消光比。 圖1所示是平均Q值的異步眼圖和它的振幅直方圖。其中幅度圖表示的是信號傳號和空號的幅度分布，平均Q值的定義式為： 其中，μ1是信號1的平均電平，σ1是信號1電平的標準方差(噪聲)，μ0是信號0的平均電平，σ0是信號0電平的標準方差(噪聲)。 利用該方法可監控傳輸光纖中信號的SNR。用光接收機和示波器來(lái)測量光信號的異步眼圖，并通過(guò)對眼圖進(jìn)行抽樣得出平均估計Q值。通過(guò)大量的計算機模擬仿真來(lái)選擇恰當的抽樣點(diǎn)間隔，筆者發(fā)現，在平均估計Q值和初始Q值之間有一個(gè)線(xiàn)性關(guān)系。運用這個(gè)線(xiàn)性關(guān)系可以實(shí)現光網(wǎng)絡(luò )的性能監控。同時(shí)，在光學(xué)采樣后，通過(guò)簡(jiǎn)單地增加波長(cháng)鑒別，還可以用于多波長(cháng)通道的監測。 2系統結構 圖2所示是一種取樣方法的系統流程圖，模擬仿真就是建立在這個(gè)系統之上的。將輸入的光信號通過(guò)分路裝置分成兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )，一部分通過(guò)光纖輸出，另一部分輸出到調節器。采樣脈沖和輸入的光信號可進(jìn)入由低頻脈沖發(fā)生器驅動(dòng)的獨立偏振調制器。由于這種脈沖調制和數據是異步的，故可進(jìn)行抽樣平均。當信號進(jìn)人到下一個(gè)系統時(shí)，系統將由一個(gè)光電二極管在一個(gè)特定的時(shí)間內檢測調制信號的功率。數字信號處理器可用來(lái)收集測量數據，并獲得相應的概率密度函數。然后利用這些概率密度函數來(lái)分析監測信息。該方法可同時(shí)用于估計不同波長(cháng)信道的Q因子。 3 仿真實(shí)現 圖3所示是該光網(wǎng)絡(luò )性能監控系統的仿真流程圖�？梢杂靡粋�(gè)余弦信號加隨機正態(tài)噪聲來(lái)模擬光纖中傳輸的信號(包括偽隨機二進(jìn)制序列的NRZ碼信號和自發(fā)輻射噪聲)，以得出初始Q值。然后選擇恰當的輸入信號抽樣點(diǎn)，可以周期為單位，兩抽樣點(diǎn)之間間隔為T(mén)+n·△t，再將抽樣值放人一個(gè)一維數組中。之后再按照抽樣值電平的范圍，對一維數組中的抽樣值進(jìn)行統計，并根據統計值繪制振幅高斯分布圖。最后根據高斯分布圖求得平均估計Q值。這樣，將初始Q值和平均估計Q值進(jìn)行比較，就可以得到兩者之間的關(guān)系圖。 4 仿真結果 選取不同的抽樣點(diǎn)數和抽樣間隔，即可在不同的初始Q值情況下，得出表1和表2所列的平均Q值。 由表1和表2可知，在抽樣過(guò)程中，當抽樣點(diǎn)數較少時(shí)，兩抽樣點(diǎn)之間的間隔T+n·△t對仿真結果有較大的影響，測試結果往往不能反映實(shí)際Q值。一般地，當抽樣點(diǎn)大于40000個(gè)，由抽樣位置不同造成的平均Q值之間的差別小于0.01，而仿真結果與抽樣位置(T+n·△t)基本無(wú)關(guān)。由于系統不需要時(shí)鐘定時(shí)提取，抽樣點(diǎn)位置是隨機的，故可能取到函數值為0處，從而導致平均Q值比初始Q值小很多。但平均Q值是穩定的，仍然可以反映初始Q值的大小。筆者得出的初始Q值和平均Q值之間的關(guān)系如圖4所示。 由表1、表2和圖4可知，當初始Q值由6降低到5時(shí)，單波長(cháng)信道的平均Q值從3.0086降到2.9082，降低了0.1004。而在抽樣點(diǎn)大于20000時(shí)，抽樣位置導致的波動(dòng)小于0.002，此時(shí)，Q值的劣化是可以被監測到的。 在波分復用系統中(4個(gè)波分)，同樣取20000個(gè)點(diǎn)進(jìn)行仿真。當其中某一波長(cháng)信道的初始Q值由6降低到5時(shí)，其它3個(gè)信道的Q值仍然為6，此時(shí)，四波長(cháng)系統的平均Q值從3.0085降到2.9835(降低了0.025)，抽樣位置導致的波動(dòng)誤差也是小于0.002，此Q值的劣化也可以監測。所以，該方法可以用于波分復用系統中。 進(jìn)一步的仿真還表明，在n個(gè)信道的波分復用系統中，某一波長(cháng)信道的Q值下降導致的平均Q值下降為該波長(cháng)系統的1／n，所以抽樣位置導致的波動(dòng)誤差必須更小。仿真表明，16個(gè)波分復用系統中的抽樣點(diǎn)數應該大于80000個(gè)。 5 結束語(yǔ) 本文主要探討了一種基于平均Q因子的可重構光網(wǎng)絡(luò )性能監控技術(shù)。此方法利用異步眼圖抽樣。不需要時(shí)鐘同步。文中通過(guò)大量數值仿真得出了抽樣點(diǎn)數對估計Q值的直接影響。結果表明：抽樣點(diǎn)數小于5000個(gè)時(shí)，不能反映實(shí)際結果。當測試點(diǎn)數大于40000個(gè)以上時(shí)，可以測試多波長(cháng)系統的實(shí)際Q值。此方法不但可以快速監測可重構多波長(cháng)光網(wǎng)絡(luò )的性能，而且比特率透明，結構簡(jiǎn)單，容易實(shí)現。對于實(shí)際的可重構光網(wǎng)絡(luò )的維護和測試且有重要意義。 |
