CN102340348B - 一种光发射信号质量测试方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光发射信号质量测试方法和系统，为相位调制信号提供衡量指标。所述方法包括：相位调制光收发合一模块接收信号，输出光信号至检测模块；检测模块对输入的光信号进行相干检测，对相干检测后的信号进行相位信息检测；根据所述检测模块检测到的相位信息计算误差矢量幅度(EVM)值；根据所述EVM值衡量所述相位调制光收发合一模块发射的光信号的质量。

Description

一种光发射信号质量测试方法和系统

技术领域

本发明涉及光网络，具体涉及密集波分复用系统(DWDM，DenseWavelengthDivision Multiplex and Multiplexer)中关键器件光收发合一模块的光发射信号质量测试方法和系统。

背景技术

随着技术的发展和需求的增加，人们对更高速和更大带宽的光网络需求越来越强烈。但是，目前普遍成熟运用的基于非归零(NRZ，No Return Zero)等幅度调制格式的光脉冲调制技术，由于其在高速率小信道间隔的环境下有较为严重的非线性效应和串扰等诸多不利因素已经不能满足单通道内长距离、高速率的传输。因此，经过长期的研究和探索，光脉冲相位调制技术成为近年来光传输技术的研究热点。

相位调制技术具有光频谱能量集中，频谱效率高等特点，可以在长距大容量传输中改进色散容限、非线性容限，大幅提高在实际DWDM系统中的传输性能。

在整个DWDM系统中，实现光载波的调制与解调是由光收发合一模块完成。

对于单通道40Gb/s及以上速率的系统，目前线路侧的光收发合一模块基本都采用的相位调制技术。其原理是将数据承载于临近光脉冲的差分相位上，即前后两个信号脉冲的光载波相位决定当前的信号值。只要满足当前信号00→01→11→10→00变化时，每次光载波的相位变化等于或者即可进行信号传输。对于相位调制的光信号，其数字信息不再由信号的功率幅度来表示，因此利用现有常规的基于功率幅度检测的仪表已经不能反映光信号的优劣程度，需要要用到星座图来反映所调制的相位信息。但是目前并没有统一的行业规范和方法来判断星座图所反映的光信号的优劣程度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光发射信号质量测试方法和系统，为相位调制信号提供衡量指标。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光发射信号质量测试方法，所述方法包括：

相位调制光收发合一模块接收信号，输出光信号至检测模块；

检测模块对输入的光信号进行相干检测，对相干检测后的信号进行相位信息检测；

根据所述检测模块检测到的相位信息计算误差矢量幅度(EVM)值；

根据所述EVM值衡量所述相位调制光收发合一模块发射的光信号的质量。

进一步地，所述相位信息包括每个相干检测后的信号的同相位矢量和正交相位矢量。

进一步地，所述根据相位信息计算EVM值的步骤包括：根据每个相干检测后的信号的同相位矢量和正交相位矢量，以及预先设定的理想同相位矢量和理想正交相位矢量，计算每个相干检测后的信号的误差矢量的模；根据所有相干检测后的信号的误差矢量的模计算EVM。

进一步地，所述误差矢量的模通过下式计算：其中，e_k为第k个相干检测后的信号的误差矢量的模，I_k为第k个相干检测后的信号的理想同相位矢量，Q_k为第k个相干检测后的信号的理想正交相位矢量，为第k个相干检测后的信号的同相位矢量，为第k个相干检测后的信号的正交相位矢量。

进一步地，根据所述误差矢量的模计算EVM的步骤包括：通过以下公式计算EVM：其中，N为相干检测后的信号的总数；e_k为第k个相干检测后的信号的误差矢量的模，1≤k≤N。

进一步地，根据所述误差矢量的模计算EVM的步骤包括：通过以下公式计算EVM：其中，N为相干检测后的信号的总数；e_k为第k个相干检测后的信号的误差矢量的模，1≤k≤N；P_avg为相干检测后的信号的平均功率。

进一步地，根据所述误差矢量的模计算EVM的步骤包括：通过以下公式计算EVM：其中，N为相干检测后的信号的总数；e_k为第k个相干检测后的信号的误差矢量的模，1≤k≤N；P_max为相干检测后的信号的最大功率：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光发射信号质量测试系统，包括互联测试单板、相位调制光收发合一模块、检测模块、计算模块和信号质量判定模块，其中：

所述互联测试单板，用于为相位调制光收发合一模块提供电源和控制电路；

所述相位调制光收发合一模块，用于接收信号，输出光信号至所述检测模块；

所述检测模块，用于对输入的光信号进行相干检测，对相干检测后的信号进行相位信息检测；

所述计算模块，用于根据所述检测模块检测到的相位信息计算误差矢量幅度(EVM)值；

所述信号质量判定模块，用于根据所述EVM值衡量所述相位调制光收发合一模块发射的光信号的质量。

进一步地，所述相位调制光收发合一模块为差分正交相移键控(DQPSK)光收发合一模块；所述检测模块为相干接收机；所述计算模块为EVM测量仪表。

进一步地，所述信号质量判定模块，进一步用于根据所述EVM值的大小衡量所述相位调制光收发合一模块发射的光信号的质量，EVM值越小，光发射信号的质量越好。

本发明通过在相位调制光收发合一模块的测试中引入一个无线领域的误差矢量幅度(EVM，Error Vector Magnitude)的指标，通过EVM来衡量相位调制光收发合一模块星座图所反映的信号的相位调制质量。与现有的技术相比，能够为星座图提供一个有标准可以依循的判断依据。

附图说明

图1为本发明测试方法流程图；

图2为本发明实施例测试系统结构示意图；

图3是误差矢量EVM的示意图。

具体实施方式

考虑到相位调制技术中光信号的星座图是一种矢量表示，因此需要一个矢量参数作为衡量指标。

在无线通信领域中，有一个误差矢量幅度(EVM，Error Vector Magnitude)参数，其表示：在一个给定时刻理想无误差基准信号与实际发射信号的矢量差。但无线通信领域中信号速率相对较低，通常只有几百Mb/s，而光网络系统中的光信号速率较高，目前可达40Gb/s，因此无线领域中的参数通常无法应用于光网络系统中。

本发明克服此种技术偏见，将EVM参数引入光网络系统，通过计算得到的EVM来判断星座图所反映的光信号的优劣程度，进而判断相位调制质量，从而为相位调制技术提供一种有标准可以依循的信号质量判断方法。

本发明提供的测试系统包括：互联测试单板、相位调制光收发合一模块、检测模块、计算模块和信号质量判定模块，其中：

所述互联测试单板，用于为相位调制光收发合一模块提供电源和控制电路；

所述相位调制光收发合一模块，用于接收信号，输出光信号至所述检测模块；

所述检测模块，用于对输入的光信号进行相干检测，对相干检测后的信号进行相位信息检测；

所述计算模块，用于根据所述检测模块检测到的相位信息计算误差矢量幅度(EVM)值；

所述信号质量判定模块，用于根据所述EVM值衡量所述相位调制光收发合一模块发射的光信号的质量。

进一步地，信号质量判定模块根据所述EVM值的大小衡量所述相位调制光收发合一模块发射的光信号的质量，EVM值越小，光发射信号的质量越好。

上述相位调制光收发合一模块，是基于相位调制技术的光收发合一模块，为待测试模块。相位调制光收发合一模块例如可以是DQPSK(DifferentialQuadrature PhaseShift Keying，差分正交相移键控)光收发合一模块。相位调制光收发合一模块的电信号源可以是由互联测试单板提供的，也可以由光收发合一模块本身提供，或者由外部电路提供。电信号源可以是PRBS码或者是接入业务信号。

上述互联测试单板例如可以是OTU单板。

上述检测模块例如可以是相干接收机。

上述计算模块例如可以是EVM测量仪表。

光发射信号质量的测试方法如图1所示，包括：

步骤一，相位调制光收发合一模块接收信号，输出光信号至检测模块；

步骤二，检测模块对输入的光信号进行相干检测，对相干检测后的信号进行相位信息检测；

步骤三，根据所述检测模块检测到的相位信息计算误差矢量幅度(EVM)值；

步骤四，根据所述EVM值衡量所述相位调制光收发合一模块发射的光信号的质量。

所述相位信息包括每个相干检测后的信号的同相位矢量和正交相位矢量。

所述根据相位信息计算EVM值的步骤包括：

1)根据每个相干检测后的信号的同相位矢量和正交相位矢量，以及预先设定的理想同相位矢量和理想正交相位矢量，计算每个相干检测后的信号的误差矢量的模；

2)根据所有相干检测后的信号的误差矢量的模计算EVM。

下面以测试线路侧DQPSK光收发合一模块的EVM为例对本发明测试方法进行说明，测试系统如图2所示。

将DQPSK光收发合一模块配置到互联测试单板上，由互联测试单板为DQPSK光收发合一模块提供电源和控制电路(控制电路用于向DQPSK光收发合一模块发送控制命令)，将DQPSK光收发合一模块的输出接口接入到相干接收机，将相干接收机的输出连接至EVM测量仪表。

测试开始后，互联测试单板通过命令使得DQPSK光收发合一模块开始工作，DQPSK光收发合一模块接收电信号后，将电信号转化为光信号，向相干接收机发送所述光信号，由相干接收机对所述光信号进行相位检测，对相位检测后的信号进行相位信息检测，检测出每个相位检测后的信号在星座图中的I矢量和Q矢量，再由EVM测量仪表根据理想I矢量和Q矢量计算每个信号的误差向量的模，再根据所有信号的误差向量的模，计算出该DQPSK光收发合一模块对应的EVM值。

在其他实施例中也可不由EVM测量仪表进行计算，而通过其他仪器进行计算，或者也可手动计算。

理想I矢量和Q矢量为理想星座图矢量值，是预先设置的。通过与理想值比较的矢量差来衡量在高速光通信传输过程中光相位调制下的星座图所反映的信号的相位信息质量，如图3所示。不同象限的理想星座图矢量不同，处于同一象限的符号对应的理想星座图矢量相同。

具体地，以第k个符号为例，预先确认第k个符号所对应的理想星座图矢量I_k，Q_k。通过相干接收机测出在光发射信号星座图的固定象限(即理想星座图矢量所在的象限)内的接收到的第k个符号的同相位和正交相位即I和Q坐标的对应矢量和计算出第k个符号的误差矢量的模，可以用以下公式计算：

$e_k={(I_k-{\stackrel{\→}{I}}_k)}^2+{(Q_k-{\stackrel{\→}{Q}}_k)}^2$

然后，根据所有相干检测后的信号的误差矢量的模计算EVM。通常情况下，取EVM的均方根值(EVM_RMS)作为测试的EVM值，可通过以下算法之一计算EVM_RMS：

●如果采用参考信号法，则对应公式1。需要求出所有测量点的模然后相加。

${\mathrm{EVM}}_{\mathrm{RMS}}=\sqrt{\frac{\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(e_k\right)}{\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(I_k^2+Q_k^2)}}\×100\%$ 公式1

其中，N为相干检测后的信号的总数，1≤k≤N。

●如果采用平均功率检测法，则对应公式2。需要累计待测星座图象限内的所有点的平均功率，即相干检测后的信号的平均功率。该值可以直接从EVM测量仪表中得到。

${\mathrm{EVM}}_{\mathrm{RMS}}=\sqrt{\frac{\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(e_k\right)}{P_{\mathrm{avg}}}}\×100\%$ 公式2

●如果采用峰值功率检测法，则对应公式3。需要取待测星座图象限内的所有点的功率最大值，即从所有点的模中取最大值

${\mathrm{EVM}}_{\mathrm{RMS}}=\sqrt{\frac{\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(e_k\right)}{P_{\max }}}\×100\%$ 公式3

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光发射信号质量测试方法，所述方法包括：

相位调制光收发合一模块接收信号，输出光信号至检测模块；

检测模块对输入的光信号进行相干检测，对相干检测后的信号进行相位信息检测；

根据所述检测模块检测到的相位信息计算误差矢量幅度EVM值；

根据所述EVM值衡量所述相位调制光收发合一模块发射的光信号的质量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述相位信息包括每个相干检测后的信号的同相位矢量和正交相位矢量。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述根据相位信息计算EVM值的步骤包括：

根据每个相干检测后的信号的同相位矢量和正交相位矢量，以及预先设定的理想同相位矢量和理想正交相位矢量，计算每个相干检测后的信号的误差矢量的模；

根据所有相干检测后的信号的误差矢量的模计算EVM值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

所述误差矢量的模通过下式计算：其中，e_k为第k个相干检测后的信号的误差矢量的模，I_k为第k个相干检测后的信号的理想同相位矢量，Q_k为第k个相干检测后的信号的理想正交相位矢量，为第k个相干检测后的信号的同相位矢量，为第k个相干检测后的信号的正交相位矢量。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：

根据所述误差矢量的模计算EVM值的步骤包括：通过以下公式计算EVM_RMS：

${\mathrm{EVM}}_{RMS}=\sqrt{\frac{\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}\left(e_k\right)}{\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}(I_k^2+Q_k^2)}}\×100\%,$

其中，取EVM的均方根值EVM_RMS作为所述EVM值，N为相干检测后的信号的总数；e_k为第k个相干检测后的信号的误差矢量的模，1≤k≤N，I_k为第k个相干检测后的信号的理想同相位矢量，Q_k为第k个相干检测后的信号的理想正交相位矢量。

6.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：

根据所述误差矢量的模计算EVM值的步骤包括：通过以下公式计算EVM_RMS：

${\mathrm{EVM}}_{RMS}=\sqrt{\frac{\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}\left(e_k\right)}{P_{avg}}}\×100\%,$

其中，取EVM的均方根值EVM_RMS作为所述EVM值，N为相干检测后的信号的总数；e_k为第k个相干检测后的信号的误差矢量的模，1≤k≤N；P_avg为相干检测后的信号的平均功率。

7.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：

根据所述误差矢量的模计算EVM值的步骤包括：通过以下公式计算EVM_RMS：

${\mathrm{EVM}}_{RMS}=\sqrt{\frac{\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}\left(e_k\right)}{P_{\max }}}\×100\%,$

其中，取EVM的均方根值EVM_RMS作为所述EVM值，N为相干检测后的信号的总数；e_k为第k个相干检测后的信号的误差矢量的模，1≤k≤N；P_max为相干检测后的信号的最大功率：其中，m为从1到N个样点中的某一个样点，表示一个序号，I_m和Q_m为此序号下的样点的I路和Q路的电场信号。

8.一种光发射信号质量测试系统，包括互联测试单板、相位调制光收发合一模块、检测模块、计算模块和信号质量判定模块，其中：

所述互联测试单板，用于为相位调制光收发合一模块提供电源和控制电路；

所述相位调制光收发合一模块，用于接收信号，输出光信号至所述检测模块；

所述检测模块，用于对输入的光信号进行相干检测，对相干检测后的信号进行相位信息检测；

所述计算模块，用于根据所述检测模块检测到的相位信息计算误差矢量幅度EVM值；

所述信号质量判定模块，用于根据所述EVM值衡量所述相位调制光收发合一模块发射的光信号的质量。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于：

所述相位调制光收发合一模块为差分正交相移键控DQPSK光收发合一模块；

所述检测模块为相干接收机；

所述计算模块为EVM测量仪表。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于：

所述信号质量判定模块，进一步用于根据所述EVM值的大小衡量所述相位调制光收发合一模块发射的光信号的质量，EVM值越小，光发射信号的质量越好。