CN103888187B - 光信噪比监测装置及光信噪比监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光信噪比监测装置及光信噪比监测方法，对发射端的数据进行处理，得到发送消息；所述发送消息经光纤链路传输后通过相干接收机进行模数转换后得到转换数据；对所述转换数据进行处理，根据处理后的数据进行光信噪比OSNR监测。通过将信号功率提取出来，得到信号的信噪比和OSNR，从而对每一帧的OSNR都进行监测，实现实时的OSNR监测。

Description

光信噪比监测装置及光信噪比监测方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种光信噪比监测装置及光信噪比监测方法。

背景技术

光信噪比（OSNR）是衡量光通信系统性能的重要参数之一。基于高阶调制格式和数字信号处理（DSP）的100G和超100G相干光通信系统已开始部署；用于光路径切换和信号路由的可重构光分插复用器（ROADM）也开始在光网络中有规模的应用。这些新技术和新器件的应用破坏了原来系统中光噪声的频域均匀分布特性，使得OSNR随波长信道不同而不同，因此需要对光信噪比（OSNR）进行监测。

一些研究人员提出了利用信号直方图、异步延迟抽头采样和神经网络等技术在电域测量OSNR的方法。这些方法中，对信号的均衡和补偿质量要求较高，需要较大的样本集，从而不能对光信噪比（OSNR）实时监测。

发明内容

本发明实施例提供一种光信噪比监测装置及光信噪比监测方法，能够实时监测光信噪比。

本发明实施例采用如下技术方案：

一种光信噪比监测装置，包括：处理模块11、相干接收机12、数字信号处理模块13、监测模块14；

处理模块11，用于对发射端的数据进行处理，得到发送消息，并通过光纤信道向所述相干接收机传输所述发送消息；

所述相干接收机12，用于接收通过光纤信道传输后的所述发送消息，对所述发送消息进行模数转换后得到转换数据；

所述数字信号处理模块13，用于接收所述处理模块发送的所述转换数据，对所述转换数据进行处理；

所述监测模块14，用于接收所述数字信号处理模块发送的处理后的数据，根据处理后的数据进行光信噪比OSNR监测。

可选的，所述处理模块11具体用于，在发射端的数据中插入周期结构的短训练序列，得到由周期结构的短训练序列和数据组成的帧结构形式的所述发送消息。

可选的，每一帧中周期结构的训练序列由N个长度为L的恒幅零自相关序列S级联而成，每一帧中周期结构的训练序列的长度为NL，其中N为大于或等于2的正整数。

可选的，所述数字信号处理模块具体用于，对所述转换数据进行色散补偿处理和帧同步处理。

可选的，所述监测模块具体用于，

对每一帧中提取出来的训练序列信号做循环自相关函数R_r[m]＝R_s[m]+R_n[m]，其中R表示自相关函数，角标r、s和n分别表示接收端接收到的信号、发射端发射的信号和信道中累积的噪声，m表示移位；

若N_os为接收端过采样因子，则m的主值为0～N_osNL-1，得到接收信号的总功率P_r＝R_r[0]＝R_s[0]+R_n[0]＝P_s+P_n和信号功率P_s＝R_r[kN_osL]，其中k＝1,2,…N-1，由公式 $\mathrm{SNR}=10\lg \left(\frac{P_s}{P_n}\right)=10\lg \left(\frac{P_s}{P_r-P_s}\right)=10\lg \left(\frac{R_r\left(N_{\mathrm{os}}L\right)}{R_r\left(0\right)-R_r\left(N_{\mathrm{os}}L\right)}\right)$ 和 $\mathrm{OSNR}=\mathrm{SNR}-10\lg \left(\frac{B_{\mathrm{ref}}}{R_s}\right)$ 计算得到接收端信号的SNR和OSNR，其中B_ref为参考带宽，R_s为波特率。

本实施例提供一种光信噪比监测方法，包括：

对发射端的数据进行处理，得到发送消息；

对经过光纤链路传输后的所述发送消息经相干接收机进行模数转换后得到转换数据；

对所述转换数据进行处理，根据处理后的数据进行光信噪比OSNR监测。

可选的，所述对发射端的数据进行处理，得到发送消息包括：在发射端的数据中插入周期结构的短训练序列，得到由周期结构的短训练序列和数据组成的帧结构形式的所述发送消息。

可选的，每一帧中周期结构的训练序列由N个长度为L的恒幅零自相关序列S级联而成，每一帧中周期结构的训练序列的长度为NL，其中N为大于或等于2的正整数。

可选的，所述对所述转换数据进行处理包括：对所述转换数据进行色散补偿处理和帧同步处理。

可选的，所述根据处理后的数据进行光信噪比OSNR监测包括：

对每一帧中提取出来的训练序列信号做循环自相关函数R_r[m]＝R_s[m]+R_n[m]，其中R表示自相关函数，角标r、s和n分别表示接收端接收到的信号、发射端发射的信号和信道中累积的噪声，m表示移位；

若N_os为接收端过采样因子，则m的主值为0～N_osNL-1，得到接收信号的总功率P_r＝R_r[0]＝R_s[0]+R_n[0]＝P_s+P_n和信号功率P_s＝R_r[kN_osL]，其中k＝1,2,…N-1，由公式 $\mathrm{SNR}=10\lg \left(\frac{P_s}{P_n}\right)=10\lg \left(\frac{P_s}{P_r-P_s}\right)=10\lg \left(\frac{R_r\left(N_{\mathrm{os}}L\right)}{R_r\left(0\right)-R_r\left(N_{\mathrm{os}}L\right)}\right)$ 和 $\mathrm{OSNR}=\mathrm{SNR}-10\lg \left(\frac{B_{\mathrm{ref}}}{R_s}\right)$ 计算得到接收端信号的SNR和OSNR，其中B_ref为参考带宽，R_s为波特率。

基于上述技术方案，通过对发射端的数据进行处理，得到发送消息，对经过光纤链路传输后的发送消息通过相干接收机进行模数转换后得到转换数据，对转换数据进行处理，根据处理后的数据进行光信噪比OSNR监测。从而对每一帧的OSNR都进行监测，实现实时的OSNR监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种光信噪比监测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种帧结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的光信噪比监测装置的一种架构示意图；

图4为图2所示帧结构中TS部分的示意图；

图5为本发明实施例2提供的一种光信噪比监测方法的流程图；

图6为本发明实施例测量OSNR的误差示意图之一；

图7a为本发明实施例测量OSNR的误差示意图之二；

图7b为本发明实施例测量OSNR的误差示意图之三。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例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做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。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种光信噪比监测装置，包括：处理模块11、相干接收机12、数字信号处理模块13、监测模块14，其中处理模块11与相干接收机12通过光纤链接，相干接收机12电性链接数字信号处理模块13，数字信号处理模块13电性链接监测模块14；

处理模块11，用于对发射端的数据进行处理，得到发送消息，并通过光纤信道向所述相干接收机传输所述发送消息；

所述相干接收机12，用于接收通过光纤信道传输后所述发送消息，对所述发送消息进行模数转换后得到转换数据；

所述数字信号处理模块13，用于接收所述处理模块发送的所述转换数据，对所述转换数据进行处理；

所述监测模块14，用于接收所述数字信号处理模块发送的处理后的数据，根据处理后的数据进行光信噪比OSNR监测。

可选的，所述处理模块11具体用于，在发射端的数据中插入周期结构的短训练序列，得到由周期结构的短训练序列和数据组成的帧结构形式的所述发送消息。

可选的，每一帧中周期结构的训练序列由N个长度为L的恒幅零自相关序列级联而成，每一帧中周期结构的训练序列的长度为NL，其中N为大于或等于2的正整数。

可选的，所述数字信号处理模块具体用于，对所述转换数据进行色散补偿处理和帧同步处理。

可选的，所述监测模块具体用于，

对每一帧中提取出来的训练序列信号做循环自相关函数R_r[m]＝R_s[m]+R_n[m]，其中R表示自相关函数，角标r、s和n分别表示接收端接收到的信号、发射端发射的信号和信道中累积的噪声，m表示移位；

若N_os为接收端过采样因子，则m的主值为0～N_osNL-1，得到接收信号的总功率P_r＝R_r[0]＝R_s[0]+R_n[0]＝P_s+P_n和信号功率P_s＝R_r[kN_osL]，其中k＝1,2,…N-1，由公式 $\mathrm{SNR}=10\lg \left(\frac{P_s}{P_n}\right)=10\lg \left(\frac{P_s}{P_r-P_s}\right)=10\lg \left(\frac{R_r\left(N_{\mathrm{os}}L\right)}{R_r\left(0\right)-R_r\left(N_{\mathrm{os}}L\right)}\right)$ 和 $\mathrm{OSNR}=\mathrm{SNR}-10\lg \left(\frac{B_{\mathrm{ref}}}{R_s}\right)$ 计算得到接收端信号的SNR和OSNR，其中B_ref为参考带宽，R_s为波特率。

下面详细介绍本实施例的光信噪比监测装置进行光信道比监测的实现方式。

对发射端的信息进行特殊处理，即在要传递的有效数据（DATA）中插入周期结构的短训练序列（TS），构造出如图2所示的帧结构，并按帧格式发送信息；按帧发送的信息符号经光纤信道传输后用相干接收机接收，经模数转换后得到4路数据：I_x[n],Q_x[n],I_y[n]和Q_y[n]；将得到的4路数据输入到数字信号处理模块进行处理，如图3所示，对数据进行色散（CD）补偿和帧同步处理，提取出TS并送入SNR和OSNR监测模块，来监测整个帧的SNR和OSNR，从而对每一帧的OSNR都进行监测，实现实时的OSNR监测。

本实施例构造周期结构训练序列的方法为，每一帧的周期结构的训练序列TS均由N(N≥2)个长度为L的恒幅零自相关（CAZAC）序列S级联而成，如图4所示，每一帧中TS的长度为NL。

本实施例SNR和OSNR监测模块的信号处理过程如下：对每一帧中提取出来的训练序列信号做循环自相关函数R_r[m]＝R_s[m]+R_n[m]（其中R表示自相关函数，角标r、s和n分别表示接收端接收到的信号、发射端发射的信号和信道中累积的噪声，m表示移位，若N_os为接收端过采样因子，则m的主值区间为0～N_osNL-1），得到接收信号的总功率P_r＝R_r[0]＝R_s[0]+R_n[0]＝P_s+P_n和信号功率P_s＝R_r[kN_osL]（其中k＝1,2,…N-1），由公式 $\mathrm{SNR}=10\lg \left(\frac{P_s}{P_n}\right)=10\lg \left(\frac{P_s}{P_r-P_s}\right)=10\lg \left(\frac{R_r\left(N_{\mathrm{os}}L\right)}{R_r\left(0\right)-R_r\left(N_{\mathrm{os}}L\right)}\right)$ 和 $\mathrm{OSNR}=\mathrm{SNR}-10\lg \left(\frac{B_{\mathrm{ref}}}{R_s}\right)$ （其中B_ref为参考带宽，R_s为波特率）计算得到接收端信号的SNR和OSNR。

本实施例提的光信噪比监测装置，对发射端的数据进行处理，得到发送消息，对经过光纤链路传输后的发送消息通过相干接收机进行模数转换后得到转换数据，对转换数据进行处理，根据处理后的数据进行光信噪比OSNR监测。从而对每一帧的OSNR都进行监测，实现实时的OSNR监测。

实施例2

如图5所示，本实施例提供一种光信噪比监测方法，包括：

51、对发射端的数据进行处理，得到发送消息；

52、对经过光纤链路传输后的所述发送消息通过相干接收机进行模数转换后得到转换数据；

53、对所述转换数据进行处理，根据处理后的数据进行光信噪比OSNR监测。

可选的，所述对发射端的数据进行处理，得到发送消息包括：在发射端的数据中插入周期结构的短训练序列，得到由周期结构的短训练序列和数据组成的帧结构形式的所述发送消息。

可选的，每一帧中周期结构的训练序列由N个长度为L的恒幅零自相关序列级联而成，每一帧中周期结构的训练序列的长度为NL，其中N为大于或等于2的正整数。

可选的，所述对所述转换数据进行处理包括：对所述转换数据进行色散补偿处理和帧同步处理。

可选的，所述根据处理后的数据进行光信噪比OSNR监测包括：

对每一帧中提取出来的训练序列信号做循环自相关函数R_r[m]＝R_s[m]+R_n[m]，其中R表示自相关函数，角标r、s和n分别表示接收端接收到的信号、发射端发射的信号和信道中累积的噪声，m表示移位；

若N_os为接收端过采样因子，则m的主值为0～N_osNL-1，得到接收信号的总功率P_r＝R_r[0]＝R_s[0]+R_n[0]＝P_s+P_n和信号功率P_s＝R_r[kN_osL]，其中k＝1,2,…N-1，由公式 $\mathrm{SNR}=10\lg \left(\frac{P_s}{P_n}\right)=10\lg \left(\frac{P_s}{P_r-P_s}\right)=10\lg \left(\frac{R_r\left(N_{\mathrm{os}}L\right)}{R_r\left(0\right)-R_r\left(N_{\mathrm{os}}L\right)}\right)$ 和 $\mathrm{OSNR}=\mathrm{SNR}-10\lg \left(\frac{B_{\mathrm{ref}}}{R_s}\right)$ 计算得到接收端信号的SNR和OSNR，其中B_ref为参考带宽，R_s为波特率。

本实施例的方法可以通过上述实施例的装置实现。

本实施例提的光信噪比监测方法，对发射端的数据进行处理，得到发送消息，对经过光纤链路传输后的发送消息通过相干接收机进行模数转换后得到转换数据，对转换数据进行处理，根据处理后的数据进行光信噪比OSNR监测。将信号功率提取出来，得到信号的信噪比和OSNR，从而对每一帧的OSNR都进行监测，实现实时的OSNR监测。

为使本领域技术人员充分连接本发明实施例的有益效果，将实验情况介绍如下。

应用112Gb/s偏振复用四相相移键控（PolarizationMultiplexing-QuadraturePhaseShiftKeying，PM-QPSK）相干光通信系统，测量在不同传输条件下信号的OSNR。

测量3种不同场景下的OSNR值及监测误差。三种场景分别为：（a）背靠背（B2B）传输、(b)链路中有500ps/nm的色散残留、(c)链路中存在50ps的差分群时延。在相干接收机前加入大小不同的噪声（即输入不同的OSNR），利用本发明实施例的方法测量相应的OSNR，并与真实的OSNR作对比，结果如图6所示。通过实验可知，本发明实施例的方法的测量范围在4～30dB时，测量误差小于1dB。

测量本发明实施例对色散和偏振模色散的容忍度。接收端的5组OSNR：10dB、15dB、20dB、25dB和30dB，分别在链路中加入不同的差分群时延（即一阶偏振模色散）和色度色散，利用本发明实施例的方法测量相应的OSNR，结果如图7所示（图7a为OSNR的监测误差随累积色散的变化关系，图7b为OSNR的监测误差随差分群时延的变化关系。）。加入的累积CD范围为0～500ps/nm，步长为50ps/nm；加入的差分群时延的范围为0～50ps，步长为5ps。实验测量误差均小于1dB，表明本发明实施例的方法对有色散和偏振模色散有较好的容忍。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种光信噪比监测装置，其特征在于，包括：处理模块、相干接收机、数字信号处理模块、监测模块；

处理模块，用于对发射端的数据进行处理，得到发送消息，并通过光纤信道向所述相干接收机传输所述发送消息；

所述相干接收机，用于接收通过光纤信道传输后的所述发送消息，对所述发送消息进行模数转换后得到转换数据；

所述数字信号处理模块，用于接收所述相干接收机发送的所述转换数据，对所述转换数据进行处理；

所述监测模块，用于接收所述数字信号处理模块发送的处理后的数据，根据处理后的数据进行光信噪比OSNR监测；

所述处理模块具体用于，在发射端的数据中插入周期结构的短训练序列，得到由周期结构的短训练序列和数据组成的帧结构形式的发送消息；

所述数字信号处理模块具体用于，对所述转换数据进行色散补偿处理和帧同步处理；

所述监测模块具体用于，

对每一帧中提取出来的短训练序列信号做循环自相关函数R_r[m]＝R_s[m]+R_n[m]，其中R表示自相关函数，角标r、s和n分别表示接收端接收到的信号、发射端发射的信号和信道中累积的噪声，m表示移位；

若N_os为接收端过采样因子，则m的主值为0～N_osNL-1，得到接收信号的总功率P_r＝R_r[0]＝R_s[0]+R_n[0]＝P_s+P_n和信号功率P_s＝R_r[kN_osL]，其中k＝1,2,…N-1，由公式和计算得到接收端信号的SNR和OSNR，其中B_ref为参考带宽，R_s为波特率；

每一帧中周期结构的短训练序列由N个长度为L的恒幅零自相关序列S级联而成，每一帧中周期结构的短训练序列的长度为NL，其中N为大于或等于2的正整数。

2.一种光信噪比监测方法，其特征在于，包括：

对发射端的数据进行处理，得到发送消息；

对经过光纤链路传输后的所述发送消息经相干接收机进行模数转换后得到转换数据；

对所述转换数据进行处理，根据处理后的数据进行光信噪比OSNR监测。

所述对发射端的数据进行处理，得到发送消息包括：在发射端的数据中插入周期结构的短训练序列，得到由周期结构的短训练序列和数据组成的帧结构形式的发送消息；

所述对所述转换数据进行处理包括：对所述转换数据进行色散补偿处理和帧同步处理；

所述根据处理后的数据进行光信噪比OSNR监测包括：

对每一帧中提取出来的短训练序列信号做循环自相关函数R_r[m]＝R_s[m]+R_n[m]，其中R表示自相关函数，角标r、s和n分别表示接收端接收到的信号、发射端发射的信号和信道中累积的噪声，m表示移位；

若N_os为接收端过采样因子，则m的主值为0～N_osNL-1，得到接收信号的总功率P_r＝R_r[0]＝R_s[0]+R_n[0]＝P_s+P_n和信号功率P_s＝R_r[kN_osL]，其中k＝1,2,…N-1，由公式和计算得到接收端信号的SNR和OSNR，其中B_ref为参考带宽，R_s为波特率；

每一帧中周期结构的短训练序列由N个长度为L的恒幅零自相关序列S级联而成，每一帧中周期结构的短训练序列的长度为NL，其中N为大于或等于2的正整数。