CN106533551B - 一种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，通过测量一定带宽内宽光谱信号的实际功率，以及采用光谱分析仪测量该宽光谱信号在该带宽内的采样点的功率之和，获取光谱分析仪的校正分辨率；并用校正分辨率代替光谱分析仪的设置分辨率，获取光信噪比，提高其测量精度；本发明提供的这种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法能有效地解决光谱分析仪的设置分辨率与实际分辨率不同导致光信噪比测量误差较大的问题；本发明提供的方法适用于所有光谱分析仪分辨率的校正，也适用于所有基于光谱分析的光信噪比测量方法精度的提高，具有操作及处理方法简单，且易于实施的优点。

Description

一种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法
技术领域
本发明属于光性能监测技术领域，更具体地，涉及一种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法。
背景技术
光信噪比(OSNR，Optical Signal to Noise Ratio)是指信道内的信号功率与特定带宽内的噪声功率的比值。OSNR衡量了信号中噪声水平的高低，是光性能监测的重要技术指标之一。
OSNR的测量一般采用ITU-T G.697推荐的基于光谱分析仪(OSA，OpticalSpectrum Analyzer)的带外测试法来实现，其特点是用信道间的噪声估算信道内的噪声来计算OSNR。该方法简单且不影响业务，得到了广泛的应用。
上述基于光谱分析的OSNR测量方法存在一个问题：由于受到OSA内部机械调节或外界环境变化等因素的影响，其设置分辨率与实际分辨率之间可能存在差异，使得基于光谱方法测量信号OSNR的精度不高。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，其目的在于用校正分辨率代替OSA的设置分辨率，进而获取OSNR，由此解决采用OSA测量OSNR时设置分辨率与实际分辨率不同所导致的误差较大的问题。
为实现本发明目的，提供一种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，包括如下步骤：
(1)获取中心波长为λ、带宽为Δλ1、功率间隔为ΔPz、功率范围为(Pmin～Pmax)的系列宽光谱信号的实际功率PAi；
其中，i＝1,2,…,n；z＝1；Pmin为宽光谱信号功率最小值，Pmax为宽光谱信号功率最大值；宽光谱信号功率范围(Pmin～Pmax)可覆盖待测信号功率的动态范围；
(2)采用OSA测量上述系列宽光谱信号的光谱，将光谱中心波长为λ、带宽Δλ1内的采样点的功率相加，获取系列采样点的功率之和PBi；其中，i＝1,2,…,n；
其中，OSA的显示中心波长设置为λ；显示波长范围设置为Δλ1；相邻采样点间的波长间隔为Δλ2；采样点数为n；分辨率设置值为Resset；且满足n·Resset≥Δλ1；
(3)根据所述系列宽光谱信号的实际功率PAi、采样点的功率之和PBi以及波长间隔Δλ2，获取校正分辨率Resi＝PBi·Δλ2/PAi；
(4)采用最小二乘法对上述校正分辨率Resi与采样点的功率之和PBi进行拟合，获取(Res-PB)的拟合式；
(5)将步骤(2)中系列采样点的功率之和PBi代入(Res-PB)的拟合式中，获取系列拟合后的校正分辨率RES′i；
根据所述系列拟合后的校正分辨率RES′i、采样点的功率之和PBi以及波长间隔Δλ2，获取系列宽光谱信号的测量功率P′Ai＝PBi·Δλ2/RES′i；
(6)根据宽光谱信号的实际功率PAi和测量功率P′Ai，计算相对误差
并判断是否满足若是，则表明校正分辨率可代替实际分辨率，进入步骤(7)；若否，则表明校正分辨率与实际分辨率存在较大误差，则令ΔPz＝ΔPz/2，z＝z+1，重复步骤(1)～(5)；其中，0<ε<1；
(7)采用OSA在与步骤(2)相同的设置下测量待测信号的光谱，获取光谱上OSNR计算所需采样点对应的校正分辨率，采用所述校正分辨率代替设置分辨率获取OSNR。
优选地，上述基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，其步骤(7)具体包括如下子步骤：
(7.1)采用OSA在与步骤(2)相同的设置下测量中心波长为λ、带宽为Δλ3的待测信号的光谱；
将PBj＝Paj·Δλ1/Δλ2代入到(Res-PB)的拟合式中，获取光谱上OSNR计算所需采样点对应的校正分辨率Resaj；
其中，Paj是光谱上OSNR计算所需采样点的功率，j＝1,2,…,m；Δλ3≤Δλ1；
(7.2)获取待测信号的总功率
其中，Pbk是光谱中心波长为λ、带宽Δλ3内的采样点的功率，k＝1,2,…,l；Resbk是采样点功率Pbk对应的校正分辨率；
(7.3)获取噪声总功率
其中，f为待定函数，具体表达式根据所采用的OSNR测量方法确定；Pct与Pdp是噪声计算所需光谱范围内的采样点的功率，t＝1,2,…,s，p＝1,2,…,q；Resct与Resdp分别是采样点功率Pct与Pdp对应的校正分辨率；
(7.4)获取光信噪比
其中，λr为参考光带宽，取0.1nm。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，通过测量一定带宽内宽光谱信号的实际功率，以及采用光谱分析仪测量该宽光谱信号在该带宽内的采样点的功率之和，获取光谱分析仪的校正分辨率；采用校正分辨率代替设置分辨率能更准确地获取待测信号中的信号功率和噪声功率，从而提高OSNR的测量精度；
(2)本发明提供的基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，适用于所有光谱分析仪分辨率的校正，也适用于所有基于光谱分析的OSNR测量方法精度的提高，具有操作及处理方法简单，且易于实施的优点。
附图说明
图1是本发明实施例1对应的校正体光栅OSA分辨率提高OSNR测量精度的流程示意图；
图2为本发明实施例2对应的校正基于受激布里渊散射效应的OSA分辨率提高OSNR测量精度的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的这种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，目的在于通过校正分辨率，减小设置分辨率与实际分辨率之间的差异，达到提高OSNR测量精度的效果。
图1所示，为实施例1提供的校正体光栅OSA分辨率提高OSNR测量精度的流程示意图；常规体光栅OSA的分辨率是根据单色镜的狭缝宽度设置的，跟实际分辨率之间存在差异，但是，体光栅OSA在输入功率大小不同时的分辨率是一致的。
实施例1提供的校正体光栅OSA分辨率提高OSNR测量精度的方法，具体包含以下步骤：
(1)采用光功率计获取中心波长为λ、带宽为Δλ1的宽光谱信号的实际功率PA；
其中，PA使得宽光谱信号的功率在待测信号功率的动态范围内；宽光谱信号用掺铒光纤放大器(EDFA，Erbium Doped Fiber Amplifier)产生，其中心波长λ、带宽Δλ1通过调节可调谐滤波器得到；其输出功率大小则通过调节光衰减器来控制；
(2)采用体光栅OSA测量上述宽光谱信号的光谱，将光谱中心波长为λ、带宽Δλ1内的采样点的功率相加，获取采样点的功率之和PB；
其中，体光栅OSA的显示中心波长设置为λ；显示波长范围设置为Δλ1；相邻采样点间的波长间隔为Δλ2；采样点数为n；分辨率设置值为Resset；且满足n·Resset≥Δλ1；
(3)根据所述宽光谱信号的实际功率PA、采样点的功率之和PB以及波长间隔Δλ2，获取校正分辨率Res＝PB·Δλ2/PA；
(4)采用体光栅OSA在与步骤(2)相同的设置下测量待测信号的光谱，采用所述校正分辨率代替设置分辨率获取OSNR；具体包括如下子步骤：
(4.1)采用体光栅OSA在与步骤(2)相同的设置下测量中心波长为λ、带宽为Δλ3的待测信号的光谱；其中，Δλ3≤Δλ1；
(4.2)获取待测信号的总功率
其中，Pk是光谱中心波长为λ、带宽Δλ3内的采样点的功率，k＝1,2,…,l；
(4.3)获取噪声总功率：对于采用带外测试法测量OSNR的情况，噪声总功率
其中，P(λ-Δλ)与P(λ+Δλ)分别是中心波长λ左、右Δλ处的采样点的功率；
(4.4)获取光信噪比
其中，λr为参考光带宽，实施例1中取0.1nm。
通过获取体光栅OSA的校正分辨率，用校正分辨率代替设置分辨率，能更准确地获取待测信号中的信号功率和噪声功率，从而提高OSNR的测量精度。
图2所示，为实施例2提供的校正基于受激布里渊散射(SBS，StimulatedBrillouin Scattering)效应的OSA分辨率提高OSNR测量精度的流程示意图；与体光栅OSA实际分辨率保持恒定这一特性相比，基于SBS效应的OSA实际分辨率会随着输入信号功率的变化而发生改变。
实施例2提供的校正基于SBS效应的OSA分辨率提高OSNR测量精度的方法，具体包括以下步骤：
(1)采用光功率计获取中心波长为λ、带宽为Δλ1、功率间隔为ΔPz、功率范围为(Pmin～Pmax)的系列宽光谱信号的实际功率PAi；
其中，i＝1,2,…,n；z＝1；Pmin为宽光谱信号功率最小值，Pmax为宽光谱信号功率最大值；宽光谱信号功率范围(Pmin～Pmax)可覆盖待测信号功率的动态范围；宽光谱信号用EDFA产生，其中心波长λ、带宽Δλ1通过调节可调谐滤波器得到，其输出功率大小则通过调节光衰减器来控制；
(2)采用基于SBS效应的OSA测量上述系列宽光谱信号的光谱，将光谱中心波长为λ、带宽Δλ1内的采样点的功率相加，获取系列采样点的功率之和PBi；其中，i＝1,2,…,n；
其中，基于SBS效应的OSA的显示中心波长设置为λ；显示波长范围设置为Δλ1；相邻采样点间的波长间隔为Δλ2；采样点数为n；分辨率设置值为Resset；且满足n·Resset≥Δλ1；
(3)根据所述系列宽光谱信号的实际功率PAi、采样点的功率之和PBi以及波长间隔Δλ2，获取校正分辨率Resi＝PBi·Δλ2/PAi；
(4)采用最小二乘法对上述校正分辨率Resi与采样点的功率之和PBi进行拟合，获取(Res-PB)的拟合式；
(5)将步骤(2)中系列采样点的功率之和PBi代入(Res-PB)的拟合式中，获取系列拟合后的校正分辨率RES′i；
根据所述系列拟合后的校正分辨率RES′i、采样点的功率之和PBi以及波长间隔Δλ2，获取系列宽光谱信号的测量功率P′Ai＝PBi·Δλ2/RES′i；
(6)根据宽光谱信号的实际功率PAi和测量功率P′Ai，计算相对误差
并判断是否满足若是，则表明校正分辨率可代替实际分辨率，进入步骤(7)；若否，则表明校正分辨率与实际分辨率存在较大误差，则减小ΔPz，令ΔPz＝ΔPz/2，z＝z+1，重复步骤(1)～(5)；其中，0<ε<1；
(7)采用基于SBS效应的OSA在与步骤(2)相同的设置下测量待测信号的光谱，获取光谱上OSNR计算所需采样点对应的校正分辨率，采用所述校正分辨率代替设置分辨率获取OSNR；具体包括如下子步骤：
(7.1)采用基于SBS效应的OSA在与步骤(2)相同的设置下测量中心波长为λ、带宽为Δλ3的待测信号的光谱；
将PBj＝Paj·Δλ1/Δλ2代入到(Res-PB)的拟合式中，获取光谱上OSNR计算所需采样点对应的校正分辨率Resaj；
其中，Paj是光谱上OSNR计算所需采样点的功率，j＝1,2,…,m；Δλ3≤Δλ1；
(7.2)获取待测信号的总功率：
其中，Pbk是光谱中心波长为λ、带宽Δλ3内的采样点的功率，k＝1,2,…,l；Resbk是采样点功率Pbk对应的校正分辨率；
(7.3)获取噪声总功率：对于采用带外测试法测量OSNR的情况，噪声总功率
其中，P(λ-Δλ)与P(λ+Δλ)分别是中心波长λ左、右Δλ处的采样点的功率；Res(λ-Δλ)与Res(λ+Δλ)分别是采样点功率P(λ-Δλ)与P(λ+Δλ)对应的校正分辨率；
(7.4)获取光信噪比
其中，λr为参考光带宽，取0.1nm。
应当理解的是，对于其它类型OSA分辨率的校正，以及对于其它基于光谱分析的OSNR测量方法精度的提高，其处理方法均包含在本发明所提供的思路之内。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)获取中心波长为λ、带宽为Δλ1、功率间隔为ΔPz、功率范围为(Pmin～Pmax)的系列宽光谱信号的实际功率PAi；
其中，i＝1,2,…,n；z＝1；Pmin是指宽光谱信号功率最小值，Pmax是指宽光谱信号功率最大值；
(2)采用OSA测量所述系列宽光谱信号的光谱，将光谱中心波长为λ、带宽Δλ1内的采样点的功率相加获取系列采样点的功率之和PBi；
其中，i＝1,2,…,n；
(3)根据所述系列宽光谱信号的实际功率PAi、采样点的功率之和PBi以及相邻采样点间的波长间隔Δλ2，获取校正分辨率Resi＝PBi·Δλ2/PAi；
(4)采用最小二乘法根据所述校正分辨率Resi与采样点的功率之和PBi获取拟合式；
(5)根据所述系列采样点的功率之和PBi与所述拟合式，获取系列拟合后的校正分辨率RES′i；
根据所述系列拟合后的校正分辨率RES′i、采样点的功率之和PBi以及波长间隔Δλ2，获取系列宽光谱信号的测量功率P′Ai＝PBi·Δλ2/RES′i；
(6)根据宽光谱信号的实际功率PAi和测量功率P′Ai，获取相对误差
并判断是否满足若是，则进入步骤(7)；若否，则令ΔPz＝ΔPz/2，z＝z+1，重复步骤(1)～(5)；其中，0<ε<1；
(7)采用OSA在与步骤(2)相同的设置下测量待测信号的光谱，获取光谱上OSNR计算所需采样点对应的校正分辨率，根据所述校正分辨率获取OSNR。
2.如权利要求1所述的基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，其特征在于，所述步骤(7)包括如下子步骤：
(7.1)采用OSA测量中心波长为λ、带宽为Δλ3的待测信号的光谱；
将PBj＝Paj·Δλ1/Δλ2代入到所述拟合式中，获取光谱上OSNR计算所需采样点对应的校正分辨率Resaj；
其中，Paj是光谱上OSNR计算所需采样点的功率，j＝1,2,…,m；Δλ3≤Δλ1；
(7.2)获取待测信号的总功率
其中，Pbk是光谱中心波长为λ、带宽Δλ3内的采样点的功率，k＝1,2,…,l；Resbk是与采样点功率Pbk对应的校正分辨率；
(7.3)获取噪声总功率
其中，f为待定函数，具体表达式根据所采用的OSNR测量方法确定；Pct与Pdp是指采样点功率，t＝1,2,…,s，p＝1,2,…,q；Resct与Resdp分别是采样点功率Pct与Pdp对应的校正分辨率；
(7.4)根据所述待测信号的总功率和噪声总功率获取光信噪比OSNR＝其中，λr为参考光带宽。
3.一种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)测量获取中心波长为λ、带宽为Δλ1的宽光谱信号的实际功率PA；
(2)采用体光栅OSA测量所述宽光谱信号的光谱，将光谱中心波长为λ、带宽Δλ1内的采样点的功率相加，获取采样点的功率之和PB；
(3)根据所述宽光谱信号的实际功率PA、采样点的功率之和PB以及相邻采样点间的波长间隔Δλ2，获取校正分辨率Res＝PB·Δλ2/PA；
(4)采用体光栅OSA在与步骤(2)相同的设置下测量待测信号的光谱，根据所述校正分辨率获取OSNR。
4.如权利要求3所述的基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括如下子步骤：
(4.1)采用体光栅OSA测量中心波长为λ、带宽为Δλ3的待测信号的光谱；其中，Δλ3≤Δλ1；
(4.2)获取待测信号的总功率
其中，Pk是光谱中心波长为λ、带宽Δλ3内的采样点的功率，λ＝1,2,…,l；
(4.3)对于采用带外测试法测量OSNR的情况，获取噪声总功率其中，P(λ-Δλ)与P(λ+Δλ)分别是指中心波长λ左、右Δλ处的采样点的功率；
(4.4)获取光信噪比其中，λr为参考光带宽。
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