CN102694593A

CN102694593A - 一种光无源器件的谱特性的测试方法

Info

Publication number: CN102694593A
Application number: CN2012101740678A
Authority: CN
Inventors: 贺志学; 杨奇; 罗鸣; 周鹏; 孟令恒
Original assignee: Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications Co Ltd
Current assignee: Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications Co Ltd
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: CN102694593B

Abstract

本发明涉及一种光无源器件的谱特性的测试方法，OFDM发送模块（301）和OFDM接收模块（401）不同于现有的正交频分复用系统发送和接收模块，其利用训练序列对信道进行估计运算，无需对接收信号进行频偏估计、色散补偿、相位估计等运算，降低了模块对数字信号处理的要求，降低了处理的复杂程度。本发明所述的光无源器件的谱特性的测试方法，通过对无源器件的信道估计来同时得出此器件的幅频及相频特性等谱特性，测试精度高、速度快，对测试仪表无苛刻要求，实现了同时对光无源器件的幅频特性及相频特性等谱特性进行测试。

Description

一种光无源器件的谱特性的测试方法

技术领域

本发明涉及光纤通信系统领域，具体说是一种光无源器件的谱特性的测试方法。尤指基于相干光正交频分复用系统（OFDM系统，Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM，正交频分复用）的光无源器件的谱特性的测试方法。

背景技术

在各类光无源器件中，谱特性是极为重要的一种性能，在光无源器件的研制和开发过程中，谱特性的测量，尤其是其幅频和相频特性的测量是必不可少的。例如在光耦合器中，有耦合率与频率的关系；在光衰减器中，有衰减量与频率的关系。这些特性，是衡量光无源器件性能的重要指标。尤其是随着光传输速率的增加，其引入了相位调制等多维度调制方式，光无源器件的相频特性成为了衡量光无源器件特性的一个重要指标。

对于光无源器件的谱特性的测试，尤其是具有精密结构的光无源器件的谱特性的测试而言，由于光无源器件对机械振动及外部环境变化非常敏感，其谱特性的测试要求迅速的测试速度，因此，测试的频率精度及测试速度往往是光无源器件测试要求的最关键的两个方面。

对光无源器件的幅频特性的测试目前普遍采用：激光光源精细扫描逐频扫描，利用光功率计接收各频率输入光下的输出光功率的方法，该方法的精细度取决于作为激光光源的激光器的频率精度及光功率计的探测精度，而对光无源器件的相频特性的测试目前普遍采用：调制相移和干涉测试方法，此类方法对测试的精度依存度很高，测试速度也较低。

目前尚无可靠的测试仪表能同时对光无源器件的幅频特性、相频特性及偏振特性等谱特性进行同时测试，且对测试仪表无苛刻要求的方法，亟需测试精度高、速度快且可同时对光无源器件的幅频特性及相频特性等谱特性进行测试的方法。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种光无源器件的谱特性的测试方法，通过对无源器件的信道估计来同时得出此器件的幅频及相频特性等谱特性，测试精度高、速度快，对测试仪表无苛刻要求，实现了同时对光无源器件的幅频特性及相频特性等谱特性进行测试。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种光无源器件的谱特性的测试方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤（1），构建测试平台：使用一个初始光源101，将初始光源101发出的频率为f₀的连续光送入光分路器201分为两路连续光，

其中一路连续光作为调制光源，送入OFDM发送模块301对调制光源进行正交频分复用调制，

另一路连续光直接送入OFDM接收模块401的本振光输入端口；

步骤（2），先将OFDM发送模块301和OFDM接收模块401之间通过光纤直接连接，然后OFDM发送模块301发送训练序列，OFDM接收模块401对调制后的光OFDM信号进行接收；

步骤（3），调制后的光OFDM信号到达接收端，并经过OFDM接收模块401的接收光输入端口接收后，进行相干解调，通过信道估计算法得出当前系统的信道传输特性H₁；

步骤（4），将待测光无源器件501通过光纤连接在OFDM发送模块301和OFDM接收模块401之间；

步骤（5），OFDM发送模块301再次发送训练序列，所述训练序列经过OFDM发送模块301的正交频分复用调制产生调制后的光OFDM信号，该调制后的光OFDM信号经过待测光无源器件501后到达接收端，并经过OFDM接收模块401的接收光输入端口接收后，进行相干解调，通过信道估计算法得出当前系统的信道传输特性H₂；

步骤（6），对比加入和未加入光无源器件时系统的信道传输特性H₂ 和H₁，通过矩阵相减得到光无源器件以初始光源101发出连续光的频率f₀为中心，以OFDM发送模块301的信号带宽为测试频率范围的谱特性，即幅频特性和相频特性；

步骤（7），在全频带范围内通过改变初始光源101的连续光发射频率f₀，重复步骤（1）到（6），通过拼接各次测试时的频率范围内的光无源器件的谱特性，使得测试的范围能够覆盖全频带范围，即得到待测光无源器件501的全频带范围内的谱特性。

在上述技术方案的基础上，对于全频带范围的测试，OFDM发送模块301的信号带宽越大，其单次测量的谱特性的频率范围也就越大，对初始光源的发出连续光的频率设置间隔就越大，对测试的初始光源的频率设置精度的要求就越低，对全频带范围的测试次数越少，测试速度也就越快。

在上述技术方案的基础上，测试的频率精度取决于OFDM发送模块301所采用的正交频分复用的各电子载波间的频率间隔，在OFDM发送模块301的电信号带宽确定的情况下，增加OFDM发送模块301采用的快速傅里叶反变换模块的的点数，以增加正交频分复用的电子载波数量，能将各电子载波频率间隔降低至MHz级别，其测试精度能提升至MHz级别。

在上述技术方案的基础上，初始光源101输出频率为f₀的连续光，对比待测光无源器件501加入前和加入后的信道传输特性H₁和H₂，即得到待测光无源器件在以f₀为频率中心，OFDM发送模块301的调制信号带宽为频率范围的传输特性即谱特性。

在上述技术方案的基础上，调整初始光源101的连续光输出频率f₀，就能测试待测光无源器件501不同频率中心的谱特性，调整OFDM发送模块301的调制信号带宽能测试待测光无源器件501不同频率范围的谱特性，调整OFDM发送模块301的采用的快速傅里叶反变换模块的的点数来改变电子载波数量，能改变测试待测光无源器件501的谱特性的最小频率测试精度。

在上述技术方案的基础上，所述OFDM发送模块301包括：

训练序列产生模块，其产生的训练序列经过串并转换模块后，将串行数据变为N行并行数据，得到的N行并行数据再经过N点快速傅里叶反变换模块后，生成在频域上N个频率不同的携带数据的电子载波，这些电子载波依次经过并/串转换模块、数模转换模块，得到电域中的OFDM复数信号，其分为实部I路和虚部Q路两路，电域中的OFDM复数信号经过IQ调制器上载到光域，得到调制后的光OFDM信号。

在上述技术方案的基础上，用强度调制器替代所述OFDM发送模块301中的IQ调制器。

在上述技术方案的基础上，所述OFDM接收模块401包括：

90°混频器402，其用于接收OFDM发送模块301调制后的光OFDM信号和从OFDM接收模块401的本振光输入端口接收的连续光，并将二者混频，

混频后得到的信号利用第一、第二、第三、第四平衡接收机403、404、405、406进行光电信号转换得到电信号，

得到的电信号再经过模数转换模块407经过模数转换后依次通过串/并转换模块、N点快速傅里叶变换模块，最后送入信道估计模块，由信道估计模块通过信道估计算法得出信道传输特性。

本发明所述的光无源器件的谱特性的测试方法，利用OFDM收发模块和光源，构建光无源器件的测试系统，通过灵活选择OFDM发送模块的电子载波数量，利用训练序列对待测光无源器件进行信道估计同时得出待测光无源器件的幅频响应、相频响应及偏振特性等谱特性，其测试精度可以达到MHz级别，提高了测试的精度，也降低了对测试激光器的要求，提升了测试的速度，集成度高，无需通过不同的测试平台对谱特性的各项指标进行分别测试。

附图说明

本发明有如下附图：

图1为本发明光无源器件的谱特性的测试流程图；

图2为本发明光无源器件的谱特性的测试系统构建图；

图3为图1中OFDM发送模块的原理图；

图4为图1中OFDM接收模块的原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1、2所示，本发明所述的光无源器件的谱特性的测试方法，是基于相干光OFDM（正交频分复用）系统的光无源器件的谱特性的测试方法，具体步骤为：

其中一路连续光作为调制光源，送入OFDM发送模块301对调制光源进行正交频分复用调制（OFDM调制），

另一路连续光直接送入OFDM接收模块401的本振光输入端口（本振信号端）；

步骤（2），先将OFDM发送模块301和OFDM接收模块401之间通过光纤直接连接，然后OFDM发送模块301发送训练序列，所述训练序列经过OFDM发送模块301的正交频分复用调制产生调制后的光OFDM信号，OFDM接收模块401对调制后的光OFDM信号进行接收；

步骤（3），调制后的光OFDM信号到达接收端，并经过OFDM接收模块401的接收光输入端口（接收信号端）接收后，进行相干解调，通过信道估计算法得出当前系统的信道传输特性H₁；

步骤（3）中所述的信道估计算法的具体做法是通过比较接收信号与训练序列，使用接收信号的共轭与训练序列复数相乘，得到的多通道信道传递函数，所述的信道估计算法为现有公知的算法，本发明对信道估计算法无改进，故不再详述；

本发明所述的光无源器件的谱特性的测试方法，其测试的频率精度取决于OFDM发送模块301所采用的正交频分复用的各电子载波间的频率间隔，在OFDM发送模块301的电信号带宽确定的情况下，增加OFDM发送模块301采用的快速傅里叶反变换模块的的点数，以增加正交频分复用的电子载波数量，可将各电子载波频率间隔降低至MHz级别，其测试精度也可提升至MHz级别。

调整初始光源101的连续光输出频率f₀，就可以测试待测光无源器件501不同频率中心的谱特性，调整OFDM发送模块301的调制信号带宽可以测试待测光无源器件501不同频率范围的谱特性，调整OFDM发送模块301的采用的快速傅里叶反变换模块的的点数来改变电子载波数量，可以改变测试待测光无源器件501的谱特性的最小频率测试精度。

在上述技术方案的基础上，如图3所示，所述OFDM发送模块301包括：

训练序列产生模块，其产生的训练序列经过串并转换模块后，将串行数据变为N行并行数据，得到的N行并行数据再经过N点快速傅里叶反变换模块后，生成在频域上N个频率不同的携带数据的电子载波，这些电子载波依次经过并/串转换模块、数模转换模块，得到电域中的OFDM复数信号，其分为实部I路和虚部Q路两路，电域中的OFDM复数信号经过IQ调制器上载到光域，得到调制后的光OFDM信号（光正交频分复用信号）。

所述OFDM发送模块301中的IQ调制器亦可以使用强度调制器替代使用。

在上述技术方案的基础上，如图4所示，所述OFDM接收模块401包括：

得到的电信号再经过模数转换模块407经过模数转换后依次通过串/并转换模块、N点快速傅里叶变换模块（在N点快速傅里叶变换进行OFDM解调），最后送入信道估计模块，由信道估计模块通过信道估计算法得出信道传输特性。

本发明中，所述OFDM发送模块301和OFDM接收模块401不同于现有的正交频分复用系统发送和接收模块，其利用训练序列对信道进行估计运算，无需对接收信号进行频偏估计、色散补偿、相位估计等运算，降低了模块对数字信号处理的要求，降低了处理的复杂程度。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种光无源器件的谱特性的测试方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤（1），构建测试平台：使用一个初始光源（101），将初始光源（101）发出的频率为f₀的连续光送入光分路器（201）分为两路连续光，

其中一路连续光作为调制光源，送入OFDM发送模块（301）对调制光源进行正交频分复用调制，

另一路连续光直接送入OFDM接收模块（401）的本振光输入端口；

步骤（2），先将OFDM发送模块（301）和OFDM接收模块（401）之间通过光纤直接连接，然后OFDM发送模块（301）发送训练序列，OFDM接收模块（401）对调制后的光OFDM信号进行接收；

步骤（3），调制后的光OFDM信号到达接收端，并经过OFDM接收模块（401）的接收光输入端口接收后，进行相干解调，通过信道估计算法得出当前系统的信道传输特性H₁；

步骤（4），将待测光无源器件（501）通过光纤连接在OFDM发送模块（301）和OFDM接收模块（401）之间；

步骤（5），OFDM发送模块（301）再次发送训练序列，所述训练序列经过OFDM发送模块（301）的正交频分复用调制产生调制后的光OFDM信号，该调制后的光OFDM信号经过待测光无源器件（501）后到达接收端，并经过OFDM接收模块（401）的接收光输入端口接收后，进行相干解调，通过信道估计算法得出当前系统的信道传输特性H₂；

步骤（6），对比加入和未加入光无源器件时系统的信道传输特性H₂ 和H₁，通过矩阵相减得到光无源器件以初始光源（101）发出连续光的频率f₀为中心，以OFDM发送模块（301）的信号带宽为测试频率范围的谱特性，即幅频特性和相频特性；

步骤（7），在全频带范围内通过改变初始光源（101）的连续光发射频率f₀，重复步骤（1）到（6），通过拼接各次测试时的频率范围内的光无源器件的谱特性，使得测试的范围能够覆盖全频带范围，即得到待测光无源器件（501）的全频带范围内的谱特性。

2.如权利要求1所述的光无源器件的谱特性的测试方法，其特征在于：对于全频带范围的测试，OFDM发送模块（301）的信号带宽越大，其单次测量的谱特性的频率范围也就越大，对初始光源的发出连续光的频率设置间隔就越大，对测试的初始光源的频率设置精度的要求就越低，对全频带范围的测试次数越少，测试速度也就越快。

3.如权利要求1所述的光无源器件的谱特性的测试方法，其特征在于：测试的频率精度取决于OFDM发送模块（301）所采用的正交频分复用的各电子载波间的频率间隔，在OFDM发送模块（301）的电信号带宽确定的情况下，增加OFDM发送模块（301）采用的快速傅里叶反变换模块的的点数，以增加正交频分复用的电子载波数量，能将各电子载波频率间隔降低至MHz级别，其测试精度能提升至MHz级别。

4.如权利要求1所述的光无源器件的谱特性的测试方法，其特征在于：初始光源（101）输出频率为f₀的连续光，对比待测光无源器件（501）加入前和加入后的信道传输特性H₁和H₂，即得到待测光无源器件在以f₀为频率中心，OFDM发送模块（301）的调制信号带宽为频率范围的传输特性即谱特性。

5.如权利要求1所述的光无源器件的谱特性的测试方法，其特征在于：调整初始光源（101）的连续光输出频率f₀，就能测试待测光无源器件（501）不同频率中心的谱特性，调整OFDM发送模块（301）的调制信号带宽能测试待测光无源器件（501）不同频率范围的谱特性，调整OFDM发送模块（301）的采用的快速傅里叶反变换模块的的点数来改变电子载波数量，能改变测试待测光无源器件（501）的谱特性的最小频率测试精度。

6.如权利要求1所述的光无源器件的谱特性的测试方法，其特征在于，所述OFDM发送模块（301）包括：

7.如权利要求6所述的光无源器件的谱特性的测试方法，其特征在于：用强度调制器替代所述OFDM发送模块（301）中的IQ调制器。

8.如权利要求1所述的光无源器件的谱特性的测试方法，其特征在于，所述OFDM接收模块（401）包括：

90°混频器（402），其用于接收OFDM发送模块（301）调制后的光OFDM信号和从OFDM接收模块（401）的本振光输入端口接收的连续光，并将二者混频，

混频后得到的信号利用第一、第二、第三、第四平衡接收机（403）、（404）、（405）、（406）进行光电信号转换得到电信号，

得到的电信号再经过模数转换模块（407）经过模数转换后依次通过串/并转换模块、N点快速傅里叶变换模块，最后送入信道估计模块，由信道估计模块通过信道估计算法得出信道传输特性。