CN112585890B - 使用低功率间隙和导频音监测光网络的性能 - Google Patents

使用低功率间隙和导频音监测光网络的性能 Download PDF

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Abstract

所公开的系统、结构和方法涉及监测光网络的性能。发射和接收的光信道信号都施加了低功率间隙和调幅导频音。以间隙频率施加低功率间隙，间隙功率低于光信道信号的信号功率。将导频音以不同于间隙频率的导频音调制频率施加于光信道信号。所描述的方法包括基于在所接收的光信道信号的低功率间隙中检测到的间隙功率确定导频音调制深度。分别检测光链路中的放大自发辐射和非线性噪声。这允许确定和监测光信噪比。

Description

使用低功率间隙和导频音监测光网络的性能
相关申请交叉引用
本申请要求于2018年10月5日提交的题为“使用低功率间隙和导频音监测光网络的性能”、序列号为No.62/741,808的美国专利申请，以及于2019年9月27日提交的题为“使用低功率间隙和导频音监测光网络的性能”序列号为No.16/586,392的美国专利申请的优先权，其内容通过引用合并到本文中。
技术领域
本公开总体上涉及光网络领域，尤其涉及监测光网络的性能。
背景技术
诸如密集波分复用(dense wavelength division multiplex，DWDM)网络的典型的光网络具有许多无源和有源部件。这些部件中的每一个都可能将噪声添加到传播的光信道信号中。分别监测每个部件处的噪声水平可能有助于检测和分析特定的噪声源。通过这种监测获得的信息可以用于解决或补偿噪声源，并且可以允许改善光网络的性能。
光信噪比(optical signal-to-noise ratio，OSNR)是光通信系统中最重要的信号质量参数之一。提供改进的OSNR监测技术可能是有利的，这些改进包括低成本、准确、易于使用和非侵入性中的任意或全部。
发明内容
本公开的目的是提供一种用于监测光网络，特别是光纤网络设备的性能的技术。
根据这个目的，本公开的一个方面提供了用于发射和接收具有低功率间隙和导频音的光信道信号并基于这样的低功率间隙和导频音进行光纤网络设备监测的方法、系统和装置。
当光信道信号通过光纤网络设备传播时，可能会积累来自光纤网络的设备的噪声。
通过光网络传输的光信号中的噪声包括由光放大器引起的噪声和非线性噪声。光放大器引起的噪声是所谓的放大自发辐射(amplifier spontaneous emission，ASE)噪声。非线性噪声是由光纤非线性干扰(nonlinear interference，NLI)引起的，是相干光通信系统中最重要的损伤之一。
通常在光网络中监测光信道信号的光信噪比(optical signal-to-noise ratio，OSNR)。为了测量OSNR，需要将ASE噪声和非线性噪声分开检测和分析。
如本文所公开的技术允许分别监测ASE噪声和非线性噪声。
如本文所公开的技术还允许监测OSNR。本文所述的技术可以是低成本、准确和快速的，并且提供OSNR的实时测量监测数据。该技术允许利用调幅导频音和相干数字信号处理(digital signal processing，DSP)的优点。
根据公开技术的一方面，提供了一种用于监测光网络性能的方法。该方法包括接收光信道信号。光信道信号包括低功率间隙，低功率间隙中的间隙功率至少比光信道信号的信号功率低5倍。可以以间隙频率施加(apply)和检测低功率间隙。光信道信号还包括具有导频音调制频率的调幅导频音。导频音调制频率可以与间隙频率不同。该方法还包括基于从所接收的光信道信号的低功率间隙中的间隙功率检测到的导频音的幅度，监测光纤网络设备的性能。
根据本公开的其他方面，提供了另一种用于监测光网络性能的方法。该方法包括接收光信道信号。光信道信号包括低功率间隙，低功率间隙中的间隙功率至少比光信道信号的信号功率低5倍。光信道信号还包括调幅导频音。低功率间隙可以具有间隙频率，调幅导频音可以具有导频音调制频率。导频音调制频率可以不同于间隙频率。该方法还包括从光信道信号中去除色散，并基于在去除了色散的光信道信号的低功率间隙中检测到的导频音的幅度，监测光信道信号的光信噪比。
根据本公开的其他方面，提供了一种光网络监测装置。该装置包括接收机和处理器。接收机被配置为接收光信道信号，光信道信号包括：低功率间隙，低功率间隙中的间隙功率至少比光信道信号的信号功率低5倍；以及以导频音调制频率施加到光信道信号的调幅导频音。低功率间隙可具有间隙频率。导频音调制频率可以不同于间隙频率。处理器被配置为基于从所接收的光信道信号的间隙功率检测到的导频音的幅度，监测光纤网络设备的性能。接收机可以是相干接收机。
根据本公开的其他方面，提供了一种具有存储在其上的计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质，计算机可执行指令在由处理器执行时，使处理器：确定光信道信号的低功率间隙中的间隙功率；基于间隙中的功率(也称为间隙功率)获得导频音的幅度；基于导频音的幅度和光信道信号的低功率间隙中的功率，监测光纤网络设备的性能。光信道信号包括低功率间隙，低功率间隙中的功率至少比光信道信号的信号功率低5倍。光信道信号还包括以导频音调制频率施加到光信道信号的调幅导频音。低功率间隙可具有间隙频率。导频音调制频率可以不同于间隙频率。
在至少一个实施例中，导频音调制频率低于间隙频率。
可以使用快速傅立叶变换来检测调幅导频音和导频音调制幅度。
在至少一个实施例中，在检测导频音调制幅度之前去除光信道信号中的色散。处理器可以被配置为去除光信道信号中的色散。
在至少一个实施例中，间隙功率在光信道信号的信号功率的约5％至约10％之间。间隙功率可以约为或低于光信道信号的信号功率的5％。
监测光纤网络设备的性能可以包括监测光信噪比。在一些实施例中，除了利用与低功率间隙中的功率相关联的信息之外，还可以通过使用所接收的光信道信号的低功率间隙之外的数据来计算光信噪比。
监测光纤网络设备的性能可以包括监测放大自发辐射(在本文中也称为ASE噪声)。监测光纤网络设备的性能可以包括监测光纤非线性噪声。
附图说明
通过以下结合附图进行的详细描述，本公开的特征和优点将变得显而易见，其中：
图1(现有技术)示出了光网络的框图；
图2示出了两个可重构光分插复用器(reconfigurable optical add-dropmultiplexer，ROADM)之间的链路的框图；
图3示出了具有低功率间隙的光功率的发射波形；
图4示出了具有图3的波形的光信号通过链路传播之后光功率的接收波形；
图5示出了根据本公开的各种实施例的光功率的替代性发射波形；
图6A示出了根据本公开的各种实施例的具有图5的波形的光信号通过链路传播之后光功率的接收波形；
图6B示出了在图6A的接收波形的低功率间隙中检测到的接收间隙功率；
图7示出了根据本公开的各种实施例的用于光网络监测的方法的流程图；
图8示出了根据本公开的各种实施例的用于监测光纤网络的性能的装置；
图9是示出根据本公开的各种实施例的用于光网络监测的另一方法的流程图；
图10示出了间隙为10个符号的34Gbaud正交相移键控(Quadrature Phase ShiftKeying，QPSK)信号的仿真结果；
图11示出了作为低功率间隙的函数的低功率间隙中的仿真非线性噪声功率的具有自相位调制(self-phase modulation，SPM)的波形；以及
图12示出了作为低功率间隙的函数的低功率间隙中的仿真非线性噪声功率的具有SPM和交叉相位调制(cross-phase modulation，XPM)的波形。
应该理解，在所有附图和相应的描述中，相同的特征由相同的附图标记标识。此外，还应理解，附图和随后的描述仅旨在用于说明性目的，这些公开内容不旨在限制权利要求的范围。
具体实施方式
如本文中所使用的，术语“大概”或“约”是指与标称值相差+/-10％。需要理解的是，无论是否特别提及，这一变化总是包括在本文提供的给定值中。
除非另外定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与所描述的实施例所属的领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本公开涉及一种方法和装置，以解决现有技术的不足。特别地，本公开描述了用于监测光纤网络的性能的系统、装置和方法。
通常，本公开实施例提供了用于基于施加于光信道信号的低功率间隙和导频音来发射、接收和使用光信道信号以监测光网络的性能的方法和装置。
现参考附图，图1示出了光网络100的框图。这种光网络100通常具有多个节点，每个节点可以包括具有至少一个波长选择开关(wavelength selective switch，WSS)的光分插复用器，例如可重构光分插复用器(reconfigurable optical add-drop multiplexer，ROADM)10。光网络100还可以具有一个或多个激光光源。
光网络100通常包括多个用于放大光信号的光放大器，例如掺铒光纤放大器(erbium-doped fiber amplifier，EDFA)。为简单起见，图1中省略了光源和光放大器。
如本文所指的光网络设备包括光网络100的一个或多个无源和/或有源光网络部件和/或模块，包括但不限于光纤、光放大器、滤光器、光链路、WSS、阵列波导光栅和激光光源。
光网络100内的节点10通常在多个光波长信道中的一个上发射信号。在整个本公开中，术语“波长信道”表示特定波长的调制光信号。波长信道在本文中也称为“信道”。每个信道的特征在于通常由频率网格定义的信道带宽和信道中心频率。
如本文所指的术语“发射光信道信号”是指通过光网络设备传播之前的光信道信号。如本文所指的术语“接收光信道信号”是指通过光网络设备传播之后的光信道信号。
在光网络100中，可以使用调幅导频音信号来监测信道功率。“调幅导频音”(在本文中也称为“导频音”)是对施加到高速光信道的导频音的强度的低频(例如，kHz至MHz)调制。
导频音的调制深度通常很小(例如，信道功率的百分之几)。导频音为性能监测提供了带内辅助信道。
可以用不同的导频音调制每个信道。例如，不同的调制频率可以应用于不同的信道。不同的扩频序列也可以应用于频谱扩展导频音。因此，在波分复用(wavelengthdivision multiplexed，WDM)系统中，特定导频音的功率可以用于指示高速光信道的功率。导频音可以被进一步调制以携带信道表征信息。
图2示出了图1的两个ROADM 10之间的链路200的更多细节。图2中的一个ROADM 10可以接收一个或多个DWDM信号202、204，在接收机Rx处从DWDM信号202、204中丢弃(drop)一个或多个信道，添加由发射机Tx生成的一个或多个信道，并通过其他信道。可以使用WSS(未示出)添加或丢弃信号。发射机Tx包括激光光源(未示出)。在某些情况下，丢弃的信道从光域转换为电域，而添加的信道从电域转换为光域。否则，通道在光域中切换或通过。应当注意的是，相干收发器227a、227b可以包括发射机Tx 220a、220b和接收机Rx 225a、225b。
链路200还包括多个光放大器12，例如EDFAs。每个光放大器12将噪声引入光信道信号。这种噪声与放大自发辐射(ASE)有关，被称为“ASE噪声”。ASE噪声导致总链路噪声。可以执行总链路噪声的监测以获得网络中健康状况的度量。
除了ASE噪声外，光纤非线性噪声也对总链路噪声有所贡献。光纤非线性噪声与相干光纤通信系统中的两个主要光纤非线性有关。这些光纤非线性是自相位调制(SPM)和交叉相位调制(XPM)。SPM是信号本身在信道内传播时所引起的非线性效应。XPM是由相邻信道内承载的信号对信道内承载的信号的非线性效应。由SPM/XPM引起的NLI的行为就像其他噪声一样，通常被称为光纤非线性噪声(在本文中也称为“非线性噪声”)。
非线性噪声是相干光通信系统中的重要损害。对光网络运行中的非线性噪声进行监测对于信道功率优化、故障定位等非常重要。
用于监测光纤非线性噪声的现有方法和系统具有各种局限性和缺点。
光信噪比(OSNR)用于确定光噪声对光信号的干扰程度。OSNR是指在给定带宽内光信道信号功率与影响信号的噪声功率的比值：
Figure GDA0003337716150000041
其中，Pi是第i个信道中的信号功率，Bm是等效噪声带宽，Ni是在Bm内引入的噪声功率，Br是参考光带宽，通常为0.1nm。应当理解的是，在许多实施方式中，由于OSNR值是在0.1nm的长度上确定的，因此Ni仅被视为ASE噪声。
通常，OSNR是通过光链路和光网络传输光信号的最重要的参数之一。光放大器用于光网络中，以补偿各种损耗，例如光纤损耗和其他部件损耗。然而，OSNR由于放大而降低。出于多种原因进行OSNR测量，包括故障原因评估和健康监测。该信息可用于提高网络性能。OSNR应该考虑ASE噪声而不是非线性噪声。但是，通常测量的总噪声包括ASE噪声和非线性噪声。
因此，对于监测光网络的性能，重要的是要有独立于ASE噪声的用于监测非线性噪声的系统和方法。当监测光网络的OSNR时，这样的方法和系统也很重要。
图3示出了发射波形300的光功率。例如，具有波形300的光信道信号可以由图2中所示的发射机Tx 220a发射。
在图3中，发射光信号310在监测时段(time period)314上具有发射信号功率312。发射波形300在间隙时段322内具有低功率间隙320。发射间隙功率324远低于在低功率间隙320之外的发射信号功率312。
图4示出了接收波形400的光功率。例如，具有波形400的光信道信号可以由图2中所示的接收机Rx 225b接收。
在图4中，接收波形400在监测时段414上具有接收信号功率412。在间隙时段422内接收的低功率间隙420具有接收间隙功率424。接收间隙功率424远低于在低功率间隙420之外的接收信号功率412。
如上所述，在通过链路传播期间，ASE噪声和非线性噪声会添加到信号中。
应当注意的是，由于在传播过程中信号符号扩展到相邻信号符号中，所以非线性噪声存在于接收波形400的低功率间隙420中。由于色散，在链路200中传播之后，低功率间隙420可能消失。如果低功率间隙420远窄于符号扩展尺度，则可能发生这种情况。在相干接收机中数字去除色散之后，再次出现了如图4所示的低功率间隙420。
图4示出了接收波形400具有ASE噪声450和由光纤非线性引入的光纤非线性噪声455。这些噪声水平通常可附加于信号上。这样，接收信号功率412包括来自ASE噪声450和光纤非线性噪声455的贡献。ASE噪声450和光纤非线性噪声455的贡献也在低功率间隙420中形成功率水平。如果相应的发射间隙功率324约为0，接收间隙功率424表示总链路噪声。
测量低功率间隙420中的接收间隙功率424，可以估算或测量在通过链路200传播期间添加到光信号的总噪声功率。
为了分别监测ASE噪声和非线性噪声，除了施加低功率间隙外，还可以将调幅导频音施加于光信道信号。现在将描述导频音的应用。
图5示出了根据本公开的各种实施例的替代的发射波形500的光功率。例如，具有波形500的光信道信号可以由图2中的相干收发器227a的发送机Tx 220a发射。具有波形500的发射光信道信号除了具有低功率间隙520之外还具有调幅导频音540，这里仅示出了一个导频音周期(period)。
如图5所示，导频音调制频率与低功率间隙520处的频率(本文也称为“间隙频率”)不同。在一些实施例中，导频音调制频率低于低功率间隙520的频率。在其他一些实施例中，导频音调制频率可以高于低功率间隙520的频率。
在一些实施例中，低功率间隙520的频率可以随时间变化。在一些实施例中，低功率间隙520可以不规则地施加，使得相邻的低功率间隙520之间的时间间隔(在本文中也称为“间隙间隔”)可以随时间变化。在一些实施例中，低功率间隙520可以被配置为与信号帧结构在时间上重合和/或兼容。当提及低功率间隙时，应当理解的是，低功率间隙中的功率应实质上低于间隙之外的功率。在一些实施例中，两个功率可以相差五倍。因此，间隙中的功率可以是基线信号的其他部分的功率的五分之一。
图6A示出了根据本公开的各种实施例的与通过诸如链路200的链路的波形500的发射相对应的接收波形600的光功率。例如，波形600可以在图2中的接收机Rx 225b处被接收。应当注意的是，接收波形600代表在已经应用均衡以减轻或去除色散和其他线性效应(例如偏振模色散)之后的接收信号。例如，可以在具有色散均衡器的数字信号处理器(DSP)处去除色散。可以使用包括频域均衡的任意数量的不同技术来去除色散。
发射间隙功率524远低于在低功率间隙520之外的发射信号功率512。例如，发射间隙功率524可以约为或低于发射信号功率512的三分之一。发射间隙功率524约为0。间隙功率524可以约为或低于信号功率512的五分之一。间隙功率524可以约为或低于信号功率512的10％、约为或低于信号功率512的5％、在信号功率512的约5％到约10％之间。
在一些实施例中，可以以相等的间隙周期，周期性地施加低功率间隙520。
可以选择低功率间隙520、620的持续时间(间隙时段522、622)，使得间隙时段522、622不太长，以便减少开销。如果间隙时段522、622太长，则可能需要更大的色散，以在接收机处用功率填补低功率间隙。例如，低功率间隙520、522的持续时间可以是几个符号的数量级以最小化开销。
接收波形600具有导频音640和低功率间隙620。通过链路200传播时，光信号累积ASE噪声650和光纤非线性噪声655。因此，接收间隙功率624和接收信号功率612两者均包括ASE噪声650和非线性噪声655。当相加时，ASE噪声650和非线性噪声655代表总噪声660的至少一部分。在所示的示例中，发射间隙功率524约为9，接收间隙功率624在很大程度上代表ASE噪声650和非线性噪声655之和。
图6B示出了在接收波形600的低功率间隙620中检测到的接收间隙功率624。图6B还示出了接收间隙功率624中的ASE噪声650和非线性噪声655的水平。
因为ASE噪声是由链路中的光放大器产生的，所以它与发射信号无关。因此，ASE噪声不被导频音调制，其保持恒定。非线性噪声655由导频音调制。该差异可用于分别测量这两种类型的噪声。
ASE噪声不被导频音调制。因此，可以通过检测导频音的幅度来测量非线性噪声655。为了测量非线性噪声，根据测得的接收间隙功率624确定导频音的幅度。
检测在低功率间隙620中的功率624提供了对接收光信号(波形600)中的导频音的幅度的测量。导频音调制深度由发射机确定。然而，可以测量接收光信号中的导频音的幅度(如上所述，这可以在低功率间隙中完成)。然后，将所测得的导频音幅度用于帮助确定非线性噪声水平。总链路噪声包括非线性噪声和ASE噪声。因此，可以从总链路噪声和非线性噪声确定ASE噪声。因此，可以分别监测ASE噪声和非线性噪声。此外，可以由ASE噪声获得OSNR。
现在将更详细地描述用于光网络监测以及用于确定和监测光纤非线性噪声、ASE噪声和OSNR的方法和系统。
图7是示出根据本公开的各种实施例的用于光网络监测的方法700的流程图。光信道信号512由发射机Tx 220a(在图2中示出)生成(710)。在间隙时段322期间，将低功率间隙320、520施加于(720)光信道信号312。应当注意，这些步骤不必顺序地执行。可以在帧结构的开销部分中应用低功率间隙，以避免延迟有效载荷信息的传递。因此，可以以已经包括低功率间隙的方式完成光信号的产生。使用AM导频音对该信号的调制可以由发射机根据信号到信道的发射来执行。
然后，将导频音540施加于(730)具有低功率间隙320、520的光信道信号312，以获得发射光信道信号512。所施加的导频音540具有导频音频率和导频音调制深度。
本领域技术人员将理解，从发射机的外部观察者的角度来看，发射机正在产生具有根据导频音调制的低功率间隙的光信号。所产生的信号将具有特征调制，但是在信号中仍具有代表低功率间隙的间隙。
图8示出了根据本公开的各种实施例的用于监测光网络的性能的装置800。
装置800是所谓的“相干接收机”，并且使用光学本机振荡器(local oscillator，LO)。装置800可以至少部分地包括在接收机Rx 225a、225b中，和/或可以至少部分地包括在相干收发器227a、227b中。
在偏振和相位分集混合器806处接收光信号802和本机振荡器的信号LO 804，然后由平衡光电探测器(balanced photodetector，BPD)810检测该信号。然后将BPD 810的输出发送至模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)820。
在信号经过数字信号处理器(DSP)830之后，信号被发送给选通块(gating block)840和符号判定模块860。在一些实施例中，均衡器可以起到DSP 830的作用。本领域技术人员将意识到，均衡器可用于去除由于信号通过链路的传播而引起的线性损伤。这样的均衡器可以包括在相干接收机DSP中。
选通块840被配置为确定信号的低功率间隙620中的功率并收集与低功率间隙620中的功率相关的数据。选通块840随后将与低功率间隙中的间隙功率相关的数据发送给监测模块850。应当注意，可以在装置800的任何阶段确定并发送信号的功率、幅度或两者。应当理解，选通块840可以以多种方式中的任意一种来实现，包括作为受控开关。
监测模块850被配置为监测光网络的性能。特别地，监测模块850被配置为确定和监测如本文所述的ASE噪声、非线性噪声和OSNR。
应该理解，接收机的DSP 830可以包括选通块840和监测模块850。
图9是示出根据本公开的各种实施例的用于光网络监测的方法900的流程图。
诸如接收机Rx 225b的接收机接收(910)光信道信号600。低功率间隙620中的接收间隙功率624被收集并确定。例如，这可以在选通块840处完成。选通块840随后发射低功率间隙620中的间隙功率624。如上所述，可以通过使用均衡器或在DSP处从接收信号中去除色散的影响。从整个信号中去除色散效应，使得间隙功率624的确定(916)能够反映低功率间隙620中的总噪声660。色散效应的去除也可以与由符号间干扰(Inter-SymbolInterference，ISI)引起的线性损伤的校正同时进行。ISI也可能模糊总噪声660的测量，因此在噪声测量之前将其与色散效应一起去除是有益的。
为了改善对低功率间隙620的检测，可以减轻或去除(912)色散和其他损害。然后，如图9所示，可以分析校正后的信号以确定(914)低功率间隙620中的接收间隙功率624。可替代地，在确定低功率间隙620中的接收间隙功率624之后，可以从间隙功率624去除色散。
尽管在接收信号600中可能存在非线性噪声，但是在不从接收信号中去除色散的情况下，很难区分非线性噪声。去除其他线性损伤也很有价值。为了确定低功率间隙620中的非线性噪声水平，应该应用色散均衡。
例如，如果信号频谱宽度为0.3nm，则在传播通过80km具有约17ps/nm/km色散系数的标准单模光纤(standard single mode，SSMF)之后，符号扩展可能约为408ps。这对应于超过10个符号的持续时间。如果间隙时段长为5个符号，则在色散未补偿的链路中，低功率间隙可能仅显示在第一个跨度的波形中。对于链路的其余部分，光信号中的低功率间隙可能变得无法区分。但是，链路中的非线性干扰始终存在。这就解释了为什么可以使用低功率间隙来监测光纤非线性噪声：在具有色散的情况下，零功率间隙实际上是由相邻符号扩散的功率填充的，信号在大部分传播过程中没有间隙。
因此，需要在接收机处去除累积的色散，以恢复具有低功率间隙，并伴随有非线性噪声的信号。从信号中去除色散的影响在图10中示出。
图10示出了间隙为10个符号的34Gbaud正交相移键控(QPSK)信号的仿真结果。在该仿真中，信号以0dBm的发射功率传播通过20个跨度的SSMF。信号经历了色散以及SPM。
在图10中，粗实线1010表示在间隙1020中没有功率的初始振幅波形。较细线1033表示在未去除色散的情况下单通道非线性传播(20个跨度的80km SSMF，0dBm的发射功率)之后的波形。如果不去除色散，则波形中不存在低功率间隙。虚线1036表示在去除色散的情况下单通道非线性传播之后的波形。去除色散后，再次出现低功率间隙，并且由于SPM噪声，低功率间隙中的功率不为零。该仿真中未添加ASE噪声。
再次参考图9，在确定(916)低功率间隙620中的总噪声660之后，可以根据间隙功率624来确定(918)导频音的幅度。在一些实施例中，可以使用快速傅立叶变换(Fouriertransform，FFT)算法来检测导频音及其调制深度。如果导频音具有已知频率，则可以使用其他算法。例如，可以使用Goertzel算法。
为了由间隙功率624确定导频音调制的幅度，以可能不同于导频音调制频率的间隙频率施加低功率间隙520、620。这允许具有足够的数据以确定导频音幅度。间隙频率可以低于或高于导频音调制频率。如上所述，低功率间隙520可以是不规则的，使得相邻的低功率间隙520之间的时间间隔可以随时间变化。
然后，可以通过使用已知的调制深度将导频音幅度/幅度转换为功率来确定非线性噪声功率。
可以根据以下公式将比例因子k施加于导频音调制深度，以确定(920)非线性噪声：
PnonASE＝kPPT (2)
其中，PnonASE是非线性噪声功率655，PPT-是间隙功率624。
比例因子k可以与导频音调制深度成反比。
然后，可以基于以下公式来确定(920)ASE噪声650：
PASE＝Pt-PnonASE (3)
其中，Pt是低功率间隙中的总噪声。如果发射间隙功率524约为0，则Pt等于低功率间隙620中测得的接收间隙功率624。
监测模块850可以通过监测(924)ASE噪声650和通过监测(925)非线性噪声来监测光纤网络及其设备的性能。可以在监测时段614期间收集数据。
应当注意，监测时段614可以取决于应用。监测时段614可以足够长，使得可以精确地确定导频音幅度。因为非线性通常是静态的或变化缓慢(通常是由负载和信道功率引起的)，所以可以将监测时段614设置为能够将非线性视为静态的值。因此，对非线性噪声的监测不必非常快。例如，1秒的监测时段614可以提供足够的统计数据，以使用为低功率间隙收集的数据来计算噪声。
OSNR可以确定(930)如下。首先，可以确定(924)整个监测时段614的ASE噪声650。也可以确定(926)低功率间隙620之外的信号功率612。应当理解，在一些实施例中，可以确定包括间隙的信号的信号功率来代替低功率间隙之外的信号功率612。根据标准OSNR定义，需要将ASE噪声功率缩放到(928)每0.1nm功率。然后可以根据ASE噪声650确定光信道信号的OSNR。
间隙功率624的由光纤非线性引起的部分与低功率间隙周围的信号功率成比例。因此，如果信号功率由导频音640调制，则非线性噪声功率也由导频音640调制。为了验证非线性噪声655是发射间隙功率624的一部分以及非线性噪声655由导频音调640调制，已经执行了以下基于计算机的模拟。
图11示出了作为低功率间隙的函数的低功率间隙中的仿真非线性噪声功率1100的具有自相位调制(SPM)的波形。仅模拟了通过20个跨度的80km SSMF光纤的非线性传播中的信号信道。随机数据符号被划分为块，每个块有2560个符号，并且有128个块。在每个块中，将10个符号的功率在Tx处设置为零。间段522是10个符号，并且间隙间隔(低功率间隙之间的时间间隔)是2560个符号。对于导频音，使用了20％的调制，其明显高于实际系统中使用的调制。选择导频音的频率，使得在整个仿真长度中有一个周期(128个块的2560个符号)。仿真中没有ASE噪声，因此低功率间隙中的噪声功率仅为非线性噪声。
图11还示出了具有20％调制深度的拟合正弦曲线1110。图11示出了在低功率间隙中的非线性噪声功率由导频音调制，并且所接收的导频音的调制深度与所发送的导频音的调制深度相同。
图12示出了作为低功率间隙的函数的低功率间隙中的仿真非线性噪声功率1200的具有SPM和XPM的波形。仿真参数类似于图11中的仿真，只是有几个相邻的通道以引入交叉相位调制(XPM)。间隙时段522是10个符号，并且间隙间隔(低功率间隙之间的时间间隔)是320个符号。低功率间隙中的非线性噪声(SPM和XPM)也由导频音以与发射信号相同的调制深度进行调制。图12还示出了具有20％调制深度的拟合正弦曲线1210。
图11和图12所示的仿真表明，可以通过使用在光信道信号的低功率间隙中测量的功率检测导频音幅度来监测非线性噪声。
在至少一个实施例中，存在一种其上存储有计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质，计算机可执行指令由处理器执行时，使处理器执行本文所述的方法，例如方法700和方法900。在一些实施例中，由处理器执行的指令可以使处理器：确定光信道信号的低功率间隙中的间隙功率；基于间隙功率确定导频音幅度；基于光信道信号的低功率间隙中确定的导频音，监测光纤网络设备的性能。
在一些实施例中，处理器可以被配置为分别确定光纤非线性噪声和放大自发辐射中的至少一个。在一些实施例中，处理器可以被配置为基于在光信道信号的低功率间隙中检测到的间隙功率确定的导频音调制深度来确定光信号噪声比。
应当理解，可以通过基于硬件、基于软件、基于固件的元件和/或其组合来实现所公开的系统和装置的操作和功能。这样的操作替代方案不以任何方式限制本公开的范围。在由计算机、可操作地连接到存储器的处理器或机器来实现包括一系列操作的方法时，这些操作可以被存储为机器、处理器或计算机可读的一系列指令，并且可以存储在非暂时性有形介质上。
还应理解，尽管已经参考特定的特征、结构和实施例描述了本文提出的发明构思和原理，但是很明显地，在不背离这些公开的情况下可以进行各种修改和组合。因此，说明书和附图仅被视为对由所附权利要求书限定的发明构思和原理的说明，并且预期涵盖落入本公开范围内的任何和所有修改、变型、组合或等同替代。

Claims (23)

1.一种用于监测光网络性能的方法，包括：
接收光信道信号，所述光信道信号包括：
低功率间隙，其功率不大于所述低功率间隙之外的所述光信道信号的信号功率的五分之一，和
调幅导频音，其具有导频音调制频率；以及
基于所接收的光信道信号的所述低功率间隙中的功率和从所述所接收的光信道信号的所述低功率间隙中的间隙功率检测到的所述导频音的幅度，通过确定所述低功率间隙中的总噪声和光纤非线性噪声，监测光纤网络设备的性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以间隙频率检测所述低功率间隙，并且所述导频音调制频率与所述间隙频率不同。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述导频音调制频率低于所述间隙频率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：在检测导频音调制深度之前，减轻所述光信道信号中的色散。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述间隙功率在所述光信道信号的信号功率的5％至10％之间。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述间隙功率为或小于所述光信道信号的信号功率的5％。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，使用快速傅立叶变换算法来检测所述调幅导频音和导频音调制深度。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述监测光纤网络设备的性能包括监测所述光信道信号的光信噪比。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述基于从所述所接收的光信道信号的所述低功率间隙中的所述间隙功率检测到的所述导频音的幅度，通过确定光纤非线性噪声，监测光纤网络设备的性能包括：
减轻来自所述光信道信号的包括色散的线性损伤；以及
基于在去除了色散的光信道信号的所述低功率间隙中检测到的所述导频音的幅度，确定所述光纤非线性噪声；
基于所述光纤非线性噪声，监测所述光信道信号的光信噪比。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：通过使用所述所接收的光信道信号的所述低功率间隙之外的数据确定光信噪比。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述监测光纤网络设备的性能包括监测放大自发辐射。
12.一种用于监测光网络性能的方法，包括：
接收光信道信号，所述光信道信号包括：
低功率间隙，其功率不大于所述低功率间隙之外的所述光信道信号的信号功率的五分之一，和
调幅导频音，其具有导频音调制频率；
减轻所述光信道信号中的线性损伤的影响；以及
基于在去除了色散的光信道信号的所述低功率间隙中检测到的导频音调制深度，确定光纤非线性噪声；
基于所述光纤非线性噪声，监测所述光信道信号的光信噪比。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，以间隙频率检测所述低功率间隙，并且所述导频音调制频率低于所述间隙频率。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，间隙功率在所述光信道信号的信号功率的0至5％之间。
15.根据权利要求12或13所述的方法，还包括：使用快速傅立叶变换来检测所述导频音和导频音幅度。
16.根据权利要求12或13所述的方法，还包括：通过使用所接收的光信道信号的所述低功率间隙之外的数据确定光信噪比。
17.根据权利要求12或13所述的方法，还包括：确定放大自发辐射。
18.一种光网络监测装置，包括：
接收机，被配置为接收光信道信号，所述光信道信号包括：
低功率间隙，其功率不大于所述低功率间隙之外的所述光信道信号的信号功率的五分之一，和
调幅导频音，其具有导频音调制频率；以及
处理器，被配置为基于所接收的光信道信号的所述低功率间隙中的功率和从所述所接收的光信道信号的所述低功率间隙中的间隙功率检测到的所述导频音的幅度，通过确定所述低功率间隙中的总噪声和光纤非线性噪声，监测光纤网络设备的性能。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述接收机是相干接收机。
20.根据权利要求18或19所述的装置，其中，所述处理器被配置为减轻所述光信道信号中的色散的影响。
21.根据权利要求18或19所述的装置，其中，使用快速傅立叶变换算法来确定所述调幅导频音和导频音调制深度。
22.一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，当处理器执行所述计算机可执行指令时，导致所述处理器执行以下操作：
确定光信道信号的低功率间隙中的间隙功率，所述光信道信号包括：
所述低功率间隙，其功率不大于所述低功率间隙之外的所述光信道信号的信号功率的五分之一，和
调幅导频音，其具有导频音调制频率；
基于所述光信道信号的低功率间隙中确定的所述间隙功率和从所述间隙功率检测到的所述导频音的幅度，通过确定所述低功率间隙中的总噪声和光纤非线性噪声，监测光纤网络设备的性能。
23.根据权利要求22所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述处理器被配置为基于根据在所述光信道信号的所述低功率间隙中检测到的所述间隙功率确定的所述导频音幅度，确定光信噪比。
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