CN105606910A - 光信噪比检测电路、装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光信噪比检测电路，包括光开关、可调光滤波器、光电转换模块、调顶信号调理模块和控制模块。光电转换模块将待测光信号转换为电压信号后，调顶信号调理模块分开放大电压信号中的交流信号和直流信号并对应转换为两路数字信号，并根据两路数字信号确定调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度，计算出光信号的光信噪比。本发明还公开了一种光信噪比检测装置，包括光转发单元、光放大单元和光信噪比检测电路。本发明还公开了一种应用于光信噪比检测装置的光信噪比检测方法。本发明能够准确地检测接入的每一路光信号的光信噪比，适用于高速光传输系统，解决了传统内插法无法实现高速光传输系统中光信噪比检测的问题。

Description

光信噪比检测电路、装置及方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光信噪比检测电路、装置及方法。
背景技术
DWDM(DenseWavelengthDivisionMultiplexing，密集型光波复用)是能组合一组光波长用一根光纤进行传送。这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。波分复用系统中的OSNR(OpticalSignaltoNoiseRatio，光信噪比)是衡量光波分复用系统中的关键性能参数。光信噪比的定义是在光有效带宽为0.1nm内光信号功率和噪声功率的比值。
随着波分复用系统传输速率不断在提升，光信噪比的测量也越来困难。传统速率为2.5Gb/s和10Gb/s的光传输系统，因为其光谱宽度远小于光系统通道间隔，通常采用内插法来测量OSNR，即先测光谱外的噪声功率，然后再利用内插法得到临近波长的噪声功率，最后计算出光信噪比。但是对于目前的40Gb/s和100Gb/s等的高速光传输系统，由于其光谱宽度接近甚至大于光系统通道间隔，用内插法无法准确测量通道间的噪声功率，也无法临近波长的噪声功率，因此，采用传统的内插法将无法实现高速光传输系统的光信噪比的检测。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种光信噪比检测电路、装置及方法，旨在解决传统内插法无法实现高速光传输系统中光信噪比检测的问题。
为了达到上述目的，本发明提供一种光信噪比检测电路，所述光信噪比检测电路包括：
光开关，用于接入多路含有调顶信号和ASE(AmplifiedSpontaneousEmission，放大自发辐射)噪声的待测光信号，并从多路待测光信号中选通要检测的待测光信号；
可调光滤波器，用于将光开关选通的待测光信号的调制频率调整为该待测光信号的中心频率；
光电转换模块，用于将调整调制频率后的待测光信号转换为电压信号；
调顶信号调理模块，用于对所述电压信号中的交流信号和直流信号分开放大后对应转换为两路数字信号，并根据两路所述数字信号确定调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度，计算所述待测光信号的光信噪比；
控制模块，用于控制所述光开关模块、可调光滤波器、光电转换模块和调顶信号调理模块工作，并将光信噪比计算结果上报至光传输管理系统。
优选地，所述光电转换模块包括光探测器和采样电阻；所述光探测器的负端与一线性电源连接，所述光探测器的正端经由所述采样电阻接地，所述光探测器和所述采样电阻的公共端与所述调顶信号调理模块的输入端连接，以将所述电压信号输出至所述调顶信号调理模块。
优选地，所述调顶信号调理模块包括：
电压跟随单元，用于提取所述光电转换模块输出的电压信号；
交流信号调理单元，用于对所述电压信号中的交流信号进行信号放大并将放大后的交流信号转换为第一数字信号；
直流信号调理单元，用于对所述电压信号中的直流信号进行信号放大并将放大后的直流信号转换为第二数字信号；
光信噪比计算单元，用于根据所述第一数字信号和第二数字信号利用FFT算法计算调顶信号的光功率交流幅值、加载调顶信号时光信号的光功率直流幅值和可调光滤波器带宽内的噪声功率，以确定调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度，并根据所述调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度计算待测光信号的光信噪比。
优选地，所述电压跟随单元包括第一电压跟随器；所述第一电压跟随器的同相输入端与所述光电转换模块的输出端连接，所述第一电压跟随器的反相输入端与所述第一电压跟随器的输出端连接，所述第一电压跟随器的输出端分别与所述交流信号调理单元和直流信号调理单元的输入端连接。
优选地，所述交流信号调理单元包括：
第一放大子单元，用于将所述电压跟随单元提取到的电压信号中的交流信号进行信号放大；
第一电压跟随子单元，用于提取经所述第一放大子单元放大后的交流信号；
第一ADC采样子单元，用于将所述第一电压跟随子单元提取到的交流信号转换为第一数字信号，并将所述第一数字信号输出至所述光信噪比计算单元。
优选地，所述第一放大子单元包括第一放大器、第二放大器、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；
所述第一放大器的同相输入端经由第一电容与所述电压跟随单元的输出端连接，所述第一放大器的输出端与所述第二放大器的同相输入端连接，且依次经由所述第一电阻、第二电阻、第二电容接地，所述第一放大器的反相输入端与所述第一电阻和第二电阻的公共端连接；
所述第二放大器的输出端与所述第一电压跟随子单元的输入端连接，且依次经由所述第三电阻、第四电阻、第三电容接地，所述第二放大器的反相输入端与所述第三电阻和第四电阻的公共端连接；
所述第一电压跟随子单元包括第二电压跟随器；所述第二电压跟随器的同相输入端与所述第一放大子单元的输出端连接，所述第二电压跟随器的反相输入端与所述第二电压跟随器的输出端连接，所述第二电压跟随器的输出端与所述第一ADC采样子单元的输入端连接；
第一ADC采样子单元包括第三放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第一模数转换器；所述第三放大器的同相输入端经由所述第五电阻与所述第一电压跟随子单元的输出端连接，所述第三放大器的反相输入端经由所述第六电阻连接至第一基准电源，所述第三放大器的第一差分输出端与所述第一模数转换器的第一采样端连接，所述第三放大器的第二差分输出端与所述第一模数转换器的第二采样端连接；所述第七电阻连接于所述第三放大器的第一差分输出端与所述第三放大器的同相输入端之间，所述第八电阻连接于所述第三放大器的第二差分输出端与所述第三放大器的反相输入端之间；所述第一模数转换器的输出端与所述光信噪比计算单元的第一输入端连接。
优选地，所述直流信号调理单元包括：
第二放大子单元，用于将所述电压跟随单元提取到的电压信号中的直流信号进行信号放大；
第二电压跟随子单元，用于提取经所述第二放大子单元放大后的直流信号；
第二ADC采样子单元，用于将所述第二电压跟随子单元提取到的直流信号转换为第二数字信号，并将所述第二数字信号输出至所述光信噪比计算单元。
优选地，所述第二放大子单元包括第四放大器、第五放大器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻；
所述第四放大器的同相输入端与所述电压跟随单元的输出端连接，所述第四放大器的输出端与所述第五放大器的同相输入端连接，且依次经由所述第九电阻、第十电阻接地，所述第四放大器的反相输入端与所述第九电阻和第十电阻的公共端连接；
所述第五放大器的输出端与所述第二电压跟随子单元的输入端连接，且依次经由所述第十一电阻、第十二电阻接地，所述第五放大器的反相输入端与所述第十一电阻和第十二电阻的公共端连接；
所述第二电压跟随子单元包括第三电压跟随器；所述第三电压跟随器的同相输入端与所述第二放大子单元的输出端连接，所述第三电压跟随器的反相输入端与所述第三电压跟随器的输出端连接，所述第三电压跟随器的输出端与所述第二ADC采样子单元的输入端连接；
第二ADC采样子单元包括第六放大器、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻和第二模数转换器；所述第六放大器的同相输入端经由所述第十三电阻与所述第二电压跟随子单元的输出端连接，所述第六放大器的反相输入端经由所述第十四电阻连接至第二基准电源，所述第六放大器的第一差分输出端与所述第二模数转换器的第一采样端连接，所述第六放大器的第二差分输出端与所述第二模数转换器的第二采样端连接；所述第十五电阻连接于所述第六放大器的第一差分输出端与所述第六放大器的同相输入端之间，所述第十六电阻连接于所述第六放大器的第二差分输出端与所述第六放大器的反相输入端之间；所述第二模数转换器的输出端与所述光信噪比计算单元的第二输入端连接。
为了达到上述目的，本发明还提供一种光信噪比检测装置，所述光信噪比检测装置包括光转发单元、若干光放大单元和光信噪比检测电路；所述光转发单元在其光模块中将调顶信号调制到主光信号上，并输出带有调顶信号的光信号，各个光放大单元接收光转发单元输出的光信号，并选择接收到的光信号中的一部分发送给光信噪比检测电路进行光信噪比检测，以提供多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号；
所述光信噪比检测电路包括：
光开关，用于接入多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号，并从多路待测光信号中选通要检测的待测光信号；
可调光滤波器，用于将光开关选通的待测光信号的调制频率调整为该待测光信号的中心频率；
光电转换模块，用于将调整调制频率后的待测光信号转换为电压信号；
调顶信号调理模块，用于对所述电压信号中的交流信号和直流信号分开放大后对应转换为两路数字信号，并根据两路所述数字信号确定调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度，计算所述待测光信号的光信噪比；
控制模块，用于控制所述光开关模块、可调光滤波器、光电转换模块和调顶信号调理模块工作，并将光信噪比计算结果上报至光传输管理系统。
此外，为了达到上述目的，本发明还提供一种应用于所述光信噪比检测装置的光信噪比检测方法，所述光信噪比检测方法包括以下步骤：
在主光信号上调制调顶信号，输出带有调顶信号的光信号；
选择带有调顶信号的光信号中的一部分进行光信噪比检测，以提供多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号；
从多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号中选通要检测的待测光信号，将所选通的待测光信号的调制频率调整为该待测光信号的中心频率；
将调整调制频率后的待测光信号转换为电压信号；
对所述电压信号中的交流信号和直流信号分开放大后对应转换为两路数字信号，根据两路所述数字信号计算所述待测光信号的光信噪比，并将光信噪比计算结果上报至光传输管理系统。
本发明提供的光信噪比检测电路、装置及方法，通过光开关接入多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号，并从多路待测光信号选通要检测的待测光信号进行光信噪比检测，可调光滤波器将光开关选通的待测光信号的调制频率调整为该待测光信号的中心频率，光电转换模块将调整调制频率后的待测光信号转换为电压信号，调顶信号调理模块对所述电压信号中的交流信号和直流信号分开放大后对应转换为两路数字信号，并根据两路所述数字信号确定调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度，计算所述光信号的光信噪比，并由控制模块将光信噪比计算结果上报至光传输管理系统，从而可以准确地检测接入的每一路光信号的光信噪比，适用于40Gb/s和100Gb/s的高速光传输系统，解决了传统内插法无法实现高速光传输系统中光信噪比检测的问题。
附图说明
图1为本发明光信噪比检测电路较佳实施例的原理结构；
图2为本发明光信噪比检测电路中带有调顶信号的光信号的波形示意图；
图3为本发明光信噪比检测电路中带有调顶信号和ASE噪声的光信号的波形示意图；
图4为本发明光信噪比检测电路较佳实施例的电路结构示意图；
图5为本发明光信噪比检测装置较佳实施例的原理框图；
图6为本发明光信噪比检测方法较佳实施例的流程示意图。
本发明的目的、功能特点及优点的实现，将结合实施例，并参照附图作进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种光信噪比检测电路，应用于高速光传输系统。
参照图1至图3，本发明光信噪比检测电路较佳实施例的原理框图；图2为本发明光信噪比检测电路中带有调顶信号的光信号的波形示意图；图3为本发明光信噪比检测电路中带有调顶信号和ASE噪声的光信号的波形示意图。
本发明较佳实施例中，所述光信噪比检测电路包括光开关100、可调光滤波器200、光电转换模块300、调顶信号调理模块400和控制模块500；光开关100、可调光滤波器200、光电转换模块300和调顶信号调理模块400依次连接，且光开关100、可调光滤波器200、光电转换模块300和调顶信号调理均与控制模块500连接。
其中，光开关100用于接入多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号，并从多路待测光信号中选通要检测的待测光信号；可调光滤波器200用于将光开关100选通的待测光信号的调制频率调整为该待测光信号的中心频率；光电转换模块300用于将调整调制频率后的待测光信号转换为电压信号；调顶信号调理模块400用于对所述电压信号中的交流信号和直流信号分开放大后对应转换为两路数字信号，并根据两路所述数字信号确定调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度，计算所述待测光信号的光信噪比；控制模块500用于控制所述光开关100模块、可调光滤波器200、光电转换模块300和调顶信号调理模块400工作，并将光信噪比计算结果上报至光传输管理系统，控制模块500可以是高速光传输系统的CPU。
在高速光传输系统中，可以设置一个或多个站点来检测光信号的光信噪比，每个站点可以循环检测一路或多路光信号。在本实施例中，通过光开关100接入多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号，并从接入的多路待测光信号中选通要检测的一路待测光信号进行光信噪比检测，此光开关100可以接入4～8路待测光信号，光开关100每次选通一路待测光信号进行检测，例如光开关100接入5路待测光信号时，光开关100每次选通一路待测光信号进行检测，依次循环选通5路待测光信号。可调光滤波器200将光开关100选通的待测光信号的调制频率调整为该待测光信号的中心频率，光开关100选通的待测光信号会包括多个不同频率(即不同波长)的分波，每个分波都有其中心频率，可调光滤波器200循环扫描每个分波，每次找出一个分波的中心频率，然后将该分波的频率调整为其中心频率，使该分波的频率稳定。例如一待测路光信号包括80个分波，可调光滤波器200循环扫描80个分波，找出它们的中心频率；另外，这80个分波中不一定全部要进行检测，可调光滤波器200可根据需要选出要进行检测的分波，而将其余分波滤除。
光电转换模块300将调整调制频率后的待测光信号转换为电压信号，该电压信号包括带有调顶信号的交流信号、带有ASE噪声和调顶信号的直流信号。调顶信号调理模块400对所述电压信号中的交流信号和直流信号分开放大后对应转换为两路数字信号，并根据两路所述数字信号确定调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度，计算待测光信号的光信噪比，并由控制模块500将光信噪比计算结果上报至光传输管理系统，如此，循环计算各路待测信号的光信噪比，从而检测出高速光传输系统中光信号的光信噪比。
相对于现有技术，本发明的光信噪比检测电路能够准确地检测接入的每一路光信号的光信噪比，适用于40Gb/s和100Gb/s的高速光传输系统，解决了传统内插法无法实现高速光传输系统中光信噪比检测的问题。
如图1所示，调顶信号调理模块400包括电压跟随单元410、交流信号调理单元420、直流信号调理单元430和光信噪比计算单元440；电压跟随单元410的输入端与光电转换模块300的输出端连接，电压跟随单元410的输出端分别与交流信号调理单元420的输入端和直流信号调理单元430的输入端连接，交流信号调理单元420的输出端与光信噪比计算单元440的第一输入端连接，直流信号调理单元430的输出端与光信噪比计算单元440的第二输入端连接。
其中，电压跟随单元410用于提取所述光电转换模块300输出的电压信号；交流信号调理单元420用于对所述电压信号中的交流信号进行信号放大并将放大后的交流信号转换为第一数字信号；直流信号调理单元430用于对所述电压信号中的直流信号进行信号放大并将放大后的直流信号转换为第二数字信号；光信噪比计算单元440用于根据所述第一数字信号和第二数字信号利用FFT算法计算调顶信号的光功率交流幅值、加载调顶信号时光信号的光功率直流幅值和可调光滤波器200带宽内的噪声功率，以确定调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度，并根据所述调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度计算待测光信号的光信噪比。
光信噪比计算单元440可以是FPGA(Field-ProgrammableGateArray，可编程逻辑器件)和/或DSP(DigitalSignalProcessing，数字信号处理器)。
调顶信号调理模块400中通过电压跟随单元410提取光电转换模块300输出的电压信号，使得电压信号稳定地输出至交流信号调理单元420和直流信号调理单元430中，避免电压信号失真。交流信号调理单元420获取电压跟随单元410输出的电压信号中的交流信号，对该交流信号进行信号放大后，对放大后的交流信号进行模数转换，将该交流信号转换为第一数字信号，并将第一数字信号输出至光信噪比计算单元440；直流信号调理单元430获取电压跟随单元410输出的电压信号中的直流信号，对该直流信号进行信号放大后，对放大后的直流信号进行模数转换，经该直流信号转换为第二数字信号，并将第二数字信号输出至光信噪比计算单元440。
光信噪比计算单元440根据接收到的第一数字信号和第二数字信号，利用FFT算法计算调顶信号的光功率交流幅值、加载调顶信号时光信号的光功率直流幅值和可调光滤波器200带宽内的噪声功率，具体可以某段时间内交流信号、直流信号的信号幅度和ASE噪声信号幅值，从而计算出调顶信号的光功率交流幅值、加载调顶信号时光信号的光功率直流幅值和可调光滤波器200带宽内的噪声功率，具体FFT算法的计算原理为本领域公知常识，在此不作赘述。带有调顶信号的光信号(即光转发单元的光模块输出的光信号)如图2所示，带有调顶信号和ASE噪声的光信号如图3所示。图2和图3中，横轴t表示时间，纵轴P表示功率，逻辑“1”表示有调顶信号，逻辑“0”表示无调顶信号，T1表示调顶信号的周期，f1表示调顶信号的调制频率，Pt1表示调顶信号的光功率交流幅值，Ps1表示源端加载有调顶信号的光信号的光功率直流幅值，Pase表示可调光滤波器200带宽内的噪声功率。
光信噪比计算单元440根据计算得到的调顶信号的光功率交流幅值Pt1、加载调顶信号时光信号的光功率直流幅值和可调光滤波器200带宽内的噪声功率Pase，确定调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度，并根据所述调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度计算待测光信号的光信噪比，具体计算过程如下：
调顶信号的调制深度m1＝Pt1/Ps1，其中，Pt1为源端调顶信号的光功率交流幅值，Ps1为源端加载有调顶信号的光信号的光功率直流幅值，如图2所示。
通常，高速光传输系统中光转发单元的光模块加载的调顶信号中标记标签信息，以得到源端(即光转发单元的光模块)调顶信号的调制深度m1，光信噪比计算单元440预先配置与标签信息对应的编码方式，例如，如图2和图3所示，有调顶信号的标签信息为比特信号“1”，无调顶信号的标签信息为比特信号“0”，且根据实际情况跟设定编码的格式。
调顶信号的调制深度m2＝Pt2/(Ps2+Pase)，其中，Pt2为光开关100接入的调顶信号的光功率交流幅值，Ps2为光开关100接入的加载有调顶信号的光信号的光功率直流幅值，Pase为可调光滤波器200带宽内的噪声功率，如图3所示。
从而可以计算出光信噪比OSNRt＝Ps2/Pase＝m1/(m1-m2)，然后通过可调光滤波器200根据其带宽特性，将上述计算出的校准为符合标准的光信噪比，即0.1nm带宽内的光信噪比。
具体地，如图1所示，所述交流信号调理单元420包括第一放大子单元421、第一电压跟随子单元422和第一ADC采样子单元423；第一放大子单元421的输入端与电压跟随单元410的输出端连接，第一放大子单元421的输出端与所述第一电压跟随子单元422的输入端连接，第一电压跟随子单元422的输出端与第一ADC采样子单元423的输入端连接，第一ADC采样子单元423的输出端与光信噪比计算单元440的第一输入端连接。
第一放大子单元421用于将所述电压跟随单元410提取到的电压信号中的交流信号进行信号放大；第一电压跟随子单元422用于提取经所述第一放大子单元421放大后的交流信号；第一ADC采样子单元423用于将所述第一电压跟随子单元422提取到的交流信号转换为第一数字信号，并将所述第一数字信号输出至所述光信噪比计算单元440。
如图1所示，所述直流信号调理单元430包括第二放大子单元431、第二电压跟随子单元432和第二ADC采样子单元433，第二放大子单元431的输入端与电压跟随单元410的输出端连接，第二放大子单元431的输出端与所述第二电压跟随子单元432的输入端连接，第二电压跟随子单元432的输出端与第二ADC采样子单元433的输入端连接，第二ADC采样子单元433的输出端与光信噪比计算单元440的第二输入端连接。
第二放大子单元431用于将所述电压跟随单元提取到的电压信号中的直流信号进行信号放大；第二电压跟随子单元432用于提取经所述第二放大子单元431放大后的直流信号；第二ADC采样子单元433用于将所述第二电压跟随子单元432提取到的直流信号转换为第二数字信号，并将所述第二数字信号输出至所述光信噪比计算单元440。
为了达到检测调制深度的准确性，电压信号中的交流信号和直流信号都需要被ADC采样子单元检测到，因此，本发明的光信噪比检测电路通过两个ADC采样子单元(即第二ADC采样子单元433和第二ADC采样子单元433)同时对交流信号和直流信号进行采样，保证了交流信号和直流信号的同步检测。
再参照图4，图4为本发明光信噪比检测电路较佳实施例的电路结构示意图。
如图4所示，光电转换模块300包括光探测器PD和采样电阻RS；所述光探测器PD的负端与一线性电源VCC连接，所述光探测器PD的正端经由所述采样电阻RS接地，所述光探测器PD和所述采样电阻RS的公共端作为光电转换模块300的输出端，所述光探测器PD和所述采样电阻RS的公共端与所述调顶信号调理模块400的输入端连接，以将所述电压信号输出至所述调顶信号调理模块400。
光电转换模块300中的光探测器PD接入的反偏电压采样线性电源，而不采用开关电源，避免了用开关电源给光探测器PD的输出造成干扰。为了避免光探测器PD外部的干扰信号，如图4所示，可在光探测器PD的外围设置屏蔽外壳301，并使该屏蔽外壳301接地，即该接地的屏蔽外壳301将光探测器PD包在内部。为确保采样电阻RS的电流采样精度，采用高精度的电阻，如精度为0.1％的电阻。
调顶信号调理模块400中，电压跟随单元410包括第一电压跟随器U1；所述第一电压跟随器U1的同相输入端作为电压跟随单元410的输入端，也作为调顶信号调理模块400的输入端，所述第一电压跟随器U1的同相输入端与所述光电转换模块300的输出端连接，图4中，所述第一电压跟随器U1的同相输入端与所述光探测器PD和所述采样电阻RS的公共端连接，所述第一电压跟随器U1的反相输入端与所述第一电压跟随器U1的输出端连接，所述第一电压跟随器U1的输出端分别与所述交流信号调理单元420和直流信号调理单元430的输入端连接。
第一放大子单元421包括第一放大器U2、第二放大器U3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4。
所述第一放大器U2的同相输入端经由第一电容C1与所述电压跟随单元的输出端连接，图4中，第一放大器U2的同相输入端经由第一电容C1与第一电压跟随器U1的输出端连接，所述第一放大器U2的输出端与所述第二放大器U3的同相输入端连接，且依次经由所述第一电阻R1、第二电阻R2、第二电容C2接地，所述第一放大器U2的反相输入端与所述第一电阻R1和第二电阻R2的公共端连接。
所述第二放大器U3的输出端与所述第一电压跟随子单元422的输入端连接，且依次经由所述第三电阻R3、第四电阻R4、第三电容C3接地，所述第二放大器U3的反相输入端与所述第三电阻R3和第四电阻R4的公共端连接。
所述第一电压跟随子单元422包括第二电压跟随器U4；所述第二电压跟随器U4的同相输入端与所述第一放大子单元421的输出端连接，所述第二电压跟随器U4的反相输入端与所述第二电压跟随器U4的输出端连接，所述第二电压跟随器U4的输出端与所述第一ADC采样子单元423的输入端连接。
第一ADC采样子单元423包括第三放大器U5、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第一模数转换器4231；所述第三放大器U5的同相输入端经由所述第五电阻R5与所述第一电压跟随子单元422的输出端连接，图4中，所述第三放大器U5的同相输入端经由所述第五电阻R5与第二放大器U3的输出端连接，所述第三放大器U5的反相输入端经由所述第六电阻R6连接至第一基准电源Vfix1，所述第三放大器U5的第一差分输出端与所述第一模数转换器4231的第一采样端连接，所述第三放大器U5的第二差分输出端与所述第一模数转换器4231的第二采样端连接；所述第七电阻R7连接于所述第三放大器U5的第一差分输出端与所述第三放大器U5的同相输入端之间，所述第八电阻R8连接于所述第三放大器U5的第二差分输出端与所述第三放大器U5的反相输入端之间；所述第一模数转换器4231的输出端与所述光信噪比计算单元440的第一输入端连接。
所述第二放大子单元431包括第四放大器U6、第五放大器U7、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12。
所述第四放大器U6的同相输入端与所述电压跟随单元的输出端连接，所述第四放大器U6的输出端与所述第五放大器U7的同相输入端连接，且依次经由所述第九电阻R9、第十电阻R10接地，所述第四放大器U6的反相输入端与所述第九电阻R9和第十电阻R10的公共端连接。
所述第五放大器U7的输出端与所述第二电压跟随子单元432的输入端连接，且依次经由所述第十一电阻R11、第十二电阻R12接地，所述第五放大器U7的反相输入端与所述第十一电阻R11和第十二电阻R12的公共端连接。
所述第二电压跟随子单元432包括第三电压跟随器U8；所述第三电压跟随器U8的同相输入端与所述第二放大子单元431的输出端连接，所述第三电压跟随器U8的反相输入端与所述第三电压跟随器U8的输出端连接，所述第三电压跟随器U8的输出端与所述第二ADC采样子单元433的输入端连接。
第二ADC采样子单元433包括第六放大器U9、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16和第二模数转换器4331；所述第六放大器U9的同相输入端经由所述第十三电阻R13与所述第二电压跟随子单元432的输出端连接，所述第六放大器U9的反相输入端经由所述第十四电阻R14连接至第二基准电源Vfix2(在本实施例中，第二基准电源Vfix2和第一基准电源Vfix1提供的基准电压相同)，所述第六放大器U9的第一差分输出端与所述第二模数转换器4331的第一采样端连接，所述第六放大器U9的第二差分输出端与所述第二模数转换器4331的第二采样端连接；所述第十五电阻R15连接于所述第六放大器U9的第一差分输出端与所述第六放大器U9的同相输入端之间，所述第十六电阻R16连接于所述第六放大器U9的第二差分输出端与所述第六放大器U9的反相输入端之间；所述第二模数转换器4331的输出端与所述光信噪比计算单元440的第二输入端连接。
如图4所示，本发明光信噪比检测电路的工作原理具体描述如下：
光开关100选通的待测光信号进入到可调光滤波器200中，可调光滤波器200将光开关100选通的待测光信号的调制频率调整为该待测光信号的中心频率，并对该待测光信号进行滤波，根据需要选出该待测光信号要进行检测的分波，而将其余分波滤除。
光探测器PD对可调光滤波器200输出的待测光信号进行探测，当光探测器PD探测到有待测光信号，接收该待测光信号，并将该待测光信号转换为相应的电流信号，该电流信号在采样电阻RS上形成电压信号，该电压信号输出至第一电压跟随器U1的同相输入端，此时，第一电压跟随器U1的输出端输出完整的无失真的电压信号。
由于第一电容C1的隔直通交作用，电压信号中的交流信号经过第一电容C1输入到第一放大器U2的同相输入端，第一放大器U2和第二放大器U3对输入的交流信号进行信号放大，如图4所示，第一放大子单元421的放大倍数为：G＝((R1+R2)/R2)*((R3+R4)/R4)，其中，R1为第一电阻R1的阻值，R2为第二电阻R2的阻值，R3为第三电阻R3的阻值，R4为第四电阻R4的阻值，由上述公式可知，通过调节第一电阻R1、第三电阻R3的阻值可适应设置第一放大子单元421的放大倍数，从而可灵活调整第一放大子单元421的放大倍数。
经第一放大器U2和第二放大器U3放大后的交流信号输入到第二电压跟随器U4的同相输入端，第二电压跟随器U4提取经放大后的交流信号，即将经放大后的交流信号复制到第三放大器U5的同相输入端，第三放大器U5根据第一基准电源Vfix1提供的基准电压和第三放大器U5的同相输入端输入的交流信号，输出第一差分信号输出至第一模数转换器4231，第一模数转换器4231对该第一差分信号进行模数转换处理后将该第一差分信号转换为第一数字信号，从而将模拟信号转换为光信噪比进行单元所能识别的数字信号，第一模数转换器4231将输出的第一数字信号输出至光信噪比进行单元。
同时，电压信号中的直流信号输入到第四放大器U6的同相输入端，第四放大器U6和第五放大器U7对输入的直流信号进行信号放大，如图4所示，第二放大子单元431的放大倍数为：G＝((R9+R10)/R10)*((R11+R12)/R12)，其中，R9为第九电阻R9的阻值，R10为第十电阻R10的阻值，R11为第十一电阻R11的阻值，R12为第十二电阻R12的阻值，由上述公式可知，通过调节第九电阻R9、第十一电阻R11的阻值可适应设置第二放大子单元431的放大倍数，从而可灵活调整第二放大子单元431的放大倍数。
经第四放大器U6和第五放大器U7放大后的直流信号输入到第三电压跟随器U8的同相输入端，第三电压跟随器U8提取经放大后的直流信号，即将经放大后的直流信号复制到第六放大器U9的同相输入端，第六放大器U9根据第二基准电源Vfix2提供的基准电压和第六放大器U9的同相输入端输入的直流信号，输出第二差分信号输出至第二模数转换器4331，第二模数转换器4331对该第二差分信号进行模数转换处理后将该第二差分信号转换为第二数字信号，从而将模拟信号转换为光信噪比进行单元所能识别的数字信号，第二模数转换器4331将输出的第二数字信号输出至光信噪比进行单元。
光信噪比计算单元440根据接收到的第一数字信号和第二数字信号，利用FFT算法计算调顶信号的光功率交流幅值Pt1、加载调顶信号时光信号的光功率直流幅值和可调光滤波器200带宽内的噪声功率Pase，并根据计算得到的调顶信号的光功率交流幅值Pt1、加载调顶信号时光信号的光功率直流幅值和可调光滤波器200带宽内的噪声功率Pase，确定调顶信号的调制深度m1和ASE噪声的调制深度m2，然后根据所述调顶信号的调制深度m1和ASE噪声的调制深度m2计算出待测光信号的光信噪比OSNRt，具体计算过程参照上述描述，此处不再赘述。
本发明还提供一种光信噪比检测装置，应用于高速光传输系统。
结合参照图1至图5，其中图5为本发明光信噪比检测装置较佳实施例的原理框图。
如图5所示，光信噪比检测装置包括光转发单元101、若干光放大单元102和光信噪比检测电路103。所述光转发单元101在其光模块中将调顶信号调制到主光信号上，并输出带有调顶信号的光信号，各个光放大单元102接收光转发单元101输出的光信号，并选择接收到的光信号中的一部分发送给光信噪比检测电路103进行光信噪比检测，以提供多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号。
光转发单元101在其光模块中将调顶信号调制到主光信号上，在主光信号上调制的调顶信号带有标签，标记着调顶信号的调制深度m1，从而光信噪比检测电路103中的调顶信号调理模块在接收到待测光信号时，可识别出调顶信号的调制深度m1。
在高速光传输系统中可设置多个检测站点来检测光信号的光信噪比，通常每一检测站点需要一个光信噪比检测电路103进行检测。根据实际需要，可在每一站点上设置多个光放大单元102，各个光放大单元102将接收到的带有调制信号的光信号均发送给光信噪比检测电路103进行检测，从而光信噪比检测电路103的光开关可以接入多路待测光信号，并从中循环选通一路待测光信号进行检测，由于光放大单元102在发送待测光信号过程中，有ASE噪声干扰，从而光开关接收到的待测光信号中含有调顶信号和ASE噪声。
光信噪比检测电路103根据光开关接入的含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号，计算出待测光信号的光信噪比，并将计算所得的光信噪比上报至光传输管理系统。光信噪比检测装置中，光信噪比检测电路103的结构、具体检测光信噪比的过程以及所带来的有益效果均参照上述实施例，此处不再赘述。
本发明还提供一种光信噪比检测方法，该光信噪比检测方法应用于上述光信噪比检测装置。
参照图6，图6为本发明光信噪比检测方法较佳实施例的流程示意图。
如图6所示，所述光信噪比检测方法包括以下步骤：
步骤S10：在主光信号上调制调顶信号，输出带有调顶信号的光信号；
步骤S20：选择带有调顶信号的光信号中的一部分进行光信噪比检测，以提供多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号；
步骤S30：从多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号中选通要检测的待测光信号，将所选通的待测光信号的调制频率调整为该待测光信号的中心频率；
步骤S40：将调整调制频率后的待测光信号转换为电压信号；
步骤S50：对所述电压信号中的交流信号和直流信号分开放大后对应转换为两路数字信号，根据两路所述数字信号计算所述待测光信号的光信噪比，并将光信噪比计算结果上报至光传输管理系统。
光信噪比检测装置中，光转发单元在其光模块中将调顶信号调制到主光信号上，在主光信号上调制的调顶信号带有标签，标记着调顶信号的调制深度，从而光信噪比检测电路中的调顶信号调理模块在接收到待测光信号时，可识别出调顶信号的调制深度。
在高速光传输系统中可设置多个检测站点来检测光信号的光信噪比，通常每一检测站点需要一个光信噪比检测电路进行检测。根据实际需要，可在每一站点上设置多个光放大单元，各个光放大单元将接收到的带有调制信号的光信号均发送给光信噪比检测电路进行检测，从而光信噪比检测电路的光开关可以接入多路待测光信号，并从中循环选通一路待测光信号进行检测，由于光放大单元在发送待测光信号过程中，有ASE噪声干扰，从而光开关接收到的待测光信号中含有调顶信号和ASE噪声。
光信噪比检测电路中，通过光开关接入多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号，并从接入的多路待测光信号中选通要检测的待测光信号进行光信噪比检测，此光开关可以接入4～8路待测光信号，光开关每次选通一路待测光信号进行检测，例如光开关接入5路待测光信号时，光开关每次选通一路待测光信号进行检测，依次循环选通5路待测光信号。可调光滤波器将光开关选通的待测光信号的调制频率调整为该待测光信号的中心频率，光开关选通的待测光信号会包括多个不同频率(即不同波长)的分波，每个分波都有其中心频率，可调光滤波器循环扫描每个分波，每次找出一个分波的中心频率，然后将该分波的频率调整为其中心频率，使该分波的频率稳定。例如一待测路光信号包括80个分波，可调光滤波器循环扫描80个分波，找出它们的中心频率；另外，这80个分波中不一定全部要进行检测，可调光滤波器可根据需要选出要进行检测的分波，而将其余分波滤除。
光电转换模块将调整调制频率后的待测光信号转换为电压信号，该电压信号包括带有调顶信号的交流信号、带有ASE噪声和调顶信号的直流信号。调顶信号调理模块对所述电压信号中的交流信号和直流信号分开放大后对应转换为两路数字信号，并根据两路所述数字信号确定调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度，计算待测光信号的光信噪比，并由控制模块将光信噪比计算结果上报至光传输管理系统，如此，循环计算各路待测信号的光信噪比，从而检测出高速光传输系统中光信号的光信噪比。
相对于现有技术，本发明的光信噪比检测方法能够准确地检测接入的每一路光信号的光信噪比，适用于40Gb/s和100Gb/s的高速光传输系统，解决了传统内插法无法实现高速光传输系统中光信噪比检测的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光信噪比检测电路，其特征在于，所述光信噪比检测电路包括：
光开关，用于接入多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号，并从多路待测光信号中选通要检测的待测光信号；
可调光滤波器，用于将光开关选通的待测光信号的调制频率调整为该待测光信号的中心频率；
光电转换模块，用于将调整调制频率后的待测光信号转换为电压信号；
调顶信号调理模块，用于对所述电压信号中的交流信号和直流信号分开放大后对应转换为两路数字信号，并根据两路所述数字信号确定调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度，计算所述待测光信号的光信噪比；
控制模块，用于控制所述光开关模块、可调光滤波器、光电转换模块和调顶信号调理模块工作，并将光信噪比计算结果上报至光传输管理系统。
2.如权利要求1所述的光信噪比检测电路，其特征在于，所述光电转换模块包括光探测器和采样电阻；所述光探测器的负端与一线性电源连接，所述光探测器的正端经由所述采样电阻接地，所述光探测器和所述采样电阻的公共端与所述调顶信号调理模块的输入端连接，以将所述电压信号输出至所述调顶信号调理模块。
3.如权利要求1所述的光信噪比检测电路，其特征在于，所述调顶信号调理模块包括：
电压跟随单元，用于提取所述光电转换模块输出的电压信号；
交流信号调理单元，用于对所述电压信号中的交流信号进行信号放大并将放大后的交流信号转换为第一数字信号；
直流信号调理单元，用于对所述电压信号中的直流信号进行信号放大并将放大后的直流信号转换为第二数字信号；
光信噪比计算单元，用于根据所述第一数字信号和第二数字信号利用FFT算法计算调顶信号的光功率交流幅值、加载调顶信号时光信号的光功率直流幅值和可调光滤波器带宽内的噪声功率，以确定调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度，并根据所述调顶信号的调制深度和ASE噪声的调制深度计算待测光信号的光信噪比。
4.如权利要求3所述的光信噪比检测电路，其特征在于，所述电压跟随单元包括第一电压跟随器；所述第一电压跟随器的同相输入端与所述光电转换模块的输出端连接，所述第一电压跟随器的反相输入端与所述第一电压跟随器的输出端连接，所述第一电压跟随器的输出端分别与所述交流信号调理单元和直流信号调理单元的输入端连接。
5.如权利要求3所述的光信噪比检测电路，其特征在于，所述交流信号调理单元包括：
第一放大子单元，用于将所述电压跟随单元提取到的电压信号中的交流信号进行信号放大；
第一电压跟随子单元，用于提取经所述第一放大子单元放大后的交流信号；
第一ADC采样子单元，用于将所述第一电压跟随子单元提取到的交流信号转换为第一数字信号，并将所述第一数字信号输出至所述光信噪比计算单元。
6.如权利要求5所述的光信噪比检测电路，其特征在于，所述第一放大子单元包括第一放大器、第二放大器、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；
所述第一放大器的同相输入端经由第一电容与所述电压跟随单元的输出端连接，所述第一放大器的输出端与所述第二放大器的同相输入端连接，且依次经由所述第一电阻、第二电阻、第二电容接地，所述第一放大器的反相输入端与所述第一电阻和第二电阻的公共端连接；
所述第二放大器的输出端与所述第一电压跟随子单元的输入端连接，且依次经由所述第三电阻、第四电阻、第三电容接地，所述第二放大器的反相输入端与所述第三电阻和第四电阻的公共端连接；
所述第一电压跟随子单元包括第二电压跟随器；所述第二电压跟随器的同相输入端与所述第一放大子单元的输出端连接，所述第二电压跟随器的反相输入端与所述第二电压跟随器的输出端连接，所述第二电压跟随器的输出端与所述第一ADC采样子单元的输入端连接；
第一ADC采样子单元包括第三放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第一模数转换器；所述第三放大器的同相输入端经由所述第五电阻与所述第一电压跟随子单元的输出端连接，所述第三放大器的反相输入端经由所述第六电阻连接至第一基准电源，所述第三放大器的第一差分输出端与所述第一模数转换器的第一采样端连接，所述第三放大器的第二差分输出端与所述第一模数转换器的第二采样端连接；所述第七电阻连接于所述第三放大器的第一差分输出端与所述第三放大器的同相输入端之间，所述第八电阻连接于所述第三放大器的第二差分输出端与所述第三放大器的反相输入端之间；所述第一模数转换器的输出端与所述光信噪比计算单元的第一输入端连接。
7.如权利要求3所述的光信噪比检测电路，其特征在于，所述直流信号调理单元包括：
第二放大子单元，用于将所述电压跟随单元提取到的电压信号中的直流信号进行信号放大；
第二电压跟随子单元，用于提取经所述第二放大子单元放大后的直流信号；
第二ADC采样子单元，用于将所述第二电压跟随子单元提取到的直流信号转换为第二数字信号，并将所述第二数字信号输出至所述光信噪比计算单元。
8.如权利要求7所述的光信噪比检测电路，其特征在于，所述第二放大子单元包括第四放大器、第五放大器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻；
所述第四放大器的同相输入端与所述电压跟随单元的输出端连接，所述第四放大器的输出端与所述第五放大器的同相输入端连接，且依次经由所述第九电阻、第十电阻接地，所述第四放大器的反相输入端与所述第九电阻和第十电阻的公共端连接；
所述第五放大器的输出端与所述第二电压跟随子单元的输入端连接，且依次经由所述第十一电阻、第十二电阻接地，所述第五放大器的反相输入端与所述第十一电阻和第十二电阻的公共端连接；
所述第二电压跟随子单元包括第三电压跟随器；所述第三电压跟随器的同相输入端与所述第二放大子单元的输出端连接，所述第三电压跟随器的反相输入端与所述第三电压跟随器的输出端连接，所述第三电压跟随器的输出端与所述第二ADC采样子单元的输入端连接；
第二ADC采样子单元包括第六放大器、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻和第二模数转换器；所述第六放大器的同相输入端经由所述第十三电阻与所述第二电压跟随子单元的输出端连接，所述第六放大器的反相输入端经由所述第十四电阻连接至第二基准电源，所述第六放大器的第一差分输出端与所述第二模数转换器的第一采样端连接，所述第六放大器的第二差分输出端与所述第二模数转换器的第二采样端连接；所述第十五电阻连接于所述第六放大器的第一差分输出端与所述第六放大器的同相输入端之间，所述第十六电阻连接于所述第六放大器的第二差分输出端与所述第六放大器的反相输入端之间；所述第二模数转换器的输出端与所述光信噪比计算单元的第二输入端连接。
9.一种光信噪比检测装置，包括光转发单元和若干光放大单元，其特征在于，所述光信噪比检测装置还包括权利要求1至8中任意一项所述的光信噪比检测电路；所述光转发单元在其光模块中将调顶信号调制到主光信号上，并输出带有调顶信号的光信号，各个光放大单元接收光转发单元输出的光信号，并选择接收到的光信号中的一部分发送给光信噪比检测电路进行光信噪比检测，以提供多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号。
10.一种应用于权利要求9所述的光信噪比检测装置的光信噪比检测方法，其特征在于，所述光信噪比检测方法包括以下步骤：
在主光信号上调制调顶信号，输出带有调顶信号的光信号；
选择带有调顶信号的光信号中的一部分进行光信噪比检测，以提供多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号；
从多路含有调顶信号和ASE噪声的待测光信号中选通要检测的待测光信号，将所选通的待测光信号的调制频率调整为该待测光信号的中心频率；
将调整调制频率后的待测光信号转换为电压信号；
对所述电压信号中的交流信号和直流信号分开放大后对应转换为两路数字信号，根据两路所述数字信号计算所述待测光信号的光信噪比，并将光信噪比计算结果上报至光传输管理系统。
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