[发明专利]一种基于凸优化的光功率实时监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，特别涉及一种光功率实时监测系统。

背景技术

目前，光纤通信已成为信息的主要传输手段之一。随着宽带业务，三网融合等应用的快速发展，用户对通信服务质量的要求越来越高，使得光纤通信系统容量不断扩大，对光纤线路的维护管理要求也不断提高。在各种光纤线路的监控维护系统中，光功率监测(optical power monitoring，OPM)是应用最广泛的功能之一。

目前存在的实现光功率监测的方法主要有以下两类：第一类方法是在光纤通信系统监测光信号功率时，增加一些光栅来分离不同波长的光信号，然后再利用光电二极管阵列将不同波长的光信号转换成不同的电信号，经过测量、计算得出光功率，这种方法存在的缺点是由于现代光纤通信通道密度高，一般精度的器件很难实现光功率的准确监测，而高精度器件的成本会很高，无法满足经济性的要求；第二类方法是利用廉价的可调光滤波器(tunable optical filters，TOF)来对光纤中的光信号进行滤波，再根据TOF的输出光功率信号来恢复出光纤中光信号的功率谱。这种方法是基于信号处理所提出来的。现有的恢复方法有很多，比较典型的有最小二乘法和稀疏恢复方法等。这些方法都能够实现光纤中的光功率谱恢复功能。然而，随着通信的数据量增加，通道间隔变窄以及波分复用通道的光谱的高密度特性，利用最小二乘法恢复的结果精度不高，而稀疏恢复的计算量较大，恢复时间较长，不能满足快速恢复的要求。因此，需要采用更加准确、快速的恢复方法来实现实时光功率监测的功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于凸优化的光功率实时监测系统；本发明能够准确实时地监测光纤通信线路中光信号的功率。

为了解决上述存在的问题，本发明所采用的技术方案如下：

1、一种基于凸优化的光功率实时监测系统，包括输入单元、数字信号处理单元和输出单元；

输入单元：被监测的光信号输入到可调光滤波器中进行滤波，经过光功率测量后得到输出光功率信号；

数字信号处理单元：根据上述输出光功率信号来恢复被监测的光信号的功率谱；

输出单元：将恢复出来的光信号的功率谱在显示设备上显示。

所述数字信号处理单元采用下列步骤完成数字信号处理：

(1)建立模型：根据光信号通过可调光滤波器的响应特性建立该滤波器的模型；

TOF的输出信号可以表示为：其中H(λ，k)表示TOF的传递函数；S(λ)表示TOF的输入光信号的功率谱，即需要监测的光信号功率谱；λ_u和λ₁分别表示TOF的上下截止波长；上式可以理解为TOF的输出光功率可以表示为它的传递函数与输入的光信号功率谱的卷积，通过对TOF的多次重复测量得到其传递函数H(λ，k)，然后通过对滤波后的信号经过扫描测量得到输出信号的功率P(k)，再通过以下描述的方法进行信号的恢复，从而得到输入的光信号功率谱S(λ)。

(2)根据步骤(1)中的模型建立凸优化表达式；

(3)求解：对步骤(2)中的凸优化表达式进行求解后得到被监测信号的功率谱。

所述步骤(2)建立凸优化表达式包括两个步骤：

A将步骤(1)中的所建的模型进行数字化转化；

B基于转换后的数字模型建立凸优化表达式。

所述步骤A中转化后的模型为：P＝(H+ΔH)S+N，

式中：表示信号S通过滤波器H的输出信号经过光信号测量后得到P，ΔH则是滤波器误差，N是系统噪声。

所述凸优化表达式为：