CN108768512A - 一种测定全光pam再生器工作点系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测定全光PAM再生器工作点系统及方法,先利用光脉冲产生单元分别产生矩形和梯形的周期性测试信号,并经过1X2光开关依次切换到旁路光纤和待测全光PAM再生器,然后通过光合波器和光衰减器连接到光电探测器,光电转换输出信号由数据采集卡进行模数转换,最后采用计算机离线处理方式完成输出脉冲波形的对准、输入/输出功率转移函数(PTF)计算、全光PAM再生器工作点确定。
Description
技术领域
本发明属于光通信信息处理技术领域,更为具体地讲,涉及一种测定全光PAM再生器工作点系统及方法。
背景技术
光通信的传输速率和容量需求不断提高,为了获得更高的信道利用率,高阶调制信号获得越来越多地应用。在长距离光纤通信中,光信号传输一定距离后总要经过光交换或光电中继等功能设备进行处理,目前的处理过程主要还是采用“光-电-光”转换进行,随着数据率的不断提高,这种处理方式逐渐成为瓶颈。全光信息处理摆脱了电子瓶颈的束缚,将会成为未来光通信的发展趋势。与掺铒光纤放大器类似,全光再生技术将代替光电中继器。对于高阶调制信号的光再生而言,最先获得商业应用很可能是多电平PAM光信号再生器。
全光PAM再生器有多种实现方案,但都要求输入光信号的各个光功率电平与全光PAM再生器的工作点严格匹配或对准,关键问题是如何测量全光PAM再生器的工作点?目前常用的方法是,首先输入一个固定功率的连续光到全光PAM再生器,记录相应的输出光功率;然后改变输入光功率并记录相应的输出光功率;多次测量后获得该再生器的功率转移函数(PTF)曲线,从而获得再生器的工作点。这种方法需要多次改变输入功率才能找到一个工作点电平,测量过程复杂、操作繁琐、测量效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种测定全光PAM再生器工作点系统及方法,可通过一次测量获得全光PAM再生器的多个工作点,测试效率高、测量系统简单,方法易于实施。
为实现上述发明目的,本发明一种测定全光PAM再生器工作点系统,其特征在于,包括:光脉冲信号产生单元、1x2光开关、旁路光纤、待测全光PAM再生器、光合波器、光衰减器、光电探测器、数据采集卡以及用于离线数据处理的计算机;
其中,所述光脉冲信号产生单元,包括任意波形发生器、连续光光源、幅度光调制器和增益可调线性光放大器;
设置任意波形发生器的参数,使任意波形发生器输出矩形或梯形的周期电信号,并通过幅度光调制器将电信号加载到连续光光源发出的连续光上,然后由增益可调线性光放大器放大输出,产生矩形或梯形两种测试光信号;
所述1x2光开关,用于控制测试光信号经过不同的通道,从而执行两个不同的测试过程;其中,当测试光信号通过旁路光纤时进行系统校准测量过程,当测试光信号通过待测全光PAM再生器时进行工作点的测量过程;
所述旁路光纤,与1x2光开关连接,作为系统校准测量时测试光信号的通道;
所述待测全光PAM再生器,作为测量的对象;
所述光合波器,用于将来自旁路光纤和待测全光PAM再生器的两路光信号合成一路,再发送给光衰减器;
所述光衰减器,用于光功率的衰减,确保输入到光电探测器的光功率在有效探测范围内;
所述光电探测器,用于将光信号转换为电信号,并发送给数据采集卡;
所述数据采集卡,对光电检测器输出的电信号进行A/D采样变换,再经数字滤波处理后输出数字信号至计算机;
所述计算机,用于对数字信号进行离线处理,并执行数据存储功能,给出全光PAM再生器工作点的测试结果,及显示测量波形和功率转移函数曲线。
具体工作过程是:两次设置任意波形发生器的参数,使光脉冲产生单元先后依次产生矩形和梯形的两种测试光信号,再经过1X2光开关依次切换到旁路光纤和待测全光PAM再生器,然后通过光合波器和光衰减器连接到光电探测器,得到光电转换输出信号,再通过数据采集卡对光电转换输出信号进行模数转换,最后采用计算机离线处理方式完成输出脉冲波形的对准、输入/输出功率转移函数计算、确定出全光PAM再生器的工作点。
同时本发明还提供一种测定全光PAM再生器工作点方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)、系统校准
(1.1)、首次设置任意波形发生器的参数,使其产生矩形周期电信号,再利用矩形周期电信号驱动幅度光调制器调制,同时调节增益可调线性光放大器的增益,从而输出满足光功率水平的矩形光脉冲信号,即作为光脉冲产生单元输出的矩形光脉冲测试信号,再用光功率计测试其光功率;
(1.2)、将矩形光脉冲测试信号通入1x2光开关切换到旁路光纤中,再依次由光合波器、光衰减器、光电探测器、数据采集卡进行信号处理,最后送入计算机进行数据处理和波形显示;
(1.3)、观察计算机上所显示的矩形脉冲信号波形并测量出其峰值电平p0,同时根据其占空比信息计算出矩形光脉冲测试信号的峰值功率P0,从而确定测量系统的光电转换系数η=p0/P0;
(2)、确定工作点
(2.1)、保持测试系统其他部分的状态不变,再次设置任意波形发生器的参数,使其产生梯形周期电信号,再利用梯形周期电信号驱动幅度光调制器调制,同时调节增益可调线性光放大器的增益,从而输出满足光功率水平的梯形光脉冲信号,即作为光脉冲产生单元输出的梯形光脉冲测试信号;
(2.2)、梯形光脉冲测试信号通过1x2光开关,分两个时间段依次切换到旁路光纤和待测全光PAM再生器,再将它们输出的光信号分别由光合波器、光衰减器、光电探测器、数据采集卡进行信号处理进行处理,得到两组脉冲波形数据;
(2.3)、对两组脉冲波形数据进行离线处理:将两组脉冲波形数据中心对准,然后计算出两组脉冲波形幅度之间的一一对应关系,得到幅度关系曲线,再用幅度关系曲线中每个时刻的值除以光电转换系数η,获得功率转移函数曲线;然后对功率转移函数曲线进行数值微分得到微分增益曲线,在微分增益曲线中找到微分增益极小值对应的输入功率即为全光PAM再生器的工作点。
本发明的发明目的是这样实现的:
本发明一种测定全光PAM再生器工作点系统及方法,先利用光脉冲产生单元分别产生矩形和梯形的周期性测试信号,并经过1X2光开关依次切换到旁路光纤和待测全光PAM再生器,然后通过光合波器和光衰减器连接到光电探测器,光电转换输出信号由数据采集卡进行模数转换,最后采用计算机离线处理方式完成输出脉冲波形的对准、输入/输出功率转移函数(PTF)计算、全光PAM再生器工作点确定。
同时,本发明一种测定全光PAM再生器工作点系统及方法还具有以下有益效果:
(1)、本发明仅通过一次测量获得全光PAM再生器的多个工作点,测试效率高、测量系统简单,方法易于实施;
(2)、本发明在测量过程中还可以给出全光PAM再生器的PTF曲线,便于直观地显示幅度再生器的工作特性,指导全光PAM再生器的优化设计。
附图说明
图1是本发明测定全光PAM再生器工作点系统的原理框图;
图2是实例中旁路光纤和待测再生器输出的采样波形图;
图3是实例中测量得到的全光PAM再生器功率转移函数(PTF)曲线;
图4是实例中所用的矩形光脉冲测试信号波形示意图;
图5是实例中所用的梯形光脉冲测试信号波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述,以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是,在以下的描述中,当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时,这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明测定全光PAM再生器工作点系统的原理框图。
在本实施例中,如图1所示,本发明一种测定全光PAM再生器工作点系统,包括:光脉冲信号产生单元、1x2光开关、旁路光纤、待测全光PAM再生器、光合波器、光衰减器、光电探测器、数据采集卡以及用于离线数据处理的计算机;
其中,光脉冲信号产生单元,包括任意波形发生器、连续光(CW)光源、幅度(AM)光调制器和增益可调线性光放大器;通过设置任意波形发生器的不同参数,光脉冲信号产生单元可输出矩形和梯形两种光脉冲测试信号;其具体过程为:设置任意波形发生器的参数,使任意波形发生器输出矩形或梯形的周期电信号,并通过幅度光调制器将电信号加载到连续光光源发出的连续光上,然后由增益可调线性光放大器放大输出,产生矩形或梯形两种测试光信号;
1x2光开关,用于控制测试光信号经过不同的通道,从而执行两个不同的测试过程;其中,当测试光信号通过旁路光纤时进行系统校准测量过程,当测试光信号通过待测全光PAM再生器时进行工作点的测量过程;
旁路光纤,与1x2光开关连接,作为系统校准测量时测试光信号的通道;
待测全光PAM再生器,作为测量的对象;
光合波器,用于将来自旁路光纤和待测全光PAM再生器的两路光信号合成一路,再发送给光衰减器;
光衰减器,用于光功率的衰减,确保输入到光电探测器的光功率在有效探测范围内;
光电探测器,用于将光信号转换为电信号,并发送给数据采集卡;
数据采集卡,对光电检测器输出的电信号进行A/D采样变换,再经数字滤波处理后输出数字信号至计算机;
计算机,用于对数字信号进行离线处理,并执行数据存储功能,给出全光PAM再生器工作点的测试结果,及显示测量波形和功率转移函数曲线。
下面我们对全光PAM再生器工作点系统具体工作过程进行描述,具体为:两次设置任意波形发生器的参数,使光脉冲产生单元先后依次产生矩形和梯形的两种测试光信号,
当光脉冲产生单元输出的矩形光脉冲测试信号时,在1x2光开关的控制下输入至旁路光纤,然后通过光合波器和光衰减器连接到光电探测器,得到光电转换输出信号,再通过数据采集卡对光电转换输出信号进行模数转换,最后利用计算机确定系统的光电转换系数,完成系统的校准;
当光脉冲产生单元输出的梯形光脉冲测试信号时,在1x2光开关的控制下,分两个时间段依次切换到旁路光纤和待测全光PAM再生器,然后分别通过光合波器和光衰减器连接到光电探测器,得到光电转换输出信号,再通过数据采集卡对光电转换输出信号进行模数转换,最后采用计算机离线处理方式完成输出脉冲波形的对准、输入/输出功率转移函数计算、确定出全光PAM再生器的工作点。
以4电平的全光PAM再生器为例,具体测定工作点方法进行描述。
设置任意波形发生器(如Tektronix AWG70002A)输出数据率为10Gb/s的周期电信号,并通过光调制器将电信号加载到激光器发出的连续光上,然后由线性光放大器放大输出,产生中心频率为193.2THz的两种测试光信号,其中,矩形测试脉冲的脉宽为0.005ns,占空比为10%;梯形测试脉冲的上升时间和下降时间均设置为0.0025ns,半极大全宽度(FWHM)为0.005ns,占空比为10%,测量实验中可使用高速数字示波器(如Tektronix DPO/DSA70000D)替代数据采集卡,实现数据采集的功能。
具体包括以下步骤:
S1、系统校准
S1.1、首次设置任意波形发生器的参数,使其产生矩形周期电信号,再利用矩形周期电信号驱动幅度光调制器调制,同时调节增益可调线性光放大器的增益,从而输出满足光功率水平的矩形光脉冲信号,即作为光脉冲产生单元输出的矩形光脉冲测试信号,再用光功率计测试其平均光功率,光功率为0.25W(24dBm),用于计算矩形光脉冲的峰值功率。一般而言,调整线性增益光放大器应使输出光脉冲的峰值光功率略高于全光PAM再生器的最高可再生电平。
S1.2、如图1所示,将矩形光脉冲测试信号通入1x2光开关切换到旁路光纤的a通道,再依次由光合波器、光衰减器、光电探测器、数据采集卡进行信号处理,最后送入计算机进行数据处理和波形显示;
S1.3、观察计算机上所显示的矩形脉冲信号波形,并由高速数字示波器测量对应峰值电平p0为2.6V,同时根据已设置的脉冲占空比10%计算得到矩形光脉冲的峰值光功率为P0=2.52W(34dBm),从而确定测量系统的光电转换系数η=p0/P0=1.03。在本实施例中,矩形光脉冲测试信号波形示意图如图4所示。
S2、确定工作点
S2.1、保持测试系统其他部分的状态不变,再次设置任意波形发生器的参数,使其产生梯形周期电信号,再利用梯形周期电信号驱动幅度光调制器调制,同时调节增益可调线性光放大器的增益,从而输出满足光功率水平的梯形光脉冲信号,如图5(a)所示,即作为光脉冲产生单元输出的梯形光脉冲测试信号;
S2.2、梯形光脉冲测试信号通过1x2光开关,分两个时间段依次切换到旁路光纤和待测全光PAM再生器,再将它们输出的光信号分别由光合波器、光衰减器、光电探测器、数据采集卡进行信号处理进行处理,得到两组脉冲波形数据;
在本实施例中,首先由高速数字示波器获得通过a通道的梯形脉冲波形,并保存到示波器中,如图5(b)所示;然后,将1x2光开光切换到通道b,按上述同样的方法,由高速数字示波器得到经过PAM再生器的采样波形,如图5(c)所示,从而得到图2所示的两组脉冲波形数据;
S2.3、对两组脉冲波形数据进行离线处理:将两组脉冲波形数据中心对准,然后在脉冲边缘区域,根据相同采样位置处两个采样脉冲的相对幅度大小,计算出两组脉冲波形幅度之间的一一对应关系,得到幅度关系曲线,再用幅度关系曲线中每个时刻的值除以光电转换系数η=1.03,便可得到全光PAM再生器的输入光功率Pin与输出光功率Pout之间的功率转移函数(PTF)曲线,如图3中实线所示;然后对功率转移函数曲线进行数值微分得到微分增益曲线,如图3中虚线所示,在微分增益曲线中找到微分增益极小值对应的输入功率即为全光PAM再生器的工作点,在图3中分别对应于A、B、C、D点的横坐标,即PinA=0.6W,PinB=1.1W,PinC=1.6W,PinD=2.2W。
本实例测试中,测量全光PAM再生器工作点的同时还获得了PTF函数曲线,从PTF曲线可得到输入信号光功率的动态范围,能够对PAM再生器的工作点进行设计优化。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (2)
1.一种测定全光PAM再生器工作点系统,其特征在于,包括:光脉冲信号产生单元、1x2光开关、旁路光纤、待测全光PAM再生器、光合波器、光衰减器、光电探测器、数据采集卡以及用于离线数据处理的计算机;
其中,所述光脉冲信号产生单元,包括任意波形发生器、连续光光源、幅度光调制器和增益可调线性光放大器;
设置任意波形发生器的参数,使任意波形发生器输出矩形或梯形的周期电信号,并通过幅度光调制器将电信号加载到连续光光源发出的连续光上,然后由增益可调线性光放大器放大输出,产生矩形或梯形两种测试光信号;
所述1x2光开关,用于控制测试光信号经过不同的通道,从而执行两个不同的测试过程;其中,当测试光信号通过旁路光纤时进行系统校准测量过程,当测试光信号通过待测全光PAM再生器时进行工作点的测量过程;
所述旁路光纤,与1x2光开关连接,作为系统校准测量时测试光信号的通道;
所述待测全光PAM再生器,作为测量的对象;
所述光合波器,用于将来自旁路光纤和待测全光PAM再生器的两路光信号合成一路,再发送给光衰减器;
所述光衰减器,用于光功率的衰减,确保输入到光电探测器的光功率在有效探测范围内;
所述光电探测器,用于将光信号转换为电信号,并发送给数据采集卡;
所述数据采集卡,对光电检测器输出的电信号进行A/D采样变换,再经数字滤波处理后输出数字信号至计算机;
所述计算机,用于对数字信号进行离线处理,并执行数据存储功能,给出全光PAM再生器工作点的测试结果,及显示测量波形和功率转移函数曲线。
具体工作过程是:两次设置任意波形发生器的参数,使光脉冲产生单元先后依次产生矩形和梯形的两种测试光信号,再经过经过1X2光开关依次切换到旁路光纤和待测全光PAM再生器,然后通过光合波器和光衰减器连接到光电探测器,得到光电转换输出信号,再通过数据采集卡对光电转换输出信号进行模数转换,最后采用计算机离线处理方式完成输出脉冲波形的对准、输入/输出功率转移函数计算、确定出全光PAM再生器的工作点。
2.一种测定全光PAM再生器工作点方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)、系统校准
(1.1)、首次设置任意波形发生器的参数,使其产生矩形周期电信号,再利用矩形周期电信号驱动幅度光调制器调制,同时调节增益可调线性光放大器的增益,从而输出满足光功率水平的矩形光脉冲信号,即作为光脉冲产生单元输出的矩形光脉冲测试信号,再用光功率计测试其光功率;
(1.2)、将矩形光脉冲测试信号通入1x2光开关切换到旁路光纤中,再依次由光合波器、光衰减器、光电探测器、数据采集卡进行信号处理,最后送入计算机进行数据处理和波形显示;
(1.3)、观察计算机上所显示的脉冲信号波形并测量出其峰值电平p0,同时根据其占空比信息和光功率计测得的光功率计出矩形光脉冲测试信号的峰值功率P0,从而确定测量系统的光电转换系数η=p0/P0;
(2)、确定工作点
(2.1)、保持测试系统其他部分的状态不变,再次设置任意波形发生器的参数,使其产生梯形周期电信号,再利用梯形周期电信号驱动幅度光调制器调制,同时调节增益可调线性光放大器的增益,从而输出满足光功率水平的梯形光脉冲信号,即作为光脉冲产生单元输出的梯形光脉冲测试信号;
(2.2)、梯形光脉冲测试信号通过1x2光开关,分两个时间段依次切换到旁路光纤和待测全光PAM再生器,再将它们输出的光信号分别由光合波器、光衰减器、光电探测器、数据采集卡进行信号处理进行处理,得到两组脉冲波形数据;
(2.3)、对两组脉冲波形数据进行离线处理:将两组脉冲波形数据中心对准,然后计算出两组脉冲波形幅度之间的一一对应关系,得到幅度关系曲线,再用幅度关系曲线中每个时刻的值除以光电转换系数η,获得功率转移函数曲线;然后对功率转移函数曲线进行数值微分得到微分增益曲线,在微分增益曲线中找到微分增益极小值对应的输入功率即为全光PAM再生器的工作点。
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