CN105577272B - 光通信信号的带内噪声确定 - Google Patents
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Abstract
提供用于确定表征光通信信号的质量参数的方法和设备，该方法通过信号检测设备来执行。在发送端处，获得第一光信号的信号功率P1、第二光信号的信号功率P2、第三光信号的信号功率P3，可选地第四光信号的信号功率P4，以及第一光信号、第二光信号、第三光信号以及可选地第四光信号所在的信道的总信号功率Ps。在检测点处，还获得第一光信号的信号功率P1’、第二光信号的信号功率P2’、第三光信号的信号功率P3’和可选地第四光信号的信号功率P4’。然后从所获得的信号功率确定信号变形因数SDF和/或光信号与ASE噪声的比率OSNR。
Description
技术领域
本发明涉及光通信信号的质量参数诸如带内光信噪比(Optical Signal toNoise Ratio，OSNR)的确定。
背景技术
为了最大化在规定的频谱带宽上发送的信息内容，偏振复用(也称为“双偏振”)被越来越多地与新发送格式一起使用。基本思想是通过采用两个共享相同的光信号带宽的、正交偏振且携带数据的信号分量，可有效地使频谱密度(方便地以bits/Hz为单位测量)加倍。通常，以大致相同的强度发送这两个正交偏振的分量，使得总合成光实际上非偏振，如通过具有显著低于偏振复用信号的符号速率的电子检测带宽的测试测量仪器所见，诸如光谱分析仪(OSA)通常是这种情况。
光信号与ASE噪声的比率(OSNR)是光通信链路所携带的信号的质量的常规可测特性。在正常并且适当的运行条件下，光通信链路的OSNR典型地很高，常常超过15dB或20dB，或者甚至更大。光通信链路中的噪声的主要分量典型是非偏振的放大自发辐射(ASE)噪声，该非偏振的放大自发辐射(ASE)噪声是由链路中的光放大器造成的频谱式宽带噪声源。
由LIU提出了一种测量带内OSNR的方法，该方法可适用于偏振复用信号(见美国专利No.9,008,508)。该方法基于在发送器端处(即，在ASE被引入到信号之前)和接收器端处(OSNR在此处待被表征)执行的相似的测量而在接收器端处表征光通信信号。其比较在发送器端处以两种不同的波长滤波的信号电平和在接收器端处测量的相同的信号电平来确定OSNR。一个重要的限制是，所提出的方法基于在发送期间信号频谱没有变形的假设。
然而，在使用偏振复用的新部署情况下，主要由非线性效应(NLE)引起的频谱变形已经变得更频繁，这是因为通过将在光纤内传播的功率增大到非线性效应不可再被忽略的程度来获得比特误差率(BER)的最佳性能。LIU所提出的方法受到NLE引起的频谱变形的信号影响。此外，整个系统性能在BER方面不仅受ASE噪声电平的影响，还受这样的非线性效应的影响(见Vacondio等人的“On nonl inear distorsions of highly dispersiveoptical coherent systems”,Optics Express,Vol.20,No.2,pp.1022-1032(2012))。因此不能仅基于常规测量的OSNR来评估信号质量，这是因为适当的性能指标也应解释NLE引起的失真。
因此，需要一种方法和设备来确定表征遭受NLE引起的频谱变形的偏振复用信号的质量参数。
发明内容
提供了一些方法和设备，以在存在NLE引起的频谱变形的情况下确定带内OSNR或者表征偏振复用光通信信号的其他质量参数。
所提供的方法和设备是美国专利No.9,008,508(在此通过引用纳入本文)中由LIU提出的方法的扩展和改进，以通过采用在三个或更多个波长而非两个波长处执行的测量来考虑NLE引起的频谱变形。所提供的方法和设备被用来确定在存在NLE情况下的OSNR。此外，NLE引起的频谱变形本身也可被表征。
提供用于确定表征光通信信号的质量参数的方法和设备，所述方法通过信号检测设备执行。在发送端处，获得第一光信号的信号功率P1、第二光信号的信号功率P2、第三光信号的信号功率P3，可选地第四光信号的信号功率P4，以及第一光信号、第二光信号、第三光信号以及可选的第四光信号所在的信道的总信号功率Ps。在检测点处，进一步获得第一光信号的信号功率P1’、第二光信号的信号功率P2’、第三光信号的信号功率P3’和可选地第四光信号的信号功率P4’。然后从所获得的信号功率确定信号变形因数SDF和/或光信号与ASE噪声的比率OSNR。
根据一个方面，提供一种用于确定表征光通信信号的质量参数的方法，该方法通过信号检测设备执行并且包括：获得发送器端处的第一光信号的信号功率P1、发送器端处的第二光信号的信号功率P2、发送器端处的第三光信号的信号功率P3以及第一光信号、第二光信号和第三光信号所在的信道的总信号功率Ps；根据P1、P2、P3和Ps获得信号功率P1与总信号功率Ps的比率K1、信号功率P2与信号功率P1的比率K2以及信号功率P3与信号功率P1的比率K3；获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’和检测点处的第三光信号的信号功率P3’；根据P1’、P2’和P3’获得信号功率P2’与信号功率P1’的比率K2’以及信号功率P3’与信号功率P1’的比率K3’；根据所记录的比率K1、K2和K2’确定扩展的信噪比(extended signal to noise ratio)eOSNR2，并且根据所记录的比率K1、K3和K3’确定扩展的信噪比eOSNR3；并且从扩展的信噪比eOSNR2和eOSNR3确定信号变形因数SDF。
根据另一方面，提供一种用于确定表征光通信信号的质量参数的方法，该方法通过信号检测设备执行并且包括：获得发送器端处的第一光信号的信号功率P1、发送器端处的第二光信号的信号功率P2、发送器端处的第三光信号的信号功率P3、发送器端处的第四光信号的信号功率P4以及第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号所在的信道的总信号功率Ps；获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’、检测点处的第三光信号的信号功率P3’和检测点处的第四光信号的信号功率P4’；至少根据所获得的信号功率P1、P2、P3、P4、Ps、P1’、P2’、P3’和P4’确定光信号与ASE噪声的比率(OSNR)。
仍根据另一方面，提供一种用于确定表征光通信信号的质量参数的检测设备，包括：记录单元，被配置成记录在发送端处收集的第二光信号的信号功率P2与在发送端处收集的第一光信号的信号功率P1的比率K2、在发送端处收集的第三光信号的信号功率P3与信号功率P1的比率K3以及信号功率P1与第一光信号、第二光信号和第三光信号所在的信道的总信号功率Ps的比率K1；光滤波器单元，被配置成对待被检测的信道进行滤波并且获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’以及检测点处的第三光信号的信号功率P3’；光电转换单元，被配置成将信号功率P1’、信号功率P2’和信号功率P3’转换成对应的电信号；数据收集单元，被配置成在光信号被所述光电转换单元处理之后，获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’以及检测点处的第三光信号的信号功率P3’，并且计算信号功率P2’与信号功率P1’的比率K2’以及信号功率P3’与信号功率P1’的比率K3’；以及数据处理单元，被配置成根据所记录的比率K1、K2和K2’确定扩展的信噪比eOSNR2，并且根据所记录的比率K1、K3和K3’确定扩展的信噪比eOSNR3，并且从扩展的信噪比eOSNR2和eOSNR3确定信号变形因数SDF。
根据另一方面，提供一种用于确定表征光通信信号的质量参数的检测设备，包括：记录单元，被配置成记录在发送端处收集的第二光信号的信号功率P2与在发送端处收集的第一光信号的信号功率P1的比率K2、在发送端处收集的第三光信号的信号功率P3与信号功率P1的比率K3、在发送端处收集的第四光信号的信号功率P4与信号功率P1的比率K4以及信号功率P1与第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号所在的信道的总信号功率Ps的比率K1；光滤波器单元，被配置成对待被检测的信道进行滤波并且获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’、检测点处的第三光信号的信号功率P3’以及检测点处的第四光信号的信号功率P4’；光电转换单元，被配置成将信号功率P1’、信号功率P2’、信号功率P3’和信号功率P4’转换成对应的电信号；数据收集单元，被配置成在光信号被所述光电转换单元处理之后，获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’、检测点处的第三光信号的信号功率P3’和检测点处的第四光信号的信号功率P4’，并且计算信号功率P2’与信号功率P1’的比率K2’、信号功率P3’与信号功率P1’的比率K3’和信号功率P4’与信号功率P1’的比率K4’；以及数据处理单元，被配置成至少根据比率K1、K2、K3、K4、K2’、K3’和K4’计算光信号与ASE噪声的比率(OSNR)。
附图说明
从下面详细的说明并且结合附图，本发明的其他特征和示例性优点对本领域技术人员而言将变得显而易见，其中：
图1是例示了示例性光通信信号的光谱连同其噪声成分(noise contribution)和其信号成分(signal contribution)的光谱的图表；
图2是例示了根据一个实施方案的双波长方法及其对应的光滤波器F1、F2在发送端处的示例性光通信信号的光谱上的图表；
图3是例示了根据一个实施方案的三波长方法及其对应的光滤波器F1、F2、F3在发送端处的示例性光通信信号的光谱上的图表；
图4是例示了根据一个实施方案的三波长方法及其对应的光滤波器F1、F2、F3在检测点处的示例性光通信信号的光谱上的图表；
图5是例示了根据一个实施方案的根据三波长方法确定表征光通信信号的质量参数的方法的流程图；
图6是例示了根据一个实施方案的四波长方法及其对应的光滤波器F1、F2、F3、F4在检测点处的示例性光通信信号的光谱上的图表；
图7是例示了根据一个实施方案的根据四波长方法确定表征光通信信号的质量参数的方法的流程图；
图8是例示了根据一个实施方案的用于进行图5或图7的方法的发送端检测设备的方块图；
图9是例示了根据一个实施方案的用于进行图5或图7的方法的检测点检测设备的方块图；
图10是例示了根据一个实施方案的用于进行图5或图7的方法的系统的方块图。
应注意，在全部附图中，同样的特征用同样的参考标记标识。
在随附的流程图中，虚线所示的框用于表示在一些情况下或对于一些实施方案可以是可选的步骤或者特征。
还应理解，当附图表示为示意图时，附图的元件不必按比例绘制。还可省略一些机械部件或者其他物理部件，以不过度影响附图。
具体实施方式
现有技术方法比较在发送器端处以两种不同波长(在光信道带宽之内)滤波的信号电平和在接收器端(或者任何其他检测点)处测量的相同的信号电平，以确定光信号与ASE噪声的比率(OSNR)。在λ1(典型地但未必对应于信号峰值)和λ2(从信号峰值偏移)处作出测量。
本文所提出的方法应用了现有技术方法的所有步骤，该方法使用在两个波长(即，λ1和λ2)处执行的测量，以获得相当于LIU的OSNR测量(美国专利No.9,008,508)或者其变型的第一“扩展的”信噪比测量(eOSNR2)。然后重复现有技术方法，使用已经在λ1处执行的测量和在附加的波长λ3(在光信道带宽之内)处执行的附加的测量，以获得从λ1处和λ3处的测量计算出的第二“扩展的”信噪比测量(eOSNR3)。在没有NLE引起的频谱变形的情况下，使用λ1和λ2执行的OSNR测量应该等于使用λ1和λ3执行的OSNR测量。然而，由于NLE引起的频谱变形，它们是不同的。
因此，可从第一“扩展的”信噪比eOSNR2和第二“扩展的”信噪比eOSNR3之间的差导出信号变形因数(SDF)：
这可通用化为：
其中括号<f(λ)>代表在可变波长λ处执行的一系列测量所取得的f(λ)的平均值。
现在参照图1，本文所述的方法和系统涉及光通信信号p的特性，该光通信信号p用在光电通信中，以在密集波分复用(DWDM)光信道上发送数据。在本说明书全文中，光信号p对应于DWDM光信道中的一个。在感兴趣的光信道带宽之内，光信号p包括两个分量，即由携带数据的信号产生的信号成分s以及包括光信道之中所有其他光功率源的ASE噪声成分n。在偏振复用通信的情况下，所述信号成分包括具有相互正交的偏振状态的两个不同分量。噪声成分n主要由光发送系统中的光放大器的放大自发辐射(ASE)噪声产生。图1示出一个示例性光通信信号p的光谱p(λ)，连同其信号成分的光谱s(λ)和其噪声成分的光谱n(λ)，使得：
p(λ)＝s(λ)+n(λ) (1.3)
该光通信信号p的光谱迹线(optical spectrum trace)可由光谱分析仪(OSA)捕获，并且代表与OSA的滤波频谱响应hOSA(λ)进行卷积的输入光通信信号p。光谱迹线P(λ)因此代表光信号p的频谱分辨光功率(spectrally-resolved optical power)。光谱迹线P(λ)也包括信号成分S(λ)和噪声成分N(λ)，它们合并在一起并且呈现为光谱迹线P(λ)。
可由OSA捕获的光通信信号p的光谱对应于光信号p与OSA的滤波频谱响应hOSA(λ)的卷积：
P(λ)＝p(λ)*hOSA(λ)＝[s(λ)+n(λ)]*hOSA(λ)＝S(λ)+N(λ) (1.4)
其中*代表卷积函数。
还可使用光滤波器在光信号p上执行离散捕获，所述光滤波器具有固定的中心波长或者可调谐的中心波长。用具有中心波长λx和对应于带宽BWx的滤波频谱响应hFx(λ)的光滤波器Fx执行的捕获对应于对光信号p的光谱和光滤波器的滤波频谱响应hFx(λ)的乘积的积分。
Px＝∫p(λ)·λFx(λ)dλ＝∫(s(λ)+n(λ))·hFx(λ)dλ＝Sx+Nx (1.5)
其中x表示对应于给定的光滤波器x的参考数字，Sx是捕获的功率Px的信号成分且Nx是捕获的功率Px的噪声成分。
在本说明书中，发送端处的光通信信号将被称为p，在下游检测点处的光通信信号将被称作p’。
光通信信号p在对应于光通信信号的波分复用信道的光带宽(此处用CBW表示信道带宽)上的总信号功率可通过采用具有对应于光通信信号的中心波长和带宽的中心波长和带宽的光滤波器来测量，使得
Ps＝∫p(λ)·hFS(λ)dλ≌∫CBWp(λ)dλ (1.6)
其中，CBW是信道带宽，并且Ps是光通信信号的总信号功率。
双波长方法(the two-wavelength approach)
LIU中所描述的双波长方法(见美国专利No.9,008,508)采用在两个波长处执行信号功率测量，以测量光通信信号p的OSNR。
该双波长方法是基于以下的假设：
1.在光通信信号的光信道带宽之中，或者至少在执行信号功率测量所在的频谱范围(即，光滤波器的频谱范围)之上，ASE噪声的波长近似恒定；
2.光滤波器的带宽小于光信号带宽。此条件经常适用于具有40Gbit/s或者更高速率的系统；以及
3.在发送期间信号频谱没有变形。
图2例示了发送端处的信号频谱检测。使用两个滤波器F1、F2,滤波器F1、F2具有不同的中心波长和相同的带宽，并且具有的带宽小于光信号带宽。F2处于光信道带宽的边缘并且F1处于光信道带宽的中心。
使用以λ1为中心的光滤波器F1获得发送器端处(即，在ASE噪声引入到光通信信号之前)的第一光信号的信号功率P1。使用以λ2为中心的光滤波器F2获得发送器端处的第二光信号的信号功率P2。还获得了光通信信号在第一光信号和第二光信号所在的信道带宽CBW上的总信号功率Ps。F1和F2处的信号功率不同，这是因为光通信信号的功率频谱密度在信道带宽上不均匀。
基于这些信号功率，计算以下功率比率：
K1＝P1/Ps (1.7a)
K2＝P2/P1 (1.7b)
信号功率频谱信息即K1和K2可就地记录在检测设备上或者记录在网络管理系统(NMS)上。
在检测点处(在线路发送期间引入ASE噪声)，采用相同或等效的光滤波器F1和F2用于光功率检测。所检测的功率包括如图1中所示的信号成分和噪声成分。
在检测点处获得第一光信号的信号功率P1’和第二光信号的信号功率P2’。
基于这些信号功率，计算以下功率比率：
K2’＝P2’/P1’ (1.7c)
由于在发送器端处没有ASE噪声，所以比率K2还对应于P2中的信号成分与P1中的信号成分的比率：
K2＝S2/S1 (1.8)
其中S1和S2是P1和P2中对应的信号成分。
在没有NLE引起的频谱变形的情况下，在接收器端处获得的比率K2还将等于P2’中的信号成分与P1’中的信号成分的比率：
K2’＝S2’/S1’ (1.9)
其中S1’和S2’是P1’和P2’中对应的信号成分。
现在将示出的是，OSNR可被定义为：
其中
其中BF1代表光滤波器F1的光带宽，从该光带宽处获得第一光信号；并且其中Br是参考光带宽，典型地选择为0.1nm。当获得滤波器F1、带宽被指定或者带宽被测量时，可假设光滤波器F1的光带宽是预定的。
已知
在假设ASE噪声电平在光信号带宽上的波长近似恒定即N1’＝N2’的情况下，我们发现：
通过重写等式(1.12)，我们发现：
并且
如之前所解释的，在没有NLE引起的频谱变形的情况下，在发送器端处获得的比率K2＝P2/P1＝S2/S1还等于P2’中的信号成分与P1’中的信号成分的比率S2’/S1’，使得K2＝S2’/S1’。根据等式(1.14)并且假设NLE引起的频谱变形可忽略，可从以上的测量计算OSNR，如下所示：
三波长方法(the three-wavelength approach)
在不能忽略NLE引起的频谱变形的情况下，例如K2≠S2’/S1’，不能从等式(1.15)直接计算OSNR。在这种情况下，可采用在三个或者更多个波长处做出的测量的方法。
该三波长方法基于以下假设：
1.在光通信信号的光信道带宽之中，或者至少在执行信号功率测量所在的频谱范围(即，光滤波器的频谱范围)之上，ASE噪声的波长近似恒定；以及
2.光滤波器的带宽小于光信号带宽。此条件经常适用于具有40Gbit/s或者更高速率的系统。
仍可采用等式(1.15)的计算来定义在本文中将被称为的“扩展的”信噪比eOSNRx:
其中x表示对应于给定的以λx为中心的光滤波器x的参考数字，并且其中C之前在等式(1.10b)处被定义。
然而，在不可忽略NLE引起的频谱变形的情况下，扩展的光信噪比eOSNRx根据用于测量的光滤波器F1、F2的对应中心波长的变化而变化，并且如此不能准确地代表OSNR。在这种情况下，可以采用在第三波长处执行的测量，以导出OSNR和NLE引起的频谱变形。
除了在双波长方法中获得的信号功率P1和P2之外，使用以λ3为中心的光滤波器F3获得发送器端处的第三光信号的第三信号功率P3。图3例示了发送端处的信号频谱检测连同光滤波器F1、F2、F3。三个滤波器F1、F2、F3具有不同的中心波长并且具有相同的带宽，该带宽小于光信号带宽。在该实施方案中，F1位于光信道带宽的中心，并且F2和F3相对于该光信道带宽的中心朝向相同侧偏移。
除了根据等式(1.7)定义的比率之外，然后可获得以下的功率比率：
K3＝P3/P1 (2.2a)
在检测点处，采用相同的或等效的光滤波器F3用于光功率检测。除了信号功率P1’和P2’之外，获得检测点处的第三光信号的信号功率P3’。图4例示了检测点处的信号频谱检测连同光滤波器F1、F2、F3。
基于所获得的信号功率，计算以下的功率比率：
K3’＝P3’/P1’ (2.2b)
由于NLE引起的频谱变形，用以变化波长为中心的光滤波器执行的测量将导致不同的扩展的光信噪比eOSNRx，使得
前文已示出的是，可根据上面的等式(1.14)计算OSNR：
定义：
ΔK2＝K2-S2’/S1’ (2.4)
通过重写等式(1.18a)，我们发现:
或者
eOSNR2-1＝OSNR-1-SD2 (2.5c)
其中
假设信号变形仅由NLE引起，SDx是λx处的NLE引起的信号变形成分的测量值。应注意，在没有信号变形的情况下，eOSNRx-1随波长的变化应该是恒定的。
定义信号变形因数SDF为
可通过下面的等式估计平均信号变形成分
其中α()是一个函数，通常是多项式拟合，其可从SD和SDF之间确定的关系凭经验导出。该函数可被校准至少用于给定的一组链路和系统参数，该组链路和系统参数典型地可包括一系列调制格式/调制速率系统配置(并且因此不取决于给定组的受测系统和信号的特定值)。可以示出的是，甚至当非线性很强时，该关系保持。
然后可获得ASE OSNR如：
因此需要三个波长(λ1、λ2和λ3)中的最小波长处的捕获来解释NLE引起的变形。
图5例示了根据三波长方法并且根据一个实施方案的确定信号变形因数SDF和/或带内OSNR的方法500。
在步骤502中，获得并且记录发送端处的第一光信号的信号功率P1、发送端处的第二光信号的信号功率P2、发送器端处的第三光信号的信号功率P3，以及第一光信号、第二光信号和第三光信号所在的信道的总信号功率Ps。
第一光信号、第二光信号和第三光信号的中心波长不同，但带宽相同。
此外，第一光信号位于所述光通信信号的光信道带宽的中心波长处，并且第二光信号和第三光信号相对于光信道带宽的中心朝向相同侧偏移。
在步骤504中，根据在步骤502中所获得的P1、P2、P3和Ps来获得并且记录信号功率P1与总信号功率Ps的比率K1、信号功率P2与信号功率P1的比率K2以及信号功率P3与信号功率P1的比率K3。
步骤504中获得并且记录P1与Ps的比率K1、P2与P1的比率K2以及P3与P1的比率K3可包括就地记录或者在网络管理信息上记录比率K1、比率K2和比率K3，并且将其存储在检测点处的OSNR检测设备中。
在步骤506中，获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’和检测点处的第三光信号的信号功率P3’。
在步骤508中，根据P1’、P2’和P3’计算信号功率P2’与信号功率P1’的比率K2’以及信号功率P3’与信号功率P1’的比率K3’。
在步骤510中，根据所记录的比率K1、K2和K2’确定扩展的信噪比eOSNR2，并且根据所记录的比率K1、K3和K3’确定扩展的信噪比eOSNR3。
更具体地，使用至少等效于等式(2.3a)的公式获得扩展的信噪比eOSNR2，并且使用至少等效于等式(2.3b)的公式获得扩展的信噪比eOSNR3。
在步骤512中，从扩展的信噪比eOSNR2和eOSNR3确定信号变形因数SDF。
在步骤514中，从所确定的扩展的信噪比eOSNR2和eOSNR3以及信号变形因数SDF和信号变形SD之间的预定关系来可选地确定OSNR。
更具体地，使用至少等效于等式(2.9)的公式获得OSNR。
四波长方法(the four-wavelength approach)
该四波长方法也基于以下的假设：
1.在光通信信号的光信道带宽之中，或者至少在执行信号功率测量所在的频谱范围(即，光滤波器的频谱范围)之上，ASE噪声的波长近似恒定；以及
2.光滤波器的带宽小于光信号带宽。此条件经常适用于具有40Gbit/s或者更高的速率的系统。
该四波长方法假设使用以λ1为中心的第一光滤波器F1获得第一信号功率测量P1。现将所有其他信号功率和比率定义为取决于光滤波器Fx的中心波长λx的函数，其中使用至少三个对应的其他光滤波器Fx获得除了信号功率P1之外的至少三个信号功率。因此，除了在三波长方法中获得的信号功率P1、P2和P3之外，使用以λ4为中心的光滤波器F4在发送器端处获得第四光信号的第四信号功率P4以及信号功率P2、P3和P4现在被称为P(λ)。类似地，还使用光滤波器F4在检测点处获得第四光信号的第四信号功率P4’以及信号功率P2’、P3’和P4’现在被称为P’(λ)。
图6例示了检测点处的信号频谱检测连同光滤波器F1、F2、F3和F4。
然后可定义下面的比率：
K(λ)＝P(λ)/P1 (3.1a)
K’(λ)＝P’(λ)/P1’ (3.1b)
其中每个所获得的P’(λ)包括信号成分S’(λ)和噪声成分N’(λ)，使得：
P′(λ)＝S′(λ)+N′(λ) (3.2)
因此，我们得到：
在假设ASE噪声电平的波长在光信道带宽上近似恒定的情况下，即，N’(λ)＝N1’，我们发现：
类似于等式(2.4)，定义:
ΔK(λ)＝K(λ)-S’(λ)/S1’ (3.5)
通过重写等式(3.4)，我们发现：
从K′(λ)，的二阶导数，我们发现：
其中包括ΔK(λ)的二阶导数的第二项通常可以忽略，使得我们得到：
并且因此：
可通过在四个波长中的最小波长处执行测量来执行二阶导数操作，以获得P1、P2、P3、P4、P2’、P3’和P4’和K2、K3、K4＝P4/P1、K2’、K3’和K4’＝P4’/P1’：
其中Δλ是光滤波器F2、F3、F4的中心波长之间的间隔，假设中心波长是等距的，使得Δλ＝λ4-λ3＝λ3-λ2。因此，
此外，根据三波长方法中导出的等式(2.9)，通过将扩展的信噪比定义为：
还可从一组测量中的扩展的信噪比的平均和所确定的OSNR得到信号变形SD：
SD＝<eOSNR-1(λ)>–OSNR-1 (3.13a)
其中括号<f(λ)>表示在可变波长λ处执行的一组测量中取得的f(λ)的平均。
图7例示了根据三波长方法并且根据一个实施方案的确定信号变形因数SDF和/或带内OSNR的方法700。
在步骤702中，获得发送端处的第一光信号的信号功率、发送端处的第二光信号的信号功率P2、发送器端处的第三光信号的信号功率P3、发送器端处的第四光信号的信号功率P4，以及第一光信号、第二光信号和第三光信号所在的信道的总信号功率Ps。
第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号的中心波长不同，但带宽相同。
此外，第一光信号位于光信道带宽的中心波长处，并且使用具有等距的中心波长的对应的光滤波器获得第二光信号、第三光信号和第四光信号。
在步骤704中，根据在步骤702中所获得的P1、P2、P3、P4和Ps来获得并且记录信号功率P1与总信号功率Ps的比率K1、信号功率P2与信号功率P1的比率K2、信号功率P3与信号功率P1的比率K3以及信号功率P4与信号功率P1的比率K4。
步骤704中获得并且记录P1与Ps的比率K1、P2与P1的比率K2、P3与P1的比率K3以及P4与P1的比率K4可包括就地记录或者在网络管理信息上记录比率K1、比率K2、比率K3和比率K4，并且将其存储在检测点处的OSNR检测设备中。
在步骤706中，获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’、检测点处的第三光信号的信号功率P3’以及检测点处的第四光信号的信号功率P4’。
在步骤708中，根据P1’、P2’、P3’和P4’计算信号功率P2’与信号功率P1’的比率K2’、信号功率P3’与信号功率P1’的比率K3’以及信号功率P4’与信号功率P1’的比率K4’。
在步骤710中，根据所记录的比率K1、K2、K3、K4、K2’、K3’和K4’确定OSNR。
更具体地，使用至少等效于等式(3.11a)或者(3.11b)的公式获得OSNR。
在步骤712中，可选地根据比率K1、K2和K2’确定扩展的信噪比eOSNR2，根据比率K1、K3和K3’确定扩展的信噪比eOSNR3，并且根据比率K1、K4和K4’确定扩展的信噪比eOSNR4。
在步骤714中，可选地从扩展的信噪比eOSNR2、eOSNR3和eOSNR4确定信号变形。
更具体地，使用至少等效于等式(3.13b)的公式获得信号变形。
图8示出根据一个实施方案的发送端检测设备800。该检测设备800包括：
光滤波器单元801，被配置成对待被检测的光信道进行滤波并且在发送端处获得具有不同中心波长的第一光信号、第二光信号、第三光信号以及可选地第四光信号；
光电转换单元802，被配置成将光信号转换成电信号；
数据收集单元803，被配置成在光信号被所述光电转换单元802处理之后，在发送端处获得第一光信号的功率P1、第二光信号的功率P2、第三光信号的功率P3、可选地第四光信号的功率P4，以及第一光信号、第二光信号、第三光信号和可选地第四光信号所在的信道的总功率Ps；
数据处理单元804，被配置成根据P1、P2、P3、P4和Ps计算P1与Ps的比率K1、P2与Ps的比率K2、P3与Ps的比率K3以及可选地P4与P1的比率K4；以及
发送单元805，被配置成将比率K1、K2、K3和可选地K4发送到检测点处的检测设备。
具体地，光滤波器单元801可包括多个固定的光滤波器或者一个可调谐光滤波器。光滤波器单元801、光电单元802和数据收集单元803的功能还可全部使用光谱分析仪来实现。
此外，第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号是具有不同中心波长和相同带宽的光信号。如果根据三波长方法采用检测设备800，则第一光信号可处于光信道带宽的中心处，并且第二光信号和第三光信号可相对于光信道带宽的中心朝向相同侧偏移。如果根据第四波长方法采用检测设备800，则第二光信号、第三光信号和第四光信号具有等距间隔的中心波长和大体上相等的光带宽，并且第一光信号可处于光信道带宽的中心处，然而第二光信号、第三光信号和第四光信号可相对于光信道带宽的中心朝向相同侧偏移。
图9示出根据一个实施方案的检测点检测设备900。该检测设备900包括：
记录单元901，被配置成记录在发送端处收集的第二光信号的信号功率P2与在发送端处收集的第一光信号的信号功率P1的比率K2、在发送端处收集的第三光信号的信号功率P3与信号功率P1的比率K3、可选地在发送端处收集的第四光信号的信号功率P4与信号功率P1的比率K4，以及信号功率P1与第一光信号、第二光信号、第三光信号和可选地第四光信号所在的信道的总信号功率Ps的比率K1；
光滤波器单元902，被配置成对待被检测的信道进行滤波并且获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’、检测点处的第三光信号的信号功率P3’以及可选地检测点处的第四光信号的信号功率P4’；
光电转换单元903，被配置成将信号功率P1’、信号功率P2’、信号功率P3’和可选地信号功率P4’转换成对应的电信号；
数据收集单元904，被配置成在光信号被所述光电转换单元903处理之后，获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’、检测点处的第三光信号的信号功率P3’和可选地检测点处的第四光信号的信号功率P4’，并且计算信号功率P2’与信号功率P1’的比率K2’、信号功率P3’与信号功率P1’的比率K3’和可选地信号功率P4’与信号功率P1’的比率K4’；以及
数据处理单元905，被配置成在三波长方法的情况下，根据所记录的比率K1、K2和K2’确定扩展的信噪比eOSNR2，根据所记录的比率K1、K3和K3’确定扩展的信噪比eOSNR3，并且从扩展的信噪比eOSNR2和eOSNR3计算信号变形因数SDF。
更具体地，使用至少等效于等式(2.3a)的公式获得扩展的信噪比eOSNR2，并且使用至少等效于等式(2.3b)的公式获得扩展的信噪比eOSNR3。
可选地，数据处理单元905还可被配置成从所计算的扩展的信噪比eOSNR2和eOSNR3以及信号变形因数SDF和信号变形SD之间的预定关系计算OSNR。
更具体地，使用至少等效于等式(2.9)的公式获得OSNR。
或者在四波长方法的情况下，数据处理单元905被配置成至少根据比率K1、K2、K3、K4、K2’、K3’和K4’计算OSNR。
更具体地，使用至少等效于等式(3.11a)或者等式(3.11b)的公式获得OSNR。
可选地，数据处理单元905还可被配置成根据所记录的比率K1、K2和K2’计算扩展的信噪比eOSNR2，根据所记录的比率K1、K3和K3’计算扩展的信噪比eOSNR3，根据所记录的比率K1、K4和K4’计算扩展的信噪比eOSNR4，并且从扩展的信噪比eOSNR2、eOSNR3和eOSNR4计算信号变形。
更具体地，使用至少等效于等式(3.13b)的公式获得信号变形。
具体地，光滤波器单元902可包括多个固定的光滤波器或者一个可调谐光滤波器。光滤波器单元902、光电单元903和数据收集单元904的功能还可全部使用光谱分析仪来实现。
此外，第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号是具有不同中心波长和相同带宽的光信号。如果根据三波长方法采用检测设备900，则第一光信号可处于光信道带宽的中心处，并且第二光信号和第三光信号可相对于光信道带宽的中心朝向同一侧偏移。如果根据四波长方法采用检测设备900，则第二光信号、第三光信号和第四光信号具有等距的中心波长和大体上相等的光带宽。
图10示出用于确定表征光通信信号的质量参数的系统1000。该系统1000包括如参照图8所述的发送端检测设备800和如参照图9所述的检测点检测设备900。发送端检测设备800可在发送端仅执行一次检测，然后使用所获得的比率K1、K2、K3和可选地K4来表征多个检测点处的光通信信号，这是因为在系统1000中K1、K2、K3和K4在时间上基本没有变化。检测点检测设备900根据从发送端检测设备800接收的比率和在检测点处执行的测量来导出表征光通信信号的带内OSNR或者信号变形因数。
因此，从在三个波长或更多个波长处获取的测量，可能导出扩展的信噪比eOSNR(λ)作为波长的函数，其允许将由于NLE导致的依赖波长的信号变形与独立于波长的ASE成分区分开。例如，借助于至少在三个波长处取得的捕获，可从凭经验确定的扩展的信噪比eOSNR(λ)的“斜率(s lope)”的关系推导出信号变形成分。然后可从一组测量中的扩展的信噪比eOSNR(λ)的平均和所确定的信号变形成分导出OSNR。
在另一个实施方案中，借助于执行四个波长或者更多个波长处的捕获，可从eOSNR(λ)的二阶导数获得OSNR。
然后，信号变形SD还可与NLE对系统性能的影响有关。
上文描述的实施方案仅出于示例性目的。本发明的范围因此旨在仅受权利要求限制。
Claims (16)
1.一种用于确定表征光通信信号的质量参数的方法，所述方法通过一个信号检测设备执行并且包括：
获得发送器端处的第一光信号的信号功率P1、发送器端处的第二光信号的信号功率P2、发送器端处的第三光信号的信号功率P3以及所述第一光信号、所述第二光信号和所述第三光信号所在的信道的总信号功率Ps；
根据P1、P2、P3和Ps获得所述信号功率P1与所述总信号功率Ps的比率K1、所述信号功率P2与所述信号功率P1的比率K2以及所述信号功率P3与所述信号功率P1的比率K3；
获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’和检测点处的第三光信号的信号功率P3’；
根据P1’、P2’和P3’获得所述信号功率P2’与所述信号功率P1’的比率K2’以及所述信号功率P3’与所述信号功率P1’的比率K3’；
使用至少等效于以下公式的公式确定扩展的信噪比eOSNR2：
并且使用至少等效于以下公式的公式确定扩展的信噪比eOSNR3：
如下确定信号变形因数SDF：
其中，λ2和λ3是分别对应于第二光信号和第三光信号的波长。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
根据所述信号变形因数SDF与在所述信号变形因数SDF和信号变形SD之间的预定关系来估计所述信号变形SD；
如下确定光信号与ASE噪声的比率OSNR：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一光信号、所述第二光信号和所述第三光信号的中心波长不同并且带宽相同。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一光信号位于所述光通信信号的光信道带宽的中心波长处，并且所述第二光信号和所述第三光信号相对于光信道带宽的中心位于相同侧上。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中根据P1、P2、P3和Ps获得所述信号功率P1与所述总信号功率Ps的比率K1、所述信号功率P2与所述信号功率P1的比率K2和所述信号功率P3与所述信号功率P1的比率K3的步骤还包括：
将比率K1、比率K2和比率K3就地记录或者记录在网络管理信息上。
6.一种用于确定表征光通信信号的质量参数的方法，所述方法通过一个信号检测设备执行并且包括：
获得发送器端处的第一光信号的信号功率P1、发送器端处的第二光信号的信号功率P2、发送器端处的第三光信号的信号功率P3、发送器端处的第四光信号的信号功率P4以及所述第一光信号、所述第二光信号、所述第三光信号和所述第四光信号所在的信道的总信号功率Ps；
获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’、检测点处的第三光信号的信号功率P3’和检测点处的第四光信号的信号功率P4’；
根据P1、P2、P3和P4获得并且记录所述信号功率P1与所述总信号功率Ps的比率K1、所述信号功率P2与所述信号功率P1的比率K2、所述信号功率P3与所述信号功率P1的比率K3以及所述信号功率P4与所述信号功率P1的比率K4；
根据P1’、P2’、P3’和P4’获得并且记录所述信号功率P2’与所述信号功率P1’的比率K2’、所述信号功率P3’与所述信号功率P1’的比率K3’以及所述信号功率P4’与所述信号功率P1’的比率K4’；以及
使用至少等效于以下公式的公式确定光信号与ASE噪声的比率OSNR：
其中，BCW1是输出所述第一光信号的光滤波器CW1的光带宽，并且其中Br是噪声功率的参考带宽。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，
使用具有等距的中心波长并且具有大体上相等的光带宽的对应的光滤波器获得所述第二光信号、所述第三光信号和所述第四光信号。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：
根据比率K1、K2和K2’确定扩展的信噪比eOSNR2，根据比率K1、K3和K3’确定扩展的信噪比eOSNR3，并且根据比率K1、K4和K4’确定扩展的信噪比eOSNR4；
从扩展的信噪比eOSNR2、eOSNR3和eOSNR4确定信号变形。
9.根据权利要求8所述的方法，其中使用至少等效于下面的公式的公式获得信号变形：
10.一种用于确定表征光通信信号的质量参数的检测设备，包括：
记录单元，被配置成记录在发送端处收集的第二光信号的信号功率P2与在发送端处收集的第一光信号的信号功率P1的比率K2、在发送端处收集的第三光信号的信号功率P3与所述信号功率P1的比率K3，以及所述信号功率P1与所述第一光信号、所述第二光信号和所述第三光信号所在的信道的总信号功率Ps的比率K1；
光滤波器单元，被配置成对待被检测的信道进行滤波并且获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’以及检测点处的第三光信号的信号功率P3’；
光电转换单元，被配置成将信号功率P1’、信号功率P2’和信号功率P3’转换成对应的电信号；
数据收集单元，被配置成在光信号被所述光电转换单元处理之后，获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’以及检测点处的第三光信号的信号功率P3’，并且计算所述信号功率P2’与所述信号功率P1’的比率K2’以及所述信号功率P3’与所述信号功率P1’的比率K3’；以及
数据处理单元，被配置成根据所记录的比率K1、K2和K2’确定扩展的信噪比eOSNR2，并且根据所记录的比率K1、K3和K3’确定扩展的信噪比eOSNR3，并且从扩展的信噪比eOSNR2和eOSNR3计算信号变形因数SDF；
其中，使用至少等效于以下公式的公式确定扩展的信噪比eOSNR2：
其中使用至少等效于以下公式的公式确定扩展的信噪比eOSNR3：
并且其中所述信号变形因数SDF被如下确定：
其中，λ2和λ3是分别对应于第二光信号和第三光信号的波长。
11.根据权利要求10所述的检测设备，其中所述数据处理单元还被配置成如下计算光信号与ASE噪声的比率OSNR：
其中，根据所述信号变形因数SDF与在所述信号变形因数SDF和信号变形SD之间的预定关系来估计所述信号变形SD。
12.根据权利要求10或11所述的检测设备，其中所述第一光信号和所述第二光信号的中心波长不同并且带宽相同，并且其中所述第一光信号位于所述光通信信号的光信道带宽的中心波长处，所述第二光信号和所述第三光信号相对于所述光信道带宽的中心位于相同侧上。
13.一种用于确定表征光通信信号的质量参数的检测设备，包括：
记录单元，被配置成记录在发送端处收集的第二光信号的信号功率P2与在发送端处收集的第一光信号的信号功率P1的比率K2、在发送端处收集的第三光信号的信号功率P3与所述信号功率P1的比率K3、在发送端处收集的第四光信号的信号功率P4与所述信号功率P1的比率K4，以及所述信号功率P1与所述第一光信号、所述第二光信号、所述第三光信号和所述第四光信号所在的信道的总信号功率Ps的比率K1；
光滤波器单元，被配置成对待被检测的信道进行滤波并且获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’、检测点处的第三光信号的信号功率P3’以及检测点处的第四光信号的信号功率P4’；
光电转换单元，被配置成将所述信号功率P1’、所述信号功率P2’、所述信号功率P3’和所述信号功率P4’转换成对应的电信号；
数据收集单元，被配置成在光信号被所述光电转换单元处理之后，获得检测点处的第一光信号的信号功率P1’、检测点处的第二光信号的信号功率P2’、检测点处的第三光信号的信号功率P3’和检测点处的第四光信号的信号功率P4’，并且计算所述信号功率P2’与所述信号功率P1’的比率K2’、所述信号功率P3’与所述信号功率P1’的比率K3’和所述信号功率P4’与所述信号功率P1’的比率K4’；以及
数据处理单元，被配置成使用至少等效于以下公式的公式计算光信号与ASE噪声的比率OSNR：
其中BCW1是输出所述第一光信号的光滤波器CW1的光带宽，并且其中Br是噪声功率的参考带宽。
14.根据权利要求13所述的检测设备，
其中所述第二光信号、所述第三光信号和所述第四光信号具有等距的中心波长和大体上相等的光带宽。
15.根据权利要求13或14所述的检测设备，其中所述数据处理单元还被配置成：
根据所记录的比率K1、K2和K2’计算扩展的信噪比eOSNR2，根据所记录的比率K1、K3和K3’计算扩展的信噪比eOSNR3，并且根据所记录的比率K1、K4和K4’计算扩展的信噪比eOSNR4；以及
从扩展的信噪比eOSNR2、eOSNR3和eOSNR4计算信号变形因数SDF。
16.根据权利要求15所述的检测设备，其中使用至少等效于下面的公式的公式获得信号变形：
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |