文|逸屹川
編輯|逸屹川
光纖通信顧名思義是以光纖為載體，将光脈沖搭載在光纖上來傳遞資訊的一種通信手段。
大陸最古老的光通信就是我們大家所熟悉的春秋戰國時期的“烽火”，而且現在依然在用的信号燈、旗語等均可被認為是傳統的光通信形式。
近年來，随着計算機技術、資料挖掘技術和人工智能技術的快速開展以及對社會各個領域的持續應用，資訊科學技術已然對社會和經濟發展産生了巨大的作用。
進入21世紀，随着資訊化的迅猛發展，資訊化在全球範圍内不斷被應用，資訊和通信已然成為當今社會發展的根基所在。
目前，以物聯網、大資料挖掘為典型象征的網際網路技術，對海量資料處理、新一代資訊技術的監測與開發帶來了新的變革。
近十年來，随着網際網路使用者數量的增加，使用者對帶寬的需求也越來越大，光纖通信技術的快速發展對傳輸網絡和傳輸性能的要求日益增強。
諸如有線通信等傳統的通信方式已經不能适應現代社會對資訊容量和傳輸速率的發展未來的動态異構光網絡結構會使網絡維護、管理的難度逐漸上升。
是以可靠穩定的網絡資源分類和性能保障變得至關重要。
優越的性能監測技術可以實作有效地故障資訊判斷和故障回報，并可以實時監測損傷來源和評估損傷影響，以完成準确的損傷分析及補償。
在未來的光網絡領域，實作在光域層面的性能監測将成為網絡資源合理配置設定與網絡性能管理的關鍵技術之一。
光性能監測技術研究
自1990年代初以來，随着WDM系統的産生，研究人員對OPM産生了濃厚的興趣，并對OPM進行了各種定義。
從宏觀角度來看，OPM是指監測光域中信号的健康狀态。
OPM的最初目的就是保障網絡服務公司和網絡個體間的服務等級協定(SLA)。
傳統OPM是指在SONET/SDH層為保證QoS監測位或資料塊誤碼率而采用的實施方案。
OPM可以簡單概括為三層，第一層是信道管理層監測，它涉及到确定信道傳輸和信道管理所必需的光域特性。
需要監測的關鍵參數為總功率、單通道功率以及信道波長漂移等。
雖然以上參數監測起來簡單易行，但是對它們的性能監測不能完全表征整個光網絡系統的品質狀态。
第二層是信道品質層監測，它是針對在單個波長上執行信号轉換的敏感測量。
可以在信号品質層中分析的特征示例包括眼圖、Q因子、光信噪比(OSNR)、色散、偏振膜色散、非線性效應、抖動以及串擾等。
第三層是協定性能監測(PPM)，主要包括用于推斷模拟光信号特性的數字測量，如誤碼率。
第二層與第三層的監測統稱為進階OPM，因為這些參數的損傷通常不是直覺的，往往需要更複雜的監測方法，并且這些損傷經常互相重疊、互相影響，很難對其進行監測。
在過去幾十年中，研究者們提出了大量先進的OPM技術并對其進行了分類。
根據待測目标的差別，OPM大緻包括數字和模拟兩種手段。數字OPM技術利用高速電子邏輯裝置處理編碼在光波形上的數字資訊。
對數字信号的測量用于推斷光信号的特性，數字方法與誤碼率的相關性最強，但通常在隔離個别損傷的影響方面效果較差。
模拟OPM技術将光信号看作模拟波形，并嘗試對實體層中波形的某些特定參量進行測量。
光信号的模拟參數一般與協定無關，而與信号衰減的起源緊密相關。
根據模拟特征是否屬于時域波形、頻譜還是偏振态，可以進一步劃分為時域監測技術、頻域監測技術以及偏振域監測技術。
時域監測技術主要是通過對信号波形進行采樣來實作的，監測原理是通過時域采樣在接收端獲得能反映信号品質的一系列名額。
然後利用這些參數名額來判斷光纖傳輸系統中的損傷對傳輸信号帶來的破壞程度。
時域監測技術又具體細分為同步采樣技術和異步采樣技術，同步采樣技術實作起來比較困難，雖然它在接收端不存在時鐘恢複，但是該方法不能同時實作多個品質參數的監測。
異步采樣技術主要包括異步幅度直方圖(AAH)、異步延時抽頭采樣(ADTS)以及異步單信道采樣技術(ASCS)。
異步采樣技術可以在不利用時鐘恢複的情況下完成對傳輸鍊路中多個參數的聯合監測。
時域監測技術在WDM網絡中需要的成本十分昂貴，因為每個網元中需要配合解複用器和光電轉換裝置來實行監測。
并且時域監測方法的反應時間一般在毫秒級，無法滿足動态網絡的需求。
調制格式識别技術研究網絡供應商為了滿足日益增長的寬帶資料服務。
例如網際網路協定電視、多媒體資訊服務、視訊點播、線上遊戲等将面臨不同的需求來支援這些新的高資料速率應用以及一些現有的資料服務。
是以，可以預見，未來的光纖網絡将需要承載多個調制格式以支援異構業務。
并且随着高清晰度視訊流、雲和5G等帶寬消耗服務的出現，光網絡正從傳統的固定架構向靈活智能的網絡發展，光信号的調制格式越來越多樣化和複雜化。
在接收端接收和信号解調過程中，調制格式識别(MFI)位于整個信号接收和解調過程的前端，是以MFI的準确性和效率将影響整個信号處理的結果。
另外，下一代光網絡使得接收機能夠從接收到的信号中對調制格式進行盲識别。
在非合作情況下，在接收端對光信号調制格式的盲識别和自動識别成為研究的熱點。
為了适應現代化高速光纖傳輸系統的發展，下一代的光網絡必然會呈現動态化和透明化，并且其中會存在不同調制格式和比特率共存的現象。
為了達到較高的智能化水準和實作自主收發功能，MFI技術對異構光網絡的管理控制和自适應接收具有重要價值。
此外，由于光網絡智能化水準的不斷提高，光網絡結構變得越來越複雜，是以提高網絡的綜合使用率需要有效、高效、準确的光信号品質監測。
目前的光網絡正在向具有支援多種調制格式和速率自适應收發器的彈性光網絡和智能認知光網絡(ICON)發展。
它可以更好的配置設定網絡資源和管理網絡裝置，滿足通信系統傳輸參數的自主性和可調性，實作網絡節點的智能信道管理和帶寬配置設定等鍊路管理功能。
下圖為MFI和OPM的關聯示意圖。
目前研究人員對無線信号的調制分類進行了大量的研究，但對光信号的調制格式識别方面的研究還很少。
調制格式識别流程大緻包括信号初始化、特征提取和分類器設計三方面。
特征提取子產品是MFI中最關鍵的一部分，該子產品提取特征參量的優劣對分類器性能和最終分類效果起着決定性作用。
識别流程主要是從接收到的信号中提取顯著特征，然後由分類器對提取的測量值進行分類和識别。
相比于基于似然的方法，基于特征的識别方法是次優的，但是該方法可以實作非協作下的識别且需要的系統成本較低，是以在具體應用中經常使用。
在MFI中，特征提取子系統對經過預處理的接收信号進行特定的變換，以獲得最能反映分類差異的某個特征，并且是一個與其他調制格式信号顯著不同的特征向量。
資料顯示已經使用了多種特征來識别調制格式，利用二階和四階累積量算法對MPSK和MQAM光調制信号進行識别。
在OSNR為10-30dB的情況下，識别成功率達99%以上，并且證明了該方法對系統的強度和相位噪聲具有較強的魯棒性。
接着又提出一種調制格式的盲識别方案，該方案通過對接收端經過色散、偏振膜色散補償以及恒模算法均衡後的樣本進行峰均功率比(PAPR)來進行評估。
由于在特定OSNR下不同調制格式信号具有不同的PAPR值，是以可以根據此特征進行識别。
MFI也可以在斯托克斯空間中通過聚類的K-均值算法實作，但是該方法首先要明确K值，是以很難獲得精确的識别效果。
利用光纖信号同步或異步後擷取的資料進行MFI，原理是通過評估待測信号的平均功率進行實作，但是這種方法需要在解調後完成。
針對混合QAM或集分割QAM，提出了一種基于頻率偏移加載實作無盲靈活收發器的快速調制格式盲識别。
學者Biekesutan對4QAM、16QAM和64QAM調制格式的光網絡信号采用主成分分析和異步延遲抽頭采樣技術實作調制格式識别，該方法複雜度小、實作簡單，可以應用到下一代光網絡。
未來的動态異構光網絡結構會使網絡維護、管理的難度逐漸上升，是以可靠穩定的網絡資源分類和性能保障變得至關重要。
優越的性能監測技術可以實作有效地故障資訊判斷和故障回報，并可以實時監測損傷來源和評估損傷影響，以完成準确的損傷分析及補償。
是以，在未來的光網絡領域，實作在光域層面的性能監測将成為網絡資源合理配置設定與網絡性能管理的關鍵技術之一。