CN102957477B - 信号检测方法和光信号接收系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信号检测方法，包括：混频器接收波分复用信号以及本振信号，所述本振信号的波长与所述波分复用信号中的目标信号的波长相同；混频器通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉，得到由所述本振信号和所述目标信号组成的相干信号；将所述相干信号发送给互阻放大器进行放大得到电压信号；根据所述电压信号的功率幅值，获得所述目标信号的功率。采用本发明所提供的信号检测方法，由于本振信号的功率和互阻放大器的功率都是设定的已知值，只需要通过不同波长的本振信号提取目标信号，并根据并测量互阻放大器的功率幅值就能获得目标信号的功率。

Description

信号检测方法和光信号接收系统

技术领域

本发明涉及光信号传输的信号检测方法和光信号接收系统。

背景技术

在光传输领域中，为了实现光信号的传输，需要通过波分复用的方式将不同波长的光信号复用到一根光纤中以波分复用信号的形式进行传播。而在接收端则需要通过特定的方法将将不同波长的光信号从波分复用信号中提取出来，然后检测光信号的强弱，并根据光信号的强弱来判断信号大小或者信号是否丢失。

在早期的技术应用中，一般会通过光波长分用器将不同波长的信号从光纤中传输的波分复用信号中分离出来，然后分别对这些不同波长的信号的强弱进行测量。

随着技术的发展，出现了一种波分复用信号的相干接收方式，其做法是通过设于接收端的本地激光器发送的不同波长的光信号对波分复用信号中的不同波长的信号进行干涉。当本地激光器的光波长波长调到与所要接收的光信号一致时，就可以把要接收到的光信号从波分复用信号中提取出来，但是，在这种方式下，由于光信号与本振信号在混频器中相干并一起输出，从而如何对光信号的功率进行检测又成为了业界要解决的问题。

发明内容

本发明提供一种信号检测方法，其包括：混频器接收波分复用信号以及本振信号，所述本振信号的波长与所述波分复用信号中的目标信号的波长相同；混频器通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉，得到由所述本振信号和所述目标信号组成的相干信号；将所述相干信号发送给互阻放大器进行放大得到电压信号；根据所述电压信号的功率幅值、所述本振信号的功率以及互阻放大器的增益，获得所述目标信号的功率，或者，根据所述电压信号的功率幅值，查找预设的映射函数或者映射表，获得所述目标信号的功率。

本发明还提供一种相应的光信号接收系统，其包括：混频器，用于接收波分复用信号和本振信号，并通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉，得到由本振信号和目标信号组成的相干信号，其中，所述本振信号和所述目标信号的波长相同；所述互阻放大器，用于将所述相干信号放大得到电压信号；信号检测装置，用于检测所述电压信号的功率幅值，并根据所述电压信号的功率幅值、所述本振信号的功率、以及所述互阻放大器的增益，获得所述目标信号的功率，或者，用于根据所述电压信号的功率幅值，查找预设的映射函数或者映射表，获得所述目标信号的功率。

采用本发明所提供的信号检测方法，由于本振信号的功率和互阻放大器的功率都是设定的已知值，只需要通过不同波长的本振信号提取目标信号，并根据并测量互阻放大器的功率幅值就能获得目标信号的功率。

本发明还提供一种信号检测方法，其包括：混频器接收波分复用信号以及本振信号，所述本振信号的波长与所述波分复用信号中的目标信号的波长相同；混频器通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉，得到由所述本振信号和所述目标信号组成的相干信号；将所述相干信号发送至互阻放大器进行放大得到电压信号，然后将所述电压信号发送至可变增益放大器；根据所述可变增益放大器的输出端的反馈电压信号，获得所述目标信号的功率。本发明这一信号检测方法，是通过不同波长的本振信号提取目标信号，然后根据可变增益放大器的反馈电压信号就能获得目标信号的功率。本发明还提供了与之相应的光信号接收系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为光信号接收装置的示意图。

图2所示为本发明实施例所提供的信号检测方法。

图3所示为本发明实施例所提供的光信号接收系统。

图4所示为本发明又一实施例提供的检测方法。

图5所示为本发明又一实施例提供的光信号接收系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1所示为一种光信号接收装置的示意图，其包括混频器12、互阻放大器14(TransimpedanceAmplifier，简称TA)、光电管15(Photodiode)、以及可变增益放大器16(Variable-gainAmplifier)。

所述混频器12用于利用不同波长的本振信号将不同波长的光信号从波分复用信号(WavelengthDivisionMultiplexingSignal，又简称WDM信号)中提取出来。所述混频器12包括波分复用信号接收端口122以及本振信号接收端口124。所述波分复用信号接收端口122用于从光纤接收波分复用信号。所述本振信号接收端口124用于接收本振信号，且所述本振信号的波长与波分复用信号中的待提取的目标信号的波长相等。在本发明实施例中，所述本振信号为由激光器发出的功率相同的激光信号。

所述混频器12通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉处理，得到由所述目标信号和所述本振信号组成的相干信号，并将所述相干信号发送给所述光电管15。所述波分复用信号为由包括目标信号的多路光信号复合而成，而所述本振信号则可以通过一激光器生成。所述混频器12接收到所述波分复用信号和所述本振信号后，通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉。由于所述本振信号与所述目标信号的波长相等且二者均为光信号，混频器12通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉后即可得到由所述本振信号和所述目标信号组成的相干信号。由于所述相干信号是由光信号组成的，所述混频器12混频后仍是光信号，而光电管15则用于将所述光信号转化为电信号后，再发送给互阻放大器14。

所述互阻放大器14的增益恒定，其接收到所述转换成电信号的相干信号后，将所述相干信号放大得到电压信号。所述互阻放大器14将电压信号发送给所述可变增益放大器16。所述可变增益放大器16根据其输出端反馈回来的反馈信号将所述电压信号放大并输出功率恒定的输出信号。所述输出信号经过缓冲器缓冲后即会被接收端设备提取用于获取各种各样的信息。相应的，本发明实施例则是提供一种用于所述光信号接收装置中的、测量所述目标信号强弱的信号检测方法和装置。

请参照图2，本发明实施例所提供的信号检测方法包括：

步骤201：混频器接收波分复用信号以及本振信号，其中，所述波分复用信号为由多个波长不同的信号复用而成，所述本振信号的波长与所述波分复用信号中的待提取的目标信号的波长相同；

所述本振信号可以为由激光器发出的光信号，且其功率为定值。

步骤202：混频器通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉，得到由所述本振信号和所述目标信号组成的相干信号；

步骤203：将所述相干信号发送至互阻放大器进行放大得到电压信号；

步骤204：根据所述互阻放大器的输出信号的功率幅值(P(e))、所述本振信号的功率以及互阻放大器的增益，获得所述目标信号的功率。

进一步的，在本发明实施例中，根据所述电压信号的功率幅值、所述互阻放大器的增益和所述本振信号的功率获得所述目标信号的功率值的方法可以依据公式(1)

$S=\frac{\sqrt{2}\×P}{\mathrm{Lo}\×\mathrm{Va}}---\left(1\right)$

其中，S为目标信号的功率值，P为电压信号的功率幅值，Lo为所述本振信号的功率值，Va为互阻放大器的增益，当所述互阻放大器的结构被确定，Va就成为一固定值而不会因为应用环境的变化而改变。具体的，根据相干原理可以知道，经过混频器混频输出的信号的功率波形函数应该为 $\frac{1}{\sqrt{2}}S\×\mathrm{Lo}\×\cos [(W_s-W_{\mathrm{Lo}})t+\mathrm{\φ}\left(t\right)]$ 或者

其中，(W_s-W_Lo)表示所述目标信号与所述本振信号间的相位差，无论取哪个功率波形函数，混频器混频输出的波分复用信号的功率幅值均为再加上互阻放大器的增益固定，因此就可以根据互阻放大器的输出侧的信号的功率幅值、所述互阻放大器的增益、以及所述本振信号的功率来计算获得所述目标信号的功率。

当然，在可选择的实施例中，也可以不利用计算的方法，而仅仅是根据映射函数或者查表的方法来获得所述目标信号的功率。这是由于根据公式(1)可以看到，目标信号的功率与Lo和Va成反比，而Lo为激光器输入的本振信号，其功率不变，Va的值则是在互阻放大器的架构固定的情况下是固定不变的。因此当上述光信号接收装置的架构被建立起来之后，就可以通过多个数据点拟合的方法，建立目标信号功率与电压信号的功率幅值二者之间的映射函数或者映射表，这样在实际工作中，只需要测量电压信号的功率幅值，就可以通过映射函数或者查表的方式直接获得所述目标信号的功率。从而，本发明实施例中步骤204中所述的根据所述电压信号的功率幅值、所述互阻放大器的增益、以及所述本振信号的功率，获得所述目标信号的功率可以包括：根据所述电压信号的功率幅值，查找预设的映射函数或者映射表，获得所述目标信号的功率。

采用本发明实施例所提供的信号检测方法，由于本振信号的功率和互阻放大器的功率都是设定的已知值，只需要通过不同波长的本振信号提取目标信号，并根据并测量互阻放大器的功率幅值就能获得目标信号的功率。

请参照图3，本发明实施例还提供一种与上述信号检测方法相适应的光信号接收系统，其包括：

混频器32，用于接收波分复用信号和本振信号，并通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉，得到由本振信号和目标信号组成的相干信号，其中，所述本振信号和所述目标信号的波长相同；

所述混频器32还用于将所述相干信号由光信号转换为电信号并发送给互阻放大器34；

所述互阻放大器34，用于将所述相干信号由电流信号转换为电压信号并放大得到电压信号；

信号检测装置37，用于检测所述电压信号的功率幅值，并根据所述电压信号的功率幅值、所述本振信号的功率，获得所述目标信号的功率，或者，用于根据所述电压信号的功率幅值，查找预设的映射函数或者映射表，获得所述目标信号的功率。

进一步的，所述信号检测装置37包括计算模块，用于根据公式(1)计算获得所述目标信号的功率，或者，所述信号检测装置包括映射模块，用于维护所述电压信号的功率幅值、所述本振信号的功率以及所述目标信号的功率三者间映射关系的映射函数或映射图表，以及查询模块，用于根据所述电压信号的功率幅值和所述本振信号的功率，利用所述映射函数或映射图表查找所述目标信号的功率。

请参照图4，本发明又一实施例提供的信号检测方法，包括：

步骤401：混频器接收波分复用信号以及本振信号，其中，所述波分复用信号为由多个波长不同的信号复用而成，所述本振信号的波长与所述波分复用信号中的待提取的目标信号的波长相同；

所述本振信号可以为由激光器发出的光信号。

步骤402：混频器通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉，得到由所述本振信号和所述目标信号组成的相干信号；

步骤403：将所述相干信号发送至互阻放大器进行放大得到电压信号，然后将所述电压信号发送至可变增益放大器；

步骤404：根据所述可变增益放大器的输出端的反馈电压信号，获得所述目标信号的功率。

具体的，互阻放大器会对输入信号提供恒定的增益，而可变增益放大器则是根据其输出端的反馈电压信号对输入信号进行可变增益调节，以实现恒定的输出。由此可得，

可变增益放大器的输出＝相干信号的功率×互阻放大器增益×可变增益放大器增益。

由于可变增益放大器的输出是在其输出端的反馈电压信号的调控下保持恒定，而互阻放大器的增益也是定值，所以可变增益放大器的增益与相干信号的功率成反比。相应的，从混频器输出的相干信号的功率波形函数中可以看到，相干信号的功率又与目标信号的功率成正比，因此可变增益放大器的增益应该与目标信号的功率间存在一一对应的映射关系。因此，目标信号的功率与所述可变增益放大器之间也存在一一对应的映射关系。只要通过特定波长的本振信号提取出具有相同波长的目标信号，那么可变增益放大器就会产生一相应的增益来保证输出功率的不变，也就是说，不同波长的目标信号对应于不同的可变增益放大器的增益。而可变增益放大器的增益又与可变增益放大器的输出端的反馈电压成反比，所以特定波长的目标信号就对应于特定的可变增益放大器的输出端的反馈电压。凭借这层关系，只需要通过反复测量的方式求得不同波长的目标信号的功率与反馈电压间的映射函数、映射曲线或者映射表，就可以直接根据所述可变增益放大器的反馈电压获得目标信号的功率。

请参照图5，相应的本发明实施例中还提供一种应用上述信号检测方法的光信号接收系统，其包括：

混频器42，用于接收波分复用信号和本振信号，并通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉，得到由本振信号和目标信号组成的相干信号，其中，所述本振信号和所述目标信号的波长相同；

所述混频器42还用于将所述相干信号由光信号转换为电信号并发送给互阻放大器44；

所述互阻放大器44，用于将所述相干信号由电流信号转换为电压信号并放大得到电压信号；

可变增益放大器46，用于根据所述可变增益放大器46的输出端的反馈电压对所述电压信号进行电压放大并产生功率很定的输出信号；

信号检测装置47，用于根据所述反馈电压获得所述目标信号的功率。

本发明实施例所提供的信号检测方法和光信号接收系统根据在对混频器输出信号的放大过程中产生的信号或者反馈来获得目标信号的功率，帮助操作人员根据目标信号的功率来判断波分复用信号的光功率大小，可以在没有光波长分用器场景下(colorless)检测目标信号光功率的大小，扩展了应用范围

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种信号检测方法，其特征在于，包括：

混频器接收波分复用信号以及本振信号，所述本振信号的波长与所述波分复用信号中的目标信号的波长相同；

混频器通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉，得到由所述本振信号和所述目标信号组成的相干信号；

将所述相干信号发送给互阻放大器进行放大得到电压信号；

根据所述电压信号的功率幅值、所述本振信号的功率以及互阻放大器的增益，获得所述目标信号的功率。

2.如权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，所述波分复用信号和所述本振信号均为光信号。

3.如权利要求2所述的信号检测方法，其特征在于，所述将所述相干信号发送给互阻放大器进行放大得到电压信号还包括：

通过光电管将所述相干信号由光信号转换为电信号，然后再将所述转换为电信号后的相干信号发送给所述互阻放大器进行放大。

4.如权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，所述根据所述电压信号的功率幅值、所述本振信号的功率以及互阻放大器的增益，获得所述目标信号的功率包括：

根据公式

$S=\frac{\sqrt{2}\×P}{Lo\×Va}$

获得所述目标信号的功率，其中，P为所述电压信号的功率幅值，Lo为所述本振信号的功率值，所述Va为所述互阻放大器的增益。

5.一种光信号接收系统，其特征在于，包括：

混频器，用于接收波分复用信号和本振信号，并通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉，得到由所述本振信号和目标信号组成的相干信号，其中，所述本振信号和所述目标信号的波长相同；

互阻放大器，用于将所述相干信号放大得到电压信号；

信号检测装置，用于检测所述电压信号的功率幅值，并根据所述电压信号的功率幅值、所述本振信号的功率、以及所述互阻放大器的增益，获得所述目标信号的功率。

6.如权利要求5中所述的光信号接收系统，其特征在于，所述根据所述电压信号的功率幅值、所述本振信号的功率以及互阻放大器的增益，获得所述目标信号的功率包括：

根据公式

$S=\frac{\sqrt{2}\×P}{Lo\×Va}$

获得所述目标信号的功率，其中，P为所述电压信号的功率幅值，Lo为所述本振信号的功率值，所述Va为所述互阻放大器的增益。

7.如权利要求5中所述的光信号接收系统，其特征在于，还包括光电管，用于将所述相干信号由光信号转换为电信号，并将所述转换成电信号的相干信号发送给所述互阻放大器进行放大。

8.一种信号检测方法，其特征在于，包括：

混频器接收波分复用信号以及本振信号，所述本振信号的波长与所述波分复用信号中的目标信号的波长相同；

混频器通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉，得到由所述本振信号和所述目标信号组成的相干信号；

将所述相干信号发送至互阻放大器进行放大得到电压信号，然后将所述电压信号发送至可变增益放大器；

根据所述可变增益放大器的输出端的反馈电压信号，获得所述目标信号的功率。

9.如权利要求8所述的信号检测方法，其特征在于，根据所述可变增益放大器的输出端的反馈电压信号，获得所述目标信号的功率包括：

根据所述可变增益放大器的输出端的反馈电压信号的电压，查找预设的映射函数、映射曲线或者映射表，来获得所述目标信号的功率。

10.如权利要求8所述的信号检测方法，其特征在于，所述方法还包括：通过光电管将所述相干信号由光信号转换为电信号，然后再将所述转换为电信号后的相干信号发送给所述互阻放大器进行放大。

11.一种光信号接收系统，其特征在于，包括：

混频器，用于接收波分复用信号和本振信号，并通过所述本振信号对所述波分复用信号进行干涉，得到由所述本振信号和目标信号组成的相干信号，其中，所述本振信号和所述目标信号的波长相同；

互阻放大器，用于将所述相干信号由电流信号转换为电压信号并放大得到电压信号；

可变增益放大器，用于根据所述可变增益放大器的输出端的反馈电压对所述电压信号进行电压放大并产生功率恒定的输出信号；

信号检测装置，用于根据所述反馈电压获得所述目标信号的功率。

12.如权利要求11中所述的光信号接收系统，其特征在于，所述光信号接收系统还包括：光电管，用于将所述相干信号由光信号转换为电信号，并将所述转换成电信号的相干信号发送给所述互阻放大器进行放大。