CN110855354B - 一种全光再生器整形指数的测量装置 - Google Patents

一种全光再生器整形指数的测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全光再生器整形指数的测量装置，包括光信号产生单元、功率可调光放大器、ASE噪声加载模块、分光器、待测全光再生器和光功率计；具体测试时，通过调节ASE噪声加载模块的噪声加载功率，完成待测全光再生器的功率转移函数、工作点增益大小、输入劣化信号的光信噪比，以及劣化信号的总增益的测量，最后根据测量指标计算出可用于表征全光再生器光信噪比提升能力的光整形指数参数。

Description

一种全光再生器整形指数的测量装置
技术领域
本发明属于光通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种全光再生器整形指数的测量装置。
背景技术
随着光通信系统的容量需求的快速增长，光网络正朝着智能全光网以及资源动态调度的方向发展。为了确保光通信系统的稳定性和可靠服务，需要对光网络性能或组成光网络的全光信息处理器件进行光性能监测。光信噪比(OSNR)已经成为光网络节点最重要的性能监测参数之一。传统的光信噪比测量方法，首先利用光谱仪测量带外噪声，然后将带外噪声插值积分等效为带内噪声来测量信号的光信噪比，这种传统测量方法适用于具有掺铒光纤放大器的光网络。随着高阶光调制格式信号在现代相干光通信系统中越来越多的应用，要求全光再生器能够对高阶光调制信号进行再生。然而，由于全光再生器对链路光信号的滤波和非线性变换作用，会使光信号的带外噪声分布发生畸变。此时，采用上述传统的光信噪比测量方法不再能够准确地计算全光再生器的输出光信噪比，这需要一种能够在光域直接测量光信噪比的方法。
另一方面，目前研究QPSK和QAM等高阶信号格式的全光再生时，由于高阶调制信号需采用相干解调方式，所以常常在电域内评价全光再生器的性能。随着相干光通信技术的发展以及接收机具有强大的数字信号处理能力，很多基于相干接收的带内光信噪比测量技术得到了研究，如采用神经网络，光延迟干涉技术，偏振归零等方法。然而，这些方法都是基于相干接收机中数字信号处理算法的间接测量技术，所需测量设备成本高较高；此外，光接收机还会引入额外的光电噪声，难以真实的反映全光再生器的光信噪比性能。
总之，针对全光再生器的光信噪比或光整形指数参数测量而言，现有的基于光谱仪的传统带外测量和基于相干接收机的带内光信噪比估计方法或存在测量准确性较低，或存在测量装置成本较高等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全光再生器整形指数的测量装置，通过常规测试仪器准确、简单且快速的测量出全光再生器的整形指数。
为实现上述发明目的，本发明一种全光再生器整形指数的测量装置，其特征在于，包括：
光信号产生单元，用于产生与待测全光再生器匹配的测试光信号；
功率可调光放大器，主要用于调节测试光信号的功率，以满足ASE噪声加载模块的输入要求；
ASE噪声加载模块，包括ASE噪声源、第一可调光衰减器、第二可调光衰减器和3dB耦合器；
ASE噪声源产生ASE噪声，然后通过第一可调光衰减器进行噪声功率改变，从而获得所需的光信噪比劣化信号；3dB耦合器再将调节后的测试光信号与光信噪比劣化信号进行耦合，再通过第二可调光衰减器进行总功率改变，使其输出的劣化信号与待测全光再生器的工作点匹配。
分光器，将输入光信号分为两路，一路输入到待测全光再生器，另一路输入到第一光功率计；
第一光功率计和第二光功率计，用于测量光信号在待测全光再生器的输入、输出端的平均功率；
待测全光再生器整形指数的测量过程为：
(1)、调节第一可调光衰减器，使加载的ASE噪声功率为0mW；然后调节功率可调光放大器，分别读取第一光功率计和第二光功率计上的功率值，得到待测全光再生器的输入光功率Pi和输出光功率Po，绘制出功率转移函数(PTF)曲线；
(2)、在PTF曲线的平坦区域内选取一点S，作为待测全光再生器的工作点，并根据PTF曲线直接读出该工作点的信号增益G0＝Pso/Psi，其中，Psi和Pso分别为工作点S对应的输入光功率和输出光功率；
(3)、调节第一可调光衰减器，逐步加载ASE噪声，并用第一光功率计测量，使加载的噪声功率大小为Pi-Psi，然后计算出劣化信号的光信噪比OSNRin＝Psi/(Pi-Psi)；
(4)、在步骤(3)的基础上，调节第二可调衰减器，使劣化信号的光功率与待测全光再生器的工作点匹配，并用第一光功率计和第二光功率计记录下此时的输入光功率
Figure BDA0002280525440000033
和输出光功率
Figure BDA0002280525440000031
进而计算出劣化信号的总增益
Figure BDA0002280525440000032
(5)、根据工作点的信号增益G0、劣化信号的光信噪比OSNRin和总增益G，先计算出待测全光再生器的输出光信噪比OSNRout，再计算出待测全光再生器的光整形指数S＝OSNRout/OSNRin。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种全光再生器整形指数的测量装置，包括光信号产生单元、功率可调光放大器、ASE噪声加载模块、分光器、待测全光再生器和光功率计；具体测试时，通过调节ASE噪声加载模块的噪声加载功率，完成待测全光再生器的功率转移函数、工作点增益大小、输入劣化信号的光信噪比，以及劣化信号的总增益的测量，最后根据测量指标计算出可用于表征全光再生器光信噪比提升能力的光整形指数参数。
同时，本发明一种全光再生器整形指数的测量装置还具有以下有益效果：
(1)、本发明与传统测量光信噪比的带外比肩法相比，本发明本质上属于全光域的带内测量，它克服了传统方法测量全光再生器输出光信噪比不准确的问题；
(2)、本发明描述的测量装置不需要电域，或带内测量方法所要求的昂贵器件，仅仅通过常规测试仪器便能准确、快速测量出全光再生器的整形指数，避免了采用光谱分析仪或相干光接收机等高昂测量仪器，具有简单易行、成本低的优点；
(3)、本发明只需要测试工作点信号增益、劣化信号总增益以及输入光信噪比等参数，便可计算出再生器的输出光信噪比，进而测量出待测全光再生器的光整形指数；
(4)、本发明属于一种全光域的测试方法，可直接评价全光再生器的光信噪比提升或光整形性能，可避免电域方法中光接收机噪声的影响，测量结果更加直观和可靠；
(5)、本发明特别适用于具有非线性功率转移曲线的光网络器件，因此，可以用于测试光网络器件的光信噪比劣化性能。
附图说明
图1是本发明一种全光再生器整形指数的测量装置一种具体实施方式架构图；
图2是QPSK全光再生器一种具体实施方式结构图；
图3是测量QPSK全光再生器的整形指数流程图；
图4是QPSK全光再生器的测量结果图。
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是本发明一种全光再生器整形指数的测量装置一种具体实施方式架构图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种全光再生器整形指数的测量装置，包括：光信号产生单元、功率可调光放大器、ASE噪声加载模块、分光器、待测全光再生器、光功率计；下面以四相移键控(QPSK)调制格式的全光再生器为例，，对本发明进行详细说明。
光信号产生单元，用于产生与待测全光再生器匹配的测试光信号；在光信号产生单元中，将一个连续光激光器注入光调制器得到测试信号光源，可用一个低频RF电信号驱动光调制器，以便提高测试过程中光纤的受激布里渊散射阈值；也可用一个二进制数据序列驱动光调制器，产生带宽为20GHz的QPSK测试光信号，其载波频率为193.1THz。
功率可调光放大器，主要用于调节测试光信号的功率，以满足ASE噪声加载模块的输入要求；
ASE噪声加载模块，包括ASE噪声源、可调光衰减器1、可调光衰减器2和3dB耦合器；
ASE噪声源产生ASE噪声，然后通过可调光衰减器1进行噪声功率改变，从而获得所需的光信噪比劣化信号；3dB耦合器再将调节后的测试光信号与光信噪比劣化信号进行耦合，再通过可调光衰减器2进行总功率改变，使其输出的劣化信号与待测全光再生器的工作点匹配。
分光器，将输入光信号分为两路，一路输入到待测全光再生器，另一路输入到光功率计1；
光功率计1和光功率计2，用于测量光信号在待测全光再生器的输入、输出端的平均功率；
在本实施例中，待测QPSK全光再生器由相敏放大和幅度整形两级单元组成，如图2所示，其中泵浦光源1和泵浦光源2的光频率分别为193.26THz和193.1THz，劣化QPSK信号以及泵浦光源1和泵浦光源2的光功率分别为178mW、176mW和8mW，泵浦光源3的光频率和光功率分别为193.18THz和100mW，光带通滤波器1和光带通滤波器2的中心频率分别为193.14THz和193.22THz，高非线性光纤HNLF1和HNLF2的长度分别为0.3km和2km。
如图3所示，待测全光再生器整形指数的测量过程为：
(1)、调节可调光衰减器1至衰减达到最大，使加载的ASE噪声功率为0mW，即不加载额外的噪声；然后调节功率可调光放大器，使输入待测全光再生器的光功率从小到大依次递增，并分别用光功率计1和光功率计2依次测量出待测全光再生器输入与输出光功率，然后分别读取光功率计1和光功率计2上的功率值，得到待测全光再生器的输入光功率Pi和输出光功率Po，绘制出功率转移函数(PTF)曲线；
(2)、由步骤(1)测得的PTF曲线可知，它存在一个平坦区域，能够对具有一个功率电平的QPSK调制格式进行幅度再生。因此，待测全光再生器的工作点应选择在这个平坦的可再生区域，这里取平坦区域的中间位置对应的输入光功率作为工作点S，作为待测全光再生器的工作点，并根据PTF曲线直接读出该工作点的信号增益G0＝Pso/Psi＝4.3dB，其中，Psi和Pso分别为工作点S对应的输入光功率和输出光功率；
(3)、在光信号产生单元的光调制器上施加射频的QPSK数据信息，调制连续光为QPSK的调制格式，并保持ASE噪声加载模块所加载噪声功率为0mW，用光功率计1测量出此时的QPSK信号光功率Psi＝21.5dBm；调节可调光衰减器1，逐步加载ASE噪声，通过3dB光耦合器分别将具有不同光功率的ASE噪声叠加到信号光上，并用光功率计1测量，使加载的噪声功率大小为Pi-Psi，然后计算出劣化信号的光信噪比OSNRin＝Psi/(Pi-Psi)；本实施例中，为了进一步提高测量的精度，针对每次ASE噪声调节后进行不少于2次以上的功率测量并取平均值作为最终的测量结果。在实施过程中，由于信号功率固定在待测全光再生器的工作点，通过调节ASE噪声加载模块的噪声功率，可以使OSNRin在10-30dB范围内依次从小到大变化；
(4)、在步骤(3)的基础上，调节可调衰减器2，使劣化信号的光功率与待测全光再生器的工作点匹配，并用光功率计1和光功率计2记录下此时的输入光功率
Figure BDA0002280525440000061
和输出光功率
Figure BDA0002280525440000062
进而计算出劣化信号的总增益
Figure BDA0002280525440000063
(5)、根据工作点的信号增益G0、劣化信号的光信噪比OSNRin和总增益G，先计算出待测全光再生器的输出光信噪比OSNRout，
Figure BDA0002280525440000064
再计算出待测全光再生器的光整形指数S＝OSNRout/OSNRin。在实施过程中，通过调节ASE噪声加载模块的噪声功率可以使OSNRin在10-30dB范围内依次从小到大变化，对不同劣化条件下的光信噪比依次进行测量，从而获得待测再生器在输入信噪比范围内对应的输出光信噪比和整形指数，如图4所示。测量结果表明，待测再生器的OSF在输入OSNR为10-30dB范围内，均可达3dB以上。
此外，为验证测量的准确性，在实施过程中，还对待测全光再生器的输出端QPSK光信号进行相干接收和解调，并通过线下数字信号处理计算出误差矢量幅度(EVM)性能，从而也能得到再生后QPSK信号对应的OSNR，它是传统相干接收解调方法给出的电域测量结果。作为对比参考，传统电域方法测量的结果也画在如图4中。由图4可以看出，本发明公开的方法与传统电域方法测量结果吻合很好，表明本发明公开的方法具有很好的准确性。
由以上实施例可见，本发明只需要测试光再生器的工作点的信号增益、劣化信号总增益以及输入光信噪比等参数，便可计算出再生器的输出光信噪比，进而测量出待测全光再生器的光整形指数。本发明可避免传统电域方法中光接收机噪声的影响，以及采用光谱分析仪或相干光接收机等高昂测量仪器，能够更方便地对全光再生器进行测量，大大降低了测试成本，测量结果更加直观和可靠。
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)

1.一种全光再生器整形指数的测量装置，其特征在于，包括：
光信号产生单元，用于产生与待测全光再生器匹配的测试光信号；
功率可调光放大器，主要用于调节测试光信号的功率，以满足ASE噪声加载模块的输入要求；
ASE噪声加载模块，包括ASE噪声源、第一可调光衰减器、第二可调光衰减器和3dB耦合器；
ASE噪声源产生ASE噪声，然后通过第一可调光衰减器进行噪声功率改变，从而获得所需的光信噪比劣化信号；3dB耦合器再将调节后的测试光信号与光信噪比劣化信号进行耦合，再通过第二可调光衰减器进行总功率改变，使其输出的劣化信号与待测全光再生器的工作点匹配；
分光器，将输入光信号分为两路，一路输入到待测全光再生器，另一路输入到第一光功率计；
第一光功率计和第二光功率计，用于测量光信号在待测全光再生器的输入、输出端的平均功率；
待测全光再生器整形指数的测量过程为：
(1)、调节第一可调光衰减器，使加载的ASE噪声功率为0mW；然后调节功率可调光放大器，分别读取第一光功率计和第二光功率计上的功率值，得到待测全光再生器的输入光功率Pi和输出光功率Po，绘制出功率转移函数(PTF)曲线；
(2)、在PTF曲线的平坦区域内选取一点S，作为待测全光再生器的工作点，并根据PTF曲线直接读出该工作点的信号增益G0＝Pso/Psi，其中，Psi和Pso分别为工作点S对应的输入光功率和输出光功率；
(3)、调节第一可调光衰减器，逐步加载ASE噪声，并用第一光功率计测量，使加载的噪声功率大小为Pi-Psi，然后计算出劣化信号的光信噪比OSNRin＝Psi/(Pi-Psi)；
(4)、在步骤(3)的基础上，调节第二可调衰减器，使劣化信号的光功率与待测全光再生器的工作点匹配，并用第一光功率计和第二光功率计记录下此时的输入光功率
Figure FDA0003549811260000011
和输出光功率
Figure FDA0003549811260000012
进而计算出劣化信号的总增益
Figure FDA0003549811260000013
(5)、根据工作点的信号增益G0、劣化信号的光信噪比OSNRin和总增益G，先计算出待测全光再生器的输出光信噪比OSNRout，再计算出待测全光再生器的光整形指数S＝OSNRout/OSNRin。
2.根据权利要求1所述的一种全光再生器整形指数的测量装置，其特征在于，所述的待测全光再生器的输出光信噪比OSNoRu的计算方法为：
Figure FDA0003549811260000021
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