一种测量通道间时延差的方法以及相应的DSP芯片和光模块与流程

一种测量通道间时延差的方法以及相应的dsp芯片和光模块
技术领域
1.本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种测量通道间时延差的方法以及相应的dsp芯片和光模块。


背景技术：

2.400g+相干光传输系统中，随着调制速率及调制阶数的上升，相干光收发机通道间时延对偏振复用正交幅度调制(quadrature amplitude modulation，简写为：qam)信号性能的影响越来越大。对qam信号的同相路(in-phase，简写为i)和正交路(quadrature，简写为：q)路两路信号而言，iq两路之间的延时导致qam信号不再正交，产生严重的iq串扰，影响解码性能。对偏振复用信号，x、y偏振两路之间的延时则导致接收机无法在同时对两路偏振信号进行最佳采样，导致x、y偏振信噪比不均衡，可能导致接收端数字信号处理(digital signal processing，简写为：dsp)算法中偏振解复用模块的失效，进一步导致信号无法解码。因此有必要对相干光收发机中的xi、xq、yi、yq之间的时延差进行全维度的精确测量，用于收发机的校准及预补偿，以提升400g+相干收发机的传输性能。
3.当前相干收发机中全维度通道时延的方法主要有两种，第一种是基于接收端复杂的均衡器结构，采用抽头系数矩阵对发射/接收机时延差进行估计，这一方式对均衡器的收敛性能要求很高，对于偏振时延为ui/2(unit interval，单位码元时间间隔)的情况，均衡器可能无法收敛，直接失效，并且需要收发机之间的激光器具有一定的频偏，才能将收发端的时延分离开来。
4.第二种是基于信号自相关的方式对通道时延差进行估计，但是这一方案需要采用通道时延轮询扫描的方式进行测量，测量时间长，无法一次性得到收发机多个通道的全维度时延差，并且方案对接收信号的质量要求高，在存在10mhz以上的激光器频率的情况下，测量误差大。
5.且现有商用的光收发机根据应用形态的不同，存在激光器同源或者不同源两种情况，因此，如何实现收发端的全维度通道时延的同时、高精度测量，并且适用收发机光源不同频偏的场景是当前比较挑战的问题。
6.鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是现有技术无法快速实现收发端全维度通道时延的高精度测量。
8.本发明采用如下技术方案：
9.第一方面，本发明提供了一种测量通道间时延差的方法，包括：
10.发射端，将具有相互正交关系的四路多载波信号分别输入到相干发射机的四路发射通道中；通过光电调制将所述四路多载波信号加载到双偏振iq正交调制信号上，并通过光纤链路传输到接收端；
11.接收端，对四组接收信号进行分别接收，对接收信号进行频偏估计及偏振角估计，计算得到各发射通道之间的时延差和/或各接收通道之间的时延差。
12.优选的，所述具有正交关系的四路多载波信号具体为：四路多载波信号的各个载频频率相互交织，调制信号在频域上互不重叠，四路多载波信号中的各载波含有预设的初始相位，各初始相位互不关联，四路多载波信号中的多个载波幅度均衡。
13.优选的，所述对接收信号进行频偏估计的方法具体包括：
14.对四路接收多载波信号的峰值频点位置分别减去四路交织发射的多载波信号的频点，得到各路多载波信号的信号频偏，对四路多载波信号取平均值得到准确的频偏值。
15.优选的，对接收信号进行偏振角估计的方法，具体包括：
16.计算相同发射载波信号在不同偏振的幅度的比值，得到偏振角。
17.优选的，所述计算得到各发射通道之间的时延差和/或各接收通道之间的时延差，具体包括：
18.固定接收端，计算发送端的任意2个通道的相位频率响应差，并取斜率，除以2π，得到2个发射通道的时延差；
19.固定发射端，计算接收端任意2个通道的相位频率响应差，并取斜率，除以2π，得到2个接收通道的时延差。
20.优选的，所述固定接收端，计算发送端的任意2个通道的相位频率响应差，具体包括：
21.当估计的偏振角与预设角度的差值小于预设差值时，采用估计的频偏值进行频率校正，选择同一组接收信号中两组不同的多载波信号，计算两组多载波信号各频点上的相位，使用所述各频点上的相位分别减去预设相位，得到各自通道的相位频率响应，将两个通道的相位频率响应相减得到发送端的任意2个通道的相位频率响应差的估计值；
22.分别对四组接收信号做如上处理，得到上述发送端任意2个通道相频响应差的四个估计值，对所述四个估计值取平均，得到上述发送端任意2个通道的相位频率响应差。
23.优选的，所述固定发射端，计算接收端任意2个通道的相位频率响应差，具体包括：
24.当估计的偏振角与预设角度的差值小于预设差值时，选择两个不同接收信号，采用估计的频偏值进行频率校正，选择两个信号中的相同多载波信号，计算两组信号各频点上的相位，分别减去预设相位，得到各自通道的相位频率响应，相减得到接收端的任意2个通道的相位频率响应差估计值；
25.分别对四组发射载波信号做如上处理，得到上述接收端任意2个通道相频响应差的四个估计值，对所述四个估计值取平均，得到上述任意2个接收端通道的相位频率响应差。
26.优选的，其测量结果应用于各种码型光模块的通道间的时延差的补偿。
27.第二方面，本发明提供了一种dsp芯片，位于相干光模块内，其采用第一方面所述的测量通道间时延差的方法，对于相关模块的通道间的时延差进行补偿。
28.第三方面，本发明提供了一种光模块，包括dsp芯片、光发射机和光接收机，其中所述dsp芯片采用第一方面所述的测量通道间时延差的方法进行通道间的时延差测量。
29.第四方面，本发明还提供了一种测量通道间时延差的装置，用于实现第一方面所述的测量通道间时延差的方法，所述装置包括：
30.至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，用于执行第一方面所述的测量通道间时延差的方法。
31.第五方面，本发明还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，用于完成第一方面所述的测量通道间时延差的方法。
32.本发明通过利用多路在时域上相互正交的多载波信号，使在接收通道能够分离出频域互不交叠的多路相干载波信号，利用相干载波信号的传输时延特性，计算得到各发射通道或各接收通道之间的时延差。相对现有技术而言，本实施例一方面不涉及抽头系数矩阵，故无需复杂的均衡器结构，故避免了均衡器无法收敛，导致时延差测量时效的弊端，另一方面，本实施例无需进行通道轮询扫描，能够一次性的测量得到全维度的时延差，从而确保全维度时延差测量的快速和准确。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本发明实施例提供的第一种测量通道间时延差的方法的流程示意图；
35.图2是本发明实施例提供的第二种测量通道间时延差的方法的流程示意图；
36.图3是本发明实施例提供的第三种测量通道间时延差的方法的流程示意图；
37.图4是本发明实施例提供的一种测量通道间时延差的方法的应用场景示意图；
38.图5是本发明实施例提供的一种测量通道间时延差的方法中原始载波信号的示意图；
39.图6是本发明实施例提供的又一种测量通道间时延差的方法的流程示意图；
40.图7是本发明实施例提供的一种测量通道间时延差的方法中相干载波信号的示意图；
41.图8是本发明实施例提供的第三种测量通道间时延差的方法的流程示意图；
42.图9是本发明实施例提供的第四种测量通道间时延差的方法的流程示意图；
43.图10是本发明实施例提供的第五种测量通道间时延差的方法的流程示意图；
44.图11是本发明实施例提供的一种测量相干光收发机全维度通道间时延差的装置的架构示意图。
具体实施方式
45.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
46.此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
47.实施例1:
48.现有技术中的相干光传输系统中，通道时延测量主要有两种实现方式，第一种实现方式使用抽头系数矩阵对发射/接收机时延差进行估计，这一方式对均衡器的收敛性能要求很高，在一些情况下，均衡器可能无法收敛，导致时延差测量失效；第二种实现方式为采用通道时延轮询扫描的方式进行测量，这一方式测量时间长，且测量误差大。为了解决现有技术中的这些问题，本发明实施例1提供了一种测量通道间时延差的方法，如图1所示，包括：
49.在步骤201中，发射端，将具有相互正交关系的四路多载波信号分别输入到相干发射机的四路发射通道中；通过光电调制将所述四路多载波信号加载到双偏振iq正交调制信号上，并通过光纤链路传输到接收端。
50.在步骤202中，接收端，对四组接收信号进行分别接收，对接收信号进行频偏估计及偏振角估计，计算得到各发射通道之间的时延差和/或各接收通道之间的时延差。其中，四述四组接收信号是指一个接收通道接收到的信号为一组信号。
51.本实施例以图4所示，发射端具有txi通道、txq通道、tyi通道和tyq通道这四个发射通道，如图5所示，分别对应加载有xi、xq、yi和yq四路在时域上相互正交的多载波信号，接收端具有rxi通道、rxq通道、ryi通道和ryq通道这四个接收通道，所述相互正交是指所述四路多载波信号在时域上相互正交，在频域上互不重叠。
52.在实际使用中，每一路发射通道的多载波信号在传输过程中均会发生偏振旋转和相位旋转，从而作用到每一路接收通道中，在后续实施例中，也将各发射通道的多载波信号称作原始载波信号，将接收通道中的各多载波信号称作相干载波信号。并以源自于txi、txq、tyi和tyq信号分别代表接收通道中相应相干载波信号的来源。如图7所示，在每一个接收通道中均接收四路多载波信号，这四组多载波信号共同构成一组接收信号，且由于每一路多载波信号均相互正交，所以每一路接收通道中接收到的四路多载波信号在频域上同样互不重叠。
53.在具体的应用场景下，所述发射端为相干发射机，也被称作光发射机，所述接收端为相干接收机，也被称作光接收机。本实施例的测量结果(即各发射通道之间的时延差和/或各接收通道之间的时延差)应用于各种码型光模块的通道间的时延差的补偿。
54.本实施例通过利用多路在时域上相互正交的多载波信号，使在接收通道能够分离出频域互不交叠的多载波信号，利用相干传输过程中的传输时延特性，计算得到各发射通道或各接收通道之间的时延差。相对现有技术而言，本实施例一方面不涉及抽头系数矩阵，故无需复杂的均衡器结构，故避免了均衡器无法收敛，导致时延差测量时效的弊端，另一方面，本实施例无需进行通道轮询扫描，能够一次性的测量得到全维度的时延差，从而确保全维度时延差测量的快速和准确。
55.其中，所述具有正交关系的四路多载波信号具体为：四路多载波信号的各个载频频率相互交织，调制信号在频域上互不重叠，四路多载波信号中的各载波含有预设的初始相位，各初始相位互不关联，四路多载波信号中的多个载波幅度均衡。各载波含有的预设的初始相位由本领域技术人员根据经验分析得到。
56.在可选的实施方式中，所述对接收信号进行频偏估计的方法具体包括：
57.对四路接收多载波信号的峰值频点位置分别减去四路交织发射的多载波信号的
频点，得到各路多载波信号的信号频偏，对四路多载波信号取平均值得到准确的频偏值。所述峰值频点即具有最大幅度值的频点。所述四路交织发射的多载波信号的频点是本领域技术人员在生成多载波信号时已经确定好的。
58.该过程使用数学公式表现为：
59.f
offset
＝mean(f(findpeaks(|fft(rxi)|+|fft(rxq)|+|fft(ryi)|+|fft(ryq)|))-[f
xi
,f
xy
,f
yi
,f
yq
])
[0060]
其中，fft()代表对接收信号做傅里叶变换，||代表取幅值，f(findpeaks())代表对多个预设频率[f
xi
,f
xq
,f
yi
,f
yq
]附近的信号频点幅值的峰值进行搜索，并返回对应的频率值组成的特征矩阵，预设频率由本领域技术人员根据经验分析得到。通过将该特征矩阵与预设频率[f
xi
,f
xq
,f
yi
,f
yq
]求差，得到各路多载波信号的信号频偏。mean()代表对各路多载波信号的信号频偏求平均，返回最终的频偏值，通过平均操作可以进一步提升计算精度。
[0061]
在具体的应用场景下，对接收信号进行偏振角估计的方法，具体包括：计算相同发射载波信号在不同偏振的幅度的比值，得到偏振角。
[0062]
所述发射载波信号和相同发射载波信号均是指由一路发射通道输入，而在接收端所得到的四路多载波信号，在后续实施例中也称作同源相干载波信号。所述不同偏振是指x偏振与y偏振为不同偏振，如在xi发射通道输入的发射载波信号与在yi和yq接收通道上的多载波信号的比值为：该比值即可视作偏振角。
[0063]
但在实际使用中，为了得到更为准确的偏振角，对不同偏振下所计算得到的偏振角进行平均，得到准确的偏振角。
[0064]
该过程使用数学公式表现为：
[0065][0066]
上述两式均可以理解为以xi、xq、yi、yq发射光分别分配在不同的偏振接收通道，对于xi信号和xq信号而言，其在x偏振分配的能量与其在y偏振分配的能量的商，即等于对应该信号的偏振角的余切；对于yi信号和yq信号而言，其在y偏振分配的能量与其在x偏振分配的能量的商，即等于偏振角的余切，从而能够根据偏振角的余切，计算得到对应信号的偏振角度。
[0067]
上式中，代表xi发射光在x路(包括rxi和rxq)上的偏振分配的能量，代表xi发射光在y路(包括ryi和ryq)上的偏振分配的能量，代表yi发射光在y路(包括ryi和ryq)上的偏振分配的能量，ryq)上的偏振分配的能量，代表yq发射光在x路(包括rxi和rxq)上的偏振分配的能量，式中其他参数含义皆可依次类推得到，在此不加以赘述；其中，∑代表当xi、xq、yi和yq分别具有多组频点时，以多组频点能量的和作为相应发射信道分配在不同通道上的能量。在后续实施例中，所述频偏值也被称作频率偏移，所述偏振角也
被称作偏振角度。
[0068]
在本实施例中，所述计算得到各发射通道之间的时延差和/或各接收通道之间的时延差，如图2所示，具体包括：
[0069]
在步骤301中，固定接收端，计算发送端的任意2个通道的相位频率响应差，并取斜率，除以2π，得到2个发射通道的时延差；所述固定接收端并非代指实际操作上对接收端进行相应操作，而是指用于计算两个发射通道的时延差的多载波信号来自同一个接收通道。所述相位频率响应差可理解为2个通道的多个对应频点的相位的差值，相应通道的相位随频率的变化率可代表相应通道的时延，通过计算两个通道的多个对应频点的相位的差值，再取斜率，并处以2π后，即可代表这两个通道的时延的差值，即2个通道的时延差。
[0070]
在步骤302中，固定发射端，计算接收端任意2个通道的相位频率响应差，并取斜率，除以2π，得到2个接收通道的时延差。所述固定发射端并非代指实际操作上对接收端进行相应操作，而是指用于计算两个接收通道的时延差的多载波信号来自同一个发射通道。
[0071]
在步骤301和步骤302中的取斜率均是出于描述的简洁性而产生的相对较概括的描述，在具体实现中，所述取斜率是指计算频率响应差相对频率的变化率的大小。
[0072]
上述步骤301和步骤302使用数学公式表现为：
[0073][0074]
其中，参数a可以是x或y，参数b可以是i或q，即a∈[x，y]；b∈[i，q]，skew
aba
′b′
代表通道ab至通道a
′b′
之间的相对通道时延，其等于a
′b′
通道的绝对通道时延t
a，b
′
减去ab通道的绝对通道时延t
ab
，以a
′b′
通道的相频曲线的ψa′b′
减去ab通道的相频曲线的ψ
ab
，得到a
′b′
通道与ab通道的相位频率响应差，对相位频率响应差求导得到相频差函数的一阶倒数，即对应其函数的线性斜率，再用该线性斜率除以2π，得到a
′b′
通道与ab通道的时延差。
[0075]
其中，所述固定接收端，计算发送端的任意2个通道的相位频率响应差，具体包括：
[0076]
当估计的偏振角与预设角度的差值小于预设差值时，采用估计的频偏值进行频率校正，选择同一组接收信号中两组不同的多载波信号，计算两组多载波信号各频点上的相位，使用所述各频点上的相位分别减去预设相位，得到各自通道的相位频率响应，将两个通道的相位频率响应相减得到发送端的任意2个通道的相位频率响应差的估计值；其中，所述预设相位可理解为多载波信号中的各频点在发射通道中所对应的相位，该预设相位由本领域技术人员在生成多载波信号时确定。
[0077]
分别对四组接收信号做如上处理，得到上述发送端任意2个通道相频响应差的四个估计值，对所述四个估计值取平均，得到上述发送端任意2个通道的相位频率响应差。
[0078]
在具体的实施方式中，所述预设角度为45
°
，所述预设差值由本领域技术人员根据经验分析得到。该过程使用数学公式表现为：
[0079][0080]
其中，fft()代表对对应接收端或发射端信号求傅里叶变换,f
offset
即估计所得的频偏值，fft()括号后的下标f＝fa′b′
+f
offset
等代表取傅里叶变换后频率等于相应通道预设的频率值时的频点信号(即预设频点在采用估计的频偏值进行频率校正后所得的频点信号)，angle()代表对该频点信号取相位值，mean{}代表计算均值。在该数学公式中，选取a
′b′
多载波信号和ab多载波信号这两组不同的多载波信号，代表相应接收通道中所接收到的a
′b′
多载波信号在相应频点的相位，为a
′b′
多载波信号的预设相位，即对应发射端的a
′b′
多载波信号在该频点的相位，
[0081][0082]
为a
′b′
的相位频率响应；同样的，代表相应接收通道中所接收到的ab多载波信号在某一频点的相位，
[0083]
为ab多载波信号的预设相位，即对应发射端在该频点的相位，
[0084]
为ab的相位频率响应；将a
′b′
的相位频率响应和ab的相位频率响应相减，得到该接收通道上发送端的ab通道与a
′b′
通道之间的相位频率响应差，本实施例还对不同接收通道上计算得到的相位频率响应差计算均值，得到最终的发送端的ab通道与a
′b′
通道之间的相位频率响应差。
[0085]
在本实施例的测量中使用频率偏移f
offset
对频点分布进行补偿校正，以保证在有频偏情况下的时延差计算精度；并且，对接收端的多个接收信号rxi/rxq/ryi/ryq同时进行处理，并对结果取平均，以进一步提升信噪比以及发射端全部通道时延差的测量精度。
[0086]
其中，所述固定发射端，计算接收端任意2个通道的相位频率响应差，具体包括：
[0087]
当估计的偏振角与预设角度的差值小于预设差值时，选择两个不同接收信号，采用估计的频偏值进行频率校正，选择两个信号中的相同多载波信号，计算两组信号各频点上的相位，分别减去预设相位，得到各自通道的相位频率响应，相减得到接收端的任意2个通道的相位频率响应差估计值。
[0088]
分别对四组发射载波信号做如上处理，得到上述接收端任意2个通道相频响应差的四个估计值，对所述四个估计值取平均，得到上述任意2个接收端通道的相位频率响应差。
[0089]
该过程使用数学公式表现为：
[0090][0091]
其中，fft()代表对接收端或发射端信号求傅里叶变换,f
offset
即估计所得的频偏值，fft()括号后的下标f＝fxi,fxq,fyi,fyq+f
offset
等代表取傅里叶变换后频率等于相应通道预设的频率值时的频点信号(即预设频点在采用估计的频偏值进行频率校正后所得的频点信号)，angle()代表对该频点信号取相位值，mean{}代表计算均值。在该数学公式中，选取a
′b′
和ab这两个不同的接收通道，代表在a
′b′
接收通道中接收到的各组多载波信号在相应频点的相位，angle(fft(sa
′b′
)
f＝fxi,fxq,fyi,fyq
)代表相应多载波信号的预设相位，即对应发射端的相应多载波信号在该频点的相位，
[0092]
为a
′b′
接收通道的相位频率响应；同样的，代表在ab接收通道中接收到的各组多载波信号在相应频点的相位，
[0093]
angle(fft(sab)
f＝fxi,fxq,fyi,fyq
)代表相应多载波信号的预设相位，即对应发射端的相应多载波信号在该频点的相位，的相应多载波信号在该频点的相位，为ab接收通道的相位频率响应；将a
′b′
的相位频率响应和ab的相位频率响应相减，得到ab接收通道与a
′b′
发射通道之间的相位频率响应差，本实施例还对不同多载波信号上计算得到的相位频率响应差计算均值，得到最终的ab接收通道与a
′b′
接收通道之间的相位频率响应差。
[0094]
其中，使用频率偏移f
offset
进行校正，以保证在有频偏情况下的时延差计算精度。同时在偏振角在45
°
附近(即|θ-45
°
|≤ε，自定义误差ε以内)时进行发送端及接收端通道时延计算，以保证x、y偏振功率均衡，能够达到全维度通道时延差测量精度的要求。并且对xi/xq/yi/yq四路发射的多个载波信号同时进行分析处理，并对结果取平均，以进一步提升信噪比以及接收端全部通道时延差的测量精度。
[0095]
实施例2:
[0096]
在提供了实施例1所述的测量通道间时延差的方法的方法的基础上，本实施例还从接收端的角度对一种测量通道间时延差的方法进行阐述。
[0097]
本实施例所述的测量通道间时延差的方法如图3所示，包括：
[0098]
在步骤401中，对偏振复用信号进行转换得到各接收通道的接收信号；其中，在每个接收通道的接收信号中，均包含所有原始载波信号在该接收通道中的相干载波信号；所述偏振复用信号由发射端在每一路发射通道上加载对应的原始载波信号，并进行光电调制得到，不同发射通道的原始载波信号在时域上相互正交。
[0099]
其中，所述不同发射通道的原始载波信号在时域上相互正交意味着每一路原始载
波信号在频域上不相互交叠，每一路原始载波信号在相干传输中，均会发生偏振旋转和相位旋转，使原始载波信号在每个接收通道中均产生一路相干载波信号。
[0100]
在此以四通道的相干传输举例而言，如图4所示，相干发射机(即发射端)具有txi通道、txq通道、tyi通道和tyq通道这四个发射通道，相干接收机具有rxi通道、rxq通道、ryi通道和ryq通道这四个接收通道，分别对应加载有xi、xq、yi和yq四路在时域上相互正交的原始载波信号，如图5所示。
[0101]
加载至txi通道的原始载波信号经过相干传输，分别在rxi通道、rxq通道、ryi通道和ryq通道产生对应的相干载波信号，如在rxi通道上产生相干载波信号xi-1,在rxq通道上产生相干载波信号xi-2,在ryi通道上产生相干载波信号xi-3,在ryq通道上产生相干载波信号xi-4；同样的，加载至txq通道的原始载波信号经过相干传输，分别在rxi通道、rxq通道、ryi通道和ryq通道产生对应的相干载波信号xq-1、xq-2、xq-3和xq-4；加载至tyi通道的原始载波信号经过相干传输，分别在rxi通道、rxq通道、ryi通道和ryq通道产生对应的相干载波信号yi-1、yi-2、yi-3和yi-4，加载至tyq通道的原始载波信号经过相干传输，分别在rxi通道、rxq通道、ryi通道和ryq通道产生对应的相干载波信号yq-1、yq-2、yq-3和yq-4，从而在接收端(即相干接收机一侧)的接收信号中，每个接收通道包含有4路相干载波信号，接收端总共包含有16路相干载波信号，如图7所示。
[0102]
且由于多路原始载波信号在频域上不相互交叠，故多路原始载波信号对应同一接收通道中的多路相干载波信号在频域上同样具有互不交叠的特性，依旧以上述四通道相干传输进行举例，在rxi通道中，包含有xi-1信号、xq-1信号、yi-1信号和yq-1信号，这四路相干载波信号分别具有不同的频点分布，且相互之间频点不交叠，从而能够通过频点分布，将这同一接收通道中的多路相干载波信号进行分离。
[0103]
在步骤402中，根据各相干载波信号之间的相位关系，计算得到各发射通道之间的时延差和/或各接收通道之间的时延差。
[0104]
在相干传输过程中，每一路相干载波信号的传输时延均包含所对应发射通道的时延和对应接收通道的时延，如由加载至txi通道的原始载波信号产生，并到达ryq通道的相干载波信号xi-4，其传输时延包含txi通道的时延和ryq通道的时延，其传输时延又表现在其相位上，故可通过各相干载波信号之间的相位关系，计算得到各发射通道或各接收通道之间的时延差。
[0105]
本实施例通过利用多路在时域上相互正交的原始载波信号，使在接收通道能够分离出频域互不交叠的多路相干载波信号，利用相干载波信号的传输时延特性，计算得到各发射通道或各接收通道之间的时延差。相对现有技术而言，本实施例一方面不涉及抽头系数矩阵，故无需复杂的均衡器结构，故避免了均衡器无法收敛，导致时延差测量时效的弊端，另一方面，本实施例无需进行通道轮询扫描，能够一次性的测量得到全维度的时延差，从而确保全维度时延差测量的快速和准确。
[0106]
在实际使用中，相干载波信号的传输时延主要表现在相位频率响应上，故所述根据各相干载波信号之间的相位关系，计算得到各发射通道之间的时延差和/或各接收通道之间的时延差，如图6所示，具体包括：
[0107]
在步骤501中，计算每一路相干载波信号在对应接收通道中的相位频率响应；所述相位频率响应即相位随频率的变化率，可分析得到各相干载波信号的相位偏移曲线，所述
相位偏移曲线的斜率即为所述相位频率响应。
[0108]
在步骤502中，计算同一个接收通道中各路相干载波信号之间的相位频率响应差值(所述相位频率响应差值即相应相位频率响应之间的差值)，根据同一个接收通道中各路相干载波信号之间的相位频率响应差值，得到对应各发射通道之间的时延差。
[0109]
在步骤503中，计算不同接收通道中的各同源相干载波信号之间的相位频率响应差值，根据各同源相干载波信号之间的相位频率响应差值，得到对应各接收通道之间的时延差；其中，同源相干载波信号为由同一路原始载波信号经过相干传输后所得到的多路相干载波信号。
[0110]
在此需要说明的是，本实施例及后续实施例中的相位频率响应差值并非是实施例1中的相位频率响应差，而是实施例1中的相位频率响应差取斜率所得的值，本实施例及后续实施例中的相位频率响应也并非实施例1中的相位频率响应，而是实施例1中的相位频率响应取斜率所得的值。
[0111]
所述同源相干载波信号中的“同源”所指代的是来源相同，即来源于同一路原始载波信号，而并非代指多路相干载波信号由同一激光器产生得到，与本领域惯用术语中激光器的“同源”不同，激光器的“同源”所指代的是多路信号产生于同一激光器。
[0112]
如图7中，rxi通道中的xq-1、rxq通道中的xq-2、ryi通道中的xq-3和ryq通道中的xq-4均由txq通道的原始载波信号产生，即为同源相干载波信号，在图7中，为了附图便于呈现，xq-1、xq-2、xq-3和xq-4信号均使用源自于txq通道的相干载波信号指代，再分别对应至各个接收通道上，即rxi接收通道上的源自于txq通道的相干载波信号即为xq-1信号，依次类推。
[0113]
由于相干载波信号的传输时延既包含发射通道的时延，也包括接收通道的时延，如图7所示，对于同一接收通道上的不同相干载波信号，其包含的均为所在的同一接收通道的时延，以及对应发射通道的时延，则通过同一接收通道中各路相干载波信号之间的相位频率响应做差值，可以得到各发射通道之间的相位频率响应差值，进而得到各发射通道之间的时延差；对于不同接收通道上的同源相干载波信号，其包含的均为同一发射通道的时延，以及对应接收通道的时延，则通过不同接收通道上的同源相干载波信号之间的相位频率响应做差值，可以得到各接收通道之间的相位频率响应差值，进而得到各接收通道之间的时延差。
[0114]
举例而言，想要计算得到txi通道与txq通道之间的时延差，则可将任意一个接收通道上的对应相干载波信号进行相位频率响应做差值，如计算rxi通道上的xi-1与xq-1相干载波信号之间的相位频率响应差值，再除以2π，即得到txi通道与txq通道之间的时延差；想要计算得到rxi通道与rxq通道之间的时延差，则可计算由加载至任意发射通道上的原始载波信号所产生，且分别位于rxi通道与rxq通道上的同源相干载波信号之间的相位频率响应差值，如计算由加载至tyq通道上的原始载波信号产生的，在rxi通道上的yq-1相干载波信号和在rxq通道上的yq-2相干载波信号之间的相位频率响应差值，再除以2π，即得到rxi通道与rxq通道之间的时延差。
[0115]
其中，所述计算每一路相干载波信号在对应接收通道中的相位频率响应，具体包括：获取相干载波信号在所述接收信号中的频点分布；根据所述频点分布，获取相干载波信号在各频点的相位，根据所述频点分布和各频点的相位，计算得到相干载波信号的相位频
率响应。
[0116]
其中，所述根据所述频点分布和各频点的相位，计算得到相干载波信号的相位频率响应存在多种可选的实施方式，在此列举两种实施方式：
[0117]
方式一：根据频点分布和各频点的相位，拟合得到相位偏移曲线，相位偏移曲线的斜率即为相位频率响应。
[0118]
方式二：计算两个频点之间的相位差值，和两个频点之间的频率差值，以相位差值除以频率差值作为相位频率响应。
[0119]
在实际应用场景中，由于光纤链路即使在外界干扰较小的情况下，本身的偏振也在以一定的速率慢速旋转，其可能导致接收通道中各相干载波信号的频点分布相较于原始载波信号的频点分布出现偏移，若依旧按照原始载波信号的频点分布，获取对应的相位，计算相位频率响应，则可能导致最终得到的时延差不准确，为了解决此问题，本实施例还提供了以下优选的实施方式，即所述获取相干载波信号在所述接收信号中的频点分布，具体包括：根据各路接收信号中的幅度峰值，计算得到传输过程中的频率偏移；根据所述频率偏移和对应原始载波信号的频点分布，计算得到相干载波信号的频点分布。
[0120]
其中，所述根据各路接收信号中的幅度峰值，计算得到传输过程中的频率偏移具体为：在原始载波信号中，选定预设频点，在任意一个接收通道中，找到在预设频点周边预设范围内，且具有最大幅度值的频点，该频点即为预设频点由于光纤链路的偏振发生偏移后所对应的频点，该频点与所述预设频点之间的频率差值即为频率偏移。
[0121]
作为一种优选的实施方式，也可在每一路原始载波信号中，分别选定预设频点，并对应计算得到各自的频率偏移，再将各自的频率偏移进行相加求均值，得到传输过程中的频率偏移。使用所述频率偏移对原始载波信号的频点分布进行补偿，则得到相干载波信号的频点分布。
[0122]
在实际使用中，还可使用不同接收通道对应计算得到的发射通道之间的时延差进行平均，从而得到更为精准的发射通道之间的时延差，同样的，可使用不同相干载波信号对应计算得到的接收通道之间的时延差进行平均，从而得到更为精准的接收通道之间的时延差，结合上述实施例，从而提供了以下两种优选的实施方式：
[0123]
实施方式一：所述计算同一个接收通道中各路相干载波信号之间的相位频率响应差值，根据同一个接收通道中各路相干载波信号之间的相位频率响应差值，得到对应各发射通道之间的时延差，具体包括：以任意一个发射通道作为基准发射通道，其他发射通道分别作为时延发射通道，计算时延发射通道与基准发射通道之间的时延差。
[0124]
所述计算时延发射通道与基准发射通道之间的时延差，如图8所示，具体包括：
[0125]
在步骤601中，以各接收通道分别作为目标通道，以目标通道中时延相干载波信号的相位频率响应减去目标通道中基准相干载波信号的相位频率响应，得到目标通道所对应的时延发射通道与基准发射通道之间的相位频率响应差值，将所述相位频率响应差值除以2π，得到目标通道所对应的时延发射通道与基准发射通道之间的单通道时延差；其中，所述时延相干载波信号为源自于时延发射通道的相干载波信号，所述基准相干载波信号为源自于基准发射通道的相干载波信号。
[0126]
在步骤602中，将各接收通道所对应的单通道时延差进行相加求均值，得到时延发射通道与基准发射通道之间的时延差。
[0127]
举例而言，当具有四个发射通道和四个接收通道，所述四个发射通道分别为txi通道、txq通道、tyi通道和tyq通道，所述四个接收通道分别为rxi通道、rxq通道、ryi通道和ryq通道时，若以txq通道为基准发射通道，以其他发射通道分别作为时延发射通道，如以txi通道作为时延发射通道，计算txi通道与txq通道之间的时延差时，具体包括：
[0128]
以各接收通道分别作为目标通道，以目标通道中xi相干载波信号的相位频率响应减去目标通道中xq相干载波信号的相位频率响应，再除以2π，得到目标通道所对应的txi通道与txq通道之间的单通道时延差；其中，所述xi相干载波信号为源自于txi通道的相干载波信号；所述xq相干载波信号为源自于txq通道的相干载波信号；将各接收通道所对应的单通道时延差进行相加求均值，得到txi通道与txq通道之间的时延差。
[0129]
实施方式二：所述计算不同接收通道中的各同源相干载波信号之间的相位频率响应差值，根据各同源相干载波信号之间的相位频率响应差值，得到对应各接收通道之间的时延差，具体包括：
[0130]
以任意一个接收通道作为基准接收通道，其他接收通道分别作为时延接收通道，计算时延接收通道与基准接收通道之间的时延差；所述计算时延接收通道与基准接收通道之间的时延差，如图9所示，具体包括：
[0131]
在步骤701中，以时延接收通道中各路相干载波信号分别作为第一目标相干载波信号，使用第一目标相干载波信号的相位频率响应减去第二目标相干载波信号的相位频率响应，得到第一目标相干载波信号所对应的时延接收通道与基准接收通道之间的相位频率响应差值，将所述相位频率响应差值除以2π，得到第一目标相干载波信号所对应的时延接收通道与基准接收通道之间的单载波时延差；其中，所述第二目标相干载波信号为基准接收通道中与所述第一目标相干载波信号同源的相干载波信号。
[0132]
在步骤702中，将时延接收通道中各路相干载波信号所对应的单载波时延差进行相加求均值，得到时延接收通道与基准接收通道之间的时延差。
[0133]
举例而言，当以rxq通道为基准接收通道，以其他接收通道分别作为时延接收通道，如以rxi通道作为时延接收通道，计算rxi通道与rxq通道之间的时延差时，具体包括：
[0134]
以rxi通道中各路相干载波信号分别作为第一目标相干载波信号，使用第一目标相干载波信号的相位频率响应减去rxq通道中的第二目标相干载波信号的相位频率响应，再除以2π，得到rxi通道与rxq通道之间的单载波时延差；其中，所述第二目标相干载波信号为rxq通道中与所述第一目标相干载波信号同源的相干载波信号；将rxi通道中各路相干载波信号所对应的单载波时延差进行相加求均值，得到rxi通道与rxq通道之间的时延差。
[0135]
在实际使用中，根据偏振角度的不同，分布于各接收通道的相干载波信号的量(表现在峰值幅度)可能不同，当分布于相应接收通道的相干载波信号量极低时，即峰值幅度极低时，可能导致各相干载波信号的频点分布获取不准确，影响时延差测量的准确性，故在本实施例中，还提出了以下优选的实施方式，即在对所述偏振复用信号进行转换得到各接收通道的接收信号之前，所述方法还包括：监测所述偏振复用信号的偏振角度，选取偏振角度在预设角度范围内的偏振复用信号。
[0136]
所述预设角度范围由本领域技术人员根据经验分析得到，其通常为以45
°
为中心点的某一区间，当偏振角度为45
°
时，原始载波信号所产生的相干载波信号在各接收通道上的分布量近似均匀。
[0137]
在此需要说明的是，前述过程中，部分方法所对应的公式可以参见下述实施例3，在此不再赘述。
[0138]
实施例3:
[0139]
本发明在提供了实施例2所描述的一种测量通道间时延差的方法后，本发明实施例还将进一步还提供另一种测量通道间时延差的方法，该方法是从发射端的角度进行阐述，并进一步就其设计原理做相关的深入分析。
[0140]
如图10所示，所述测量通道间时延差的方法，具体包括：
[0141]
在步骤801中，在每一路发射通道上加载对应的原始载波信号，进行光电调制，以得到偏振复用信号；其中，不同发射通道的原始载波信号在时域上相互正交；且每一路原始载波信号的幅度值大致相同。
[0142]
在步骤802中，将所述偏振复用信号相干传输给接收端，以便于接收端根据所述偏振复用信号，计算得到各发射通道之间的时延差和/或各接收通道之间的时延差。
[0143]
在实际使用中，所述原始载波信号可以是多载波信号，也可以是单载波信号，当原始载波信号为多载波信号时，原始载波信号中所包含的每个多载波信号中的子载波同样具有时域正交关系。且为了保证测量精度，每个原始载波信号具有相当的幅值及信噪比，如可使用多个窄带宽调制信号作为子载波进行调制，从而实现多个正交的载波之间的幅度均衡，或采用随机初始相位对载频信号进行调制，以保证多个载频的幅度是均衡的。
[0144]
其中，关于“接收端根据所述偏振复用信号，计算得到各发射通道之间的时延差和/或各接收通道之间的时延差”的过程，请详见实施例2中的说明，在此不再赘述。
[0145]
通过将本实施例所提供的测量通道间时延差的方法应用于发射端(即相干发射机)，将实施例2所提供的测量通道间时延差的方法应用于接收端(即相干接收机)，从而通过两种方法的相互配合，可实现完整的全维度时延差测量系统。
[0146]
实施例4:
[0147]
本发明基于实施例1-实施例3所描述的方法基础上，结合具体的应用场景，并借由相关场景下的技术表述来阐述本发明特性场景下的实现过程。
[0148]
如图4所示，在相干发射机具有txi通道、txq通道、tyi通道和tyq通道这四个发射通道，相干接收机具有rxi通道、rxq通道、ryi通道和ryq通道这四个接收通道的场景下，进行全维度时延差的测量。
[0149]
其中，发射端(即相干发射机)将具在时域上有相互正交关系的四路特殊设计多载波信号(可理解为实施例2中的原始载波信号)sxi、sxq、syi、syq分别输入到相干发射机的四路输入端口txi、txq、tyi、tyq中。其中每一路多载波信号表达式如下所示：
[0150][0151]
[0152][0153][0154]
其中，需要说明的是，在本发明实施例的描述中，凡未经特殊说明，所有公式中参数右上角和右下角的标识不应理解为参数的幂，而应理解为对参数的限定描述，且标识所处的位置不同代表进行的限定不同，(凡是在相同的位置的标识，所限定的意义相同)。
[0155]
为更好的描述上述目标函数，在此提供几种基本描述形式：
[0156]sbab
(t，n)
[0157]fab
(n)
[0158]
其中，参数a可以是x或y，参数b可以是i或q，即a∈[x，y]；b∈[i，q]，从而组成对应的发射通道标志，s
bab
(t，n)则代表发射通道tab上的第n个子载波的基带调制信号，如s
bxi
(t，n)代表发射通道txi上的第n个子载波的基带调制信号；f
ab
(n)代表发射通道tab上的第n个频率位置，其中，以第一个频率位置，按照预设间隔选取得到各个频率位置，且不同发射通道所对应的频率为止相互错开，如f
xi
(n)代表发射通道txi上的第n个频率位置。s
bab
(t，n)@f
ab
(n)表示将基带信号s
bab
(t，n)移频至频率f
ab
(n)处。
[0159]
以多载波信号sxi为例，通过将不同的窄带信号(即基带信号)s
bxi
(t，n)调制在对应的载波f
xi
(n)上从而实现对该频点附近的信号调制；f
xi
(n)、f
xq
(n)、f
yi
(n)及f
yq
(n)互相错开，且窄带信号s
bxi
(t，n)的调制带宽应当小于f
xi
(n)、f
xq
(n)、f
yi
(n)及f
yq
(n)之间的间隔，以避免与相邻载波发生交叠。如此，可以形成四路频域上不交叠，时域上相互正交的多载波信号。
[0160]
当n＝1时，sxi、sxq、syi和syq为时域上相互正交的单载波信号，对于n＞1时，sxi、sxq、syi和syq为时域上相互正交的多载波信号，且每个多载波信号中的子载波同样具有时域正交关系。
[0161]
为了保证测量精度，多个载波具有相当的幅值及信噪比，本发明中由于窄带宽调制信号具有随机的相位，因此多个正交的载波之间幅度是均衡的。特殊的，对于调制信号s
bab
(t，n)的调制带宽为0的情况，即不加载幅度调制信号的情况，对应为多载频调制，为保证多个载频信号之间的幅度是均衡的，采用随机初始相位对载频信号进行调制，以保证多个载频的幅度是均衡的。
[0162]
在接收端，分别从相干光接收机的四个输出通道得到四路射频信号(即实施例2中的接收信号)rxi、rxq、ryi和ryq；在数字信号处理dsp模块中对所接收的信号进行分析。
[0163]
考虑到激光器频率偏移效应，接收到的四路接收信号(相位初始值归一化后)可以表示为：
[0164][0165][0166][0167][0168]
其中，符号表示卷积操作；ifft()代表对相应时域信号卷积频响做反傅里叶变换，使用了ω＝2πf表示角频率；信号与exp(jwt
tab
)及exp(jwt
rab
)的卷积代表各路信号分别在发射端及收端不同的通道中经过不同的通道时延，{a∈[x，y]；b∈[i，q]}。θ表示偏振旋转角，φ表示由于收发端激光器频偏、相位噪声及初始相位差等引入的i、q相位旋转的角度。
[0169]
其中，来表示非同源相干光通信系统存在激光器频率偏移时传输信道的振幅相位频率响应，可以展开为：
[0170][0171]
其中f
offset
表示激光器频率偏移值，a
tab
(f)和a
rcd
(f)分别表示来自发射机及接收机中不同通道对应的振幅频率响应，和分别表示来自发射机及接收机中不同通道对应的相位频率响应，同样{a∈[x，y]；b∈[i，q]；c∈[x，y]；d∈[i，q]},举例而言，表示从信号从发射端xi口输入，而从接收端yq口输出，经过的实际的收发机通道的振幅频率及相位频率响应。
[0172]
由上述四路接收信号的表达式可知，由于偏振旋转以及i、q相位旋转，接收端的每路信号rxi、rxq、ryi、ryq中均含有分别sxi，sxq，syi，syq四路发射信号在对应接收通道中的相干载波信号，且由于四路多载波信号之间具有正交性，因此接收端每个通道中的多路相干载波信号之间互不交叠，依旧保持正交特性，从而能够分离得到各相干载波信号，利用各相干载波信号之间的相位关系，计算得到各发射通道之间的时延差和各接收通道之间的时延差，具体包括：
[0173]
由于在实际测量操作过程中，由于光纤链路即使在外界干扰较小的情况下，本身
的偏振也在以一定的速率慢速旋转(通常小于～1mhz量级)，而单一帧信号(时间长度为～100ns量级，变化频率为～10mhz量级)，可能会遇到某偏振态信号所以在单一帧信号传播时间内功率极小的情况，这会影响全维度通道时延标定的精度，所以需要加入时间长度～1ms量级的偏振信号监测，使得传输的双偏振信号在各偏振态上的功率能够满足基本相当的条件。
[0174]
故在进行时延差的计算前，先利用相互正交的多路载波信号的幅度信息，计算传输过程中的频率偏移。
[0175]
根据接收端多个载波的正交特性，首先采用多个载波信号的峰值幅度测量的方法对偏振进行估计，并采用多个通道信号进行加权的方法避免偏振及相位旋转导致单一通道载波信号功率过低引入的估计精度不足问题；同时采用多个载波中心频率同时与预设的发射频点进行比对并取平均的方式，计算频率偏移，以用于后续的各相干载波信号的频点分布的补偿，降低估计误差，如下公式所述：
[0176]foffset
＝mean(f(findpeaks(|fft(rxi)|+|fft(rxq)|+|fft(ryi)|+|fft(ryq)|))
[0177]-[f
xi
,f
xq
,f
yi
,f
yq
])
[0178]
其中，fft()代表对接收信号做傅里叶变换，||代表取幅值，f(findpeaks())代表如上文所述的对多个预设频率[f
xi
,f
xq
,f
yi
,f
yq
]附近的信号频点幅值的峰值进行搜索，并返回对应的频率值组成的特征矩阵。通过将该特征矩阵与预设频率[f
xi
,f
xq
,f
yi
,f
yq
]求差，得到多个频偏估计值。mean()代表对多个频偏估计值求平均，返回最终的频率偏移，通过平均操作可以进一步提升计算精度。
[0179]
再根据接收端多个载波的正交特性，由于偏振旋转引入的信号重新分配在不同偏振的接收通道，且相互间不交叠，采用幅度测量的方法对偏振角度进行估计，如下式所述：
[0180][0181]
上述两式均可以理解为以xi、xq、yi、yq发射光分别分配在不同的偏振接收通道，对于xi信号和xq信号而言，其在x偏振分配的能量与其在y偏振分配的能量的商，即等于对应该信号的偏振角的余切；对于yi信号和yq信号而言，其在y偏振分配的能量与其在x偏振分配的能量的商，即等于偏振角的余切，从而能够根据偏振角的余切，计算得到对应信号的偏振角度。作为一种优选的实施方式，还可如上式所述，分别以xi、xq、yi、yq为目标信号，计算对应各信号的偏振角余切，通过对各信号的偏振余切相加取平均可以进一步降低估计误差。
[0182]
上式中，代表xi发射光在x路(包括rxi和rxq)上的偏振分配的能量，代表xi发射光在y路(包括ryi和ryq)上的偏振分配的能量，代表yi发射光在y路(包括ryi和ryq)上的偏振分配的能量，ryq)上的偏振分配的能量，代表yq发射光在x路(包括rxi和rxq)上的偏振分配的能量，式中其他参数含义皆可依次类推得到，在此不加以赘述；其
中，∑代表当xi、xq、yi和yq分别具有多组频点时，以多组频点能量的和作为相应发射信道分配在不同通道上的能量。
[0183]
根据计算得到的偏振角度对接收端的偏振复用信号的偏振态进行监测，使用偏振角在45
°
左右时，所对应的各接收信号，进行时延差的计算，以保证测量精度。
[0184]
从偏振角在45
°
左右时的各接收信号，rxi、rxq、ryi、ryq中分离并提取出发射端对应的sxi、sxq、syi、syq四路信号，并且根据各多载波信号间的相位关系计算得出相干发射机四路输入端口txi、txq、tyi、tyq之间的时延差以及相干接收机四路输出端口rxi、rxq、ryi、ryq之间的时延差，具体的：
[0185]
将发射机的xi路发射通道作为各发射通道的时间基准(即实施例1中的基准发射通道)，于是发射通道xq、yi、yq路(即实施例1中的时延发射通道)相对xi路的时延偏移为t
txq
、t
tyi
和t
tyq
；将接收机的xi路接收通道(即实施例1中的基准接收通道)作为各接收通道的时间基准,于是接收通道xq、yi、yq路(即实施例1中的时延接收通道)相对xi路的时延偏移为t
rxq
、t
ryi
和t
ryq
，通过计算其他通道信号对应的相位频响曲线与xi端口信号对应的相位频响曲线之间的差值，可以计算得到两端口之间的时延差。
[0186]
具体的，t
txq
、t
tyi
、t
tyq
、t
rxq
、t
ryi
和t
ryq
的计算方法如下式所述:
[0187][0188]
其中，参数a可以是x或y，参数b可以是i或q，即a∈[x，y]；b∈[i，q]，skew
aba
′b′
代表通道ab至通道a
′b′
之间的相对通道时延，其等于a
′b′
通道的绝对通道时延ta′b′
减去ab通道的绝对通道时延t
ab
，等于a
′b′
通道的相频曲线的ψa′b′
减去ab通道的相频曲线的ψ
ab
，对频率求导得到相频差函数的一阶倒数对应其函数的线性斜率，即a
′b′
通道与ab通道之间的相位频率响应差值，以相位频率响应差值除以2π。
[0189]
其中，当计算时延发射通道与基准发射通道之间的时延差时，通过固定接收端，对不同发射频点的多载波信号进行相位差计算，可以得到其斜率即等于两个发射端口之间的时延差，由于发射信号本身具有一定的随机相位，故在计算时延差的时候，需要用收端信号的相位谱减去发端的相位谱，得到实际通道时延引入的相位变化，即其中的单路发射信号的相位偏移的计算又可以通过接收信号谱与发射谱的相位比对得到，如下所示：
[0190][0191]
其中，fft()代表对对应接收端或发射端信号求傅里叶变换,括号后的下标f＝fa′b′
+f
offset
等代表取傅里叶变换后频率等于相应通道预设的频率值时的频点信号(即预设频点在经过频率偏移补偿后所得的频点信号)，angle()代表对该频点信号取相位值，公式等号右侧的第一行和第二行代表对发射通道a’b’在接收通道rxi、rxq、ryi和ryq的频谱的相位与对应发送端的频谱的相位进行比对，其斜率对应a’b’发射通道至接收通道rxi、rxq、
ryi和ryq时延的测量。
[0192]
第三行和第四行代表对ab发射通道在同一接收通道rxi、rxq、rti或ryq接收端频谱的相位与对应发送端的频谱的相位进行比对，其斜率对应ab发射通道至同一接收通道rxi、rxq、ryi或ryq时延的测量。
[0193]
测量中使用频率偏移f
offset
对频点分布进行补偿校正，以保证在有频偏情况下的时延差计算精度；并且，对接收端的多个通道信号rxi/rxq/ryi/ryq同时进行处理，并对结果取平均，以进一步提升信噪比以及发射端全部通道时延差的测量精度。
[0194]
当计算时延接收通道与基准接收通道之间的时延差时，可以固定分析发射端的某种发射信号(sxi(t)/sxq(t)/syi(t)/syq(t)均可)，然后计算来自接收端口rxi中的该信号与其他接收端口中的该信号计算得到的相位频率响应之间的差值，从而计算两端口之间的时延差。测量公式如下所示：
[0195][0196]
fft()代表对接收端或发射端信号求傅里叶变换,括号后的下标f＝
[0197]
fxi,fxq,fyi,fyq+f
offset
等代表取傅里叶变换后频率等于相应通道预设的频率值时的频点信号，angle()代表对该频点信号取相位值，等号右侧的第一行和第二行代表对发射通道xi、xq、yi和yq在接收通道ra’b’的频谱的相位与发送端的频谱的相位进行比对，其斜率对应xi、xq、yi和yq发射通道至接收通道a’b’时延的测量。第三行和第四行代表对发射通道xi、xq、yi和yq在接收通道rab的频谱的相位与发送端的频谱的相位进行比对，其斜率对应xi、xq、yi和yq发射通道至接收通道ab时延的测量。
[0198]
其中，使用频率偏移f
offset
进行校正，以保证在有频偏情况下的时延差计算精度。同时在偏振角在45
°
附近(即|θ-45
°
|≤ε，自定义误差ε以内)时进行发送端及接收端通道时延计算，以保证x、y偏振功率均衡，能够达到全维度通道时延差测量精度的要求。并且对xi/xq/yi/yq四路发射的多个载波信号同时进行分析处理，并对结果取平均，以进一步提升信噪比以及接收端全部通道时延差的测量精度。
[0199]
本发明提供的全维度时延差测量方法主要通过在系统发射端，通过数字信号处理算法，设计互相正交的多载波信号；将互相正交的多载波信号加载在xi、xq、yi和yq四个通道上，进行光电调制，在发射机输出得到偏振复用的qam信号。将偏振复用的qam信号在光纤链路中进行传输，受到偏振旋转等光纤效应的作用。
[0200]
在相干接收端对偏振复用的qam信号进行相干探测，经模数转换器得到xi、xq、yi和yq四路数字域接收信号。对四路接收信号在数字域进行预处理，利用各个载波之间的正交性，计算得到相干收发机的激光器频偏，以及链路中的偏振旋转角
[0201]
将预处理后信号送入测量模块进行相干收发系统中全维度通道时延差的计算。利用接收信号与发射信号之间的频谱对比，得到相位偏移曲线，由此计算得到通道时延。利用多个载波之间的正交性，实现收发系统中xi、xq、yi和yq多个通道时延差的一次性测量，实现发射机及接收机通道时延差的同时测量及分离。
[0202]
相干发射机及接收机的激光器可能是同源(即采用同一激光器光源作为发射光源及接收本征光源的系统，)也可能是不同源的，分别对应系统中存在频偏(同源)及不存在频偏(不同源)的场景。被测量件既可以单独为相干发射机，即，可单独对发射机的通道时延差进行测量，被测量件也可单独为相干接收机，即，可单独对接收机的通道时延差进行测量；同时被测量件也可以同时为相干发射机及相干接收机，即，可以对相干发射机及接收机进行同时测量及分离。
[0203]
相干发射机对xi、xq、yi和yq的四个通道下发频谱不重叠的多路多载波信号，这保证多个载波在时域上正交的。其中，四路信号对应的幅度基本均衡保持一致，保证多个载波的信噪比均衡，便于后续测量精度的保证；同时多个载波经过调制，相位为每个频点上的相位为随机分布。在实际使用中，原始载波信号中的各个子载波的频率间隔可以不固定，调制的多载波信号的带宽可以不固定，可以为任意值，只需要保证多个通道的多个载波的频谱不重叠即可满足正交性要求。
[0204]
xi、xq、yi和yq四路对应的多载波信号下发至调制器，将数字信号转换到光域，由于xi、xq、yi和yq四路信号对应的射频电路的走线长度不一致，光调制器的波导长度不一致等，导致xi、xq、yi和yq四路信号具有不同的延时。xi、xq、yi和yq四路信号的相位偏移在频域上呈线性的变化规律，其斜率对应信号所经过的通道延时。
[0205]
调制信号经过光纤链路到相干接收机进行探测，系统中存在偏振旋转以及由于激光器频率相位差导致的相位旋转，接收到的xi、xq、yi和yq四路信号中，x/y两个偏振发生旋转，相干探测到的信息偏振发生混合，原有的x、y偏振上分别具有另外一个偏振上的信息；同时i、q信号发生混合，原有i、q调制方向上分别具有另外一个调制方向的信息。同时由于多个载波之间具有正交的设计关系，因此在x、y、i和q混合后，每个接收端信号的载波信息间依旧保持不重叠的正交关系；对激光器频偏及偏振旋转角进行测量，用于通道时延差过程中的信息校正及控制。
[0206]
经过x、y、i和q混合后，探测到的xi、xq、yi和yq信号分别具有调制的四组多载波信号，共计16组载波信号，且由于不同的载波信号分别经过不同的发射、接收机的延时，分别具有不同的相位偏移信息。横向看，每个接收信号的4组多载波信息分别具有不同的发端通道延时及相同的收端通道延时，计算4组载波间的相位偏移对应的斜率的差，可以得到发端通道延时差的测量。纵向看，每组频率相同的载波信号，分别经过相同的发射端通道延时及不同的收端通道延时，因此计算不同xi、xq、yq和yi接收端信号相同频率的载波间的相位偏移对应的斜率的差，可以得到发端通道延时差的测量。
[0207]
实施例5:
[0208]
在提供了实施例1-实施例4所述的测量通道间时延差的方法后，本实施例还提供了一种dsp芯片(digital signal processor，数字信号处理器)，位于相干光模块内，所述dsp芯片采用实施例1-实施例4任一所述的测量通道间时延差的方法，对于相关模块的通道间的时延差进行补偿。
[0209]
在此基础上，本实施例还提供了一种光模块，包括dsp芯片、光发射机和光接收机，其中所述dsp芯片采用实施例1-实施例4任一所述的测量通道间时延差的方法进行通道间的时延差测量。
[0210]
本实施例还提供了一种测量通道间时延差的装置，如图11所示，是本发明实施例
的一种测量通道间时延差的装置的架构示意图。本实施例的装置包括一个或多个处理器21以及存储器22。其中，图11中以一个处理器21为例。
[0211]
处理器21和存储器22可以通过总线或者其他方式连接，图11中以通过总线连接为例。
[0212]
存储器22作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序和非易失性计算机可执行程序，如实施例1中的测量通道间时延差的方法。处理器21通过运行存储在存储器22中的非易失性软件程序和指令，从而执行实施例1-实施例4任一所述的测量通道间时延差的方法。
[0213]
存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器22可选包括相对于处理器21远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器21。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0214]
所述程序指令/模块存储在所述存储器22中，当被所述一个或者多个处理器21执行时，执行上述实施例1-实施例4中任一所述的测量通道间时延差的方法。
[0215]
值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
[0216]
本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(rom，read only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁盘或光盘等。
[0217]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种测量通道间时延差的方法，其特征在于，包括：发射端，将具有相互正交关系的四路多载波信号分别输入到相干发射机的四路发射通道中；通过光电调制将所述四路多载波信号加载到双偏振iq正交调制信号上，并通过光纤链路传输到接收端；接收端，对四组接收信号进行分别接收，对接收信号进行频偏估计及偏振角估计，计算得到各发射通道之间的时延差和/或各接收通道之间的时延差。2.如权1所述的测量通道间时延差的方法，其特征在于，所述具有正交关系的四路多载波信号具体为：四路多载波信号的各个载频频率相互交织，调制信号在频域上互不重叠，四路多载波信号中的各载波含有预设的初始相位，各初始相位互不关联，四路多载波信号中的多个载波幅度均衡。3.如权1所述的测量通道间时延差的方法，其特征在于，所述对接收信号进行频偏估计的方法具体包括：对四路接收多载波信号的峰值频点位置分别减去四路交织发射的多载波信号的频点，得到各路多载波信号的信号频偏，对四路多载波信号取平均值得到准确的频偏值。4.如权1所述的测量通道间时延差的方法，其特征在于，对接收信号进行偏振角估计的方法，具体包括：计算相同发射载波信号在不同偏振的幅度的比值，得到偏振角。5.如权1所述的测量通道间时延差的方法，其特征在于，所述计算得到各发射通道之间的时延差和/或各接收通道之间的时延差，具体包括：固定接收端，计算发送端的任意2个通道的相位频率响应差，并取斜率，除以2π，得到2个发射通道的时延差；固定发射端，计算接收端任意2个通道的相位频率响应差，并取斜率，除以2π，得到2个接收通道的时延差。6.如权5所述的测量通道间时延差的方法，其特征在于，所述固定接收端，计算发送端的任意2个通道的相位频率响应差，具体包括：当估计的偏振角与预设角度的差值小于预设差值时，采用估计的频偏值进行频率校正，选择同一组接收信号中两组不同的多载波信号，计算两组多载波信号各频点上的相位，使用所述各频点上的相位分别减去预设相位，得到各自通道的相位频率响应，将两个通道的相位频率响应相减得到发送端的任意2个通道的相位频率响应差的估计值；分别对四组接收信号做如上处理，得到上述发送端任意2个通道相频响应差的四个估计值，对所述四个估计值取平均，得到上述发送端任意2个通道的相位频率响应差。7.如权5所述的测量通道间时延差的方法，其特征在于，所述固定发射端，计算接收端任意2个通道的相位频率响应差，具体包括：当估计的偏振角与预设角度的差值小于预设差值时，选择两个不同接收信号，采用估计的频偏值进行频率校正，选择两个信号中的相同多载波信号，计算两组信号各频点上的相位，分别减去预设相位，得到各自通道的相位频率响应，相减得到接收端的任意2个通道的相位频率响应差估计值；分别对四组发射载波信号做如上处理，得到上述接收端任意2个通道相频响应差的四个估计值，对所述四个估计值取平均，得到上述任意2个接收端通道的相位频率响应差。
8.如权1至权7任一所述的测量通道间时延差的方法，其特征在于，其测量结果应用于各种码型光模块的通道间的时延差的补偿。9.一种dsp芯片，其特征在于，位于相干光模块内，其采用权1至权8任一所述的测量通道间时延差的方法，对于相关模块的通道间的时延差进行补偿。10.一种光模块，其特征在于，包括dsp芯片、光发射机和光接收机，其中所述dsp芯片采用权1～权8任一所述的测量通道间时延差的方法进行通道间的时延差测量。

技术总结
本发明涉及光通信技术领域，提供了一种测量通道间时延差的方法以及相应的DSP芯片和光模块。其中所述方法包括：发射端，将具有相互正交关系的四路多载波信号分别输入到相干发射机的四路发射通道中；通过光电调制将所述四路多载波信号加载到双偏振IQ正交调制信号上，并通过光纤链路传输到接收端；接收端，对四组接收信号进行分别接收，对接收信号进行频偏估计及偏振角估计，计算得到各发射通道之间的时延差和/或各接收通道之间的时延差。本发明无需复杂的均衡器结构，故避免了均衡器无法收敛，导致时延差测量时效的弊端，且无需进行通道轮询扫描，能够一次性的测量得到全维度的时延差，从而确保全维度时延差测量的快速和准确。从而确保全维度时延差测量的快速和准确。从而确保全维度时延差测量的快速和准确。


技术研发人员：姚殊畅 邓磊 付玉笛 戴隆权 戴竞 王雅琴
受保护的技术使用者：烽火通信科技股份有限公司
技术研发日：2023.08.21
技术公布日：2023/10/15