CN112422177B - 光通道识别方法、装置、光通信监测设备及存储介质 - Google Patents

光通道识别方法、装置、光通信监测设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种光通道识别方法、装置、光通信监测设备及存储介质，通过将卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱，其中，卷积预处理信号为波形对称的脉冲信号经一阶微分处理得到，且脉冲信号的时域宽度与对一个光通道的扫描时间匹配。随后，对卷积谱进行二阶差分处理得到二阶差分处理结果，并利用二阶差分处理结果的符号确定波峰波谷的频率位置，实现光通道识别。由于光通道识别方案在进行光通道识别的时候，无须进行导频标记，因此不会影响光通道对业务信号的传输性能。另一方面，光通道识别方案对光通道监测仪的频谱分辨率要求不高，不会增加光通道识别的成本，能够在保证低硬件成本的基础上提升光通道的识别率。

Description

光通道识别方法、装置、光通信监测设备及存储介质
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光通道识别方法、装置、光通信监测设备及存储介质。
背景技术
OPM(Optical Performance Monitoring，光性能监测)技术是实现未来动态、透明、灵活光网络的关键使能技术，准确的光通道识别是实现不同业务光性能监测的基础。在超100G DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分复用)系统中，波特率的增加和通道栅格的减小导致相邻通道频谱交叠严重，尤其是在相邻光通道功率差较大时，小功率光通道频谱容易被相邻的大功率光通道频谱串扰和背景噪声淹没，从而导致无法识别的问题。
发明内容
本发明实施例提供的光通道识别方法、装置、光通信监测设备及存储介质，主要解决的技术问题是：如何实现DWDM系统中光通道的识别。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种光通道识别方法，包括：
将卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱，卷积预处理信号为波形对称的脉冲信号经一阶微分处理得到，脉冲信号的时域宽度与对一个光通道的扫描时间匹配；
对卷积谱进行二阶差分处理得到二阶差分处理结果；
利用二阶差分处理结果的符号确定波峰波谷的频率位置，实现光通道识别。
本发明实施例还提供一种光通道识别装置，包括：
处理控制模块，用于将卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱，卷积预处理信号为波形对称的脉冲信号经一阶微分处理得到，脉冲信号的时域宽度与对一个光通道的扫描时间匹配，处理控制模块还用于对卷积谱进行二阶差分处理得到二阶差分处理结果；并利用二阶差分处理结果的符号确定波峰波谷的频率位置，实现光通道识别。
本发明实施例还提供一种光通信监测设备，光通信监测设备包括处理器、存储器及通信总线；
通信总线用于实现处理器和存储器之间的连接通信；
处理器用于执行存储器中存储的一个或者多个程序，以实现上述光通道识别方法的步骤。
本发明实施例还提供一种存储介质，存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述光通道识别方法的步骤。
本发明的有益效果是：
本发明实施例提供的光通道识别方法、装置、光通信监测设备及存储介质，通过将卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱，其中，卷积预处理信号为波形对称的脉冲信号经一阶微分处理得到，且脉冲信号的时域宽度与对一个光通道的扫描时间匹配。随后，对卷积谱进行二阶差分处理得到二阶差分处理结果，并利用二阶差分处理结果的符号确定波峰波谷的频率位置，实现光通道识别。由于本发明实施例提供的光通道识别方案在进行光通道识别的时候，无须进行导频标记，因此不会影响光通道对业务信号的传输性能。另一方面，光通道识别方案对光通道监测仪的频谱分辨率要求不高，不会增加光通道识别的成本，能够在保证低硬件成本的基础上提升对DWDM中光通道的识别率。而且，本发明实施例提供的光通道识别方案对色散和非线性不敏感，与业务信号调制码型无关，因此具有广阔的应用场景。
本发明其他特征和相应的有益效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分有益效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。
附图说明
图1为本发明实施例一中提供的光通道识别方法的一种流程图；
图2为本发明实施例一中提供的获取光谱信号的一种流程图；
图3为本发明实施例一中提供的生成卷积预处理信号的一种流程图；
图4为本发明实施例一中提供的光通信监测设备获取卷积谱的一种流程图；
图5为本发明实施例一中提供的光通信监测设备对卷积谱的二阶差分处理的一种流程图；
图6为本发明实施例二中提供的光通道识别装置的一种结构示意图；
图7为本发明实施例二中提供的光通道识别装置的另一种结构示意图；
图8为本发明实施例二中提供的卷积信号生成模块的一种结构示意图；
图9为本发明实施例三中提供的光通道识别装置的一种结构示意图；
图10为本发明实施例三中提供的DWDM系统中光通道识别装置的一种部署示意图；
图11为本发明实施例三中光通道识别装置采集的光谱信号的一种波形示意图；
图12为本发明实施例三中光通道识别装置获取的卷积谱的一种波形示意图；
图13为本发明实施例三中光通道识别装置获取的符号谱的一种波形示意图；
图14为本发明实施例四中提供的光通信监测设备的一种硬件结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。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。
实施例一：
在DWDM系统中，为了对光通道进行识别，相关技术中提供了如下两种典型的方案：
方案一：
在发射端给业务波长插入导频标记，通过在监测点检测导频来识别不同的业务通道，实现光通道的识别。不过，这种方法往往容易受到业务信号串扰、色散和非线性的影响，在超100G DWDM系统中难以实现，而且会增加额外频谱开销甚至会劣化光通道对业务信号的传输性能。
方案二：
通过商用光通道监测仪(Optical Channel Monitor，OCM)扫描全波段业务采集数字频谱序列，然后计算数字频谱序列的二阶差分，根基二阶差分计算结果锁定波峰波谷，实现光通道的识别。这种光通道识别方案对OCM的频谱分辨率要求较高，但受成本限制，商用OCM频谱分辨率普遍偏低，难以满足要求，且这种识别方案对测量扰动与背景噪声很敏感，在超100G DWDM系统中相邻通道功率差较大的时候，对小功率通道的识别往往不够准确。
所以，为了在不增加成本的基础上，准确地对光通道进行识别，本实施例提供一种光通道识别方法，该光通道识别方法可以由光通信监测设备实现，请参见图1示出的流程图：
S102：将卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱。
可以理解的是，光通信监测设备在对卷积预处理信号与光谱信号进行卷积处理之前，应当先获取到监测点的光谱信号。监测点的光谱信号是指通过对监测点的光谱进行扫描等处理得到的光谱信号，而卷积预处理信号实际就是与监测点的光谱信号进行卷积的卷积核，其是通过对脉冲信号进行一阶微分处理得到的，所以在本实施例中，生成卷积预处理信号的脉冲信号与光谱信号由一定的关系：脉冲信号的时域宽度与获取光谱信号时对一个光通道的扫描时间匹配，例如，在本实施例的一些示例当中，脉冲信号的时域宽度可以与对一个光通道的扫描时间一致。可以理解的是，在本实施例的其他一些示例当中，脉冲信号的时域宽度可以为对一个光通道的扫描时间的0.5～2倍。另一方面，通过将卷积预处理信号与检测点的光谱信号进行卷积，可以降低光谱信号中的底噪，因此，在本实施例中，脉冲信号是波形对称的信号，例如波形类似于“钟”形的信号。在本实施例的一些示例当中，脉冲信号可以是高斯脉冲信号。
光通信监测设备可以通过对监测点的光谱进行扫描，从而获取到监测点的光谱信号。下面结合图2示出的获取光谱信号的流程图对该过程进行阐述：
S202：对监测点的全波段光谱按不同中心频率进行扫描。
在本实施例中，光通信监测设备可以不同的中心频率对监测点的全波段光谱进行扫描。假设扫描频谱范围1573～1523nm，扫描步长0.01nm，总扫描点数(1573-1523)/0.01+1＝5001个，一般从中心波长1573nm处开始扫描，也就是可调光滤波器的中心波长调到1573nm，把1573nm附近的光单独滤出来再检测其功率，这样的一个功率点就跟可调光滤波器的一个中心波长形成一一对应关系，直到可调光滤波器中心波长调节到1523nm检测出对应功率，整个光谱扫描才算完成。
以按照某一中心频率扫描为例进行举例说明：
按照该中心频率对监测点的全波段光谱进行扫描，通过光电探测器检测中心频率对应的光功率并进行光电转换得到模拟的光功率信号，然后将模拟的光功率信号转换为数字的光功率信号。该数字的光功率信号可以与按照其他光通道中心频率进行扫描得到的光功率信号进行结合得到监测点对应的DWDM光谱。
S204：将不同中心频率下扫描得到的光功率信号进行结合得到时域光谱。
在每一次扫描之后，都会获取到一个中心频率对应的光功率信号，光通信监测设备可以将每次扫描得到的光功率信号进行结合，从而得到全波段光谱对应的完整DWDM光谱。
可以理解的是，由于DWDM光谱是根据光通信监测设备在不同时刻的扫描检测结果得到的，因此，该DWDM光谱是时域光谱。
在本实施例的一些示例当中，在将模拟的光功率信号转换成数字的光功率信号之后，可以对数字的光功率信号进行幅值平均处理，然后将幅值平均处理之后的光功率信号作为得到DWDM光谱的基础。
S206：将时域光谱转换到频域得到光谱信号。
所以，在得到时域光谱之后，光通信监测设备可以将该时域光谱转换到频域，从而得到能够用于卷积运算的光谱信号。可选地，光通信监测设备可以将时间单位按现行关系转换为频率单位，从而得到频域的光谱信号。
下面结合图3示出的流程图来对光通信监测设备获取卷积预处理信号的过程进行说明，假定用于生成卷积预处理信号的脉冲信号为高斯脉冲信号：
S302：在对监测点的光谱进行扫描的同时产生高斯脉冲信号。
在本实施例的一些示例当中，光通信监测设备可以在获取监测点光谱信号的同时获取卷积预处理信号，因此，光通信监测设备可以在对检测点的光谱进行扫描的同时产生高斯脉冲信号。
S304：对高斯脉冲信号进行一阶微分处理得到卷积预处理信号。
高斯脉冲信号产生以后，可以对该高斯脉冲信号进行一阶微分处理，从而得到卷积预处理信号。
可以理解的是，由于产生的高斯脉冲信号是模拟信号，因此，如果没有对高斯脉冲信号进行模数转换，则得到的卷积预处理信号也应当是模式信号，为了与数字的光谱信号进行卷积运算处理，光通信监测设备会将模拟的卷积预处理信号也进行模数转换，从而得到数字的卷积预处理信号。
在得到卷积预处理信号以及监测点的光谱信号之后，光通信监测设备可以对卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱。下面对光通信监测设备获取卷积谱的过程进行阐述，请参见图4示出的流程图：
S402：将光谱信号与卷积预处理信号进行卷积处理得到中间卷积结果。
光通信监测设备可以参照如下公式确定中间卷积结果。
Figure BDA0002177477640000061
其中，S1为中间卷积结果，S0为监测点的光谱信号，
Figure BDA0002177477640000062
为卷积预处理信号，n为中间卷积结果S1的序列号变量，i为光谱信号S0的序列号变量。
S404：将中间卷积结果与卷积预处理信号再次进行卷积处理得到卷积谱。
得到中间卷积结果之后，光通信监测设备将该中间卷积结果再次与卷积预处理信号进行卷积处理。从而得到卷积谱，请参见如下公式：
Figure BDA0002177477640000071
其中，S2为卷积谱。
S104：对卷积谱进行二阶差分处理得到二阶差分处理结果。
得到卷积谱之后，光通信监测设备可以对该设备进行二阶差分处理，以获取到二阶差分处理结果，下面结合图5示出的流程图对光通信监测设备对卷积谱的二阶差分处理过程进行说明：
S502：对卷积谱进行一阶差分处理。
在获取到卷积谱之后，光通信监测设备先对卷积谱进行一阶差分处理，一阶差分处理结果如下：
Figure BDA0002177477640000072
其中，
Figure BDA0002177477640000073
为一阶差分序列，也即卷积谱的一阶差分处理结果。
S504：计算一阶差分处理结果的符号函数序列。
随后，光通信监测设备对一阶差分处理结果进行转换计算，确定出对应的符号函数序列，一阶差分处理结果的符号函数序列满足以下公式：
Figure BDA0002177477640000074
其中，SF为一阶差分处理结果的符号函数序列。
S506：对符号函数序列进行一阶差分处理得到卷积谱对应的二阶差分处理结果。
得到一阶差分处理结果的符号函数序列之后，光通信监测设备再次对符号函数序列进行一阶差分处理，从而得到符号函数序列的一阶差分处理结果，也即卷积谱的二阶差分处理结果：
Figure BDA0002177477640000075
Figure BDA0002177477640000076
为符号函数序列SF的一阶差分序列，即卷积谱的二阶差分处理结果。
S106：利用二阶差分处理结果的符号确定波峰波谷的频率位置，实现光通道识别。
得到卷积谱的二阶差分处理结果之后，光通信监测设备可以根据二阶差分处理结果的符号来确定出光谱信号中各波的波峰波谷位置，进而实现光通道的识别。可以理解的是，每个光通道均可以由一个波峰加左右相邻的两个波谷确定。
根据
Figure BDA0002177477640000081
取值的正负符号，可以确定一个位置是波峰还是波谷：如果
Figure BDA0002177477640000082
的符号为负，即
Figure BDA0002177477640000083
小于零，则判定对应位置为波峰；如果
Figure BDA0002177477640000084
的符号为正，也即
Figure BDA0002177477640000085
大于零，则判定对应位置为波谷。
本实施例提供的光通道识别方法，通过将监测点的光谱信号与卷积预处理信号进行卷积处理，可以实现对背景噪声与测量抖动的抑制，从而能够在OCM硬件成本不增加的基础上提升频谱分辨率，增强光通道识别效果。
而且，本实施例提供的光通道识别方法沿用了采集监测点全波段光谱的模式，支持DWDM系统灵活栅格配置，对色散和非线性不敏感，与业务信号调制码型无关，而且不会影响业务信号的传输性能。
实施例二：
本实施例提供一种光通道识别装置，该光通道识别装置可以部署在光通信监测设备上，请参见图6：
光通道识别装置60包括处理控制模块600，其用于将光谱信号与卷积预处理信号进行卷积处理得到卷积谱，然后对卷积谱进行二阶差分处理得到二阶差分处理结果；并利用二阶差分处理结果的符号确定波峰波谷的频率位置，实现光通道识别。卷积预处理信号为波形对称的脉冲信号经一阶微分处理得到，且脉冲信号的时域宽度与对一个光通道的扫描时间匹配。光谱信号是指通过对监测点的光谱进行扫描等处理得到的光谱信号。
可以理解的是，处理控制模块600在对卷积预处理信号与光谱信号进行卷积处理之前，应当先获取到监测点的光谱信号。在本实施例的一些示例中，请参见图7示出的光通道识别装置的结构示意图：
光通道识别装置60包括光谱扫描模块602以及卷积信号生成模块604，其中光谱扫描模块602可以通过对监测点的光谱进行扫描，从而获取到监测点的光谱信号。
在本实施例中，光谱扫描模块602可以按照不同的中心频率对监测点的全波段光谱进行扫描。假设扫描频谱范围1573～1523nm，扫描步长0.01nm，总扫描点数(1573-1523)/0.01+1＝5001个，一般光谱扫描模块602从中心波长1573nm处开始扫描，也就是可调光滤波器的中心波长调到1573nm，把1573nm附近的光单独滤出来再检测其功率，这样的一个功率点就跟可调光滤波器的一个中心波长形成一一对应关系，直到可调光滤波器中心波长调节到1523nm检测出对应功率，整个光谱扫描才算完成。
以按照某一个待识别光通道的中心频率扫描为例进行举例说明：
光谱扫描模块602按照该中心频率对监测点的全波段光谱进行扫描，通过光电探测器检测中心频率对应的光功率并进行光电转换得到模拟的光功率信号，然后将模拟的光功率信号转换为数字的光功率信号。该数字的光功率信号可以与按照其他光通道中心频率进行扫描得到的光功率信号进行结合得到监测点对应的DWDM光谱。
在每一次扫描之后，光谱扫描模块602都会获取到一个中心频率对应的光功率信号，光谱扫描模块602可以将每次扫描得到的光功率信号进行结合，从而得到全波段光谱对应的完整DWDM光谱。可以理解的是，由于DWDM光谱是根据光谱扫描模块602在不同时刻的扫描检测结果得到的，因此，该DWDM光谱是时域光谱。所以，在得到时域光谱之后，光谱扫描模块602可以将该时域光谱转换到频域，从而得到能够用于卷积运算的光谱信号。可选地，光谱扫描模块602可以将时间单位按现行关系转换为频率单位，从而得到频域的光谱信号。
在本实施例的一些示例当中，在将模拟的光功率信号转换成数字的光功率信号之后，光谱扫描模块602可以对数字的光功率信号进行幅值平均处理，然后将幅值平均处理之后的光功率信号作为得到DWDM光谱的基础。
卷积信号生成模块604用于生成卷积预处理信号，卷积预处理信号实际就是与监测点的光谱信号进行卷积的卷积核，其是通过对脉冲信号进行一阶微分处理得到的，所以在本实施例中，生成卷积预处理信号的脉冲信号与光谱信号由一定的关系：脉冲信号的时域宽度与获取光谱信号时对一个光通道的扫描时间匹配，例如，在本实施例的一些示例当中，脉冲信号的时域宽度可以与对一个光通道的扫描时间一致。可以理解的是，在本实施例的其他一些示例当中，脉冲信号的时域宽度可以为对一个光通道的扫描时间的0.5～2倍。另一方面，通过将卷积预处理信号与检测点的光谱信号进行卷积，可以降低光谱信号中的底噪，因此，在本实施例中，脉冲信号是波形对称的信号，例如波形类似于“钟”形的信号。在本实施例的一些示例当中，脉冲信号可以是高斯脉冲信号。
假定用于生成卷积预处理信号的脉冲信号为高斯脉冲信号：
请参见图8示出的卷积信号生成模块604的一种结构示意图：卷积信号生成模块604包括脉冲生成模块6041与微分处理模块6042。在光谱扫描模块602对监测点的光谱进行扫描的同时，处理控制模块600将会生成脉冲生成指令，并将改重生成指令发送给脉冲生成模块6041，让脉冲生成模块6041根据脉冲生成指令产生高斯脉冲信号，然后微分处理模块6042对脉冲生成模块6041生成的高斯脉冲信号进行一阶微分处理得到卷积预处理信号。
可以理解的是，由于卷积信号生成模块604产生的高斯脉冲信号是模拟信号，因此，如果没有对高斯脉冲信号进行模数转换，则得到的卷积预处理信号也应当是模式信号，为了与数字的光谱信号进行卷积运算处理，卷积信号生成模块604会将模拟的卷积预处理信号也进行模数转换，从而得到数字的卷积预处理信号。
在得到卷积预处理信号以及监测点的光谱信号之后，处理控制模块600可以对卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱：
处理控制模块600先将光谱信号与卷积预处理信号进行卷积处理得到中间卷积结果。可选地，处理控制模块600可以参照如下公式确定中间卷积结果。
Figure BDA0002177477640000101
其中，S1为中间卷积结果，S0为监测点的光谱信号，
Figure BDA0002177477640000102
为卷积预处理信号，n为中间卷积结果S1的序列号变量，i为光谱信号S0的序列号变量。
得到中间卷积结果之后，处理控制模块600将该中间卷积结果再次与卷积预处理信号进行卷积处理。从而得到卷积谱，请参见如下公式：
Figure BDA0002177477640000111
其中，S2为卷积谱。
得到卷积谱之后，处理控制模块600可以对该设备进行二阶差分处理，以获取到二阶差分处理结果：
在获取到卷积谱之后，处理控制模块600先对卷积谱进行一阶差分处理，一阶差分处理结果如下：
Figure BDA0002177477640000112
其中，
Figure BDA0002177477640000113
为一阶差分序列，也即卷积谱的一阶差分处理结果。
随后，处理控制模块600对一阶差分处理结果进行转换计算，确定出对应的符号函数序列，一阶差分处理结果的符号函数序列满足以下公式：
Figure BDA0002177477640000114
其中，SF为一阶差分处理结果的符号函数序列。
得到一阶差分处理结果的符号函数序列之后，处理控制模块600再次对符号函数序列进行一阶差分处理，从而得到符号函数序列的一阶差分处理结果，也即卷积谱的二阶差分处理结果：
Figure BDA0002177477640000115
Figure BDA0002177477640000116
为符号函数序列SF的一阶差分序列，即卷积谱的二阶差分处理结果。
得到卷积谱的二阶差分处理结果之后，处理控制模块600可以根据二阶差分处理结果的符号来确定出光谱信号中各波的波峰波谷位置，进而实现光通道的识别。可以理解的是，每个光通道均可以由一个波峰加左右相邻的两个波谷确定。
根据
Figure BDA0002177477640000117
取值的正负符号，可以确定一个位置是波峰还是波谷：如果
Figure BDA0002177477640000118
的符号为负，即
Figure BDA0002177477640000119
小于零，则判定对应位置为波峰；如果
Figure BDA00021774776400001110
的符号为正，也即
Figure BDA00021774776400001111
大于零，则判定对应位置为波谷。
在本实施例中，处理控制模块600的功能可以通过处理器实现，而光谱扫描模块602的功能则可以通过可调光滤波器、光电探测器以及模数转换模块共同实现，卷积信号生成模块604的功能可以通过脉冲生成模块、一阶微分模块以及模数转换模块共同实现。
本实施例提供的光通道识别装置，通过将监测点的光谱信号与卷积预处理信号进行卷积处理，可以实现对背景噪声与测量抖动的抑制，从而能够在OCM硬件成本不增加的基础上提升频谱分辨率，增强光通道识别效果。
而且，本实施例提供的光通道识别装置沿用了采集监测点全波段光谱的模式，支持DWDM系统灵活栅格配置，对色散和非线性不敏感，与业务信号调制码型无关，而且不会影响业务信号的传输性能。
实施例三：
为了让本领域技术人员更清楚前述光通道识别方案(包括光通道识别方法与装置)的优点与细节，本实施例将结合示例继续对前述方案进行阐述，下面以400G DWDM系统中的光通道识别为例进行详细说明：
首先，请参见本实施例提供的一种光通道识别装置，请参见图9：
光通道识别装置90包括处理控制模块900、可调光滤波模块911、光电探测模块912、脉冲生成模块921、一阶微分模块922以及模数转换模块930。
光通道识别装置90可以部署在光通信监测设备上，其可以应用于图10所示的DWDM系统中，对光纤传输链路中光放大器的监测点100分光出来的光信号进行光通道识别，实现前述光通道识别方法：
第一步，光通道识别装置90完成监测点光谱信号的扫描采集和卷积预处理信号的生成。
可选地，处理控制模块900发送光谱扫描信号给可调光滤波模块911，让可调光滤波模块911对监测点的全波段光谱按不同中心频率进行扫描。光电探测模块912负责检测不同中心频率点对应的光功率，完成光电转换，模数转换模块930将检测到的光功率信号转化为数字信号，并将数字化的光功率信号传输给处理控制模块900。处理控制模块900将数字化的光功率信号进行幅值平均处理，并将扫描的不同中心频率点对应的光功率信号拼凑到一起即可得到完整的DWDM光谱。由于可调光滤波模块911是对不同中心频率对应的光功率分开到不同时间点测量，因此，最后采集到的是时域波形，所以，处理控制模块900需要将时间单位按线性关系转化为频率单位才可得到频域波形，也即频域的光谱信号。
在处理控制模块900向可调光滤波模块911发送光谱扫描信号，让可调光滤波模块911进行光谱扫描的同时，处理控制模块900还会发送脉冲生成指令给脉冲生成模块921，让脉冲生成模块921产生脉宽合适的高斯脉冲信号，这里脉冲生成模块921产生的高斯脉冲信号的时域宽度与可调光滤波模块911对一个光通道的扫描时间相当，例如在本实施例的一些示例中，高斯脉冲信号的时域宽度可以为可调光滤波模块911对一个光通道的扫描时间的0.5倍，在本实施例的一些示例中，高斯脉冲信号的时域宽度可以为可调光滤波模块911对一个光通道的扫描时间的两倍。当然，在一些示例当中，高斯脉冲信号的时域宽度与对一个光通道的扫描时间相等。随后脉冲生成模块921产生的高斯脉冲信号进入一阶微分模块922完成一阶微分运算得到模拟的卷积预处理信号，最后由模数转换模块930将卷积预处理信号转换成数字信号，并输送给处理控制模块900。
在本实施例中，可调光滤波模块911采集光谱点数1024点，频率间隔为4.88GHz，可调光滤波模块911的滤波器3dB带宽为25GHz。图11为采集的56波75GHz栅格的400G DP-16QAM业务全波段光谱信号，其中，193.1THz波长业务光功率比相邻通道小15dB，受可调滤波模块911频率带宽限制，从采集到的光谱信号中已经无法分辨出该小功率通道，此时也无法直接通过计算二阶差分识别该通道。因此，光通道识别装置90进行：
第二步，光通道识别装置90对采集到的监测点光谱信号和生成的卷积预处理信号进行卷积处理与二阶差分处理：
卷积处理过程包含两步：处理控制模块900计算采集光谱信号与卷积预处理序列的卷积结果作为中间卷积结果；再计算前一步中间卷积结果与卷积预处理序列的卷积：
处理控制模块900将采集到的光谱信号S0与卷积预处理信号
Figure BDA0002177477640000141
进行卷积，计算如下：
Figure BDA0002177477640000142
其中，S1为中间卷积结果，S0为监测点的光谱信号，
Figure BDA0002177477640000143
为卷积预处理信号。
得到中间卷积结果之后，处理控制模块900将该中间卷积结果再次与卷积预处理信号进行卷积处理。从而得到卷积谱，请参见如下公式：
Figure BDA0002177477640000144
其中，S2为卷积谱。
对于图11中的光谱信号，通过与卷积预处理信号的卷积处理可以得到图12所示的卷积谱，从该卷积谱中可以明显看到193.1THz频率处的波峰。
处理控制模块900进行的二阶差分处理过程包含三步：计算卷积谱的一阶差分序列；计算一阶差分序列的符号函数序列；计算符号函数序列的一阶差分序列。具体为：
卷积预处理后光谱的一阶差分序列计算如下：
Figure BDA0002177477640000145
其中，
Figure BDA0002177477640000146
为一阶差分序列，也即卷积谱的一阶差分处理结果。
一阶差分序列的符号函数序列满足以下公式：
Figure BDA0002177477640000147
其中，SF为一阶差分处理结果的符号函数序列。
符号函数序列的一阶差分序列计算如下：
Figure BDA0002177477640000148
Figure BDA0002177477640000149
为符号函数序列SF的一阶差分序列，即卷积谱的二阶差分处理结果。
波峰波谷位置由符号函数序列的一阶差分序列的符号变化决定，也即由卷积谱的二阶差分结果的符号确定：如果
Figure BDA0002177477640000151
的符号为负，即
Figure BDA0002177477640000152
小于零，则判定对应位置为波峰；如果
Figure BDA0002177477640000153
的符号为正，也即
Figure BDA0002177477640000154
大于零，则判定对应位置为波谷。
进行二阶差分处理后，就可以完成包括小功率通道在内的全部56个波长通道的准确识别，二阶差分处理结果(也即符号谱与频率的关系)如图13所示。在图13中，可以看到与光通道频率对应的孤立的正负值波峰波谷。其中正值对应波谷，负值对应波峰。
本实施例提供的光通道识别方案，不影响业务信号，几乎不受色散和非线性影响，而且能够克服超100G DWDM系统中光谱分辨率较低且相邻通道功率差较大时小功率通道识别不准确的问题。
实施例四：
本实施例提供一种存储介质，该存储介质中可以存储有一个或多个可供一个或多个处理器读取、编译并执行的计算机程序，在本实施例中，该存储介质可以存储有光通道识别程序，该光通道识别程序可供一个或多个处理器执行实现前述实施例介绍的任意一种光通道识别方法的流程。
另外，本实施例提供一种光通信监测设备，如图14所示：光通信监测设备140包括处理器141、存储器142以及用于连接处理器141与存储器142的通信总线143，其中存储器142可以为前述存储有光通道识别程序的存储介质。处理器141可以读取光通道识别程序，进行编译并执行实现前述实施例中介绍的光通道识别方法的流程：
处理器141将卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱，卷积预处理信号为波形对称的脉冲信号经一阶微分处理得到，脉冲信号的时域宽度与对一个光通道的扫描时间匹配。得到卷积谱之后，处理器141对卷积谱进行二阶差分处理得到二阶差分处理结果，并利用二阶差分处理结果的符号确定波峰波谷的频率位置，实现光通道识别。
在本实施例的一种示例当中，脉冲信号为高斯脉冲信号，处理器141将卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱之前，会在对监测点的光谱进行扫描的同时产生高斯脉冲信号，然后对高斯脉冲信号进行一阶微分处理得到卷积预处理信号。
可选地，脉冲信号的时域宽度为对一个光通道的扫描时间的0.5～2倍。
在本实施例的一种示例当中，处理器141将卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱之前，还分别按照各待识别光通道的中心频率对监测点的全波段光谱进行扫描，然后将各次扫描得到的光功率信号进行结合得到时域光谱，并将时域光谱转换到频域得到光谱信号。
可选地，对于某一待识别光通道，处理器141按照不同的中心频率对监测点的全波段光谱进行扫描，并检测中心频率对应的光功率并进行光电转换得到模拟的光功率信号，然后将模拟的光功率信号转换为数字的光功率信号。
可以理解的是，处理器141将卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱时，可以将光谱信号与卷积预处理信号进行卷积处理得到中间卷积结果，然后将中间卷积结果与卷积预处理信号再次进行卷积处理得到卷积谱。
可选地，处理器141对卷积谱进行二阶差分处理得到二阶差分处理结果时，可以先对卷积谱进行一阶差分处理，然后计算一阶差分处理结果的符号函数序列，再对符号函数序列进行一阶差分处理得到卷积谱对应的二阶差分处理结果。
对于光通信监测设备实现光通道识别方法的其他细节，请参见前述实施例的介绍，这里不再赘述。
本实施例提供的光通信监测设备，通过将监测点的光谱信号与卷积预处理信号进行卷积处理，可以实现对背景噪声与测量抖动的抑制，从而能够在OCM硬件成本不增加的基础上提升频谱分辨率，增强光通道识别效果。而且，因为会对监测点的全波段光谱进行扫描检测，因此，光通信监测设备支持DWDM系统灵活栅格配置，对色散和非线性不敏感，与业务信号调制码型无关，而且不会影响业务信号的传输性能。
可以理解的是，在不冲突的情况下，本发明各实施例中的特征可以结合使用。
显然，本领域的技术人员应该明白，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件(可以用计算装置可执行的程序代码来实现)、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM,ROM,EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM，数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明实施例所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种光通道识别方法，包括：
将卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱，所述卷积预处理信号为波形对称的脉冲信号经一阶微分处理得到，所述脉冲信号的时域宽度与对一个光通道的扫描时间匹配；
对所述卷积谱进行二阶差分处理得到二阶差分处理结果；
利用所述二阶差分处理结果的符号确定波峰波谷的频率位置，实现光通道识别。
2.如权利要求1所述的光通道识别方法，其特征在于，所述脉冲信号为高斯脉冲信号，所述将卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱之前，还包括：
在对所述监测点的光谱进行扫描的同时产生高斯脉冲信号；
对所述高斯脉冲信号进行一阶微分处理得到卷积预处理信号。
3.如权利要求1所述的光通道识别方法，其特征在于，所述脉冲信号的时域宽度为对一个光通道的扫描时间的0.5～2倍。
4.如权利要求1所述的光通道识别方法，其特征在于，所述将卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱之前，还包括：
对所述监测点的全波段光谱按不同中心频率进行扫描；
将不同中心频率下扫描得到的光功率信号进行结合得到时域光谱；
将所述时域光谱转换到频域得到光谱信号。
5.如权利要求4所述的光通道识别方法，其特征在于，所述对所述监测点的全波段光谱按不同中心频率进行扫描包括：
对于某一中心频率，按照所述中心频率对所述监测点的全波段光谱进行扫描；
检测所述中心频率对应的光功率并进行光电转换得到模拟的光功率信号；
将所述模拟的光功率信号转换为数字的光功率信号。
6.如权利要求1-5任一项所述的光通道识别方法，其特征在于，所述将卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱包括：
将所述光谱信号与所述卷积预处理信号进行卷积处理得到中间卷积结果；
将所述中间卷积结果与所述卷积预处理信号再次进行卷积处理得到卷积谱。
7.如权利要求1-5任一项所述的光通道识别方法，其特征在于，所述对所述卷积谱进行二阶差分处理得到二阶差分处理结果包括：
对所述卷积谱进行一阶差分处理；
计算一阶差分处理结果的符号函数序列；
对所述符号函数序列进行一阶差分处理得到所述卷积谱对应的二阶差分处理结果。
8.一种光通道识别装置，包括：
处理控制模块，用于将卷积预处理信号与监测点的光谱信号进行卷积处理得到卷积谱，所述卷积预处理信号为波形对称的脉冲信号经一阶微分处理得到，所述脉冲信号的时域宽度与对一个光通道的扫描时间匹配，所述处理控制模块还用于对所述卷积谱进行二阶差分处理得到二阶差分处理结果；并利用所述二阶差分处理结果的符号确定波峰波谷的频率位置，实现光通道识别。
9.如权利要求8所述的光通道识别装置，其特征在于，所述光通道识别装置还包括光谱扫描模块与卷积信号生成模块；所述光谱扫描模块用于在所述处理控制模块的控制下对所述监测点的光谱进行扫描得到光谱信号；所述处理控制模块还用于在所述光谱扫描模块对所述监测点的光谱进行扫描的同时生成脉冲生成指令；所述卷积信号生成模块用于接收所述脉冲生成指令，根据所述脉冲生成指令生成卷积预处理信号。
10.如权利要求9所述的光通道识别装置，其特征在于，所述脉冲信号为高斯脉冲信号，所述卷积信号生成模块包括脉冲生成模块和微分处理模块，所述脉冲生成模块用于产生高斯脉冲信号；所述微分处理模块用于对所述高斯脉冲信号进行一阶微分处理得到卷积预处理信号。
11.如权利要求8-10任一项所述的光通道识别装置，其特征在于，所述处理控制模块用于将所述光谱信号与所述卷积预处理信号进行卷积处理得到中间卷积结果，并将所述中间卷积结果与所述卷积预处理信号再次进行卷积处理得到卷积谱。
12.一种光通信监测设备，所述光通信监测设备包括处理器、存储器及通信总线；
所述通信总线用于实现处理器和存储器之间的连接通信；
所述处理器用于执行存储器中存储的一个或者多个程序，以实现如权利要求1至7中任一项所述的光通道识别方法的步骤。
13.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1至7中任一项所述的光通道识别方法的步骤。
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