光傳輸系統中光信號監測的方法
2023-06-29 23:44:21 1
專利名稱：光傳輸系統中光信號監測的方法
技術領域：
本發明涉及的是一種光纖通信技術領域的方法，具體地說，是一種光傳輸系統中光信號監測的方法。
背景技術：
在可重構光網絡中，每個信道在被接收前都要經過復用、解復用和路由，而信號每經過一次復用器/解復用器，都要經受一定的濾波效應。在這一過程中，信道通帶內的自發輻射(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，因此帶內和帶外ASE噪聲的功率水平是不一樣的，顯然帶內ASE噪聲的功率水平決定了最終的光信噪比(OSNR)，也即信號質量。而傳統的基於旋轉衍射光柵結構的光譜分析儀(OSA)無法正確區分出帶內噪聲。但人們更希望得到更多的關於信號的信息，如信號中心波長，累積濾波器形狀等，通過濾波器形狀可以監測信號中心波長的頻率漂移，而這些都可以通過帶內ASE光譜得到。然而，傳統的OSA由於解析度(典型值0.1nm)的限制，很難檢測出10Gb/s及以下的數據速率信號的精細結構。由於受到實現原理上的限制，不能從光信號中正確區分出噪聲，因此不能監測帶內ASE光譜。
經對現有技術文獻的檢索發現，中國專利申請號為200410082685.5，專利名稱為「監視光信號的裝置與方法」，在這種方法中，使用了一個偏振分束器將信號分為兩束，其中一束用於功率測量，另一束用於反饋控制偏振加擾器來改變輸入信號的偏振態。然而，這種監測技術僅能測到OSNR，無法檢測到帶內光譜。以上表明，目前現有技術中多不能監測帶內OSNR，同時，還不具備帶內ASE光譜的監測辦法。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種光傳輸系統中光信號監測的方法。使其可用於動態可重構波分復用(WDM)光傳輸系統中的信號光譜和帶內(In-band)ASE光譜，及帶內OSNR的監測，解決了現有技術存在的各種缺陷，還能夠同時進行信號和帶內噪聲的中心波長的監測，以及可由此導出的累積光濾波器形狀和信號中心波長與濾波器中心波長的頻率漂移。
本發明的光傳輸系統中光信號監測的方法，包括下列步驟①用光耦合器將通信光信號分為兩路，其中較小功率部分的光信號用作監測信號；②待測光信號被送入第一偏振控制單元，調整偏振狀態後進入耦合器；③本地振蕩雷射器產生的本地振蕩光經第二偏振控制單元，調整偏振狀態後進入耦合器與待測光信號混頻；④混頻後的光信號經光電檢測並放大後由射頻功率檢測器檢測功率；⑤主控制單元控制第一偏振控制單元，使其偏振狀態發生周期性變化，在一個周期內，射頻功率檢測器輸出的功率最大值對應於光信號在某一頻率下的功率，最小值對應於帶內ASE噪聲在某一頻率下的功率，記錄相應頻率下的最大值和最小值；⑥由主控制單元改變本地振蕩雷射器的振蕩頻率；⑦重複步驟②-⑥，直至本地振蕩雷射器的振蕩頻率掃過整個信號頻譜；⑧通過步驟⑦，獲得帶內ASE光譜和光濾波器形狀，以及信號光譜和信號的中心頻率，信號帶寬；⑨由光濾波器中心波長和信號的中心波長監測信號的頻率漂移。
所述的帶內ASE光譜，由相應的功率最小值點得到帶內ASE光譜。
所述的帶內ASE光譜，由帶內ASE光譜獲得光濾波器形狀，包括光濾波器中心波長，邊帶起伏。
所述的信號光譜，由功率最大值點得到信號光譜。
所述的信號光譜，由信號光譜獲得信號的中心頻率，信號帶寬。
所述的信號光譜，由信號光譜和帶內ASE光譜積分並運算得到帶內OSNR；計算公式為OSNR=10log(2f(PmaxE-PminE)fPminE),]]>其中PmaxE為射頻功率檢測單元測量到的最大值，PminE為射頻功率檢測單元測量到的最小值，∫f(·)表示在頻率域上積分。
該方法用於光纖傳輸系統信號監測時，其中第一、第二偏振控制單元要求支持反饋控制，可以採用GP MPC-4X。本地振蕩雷射器要求波長連續可調，且須為窄帶雷射器(典型值300kHz-20MHz)，可以採用Anritsu MG9638A。步驟④中信號光和本振光通過耦合器混頻，耦合器為四埠器件。步驟④中的光電檢測須採用低帶寬(典型值DC-155MHz)平衡檢測器，包括兩個對稱的PIN管。射頻功率檢測單元須為窄帶器件(典型值DC-155MHz)，並且支持編程測量，可以採用HP 8594E。
本發明測量OSNR的原理在某一光頻率下，當調整第一和第二偏振控制單元，使它們輸出的待測光信號和本地振蕩光的偏振狀態相互垂直時，由射頻功率檢測器檢測到的電功率為PminE=K12PASE---(1)]]>其中PASE為全部ASE功率，K為比例係數。此時對應最小值點當它們輸出的待測光信號和本地振蕩光的偏振狀態相互垂直時，由射頻功率檢測器檢測到的電功率為PmaxE=K(PS+12PASE)---(2)]]>其中PS為信號功率。此時對應最大值點。
由主控制單元控制本地振蕩器使之掃頻，重複以上過程。如圖2所示。OSNR由以下公式得到OSNR=10log(2f(PmaxE-PminE)fPminE)---(3)]]>其中∫f(·)表示在頻率域上積分。
本發明適用於光纖傳輸系統的光信噪比(OSNR)、帶內ASE光譜和頻率漂移的測量，通過控制待測信號的偏振狀態和外差式檢測，獲得帶內ASE噪聲的功率分布。同時，由於測量過程的窄線寬特性，本方法對於偏振模式色散(PMD)不敏感。本方法適用於單波長、多波長和多通道的不同光纖通信系統。
具體實施例方式
實施例①用光耦合器將通信光信號分為兩路，其中較小功率部分的光信號用作監測信號。
②待測光信號被送入第一偏振控制單元，偏振控制單元用於調整信號光的偏振狀態，在應用中可以採用GP MPC-4X，須支持動態反饋控制。信號光經調整偏振狀態後進入耦合器。
③本地振蕩雷射器產生的本地振蕩光送入第二偏振控制單元，第二偏振控制單元的功能描述及技術要求同第一偏振控制單元。本振雷射器為窄帶光源，典型值為300kHz-20MHz，可以採用Anritsu MG9638A。
④本振光經調整偏振狀態後進入耦合器，與待測光信號混頻；此處耦合器為四埠器件，包括兩個輸入埠和兩個輸出埠，分路比為50∶50。
⑤混頻後的光信號送入光電檢測器，本方法中要求使用平衡光電檢測器，它包括兩個對稱的PIN管。對平衡光電檢測器的帶寬要求為DC-155MHz。
⑥光電檢測器輸出的電信號經放大後送入射頻功率檢測器檢測器，以檢測差拍信號功率。射頻功率檢測器須支持編程測量，可以採用HP 8594E。射頻功率檢測器的測量帶寬為DC-155MHz。
⑦主控制單元控制第一偏振控制單元，使其偏振狀態發生周期性變化。在一個周期內，射頻功率檢測器輸出的功率最大值對應於光信號在某一頻率下的功率，最小值對應於帶內ASE噪聲在某一頻率下的功率，記錄相應頻率下的最大值和最小值。
⑧在某一頻率下的測量完成後，由主控制單元改變本地振蕩雷射器的振蕩頻率，重複步驟②-⑦，直至本地振蕩雷射器的振蕩頻率掃過整個信號頻譜；⑨通過步驟⑧，獲得帶內ASE光譜和光濾波器形狀，以及信號光譜和信號的中心頻率，信號帶寬；由公式3計算得到帶內OSNR。
⑩由光濾波器中心波長和信號的中心波長監測信號的頻率漂移。
通過本方法，可以直接在信號接收端測出帶內OSNR、帶內ASE光譜和光濾波器形狀，以及信號光譜和信號的中心頻率，信號帶寬。此外，採用本方法還能獲得極高的解析度和準確性。在應用本發明測量OSNR的一個實例中，可以在16～30dB範圍內測得準確的帶內OSNR。在應用本發明測量光濾波器中心波長和信號的中心波長監測信號的頻率漂移的一個實例中，本發明測得的頻率漂移為0.073nm，而用OSA測得的頻率漂移為0.070nm，本發明顯示了極高的解析度。需要強調的是，使用OSA的測量結果是在關掉數據信號時得到的，實際傳輸系統中不允許這樣做；而使用本發明可以直接測得頻率漂移。
權利要求
1.一種光傳輸系統中光信號監測的方法，其特徵在於，包括以下步驟①用光耦合器將通信光信號分為兩路，其中較小功率部分的光信號用作監測信號；②待測光信號被送入第一偏振控制單元，調整偏振狀態後進入耦合器；③本地振蕩雷射器產生的本地振蕩光經第二偏振控制單元，調整偏振狀態後進入耦合器與待測光信號混頻；④混頻後的光信號經光電檢測並放大後由射頻功率檢測器檢測功率；⑤主控制單元控制第一偏振控制單元，使其偏振狀態發生周期性變化，在一個周期內，射頻功率檢測器輸出的功率最大值對應於光信號在某一頻率下的功率，最小值對應於帶內ASE噪聲在某一頻率下的功率，記錄相應頻率下的最大值和最小值；⑥由主控制單元改變本地振蕩雷射器的振蕩頻率；⑦重複步驟②-⑥，直至本地振蕩雷射器的振蕩頻率掃過整個信號頻譜；⑧通過步驟⑦，獲得帶內ASE光譜和光濾波器形狀，以及信號光譜和信號的中心頻率，信號帶寬；⑨由光濾波器中心波長和信號的中心波長監測信號的頻率漂移。
2.根據權利要求1所述的光傳輸系統中光信號監測的方法，其特徵是，所述的帶內ASE光譜，由相應的功率最小值點得到帶內ASE光譜。
3.根據權利要求1或2所述的光傳輸系統中光信號監測的方法，其特徵是，所述的帶內ASE光譜，由帶內ASE光譜獲得光濾波器形狀，包括光濾波器中心波長，邊帶起伏。
4.根據權利要求1所述的光傳輸系統中光信號監測的方法，其特徵是，所述的信號光譜，由信號光譜和帶內ASE光譜積分並運算得到帶內OSNR；計算公式為OSNR=10log(2f(PmaxE-PminE)fPminE),]]>其中PmaxE為射頻功率檢測單元測量到的最大值，PminE為射頻功率檢測單元測量到的最小值，∫f(·)表示在頻率域上積分。
5.根據權利要求1或者4所述的光傳輸系統中光信號監測的方法，其特徵是，所述的信號光譜，由功率最大值點得到信號光譜。
6.根據權利要求1或者4或者5所述的光傳輸系統中光信號監測的方法，其特徵是，所述的信號光譜，由信號光譜獲得信號的中心頻率，信號帶寬。
7.根據權利要求1所述的光傳輸系統中光信號監測的方法，其特徵是，所述的偏振控制單元，支持反饋控制。
8.根據權利要求1所述的光傳輸系統中光信號監測的方法，其特徵是，所述的本地振蕩雷射器，波長連續可調，且須為窄帶雷射器。
9.根據權利要求1所述的光傳輸系統中光信號監測的方法，其特徵是，所述的光電檢測，須為低帶寬平衡檢測器，包括兩個對稱的PIN管。
10.根據權利要求4所述的光傳輸系統中光信號監測的方法，其特徵是，所述的射頻功率檢測單元須為窄帶器件，並且支持編程測量。
全文摘要
一種光傳輸系統中光信號監測的方法，屬於光纖通信技術領域。本發明用光耦合器將通信光信號分為兩路，調整偏振狀態後進入耦合器，本地振蕩雷射器產生的本地振蕩光經偏振控制單元，調整偏振狀態後進入耦合器與待測光信號混頻，混頻後由射頻功率檢測器檢測功率，由主控制單元改變本地振蕩雷射器的振蕩頻率，重複上述步驟直至本地振蕩雷射器的振蕩頻率掃過整個信號頻譜，由光濾波器中心波長和信號的中心波長監測信號的頻率漂移。本發明能夠同時進行信號和帶內噪聲的中心波長的監測，以及可由此導出的累積光濾波器形狀和信號中心波長與濾波器中心波長的頻率漂移。
文檔編號H04B10/12GK1731708SQ20051002843
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月4日 優先權日2005年8月4日
發明者田祥慶, 蘇翼凱, 胡衛生, 胡佩鋼, 何浩 申請人:上海交通大學