CN102594447A - 波分复用系统的光信噪比监测装置及方法 - Google Patents

波分复用系统的光信噪比监测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种波分复用系统的OSNR监测装置及方法，该装置包括波长标签分析单元、光性能监测单元和OSNR计算单元，其中：波长标签分析单元，用于接收波分复用系统提供的监测光信号，获得监测光信号中每个波长信号所在通道的信号功率，并向OSNR计算单元发送信号功率；光性能监测单元，用于接收波分复用系统提供的监测光信号，获得监测光信号中每个波长信号所在通道的总功率，并向OSNR计算单元发送总功率；OSNR计算单元，用于根据波长标签分析单元和光性能监测单元发送的每个通道的信号功率和总功率获得波分复用系统的OSNR。本发明的技术方案可实现高速波分复用系统的OSNR监测。

Description

波分复用系统的光信噪比监测装置及方法
技术领域
本发明涉及光通信技术，尤其涉及一种波分复用系统的光信噪比(OSNR)监测装置及方法。
背景技术
波分复用系统的光信噪比(Optical Signal to Noise Ratio，OSNR)是衡量波分系统传输性能的关键参数，定义为通道的信号功率除以信号波长处0.1nm内的噪声功率。随着波分复用系统单波速率向40Gb/s及以上发展，OSNR的监测越来越困难。传统方法采用内插法实现，即首先监测信号光谱之外的噪声功率，然后再用内插公式得到信号波长处的噪声功率，最后计算出OSNR。内插法可以很好地满足单波速率为2.5Gb/s和10Gbit/s波分复用系统的OSNR监测，因为10Gb/s信号的光谱宽度远小于系统通道间隔，有足够的光谱空间测量相邻信号之间噪声功率，当前波分复用系统商用的光性能监测单元(Optical performance module，OPM)采用光谱扫描技术，扫描出工作波长范围内的光谱，从而得到通道功率和通道间的噪声功率，再采用内插法得出信号波长处的噪声功率，从而计算得出OSNR。但如果波分复用系统中有多级光滤波器，通道间的噪声不能反映出信号波长处的噪声，这种情况下内插法不再适用。40Gb/s及以上速率的信号光谱宽度大，接近于通道间隔，用内插法也无法准确测量到通道间的噪声功率，所以也无法得到信号波长处的噪声功率，准确的OSNR监测也无从谈起。
近年来，一种新方法即偏振消光法的OSNR监测技术也已成功商用，原理是利用信号偏振、噪声非偏振的特性实现信号和噪声的分离计算，从而实现OSNR的监测，这种方法适用于40Gb/s非相干接收系统及10Gb/s直接探测系统。偏振消光法实现原理非常复杂，成本较高，目前仅仅是仪表级商用，尚未见到基于偏振消光法的系统模块级商用。但如果是偏振复用系统，无法用偏振消光的机制分离出信号和噪声，因而无法用偏振消光法监测OSNR。OSNR监测的内插法和偏振消光法的具体实现原理在国际电信联盟颁布的G.697建议的附录III中有详细描述。部分40Gb/s波分传输采用偏振复用+相干接收技术，所有100Gb/s及以上速率的波分传输均采用偏振复用+相干接收技术，无法采用内插法和偏振消光法监测高速波分复用系统的OSNR，因此高速波分复用系统的OSNR监测成为业界亟待解决的技术难题。
现有的波分复用系统可以包括波长标签加载单元，波长标签技术涉及到的调顶技术介绍如下：波分复用系统中为每个波长加载一个调顶(pilot tone)信号，可以实现多种特殊的应用，这在业界早有研究。调顶信号有时也叫低频微扰(low-frequency dither)信号，波长信号加载调顶信号对传输性能的影响几乎可以忽略不计。例如1993年英国BT实验室、瑞典Ericsson等多家单位在光波技术学报上联合发表的“一种基于光网络网元的传送网络层(Atransport network layer based on optical network elements)”，提出了利用调顶信号实现波分复用系统中故障管理所需的波长通道的确认和功率管理。还有1994年加拿大Nortel公司的Kim B.Roberts申请的专利“光传输系统的性能监测的方法和装置(method and apparatus for monitoring performance of opticaltransmission systems)”；还提出了公开号为US 005513029的专利申请“一种监测光放大器性能的方法”，即监测已知调制深度的调顶信号，实现光放大器的信号和噪声分量的预估。此外还有1996年美国贝尔实验室的FredHeismann等人在ECOC’96会议上发表的“多波长光网络的信号跟踪和性能监测(signal tracking and performance monitoring in multi-wavelength opticalnetworks)”，论文编号为WeB2.2，公开了一种波分复用网络实现在线式波长路由跟踪的方案，即每个波长调制一个独一无二的调顶信号，并通过频移键控方式进行数字信息的编码，在光网络中的任意站点监测调顶信号，从而可以获知全网的波长路由信息。
发明内容
本发明实施例提供了一种波分复用系统的光信噪比(OSNR)监测装置及方法，以解决现有的高速波分复用系统的OSNR监测问题。
本发明实施例提供了一种波分复用系统的光信噪比(OSNR)监测装置，该装置包括波长标签分析单元、光性能监测单元和OSNR计算单元，其中：
所述波长标签分析单元，用于接收所述波分复用系统提供的监测光信号，获得所述监测光信号中每个波长信号所在通道的信号功率，并向所述OSNR计算单元发送所述信号功率；
所述光性能监测单元，用于接收所述波分复用系统提供的所述监测光信号，获得所述监测光信号中每个波长信号所在通道的总功率，并向所述OSNR计算单元发送所述总功率；
所述OSNR计算单元，用于根据所述波长标签分析单元和所述光性能监测单元发送的每个通道的信号功率和总功率获得所述波分复用系统的OSNR。
优选地，所述监测光信号为所述波分复用系统从主光信号中分出的部分光信号；所述OSNR计算单元，具体用于根据获得的所述每个通道的信号功率和总功率以及对应的分光比，计算出所述波分复用系统的OSNR。
优选地，所述OSNR装置位于所述波分复用系统的主干光纤上；或者，所述OSNR装置位于所述波分复用系统的网元上。
优选地，所述波长标签分析单元，具体用于利用数字信号处理技术获得所述监测光信号中每个波长信号所携带的波长标签的幅度，根据所述波长标签的幅度推算出对应通道的信号功率。
优选地，所述主光信号包括所述波分复用系统的波长标签加载单元加载波长标签后的波长信号。
优选地，所述波长标签加载单元位于所述波分复用系统发送端光转发单元的发送部分和光合波单元之间；或者，所述波长标签加载单元位于所述波分复用系统发送端光转发单元的发送部分和光分插复用单元之间。
本发明实施例提供了一种波分复用系统的光信噪比(OSNR)监测方法，该方法包括：
接收所述波分复用系统提供的监测光信号；
分别获得所述监测光信号中每个波长信号所在通道的信号功率和总功率；
根据每个通道的信号功率和总功率获得所述波分复用系统的OSNR。
优选地，所述监测光信号为所述波分复用系统从主光信号中分出的部分光信号；
所述根据每个通道的信号功率和总功率获得所述波分复用系统的OSNR包括：
根据获得的所述每个通道的信号功率和总功率以及对应的分光比，计算出所述波分复用系统的OSNR。
优选地，所述主光信号包括所述波分复用系统的波长标签加载单元加载波长标签后的波长信号。
优选地，所述获得所述监测光信号中每个波长信号所在通道的信号功率包括：利用数字信号处理技术获得所述监测光信号中每个波长信号所携带的波长标签的幅度，根据所述波长标签的幅度推算出对应通道的信号功率。
上述波分复用系统的OSNR监测装置及方法，利用波长标签技术和传统的OPM技术相结合实现了高速波分复用系统的OSNR监测。
附图说明
图1是本发明波分复用系统的OSNR监测装置实施例的结构示意图；
图2是本发明波分复用系统的OSNR监测方法实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明实施例利用波长标签技术和传统的OPM技术相结合实现高速波分复用系统的OSNR监测，其中，波长标签技术可参考中国邮电行业标准YD/T 2003-2009“可重构的光分插复用(ROADM)设备技术要求”的附录D，介绍了ROADM应用中的波长踪迹监控(波长标签)技术。在波长路径的源端点，在波长信号进入波分网络之前使用编码器进行调制编码，为每个波长信号附加一个全网唯一的标识(波长标签)；在波长路径经过的各个节点的各个参考点上，都可以通过嵌入的波长标签检测器来监测和识别经过该点的各个波长的标签。
本发明实施例提供了一种波分复用系统的光信噪比(OSNR)监测装置，该装置包括波长标签分析单元、光性能监测单元和OSNR计算单元，其中：
所述波长标签分析单元，用于接收所述波分复用系统提供的监测光信号，获得所述监测光信号中每个波长信号所在通道的信号功率，并向所述OSNR计算单元发送所述信号功率；
所述光性能监测单元，用于接收所述波分复用系统提供的所述监测光信号，获得所述监测光信号中每个波长信号所在通道的总功率，并向所述OSNR计算单元发送所述总功率；
所述OSNR计算单元，用于根据所述波长标签分析单元和所述光性能监测单元发送的每个通道的信号功率和总功率获得所述波分复用系统的OSNR。
下面以具体实施例为例介绍OSNR监测装置的结构，图1中给出了现有波分复用系统单纤单向的框图，包括光转发单元11、12、13、14、15、16；光合波单元21；光分插复用单元22；光分波单元23；光放大单元31和32；传输光纤81、82、83、84；波长标签加载单元41、42和43；本发明所述的实现高速波分复用系统的OSNR监测装置包括：波长标签分析单元51；光性能监测单元61；OSNR计算单元71，其中：
波长标签加载单元41位于发送端光转发单元的发送部分11和光合波单元21之间，波长标签加载单元43位于发送端光转发单元的发送部分15和分插复用单元22之间，光信号经过波长标签加载单元时就加载一个独特的标签信息，波长标签加载单元采用调顶技术，调顶技术不影响光信号的传输性能，调制深度很小，例如1％～8％，采用反馈方式或定标方式使得调制深度锁定在某个固定值；图1仅示例性地给出了3个波长通道。
图1给出的OSNR监测点位于光分波单元23之前，仅用于示例性说明，OSNR监测点可位于波分复用系统的任意网元，分别从主光信号中分出一小部分光信号，例如1％或5％或其他合适值，作为监测光信号输入给波长标签分析单元51和光性能监测单元61。
波长标签分析单元51采用数字信号处理技术，例如调频Z变换(ChirpedZ Transform，CZT)或快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)等频率分析方法，得到波长标签的频率和幅度，因为发送端波长标签的调制深度是已知的，可以按比例推算出监测光信号中每个通道的信号功率。
光性能监测单元61扫描出整个波长工作范围的光谱，可以得到监测光信号中每个通道的总功率。光性能监测单元技术成熟，可采用现有OPM商用产品。
OSNR计算单元71根据波长标签单元51和光性能监测单元61提供的数据信息计算出每个通道的OSNR。首先考虑分光比因素得到主光信号中每个通道的信号功率和总功率；其次总功率减去信号功率即为噪声功率；再根据OSNR定义计算出每个通道的OSNR。
利用上述OSNR监测装置实现波分复用系统的OSNR监测方法包括以下步骤：
步骤A.接收所述波分复用系统提供的监测光信号；
所述监测光信号为所述波分复用系统从主光信号中分出的部分光信号；所述主光信号包括所述波分复用系统的波长标签加载单元加载波长标签后的波长信号；
步骤B.分别获得所述监测光信号中每个波长信号所在通道的信号功率和总功率；
分别利用波长标签技术测量每个通道的信号功率以及利用光谱扫描技术测量每个通道的总功率；
步骤C.根据每个通道的信号功率和总功率获得所述波分复用系统的OSNR。
下面以具体实施例为例介绍OSNR监测方法，如图2所示，该方法包括：
步骤201、利用波长标签技术测量每个通道的信号功率；
具体地，波长标签分析单元51接收主光信号分离出的一小部分光信号作为监测光信号，采用数字信号处理技术分析波长标签信息，得到监测光信号中每个通道的信号功率ps(λi)。
步骤202、利用光谱扫描技术测量每个通道的总功率；
光性能监测单元61接收主光信号分离出的一小部分光信号作为监测光信号，扫描出光谱，得到监测光信号中每个通道的总功率pc(λi)。
步骤203、利用信号功率和总功率计算出OSNR。
首先考虑到分光比，从监测光信号的ps(λi)和pc(λi)分别计算出主光信号中信号功率PS(λi)和总功率PC(λi)。然后计算出通道内的噪声功率，PNC(λi)＝PC(λi)-PS(λi)；再折算出0.1nm内的噪声功率，例如通道带宽为B(nm)，则0.1nm内的噪声功率PN(λi)＝0.1×PNC(λi)/B；最后根据公式OSNR(λi)＝10×log10(PS/PN)得出OSNR。
上述OSNR监测装置及方法，在光域实现了高速波分复用系统OSNR监测；现有技术中内插法无法适用于40Gb/s及以上波分复用系统，现有技术中偏振消光法无法适用于偏振复用的波分复用系统，本发明在波长标签技术的基础上结合现有光性能监测技术(OPM)解决了单纯依靠现有OPM无法监测OSNR的技术难题，相对于偏振消光法，具有实现简单、成本低的突出优势。
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，上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/单元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。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种波分复用系统的光信噪比(OSNR)监测装置，其特征在于，该装置包括波长标签分析单元、光性能监测单元和OSNR计算单元，其中：
所述波长标签分析单元，用于接收所述波分复用系统提供的监测光信号，获得所述监测光信号中每个波长信号所在通道的信号功率，并向所述OSNR计算单元发送所述信号功率；
所述光性能监测单元，用于接收所述波分复用系统提供的所述监测光信号，获得所述监测光信号中每个波长信号所在通道的总功率，并向所述OSNR计算单元发送所述总功率；
所述OSNR计算单元，用于根据所述波长标签分析单元和所述光性能监测单元发送的每个通道的信号功率和总功率获得所述波分复用系统的OSNR。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述监测光信号为所述波分复用系统从主光信号中分出的部分光信号；
所述OSNR计算单元，具体用于根据获得的所述每个通道的信号功率和总功率以及对应的分光比，计算出所述波分复用系统的OSNR。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
所述OSNR装置位于所述波分复用系统的主干光纤上；或者
所述OSNR装置位于所述波分复用系统的网元上。
4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的装置，其特征在于：
所述波长标签分析单元，具体用于利用数字信号处理技术获得所述监测光信号中每个波长信号所携带的波长标签的幅度，根据所述波长标签的幅度推算出对应通道的信号功率。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
所述主光信号包括所述波分复用系统的波长标签加载单元加载波长标签后的波长信号。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：
所述波长标签加载单元位于所述波分复用系统发送端光转发单元的发送部分和光合波单元之间；或者
所述波长标签加载单元位于所述波分复用系统发送端光转发单元的发送部分和光分插复用单元之间。
7.一种波分复用系统的光信噪比(OSNR)监测方法，其特征在于，该方法包括：
接收所述波分复用系统提供的监测光信号；
分别获得所述监测光信号中每个波长信号所在通道的信号功率和总功率；
根据每个通道的信号功率和总功率获得所述波分复用系统的OSNR。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
所述监测光信号为所述波分复用系统从主光信号中分出的部分光信号；
所述根据每个通道的信号功率和总功率获得所述波分复用系统的OSNR包括：
根据获得的所述每个通道的信号功率和总功率以及对应的分光比，计算出所述波分复用系统的OSNR。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
所述主光信号包括所述波分复用系统的波长标签加载单元加载波长标签后的波长信号。
10.根据权利要求7-9任一权利要求所述的方法，其特征在于：
所述获得所述监测光信号中每个波长信号所在通道的信号功率包括：
利用数字信号处理技术获得所述监测光信号中每个波长信号所携带的波长标签的幅度，根据所述波长标签的幅度推算出对应通道的信号功率。
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