CN107276669B - 超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光信噪比监测方法及装置，尤其是涉及一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法及装置。本发明结合光放大器的本征ASE谱函数、由光放大器输入端和输出端得出的增益谱函数，通过本征ASE谱函数修正因子，实现本征ASE谱函数与增益谱函数的差异收敛，最终得出准确的本征ASE谱函数，然后通过最终本征ASE谱函数、放大器输出光功率谱函数得出每通道的精确光信噪比值。通过采用本方法，可以实现超高速率超密集波分复用的光信噪比的准确监测，减小测试误差。

Description

超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种光信噪比监测方法及系统，尤其是涉及一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法及系统。

背景技术

随着业务流量的急剧增加，原先2.5G、10G和40G速率的业务已慢慢满足不了当前的应用需求，100G已规模化商用，200G和400G业务已经开始逐步商用中，同时通过采用减小通道之间的间隔来增加通道数可以显著增加系统传输容量，当前应用较多的通道间隔有100GHz(对应为0.8nm)间隔和50GHz(对应为0.4nm)间隔，37.5GHz(对应为0.3nm)间隔也已经开始逐步商用。

光信噪比OSNR，是最为波分复用系统的关键性能指标之一，可以非常直观明确的反应信号光的传输质量，它能较好地评估业务经过传输信道后的传输质量。对于200G和400G业务，当通道间隔低于50GHz(对应为0.4nm)间隔时，经过光放大器放大后，相邻通道的光谱会重叠，此时监测的ASE噪声功率误差非常大，尤其是高速率和通道间隔小的业务误差更大。

传统的检测光信噪比OSNR的方法是带内信号与带外ASE噪声来计算出OSNR。带内信号的光功率是通道带内总功率减去带内ASE噪声光功率，其中带内ASE噪声光功率是通过关闭该通道测试出来的，或者通过左右两边取平均值估算出来，对于高速率和通道间隔小的业务，这两种方法都有一定的误差。

另外对于非偏振复用的高速率业务，可以通过偏振分解的方法进行测试，误差较小，但最大缺点是只能监测非偏振复用的业务光，而对于200G和400G业务的信号光，都是基于偏振复用的，所以该方法不适用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提出了一种超高速率超密集波分复用的光信噪比精准监测的方法和装置，结合传统的OSNR检测方法，通过引入本征ASE谱函数、信号增益函数的差异收敛，最终能精确计算出信号的通道内ASE噪声。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法，包括：

步骤1，确定放大器输出的本征ASE谱，并计算信号通道和非信号通道的12.5GHz带宽与100GHz带宽光功率比值R_i；此处，以带内信号和带外信号为单位，分别计算其对应的R_i。即：带内信号通道i的12.5GHz带宽光功率与带内信号通道i的100GHz带宽光功率的比值R_i；带外非信号通道i的12.5GHz带宽光功率与带外非带内信号通道i的100GHz带宽光功率的比值R_i；

步骤2，基于放大器的输入和输出信号谱计算得到信号增益谱；

步骤3，确定信号增益谱和本征ASE谱的差异值和差异平均值，当所述差异值与差异平均值的偏差大于误差阈值时，以预设的修正因子调整本征ASE谱的100GHz带宽及12.5GHz带宽的光功率，重复步骤1-3直至偏差小于所述误差阈值；

步骤4，基于本征ASE噪声函数和放大器输出端光谱计算光信噪比。

作为优选，上述的一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法，所述步骤1中，信号通道和非信号带宽的12.5GHz带宽光功率P_asecib与100GHz带宽光功率P_asecia的比值R_i基于下式获得：

式中，λ_i是第i通道的波长，P_asecib是在光放大器无输入光时，其输出端第i路的12.5GHz带宽的ASE光功率，P_asecia是在光放大器无输入光时，其输出端第i路的100GHz带宽ASE光功率。

作为优选，上述的一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法，所述步骤2具体包括：

步骤2.1，接入信号光，获取放大器输入侧的光谱函数H(λ)、输出侧的光谱函数S(λ)，计算第i路输入端的100GHz带宽光功率P_sinia：

输出端的100GHz带宽光功率P_soutib：

步骤2.2，计算第i路信号通道的100GHz带宽ASE光功率P_asei-T：

P_asei-T＝(P_asecia*P_sout0b)/(P_asec0a*R_out)，式中，R_out是放大器的输出侧的分光比，P_asecia是放大器无输入光条件下第i通道的100GHz带宽的ASE光功率；P_asec0a是放大器无输入光条件下第0通道的100GHz带宽光功率；；P_sout0b是放大器有输入光条件下输出端第0通道的100GHz带宽光功率；

步骤2.3，计算第i路信号通道的12.5GHz带宽ASE噪声功率P_asei-t＝P_asei-T*R_i；

步骤2.4，基于下式计算第i通道的信号增益：

GAIN_i＝10log₁₀[(P_soutib-P_asei-T)/R_out]-10log₁₀(P_sinia*R_in)，Rin是放大器的输入侧的分光比。

作为优选，上述的一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法，所述步骤3中，基于下式计算益谱与ASE谱的差异值和差异平均值：

Δ_i＝GAIN_i-10log₁₀(P_asecia)

作为优选，上述的一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法，所述步骤4中，信号带宽i的光信噪比OSNR为：

OSNR_i＝10log₁₀(P_soutib-P_asei-T)-10log₁₀(P_asei-T*R_i)。

作为优选，上述的一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法，所述步骤3中，修正因子：K_i＝0.1，误差阈值为0.2dB。

一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测系统，包括：

光功率比值确定模块，确定放大器输出的本征ASE谱，并计算计算信号通道和非信号通道的12.5GHz带宽与100GHz带宽光功率比值R_i；

增益谱确定模块，基于放大器的输入和输出信号谱计算得到信号增益谱；

迭代修正模块，确定信号增益谱和本征ASE谱的差异值和差异平均值，当所述差异值与差异平均值的偏差大于误差阈值时，以预设的修正因子调整本征ASE谱的100GHz带宽及12.5GHz带宽的光功率，重复调用光功率比值确定模块、增益谱确定模块直至偏差小于所述误差阈值；

信噪比确定模块，基于本征ASE噪声函数和放大器输出端光谱计算光信噪比。

因此，本发明具有如下优点：通过本征ASE谱函数、信号增益函数的差异收敛，最终能精确计算出信号的通道内ASE噪声，能更精准的计算出通道光信噪比，从而能实现光信噪比的精确测试，减少误差。

附图说明

图1是本方案光信噪比监测流程图；

图2是本方案的测试结构图；

图3是输入信号光功率图；

图4是ASE噪声谱曲线图；

图5是输出端光功率谱图；

图6是传统测试方法图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1示出了本发明提出的光信噪比准确监测的测试流程。

第一步，在光放大器无输入光的情况下，将泵浦激光器打开使得放大器工作，分别测试出输出端直通口3b的光功率Pase3b和监控口3c的光功率Pase3c。并得出监控口3c的ASE本征光谱函数F(λ)，并得出非信号通道0的100GHz(对应为0.8nm)带宽的ASE光功率信号通道1的100GHz(对应为0.8nm)的ASE光功率一直到非信号通道9的100GHz(对应为0.8nm)的ASE光功率其中通道0和通道9为非信号通道；通道01至通道8均为信号通道

同时得出带外非信号通道0的12.5GHz(对应为0.1nm)带宽的ASE光功率信号通道1的12.5GHz(对应为0.1nm)带宽的ASE光功率一直到带外非信号通道9的12.5GHz(对应为0.1nm)带宽的ASE光功率

得出每一个通道的12.5GHz与100GHz的功率比，通道信号通道0的12.5GHz(对应为0.1nm)带宽光功率与100GHz(对应为0.8nm)带宽的光功率比为通道i的12.5GHz(对应为0.1nm)带宽与100GHz(对应为0.8nm)带宽的功率比为

第二步，接入信号光，通过光放大器的输入侧的分光比为R_in的分光器监测输入信号光谱，通过数字信号处理，得出光谱函数H(λ)，并得出信号通道1的100GHz(对应为0.8nm)带宽的信号光功率通道2的100GHz(对应为0.8nm)带宽的信号光功率一直到信号通道8的100GHz(对应为0.8nm)带宽的信号光功率

第三步，通过光放大器的输出侧的分光比为R_out的分光器监测输入信号光谱，通过数字信号处理，得出光谱函数S(λ)，并得出带外非信号通道0的100GHz(对应为0.8nm)的光功率信号通道1的100GHz(对应为0.8nm)带宽的信号光功率一直到带外非信号通道9的100GHz(对应为0.8nm)带宽的信号光功率

第四步，通过数字信号处理，信号通道1的100GHz(对应为0.8nm)带宽的ASE光功率为：

P_ase1-T＝(P_asec1a*P_sout0b)/(P_asec0a*R_out)

一直到信号通道8的100GHz(对应为0.8nm)带宽的ASE光功率为：

P_ase8-T＝(P_asec8a*P_sout9b)/(P_asec9a*R_out)

第五步，通过数字信号处理，信号通道1的12.5GHz(对应为0.1nm)带宽的ASE光功率为：

P_ase1-t＝P_ase1-T*R₁

一直到信号通道8的12.5GHz(对应为0.1nm)带宽的ASE光功率为：

P_ase8-t＝P_ase8-T*R₈

第六步，通过数字信号处理计算出每一信号通道的增益值，第i通道的信号增益为：GAIN_i＝10log₁₀[(P_soutib-P_asei-T)/R_out]-10log₁₀(P_sinia*R_in)

确定增益谱与ASE谱的差异值和差异平均值：

Δ_i＝GAIN_i-10log₁₀(P_asecia)

当增益谱与ASE谱的差异值和差异平均值的误差值Δ_i-Δ_avg-i大于0.2dB，给出该通道ASE本征光谱的修正因子：K_i＝0.1，

第七步，将第一步的100GHz(对应为0.8nm)带宽光功率P_asecia调整为P_asecia-K_i；12.5GHz(对应为0.1nm)带宽光功率P_asecib调整为P_asecib-K_i。重复第一步至第六步，直至增益谱与ASE谱的误差值收敛，误差值小于0.2dB。

第八步(S104)，根据第七步最终收敛的一系列数据，通过数字信号处理计算光信噪比OSNR，信号通道1的光信噪比OSNR为：

OSNR₁＝10log₁₀(P_sout1b-P_ase1-T)-10log₁₀(P_ase1-T*R₁)

信号通道i的光信噪比OSNR为：

OSNR_i＝10log₁₀(P_soutib-P_asei-T)-10log₁₀(P_asei-T*R_i)

图2示出了本方案的测试结构图。包括有输入端的分光器1，其中1a为输入端分光器输入侧；1b为输入端分光器输出侧；1c为输入端分光器分光测。输入端分光器输出侧1b连接至光放大器2的输入端2a，输入端分光器分光测1c连接至输入端光谱监控单元4。光放大器2的输出端2b连接至输出端的分光器3的输入侧3a，输出端分光器3的输出侧3b输出放大后的信号光；输出端分光器3的分光侧3c连接至输出端光谱监控单元5。输入端光谱监控单元4和输出端光谱监控单元5均与数字信号处理模块6相连接，其中输入端光谱监控单元4和输出端光谱监控单元5均接收光功率，数字信号处理模块6进行数字信号处理和计算。

图3示出了输入信号光功率谱。通过数字信号处理，可以得出光谱函数H(λ)，并得出信号通道i的100GHz(对应为0.8nm)带宽的信号光功率

图4示出了光放大器的本征ASE噪声谱。该本征ASE噪声谱是在无信号光输入时将泵浦打开形成的只包含噪声的谱曲线。通过数字信号处理，可以得出ASE本征光谱函数F(λ)，并得出通道i的100GHz(对应为0.8nm)带宽的ASE光功率以及通道i的12.5GHz(对应为0.1nm)带宽的ASE光功率并可以计算得出通道i的12.5GHz(对应为0.1nm)带宽与100GHz(对应为0.8nm)带宽的功率比为

图5示出了光放大器的输出端的光功率谱。该光功率谱是在有输入信号时的光放大器的输出端的谱曲线。包含有带外0通道和带外9通道的ASE光功率，带内0-8通道的信号+ASE噪声功率，通过图1所示的方法即可准确计算出ASE噪声功率。

图6示出了传统的光信噪比测试方法。在传统测试方法中，ASE取得的光功率在真实底部噪声的上方，导致假的ASE值偏大，最终计算出来的光信噪比误差较大。

以上所述仅为本发明的较佳8通道实施例而已，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 (7)

1.一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法，其特征在于，包括：

步骤1，确定放大器输出的本征ASE谱，按信号通道、非信号通道为单位分别计算其对应的12.5GHz带宽与100GHz带宽光功率比值R_i；

步骤2，基于放大器的输入和输出信号谱计算得到信号增益谱；

步骤3，确定信号增益谱和本征ASE谱的差异值和差异平均值，当所述差异值与差异平均值的偏差大于误差阈值时，以预设的修正因子调整本征ASE谱的100GHz带宽及12.5GHz带宽的光功率，重复步骤1-3直至偏差小于所述误差阈值；

步骤4，基于本征ASE噪声函数和放大器输出端光谱计算光信噪比。

2.根据权利要求1所述的一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法，其特征在于，所述步骤1中，信号通道和非信号带宽的12.5GHz带宽光功率P_asecib与100GHz带宽光功率P_asecia的比值R_i基于下式获得：

式中，λ_i是第i通道的波长，P_asecib是在光放大器无输入光时，其输出端第i路的12.5GHz带宽的ASE光功率，P_asecia是在光放大器无输入光时，其输出端第i路的100GHz带宽ASE光功率。

3.根据权利要求2所述的一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

步骤2.1，接入信号光，获取放大器输入侧的光谱函数H(λ)、输出侧的光谱函数S(λ)，计算第i路输入端的100GHz带宽光功率P_sinia：

输出端的100GHz带宽光功率P_soutib：

步骤2.2，计算第i路信号通道的100GHz带宽ASE光功率P_asei-T：

P_asei-T＝(P_asecia*P_sout0b)/(P_asec0a*R_out)，式中，R_out是放大器的输出侧的分光比，P_asecia是放大器无输入光条件下第i通道的100GHz带宽的ASE光功率；P_asec0a是放大器无输入光条件下第0通道的100GHz带宽光功率；P_sout0b是放大器有输入光条件下输出端第0通道的100GHz带宽光功率；

步骤2.3，计算第i路信号通道的12.5GHz带宽ASE噪声功率P_asei-t＝P_asei-T*R_i；

步骤2.4，基于下式计算第i通道的信号增益：

GAIN_i＝10log₁₀[(P_soutib-P_asei-T)/R_out]-10log₁₀(P_sinia*R_in)，R_in是放大器的输入侧的分光比。

4.根据权利要求3所述的一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法，其特征在于，所述步骤3中，基于下式计算增益谱与ASE谱的差异值和差异平均值：

Δ_i＝GAIN_i-10log₁₀(P_asecia)

5.根据权利要求3所述的一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法，其特征在于，所述步骤4中，信号带宽的光信噪比OSNR为：

OSNR_i＝10log₁₀(P_soutib-P_asei-T)-10log₁₀(P_asei-T*R_i)。

6.根据权利要求1所述的一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测方法，其特征在于，所述步骤3中，修正因子：K_i＝0.1，误差阈值为0.2dB。

7.一种超高速率超密集波分复用光信噪比监测系统，其特征在于，包括：

光功率比值确定模块，确定放大器输出的本征ASE谱，并计算计算信号通道和非信号通道的12.5GHz带宽与100GHz带宽光功率比值R_i；

增益谱确定模块，基于放大器的输入和输出信号谱计算得到信号增益谱；

迭代修正模块，确定信号增益谱和本征ASE谱的差异值和差异平均值，当所述差异值与差异平均值的偏差大于误差阈值时，以预设的修正因子调整本征ASE谱的100GHz带宽及12.5GHz带宽的光功率，重复调用光功率比值确定模块、增益谱确定模块直至偏差小于所述误差阈值；

信噪比确定模块，基于本征ASE噪声函数和放大器输出端光谱计算光信噪比。