CN113078946A - 一种光信噪比监测方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光通信技术领域，更具体地，涉及一种光信噪比监测方法及其系统，改方法包括将待监测光信号分束为两个调制信号；分别接收两个调制信号，并分别输出两个包含高度一致的窄带宽信息电信号，分别记为上边带窄带宽频域信号、下边带窄带宽频域信号；采集两个电信号，并通过数字信号处理模块对两个电信号分析处理，得到上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号之间的的关系；根据上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号之间的的关系分别得到用于表征信号强度、噪声强度的矩阵；根据用于表征信号强度、噪声强度的矩阵得到关于光信噪比的行列式，并根据行列式得到光信噪比的表达式，此过程中不受色散影响，计算量小、速度快。

Description

一种光信噪比监测方法及其系统
技术领域
本发明属于光通信技术领域，更具体地，涉及一种光信噪比监测方法及其系统。
背景技术
随着移动互联网的蓬勃发展，数据流量也呈现出爆发式增长，这些海量的数据传输请求，最终都需要通过光纤传输系统来满足，这就驱使着光纤通信系统朝着大容量、超高速、动态化的方向去发展。目前单波长100Gbit/s、单光纤8Tbit/s的光传送网系统技术已经在电信网中大规模应用，并且朝着单波长400Gbit/s的传输速率继续发展。
现阶段高速率、大容量的光纤通信系统主要是由新型多维复用技术以及新型多维调制格式支撑的，这也意味着系统对光传输链路中的各种损伤更加敏感，致使系统的传输性能与传输可靠性严重下降。为了保障光纤通信系统能够安全可靠地传输数据，需要对光传输链路中的多个关键参数，如色散(CD,Chromatic Dispersion)、偏振模色散(PMD,PolarMode Dispersion)、光信噪比(OSNR,Optical Signal Noise Ratio)等进行监测。其中，光信噪比是光性能监测中的一个重要参数，其很大程度上影响着信号的误码率，对光信噪比进行检测，一方面能够监测光纤通信的信号质量，另一方面也能监测光纤链路是否出现中断，在出现故障后及时反馈到运营商。
为此，中国专利CN110720182B公开了一种监测光通信网络中的光信噪比OSNR的方法，该系统可以使用利用导频子载波调制的信号的导频子载波功率来导出纯信号功率，并使用整个电场的方差来导出总功率(信号的纯信号功率加上放大自发辐射(ASE)功率)。通过用总功率(ASE+纯信号)减去纯信号功率可以获得ASE功率，再利用ASE功率和纯信号功率计算OSNR。但是这样的方案需要考虑光路中的累积色散，再对其进行消除，这样即需要设置色散补偿模块，使得系统布置成本高居不下，计算量较多，速度也较慢。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中的至少一个缺陷，提供一种光信噪比监测方法及其系统，其不需要色散补偿模块，成本更低、计算量更多少、速度更快。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种光信噪比监测方法，包括以下步骤：
S1：将待监测光信号分束为两个调制信号；
S2：分别接收两个调制信号，并分别输出两个电信号，其中两个电信号中包含高度一致的窄带宽信息，分别记为上边带窄带宽频域信号、下边带窄带宽频域信号；
S3：采集两个电信号，并通过数字信号处理模块对两个电信号分析处理，得到上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号之间的关系；
S4：根据上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号之间的关系分别得到用于表征信号强度、噪声强度的矩阵；
S5：根据用于表征信号强度、噪声强度的矩阵计算得到关于光信噪比的行列式，并根据行列式得到光信噪比的表达式。
本方案中由于色散影响频域信号各频率分量之间的相位关系，这样色散对上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号受到色散的影响是相同的，因此该方法最后计算的到光信噪比不受色散的影响，不需要对色散进行消除，其计算量更少，速度更快，且成本更低。
优选地，上述的步骤S1中调制信号在时域上表示为：
Figure BDA0002991885550000021
其中，{}为发射符号序列；an∈M，M为调制格式所决定的符号集；δ(t)为单位冲击函数；T为符号周期；p(t)为脉冲形状函数
所述调制信号在频域上表示为：
S(f)＝M(f)·P(f)，
其中，M(f)和P(f)分别为∑nan·δ(t-nT)和p(t)的傅里叶变换，M(f)是周期为1/T的周期性函数，P(f)为对称性偶函数。
优选地，上述的步骤S2中分别通过两个相干接收机接收两个调制信号，两个相干接收机分别以波长设置在调制信号正负二分之一波特率处的激光器作为本振光源。
优选地，上述的步骤S3具体包括：
S31：对接收到的电信号做频漂补偿，使得上边带窄带宽信号与下边带窄带宽信号的频谱相差一个波特率；
S32：上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号可分别用琼斯矢量表示为：
Figure BDA0002991885550000031
Figure BDA0002991885550000032
其中，Ju为上边带窄带宽频域信号的琼斯矢量，Ju为下边带窄带宽频域信号的琼斯矢量，Jx,u(N)为上边带窄带宽频域信号x偏振上的频域信息，Jy,u(N)为上边带窄带宽频域信号y偏振上的频域信息，Jx,l(N)为下边带窄带宽频域信号x偏振上的频域信息，Jy,l(N)为下边带窄带宽频域信号y偏振上的频域信息；
S33：将琼斯矢量转化为斯托克斯矢量，具体公式为：
Figure BDA0002991885550000033
Figure BDA0002991885550000034
Figure BDA0002991885550000035
Figure BDA0002991885550000036
Figure BDA0002991885550000037
其中，S1为水平线偏振光分量，S2为45°线偏振分量，S3为右旋圆偏振光分量，Ex为在x线偏振方向上的光强振幅分量，Ey为在y方向上的光强振幅分量；Su为上边带窄带宽频域信号的斯托克斯矢量，Sy为下边带窄带宽频域信号的斯托克斯矢量，S1,u(N)、S2,u(N)、S3,u(N)、S1,l(N)、S2,l(N)、S3,l(N)均为斯托克斯矢量中的点；
S34：将上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号在经光纤传输受到偏振膜色散影响的关系表示为：
Su＝MPMD*Sl，
其中，MPMD为征斯托克斯参量在斯托克斯空间的旋转，Su为上边带窄带宽频域信号的斯托克斯矢量，Sl为下边带窄带宽频域信号的斯托克斯矢量。
优选地，上述的步骤S31具体包括：
S311：估计上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号的功率谱，具体公式为：
Psdu＝‖fft(Ux)‖2+||fft(Uy)||2，
Psdl＝‖fft(Lx)‖2+||fft(Ly)||2，
其中，Psdu为上边带窄带宽频域信号功率谱，Psdl为下边带窄带宽频域信号功率谱，Ux为上边带窄带宽信号的x偏振上的时域序列，Uy为上边带窄带宽信号的y偏振上的时域序列，Lx为下边带窄带宽信号的x偏振上的时域序列，Uy为下边带窄带宽信号的y偏振上的时域序列；
S312：计算Psdu和Psdl的互相关函数rpsd；
S313：计算互相关函数rpsd的峰值点横坐标与相对频率漂移的关系，具体公式如下：
Figure BDA0002991885550000041
其中，FD为相对频率漂移，Nrpsd为横坐标，fs为采样率，N为采样点数。
优选地，上述的步骤S4具体包括：
S41：通过最小二乘法得到MPMD的表达式为：
Figure BDA0002991885550000042
其中，MPMD为斯托克斯参量在斯托克斯空间的旋转，其为表示上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号之间关系的3*3矩阵，(Sl)H为Su的共轭矩阵；
S42：根据MPMD计算得到用于表示噪声与信号强度的矩阵，具体公式为：
M1＝Su*(Sl)H，
M2＝Sl*(Sl)H，
其中，M1为表示上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号的信号强度，
M2为表示上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号的信号及噪声强度。
优选地，上述的步骤S5具体包括：
S51：设偏振膜色散PMD＝0，得到表示光信噪比的矩阵MPMD的行列式：
Figure BDA0002991885550000051
其中，MR为行列式大小为1的旋转矩阵；
S52：根据MPMD的行列式随光信噪比变化而变化的趋势，拟合行列式大小与光信噪比之间的曲线；
S53：根据曲线反解得到光信噪比的表达式：
Figure BDA0002991885550000052
其中，OSNR为光信噪比，F为与脉冲成型滤波器的形状及采样点数有关的系数。
本方案中还提供一种用于实现上述光信噪比监测方法的系统，包括光纤耦合器、均与光纤耦合器连接的两台相干接收机、分别与两台相干接收机连接的模数转换器、与模数转换器连接的数字信号处理器；两台相干接收机分别以频率设置在正负二分之一波特率处的激光器为本振光源。
优选地，上述的光纤耦合器的分光比为50:50。
优选地，还包括两台分别与两台相干接收机连接的低通滤波器。
与现有技术相比，有益效果是：本发明中通过将调制信号分束，再经过两台以频率设置在正负二分之一波特率处的激光器为本振的相干接收机接收输出含有高度一致窄带宽信息的上边带窄带宽频域信号及下边带窄带宽频域信号，再用斯托克斯矢量表示频域信号，通过矩阵运算得到分别用于表示噪声强度与信号强度的两个矩阵，计算两个矩阵的比值，即可得到相应的光信噪比，因为色散只影响频域信号的相位关系，这样在色散对上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号的影响是相同，即不需要对色散进行消除，可以省去色散消除模块及相应的计算，降低了系统的运算量，提高了监测速度，同时降低了系统的成本。
附图说明
图1是本发明实施例光信噪比监测方法的流程示意图；
图2是本发明实施例光信噪比监测方法的拟合曲线示意图；
图3是本发明实施例光信噪比监测系统的组成结构方框示意图；
图4是为验证本发明实施例光信噪比监测方法搭建的偏振复用相干通信仿真系统；
图5是图4中偏振复用相干通信仿真系统得到光信噪比(OSNR)监测误差结果；
图6是图4中偏振复用相干通信仿真系统得到不同偏振膜色散(PMD)对矩阵MPMD行列式趋势的影响结果；
图7是图4中偏振复用相干通信仿真系统得到不同色散(CD)对矩阵MPMD行列式趋势的影响结果。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例1：
如图1所示为一种光信噪比监测方法，包括以下步骤：
S1：将待监测光信号分束为两个调制信号；
S2：分别接收两个调制信号，并分别输出两个电信号，其中两个电信号中包含高度一致的窄带宽信息，分别记为上边带窄带宽频域信号、下边带窄带宽频域信号；
S3：采集两个电信号，并通过数字信号处理模块对两个电信号分析处理，得到上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号之间的的关系；
S4：根据上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号之间的的关系分别得到用于表征信号强度、噪声强度的矩阵；
S5：根据用于表征信号强度、噪声强度的矩阵得到关于光信噪比的行列式，并根据行列式得到光信噪比的表达式。
其中，本实施例中两个电信号带有一致的频谱信息，但由于实际还带有不一致的噪声，因此称两个电信号带有高度一致的窄带宽信息。
在本实施例中步骤S1中调制信号在时域上表示为：
Figure BDA0002991885550000071
其中，{an}为发射符号序列；an∈M，M为调制格式所决定的符号集；δ(t)为单位冲击函数；T为符号周期；p(t)为脉冲形状函数
所述调制信号在频域上表示为：
S(f)＝M(f)·P(f)，
其中，M(f)和P(f)分别为∑nan·δ(t-nT)和p(t)的傅里叶变换，M(f)是周期为1/T的周期性函数，P(f)为对称性偶函数。
由M(f)的周期性和P(f)的偶对称性可以得到，调制信号在其频谱正、负二分之一波特率处附近的窄带宽信息是高度一致的。
在本实施例中步骤S2中分别通过两个相干接收机接收两个调制信号，两个相干接收机分别以波长设置在调制信号正负二分之一波特率处的激光器作为本振光源，具体地，若中心频率为1550nm，波特率为32G，则两台激光器的频率分别设置在1549.87nm、1550.13nm，当然这仅为一种参考的实施方式，在具体实施过程中，还可根据需要设置其他的频率，只要保证波长在正负二分之一波特率处即可实现本方案的功能。
在本实施例中步骤S3具体包括：
S31：对接收到的电信号做频漂补偿，保证上边带窄带宽信号与下边带窄带宽信号的频谱相差一个波特率，这样是由于发射端激光器以及以及本振光源都会存在频率漂移，接收到的电信号不能保证上边带窄带宽信号与下边带窄带宽信号的频谱相差一个波特率，会影响系统精度；其中，可只对上边带窄带宽信号与下边带窄带宽信号的频谱中的一个做频漂补偿，即可实现本方案的功能。
S32：上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号可分别用琼斯矢量表示为：
Figure BDA0002991885550000081
Figure BDA0002991885550000082
其中，Ju为上边带窄带宽频域信号的琼斯矢量，Ju为下边带窄带宽频域信号的琼斯矢量，Jx,u(N)为上边带窄带宽频域信号x偏振上的频域信息，Jy,u(N)为上边带窄带宽频域信号y偏振上的频域信息，Jx,l(N)为下边带窄带宽频域信号x偏振上的频域信息，Jy,l(N)为下边带窄带宽频域信号y偏振上的频域信息；
S33：将琼斯矢量转化为斯托克斯矢量，具体公式为：
Figure BDA0002991885550000083
Figure BDA0002991885550000084
Figure BDA0002991885550000085
Figure BDA0002991885550000086
Figure BDA0002991885550000087
其中，S1为水平线偏振光分量，S2为45°线偏振分量，S3为右旋圆偏振光分量，Ex为在x线偏振方向上的光强振幅分量，Ey为在y方向上的光强振幅分量；Su为上边带窄带宽频域信号的斯托克斯矢量，Sy为下边带窄带宽频域信号的斯托克斯矢量，S1,u(N)、S2,u(N)、S3,u(N)、S1,l(N)、S2,l(N)、S3,l(N)均为斯托克斯矢量中的点；
S34：将上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号在经光纤传输受到偏振膜色散影响的关系表示为：
Su＝MPMD*Sl，
其中，MPMD为征斯托克斯参量在斯托克斯空间的旋转，Su为上边带窄带宽频域信号的斯托克斯矢量，Sl为下边带窄带宽频域信号的斯托克斯矢量。
在本实施例中步骤S31具体包括：
S311：估计上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号的功率谱，具体公式为：
Psdu＝‖fft(Ux)‖2+||fft(Uy)||2，
Psdl＝‖fft(Lx)‖2+||fft(Ly)||2，
其中，Psdu为上边带窄带宽频域信号功率谱，Psdl为下边带窄带宽频域信号功率谱，Ux为上边带窄带宽信号的x偏振上的时域序列，Uy为上边带窄带宽信号的y偏振上的时域序列，Lx为下边带窄带宽信号的x偏振上的时域序列，Uy为下边带窄带宽信号的y偏振上的时域序列；
S312：计算Psdu和Psdl的互相关函数rpsd；
S313：计算互相关函数rpsd的峰值点横坐标与相对频率漂移的关系，具体公式如下：
Figure BDA0002991885550000091
其中，FD为相对频率漂移，Nrpsd为横坐标，fs为采样率，N为采样点数。
在本实施例中步骤S4具体包括：
S41：通过最小二乘法得到MPMD的表达式为：
Figure BDA0002991885550000092
其中，MPMD为斯托克斯参量在斯托克斯空间的旋转，其为表示上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号之间关系的3*3矩阵，(Sl)H为Su的共轭矩阵；S42：根据MPMD计算得到用于表示噪声与信号强度的矩阵，具体公式为：
M1＝Su*(Sl)H，
M2＝Sl*(Sl)H，
其中，M1为表示上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号的信号强度，M2为表示上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号的信号及噪声强度。由于M1是S1,u与S1,l互相关的结果，其主对角线上的元素值可以体现上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号的相关性；而M2是S1,l自相关的结果，其信号及噪声均会具有相关性，因此其主对角线上的元素值可以表示信号与噪声的强度。
在本实施例中步骤S5具体包括：
S51：由于偏振膜色散PMD不会影响行列式的大小，因此可以设偏振膜色散PMD＝0，得到表示光信噪比的矩阵MPMD的行列式：
Figure BDA0002991885550000101
其中，MR为行列式大小为1的旋转矩阵，其不影响行列式的大小，而MPMD的行列式大小是表示信号强度的行列式大小与同时表示信号强度与噪声强度的行列式大小的比值，因此MPMD的行列式大小可以表示噪声的强度；
S52：根据MPMD的行列式随光信噪比变化而变化的趋势，拟合行列式大小与光信噪比之间的曲线，如图2所示；
S53：根据曲线反解得到光信噪比的表达式：
Figure BDA0002991885550000102
其中，OSNR为光信噪比，F为与脉冲成型滤波器的形状及采样点数有关的系数。
如图3所示，本实施例中还提供一种用于实现光信噪比监测方法的系统，包括光纤耦合器、均与光纤耦合器连接的两台相干接收机、分别与两台相干接收机连接的模数转换器、与模数转换器连接的数字信号处理器；两台相干接收机分别以频率设置在正负二分之一波特率处的激光器为本振光源。
其中，光纤耦合器用于对光进行分束，为两台相干接收机提供光信号输入，两台相干接收机分别将光信号转换为电信号，低通滤波器用于将相干接收机的输出中不需要的高频分量滤除，模数转换器用于采集电信号，数字信号处理模块用于对模数转换器采集到的信号进行处理及计算。
其中，数模转换器的采样率为2.5G，其能够保证正确采集带宽为1G的信号，当然这仅为一种参考的实施方式，不能理解为对本方案的限定。
另外，数字信号处理器为示波器或FPGA芯片中的一种。
本实施例中光纤耦合器的分光比为50:50。
本实施例中还包括两台分别与两台相干接收机连接的低通滤波器，其中低通滤波器的带宽可为1G。
如图4所示，使用Matlab数学软件搭建用于验证光信噪比监测方法的偏振复用相干通信系统，进行如下仿真过程：
光发射机发射一束激光，光的两个偏振上都调制有信号；
光信号在光传输链路中传输，通过数字滤波器加入自由设定大小的色散(CD)；
令x、y两个偏振上的频域信号通过旋转矩阵，引入偏振膜色散(PMD)，范围在0～(1/2*BuadRate)；
根据信号的大小设置加性高斯白噪声(AWGN)的大小，并加入到光信号上，能够控制信号的信噪比；
相干接收模块对光信号进行相干接收，使用带宽为1G的低通滤波器(LPF)对滤除相干接收模块输出中不需要的高频分量，其中激光器的频谱根据实际需求进行设置，一般范围为-100～100MHz；
用2.5G采样率的模数转换器(ADC)进行采集，其中模数转换器(ADC)与低通滤波器(LPF)的带宽可根据需求调整，保证满足奈奎斯特采样定律即可；
对采集到信号进行数字信号处理，计算光信号的光信噪比(OSNR)，并与在光传输链路中加入的加性高斯白噪声(AWGN)的大小进行比较。
设置不同大小的加性高斯白噪声(AWGN)，与本实施例中光信噪比监测方法的结果对比，结果如图5所示。
设置不同大小的偏振膜色散(PMD)，测试其对矩阵MPMD行列式变化趋势的影响，结果如图6所示。
设置不同大小的色散(CD)，测试其对矩阵MPMD行列式变化趋势的影响，结果如图7所示。
结果表明，本实施例中的MPMD行列式大小不受色散(CD)与偏振膜色散(PMD)的影响，即表明光信噪比监测方法不受色散(CD)与偏振膜色散(PMD)的影响。
本发明是参照本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图或方框图来描述的，应理解可由计算机程序指令实现流程图或方框图中的每一流程或方框、以及流程图或方框图中的流程或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光信噪比监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将待监测光信号分束为两个调制信号；
S2：分别接收所述两个调制信号，并分别输出两个电信号，其中两个电信号中包含高度一致的窄带宽信息，分别记为上边带窄带宽频域信号、下边带窄带宽频域信号；
S3：采集所述两个电信号，并通过数字信号处理模块对所述两个电信号分析处理，得到上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号之间的关系；
S4：根据所述上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号之间的关系分别得到用于表征信号强度、噪声强度的矩阵；
S5：根据所述用于表征信号强度、噪声强度的矩阵得到关于光信噪比的行列式，并根据所述行列式得到光信噪比的表达式。
2.根据权利要求1所述的一种光信噪比监测方法，其特征在于，步骤S1中所述调制信号在时域上表示为：
Figure FDA0002991885540000011
其中，{}为发射符号序列；an∈M，M为调制格式所决定的符号集；δ(t)为单位冲击函数；T为符号周期；p(t)为脉冲形状函数
所述调制信号在频域上表示为：
S(f)＝M(f)·P(f)，
其中，M(f)和P(f)分别为∑nan·δ(t-nT)和p(t)的傅里叶变换，M(f)是周期为1/T的周期性函数，P(f)为对称性偶函数。
3.根据权利要求2所述的一种光信噪比监测方法，其特征在于，所述步骤S2中分别通过两个相干接收机接收两个调制信号，所述两个相干接收机分别以波长设置在调制信号正负二分之一波特率处的激光器作为本振光源。
4.根据权利要求1所述的一种光信噪比监测方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
S31：对所述接收到的电信号做频漂补偿，使得上边带窄带宽信号与下边带窄带宽信号的频谱相差一个波特率；
S32：上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号可分别用琼斯矢量表示为：
Figure FDA0002991885540000021
Figure FDA0002991885540000022
其中，Ju为上边带窄带宽频域信号的琼斯矢量，Ju为下边带窄带宽频域信号的琼斯矢量，Jx,u(N)为上边带窄带宽频域信号x偏振上的频域信息，Jy,u(N)为上边带窄带宽频域信号y偏振上的频域信息，Jx,l(N)为下边带窄带宽频域信号x偏振上的频域信息，Jy,l(N)为下边带窄带宽频域信号y偏振上的频域信息；
S33：将琼斯矢量转化为斯托克斯矢量，具体公式为：
Figure FDA0002991885540000023
Figure FDA0002991885540000024
Figure FDA0002991885540000025
Figure FDA0002991885540000026
Figure FDA0002991885540000027
其中，S1为水平线偏振光分量，S2为45°线偏振分量，S3为右旋圆偏振光分量，Ex为在x线偏振方向上的光强振幅分量，Ey为在y方向上的光强振幅分量；Su为上边带窄带宽频域信号的斯托克斯矢量，Sy为下边带窄带宽频域信号的斯托克斯矢量，S1,u(N)、S2,u(N)、S3,u(N)、S1,l(N)、S2,l(N)、S3,l(N)均为斯托克斯矢量中的点；
S34：将上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号在经光纤传输受到偏振膜色散影响的关系表示为：
Su＝MPMD*Sl，
其中，MPMD为征斯托克斯参量在斯托克斯空间的旋转，Su为上边带窄带宽频域信号的斯托克斯矢量，Sl为下边带窄带宽频域信号的斯托克斯矢量。
5.根据权利要求4所述的一种光信噪比监测方法，其特征在于，步骤S31具体包括：
S311：估计上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号的功率谱，具体公式为：
Psdu＝‖fft(Ux)‖2+||fft(Uy)||2，
Psdl＝‖fft(Lx)‖2+||fft(Ly)||2，
其中，Psdu为上边带窄带宽频域信号功率谱，Psdl为下边带窄带宽频域信号功率谱，Ux为上边带窄带宽信号的x偏振上的时域序列，Uy为上边带窄带宽信号的y偏振上的时域序列，Lx为下边带窄带宽信号的x偏振上的时域序列，Uy为下边带窄带宽信号的y偏振上的时域序列；
S312：计算Psdu和Psdl的互相关函数rpsd；
S313：计算所述互相关函数rpsd的峰值点横坐标与相对频率漂移的关系，具体公式如下：
Figure FDA0002991885540000031
其中，FD为相对频率漂移，Nrpsd为横坐标，fs为采样率，N为采样点数。
6.根据权利要求5所述的一种光信噪比监测方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
S41：通过最小二乘法得到所述MPMD的表达式为：
Figure FDA0002991885540000032
其中，MPMD为斯托克斯参量在斯托克斯空间的旋转，其为表示上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号之间关系的3*3矩阵，(Sl)H为Su的共轭矩阵；
S42：根据所述MPMD计算得到用于表示噪声与信号强度的矩阵，具体公式为：
M1＝Su*(Sl)H，
M2＝Sl*(Sl)H，
其中，M1为表示上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号的信号强度，M2为表示上边带窄带宽频域信号与下边带窄带宽频域信号的信号及噪声强度。
7.根据权利要求6所述的一种光信噪比监测方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
S51：设偏振膜色散PMD＝0，得到表示光信噪比的矩阵MPMD的行列式：
Figure FDA0002991885540000041
其中，MR为行列式大小为1的旋转矩阵；
S52：根据MPMD的行列式随光信噪比变化而变化的趋势，拟合行列式大小与光信噪比之间的曲线；
S53：根据所述曲线反解得到光信噪比的表达式：
Figure FDA0002991885540000042
其中，OSNR为光信噪比，F为与脉冲成型滤波器的形状及采样点数有关的系数。
8.一种用于实现权利要求1至7任一项所述光信噪比监测方法的系统，其特征在于，包括光纤耦合器、均与所述光纤耦合器连接的两台相干接收机、分别与所述两台相干接收机连接的模数转换器、与所述模数转换器连接的数字信号处理器；所述两台相干接收机分别以频率设置在正负二分之一波特率处的激光器为本振光源。
9.根据权利要求8所述的一种光信噪比监测系统，其特征在于，所述光纤耦合器的分光比为50:50。
10.根据权利要求8所述的一种光信噪比监测系统，其特征在于，还包括两台分别与所述两台相干接收机连接的低通滤波器。
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