專利名稱：同步光傳輸系統(tǒng)中光信噪比監(jiān)測的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光通信技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種同步光傳輸系統(tǒng)中光信噪比監(jiān)測的方法。
背景技術(shù)：
在光傳輸系統(tǒng)中，為了提高傳輸距離，往往大量采用光纖放大器技術(shù)，使系統(tǒng)的傳輸性能和傳輸質(zhì)量受到光放大器等噪聲源的影響，并且呈現(xiàn)出噪聲累積現(xiàn)象。因此，光信噪比成為限制系統(tǒng)傳輸距離與傳輸質(zhì)量的一個主要制約因素。這樣監(jiān)測接收端的光信噪比就成為了解系統(tǒng)工作性能、估計信號傳輸質(zhì)量的一個十分重要的技術(shù)手段。在可重構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)中，每個信道在被接收前都要經(jīng)過復(fù)用、解復(fù)用和路由，而信號每經(jīng)過一次復(fù)用器/解復(fù)用器，都要經(jīng)受一定的濾波效應(yīng)。在這一過程中，信道通帶內(nèi)的自發(fā)輻射噪聲(ASE)噪聲不斷積累，而信道外的ASE噪聲被濾波器限制到了較低的水平，因此帶內(nèi)和帶外ASE噪聲的功率水平是不一樣的，顯然帶內(nèi)ASE噪聲的功率水平?jīng)Q定了最終的光信噪比(OSNR)，也即信號質(zhì)量。而傳統(tǒng)的光信噪比的監(jiān)測方法一般是通過監(jiān)測信號光譜，讀取某個波長的信號強(qiáng)度和相鄰其兩側(cè)的噪聲強(qiáng)度，取兩側(cè)噪聲強(qiáng)度的平均值作為該信號處的噪聲強(qiáng)度；然后運(yùn)用信噪比計算公式OSNR＝PS-PN，得到該信號的信噪比，公式中的PS為信號強(qiáng)度，PN為信號兩側(cè)噪聲強(qiáng)度的平均值。顯然，在以上方法中，采用了通帶外的噪聲平均值來代替信道內(nèi)噪聲強(qiáng)度，而在可重構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)中帶內(nèi)ASE噪聲不同與帶外ASE噪聲，這種方法會帶來較大的測量誤差。此外，譜掃描的方法價格昂貴，速度慢，不適于性能監(jiān)測使用。因此，如何簡單地、低成本地、精確地監(jiān)測帶內(nèi)OSNR，是大規(guī)模波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)中一個重要而又亟待解決的問題。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利號為US6813021，專利名稱為“Method and apparatus for monitoring optical signal-to-noise ratio(OSNR)using polarization-nulling method(基于偏振消光的監(jiān)測光信噪比的裝置和方法)”，該專利中提出了一種監(jiān)測帶內(nèi)OSNR的方法。這種方法使用一個旋轉(zhuǎn)的四分之一波片和一個起偏器，通過測量在兩個偏振方向上光功率的比值來監(jiān)測光信號的OSNR。然而，這一技術(shù)的前提是假定信號的偏振度為(DOP)1，而這一條件在實際的光傳輸系統(tǒng)中并不滿足。當(dāng)PMD(偏振模式色散)存在于傳輸光纖中時，光信號具有兩個在時間上互相延遲的正交偏振分量，即偏振的兩個主狀態(tài)，此時信號的偏振度小于1。因此，即使調(diào)整了信號偏振，也不能使信號偏振衡消。因此，這一技術(shù)在有PMD存在時，所測量的OSNR值中的誤差很大。此外，在多信道WDM系統(tǒng)中，由于信道間的交叉相位調(diào)制(XPM)，造成信號的偏振態(tài)出現(xiàn)偏振散射效應(yīng)，使信號的偏振度小于1，應(yīng)用這一技術(shù)也會造成較大的OSNR測量誤差。
以上結(jié)果表明，目前現(xiàn)有技術(shù)多不能準(zhǔn)確地監(jiān)測帶內(nèi)OSNR，容易受到各種損傷因素的影響，形成較大的測量誤差。可以說，目前還沒有可以應(yīng)用于實際系統(tǒng)的帶內(nèi)OSNR監(jiān)測方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，提供一種同步光傳輸系統(tǒng)中光信噪比監(jiān)測的方法，使其可用于動態(tài)可重構(gòu)波分復(fù)用(WDM)光傳輸系統(tǒng)，能夠精確地測量光信噪比，有效地抑制了PMD和非線性效應(yīng)對測量結(jié)果的影響。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，步驟如下(1)用光耦合器將通信光信號分成兩部分，其中較小功率部分的光信號用作監(jiān)測信號；(2)監(jiān)測光信號被送入高速光開關(guān)，該高速光開關(guān)由幀同步信號驅(qū)動，其作用是對信號進(jìn)行切割，只允許幀頭信息通過。
(3)切割后的光信號通過一個1×2的耦合器分為兩路，其中一路送入光電檢測器，其輸出經(jīng)放大器放大后送入頻譜分析單元，用于監(jiān)測信號拍頻噪聲，監(jiān)測結(jié)果送入微處理器單元；(4)切割后的另一路光信號送入光檢測單元，用于測量切割后的光功率，測量結(jié)果送入微處理器單元；(5)微處理器單元對兩路輸入的信號進(jìn)行比較計算，根據(jù)已有的校正關(guān)系，得到該信道光信號的信噪比。
所述的步驟(2)中對光開關(guān)的具體要求是具有高的開關(guān)速度(ns級)，高的消光比(＞20dB)，并且開關(guān)特性與偏振無關(guān)。實際使用中可采用半導(dǎo)體放大器(SOA)光開關(guān)；或采用電吸收調(diào)制器(EAM)。
所述的步驟(3)中，并不需要使用高速光檢測器，對帶寬的要求小于300MHz即可；同樣，對于所使用的頻譜分析單元的帶寬無嚴(yán)格要求，一般小于300MHZ即可。
所述步驟(5)中計算光信噪比的公式為OSNR2+(2-APtotal2Nbeat)OSNR+(1-BPtotal2Nbeat)=0...(1)]]>上式中，Nbeat為拍頻噪聲功率，由步驟(3)測得；Ptotal為光功率，由步驟(4)測得，OSNR由上式通過計算得到；A、B為校正系數(shù)，與光檢測器的特性以及所采用的光濾波器特性有關(guān)。
步驟(5)中，計算信號OSNR時需要查詢已有的校正系數(shù)，此校正系數(shù)通過預(yù)先測量得到。
本發(fā)明是一種適用于同步模式光傳輸系統(tǒng)的OSNR監(jiān)測技術(shù)，它可以準(zhǔn)確地測出帶內(nèi)OSNR，并且對于光傳輸系統(tǒng)中普遍存在的PMD和偏振散射效應(yīng)具有很好的健壯性，能在存在這些效應(yīng)時準(zhǔn)確地工作，應(yīng)用價值較高。本發(fā)明并且大大提高監(jiān)測效率，縮短監(jiān)測時間。


圖1是本發(fā)明工作原理2是本發(fā)明信號在切割前后時域和頻域的原理圖其中，(a)切割前時域信號；(b)切割前頻域信號；(c)切割后時域信號；(d)切割后頻域信號。
圖3是本發(fā)明應(yīng)用于一個WDM傳輸系統(tǒng)檢測OSNR的實驗系統(tǒng)4是使用本發(fā)明存在偏振散射傳輸損傷時測得的帶內(nèi)OSNR曲線圖其中，(a)拍頻噪聲與OSNR的關(guān)系；(b)使用本發(fā)明測得的OSNR及誤差(c)使用DOP方法測得的OSNR及誤差。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種適用于同步模式光傳輸系統(tǒng)的OSNR監(jiān)測方法。參見圖1，本發(fā)明工作原理圖。一組WDM信號經(jīng)光傳輸單元1傳輸后由解復(fù)用器2輸出多同道中的一個光信號；此光信號經(jīng)光纖送至耦合比例范圍在20∶1～10∶1之間的光耦合器3，光信號被分為兩部分其中大部分功率的信號經(jīng)光纖輸出送至接收單元，而大約5％～10％的較小功率部分的光作為監(jiān)測信號經(jīng)由光纖送至OSNR監(jiān)測裝置11，進(jìn)行帶內(nèi)OSNR監(jiān)測。待監(jiān)測信號首先送入光開關(guān)4，此光開關(guān)由幀同步信號驅(qū)動，用于實現(xiàn)對光信號的切割，以抑制載荷信號而只讓幀頭信號通過。切割后的光信號送入1×2的耦合器5，分為等功率的兩路光信號，其中一路經(jīng)由光纖送入光檢測單元9，用于測量光功率；光檢測單元9輸出的電流信號送入微處理器單元10。耦合器輸出的另一路光信號經(jīng)由光纖送至光檢測器6，光檢測器輸出的電信號由電放大器7放大后送入頻譜分析單元8，頻譜分析單元用于檢測差拍噪聲功率，其輸出結(jié)果送入微處理器單元10。微處理器單元10對輸入的光功率和差拍噪聲功率進(jìn)行計算，并根據(jù)已有的校正系數(shù)得到信號的光信噪比(OSNR)。
OSNR的計算公式為OSNR2+(2-APtotal2Nbeat)OSNR+(1-BPtotal2Nbeat)=0]]>上式中，A、B為校準(zhǔn)系數(shù)，與光檢測器的特性以及所采用的光濾波器特性有關(guān)，Nbeat和Ptotal分別由頻譜分析單元和光檢測單元測得。
在上述OSNR監(jiān)測裝置中，光開關(guān)4要求具有高的開關(guān)速度，以保證幀頭信息在切割過程中不失真，因此要求光開關(guān)具有ns量級的開關(guān)速度；同時要求光開關(guān)4具有高的消光比，以實現(xiàn)對載荷信息的有效抑制，因此要求消光比大于20dB；同時還要求光開關(guān)4的開關(guān)特性與偏振無關(guān)，以有效抑制光傳輸過程中普遍存在的PMD和偏振散射效應(yīng)帶來的誤差。實際使用中，光開關(guān)4可采用半導(dǎo)體放大器(SOA)光開關(guān)，如Ciphotonics的SOA-S-OEC-1550；或采用電吸收調(diào)制器(EAM)，如CYOptics的EAM10。
如圖2所示，本發(fā)明信號在切割前后時域和頻域的原理圖。在同步模式傳輸系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)碼流由幀頭和載荷組成(圖2(a))，其中幀頭中的數(shù)據(jù)具有固定的重復(fù)頻率，如SDH系統(tǒng)中的幀頭重復(fù)頻率為1/125s。在頻譜上，這些幀頭對應(yīng)于固定的頻率間隔，而這些頻率間隔之間頻率區(qū)域?qū)?yīng)于載荷的頻譜；同時，信號的噪聲也位于這一區(qū)域(圖2(b))。通常情況下，由于噪聲被信號頻譜掩蓋，因此不可能測到真正的噪聲功率。而本發(fā)明通過信號切割的方法，抑制了載荷而只保留了幀頭信息(圖2(c))。這樣，在頻譜上，真正的噪聲底顯露了出來(圖2(d))，可以通過測量噪聲并通過計算獲得信號的OSNR。
如圖3所示，是本發(fā)明應(yīng)用于一個WDM傳輸系統(tǒng)，并且傳輸?shù)墓庑盘柺艿狡裆⑸鋼p傷時，用于檢測OSNR的實驗系統(tǒng)圖。為了引入明顯的偏振散射效應(yīng)，以顯示本發(fā)明方法的優(yōu)越性，圖中第一個摻鉺光纖放大器(EDFA)的輸出功率為20dBm。OSNR監(jiān)測裝置至于解復(fù)用器之后，用于監(jiān)測信號的OSNR。
圖4是本發(fā)明應(yīng)用于圖3所示的WDM傳輸系統(tǒng)所得到的測量結(jié)果。圖4(a)是測得的拍頻噪聲與OSNR的關(guān)系，由此關(guān)系經(jīng)過校正可以得到信號的OSNR?？梢钥闯觯瑴y得的拍頻噪聲功率與OSNR之間保持了較好的線性關(guān)系。圖4(b)是使用本發(fā)明測得的帶內(nèi)OSNR值和測量誤差?？梢钥吹剑?0～27dB的范圍內(nèi)，本發(fā)明較好地反映了信號的OSNR，最大誤差不超過0.7dB。圖4(c)是采用偏振度(DOP)的方法測得的帶內(nèi)OSNR值和測量誤差，與圖4(b)比較可知，本發(fā)明大大提高了測量精度。
權(quán)利要求
1.一種同步光傳輸系統(tǒng)中光信噪比監(jiān)測的方法，其特征在于，步驟如下(1)用光耦合器將通信光信號分成兩部分，其中較小功率部分的光信號用作監(jiān)測信號；(2)監(jiān)測光信號被送入高速光開關(guān)，該高速光開關(guān)由幀同步信號驅(qū)動，其作用是對信號進(jìn)行切割，只允許幀頭信息通過；(3)切割后的光信號通過一個1×2的耦合器分為兩路，其中一路送入光電檢測器，其輸出經(jīng)放大器放大后送入頻譜分析單元，用于監(jiān)測信號拍頻噪聲，監(jiān)測結(jié)果送入微處理器單元；(4)切割后的另一路光信號送入光檢測單元，用于測量切割后的光功率，測量結(jié)果送入微處理器單元；(5)微處理器單元對兩路輸入的信號進(jìn)行比較計算，根據(jù)已有的校正關(guān)系，得到該信道光信號的信噪比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步光傳輸系統(tǒng)中光信噪比監(jiān)測的方法，其特征是，所述的步驟(1)中，光耦合器的耦合比例范圍在20∶1～10∶1之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步光傳輸系統(tǒng)中光信噪比監(jiān)測的方法，其特征是，所述的步驟(2)中，高速光開關(guān)的開關(guān)速度達(dá)ns級，消光比＞20dB，并且開關(guān)特性與偏振無關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步光傳輸系統(tǒng)中光信噪比監(jiān)測的方法，其特征是，所述的步驟(3)中，所使用的光電檢測器的帶寬小于300MHz，所使用的頻譜分析單元的帶寬小于300MHZ。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步光傳輸系統(tǒng)中光信噪比監(jiān)測的方法，其特征是，所述步驟(5)中，計算光信噪比的公式為OSNR2+(2-APtotal2Nbeat)OSNR+(1-BPtotal2Nbeat)=0]]>其中，Nbeat為拍頻噪聲功率，由步驟(3)測得；Ptotal為光功率，由步驟(4)測得，OSNR由上式通過計算得到；A、B為校正系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者5所述的同步光傳輸系統(tǒng)中光信噪比監(jiān)測的方法，其特征是，步驟(5)中，計算信號OSNR時需要查詢已有的校正系數(shù)，此校正系數(shù)通過預(yù)先測量得到。
全文摘要
一種光通信技術(shù)領(lǐng)域的同步光傳輸系統(tǒng)中光信噪比監(jiān)測的方法，具體為用光耦合器將通信光信號分成兩部分，其中較小功率部分的光信號用作監(jiān)測信號；監(jiān)測光信號被送入高速光開關(guān)對信號進(jìn)行切割，只允許幀頭信息通過；切割后的光信號通過一個1X2的耦合器分為兩路，一路送入光電檢測器，其輸出經(jīng)放大器放大后送入頻譜分析單元，用于監(jiān)測信號拍頻噪聲，監(jiān)測結(jié)果送入微處理器單元，另一路光信號送入光檢測單元，用于測量切割后的光功率，測量結(jié)果送入微處理器單元；微處理器單元對兩路輸入的信號進(jìn)行比較計算，根據(jù)已有的校正關(guān)系，得到該信道光信號的信噪比。本發(fā)明能夠精確地測量光信噪比，有效地抑制了PMD和非線性效應(yīng)對測量結(jié)果的影響。
文檔編號H04J14/02GK1790948SQ200510111230
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者田祥慶, 蘇翼凱, 胡衛(wèi)生 申請人:上海交通大學(xué)