CN101170360B - 一种信号光功率检测设备及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信号光功率检测设备及检测方法，该设备用于检测在光网络中传输的光信号的功率，光网络中存在噪声源，设备位于光网络中的接收端，包括：光电转换以及放大装置，用于接收所述光信号，转换成电信号，并进行放大；滤波电路，接收经放大的电信号，进行高通滤波，滤除经放大的电信号中的低频噪声，输出高频信号；高频功率检测电路，与滤波电路电性连接，对高频信号进行功率检测，判断高频信号的有无和/或高频信号的功率数值。本发明借助电路滤波，检测位于接收端，无需建立节点间协议。无需特殊的光调制技术，适应性强。实现设备体积小，成本低。扫描速度快，可根据不同系统的实际状况实现同样的信号检测效果。

Description

一种信号光功率检测设备及检测方法 

技术领域

本发明涉及光通讯系统中实现光信号功率检测的设备，特别是涉及一种低成本、在强噪声中检测光功率的设备。 

背景技术

光通讯系统中，信号光功率是一个非常重要的检测参数。信号光功率的数值是衡量一个光通讯系统传输质量的重要标志，同时信号功率也是系统执行各种保护及其他特殊处理的判决依据，因此信号功率的检测对于光通讯系统至关重要。 

光通讯系统中，光信号检测一般通过PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管实现，检测频带可以达到1250~1620nm宽度的范围。PIN/APD器件可以实现光信号到电流的转换，但是其检测到的是1250~1620nm带宽内的全部光功率信息，无法识别噪声和信号。 

对于配置有喇曼放大器(RAMAN)和遥泵放大器(RPOA，Remote PumpedOptical Amplifier)的光通讯系统，由于存在宽谱噪声，噪声总功率可达到完全湮没信号功率的程度。在具备该设备的光通讯系统中，以及具备其他强噪声源的光通讯系统中，检测信号光功率并用于系统保护或其他判决一直是一个难题。 

目前主要有如下几种解决方案： 

1、采用特殊调制在不同节点之间传送信号，节点间采用传输协议； 

2、在接收端采用光域梳状滤波器滤除宽谱噪声； 

3、系统发送端使用放大带宽内的特殊频带传送控制信号，在系统接收端使用光域特殊频段滤波器检测控制信号，该特殊频带将无法用于业务传输。 

以上诸方案或者从光域角度出发，或者需要采用特殊的调制设备，具有设计成本高、设备体积大、检测速度缓慢、两端点需要协议等缺点。 

发明内容

本发明所要解决的问题是，提供一种信号光功率检测设备及检测方法。 

为了实现上述目的，本发明公开了一种信号光功率检测设备，用于检测在存在噪声源的光网络中传输的光信号的功率，包括： 

光电转换以及放大装置，用于接收所述光信号，转换成电信号，并进行放大； 

滤波电路，接收所述经放大的电信号，进行高通滤波，滤除所述经放大的电信号中的低频噪声，输出高频信号； 

高频功率检测电路，与所述滤波电路电性连接，对所述高频信号进行功率检测，判断所述高频信号的有无和/或所述高频信号的功率数值。 

所述光电转换以及放大装置包括光电二极管或者雪崩二极管。 

所述光电转换以及放大装置将所述光信号转换为电流信号，所述光电转换以及放大装置对所述电流信号进行放大并转换为电压信号。 

所述的设备还包括：平均功率检测电路，与所述光电转换以及放大装置电性连接，检测所述经放大的电信号的功率。 

所述的设备还包括一控制器，用于对所述滤波电路的滤波阈值进行反馈控制，与所述平均功率检测电路以及所述高频功率检测电路电性连接，并发送阈值调整信号给所述滤波电路。 

所述控制器与一被控制设备连接，可根据所述高频功率检测电路的判断结果，控制所述被控制设备的开启与切断。 

本发明还公开了一种信号光功率的检测方法，应用于具有噪声源的光网络中，以检测在光网络中传输的光信号的功率，包括： 

步骤1，将光信号转换为电信号并进行放大，所述电信号包括光功率所对应的高频信号和噪声对应的低频信号； 

步骤2，对所述经放大的电信号进行高通滤波，滤除所述经放大的电信号中的低频噪声，输出高频信号； 

步骤3，对所述高频信号进行功率检测，判断所述高频信号的有无和/或所述高频信号的功率数值。 

所述步骤1之前还包括：通过分光的方式，获取所述光信号。 

所述步骤1之前还具有确定滤波频率阈值的步骤，包括： 

步骤101，关闭噪声源； 

步骤102，检测所述光信号的信号功率； 

步骤103，开启噪声源，并保持与关闭噪声源之前同样的信号功率； 

步骤104，检测光信号的信号功率； 

步骤105，依据所述两次的信号功率值，确定滤波频率阈值。 

所述步骤3之后还包括：通过反馈控制动态调整所述滤波频率阈值。 

本发明还公开了一种具备信号光功率检测设备的系统，用于检测在存在噪声源的光网络中传输的光信号的功率，包括用于传输光信号的光纤，包括： 

耦合器，用于将光纤中的光路分解为两部分，一部分的光信号通过光纤传输至信号光功率检测设备，另一部分通过光纤传输至被控制设备； 

所述信号光功率检测设备，包括： 

光电转换以及放大装置，用于接收所述光信号，转换成电信号，并进行放大； 

滤波电路，接收所述经放大的电信号，进行高通滤波，滤除所述经放大的电信号中的低频噪声，输出高频信号； 

高频功率检测电路，与所述滤波电路电性连接，对所述高频信号进行功率检测，判断所述高频信号的有无和/或所述高频信号的功率数值，输出检测信号； 

控制电路，与所述高频功率检测电路和所述被控制设备分别相连接，接收所述检测信号，并根据所述检测信号对所述被控制设备进行控制。 

本发明解决了强噪声光传输系统中的精确信号检测问题。借助电路滤波的方法，检测位于接收端，无需建立节点间协议。无需特殊的光调制技术，适应性强。在电路层面实现信息提取与判断，使用电域滤波器，实现设备体积小，成本低。扫描速度快，可根据不同系统的实际状况实现同样的信号检测效果。 

附图说明

图1为本发明的光功率检测设备的组成结构以及所处光通讯系统示意图； 

图2为本发明中信号光功率的检测方法流程图； 

图3为本发明关于进行电域滤波的原理图； 

图4为本发明确定滤波阈值定标的具体步骤流程图； 

图5为本发明一实施例的结构示意图。 

具体实施方式

以下依照附图，详细描述本发明的技术步骤与实施例。 

本发明提供了一种光通讯系统中实现信号光检测的设备与方法，特别是在存在强噪声的光通讯系统中，以低成本的方案，检测光信号功率的设备与方法。 

本发明针对光信号功率的检测，采用的是电域滤波而不是光域的检测方法。并且相关的检测设备设置于光通讯网络的接收端，可以不涉及系统中的发送端设备，也无须特殊调制方法或者占用发送端的特殊频带，对系统影响小，可显著降低系统复杂度和成本。此外，本发明设备与方法采用电域滤波的检测方法，设备体积小、检测速度快，可以满足系统业务保护、设备保护以及操作人员保护的需求。 

请参阅图1，其为本发明的光功率检测设备的组成结构以及所处光通讯系统示意图。 

本发明的在光通讯系统的强噪声环境下实现信号光功率检测的设备，应用于该光通讯系统的接收端，主要包括光电信号转换、噪声滤波和后级放大等几部分。 

如图1所示实施例中，在光通讯网络的接收端，光功率通过光纤101进行传送，由SPLITTER耦合器102接收后，将光路分解成两部分，也就是将光功率分解成M:N两部分，N％+M％＝1。其中M％的光功率传递给下光路环节，如光放大器等设备或者传输给本发明中的被控制设备108；而N％的光功率(含信号与系统光噪声)由本发明所描述的信号功率检测电路100接收，即，信号功率检测电路通过对光纤中传输的特定比例的光信号进行监测，可以实现对信号功率的不间断监测。 

该信号功率检测电路100包括光电转换以及放大装置，即PIN/APD及跨阻放大电路103、平均功率检测电路104，还包括滤波电路，此处为动态滤波电路105、高频功率检测电路106、控制电路107。 

上述各模块连接控制关系如图1所示，其中，当光信号进入检测电路后，首先由PIN/APD及跨阻放大电路103完成从光信号到电流信号的转换，此时经转换的电流信号中同时包含光功率所对应的高频部分和噪声对应的低频部分。然后，通过跨阻放大电路完成信号放大功能，转换为电压信号，并同时将该电压信号传送给平均功率检测电路104以及动态滤波电路105。 

平均功率检测电路104用于检测平均接收功率，指示目前输入功率大小(包含噪声与信号)。动态滤波电路105依照滤波频率阈值滤除低频噪声分量，保留高频信号分量，并且该阈值也可设置为可调节，即通过控制电路107的反馈信号调整滤波频率阈值。 

通过动态滤波电路105滤波后的高频信号被传送至高频功率检测电路106，而高频功率检测电路106主要完成对真实信号功率的检测，即检测该高频信号的功率，发出检测信号确认经滤波得到的高频信号的数值和/或快速通知控制电路107该高频信号的有无。该高频功率检测电路106中还可以包含一放大电路(图中未示)，如果经动态滤波电路105滤波后的高频信号的功率过弱，则可先经过该放大电路放大，再对该信号进行功率值的检测，以保证测量值的准确度。 

控制电路107主要完成滤波电路阈值的反馈控制，通过对来自高频功率检测电路106的信号以及来自平均功率检测电路104的当前输入功率进行判断处理，发出反馈信息至动态滤波电路105以控制滤波频率阈值，并且还用于确定针对信号电平进行某些特殊判断等，在简化型的信号功率检测电路中可以没有该部分。即滤波频率阈值固定不可调整，为一依据本电路需要检测信号频率而设定的一个固定阈值。控制电路107与动态滤波电路105之间无控制反馈信息传递，始终依照最先确定的滤波频率阈值进行滤波。 

本发明可以被用于光通讯系统中的设备及人员保护，控制电路107可以依照高频信号的状况，对被控制设备108如RAMAN放大器及其他高输出高危险性的泵浦光源进行控制。 

而本发明所处的光网络系统为存在光放大器等噪声源的光通信系统，可以是存在RAMAN、RPOA等能够产生宽谱噪声并湮没信号的波分复用系统或SDH系统。 

以下通过图2介绍本发明中信号光功率的检测方法。 

首先，可通过分光的方法进行介入式检测，即，利用耦合器对通过光纤传送的光路进行分解，提取其中的一路光信号(步骤S201)，即可实现对信号光功率的不间断监测；随后，将光信号转换为电信号(步骤S202)，此时经转换得到的电流信号中同时包含光功率所对应的高频部分和噪声对应的低频部分。利用PIN/APD可实现该光电转换的过程，同时利用跨阻放大电路，可将 电流信号转换为电压信号，并且实现信号放大的功能。转换为电信号后，通过滤波方式对电信号进行高通滤波以提取真实信号分量(步骤S203)，并对经滤波后的高频信号进行检测(步骤S204)，该检测过程可利用高频功率检测电路进行，该高频功率检测电路可迅速检测到该高频信号的有无和/或数值。其中，进行高通滤波所设定的滤波阈值可固定为一个预先确定的值，即不可调整，控制电路与动态滤波电路之间没有控制反馈信息传递；当然，也可以选择利用控制电路，接收高频功率检测电路输出的信号，对信号电平进行判断，将信息并反馈给动态滤波电路，以调节滤波阈值。 

关于滤波阈值，请参阅图3，为本发明关于进行电域滤波的原理图。噪声通常处于直流或低频的部分，图中Q1即为白噪声的最高频率，而光通信系统中的传输信号处于高频的部分，例如图中Q2为系统信号最低可能频率，Q3为系统信号最高可能频率，即传输信号所处的频带高于噪声所处的频带，可以通过高通滤波的方式，设定恰当的阈值使检测电路的滤波带宽可以覆盖信号频率范围，并且滤除噪声。 

由于本发明的检测装置可以使用于不同的系统，而噪声频率可能存在差异，因此可以通过控制电路控制的动态滤波实现恰当的阈值定标，也就是相对该检测装置此时所处的环境的基准阈值，后续依据环境的改变还可进行阈值的动态调整。该确定滤波阈值定标的具体步骤请参阅图4，包括：首先，关闭噪声源，即放大器等设备(步骤S401)；在不存在噪声的环境下，利用图1中的动态滤波电路105以及高频功率检测电路106检测光信号功率(步骤S402)，该光信号中不包含噪声的低频部分；再开启上述噪声源，并保持同样的信号功率(步骤S403)；此时再次检测光信号功率(步骤S404)，此次的光信号中包括噪声的低频信号以及高频信号；通过对两次检测结果进行对比，确定滤波频率阈值(步骤S405)，从而获取在一种系统中的阈值的定标，即通过对前后两次检测结果的对比，对本电路当前的阈值进行验证，当验证结果满足需求时(即滤掉的频率部分满足要求)，阈值被确定并固定下来。后继可依照具体情况的变化，动态调整该阈值。 

以下结合附图，详细描述本发明的具体实施例。 

如图5所示为本发明一实施例的结构示意图，本实施例用于通过信号检测电路控制被控制装置的开启与关闭。本实施针对的RPOA遥泵技术是光通讯延 长传输距离的一种方案，如图所示，在光缆线路中501配置无源增益模块502，远程站点配置泵浦模块503(被控制装置)，当泵浦模块503被打开时，超强泵浦功率注入光纤，并传送到增益模块502产生增益，可以有效提升系统传输距离。但是由于泵浦模块输出功率非常强，可以达到1W甚至更高，因此对其他设备、操作人员都是一种危险。在日常运行环境下，由于光功率包裹在光纤之中，危险等级很低，但如果光缆发生中断或者其他操作导致光接头被拔出，则将有设备或者人眼曝露在强光下的可能，因此必须及时控制关闭并在问题解决后及时开启该泵浦模块503。 

在ITU-T G.664标准中也明确要求在接收端检测到光信号中断后一定时间内，关断泵浦模块的输出，但由于光纤存在SRS效应，强泵浦光将会在光纤中对信号光波长产生放大效应，在1550nm波段可能产生远高于信号功率的白噪声，谱宽覆盖整个C+L波段。在这种情况下，现有技术中使用的普通检测手段已经无法检测信号，目前各个厂家采用在信号中增加特殊调制信号，或者使用梳状滤波器在接收端滤出信号的做法来判决是否信号是否存在，从而进行保护处理。 

而本发明的信号功率检测电路500中，PIN以及前置放大器504接收到来自光纤传输的经分光后的一路光信号，转换为电流信号，经放大后，最终转换为电压信号。平均功率检测电路505用于检测平均接收功率，指示目前输入功率大小(包含噪声与信号)。而该电压信号经过滤波电路506的高通滤波后，高频功率检测电路507对高频信号进行检测，以判断该高频信号的有无以及数值。而控制电路508接收来自高频功率检测电路507的信号进行判断。由于噪声为白噪声，属于直流或低频信号，而光通讯系统中的传输信号频率为155M、622M、2.5G、10G甚至更高的频率，属于高频信号，因此借助于上述的信号功率检测电路500中的滤波电路506，可以有效地滤除噪声的低频干扰，提取高频信号信息。如果高频功率检测电路507判断发现无高频信号，发出无高频信号的检测信号，控制电路508立即关闭该泵浦模块503，如果经过一段时间后，高频功率检测电路507判断发现有高频信号，发出有高频信号的检测信号，控制电路508立即开启该泵浦模块503。通过控制单元控制泵浦模块的开启和关闭，最终实现光通讯系统的有效保护。 

本发明借助于新颖的、低成本、低功耗的方案解决了强噪声光传输系统中的精确信号检测问题。并借助于电路滤波的方法实现信号检测，其检测手段为接收端检测，无需建立节点间协议。同时本发明的功能实现无需特殊的光调制技术，适应性更强。并且本发明在电路层面实现信息提取与判断，使用电域滤波器，实现设备体积小，成本低。扫描速度快，可根据不同系统的实际状况实现同样的信号检测效果。 

本说明书所附实施例是体现本发明构思的一些典型例子，并不排除使用体现本发明设计方案的其他实施例。本领域的普通技术人员在本发明基础上进行的修改及替换，属于本发明保护的范畴。 

Claims (11)

1.一种信号光功率检测设备，用于检测在存在噪声源的光网络中传输的光信号的功率，其特征在于包括：

光电转换以及放大装置，用于接收所述光信号，转换成电信号，并进行放大；

滤波电路，接收所述经放大的电信号，进行高通滤波，滤除所述经放大的电信号中的低频噪声，输出高频信号；

高频功率检测电路，与所述滤波电路电性连接，对所述高频信号进行功率检测，判断所述高频信号的有无和/或所述高频信号的功率数值。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光电转换以及放大装置包括光电二极管或者雪崩二极管。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述光电转换以及放大装置将所述光信号转换为电流信号，所述光电转换以及放大装置对所述电流信号进行放大并转换为电压信号。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：平均功率检测电路，与所述光电转换以及放大装置电性连接，检测所述经放大的电信号的功率。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，还包括一控制器，用于对所述滤波电路的滤波阈值进行反馈控制，与所述平均功率检测电路以及所述高频功率检测电路电性连接，并发送阈值调整信号给所述滤波电路。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述控制器与一被控制设备连接，可根据所述高频功率检测电路的判断结果，控制所述被控制设备的开启与切断。

7.一种信号光功率的检测方法，应用于具有噪声源的光网络中，以检测在光网络中传输的光信号的功率，其特征在于，包括：

步骤1，将光信号转换为电信号并进行放大，所述电信号包括光功率所对应的高频信号和噪声对应的低频信号；

步骤2，对所述经放大的电信号进行高通滤波，滤除所述经放大的电信号中的低频噪声，输出高频信号；

步骤3，对所述高频信号进行功率检测，判断所述高频信号的有无和/或所述高频信号的功率数值。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤1之前还包括：通过分光的方式，获取所述光信号。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，步骤1之前还具有确定滤波频率阈值的步骤，包括：

步骤101，关闭噪声源；

步骤102，检测所述光信号的信号功率；

步骤103，开启噪声源，并保持与关闭噪声源之前同样的信号功率；

步骤104，检测光信号的信号功率；

步骤105，依据所述两次的信号功率值，确定滤波频率阈值。

10.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，步骤3之后还包括：通过反馈控制动态调整所述滤波频率阈值。

11.一种具备信号光功率检测设备的系统，用于检测在存在噪声源的光网络中传输的光信号的功率，包括用于传输光信号的光纤，其特征在于包括：

耦合器，用于将光纤中的光路分解为两部分，一部分的光信号通过光纤传输至信号光功率检测设备，另一部分通过光纤传输至被控制设备；

所述信号光功率检测设备，包括：

光电转换以及放大装置，用于接收所述光信号，转换成电信号，并进行放大；

滤波电路，接收所述经放大的电信号，进行高通滤波，滤除所述经放大的电信号中的低频噪声，输出高频信号；

高频功率检测电路，与所述滤波电路电性连接，对所述高频信号进行功率检测，判断所述高频信号的有无和/或所述高频信号的功率数值，输出检测信号；

控制电路，与所述高频功率检测电路和所述被控制设备分别相连接，接收所述检测信号，并根据所述检测信号对所述被控制设备进行控制。

Images