CN106685524A - 一种光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法及系统 - Google Patents

一种光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法及系统，涉及光纤通信领域，包括：将待测量的光脉冲幅度调制信号进行光谱测量，得到原始信号的功率分布；将所述光脉冲幅度调制信号通过波长选择开关滤波，得到两路信号，第一路为载波信号和滤波通带内的调制信号，第二路为滤波后剩余的调制信号；将两路信号分别进行光谱测量，分别检测两路信号的光功率分布；通过公式OSNR＝Ps/P0.1n，计算所述光脉冲幅度调制信号的光信噪比OSNR，其中Ps为调制信号功率，P0.1n为0.1纳米的噪声功率。本发明在不增加难度和复杂性的前提下，得到准确的OSNR，节约工程应用成本。

Description

一种光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法及系统
技术领域
本发明涉及光纤通信领域，具体来讲涉及一种光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法及系统。
背景技术
随着近年来移动通信和云计算的迅速发展，数据网络对低成本高速率短距光通信系统需求与日俱增。IM/DD(Intensity Modulation/Direct Detection，光直调直检)系统是能够满足该需求的有效接入方式。在IM/DD系统中，光PAM(Pulse AmplitudeModulation，脉冲幅度编码调制)由于产生和处信号理结构简单，易与现有系统相兼容，逐步成为该领域研究的热点。不同于DMT(Discrete Multi-Tone，离散多音调制)编码结构的多载波调制方式，光PAM系统是一种单载波调制方式；因此，很多信号质量评估的指标在光PAM系统中并不是十分适用。
对于光信号质量的评估，常用的指标有误码率、眼图、调制消光比、OSNR(OpticalSignal Noise Ratio，光信噪比)等。由于OSNR的测量最为简便，因此在实际工程中最为常用。然而，由于光PAM信号含有载波且载波功率远大于实际信号功率，因此测量得到的OSNR并不能准确的反馈信号质量。例如，在利用DML(Directly Modulated Laser，直调激光器)进行调制的系统中，不同大小的偏置电流会导致测量得到的OSNR不同，但是实际信号的质量，如误码率、眼图的眼张开度等却没有太明显的变化。为了解决该问题，许多科研人员提出利用多参数共同衡量光PAM信号的方法，如OSNR+消光比，OSNR+眼张开度等，而这样的结构不但增加了实用中测量的难度和复杂性，而会增加工程应用的成本。
因此如何寻求一种正确评估光PAM信号质量的OSNR测量方法，成为PAM调制方式在实际工程应用中普及的重要基础。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法及系统，在不增加难度和复杂性的前提下，得到准确的OSNR，节约工程应用成本。
为达到以上目的，本发明采取一种光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法，包括步骤：
S1.将待测量的光脉冲幅度调制信号进行光谱测量，得到原始信号的功率分布；
S2.将所述光脉冲幅度调制信号通过波长选择开关滤波，得到两路信号，第一路为载波信号和滤波通带内的调制信号，第二路为滤波后剩余的调制信号；将两路信号分别进行光谱测量，分别检测两路信号的光功率分布；
S3.通过公式OSNR＝Ps/P0.1n，计算所述光脉冲幅度调制信号的光信噪比OSNR，其中Ps为调制信号功率，P0.1n为0.1纳米的噪声功率。
在上述技术方案的基础上，所述S2中，所述波长选择开关滤波的中心波长为载波波长，滤波带宽为载波信号带宽，且滤波带宽小于光脉冲幅度调制信号带宽。
在上述技术方案的基础上，所述S1中，在测量得到的光谱上找到第一带宽，第一带宽覆盖该次测量所有观测到的信号，且第一带宽的两端点仅为噪声信号。
在上述技术方案的基础上，所述S2中，在第一路信号的光谱图上得到第二带宽，第二带宽覆盖该次测量所有观测到的信号。
在上述技术方案的基础上，所述S2中，在第二路信号的光谱图上找到两点，所述两点在光脉冲幅度调制信号平坦的频谱的区域之中，且关于载波信号的波长对称。
在上述技术方案的基础上，所述0.1纳米的噪声功率P0.1n由公式P0.1n＝0.1·(PC+PD)/(2·Fm)得到，其中PC和PD分别为第一带宽两端点的噪声功率，Fm为对应的光谱分辨率。
在上述技术方案的基础上，所述调制信号功率Ps由公式Ps＝Ps+n-Pn得到，其中Ps+n为所述第二带宽两个端点之间调制信号和噪声的总功率，Pn为第一带宽两端点之间噪声信号功率。
在上述技术方案的基础上，所述Ps+n由公式Ps+n＝Ps+c+n-Pca得到，其中Ps+c+n为第一带宽两端点之间所有信号的总功率，Pca为第二带宽间载波信号功率。
在上述技术方案的基础上，所述Pn由公式Pn＝Fs·(PC+PD)/(2·Fm)得到，其中Fs为第一带宽，PC和PD分别为第一带宽两端点的噪声功率，Fm为对应的光谱分辨率。
本发明提供一种光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的系统，包括：
第一光谱测量模块，用于测得待测量的光脉冲幅度调制信号的光谱；
波长选择开关，用于对所述光脉冲幅度调制信号滤波，得到两路光信号，一路为载波信号和滤波通带内的调制信号，另一路为滤波后剩余的调制信号；
第二光谱测量模块，用于测量载波信号和滤波器通带内的调制信号的光谱；
第三光谱测量模块，用于测量滤波后剩余调制信号的光谱；
光信噪比计算模块，用于在三个光谱测量模块得到的光谱中，读取并计算调制信号功率Ps以及0.1纳米的噪声功率P0.1n，通过OSNR＝Ps/P0.1n，得到所述光脉冲幅度调制信号的光信噪比OSNR。
本发明的有益效果在于：利用波长选择开关(WSS)的特点，将载波信号同调制信号滤波分割，通过不同光谱的测量分离载波信号的功率，从而准确的计算调制信号的功率，进而得到光PAM信号准确的OSNR。整个过程在保持原有OSNR测量资源消耗的基础上，既不增加系统开销也不影响其测量复杂度的条件下，仅仅通过一定的测量运算，便可以获得准确的调制信号的OSNR，节约工程应用成本。
附图说明
图1为本发明实施例光PAM信号中测量光信噪比的方法流程图；
图2为本发明实施例待测量的光PAM信号光谱图；
图3为本发明实施例波长选择开关滤波后第一路信号的光谱图；
图4为本发明实施例滤波后第二路信号的光谱图；
图5为本发明实施例光PAM信号中测量光信噪比的系统示意图。
附图标记：
第一光谱测量模块1，第二光谱测量模块2，第三光谱测量模块3，波长选择开关4，OSNR计算模块5。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明光PAM信号中测量光信噪比的方法，包括如下步骤：
S1.将待测量的光PAM信号进行光谱测量，得到原始信号的功率分布。
如图2所示，为待测量的光PAM信号通过一个光谱测量模块得到的光谱图。得到光谱图上C、D两点，C、D两点之间带宽为第一带宽，第一带宽覆盖该次测量所有能观测到的信号，包括载波信号、调制信号及噪声信号；并且，C点和D点本身为噪声信号，功率分别为PC和PD，第一带宽为Fs纳米；同时，测定C点和D点之间所有信号的总功率为Ps+c+n。
S2.将所述光PAM信号通过波长选择开关进行滤波处理，得到两路信号，第一路为载波信号和滤波通带内的调制信号(即滤波器通带内的部分)，第二路为滤波后剩余的调制信号。具体的，波长选择开关滤波的中心波长为载波波长，滤波带宽为载波信号带宽，且滤波带宽小于光PAM信号带宽。将两路信号分别进行光谱测量，分别检测出两路信号的光功率分布。
如图3所示，为波长选择开关滤波后第一路信号的光谱图，在光谱上得到A、B两点，A、B两点之间带宽覆盖所有能观测到的信号，包括全部载波信号、部分调制信号(即滤波器通带内的部分)及噪声信号。A点和B点之间占为第二带宽，第二带宽为Fc纳米，测定A点和B点之间所有信号的总功率为Pc。
如图4所示，为波长选择开关带通滤波后剩余的第二路信号光谱图，光谱图上有E、F两点，E、F两点在光PAM信号平坦的频谱的区域之中，且关于载波信号的波长(即y轴)对称；E、F两点的功率分别为PE和PF。
S3.由前面得到的三幅光谱图得到相应功率、带宽等数值，通过公式OSNR＝Ps/P0.1n，计算所述光脉冲幅度调制信号的光信噪比OSNR，其中Ps为调制信号功率，即所有调制信号的功率，P0.1n为0.1纳米的噪声功率。
具体的，根据OSNR等于信号功率同0.1nm内的光噪声功率的比值，设定信号测量的光谱分辨率为Fm，即单点测量时最小带宽为Fm。根据光PAM信号频谱的特点：载波附件光谱平坦，由此测量到E点和F点间含噪声的光PAM信号的调制信号光谱功率密度Ws+n为：
Ws+n＝(PE+PF)/(2·Fm) (1)
根据公式(1)及功率谱密度的关系，推导在第二带宽为Fc纳米的A、B两点之间含有噪声的调制信号功率PsAB+n为：
PsAB+n＝Fc·(PE+PF)/(2·Fm) (2)
由于A、B两点间所有信号的总功率为Pc，含有载波功率、部分调制信号功率及噪声功率，因此通过公式(2)得到载波信号功率Pca为：
Pca＝Pc-PsAB+n (3)
由于载波信号功率Pca已知，因此在C、D两点间总的调制信号及噪声功率Ps+n为：
Ps+n＝Ps+c+n-Pca (4)
同时根据C、D两点测量得到的参数，得到C、D两点的噪声功率分别为PC和PD，其中Ps+c+n为第一带宽C、D两点之间所有信号的总功率，Pca为第二带宽间载波信号功率；C、D两点间含噪声的光谱功率密度Ws+n为：
Ws+n＝(PC+PD)/(2·Fm) (5)
根据公式(5)及功率谱密度的关系，推导在带宽为Fc的C、D之间噪声信号功率Pn为：
Pn＝Fs·(PC+PD)/(2·Fm) (6)
其中Fs为第一带宽，PC和PD分别为第一带宽C、D两点的噪声功率，Fm为对应的光谱分辨率。根据公式(4)还有公式(6)，最终得到调制信号功率Ps为：
Ps＝Ps+n-Pn (7)
其中Ps+n为所述第一带宽C、D两点之间调制信号和噪声的总功率，Pn为第一带宽C、D两点之间噪声信号功率。由公式(5)，折算0.1纳米的噪声功率为：
P0.1n＝0.1·(PC+PD)/(2·Fm) (8)
最终推导得到OSNR为：
OSNR＝Ps/P0.1n (9)
即：
如图5所示，本发明光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的系统，包括第一光谱测量模块1、第二光谱测量模块2、第三光谱测量模块3、波长选择开关4以及OSNR计算模块5；第一光谱测量模块1用于测得待测量的光脉冲幅度调制信号的光谱。波长选择开关4用于对所述光脉冲幅度调制信号滤波，得到两路光信号，一路为载波信号和滤波通带内的调制信号，另一路为滤波后剩余的调制信号；第二光谱测量模块，用于测量载波信号和滤波器通带内的调制信号的光谱；第三光谱测量模块，用于测量滤波后剩余调制信号的光谱；光信噪比计算模块5用于在三个光谱测量模块得到的光谱中，读取并计算调制信号功率Ps以及0.1纳米的噪声功率P0.1n，通过OSNR＝Ps/P0.1n，得到所述光脉冲幅度调制信号的光信噪比OSNR。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法，其特征在于，包括步骤：
S1.将待测量的光脉冲幅度调制信号进行光谱测量，得到原始信号的功率分布；
S2.将所述光脉冲幅度调制信号通过波长选择开关滤波，得到两路信号，第一路为载波信号和滤波通带内的调制信号，第二路为滤波后剩余的调制信号；将两路信号分别进行光谱测量，分别检测两路信号的光功率分布；
S3.通过公式OSNR＝Ps/P0.1n，计算所述光脉冲幅度调制信号的光信噪比OSNR，其中Ps为调制信号功率，P0.1n为0.1纳米的噪声功率。
2.如权利要求1所述的光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法，其特征在于：所述S2中，所述波长选择开关滤波的中心波长为载波波长，滤波带宽为载波信号带宽，且滤波带宽小于光脉冲幅度调制信号带宽。
3.如权利要求1所述的光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法，其特征在于：所述S1中，在测量得到的光谱上找到第一带宽，第一带宽覆盖该次测量所有观测到的信号，且第一带宽的两端点仅为噪声信号。
4.如权利要求3所述的光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法，其特征在于：所述S2中，在第一路信号的光谱图上得到第二带宽，第二带宽覆盖该次测量所有观测到的信号。
5.如权利要求4所述的光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法，其特征在于：所述S2中，在第二路信号的光谱图上找到两点，所述两点在光脉冲幅度调制信号平坦的频谱的区域之中，且关于载波信号的波长对称。
6.如权利要求5所述的光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法，其特征在于：所述0.1纳米的噪声功率P0.1n由公式P0.1n＝0.1·(PC+PD)/(2·Fm)得到，其中PC和PD分别为第一带宽两端点的噪声功率，Fm为对应的光谱分辨率。
7.如权利要求5所述的光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法，其特征在于：所述调制信号功率Ps由公式Ps＝Ps+n-Pn得到，其中Ps+n为所述第二带宽两个端点之间调制信号和噪声的总功率，Pn为第一带宽两端点之间噪声信号功率。
8.如权利要求7所述的光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法，其特征在于：所述Ps+n由公式Ps+n＝Ps+c+n-Pca得到，其中Ps+c+n为第一带宽两端点之间所有信号的总功率，Pca为第二带宽间载波信号功率。
9.如权利要求7所述的光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的方法，其特征在于：所述Pn由公式Pn＝Fs·(PC+PD)/(2·Fm)得到，其中Fs为第一带宽，PC和PD分别为第一带宽两端点的噪声功率，Fm为对应的光谱分辨率。
10.一种光脉冲幅度调制信号中测量光信噪比的系统，其特征在于，包括：
第一光谱测量模块，用于测得待测量的光脉冲幅度调制信号的光谱；
波长选择开关，用于对所述光脉冲幅度调制信号滤波，得到两路光信号，一路为载波信号和滤波通带内的调制信号，另一路为滤波后剩余的调制信号；
第二光谱测量模块，用于测量载波信号和滤波器通带内的调制信号的光谱；
第三光谱测量模块，用于测量滤波后剩余调制信号的光谱；
光信噪比计算模块，用于在三个光谱测量模块得到的光谱中，读取并计算调制信号功率Ps以及0.1纳米的噪声功率P0.1n，通过OSNR＝Ps/P0.1n，得到所述光脉冲幅度调制信号的光信噪比OSNR。
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