CN105933056B - 基于高分辨率可调谐光滤波器的色散测量方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤通信领域的一种基于高分辨率可调谐光滤波器的色散测量方法与系统。系统包括基于受激布里渊散射或相干探测的高分辨率可调谐光滤波器，相位差测量模块，数字信号处理器(DSP)模块。待测光信号经过高分辨率可调谐光滤波器后提取两个不同频率的信号光谱线，由相位差测量模块测量这两个不同频率光谱线的相位差，在DSP中根据这两个光谱线的相位差以及频率差计算信号所受色散大小。本发明能在不依赖于高速光探测器的条件下实现各种速率和调制格式的光信号的色散测量。

Description

基于高分辨率可调谐光滤波器的色散测量方法及系统
技术领域
本发明涉及光纤通信，光谱分析和数字信号处理技术领域，特别涉及光信号的色散测量方法及系统。
背景技术
近年来为了满足不断增长的带宽需求，光纤通信网络发展迅速。单信道40Gb/s的WDM系统已经实现商用，而100Gb/s及以上WDM系统的部署也势在必行。传输速率的提升使得光纤色散损伤取代光纤功率损耗成为限制光纤通信系统传输距离和速度的主要因素。因此对信号进行色散进行测量可以提供关键的信号质量参数。
目前提出的色散测量方案主要有三大类。一大类是基于光信号的电域分析；第二大类基于插入探测信号的分析；第三大类是全光检测法。第一大类以电信号的处理为主，需要采用高速光探测器将光信号转换为电信号，系统复杂且成本高，对于高速信号存在电子器件速率瓶颈限制的问题。第二大类是通过在光信号中插入用于色散测量的导频信号。这类方案需要对发射机进行重新设计，并且要增加探测信号，探测信号本身也要占用带宽，因此不可避免的会对传输信号产生影响。第三大类在光域对光信号本身进行分析，因此称为全光监测技术，通过信号光谱的监测实现色散的监测，它通过如交叉相位调制、自相位调制等非线性效应将色散对信号峰值功率的影响映射到输出信号光谱上，只需要监测输出信号光谱的变化就能获取系统相应色散信息。这种方法的色散监测范围有限，且系统性能不够稳定，集成度不高。
目前普通的基于体光栅的高分辨率可调谐光滤波器频率分辨率能够达到2.5GHz左右，随着光谱分析技术的进步现在基于受激布里渊散射(SBS)和基于相干探测的高分辨率可调谐光滤波器分辨率能够达到10MHz左右。因此高分辨率可调谐光滤波器能够提供信号光谱的更多细节，在高精度光谱测量方面具有重要的应用价值。如果能够在光谱测量的功能的基础上增加色散测量功能对于提高相关设备的工作效率、集成度和性价比具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种适用于各种速率和调制格式光信号，并且可以在较大范围内准确测量色散的方法与系统。
为解决上述技术问题，本发明提出一种基于高分辨率可调谐光滤波器的色散测量方法，涉及高分辨率可调谐光滤波器，相位差测量模块以及DSP模块，所述高分辨率可调谐光滤波器为基于受激布里渊散射或相干探测的高分辨率可调谐光滤波器，包括以下步骤：
待测光信号首先输入所述高分辨率可调谐光滤波器，所述高分辨率可调谐光滤波器从待测光信号中提取出两个不同频率的信号光谱线，并将其输入所述相位差测量模块；
所述相位差测量模块对两个不同频率的信号光谱线的相位差进行测量，并将结果输入DSP模块；
所述DSP模块，根据两个不同频率的信号光谱线的相位差以及频率差计算光信号所受色散大小。
所述相位差测量模块包括低速光探测器，所述低速光探测器对输入光信号进行探测得到拍频电流，拍频电流如公式(1)所示
其中m、n表示两根光谱线，Δv分别表示两个不同频率的光谱线的相位差和频率差，C为常数；根据低速探测器输出的拍频电流和公式(1)求出两个不同频率的光谱线相位差
所述相位差测量模块包括高速的相干光探测器，所述相干光探测器探测测量两个不同频率光谱线的同相和正交(IQ)分量，进而计算两个不同频率的光谱线相位差，计算公式如下：
其中Qm,n和Im,n是相干探测获得的两个不同频率光谱线的同相和正交IQ分量。
所述DSP模块利用公式(5)计算光信号的色散值
其中ω1、ω2分别表示两条光谱线的角频率，c表示光速，λ表示信号光中心波长。
本发明同时提供一种基于高分辨率可调谐光滤波器的色散测量方法的系统，包括高分辨率可调谐光滤波器，相位差测量模块，DSP模块，所述可调谐光滤波器为基于受激布里渊散射或相干探测的高分辨率可调谐光滤波器；
所述高分辨率可调谐光滤波器，用于提取两个不同频率的信号光谱线；
所述相位差测量模块，用于测量两个不同频率信号光谱线的相位差；
所述DSP模块，用于计算光信号所受色散大小；
优选的，所述相位差测量模块包括低速光探测器，所述低速光探测器对输入光信号进行探测得到拍频电流。
同样优选的，所述相位差测量模块包括高速的相干光探测器，所述相干光探测器探测测量两个不同频率光谱线的同相和正交分量，进而计算两个不同频率的光谱线相位差。
优选的，所述高分辨率可调谐光滤波器可以采用高分辨率光谱仪中集成的基于受激布里渊散射或相干探测的高分辨率可调谐光滤波器，以增强原有设备的功能。
本发明适用于多种速率和调制格式的光信号，不依赖于高速光探测器件，色散测量范围大，精度高，并可以与高分辨率光谱仪相结合，增强其功能和性价比。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。
图1为本发明具体实施的色散测量系统结构示意图。
图2：(a)为三种不同占空比的10GBaud OOK信号色散监测结果图；(b)为三种不同占空比的40GBaud QPSK信号色散监测结果图。
图3：(a)为三种不同占空比的10GBaud OOK信号色散监测结果误差分布图；(b)为三种不同占空比的40GBaud QPSK信号色散监测结果误差分布图。
具体实施方式
如图1所示的光信号色散测量系统包括：高分辨率可调谐光滤波器1，相位差测量模块2，以及DSP模块3，高分辨率可调谐光滤波器为基于受激布里渊散射或相干探测的高分辨率可调谐光滤波器。
高分辨率可调谐光滤波器，用于提取两个不同频率的信号光谱线；
相位差测量模块，用于测量两个不同频率信号光谱线的相位差；
DSP模块，用于计算光信号所受色散大小；
作为一种优选方案，相位差测量模块包括低速光探测器，低速光探测器对输入光信号进行探测得到拍频电流。
作为另一种优选方案，相位差测量模块包括高速的相干光探测器，相干光探测器探测测量两个不同频率光谱线的同相和正交分量，进而计算两个不同频率的光谱线相位差。
本发明具体实施的调制格式自适应光信号速率识别方法具体包括如下步骤：
1)待识别光信号经过高分辨率可调谐光滤波器1提取出两个不同频率的信号光谱线，并输入相位差测量模块2。
2)在相位差测量模块2中通过低速光探测器对输入光信号进行探测得到拍频电流，拍频电流如公式(1)所示
其中m、n表示两根光谱线，Δv分别表示两个不同频率的光谱线的相位差和频率差，根据低速探测器输出的拍频电流和公式(1)求出两个不同频率的光谱线相位差输入DSP模块3。
或者，在相位差测量模块2中将低速光探测器替换为高速的相干光探测器，通过相干探测测量两个不同频率光谱线的同相和正交(IQ)分量，进而计算两个不同频率的光谱线相位差，计算公式如下：
其中Qm,n和Im,n是相干探测获得的两个不同频率光谱线的同相和正交(IQ)分量。
3)DSP模块3利用公式(5)计算光信号的色散值
其中ω1、ω2分别表示两条光谱线的角频率，c表示光速，λ表示信号光中心波长。
图2为三种不同占空比的10GBaud OOK信号以及三种不同占空比的40GBaud QPSK信号的色散测量结果图，实际色散值范围为0-4000ps/nm，都能够准确测量。
图3为三种不同占空比的10GBaud OOK信号以及三种不同占空比的40GBaud QPSK信号的色散测量结果误差分布图，实际色散值范围为0-4000ps/nm，随着实际色散值的增大，六种信号的误差都不同程度地增大，但最大误差不超过40ps/nm，能够准确测量。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施示例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于高分辨率可调谐光滤波器的色散测量方法，其特征在于，涉及可调谐光滤波器，相位差测量模块以及DSP模块，所述可调谐光滤波器为基于受激布里渊散射或相干探测的高分辨率可调谐光滤波器，包括以下步骤：
待测光信号首先输入所述高分辨率可调谐光滤波器，所述高分辨率可调谐光滤波器从待测光信号中提取出两个不同频率的信号光谱线，并将其输入所述相位差测量模块；
所述相位差测量模块对两个不同频率的信号光谱线的相位差进行测量，并将结果输入DSP模块；
所述DSP模块，根据两个不同频率的信号光谱线的相位差以及频率差计算光信号所受色散大小。
2.根据权利要求1所述的基于高分辨率可调谐光滤波器的色散测量方法，其特征在于，所述相位差测量模块包括低速光探测器，所述低速光探测器对输入光信号进行探测得到拍频电流，拍频电流如公式(1)所示
其中m、n表示两根光谱线，Δv分别表示两个不同频率的光谱线的相位差和频率差，C为常数；根据所述低速光探测器输出的拍频电流和公式(1)求出两个不同频率的光谱线相位差
3.根据权利要求1所述的基于高分辨率可调谐光滤波器的色散测量方法，其特征在于，所述相位差测量模块包括高速的相干光探测器，所述相干光探测器探测测量两个不同频率光谱线的同相和正交IQ分量，进而计算两个不同频率的光谱线相位差，计算公式如下：
其中Qm,n和Im,n是相干探测获得的两个不同频率光谱线的同相和正交IQ分量。
4.根据权利要求1至3之一所述的基于高分辨率可调谐光滤波器的色散测量方法，其特征在于，
所述DSP模块利用公式(5)计算光信号的色散值
其中ω1、ω2分别表示两条光谱线的角频率，c表示光速，λ表示信号光中心波长，表示两个不同频率的光谱线的相位差，m、n表示两根光谱线。
5.一种采用权利要求1所述的基于高分辨率可调谐光滤波器的色散测量方法的系统，其特征在于包括可调谐光滤波器，相位差测量模块，DSP模块，所述可调谐光滤波器为基于受激布里渊散射或相干探测的高分辨率可调谐光滤波器；
所述可调谐光滤波器，用于提取两个不同频率的信号光谱线；
所述相位差测量模块，用于测量两个不同频率信号光谱线的相位差；
所述DSP模块，用于计算光信号所受色散大小。
6.根据权利要求5所述的基于高分辨率可调谐光滤波器的色散测量方法的系统，其特征在于，所述相位差测量模块包括低速光探测器，所述低速光探测器对输入光信号进行探测得到拍频电流。
7.根据权利要求5所述的基于高分辨率可调谐光滤波器的色散测量方法的系统，其特征在于，所述相位差测量模块包括高速的相干光探测器，所述相干光探测器探测测量两个不同频率光谱线的同相和正交分量，进而计算两个不同频率的光谱线相位差。
8.根据权利要求5至7之一所述的基于高分辨率可调谐光滤波器的色散测量方法的系统，其特征在于，所述可调谐光滤波器可以采用高分辨率光谱仪中集成的基于受激布里渊散射或相干探测的可调谐光滤波器。
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