CN111279631B - 利用导频音监测光网络设备的性能 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种监测光网络设备的性能的方法、装置及系统。所述方法包括：接收光信道信号，所述光信道信号包括所述光信道信号的第一频谱子带中的第一导频音以及所述光信道信号的第二频谱子带中的第二导频音，其中，所述第一频谱子带和所述第二频谱子带位于所述光信道信号的基准频率的相对侧；基于所述接收的光信道信号的第一导频音和第二导频音之间的功率失配，监测所述光网络设备的性能。还描述了一种监测光网络设备的性能的装置和系统。

Description

利用导频音监测光网络设备的性能
相关申请案交叉申请
本申请要求于2017年10月23日提交申请号为15/790268、发明名称为“利用导频音监测光网络设备的性能”的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本公开涉及光网络领域，尤其涉及监测光网络的性能。
背景技术
典型的光网络，如密集波分复用(dense wavelength division multiplexing，简称DWDM)网络，包含许多无源和有源光组件。这些光组件应具有稳定的特性，以保证网络可靠运行。特别地，所述光组件应具有稳定的光频率通带的位置和宽度。各种因素可能改变所述光组件的频率通带，并且可能造成通带的频移/频偏等，从而导致所述通带的不对称变窄。当通过许多该类组件传播时，波长信道信号可能会发生明显的频谱变窄，从而导致光网络的损耗和故障。
因此，需要在监测光网络设备的性能，尤其是在监测光网络的无源和有源光滤波以及波长选择网络组件和模块的频谱性能方面进行改进，以提高光网络的频谱利用效率。
发明内容
本公开的目的是提供一种监测光网络，尤其是光网络设备的性能的技术。
总体而言，本公开提供了接收在光信道信号的相应子带中具有导频音的光信道信号以及基于这些导频音监测光网络设备的方法、系统和装置。
光信道信号在光网络设备中传播时，可能会因为光网络设备的通频带不同而出现频谱变窄。当光信道信号的中心频率在通过光网络的一个或多个滤光器传播时发生偏移时，可能产生非对称滤波。相对频偏可能是由光信道信号的偏移和一个或多个滤光器的光信道频偏中的至少一个引起。当光信道信号的带宽变窄且光信道信号的中心频率保持不变，同时通过光网络的一个或多个滤光器进行传播时，对称频谱可能会变窄。非对称滤波和对称频谱变窄都可能导致光网络出现严重的损耗和故障。
此处所公开的技术可有助于在光信道信号通过光网络设备传播时，检测和分析光信道信号的中心频偏和频谱变窄。
根据所公开技术的一方面，提供了一种监测光网络设备的性能的方法。所述方法包括接收光信道信号和监测光网络设备的性能。所述光信道信号包括：所述光信道信号的第一频谱子带中的第一导频音，以及所述光信道信号的第二频谱子带中的第二导频音，所述第一频谱子带和所述第二频谱子带位于所述光信道信号的基准频率的相对侧。基于所述接收的光信道信号的第一导频音和第二导频音之间的功率失配，监测光网络设备的性能。
根据所公开技术的另一方面，提供了一种监测光谱的方法。所述方法包括：接收光信道信号，所述光信道信号包括第一多个探测子带，所述第一多个探测子带中的不同探测子带连续具有第一探测导频音；基于所述第一探测导频音的时变功率电平获取所述光信道信号的频谱。
根据所公开技术的又一方面，提供了一种监测光谱的方法。所述方法包括：接收光信道信号，所述光信道信号包括共同形成所述光信道信号的整个频带的第一多个探测子带，第一探测导频音在所述光信道信号的整个频带上出现，而在所述第一多个探测子带的每一个探测子带上连续静默。所述方法还包括根据所述第一探测导频音的时变功率电平获取所述光信道信号的频谱。
根据所公开技术的又一方面，提供了一种系统。所述系统包括：发射器，用于通过光网络传输光信道信号。所述光信道信号包括：应用于所述光信道信号的第一频谱子带的第一导频音和应用于所述光信道信号的第二频谱子带的第二导频音。所述第一频谱子带和所述第二频谱子带位于所述光信道信号的基准频率的相对侧。该系统还包括：光探测器，用于接收光信道信号；以及处理器，用于基于接收的光信道信号的第一导频音和第二导频音之间的功率失配监测光网络设备的性能。
根据所公开技术的又一方面，提供了一种光网络监测装置。所述光网络监测装置包括光探测器，用于接收光信道信号。所述光信道信号包括所述光信道信号的第一频谱子带中的第一导频音，以及所述光信道信号的第二频谱子带中的第二导频音。所述第一频谱子带和所述第二频谱子带位于所述光信道信号的基准频率的相对侧。所述光网络监测装置还包括处理器，用于基于所述接收的光信道信号的所述第一导频音和第二导频音之间的功率失配来监测光网络设备的性能。
根据所公开技术的又一方面，提供了一种非瞬时性计算机可读介质，其上存储了计算机可执行指令，所述指令在执行时，使处理器执行以下操作：获取与光信道信号的第一频谱子带相关联的第一导频音的幅度；获取与所述光信道的第二频谱子带相关联的第二导频音的幅度信号，其中，所述第一频谱子带和所述第二频谱子带位于所述光信道信号的基准频率的相对侧；并且基于接收到的所述光信道信号的第一导频音和第二导频音之间的功率失配来监测光网络设备的性能。
所述计算机可执行指令可能使处理器基于功率失配检测以下至少一项：所述光信道信号与光网络的滤光器的滤波器带宽之间的相对频偏。所述计算机可执行指令还可能使所述处理器执行以下操作：如果所述相对频偏超过滤波器频差阈值，则产生告警。所述计算机可执行指令还可能使所述处理器确定至少一个光网络设备调谐参数。
在一些实施方式中，所述第一导频音具有第一导频音频率，所述第二导频音具有与所述第二导频音频率不同的第二导频音频率。
第一导频音和第二导频音可能同时出现在光信道信号的各自的第一频谱子带和第二频谱子带中。
在一些实施方式中，第一导频音在第一时间间隔内出现，第二导频音在与所述第一时间间隔不同的第二时间间隔内出现。
其中，基准频率可能为传输的光信道信号的中心频率。
所述技术还可能包括基于所述功率失配确定所述光信道信号的相对频偏。
所述技术还可能包括：如果所述相对频偏超过频偏阈值，则产生告警。
监测光网络设备的性能还可能包括监测光网络的滤光器的性能。所述技术还可能包括基于所述功率失配确定所述滤光器的滤波器带宽的相对频偏。
监测光网络设备的性能还可能包括监测光网络的波长选择开关、阵列波导光栅和激光光源中的至少一个的性能。
本公开的实施方案可以实现上述目标和方面中的至少一项，但并不一定可以实现所有。应理解，为了达到上述目标而导致的现有技术的某些方面可能不满足该目标。一些实施例可以达到本文未具体阐述的其他目的。
通过以下描述、附图和所附权利要求书，可以明显地看出本技术实施方式的附加特征、替代特征及各方面的优势。
附图说明
本公开实施例将仅以示例结合附图的方式进行描述，其中：
图1是光网络的示意框图；
图2是两个可重构光分插复用器(reconfigurable optical add/dropmultiplexer，简称ROADM)之间的链路的示意框图。
图3是传输的和接收的光信道信号的频谱示意图，其中，接收的光信道信号在通过滤光器传播之后进行了非对称滤波；
图4是传输的和接收的光信道信号的频谱示意图，其中，接收的光信道信号在通过滤光器传播之后进行了对称频谱变窄；
图5是一个实施例提供的用于将不同导频音应用于传输的光信道信号的不同子带的装置的框图；
图6是一个实施例提供的用于将两个或两个以上不同的导频音应用于传输的光信道信号的两个或两个以上不同的各自的子带的装置的框图；
图7是一个实施例提供的光网络设备监测装置的框图；
图8是一个实施例提供的多信道导频音检测单元的框图；
图9是一个实施例提供的一种监测光网络设备的方法的顺序图；
图10是另一个实施例提供的一种监测光网络设备的方法的顺序图；
图11是功率失配对频偏的依赖性示意图；
图12是具有中间子带的传输的光信道信号的频谱示意图；
图13是用于概念验证实验的系统的示意框图；
图14A示出了接收到的第一导频音功率和第二导频音功率的测得的功率失配与激光频偏的函数；
图14B示出了测得的光信噪比(optical signal-to-noise ratio，简称OSNR)损耗与激光频偏的函数；
图14C示出了测得的OSNR损耗与测得的功率失配的函数；
图15是图2的ROADM的示意框图；
图16是具有通过一个波长选择开关(wavelength selective switch，简称WSS)传播的三个不同信道的光信号的示意图；
图17是光信号穿过三个WSS的示意图；
图18是一个实施例提供的传输的和接收的光信道信号的示意图，其中，导频音应用于所述传输的光信道信号的探测子带之一；
图19是一个实施例提供的监测光谱方法的顺序图；
图20是另一实施例提供的监测光谱方法的顺序图；
图21是又一实施例提供的监测光谱方法的顺序图；
图22是再一实施例提供的监测光谱方法的顺序图；
图23示出了使用本公开的监测光谱方法获得的光信道频谱图与使用光谱分析仪获得的光信道频谱图重叠。
在各个附图上，相同的数字表示相同的特征。
具体实施方式
本公开的各个方面通常处理光信道信号的频谱变窄的一个或多个问题。
通常，本公开实施例提供了接收和使用导频音的方法和装置，用于基于这些导频音来监测光网络的性能。
参见附图，图1示出了光网络100。此类光网络100通常具有多个节点，每个节点可能包括具有至少一个波长选择开关(wavelength selective switch，简称WSS)的光分插复用器，例如可重构光分插复用器(reconfigurable optical add/drop multiplexer，简称ROADM)10。光网络100还可以具有一个或多个激光光源和多个光放大器，例如。掺铒光纤放大器，用于放大光信号。简单起见，在图1中省略了光源及光放大器。
本文中提及的光网络设备包括一个或多个无源光网络组件、有源光网络组件和光网络100的模块，包括但不限于滤光器、光链路、WSS、阵列波导光栅和激光光源。
光网络100通常传输多个光波长信道。在本公开全文中，术语“波长信道”表示特定波长的调制光信号，在本文中也称为“信道”。每个信道的特征是信道带宽和信道中心频率，通常由频率网格确定。
在光网络100中，可以使用连续导频音信号来监测信道功率。导频音是应用于高速光信道的低频调制(例如，kHz至MHz)。所述导频音提供了用于监测性能的带内辅助信道。
每个信道都使用不同的导频音进行调制。例如，可以将不同的调制频率应用于不同的信道。不同的扩频序列也可应用于频谱扩展导频音。相应地，特定导频音的功率可用于指示波分复用(wavelength division multiplexing，简称WDM)系统中的高速光信道的功率。还可对导频音进行调制，以携带信道表征信息。
再次参见图1，网络100包括多个导频音检测器(pilot tone detector，简称PTD)15，可以安装在光网络100的各个位置，以使用导频音来监测信道信息。可以使用PDT 15来监测单个波长信道、调制格式、波特率及其他信道特性中的任意一个或多个信道的存在和光功率水平。
应理解，每个PTD 15可能包含低速光电二极管、放大电路、模数(analog-to-digital，简称A/D)转换器和处理器(未示出PTD 15的内部组件)。A/D转换器将信号数字化，然后由处理器进行处理。
图2示出了图1中两个ROADM 10之间的链路的更多细节。图2的一个ROADM 10可以接收一个或多个DWDM信号202、204，在接收器Rx处从DWDM信号202、204中删除一个或多个信道，添加由发射器Tx生成的一个或多个信道，并通过其他信道传输。可以使用WSS添加或删除信号(如下图所示)。发射器Tx包括激光光源(未示出)。有些情况下，下波信道由光域转换为电域，上波信道由电域转换为光域。否则，则在光域中进行信道切换或传输。可以通过光放大器12进行放大信号。
ROADM 10可能包括一个或多个滤光器。通过非限制性实例的方式，所述ROADM 10的WSS用作所述WSS路由的波长信道的频谱滤波器。每个滤波器具有通带和带宽的特性，可能会随时间飘移。
如本文所述，术语“传输的光信道信号”是指通过光网络设备传播前的光信道信号。如本文所述，术语“接收的光信道信号”是指通过光网络设备传播后的光信道信号。
现参见图3，图3是在传输的光信道信号300之前和在接收的光信道信号350之后传播通过具有中心频率314和通带310的滤光器的光信道信号的频谱示意图。在图3中，滤波器通带310相对于传输的光信道信号300存在频偏。
由于传输的光信道信号300的基准频率330与滤波器中心频率314之间的相对频偏，如图3所示，传输的光信道信号300在通过滤光器时被非对称滤波。接收的光信道信号350经过滤光器传播后，其频谱带宽相对于传输的光谱300可能更窄，中心频率相对于传输的光谱300的中心频率可能偏移。在传输的光信道信号300通过滤光器传播后可能引起非对称滤波引起的频谱变窄。
非对称滤波可导致光信道信号的失谐、频谱变窄，从而导致在光网络100中引起一者或两者的损耗或故障。
当传输的光信道信号300通过光网络100的其他光网络设备传播时，可能产生类似非对称滤波。
各种光网络设备中的滤波效应也可能导致光信道信号的对称频谱变窄。图4示出了当滤光器通带410比传输的光信道信号通带400窄时发生的对称频谱变窄，而滤光器的中心频率414与传输的光信道信号400的中心频率430大致相同。接收的光信道信号450在经过滤光器410传播后的光谱可以保持对称，但光信号带宽可能更窄，取决于滤光器带宽412。
此类对称频谱的变窄可能是由于一个光设备的更窄带宽，例如滤光器、WDM、波长选择开关、增删模块等设备。
光信道信号的对称频谱变窄还可能是传输的光信道信号通过若干光设备传播的结果。这些光设备中的每一个都可以提供非对称滤波。因此，接收的光信道信号的光谱相对于基准频率(例如，所述接收的光信道信号的中心频率)可能是对称的。且可能具有更窄的光信号带宽。由于一个或多个光设备而引发的对称频谱变窄也可能导致光网络100中的至少一种性能下降和故障。
再次参见图3，在至少一个实施例中，可以将两个不同的导频音应用于传输的光信道信号300。在该实施例中，第一导频音应用于光信道信号的第一频谱子带320，第二导频音应用于第二频谱子带325。所述第一频谱子带320和第二频谱子带325可能位于光信道信号300的基准频率330的相对两侧。所述基准频率330可以是载波频率(用于激光光源)，在本文中称为传输的光信道信号300的中心频率。
图5是一个实施例提供的用于将不同导频音应用于所述传输的光信道信号300的不同子带的装置500的框图。所述装置500可能包含频带划分器510，用于将时域数字信号频谱划分成多个频谱子带，及导频音生成器512，用于将各自的导频音应用到两个或多个频谱子带中的每一个频谱子带，以生成具有应用导频音的各自的频谱子带。对于输入为多个数字子带信号的实施例，频带划分器510可能不是必需的。所述装置500还可能包含频谱带重组器514，用于将频谱子带与已应用的导频音和未应用的导频音的每个剩余频谱子带进行重组，以产生重组后的时域数字信号。所述装置500还包括电光调制器516，用于转换所述重组后的时域数字信号以进行传输。
图6是用于将两个或两个以上(N)不同的导频音应用于所述传输的光信道信号300的两个或两个以上(N)不同的各自的子带的装置600的另一实施例的框图。所述装置600包括快速傅里叶变换(fast Fourier transform，简称FFT)模块652，将时域数字信号650转换为频域信号。然后，将频域信号拆分为N个多个子带654、664。然后，通过各自的逆FFT(inverse FFT，简称IFFT)656和666将每个子带转换回各自的时域数字信号。需要注意，组件652、654、656、664和666总体为图5所述的频带划分器510的一个具体示例。乘法器658、668用于对所述N个时域数字信号进行各自的导频音调制，并且在数模转换680之前，将所述N个导频音调制的信号在670中重新组合。
所述装置500、600可用于将所述第一导频音和第二导频音应用于所述第一频谱子带320和第二频谱子带325。此时，图6中导频音的数量N等于2。相应地，子带的数量也等于2。
在至少一个实施例中，所述装置500、600可能是光网络100的发射器Tx的一部分。
现参见图7，用于监测光网络100的光网络设备监测装置700包括光探测器(photodetector，简称PD)710、处理器720、非瞬时性计算机可读介质730和存储器740。应理解，非瞬时性计算机可读介质730和存储器740可能拆分或组合在一个设备中。根据至少一个实施例，所述光探测器710用于接收光信道信号350，所述光信道信号350在所述第一频谱子带320和所述第二频谱子带325中具有所述第一导频音和所述第二导频音。所述光探测器710，如光电二极管，将光信号转换成电信号。所述光网络设备监测装置700还可能包括跨阻放大器(trans-impedance amplifier，简称TIA)715。所述处理器720还可能包括用于对来自所述光探测器710的输出模拟信号进行数字化的模数转换器(analog-to-digitalconverter，简称ADC)722和多信道导频音检测单元(pilot tone detection unit，简称PTDU)724。每个导频音的功率可能取决于数字信号处理。
在至少一个实施例中，所述非瞬时性计算机可读介质730具有可存储的计算机可执行指令。在执行指令时，计算机可执行指令使得所述处理器720基于本文所讨论的功率失配来监测光网络100的性能。所述指令还使所述处理器720接收第一导频音和第二导频音。从接收到的所述光信道信号350的所述第一频谱子带320中提取所述第一导频音。所述第二导频音从接收到的所述光信道信号350的第二频谱子带325中提取。所述第一频谱子带和所述第二频谱子带位于所述光信道信号的基准频率的相对侧。所述处理器720也可能接收所述第一频谱子带320的标识符和所述第二频谱子带325的标识符。所述第一频谱子带320和第二频谱子带325的标识符可能包括所述第一频谱子带320和第二频谱子带325在所述光信道信号300的频谱中的位置的信息。所述处理器720可能从导频音中数字地提取标识符。例如，所述导频音的一个或多个比特可能包含该标识符。所述指令还使所述处理器720基于所述接收的光信道信号350的所述第一导频音320与所述第二导频音325之间的功率失配来监测光网络设备的性能。
应理解，所述光探测器710可以同时检测多个光信道。所述多信道PTDU 724可以通过数字信号处理(digital signal processing，简称DSP)实现，并且可以检测所述每个光信道中的导频音。
再次参见图1和图2，为了监测所述光网络设备的性能，所述光网络设备监测装置700的多个实例可以安装在光网络100中，例如在安装了PTD 15的位置中。可安装所述光网络设备监测装置700来代替PTD 15或与之并列安装。
图8示出了一个实施例提供的多信道导频音检测单元(pilot tone detectionunit，简称PTDU)724。所述多信道导频音检测单元724可能包含多个信道检测单元814。本实施例中，每个信道有一个信道检测单元814。在图8所述的实施例中，每个信道检测单元814包含一个混频器816，用于将从ADC 722接收的信号与具有圆形频率的下移因子834进行混频，以将信号频率下移至零载波频率ω。每个检测器814还包括时域相关器(或“时域相关模块”)818和决策块820，所述决策块确定扫频是否已完成。如果扫描已经完成，则提取导频音功率。否则，通过增加或减少所述下移因子834的循环频率ω来继续所述频率扫描。每个信道检测单元814包括导频音功率处理模块822，用于从扫频后的最大相关峰值中提取光功率。
现参见图9，进一步参见图3和图4，图9示出了第一实施例提供的一种监测光网络设备的性能的方法900的流程图。所述方法900包括：在操作910中，接收光信道信号350(如图3所示)。所述光信道信号350包括光信道信号350的第一频谱子带320中的第一导频音。在光信道信号350的第二频谱子带325中接收第二导频音。如图3所示，所述第一频谱子带320和第二频谱子带325位于基准频率330的相对两侧。所述方法900还包括：在操作920中，基于所述接收的光信道信号350的所述第一导频音和第二导频音之间的功率失配来监测所述光网络100的性能。
例如，功率失配可以通过接收到的所述光信道信号350中所述第一导频音和所述第二导频音之间的功率比值计算。
图10是第二实施例提供的一种监测光网络设备的性能的方法1000的流程图。在操作1010中，装置500和600(分别如图5和图6所示)处所产生的所述光信道信号300(如图3所示)，将导频音应用于网络100的不同子带，在所述第一子带320和第二子带325中存在第一导频音和第二导频音。所述第一频谱子带和所述第二频谱子带位于所述传输的光信道信号300的所述基准频率330的相对侧。在操作1020中，在所述光网络设备监测装置700处接收光信道信号350。
在操作1030中，检测第一导频音功率和第二导频音功率。在操作1040中，检测第一导频音功率和第二导频音功率之间的功率失配，以便在操作1050中监测光网络设备。
检测到的功率失配可由所述处理器720进一步分析，存储在所述存储器740中，并显示在可操作地连接到所述处理器720的屏幕(未示出)上。
现参见图11，图11是所述功率失配1110对相对频偏Δf的依赖性示意图。相对频偏Δf可以通过滤波器中心频率314相对于所述传输的光信道信号300的基准频率330(例如，传输的光信道信号300的中心频率)的偏移来计算。
如图11所示，当传输的光信道信号300通过光网络设备传播时，处理器720可以获取(计算)功率失配1110对相对频偏Δf的依赖性。例如，所述处理器720可以将功率失配与功率失配阈值1125、1127进行比较。
应理解，根据所述功率失配1110和相对频偏Δf的计算方法，所述功率失配1110的较高值还可以指示相对于所述基准频率330向较低或较高频率的非对称滤波。
在至少一个实施例中，所述存储器740可接收并存储不同功率失配阈值1125、1127和相应的频偏阈值1126、1128中的一个或多个的值。如果所述处理器720检测到的功率失配1110超过功率失配阈值1125和1127中的至少一个，所述处理器720可能产生告警。或者，所述处理器730可以确定相对频偏，然后将确定的相对频偏与频偏阈值1126、1128进行比较。例如，该告警可能是所述处理器720发送给其他设备的。还可以将此类告警收集在数据库中(作为向其他设备发送告警的补充或替代)。
在至少一个实施例中，所述第一导频音和第二导频音可以分别具有第一导频音频率和第二导频音频率。例如，可以基于所述光探测器710的光二极管的响应曲线的频率依赖性(响应度与频率/波长)来确定所述第一导频音频率和第二导频音频率之间的差异。可以选择所述第一导频音频率和第二导频音频率之间的这种差异较小，例如，大约或低于100千赫，以克服所述光二极管在不同频率下响应的最终差异。例如，所述第一导频音频率和第二导频音频率之间的差值可近似等于或小于其值的10％。所述第一导频音频率和第二导频音频率对于一个光信道信号可能是30MHz±5％，对于另一个光信道信号可能是31MHz±5％，等等。或者，可能周期性地对所述第一导频音和第二导频音的频率进行切换，以平衡这两个频率的响应差异。
所述第一导频音和第二导频音可以同时应用于传输的光信道信号300的第一子带和第二子带，也可以应用于不同的时隙。例如，所述第一导频音可以应用于第一频点，所述第二导频音可以应用于第二频点，此后，第一导频音可以应用于第二频点，第二导频音可以应用于第一频点。
在至少一个实施例中，所述第一导频音和第二导频音的频率可能相同。为了便于检测所接收的所述信道中的导频音，可以以所谓的交错方式以不同的时间间隔应用导频音。例如，所述第一导频音可应用于第一时间间隔，所述第二导频音可应用于第二时间间隔，区别于第一时间间隔。该操作可重复进行并求平均值，以提高测量的准确性。
现参见图12，在至少一个实施例中，所述传输的光信道信号1200的两个子带1220和1225可以由中间子带1240进行分隔。所述导频音可应用于所述子带1220、1225，而没有导频音应用于所述中间子带1240。换言之，在此类实施例中，所述传输的光信道信号1200的中间部分不经任何导频音调制，而所述导频音应用于所述传输的光信道信号1200的中间部分之外。
所述两个子带1220、1225可能与基准频率1230对称。例如，子带1240可能占用整个传输的光信道信号1200约80％。在这种情况下，所述两个子带1220、1225中的每个子带可能占用整个光信道信号1200的10％。在图12中示出了具有中心频率1214的滤光器的通带1210。
由于所述导频音应用于位于传输的光信道信号1200的边缘的较窄子带1220和1225，因此，所述第一导频音和第二导频音之间的功率失配的灵敏度将有望得到提高。
现参见图13，图13是用于概念验证演示的系统1300的示意框图。由发射器Tx 1310生成以34Gbaud调制的光信号正交相移键控(quadrature phase-shift keying，简称QPSK)通过50GHz WSS 1320传输。所述信号由光网络设备监测装置1315接收。
在至少一个实施例中，所述系统1300可用于校准图11的功率失配1110与滤光器的失谐/偏移曲线。
图14A示出了接收到的所述第一导频音功率和第二导频音功率的测得的功率失配与激光频偏的函数。图14B示出了测得的光信噪比(optical signal-to-noise ratio，简称OSNR)损耗与激光频偏的函数。图14C示出了测得的OSNR损耗与测得的功率失配的函数。
图3所示的传输的光信道信号300采用两个导频音以得出图14A至图14C所示的结果。其中一个导频音应用于位于中心频率330一侧的第一子带320。另一导频音应用于位于中心频率330的另一侧的第二子带325。测量了线性单位的导频音功率P1、P2，并计算了分贝(dB)的功率失配：
功率失配＝10*log10(P1/P2)。(1)
当在相对较长时间(例如，几秒钟)内接收到的光信号被平均时，可以大约或小于0.05dB的精度测量功率。检测到的频偏可能导致OSNR损耗≤0.1dB。
在一个实施例中，通常可以在传输任何信息之前离线校准光网络100，尤其是光设备(例如，ROADM 10的WSS)。例如，可测量作为功率失配函数的相对频偏，并将其作为校准数据存储在光网络设备监测装置700的存储器740中。在通过光网络100实际传输信息期间，处理器720可以分析接收的光信道信号350测得的功率失配。处理器720可以将测得的数据与存储的校准数据进行比较，以确定相对频偏和相对频偏导致的损耗中的至少一个。
再次参见图1和图2，在典型的光网络100中，可能有许多滤光器，这些滤光器是各种设备的一部分，例如ROADM 10的WSS。在至少一个实施例中，可在整个光网络100中安装一个以上的光网络设备监测装置700。每个光网络设备监测装置700可用于检测特定滤光器的失谐或故障。
在至少一个实施例中，当所述光信号经过多个对应的光设备(例如，过滤器)时，一个主处理器可以从多个光网络设备监测装置700收集相对频偏数据。例如，该主处理器可能是所述光网络设备监测装置700中的一个的处理器720。
为了减少相对频偏和相对频偏中的至少一个，可以分析从几个光网络设备监控装置700接收到的相对频率偏移数据，以建议校正(例如，有意将该频偏应用于特定滤波器)。在非对称滤波的情况下，基于相对频偏产生的数据可用于检测对光网络100中的光设备进行调谐的需要。例如，主处理器可以确定一个或多个应用于光网络设备的光网络设备调谐参数，以减少相对频偏或相对频偏对光信道信号的影响中的至少一种。
参见图15，图15是具有两个光网络设备监测装置1515a和1515b的ROADM 10的示意框图。在一实施例中，可在所述光信道信号1500通过ROADM 10之前和之后检测功率失配1110，从而通过特定的WSS 1530a和1530b(例如，WSS 1530b可能具有WSS通带1510。)可允许定位所述光网络100的一个或多个设备的故障。
在至少一个实施例中，所述主处理器1520可从所述光网络设备监测装置1515a和1515b中采集数据。所述主处理器1520可以在光信道信号1500经过光设备1530a之前，确定没有相对频偏。所述主处理器1520还可以确定光信道信号1500存在可接受的相对频偏。所述主处理器1520还可以检测接收的光信道信号1550经过光设备1530b后的相对频偏较大(高于频偏阈值1126和1128中的至少一个)。
例如，所述主处理器1520可以确定特定ROADM 10是否存在故障。所述主处理器1520可以从所述网络设备监测装置1515a和1515b接收导频音测量和功率失配值中的至少一个。其后，所述主处理器1520可对光信道信号经过ROADM 10前后的相对频偏进行比较。应理解，如果将所述光网络设备监测设备1515a和1515b的任何一个处理器720配置为从一个或多个其他光网络设备监控装置1515a和1515b接收数据，则它可能是主处理器1520。
在至少一个实施例中，可检测所述光网络100的每个滤光器的频偏。
如果系统检测到光网络100的光设备中的频偏过大，则可以确定需要对所述光设备和所述信号中的至少一个进行调谐。其后，所述系统可确定为了校正所述非对称滤波而需要获得的频偏值。图16和图17所示为所述光网络100中频偏的两个可能场景示例。
参见图16，光信号的频谱图包括通过单个WSS传播的若干波长信道。该示例中，单个WSS的三个滤波器通带1611、1612和1613的中心频率1601、1602和1603与ITU网格频率1621、1622和1623的中心频偏相同。同时，具有各自的中心频率1631、1632和1633的光信号的传输的信道与ITU网格频率1621、1622和1623的频偏不同。在本示例中，所述滤波器通带1611、1612和1613中每个滤波器通带的相对频偏不同。因此，系统可能需要确定滤波器通带1611、1612和1613中每个滤波器通带的相对频偏。
现参见图17，图17是信号的示意图，其中，所述信号以各自的中心频率1701、1702和1703穿过三(3)个不同的WSS，即WSS#1、WSS#2和WSS#3，所述信号中心频率1731、1732和1733的频偏与ITU网格频率1721相同，而三(3)个WSS的中心频率1711、1712和1713与ITU网格频率1721的频偏不同。穿过这三个WSS之后，所述信号可能会出现明显的频谱变窄。因此，系统可能需要确定每个WSS的相对频偏。
在至少一个实施例中，所述主处理器1520可以分析多个滤光器中多个信道的此类相对频偏。在非对称滤波的情况下，基于相对频偏生成的数据可用于检测对所述光网络100中的光设备进行调谐的需要。比如所述光设备可能是激光器或滤波器。
例如，基于此类分析，主处理器1520可以确定可能需要应用于所述光网络100中的一个或多个滤光器的一个或多个滤光器调整位移。所述主处理器1520可以通过相对频偏确定滤光器的调整偏移量，而无需确定所述光网络100中滤波器的绝对频偏。
测量光信道信号频谱可能有助于分析光网络100的光网络设备的性能。所述光信道信号频谱的形状可提供一个或多个单独的滤光器对光网络性能的影响(例如，频谱变窄)的信息。可以基于对光信道信号频谱的分析来检测频谱变窄，尤其是对称频谱变窄。
如本文所述，在至少一个实施例中，可以在所述光信道信号通过特定的光网络设备传播之前和之后，测量及确定光信道频谱。为检测频谱变窄，可将通过特定的光网络设备传播所述光信道信号之前和之后的频谱进行比较。
为测量所述光信道信号频谱，可在所述光信道信号的每个探测子带上连续应用探测导频音。探测导频音相对于所述光信道信号频谱的频谱相关位置可以随时间变化。所述光信道信号在通过光网络设备传播之后，可根据所述探测导频音的时变功率电平(即，功率电平作为时间的函数)来获得接收的光信道信号的频谱。
图18示出了一个实施例提供的传输的光信道信号1800，其中，探测导频音1860应用于所述传输的光信道信号1800的一个探测子带1830。所述传输的光信道信号1800的整个频带可以具有多个探测子带1830。在至少一个实施例中，所述探测导频音1860可连续应用于所述传输的光信道信号1800的连续探测子带1830。图18还示出了在通过导致对称频谱变窄的光网络设备进行传播之后接收的光信道信号1850的示例。
参见图19，图19示出了一个实施例提供的监测光谱方法1900。在操作1910中，处理器720接收所述光信道信号1850。所述光信道信号1850包括应用于探测子带1830的探测导频音1860。在操作1920中，确定所述探测子带1830内的探测导频音1860的功率电平。在操作1930中，确定探测导频音1860是否已应用于所述传输的光信道信号1800的整个频谱频带的每个可选探测子带1830。若没有，则重复操作1910和1920，其中将所述探测导频音1860应用于下一个探测子带1830。若在操作1930中确定所述探测导频音1860已应用于传输的光信道信号1800的整个频谱频带的每个可选探测子带1830，则在操作1940中获得所述接收的光信道信号1850的频谱。对于每个可选择的探测子带1830，所述接收的光信道信号1850的频谱包括所述探测导频音1860的相应功率电平，该功率电平在操作1920中确定。
在至少一个实施例中，可以将附加的探测导频音(除探测导频音1860之外的另一探测导频音)连续应用于所述传输的光信道信号1800的第二多个探测子带的不同探测子带。因此，可以在操作1940中，基于探测导频音1860和所述附加探测导频音的时变功率水平来获得接收的光信道信号1850的频谱。
参见图20，图20示出了一个实施例提供的监测光谱方法2000。在操作2010中，接收光信道信号1850。所述接收的光信道信号1850具有探测导频音1860，该探测导频音已被连续地应用于多个探测子带1830中的不同探测子带1830。在操作2020中，基于随时间确定的第一探测导频音1860的功率电平，获得所述接收的光信道信号1850的频谱。
图21示意性地示出了另一实施例提供的获得所接收的光信道信号1850的光谱的方法2100。在本实施例中，在探测时间间隔内，将所述探测导频音1860应用于所述传输的光信道信号1800的整个频谱频带，不包括探测子带1830。换言之，在操作2110中，接收光信道信号1850，其中，所述探测导频音1860应用于整个频带，而所述探测导频音1860在第一探测子带1830上静默。
在操作2120中，确定在所述接收的光信道信号1850内的所述探测导频音1860的功率电平。在操作2130中，确定在所述传输的光信道信号1800的整个频谱频带的每个可选探测子带1830中是否发生所述探测导频音1860的静默。若没有，则重复操作2110和2120，其中，所述探测导频音1860应用于所述传输的光信道信号1800，而所述探测导频音在下一个探测子带1830中静默。在操作2130中确定在所述传输的光信道信号1800的整个频谱频带的每个可选探测频带1830中已静默所述探测导频音1860之后，在操作2140中获得接所述收光信道信号1850的频谱。所述接收的光信道信号1850的频谱对于每个可选择的探测子带1830示出了当所述探测导频音1860在所述探测子带1830中处于静默状态时的所述探测导频音1860的相应功率电平。
在至少一个实施例中，在参考时间间隔内，所述探测导频音1860可应用于所述传输的光信道信号1800的整个频谱频带，包括所有可选择的探测子带1830。在所述参考时间间隔内确定所述探测导频音1860的参考功率电平。为了在操作2120中获得给定探测子带1830内的功率电平，从参考功率电平中减去在整个频谱频带(不包括给定探测子带1830)中存在的所述探测导频音1860的功率电平。所述探测时间间隔和所述参考时间间隔可相互衔接，并且可以连续地重复以测得平均功率水平。所述操作2110、2120可针对在接收的光信道信号1850的整个频谱频带中可选择的探测子带1830中的每个探测子带重复进行。
图22是另一实施例提供的监测光谱方法2200的顺序图。在操作2210中，接收具有第一多个探测子带1830的光信道信号1850，该第一多个探测子带共同形成所述接收的光信道信号1850的整个频带。在此类接收的光信道信号1850中，所述探测导频音1860在整个频带上出现，而在所述第一多个探测子带中的每一个探测子带1830上连续静默。在操作2220中，根据所述探测导频音1860的功率电平获得接收所述光信道信号1850的频谱。本实施例所述探测导频音1860随着时间的推移被确定为在不同探测子带1830中连续静默。
在操作1910、2010、2110和2210中，所述监测光谱方法1900、2000、2100和2200中所述处理器720还可以接收具有关于探测子带1830的信息的探测子带标识符(未示出)。探测子带标识符可以包括特定探测子带1830在光信道信号1850的频谱内的位置的信息。处理器720可以从导频音中数字地提取探测子带标识符。例如，导频音的一个或多个比特可以包含探测子带标识符。
图23示出了使用监测光谱方法2000获得的接收的光信道信号1850的光谱的示例。光谱2310是通过所述监测光谱方法2000以1GHz的探测子带获得的，并且光谱2320是以2GHz的探测子带获得的。为便于比较，图23还示出了使用商用光谱分析仪(optical spectrumanalyzer，简称OSA)测量的同一接收的光信道信号1850的光谱2330。用所述监测光谱方法2000测量的光谱2310、2320的形状类似于用OSA获得的光谱2330的形状。
通过所述监测光谱方法1900、2000、2100和2200获得的光谱可由处理器720进一步分析。所述光谱可以存储在所述存储器740中，显示在屏幕(未示出)上，或者同时存储和显示。所述处理器720还可以将获得的光谱与校准频谱进行比较，所述校准频谱可以先前存储在存所述储器740中。在至少一个实施例中，所述处理器720可以确定所述获得光谱的带宽，并将该带宽与带宽阈值进行比较。所述带宽阈值可存储在所述存储器740中。
在至少一个实施例中，所述监测光谱方法1900、2000、2100和2200中的至少一个可以与所述监测光网络设备的性能的方法900和1000一起应用，或者在所述监测光网络设备的性能的方法900和1000之后应用。可允许确定并随后分析所述接收的光信道信号的功率失配和光谱。如果确定所述相对频偏小于最小频偏阈值，则所述处理器720和1520可以继续采用所述监测光谱方法1900、2000、2100和2200确定和分析光谱。
与所述接收的光信道信号1850的光谱相关的其它特征(例如，与光谱的形状相关的特征)可以与各自的一个或多个特征阈值进行比较。此类各自的特征阈值可以存储在所述存储器740中。如果确定的光谱的特征中的一个或多个特征超过各自的特征阈值，则可能会产生告警。
图9、图10、图19至图22中描述的每个方法包括多个操作，这些操作可以以可变顺序执行，其中有些操作可能并发执行，有些操作是可选的。图中描述的每个操作可配置为由一个或多个处理器处理，所述一个或多个处理器耦合到存储器。
应注意，此处提及的“处理器”可以包括所述光网络设备监测装置700的处理器720、或外部处理器，或两者。所述外部处理器和所述处理器720可以是数字信号处理器(这里也称为“DSP”)、FPGA等能够执行数字信号处理的组件。
如下文各段所示，可以设想本文所公开的用于监测光网络设备性能的方法和装置的各种实现方式。
在一些实现方式中，所述光信道信号可以包括第二多个探测子带，第一多个探测子带以及第二多个探测子带中的不同子带连续具有第二探测导频音。其中，光信道信号的频谱可以基于第一探测导频音和第二探测导频音的时变功率电平得到。
在一些实现方式中，光信道信号可以包括第二多个探测子带，这些探测子带共同形成光信道信号的整个频带，第二探测导频音存在于光信道信号的整个频带上，而在所述第二多个探测子带中的每一个探测子带上连续静默。其中，光信道信号的频谱可以基于第一探测导频音和第二探测导频音的时变功率电平得到。
在一些实现方式中，光信道信号可以包括位于光信道信号的第一频谱子带和第二频谱子带之间的中间频谱子带。
本领域普通技术人员将认识到，对用于监测光网络执行的方法、系统和装置的描述仅是说明性的，无意以任何方式限制。其他实施例将容易地向具有本公开益处的本领域普通技术人员建议自己。此外，所公开的用于监测光网络性能的方法、系统和装置可以定制以提供有价值的解决方案，以解决与监测光网络性能相关的现有需求和问题。为了清楚起见，没有显示和描述用于监测光网络执行的方法、系统和装置的实施方案的所有常规特征。特别地，特征的组合不限于上述描述中呈现的那些，因为所附权利要求中列出的元素的组合构成本公开的组成部分。当然，应理解，在开发用于监测光网络性能的方法、系统和装置的任何此类实际实施时，可能需要做出许多针对具体实施的决定，以实现开发人员的具体目标，例如遵守应用、系统和与业务相关的约束，这些特定目标会因实现的不同而不同，也因开发人员的不同而不同。此外，应理解，开发工作可能是复杂和耗时的，但对于具有本公开益处的光网络领域中的普通技术人员来说，开发工作将是例行的工程任务。
根据本公开，可以使用各种类型的操作系统、计算平台、网络设备、计算机程序和通用机器实现本文描述的任何或所有组件、进程操作和数据结构。此外，本领域普通技术人员将认识到，也可以使用非通用性的设备，例如硬连线设备、现场可编程门阵列(fieldprogrammable gate array，简称FPGA)、专用集成电路(application-specificintegrated circuit，简称ASIC)等。如果包括一系列操作的方法由计算机、可操作地连接到存储器的处理器或机器实现，则这些操作可存储为可由所述机器、处理器或计算机读取的一系列指令，并且可存储在非瞬时性有形介质上。
本文所描述的系统和模块可以包括适用于本文所描述的目的的软件、固件、设备或软件、固件或设备的任何组合。软件和其他模块可以由处理器执行并驻留在服务器、工作站、个人计算机、计算机化平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant，简称PDA)和适合本文描述的目的的其他设备的存储器上。软件和其他模块可以通过本地存储器、网络、浏览器或其他应用程序或适合本文所述目的的其他方式访问。本文描述的存储介质和存储器可以包括计算机文件、变量、编程阵列、编程结构、或适用于本文描述的目的的任何电子信息存储方案或方法或其任何组合。
上文中以示例提供的非限制性说明性实施例对本公开进行了描述。这些说明性实施例可以任意修改。权利要求的范围不应受到实例中阐述的实施例的限制，而应给予与整体描述一致的最宽泛的解释。

Claims (18)

1.一种光网络设备监测方法，其特征在于，包括：
接收光信道信号，所述光信道信号包括：
所述光信道信号的第一频谱子带中的第一导频音，以及
所述光信道信号的第二频谱子带中的第二导频音，其中，所述第一频谱子带和所述第二频谱子带位于所述光信道信号的基准频率的相对侧，所述第一导频音用于对所述第一频谱子带在时域上进行幅度调制，所述第二导频音用于对所述第二频谱子带在时域上进行幅度调制；
基于所述接收的光信道信号的第一导频音和第二导频音之间的功率失配，监测光网络设备的性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第一导频音具有第一导频音频率；
所述第二导频音具有与所述第一导频音频率不同的第二导频音频率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一导频音和所述第二导频音同时出现在所述光信道信号的各自的第一频谱子带和第二频谱子带中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第一导频音在第一时间间隔内出现；
所述第二导频音在与所述第一时间间隔不同的第二时间间隔内出现。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基准频率为所述传输的光信道信号的中心频率。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述光网络设备包括滤光器，所述方法还包括：基于所述功率失配确定所述滤光器的滤波器带宽的相对频偏。
7.一种光网络设备监测系统，其特征在于，包括：
发射器，用于通过光网络传输光信道信号，其中，所述光信道信号包括：
应用于所述光信道信号的第一频谱子带中的第一导频音，以及
应用于所述光信道信号的第二频谱子带中的第二导频音，其中，所述第一频谱子带和所述第二频谱子带位于所述光信道信号的基准频率的相对侧，所述第一导频音用于对所述第一频谱子带在时域上进行幅度调制，所述第二导频音用于对所述第二频谱子带在时域上进行幅度调制；
光探测器，用于接收所述光信道信号；
处理器，用于基于所述光探测器接收的所述光信道信号的第一导频音和第二导频音之间的功率失配来监测光网络设备的性能。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述光网络设备包括滤光器，其中，所述处理器还用于基于所述功率失配确定所述滤光器的滤波器带宽的相对频偏。
9.一种光网络设备监测装置，其特征在于，包括：
光探测器，用于接收光信道信号，所述光信道信号包括：
所述光信道信号的第一频谱子带中的第一导频音，以及
所述光信道信号的第二频谱子带中的第二导频音，其中，所述第一频谱子带和所述第二频谱子带位于所述光信道信号的基准频率的相对侧，所述第一导频音用于对所述第一频谱子带在时域上进行幅度调制，所述第二导频音用于对所述第二频谱子带在时域上进行幅度调制；
处理器，用于基于所述接收的光信道信号的第一导频音和第二导频音之间的功率失配，监测光网络设备的性能。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于基于所述功率失配确定所述光信道信号的相对频偏。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于：如果所述相对频偏超过频偏阈值，则产生告警。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述光网络设备包括滤光器，所述处理器还用于监测所述滤光器的性能。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于基于所述功率失配确定所述滤光器的滤波器带宽的相对频偏。
14.根据权利要求9至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述光网络设备包括光网络的波长选择开关、阵列波导光栅和激光光源中的至少一个，所述处理器还用于分别监测所述光网络的波长选择开关、阵列波导光栅和激光光源中的至少一个的性能。
15.一种非瞬时性计算机可读介质，其上存储了计算机可执行指令，该指令由处理器执行时，使所述处理器执行以下操作：
获取与光信道信号的第一频谱子带相关联的第一导频音的幅度；
获取与所述光信道信号的第二频谱子带相关联的第二导频音的幅度，其中，第一频谱子带和第二频谱子带位于所述光信道信号的基准频率的相对侧，所述第一导频音用于对所述第一频谱子带在时域上进行幅度调制，所述第二导频音用于对所述第二频谱子带在时域上进行幅度调制；
基于所述接收的光信道信号的第一导频音和第二导频音之间的功率失配，监测光网络设备的性能。
16.根据权利要求15所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述计算机可执行指令使所述处理器基于所述功率失配检测以下至少一项：
所述光信道信号与光网络的滤光器的滤波器带宽之间的相对频偏。
17.根据权利要求16所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述计算机可执行指令使所述处理器执行以下操作：
如果所述相对频偏超过频偏阈值时，产生告警。
18.根据权利要求17所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述计算机可执行指令使所述处理器确定至少一个光网络设备调谐参数。
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