（通信与信息系统专业论文）wdm光网络中基于副载波的光性能监测技术研究.pdf

原刨性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：韭日 期：丝尘：肛 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：王塾导师签名：日期：! ! ：! 乙 山东大学硕士学位论文 i in i l l _ i - - _ _ 摘要 过去十年里，光传输使得骨干网络的数据流量快速增长，而能够传输大量信 道的d w d m 技术使数据流量进一步增加光性能监测( o p b i ) 对于管理这样一 个大容量的光传输和交换系统是至关重要的未来的光传输网络将是动态可重构 的，并具备超长距离通信和光交换功能，更增加了管理这样一个透明传输网络的 复杂度，由此激发了人们对光性能监测技术研究的兴趣，并将o p m 聚焦为下一 代光网络的使能技术之一 关于实现光性能监测的技术有很多种，包括光谱分析法、直方图法、q 因子 法、副载波复用法等本文主要研究副载波复用光性能监铡技术该技术相对于 其他技术具有易于实现、成本效益高、能实现多种参数监测等优点，而且非常适 合在光网络节点( o a d m 、o x c ) 采用本文对该技术的工作原理、典型应用 进行了综述，并分析了该技术的潜在局限性以及可量测性 以往的研究主要集中子单个副载波复用监测技术的研究，如何复用多个副载 波对光性能进行监溯，鲜有这方面的文献报道复用多个副载波进行监测可以实 现多种蓝测功能的组合，提高监测的灵活性然而采用多副载波复用提高监测能 力的同时，必然会给光信号的传输质量带来更多的损伤，同时光纤的非线性等因 素也会对多副载波监测产生更大的干扰，影响监测效果正确认识这种相互影响 的程度将对研究多副载波复用监测技术有指导作用，这正是本论文研究的目标 副载波复用首先会对光接收机的q 因子或误码率直接造成影响本文由传 统的光接收机模型出发，提出了一种新的分析方法，将副载波替代成一种正弦分 布的随机变量进行处理，并将其标准方差应用到q 因子推导中，最终得到接收 机的最佳判决电流和相应o 因子的解析函数式，进而可求出误码率接着又推 广到多个副载波的情况然后用该方法分析了接收机的误码率和q 因子与调制 系数、输入光信噪比、副载波数量的关系，并与已有理论进行了对比分析。验证 了本文提出的理论模型的有效性由于本文提出的方法中q 因子与其他参数为 单值映射关系因而在计算上更加方便、直接 光网络中掺铒光纤放大器的交叉增益调制( x g m ) 效应和光纤的受激喇曼 散射( s r s ) 效应会在实际副袭波附近产生虚假副载波，对监铡技术造成干扰， 山东大掌硕士学位论文 - _ - - - _ _ - _ _ _ - 一i- - 严重时将造成错误判断，扰乱网络管理这种影响在复用多个副载波时将会更加 明显x g m 效应可以通过对e d f a 进行自动增益控制或提高副载波频率得到改 善，但仅仅提高副载波的频率并不能减小s r s 效应的影响为了分析s r s 效应 对多副载波监测技术的影响，我们以双副载波监测w d m 光通路为例，进行了初 步探讨我们首先提出双副载波引起光功率脉动的时域理论模型，然后对其进行 f f t 变换，从频域角度研究了在s r s 效应影响下双副载波的频谱图，副载波功 率和传输距离的关系以及s r s 效应对双副载波监测技术可量测性的影响数值 仿真结果显示，受s r s 效应的限制，双副载波复用监测技术能够支持的最大网 络规模小于单副载波复用监测技术。但该技术仍然可以在城域网中得到很好的应 用与单副载波相比，采用双副载波实现对光波信道的标识，可以大大节省副载 波的频率资源，并且对波长信道的管理带来定的方便性 关键词：密集波分复用；全光网络；光性能监测技术；副载波复用；q 因子；受 激喇曼散射 山东大学硕士拳位论文 a b s t r a c t d 1 戚n gt h ep u td e c a d e ，o p t i c a lt n m s p o r th 憋如蝴t h er a l d i c lg r o - l l ho fd a t a 蛐c i nt h en e t w o r kb a c k b o n e f u r t l a e ri n 口渊i n c a p a c i t ya r e 乎捌b ym o v i n gt o d e n s ew a v e l c - n g t l ad i v i s i o nm u t i p e 衄( d w d m 9w i t hl 孵c h a m a e lc o t m t s o p d c d 熙响衄a 噼n l o n i t o 趣( 0 p 岣i se s s e n t i a lf o rm 锄g i n gs u e l ah i g hc a p a c i t yo p t i c a i t r a n s m i s s i o na n ds w i t c h i n gs y 蛳吣u l t r a l o n gh a u la n d o r , t i c a i l y8 w i t c l a e dn e t w o r k s ， w i t hn 删o p t i c a ll a y e rf t m e t i o n a l i t ys u c ha sc l y l l a m i cr e e o n f i g u r a t i o na n dl i n kl e v e l r e s t o r a t i o n , p r o m i s ei m p r o v e do l 】e r a t i o m , r e d u c e df o o t l d r i n ta n dc o s t h o w e v e r , t h e s e b e n e f i t s 眦w i t ht h ea d d e do o m p l i e a t i o mr e q u i r e db ym 彻l a i 豇堰缸锄s p 删 琳 t w o r k sa n dh a v es t i m u l a t e di n t r e s ti no p mf o re 1 1 1 蛐c e df a u l tm a n a g e m e n t a p p l i c a t i o n s a l lo ft h e s ei 鲻i | 嚣b r i n gf o e mt oo p m a sa 1 1 1t = n a b l i n gt e c h n o l o g yf o r n e x tg e n e r a t i o no p t i c a ln e t w o r k s t h e r eh a v ed c v d o p e dm a l a yt e e l m i q t u 笛f o ro p ms u c h 撼叩如a ls p 嘲咖 m o n l t o t i n g , l f l s t o g r a mm 甜l 破l r i n 岛q - f a c t o rm o n i 幻r i n 舀s u b - c l l t l i c rm i l l 卸l e x i n g ( s c l v om o n i t o r i n ga n d o i l c o m r , 蒯w i t ho t h e rm o n i t o r i n gt e e l m i q u e s , s c mh a s m a n ya d v a n t a g e s ：i ti ss i m p l e ，c o s t - c f f e e t i v e ，a n dc 8 nb eu s e df o rm o n i t o r i n gv a r i o u s o p t i c a lp a r a m e t e r si naw d mn e t w o r k s m o r e o v e r , i ti sw e l ls u i t e df o ru s ci na c l r n a m i cw d m n e t w o r k sw i t ho a d m sa n do x c s i nt h i sp a p 甑, l 、怫r e v i e w e dt h e s c mt e e l m i q u ea n di t st y p i c a la p p l i c a t i o n s , a n de s t i m a t e dt h es e a l a b i l i t yo ft h i s t e e l a n i q u eb ya n a l y z i n gi t sp o t e n l i a ll i m i t a t i o n s t h ef o r m e rr e s e a r d a e s 眦m a i x l l yb a s e d0 1 1s i 】n g ：l e s u b - e a r r i e m u l t i p l e x i n g m o n i t o r i n gt l m i q u e s , a n dt l a c r c 蝌f e wr e p o r t so nh o w t ou s em u l t i p l es u b - c a r r i e r s 酬划耐d gf o r 妇r c r f o r m a n c cm o n i t o r i n g t l a em u l t i - $ c m 啪b eu s e dt om o n i t o r s e v e r a lp a r a m e t e r st o g e f l 把ra n di m p t o v et h ef l e x i b i l i t ya n dc a p a b i l i t yo fm o n i t o r i n g b u tt h eu s a g l eo fm u l t i p l e 吼i b - c 缸r i 粥w i l ld e f i n i t e l yb r i n gl l l o r ep e m l t i e st ot h e o p 6 c a ls i g n a l sq u a l i t ya n dh a v em o 砖c h a n c ef o rt l o i n t ! d e t e r i o r a t i v ef l i e t o r ss u e l a 鹳 f i b e rn o n l i n e a r i t yt oa f f c ：e tt l a cm o n i t o r i n gf u n e t i o mt h a nt h es i n g l e $ c mc a s e t l a c o b j c 譬- t i v eo f t h i sp 印廿i st os t u d yt l a e s ep r o b l e m sw h e nu s i n gm u l t i - s c m w h i e l aw i l l 5 山东大学硕士学位论文 - - i ii i i i i _ _ - _ - - - - - _ _ 一 b c8 t h c l p f l l lg u i d a n c e 细雠r e s e a r c hi nm u l t s c mt e c h n i q u 格 w e6 l s t 蛐t h ed e t e r i o r a t i v ee f f e c t so fm u l 6 - s c mt ot h eq 蠡d 啊o rb e r o f t h eo 砸c a li 傲i v c l , b a s e do nt h ec o n v e n t i o n a lo p t e dr e c c i v 口m o d e l , w e p u tf o r w a r d 8n 删a p p r o a c ht oa n a l y z et h ed c 霉枷o no f t h e0 尹时c a i 缸柚卸瞌s s i 蛆l i n ka f f e c = t e db y t h el o w - f r e q u e n c y 羽i b - 喇口m u l t i p l e x i n g w eu s cas i n u s o i d a ld i s t r i b u t e di 锄d o m v a r i a b l ea sas u b s t i t u t ef o rt h em u l t i p l e x e d 蜘i b 吧a r r i e fa n de m p l o yi t ss t a n d a r d d e w i a t i o ni n t ot h ef o r m u l ad e r i v a t i o n r e s u l t a n t l y , t h eqf a c t o ra n dt h eo p t i i n a l d e c i s i t h r e s h o l dl e v e lc 蛆b ed e s c r i b e da s 肌a n a l y t i cf o r mr e s p e c t i v e l y t h e n 玳 e x t e n d 伍er e s u l t si n t om u l t i p l e 删| b 硎懿豫a n da n a l y z et h eb e ra n dq p e 删t y o ft h e 删c a ll _ - e c c i v e rv 嘲玛m o d u l a t i o ni n d e x , i n p mo s n r 硒dt h en u m b e ro f 飘i b - 倒髓o u rm e t h o dc o i n c i d e sw i t ht h ep r o v e dt 蛔w i t hn u m e r i c a la n a l y s i s a n di sm o 爬c o n v e n i e n ti nc a l c u l a t i n gf o rt h em a p p i n gb f t w e 宅nqf a c t o ra n do t h f r p a r a m e t e r si so n e - t o - o n e w h e nt h e8 c m m o r t w r i n gt e c h n i q u ei su s e di na na m p l i f i e dw d mn e t w o r k , i t s p t 畦研m 柚c o u l db ed e t e r i o r a t e db yg h o s t - t o n e sc a u s e db yc - t o g a i nm o d l l i a 矗姐 ( x g m ) o fa n 口b i u m - d 叩e df i b e ra m p t i f i e r ( e d f a ) 锄出s a i m u l a t e dr a m a n s c a t t e r i n g ( s r s ) t h e s eg h o s tt o n e sc o u l dn o to n l yc b u s e 屺a 鞠a 蹦ta t o 砖o f t h e m o n i t o r i n gt e c h n i q u e ，b u ta l s om i s l e a dt h en e t w o r ko p e r a t o r s 细i n t e r p r e tt h ed r o p p e d c h a n n e l s 鸽s t i l le x i s t i n g ) n l i sp r o b l e mw i l lb e c o m em o 托s e r i o u si nt h em u l t i - s c m c a s e t h ee f f e c to fx g mc o u l db em i t i g a t e ds i m p l yb yu s i n gh i g h - f r e q u e n c y s u h z r r i e r s 雒i d 盯舢哟m 撕c 驴j n c o n 乜o l l e de d f a s h o w e v e r , t h cs r se f f e c tc o u l d n o tb e 鲫现小目s s e do n l yb yi n 凹s i n gt h e 轧b - c 耐盯f r e q u e n c y t a k i n gt h ed u a l 飘l a r r i e 娼c a f o r 仃a c l d n gt h eo 四c a lp a t ha s 蛆e x a m p l e ，w em 出e 觚e l e m e n t a r y r e s e a r c ha b o u tt h ee f f e c to fs i 氇o nt h em u l t i - s c mm o n i t o r i n gt e c h n i q u e s w e p r o p o s e dam a t hm o d e lo ft h eo p t i c a lp o w e rd i t h 盯d u e t od u a l 矾l b - c 秭c 玮 嘶l 戗i n g i nt h e 血d o m a i n u s i n gf f tt ot h i sm o d e l , 啪a n a l y z e dt h es p e c 咖 o ft h ed u a l 飘l 岫r f i e r s it h er e l a t i o n s h i pb 既w e t h es u b - c a r r i e rp o w e ra n dt h e 缸锄坫舶嫡d i s t a n c e 。a n dt h es c a l a b i l i t yo f 位d u a l - s c mm o n i t o r i n gt e c h n i q u ed u e 1 0t h ee f f e c to fs r s t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o ns h o w st h a ta l t h o u g ht h em 【i 】叫哪 u 神w o r ks i z es u p p o r u 证b yt h ed u a l - g c mt e c h n i q u ei s 锄如t h 蛆t h e 蛐s c m 山东大擘硕士学位论文 t e c h n i q u e , t h ed u a l - s c mm 饥i i t 埔玛t e c h n i q u ei s s t i l lw e l ls u i t e d f o rl i 辩i nt h e m e t r o p o l i t a nn e t w o r k m o r e o v e r , t h ei i s a g co fd u a l s c mf o rt h ei d e n t i f i c a t i o no f o p t i c a lp a t ha n dc h a n n e lc o u l ds a v em l m e r o u ss u b - c a r r i e rf i e q u e n c i c s ，a n dm a k et h e c h a n n e lm a n a g e m e n tm o r ee f f e c t i v e 啊岫c 姬m p a r e dw i t hs i n g l es c mc a s e k 锣w o r d s ：d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g w o b o ；o p t i c a lp e r f o r m a n c e m o n i t o r i n g ( 0 嗍田；s u b - c a r t i e rm u l t i p l e x i n g ( s c m ) ；q - f a c t o r ；s t i m u l a t e dr a m a n s c 雒e r m g ( s r s ) 7 山东大学焉士学位论文 _ _ _ _ i _ i l i l - _ _ i l i _ i - _ l _ _ l l _ _ l - ll _ l _ - l _ _ _ _ _ 缩略语说明 a l l 卸吐c a ln e t w o r k全光网络 a m p l i f i e ds p o n m 地o u sf _ m i s s i o n自发辐射 b i te z d rr a t i o 误码率 c h r o m a t i cd i s p c 商 色度色散 c a r r i e rt on o i s er a t i o 载噪比 d 遗孤斌i a lo r o u pd e l a y 群时延差 d e g r o f p o l a r i z a t i o n 偏振度 d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 密集波分复用 e r b i u m - d o p e df i b e ra m p l i f i e r掺铒光纤放大器 f i b e rb r a g gc - r m 培 光纤布拉格光栅 f a s tf o u r i 嚣t r a n s f o r m 快速傅立叶变换 f o u rw a v e l e n g t hm i ) d n s 四波混频 i n t e f n m i o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o n u n i o n国际电讯联盟 l a s e rd i o d e 激光器 m o d u l a t i o ni n d e x 调制系数 n o i s ef i g u r e 噪声指数 0 p d la d d 仍r d pm l l l 印奴光分插复用 0 l m lc h a n n e lm o n i u n i n g光信道监测 o p t i c a lp 矗f o r m a n c em o n i t o r i n g光性能监测 郇d c a is p e c 乜锄a i 壤l y 珊光谱分析仪 0 l ，涮s i g n a lt on o i s er a t i o光信噪比 o p t i c a lt e s t a c c e s su n i t光测试接入单元 0 p 石c a it l r a ed o m a i n 贴n n n c t c r光时域反射仪 o p t i c a ic r o s sc o n n e c u n 光交叉连接器 q u a l i t yo f s e r v i c e服务质量 p o l a r i z a t i o nb e a ms p t i t t e r偏振分光器 p h o t o d e t e c t o r光检测器槲l|陬弧咖鼢一一i圣肿嗍皿m砸眦一蝴洲姒一一一呲晒哪阳 。 山东大学硕士学位论文 p m dp o l a r i z a t i o nm o d e d i s p e r s i o n偏振模色散 r e m o t ef i b e rt e s ts y s t e m r e m o t et e s tu n i t s u b - c a n i e rm u l t i p l e x i n g s y n c h r o n o u sd i g i t a li - i i 戗- a w h y s e r v i c el e v e la g r e e m e n t s s i n g l em o d ef i b e r s i g n a lt on o i s er a t i o s y n c h r o n o u s 姊d c a ln e t w o r k s t a t eo f p o l a r i z a t i o n s t i m u l a t e dr a m a ns c a t t e r i n g w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g c r o s sc r a i nm o d u l a t i o n 远程光纤测试系统 远程测试单元 副载波复用 同步数字传输体系 服务等级协定 单模光纤 信噪比 同步光网络 偏振态 受激拉曼散射 波分复用 交叉增益调制 9 | 耋唧 洲 渊姒蛳 暑| 泐潞一 删 山东大掌磺士学位论文 - - i ii i i i i _ a m _ _ _ 第一章绪论 1 1 光纤通信技术研究与发展现状1 1 1 1 2 l 随着网络化时代的到来，人们对信息的需求与日俱增全球范围内口业务 突飞猛进的发展，在给传统电信业务带来巨大冲击和挑战的同时，也为电信网的 发展提供了新的机遇 从当前信息技术发展的潮流来看。数据化、宽带化、综合化已成趋势，传输 与交换的融合、电路交换向分组交换演进、冈络向更加宽带化、智能化、集成化、 兼容性、灵活性和高可靠性的方向发展已成必然 近十年来，随着网络的不断演进和巨大的信息传输需求，对光纤通信提出了 更高的要求，同对也促进了光纤通信高技术的发展仅以波分复用技术o 矿o m ) 为例，由于w d m 具有大容量、透明性、可重构性、易扩容性等优异性能，近年 来得到了极大的重视和飞速的发展，其相关的光器件，光系统、光网络等方面的 发展代表了光通信技术的发展方向，已成为国际和国内在光纤通信领域内的研究 重点和应用热点，以美国、欧洲、日本为代表的许多发达国家和地区对此投入了 大量的人力、物力并分阶段、有步骤地进行研究，现已取得了很大的进展和成就 在商速光传输方面，目前已实现了1 0 9 6 t b i t s ( 2 7 4 波x 4 0 g b i l l s ) 的实验系统： 在超长距离传输方面，已达到了4 0 0 0 k i n 无电中继的技术水平；在光网络方面， “光网技术合作计划( 伪盯) ”、。多波长网络( m 0 响玎) ”、“国家透明光网络 ( 删) ”、泛欧光子传送重迭网( p h o k ) n ) ”、“泛欧光网络( 0 p e n ) ”、“光 通信网管理( m o o n ) ”、“光城域通信网( m t o n ) ”、“波长捷变传送接入网 ( w 0 1 a n ) ”和“社团光纤骨干网( c o b n l 玎) ”等一系列光网络研究项目的相继 启动、实施与完成，为下一代宽带信息网络，尤其是为承载未来球业务的下一 代光通信网络奠定了良好基础 在国家8 6 3 计划和其他计划及部门的大力支持下，经过我国科技人员长期不 懈的艰苦努力，我国的光通信技术的研究近年来也已取得了很大的进展，实现了 从无到有、从小到大、从弱到强的历史性跨越，综合实力显著增强目前己陆续 完成了1 5 5 m b i t s 、6 2 2 m b i t s 、2 5 c - b i t s 、l o g b i t ss d h 系统；8 x 2 5 g b i t s 、 山东大学硕士学位论文 1 6 x 1 0 g b i t s 、3 2 x 1 0 g b i t s 、1 6 0 x 1 0 g b i l sw d m 系统，1 0 g b i l s 、4 0 c - b i ：t ，so t d m 试验系统。宽带接入系统以及全光通信试验网、自动交换光网络试验平台等一系 列项目，自行研制成功的w d m 光传输系统已在多省市提供运行和服务，各种光 纤局域网城域网，广域网已得到了广泛应用，我国已成为世界上为数不多的几个 掌握了全套s d h 和w d m 光通信系统系列产品技术的国家之一，在世界光通信 系统和光网络领域已经占据了一席之地 1 2 全光网络的发展趋势及面临的挑战1 3 1 1 4 1 基于波分复用的全光通信网比传统的电信网具有更大的通信容量，具备以 往通信网和现行光通信系统所不具备的优点：全光网结构简单，端到端采用透 明光通路连接，沿途没有光电转换与存储，网中许多光器件都是无源的，便于 维护、可靠性高；网络中使用o x c ，加入新的网络节点时，不影响原有的网络 结构和设备。从而降低成本当用户通信量增加或网络出现故障时。可以改变 o x c 的连接方式，对网络进行重构；全光网以波长选择路由，对传输码率、数据 格式及调制方式均具有透明性，可提供多种协议业务，不受限制地提供端到靖 业务；w d m 全光网采用波分复用技术，充分挖掘光纤带宽潜力，增大传输容量， 且与现有的通信网有良好的兼容性 全光网是通信网发展的目标，分两个阶段完成第一个阶段为全光传送网， 即在点对点光纤传输系统中，全程不需要任何光电转换长距离传输完全靠光波 沿光纤传播，称为发端与收端问点对点全光传输第二个阶段为完整的全光网 在完成上述用户问全程光传送网后，有不少的信号处理、储存、交换以及多路复 用分用、进网出网等功能都要由光子技术完成完成端到端的光传输、交换和 处理等功能，这是全光网发展的第二阶段，即完整的全光网 对于全光网络的发展来说，目前还存在一些技术挑战，如光网络的网络管 理、网络的互连和互操作、光性能的监视和测试等 网络管理：除了基本的功能外，核心光网络的网络管理应包括光层波长路 由管理、端到端性能监控、保护与恢复、疏导和资源分配策略管理互连和互操 作：i t u 和光互连网论坛( 0 ) 正致力于互操作和互连的研究。已取得了一些 进展i t u 的研究集中在开发光层内实现互操作的标准o i f 则更多的关注光 山东大学硕士拳位论文 - i _ _ _ _ _ i _ _ _ _ - - _ _ i l 一 _ _ 一- 一 _ _ l l_ - _ 一 _ _ _ 一 层和网络其他层之闻的互操作。集中进行客户层和光层之间接口定义的开发光 性能监视和测试：需要对光层的所有子层进行性能监视目前光层的性能监视和 性能管理大部分还没有标准定义，但正在迅速开发之中 全光通信正以其不可比拟的优势向前推进，今后将最终实现光联网，实现 光联网的基本目的是：实现超大容量光网络：实现网络扩展性，允许网络的节点 数和业务量的不断增长；实现网络可重构性，达到灵活重组网络的目的；实现网 络的透明性，允许互连任何系统和不同制式的信号；实现快速网络恢复 1 3 光网络中光性能监测技术的重要性i s l l e l l r l l 8 1 过去十年里，光传输使得骨干网络的数据流量快速增长，而能够传输大量信 道的d w d m 技术使数据流量进一步增加超长距离通信和光交换技术的发展也 将为光网络带来更便利的操作、更少的设备投入和更高的经济效益而这一切的 好处也相应增加了管理这样一个透明传输网络的复杂度对于这样高速率传输的 系统，一个短时间的服务中断就会影响大量的数据通信；信道数量，数据传送速 率以及通信距离的逐渐增加，使得光网络对非线性效应越来越敏感：而且，未来 光网络是具备动态重构和链路级恢复功能的网状网络，技术更加复杂，使得整个 传输网络更容易受到网络故障、错误配置、信号质量恶化等因素的影响因此实 现光性能监测( o p m ) 对于管理这样一个大容量的光传输和交换系统是至关重 要的 未来的通信网络将是透明传输、动态可重构的全光网络，o p m 不再需要光 电转换过程，直接在物理层实现监测，并且与数据速率、格式和协议无关；监测 过程中也不再需要知道信号的来源以及传输历史，对网络管理提出了更加智能化 的要求高级o p m 和光网络管理( o n m ) 相结合将为下一代光网络提供许多重 要的网络功能，包括：( 1 ) 主动进行时变均衡和失真补偿，例如调谐光放大器的 动态增益均衡器( d g e ) 和p m d 补偿器；( 2 ) 智能提供业务及其路由选择，并且 支持新的网络单元：( 3 ) 故障预测、检测、诊断、定位和启动恢复机制；( 4 ) 表征 信号质量以确保服务质量( q o s ) 和实现服务等级协定( s l a ) o p m 还有利于 实现网络优化、系统设置和升级、网络维护等，并且也是减少d w d m 光网络运 营成本的必要的工具所有这些问题都将o p m 聚焦为下一代光网络的使能技术， 山东大学硕士学位论文 由此激发了人们对o p m 技术的研究兴趣以提高网络管理的应用水平 1 4 本论文的研究内容和安捧 关于实现光性能监测的技术有很多种，包括光谱分析法、直方图法、q 因子 法、副载波复用法等本文主要研究副载波复用光性能监测技术该技术相对于 其他技术具有易于实现、成本效益高、能实现多种参数监测等优点，而且非常适 合在光潮络节点( o a d m 、o x c ) 采用 虽然通过复用单个副载波可以实现多种光性能参数的监测。如信道光功率、 信道波长、信道标识、色散等，但是单副载波监测技术无法同时实现多种光性能 参数的监测为此本文提出了采用多副载波监测光性能参数的设想；通过复用多 个副载波实现多种监测功能的组合，提高监测的能力和灵活性复用多个副载波 必然会给光信号的传输质量带来更多的损伤，同时光纤的非线性等因素也会对多 副载波监测产生更大的干扰，影响监测效果正确认识这种相互影响的程度将对 研究多副载波复用监测技术有指导作用，这正是本论文研究的目标 本论文的安排如下： 第二章对光性能监测技术的发展、种类进行了综述首先给出了o p m 的定 义和发展过程，然后阐述了o p m 的分层结构以及实旎o p m 的不同途径，接着 列举了需要监测的光性能参数，最后对o p m 的各种方法进行了分类讨论，并对 比分析了基于副载波复用光性能监测技术的优势 第三章重点讨论了副载波复用监测技术的有关问题在这一章阐述了该技 术的工作原理和典型的应用例子；对该技术本身存在的固有局限性进行了具体的 分析，并讨论了该技术的可量测性；最后提出了采用多副载波复用监测技术的设 想以及本论文的具体研究目标 第四章从光接收机角度研究了低频副载波复用监测技术对光性能损伤的影 响，提出了新的理论模型，得到q 因子和最佳判决阈值电流的解析表达式，并 推广到多副载波情况通过与已有理论对比，验证了本文提出方法的有效性和方 便性 第五章以双副载波监测w d m 光通路为例，初步探讨了s r s 效应对双剐载 波监测技术的影响我们首先提出双副载波引起光功率脉动的时域理论模型，然 山衰大掌礤士学位论文 _ _ _ - _i| - - 后对其进行f f t 交换，从频域角度研究了在s r s 效应影响下双剐载波的频谱图、 副载波功率和传输鼯裔的关系以及s r s 效应对双尉载波监涓技术可量测性的影 响 第六章总结全文并对下一步工作进行展望 参考文献 【l 】纪越峰光纤通信技术的发展战略与实施策略阴铁道通信信号, 2 0 0 3 ， 3 9 ( 4 ) ：1 _ 4 【2 】张成云何振江，徐慧粱，石尔光通信技术的发展现状和趋势叨激光与 光电子学进展2 0 0 4 , 4 1 ( 3 ) 2 6 - 2 9 【3 】韦乐平。光通信技术的发展趋势明电信工程技术与标准化，2 0 0 3 ，( 0 7 ) 县8 【4 】何登平。曹型兵，方建国全光网的关键技术仞数据通信，2 0 0 3 ，( 3 ) 1 1 1 3 【5 1屯w f i s c h l e r , i - lb o 咄b a c h , w g n 聊删p c l 内燃 姗m i 嘶d gi n 佃n 印龇斌蛐dc o 蚯g i | r a l ，l ed w d mn e t w o 伙j 四雹h o c o p t o c l e c t r o n ，2 0 0 2 , 1 4 9 ( 1 ) ：l 一5 【qd 。c 。溉b a c h , d 。j b l u m c m l m l , d ，e i n s t e i n , t 蛐l 瓯l 0 汹n l l l s s , 丸e w , l l n e t 0 l m c a lp e j 面珊衄m o m t o t m gm l i 班帆t e e j m o l , 2 0 0 4 ，2 2 ( 1 ) ：2 9 4 - 3 0 4 叼九鼬甄螽d 峨配w r a g e , gc 诗g e r , 砒f i s c h l e r ，b s p i n n i e r c m r e n ta s p e 吣o f o 蛳c a lp e r f o r m a n c em o n i t o r i n ga n df a i l m er o o tc a u s ex n a l y mi n0 面c a l w d mn e t w o r k s c s p i ei n t e m a t i o n a lc o i z f o l l i l c ea s i ap a c i f i c o p t i c a l c o m m u n i c a 缸o n s 沁o c ) ，b 畸i n g c l 咄2 0 0 4 ，5 6 2 5 ：3 6 2 - 3 7 3 。 【8 】l kc h e r t , m h c h e u n g , c i cc h a a f r o m 叩d c a lp e r f o r m a n c em o n i t o r i n gt o o p 丘c a ln e t w o r kn u m a g o n e n t ：t 他- s e a r c hp r o g r e 胬a n t ic h a l l g 髂【q i n t e r n a t i o n a l c c d 妇o no 西c a lc o m m u n i u l t i o n sa n dn c t w o r k s o c o c n ) , h o n gz o n g , n o v2004 山东大学硕士学位论文 第二章光性畿监测( o p m ) 技术 2 1o p m 技术的发展 上个世纪9 0 年代随着w d m 系统的出现，人们开始对光性能监测( 钾m ) 产生兴趣0 p m 随着光通信技术的进步也在不断的自我丰富和发展中光性能 监测不再是一个单纯的范畴，从广义上来说o p m 是指在物理层对光信号质量的 监测，其目的就是在光域上测定信号的好坏传统上的性能监测是指在 s o n e t s d h 层为确保服务质量( q o s ) 监测比特或数据块的误码率性能监测 的最初应用就是保证网络运营商和客户间的服务等级协定( s l a ) 而o p m 是对 物理层的性能监测，大量研究工作表明o p m 可以用于q o s 应用，但它不一定要 与数字性能有关 最初的光性能监测比较单纯，主要的监测目标是光缆的断裂或异常受损点， 由此应运而生了基于o t d r 和w i ) m 技术的远程光缆测试系统( r f r s ) 1 l z 1 其工作原理是，当光缆发生劣化或断裂时，远端测试单元( r t u ) 就会监测到光 功率的变化，同时启用o t d r o t d r 发出测试用光波信号，该测试信号通过 w d m 合波器耦合进故障光纤中，o t d r 利用光信号在光纤中传播时产生的后向 散射光来获取衰减信息，从而测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了 解光纤沿长度的损耗分布情况 d w d m 技术的应用使得单根光纤的传输能力大大提高，而且系统中采用了 光分插复用器，增加了对信道识别和管理的要求此时除了传统上对光缆损耗情 况的监测外，还需要监测每一路通道的工作状况这就需要对d w d m 信号光谱 的测量，通过光谱分析来获得所有光通路的中心波长、光功率、o s n r 等参数信 息由于到9 0 年代后期才出现经济适用的光谱监测技术，因此首先应用于w d m 信道的监测的是基于低频副载波复用的技术随后出现的嵌入式光谱分析仪 ( o s a ) 方便了d w d m 监测系统的设计和实现只需在传统r f r s 的r t u 中增 加嵌入式o s a 模块，就可完善对d w d m 通信系统的监测 3 1 1 4 目前