JP2010268056A - 光受信モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】WDM光伝送方式において、信号光を減退させること無く、大掛かりな装置を使わずに正確なOSNRを測定できる受信モジュールを提供する。
【解決手段】この光受信モジュールは、信号光及び該信号光の信号波長帯域内のノイズ光を含む光信号を、前記信号光の偏波方向に合致する第1偏波成分と、該偏波方向に直交する第2偏波成分に分離し、前記第1偏波成分を第1光路に、前記第2偏波成分を第2光路に供給する偏波制御装置と、前記第1光路の光信号の光強度を光電変換し信号を検出する第1光検出素子と、前記第2光路の光信号の光強度を光電変換する第2光検出素子とを有し、前記第1光検出素子と前記第2光検出素子の光電変換出力により算出したOSNRに基づいて前記第1光検出素子の光電変換出力の閾値レベルを調整する。
【選択図】図1
【解決手段】この光受信モジュールは、信号光及び該信号光の信号波長帯域内のノイズ光を含む光信号を、前記信号光の偏波方向に合致する第1偏波成分と、該偏波方向に直交する第2偏波成分に分離し、前記第1偏波成分を第1光路に、前記第2偏波成分を第2光路に供給する偏波制御装置と、前記第1光路の光信号の光強度を光電変換し信号を検出する第1光検出素子と、前記第2光路の光信号の光強度を光電変換する第2光検出素子とを有し、前記第1光検出素子と前記第2光検出素子の光電変換出力により算出したOSNRに基づいて前記第1光検出素子の光電変換出力の閾値レベルを調整する。
【選択図】図1
Description
本発明は、波長分割多重技術を用いた光通信における光受信モジュールに関し、光信号対雑音比を測定可能な光受信モジュールに関する。
近年、光通信などの分野において、伝送容量を増大させるために波長多重(Wavelength Division Multiplexing:WDM)方式を採用した光伝送システムの普及が進んでいる。
WDM光伝送システムでは、光ファイバを伝わる光信号が減衰するので、長距離伝送を可能にするためには、途中で信号の減衰を補う光増幅器が必要になる。
WDM光伝送システムでは、光ファイバを伝わる光信号が減衰するので、長距離伝送を可能にするためには、途中で信号の減衰を補う光増幅器が必要になる。
しかし、光増幅器では、光信号出力の強度が所定の範囲となるように光ファイバへ送出するが、自然放出(Amplified Spontaneous Emission:ASE)光による雑音(白色ノイズ)を生じるため、光信号に雑音が重畳され、したがって光信号の強度は所定の範囲にあっても、その光信号対雑音比(Optical Signal-to-Noise Ratio:OSNR)が劣化する場合がある。OSNRが劣化した信号は、そうでない信号と比べて、同じ光強度でも伝送誤り率特性(Bit Error Rate:BER)が劣化する。
また、ASE光による雑音の大きさは、光増幅器に入力する光信号の光強度に比例するため、OSNRが劣化すると光信号波形がH(High)レベルかL(Low)レベルを識別する最適な閾値レベルは、光信号の光強度の50%以下になる。
例えば、図5(A)のようなOSNRが30dBの光信号に対するアイパターンは図5(B)のようになるので、最適な閾値レベルは光信号の光強度の50%のレベル(HレベルとLレベルの中間のレベル)でよい。
しかし、図5(C)のようなOSNRが14dBの光信号に対するアイパターンは図5(D)のようになるので、最適な閾値レベルは光信号の光強度の50%のレベルより弱い方向にずれることになる。
例えば、図5(A)のようなOSNRが30dBの光信号に対するアイパターンは図5(B)のようになるので、最適な閾値レベルは光信号の光強度の50%のレベル(HレベルとLレベルの中間のレベル)でよい。
しかし、図5(C)のようなOSNRが14dBの光信号に対するアイパターンは図5(D)のようになるので、最適な閾値レベルは光信号の光強度の50%のレベルより弱い方向にずれることになる。
そこで、従来技術においては、次のようにしてOSNRが劣化しないようにしている。
例えば、特許文献1に開示のノイズ抑圧方法及び装置は、ノイズ光を除去し、信号光のみを補償する方法である。この特許文献1では、信号光が偏光であり、ノイズ光は白色光であることを利用して、偏光ビームスプリッタで(信号光+ノイズ光)と(ノイズ光のみ)に分離する。ノイズ光は等分されるため、サーキュレータで(ノイズ光のみ)の偏光面を90度回転させ、(信号光+ノイズ光)と干渉させてノイズ光を削除し、OSNRが最大になるようにしている。
例えば、特許文献1に開示のノイズ抑圧方法及び装置は、ノイズ光を除去し、信号光のみを補償する方法である。この特許文献1では、信号光が偏光であり、ノイズ光は白色光であることを利用して、偏光ビームスプリッタで(信号光+ノイズ光)と(ノイズ光のみ)に分離する。ノイズ光は等分されるため、サーキュレータで(ノイズ光のみ)の偏光面を90度回転させ、(信号光+ノイズ光)と干渉させてノイズ光を削除し、OSNRが最大になるようにしている。
また、特許文献2に開示の波長多重光通信システム及び光増幅装置は、光増幅器への入射光の光強度を測定し、所定の関係式からOSNRを予測して、信号光の光強度を一定に保つようにしている。
また、特許文献3に開示の光伝送装置は、光受信モジュールへの入射光を閾値以上では信号光、閾値以下ではASE光として測定し、信号光の光強度の合計値とASE光の光強度の合計値とからOSNRを求め、信号光の光強度を一定に保つようにしている。
また、特許文献3に開示の光伝送装置は、光受信モジュールへの入射光を閾値以上では信号光、閾値以下ではASE光として測定し、信号光の光強度の合計値とASE光の光強度の合計値とからOSNRを求め、信号光の光強度を一定に保つようにしている。
信号光と異なる波長のASE光は、帯域制限光フィルタで容易に除去されるが、信号光の波長帯域と重なる波長のASE光は帯域制限光フィルタでは除去できない。
そこで、OSNRをモニタして光信号の光強度がHレベルであるかLレベルであるかを判定する閾値レベルを制御するとともに、BERの改善を図る機能を光受信モジュールに備えさせたい。
しかし、特許文献1に開示の方法では、ノイズ光が充分大きい場合はノイズ光が除去しきれず、OSNRが小さいままである。また、ノイズ光が除去されると入射光は弱まるため、BERは劣化してしまう。
また、特許文献2に開示の方法では、光増幅器のノイズ光発生量は波長依存性があるので、予測には入射光の波長を考慮した複雑な式が必要となる。このため、オシロスコープなどの大掛かりな装置が必要となり、光受信モジュールには不適である。
また、特許文献3に開示の方法では、光増幅器を伴う伝送系では受信する光の光強度の範囲が広いため、信号光が弱い場合はノイズ光と誤って判断し、ノイズ光が強い場合には信号光と誤って判断されてしまう。また、これを制御するために入射光強度を一定に保つ処置を取った場合には、この処置によってOSNRがさらに劣化してしまうことになる。
また、特許文献2に開示の方法では、光増幅器のノイズ光発生量は波長依存性があるので、予測には入射光の波長を考慮した複雑な式が必要となる。このため、オシロスコープなどの大掛かりな装置が必要となり、光受信モジュールには不適である。
また、特許文献3に開示の方法では、光増幅器を伴う伝送系では受信する光の光強度の範囲が広いため、信号光が弱い場合はノイズ光と誤って判断し、ノイズ光が強い場合には信号光と誤って判断されてしまう。また、これを制御するために入射光強度を一定に保つ処置を取った場合には、この処置によってOSNRがさらに劣化してしまうことになる。
本発明は、上述の実情を考慮してなされたものであって、WDM光伝送方式において、信号光を減退させること無く、大掛かりな装置を使わずに正確なOSNRを測定できる光受信モジュールを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の光受信モジュールは、信号光及び該信号光の信号波長帯域内のノイズ光を含む光信号を、前記信号光の偏波方向に合致する第1偏波成分と、該偏波方向に直交する第2偏波成分に分離し、前記第1偏波成分を第1光路に、前記第2偏波成分を第2光路に供給する偏波制御装置と、前記第1光路の光信号の光強度を光電変換し信号を検出する第1光検出素子と、前記第2光路の光信号の光強度を光電変換する第2光検出素子とを有し、前記第1光検出素子と前記第2光検出素子の光電変換出力により算出したOSNRに基づいて前記第1光検出素子の光電変換出力の閾値レベルを調整する。
さらに、前記第1光検出素子および前記第2光検出素子の光電変換出力を同等に増幅する線形増幅器をそれぞれ備えるようにしてもよい。
さらに、前記第1光検出素子および前記第2光検出素子の光電変換出力を同等に増幅する線形増幅器をそれぞれ備えるようにしてもよい。
本発明によれば、フィルタを用いる場合と比較してノイズ光を正確に測定できるので、従来と比べて、複雑な計算や装置が必要なく、正確にOSNRを測定できる。
さらに、信号光がHレベルかLレベルかを判定する閾値レベルをOSNRによって調整することで、光入力信号のノイズ重畳の状況を正確に把握した上で、信号判定の閾値レベルを調整することによってBERが改善される。
また、ノイズ光は信号光と比べて小さいので、光検出素子の後に線形増幅器を入れることにより、光電変換出力が微小な場合でも正確に測定できるようになり、検出可能な光強度の範囲が広がり、求めるOSNRの精度も高めることができる。
さらに、信号光がHレベルかLレベルかを判定する閾値レベルをOSNRによって調整することで、光入力信号のノイズ重畳の状況を正確に把握した上で、信号判定の閾値レベルを調整することによってBERが改善される。
また、ノイズ光は信号光と比べて小さいので、光検出素子の後に線形増幅器を入れることにより、光電変換出力が微小な場合でも正確に測定できるようになり、検出可能な光強度の範囲が広がり、求めるOSNRの精度も高めることができる。
以下、図面を参照して本発明の光受信モジュールに係る好適な実施形態について説明する。
図1は、本発明に係る光受信モジュールの構成を示すブロック図である。同図において、光受信モジュール10は、偏波制御装置11、偏光ビームスプリッタ12、第1光検出素子(PD1)13、第1線形増幅器14、第2光検出素子(PD2)15、第2線形増幅器16、光強度検出回路17、信号処理部18、制御回路19、リミットアンプ20とから構成されている。また、図1において、太い線の矢印は光信号の経路を表わし、細い線の矢印は電気信号の経路を表わすものとする。
図1は、本発明に係る光受信モジュールの構成を示すブロック図である。同図において、光受信モジュール10は、偏波制御装置11、偏光ビームスプリッタ12、第1光検出素子(PD1)13、第1線形増幅器14、第2光検出素子(PD2)15、第2線形増幅器16、光強度検出回路17、信号処理部18、制御回路19、リミットアンプ20とから構成されている。また、図1において、太い線の矢印は光信号の経路を表わし、細い線の矢印は電気信号の経路を表わすものとする。
本実施形態に係る光受信モジュールは、伝送路を伝播してきた光信号が入射され、その信号のHレベルの信号「1」またはLレベルの信号「0」を出力するものとする。
この光信号は、図2に示すように、光の進行方向をZ軸方向とすると、偏光に偏りのある直線偏波の信号光と、偏光に偏りのないノイズ光からなっている。
この光信号は、図2に示すように、光の進行方向をZ軸方向とすると、偏光に偏りのある直線偏波の信号光と、偏光に偏りのないノイズ光からなっている。
伝送路から光信号が入力されると、偏波制御装置11は、光信号の偏波方向が偏光ビームスプリッタ12の特定の偏波方向に合致するように制御する。このような偏波制御の結果、偏光ビームスプリッタ12は、偏波制御装置11の出力光を互いに直交する2つの偏波成分に分離し、一方の偏波成分を第1光路に、他方の偏波成分を第2光路に供給する。
第1光路および第2光路に供給された偏波成分は、それぞれ第1光検出素子13と第2光検出素子15で光電変換され、これらの光電変換出力は同型、同増幅率の線形増幅器14,16でそれぞれ増幅される。
第1線形増幅器14および第2線形増幅器16でそれぞれ増幅された光電変換出力は、光強度検出回路17に供給され、それらの光強度が検出されてそれぞれ信号処理部18に出力される。
第1光路および第2光路に供給された偏波成分は、それぞれ第1光検出素子13と第2光検出素子15で光電変換され、これらの光電変換出力は同型、同増幅率の線形増幅器14,16でそれぞれ増幅される。
第1線形増幅器14および第2線形増幅器16でそれぞれ増幅された光電変換出力は、光強度検出回路17に供給され、それらの光強度が検出されてそれぞれ信号処理部18に出力される。
信号処理部18は、光強度検出回路17で検出された光強度に基づいてOSNRを算出して、このOSNRに基づいて閾値レベルを算出し、OSNRの値と閾値レベルを制御回路19に出力する。
制御回路19は、信号処理部18で算出した閾値レベルに基づいてリミットアンプ20を制御する。また、同時に、OSNRの値を前回算出時の値と比較し、OSNRが大きくなるように偏波制御装置11を調整する。
制御回路19は、信号処理部18で算出した閾値レベルに基づいてリミットアンプ20を制御する。また、同時に、OSNRの値を前回算出時の値と比較し、OSNRが大きくなるように偏波制御装置11を調整する。
信号検出部21は、リミットアンプ20によって、第1線形増幅器14で増幅された光電変換出力を閾値レベルで制限し、閾値レベルを超えた場合には、Hレベルの信号を出力し、超えない場合にはLレベルの信号を光受信モジュール10の出力とする。
次に、光受信モジュールの各構成について説明する。光受信モジュール10は、伝送路から入力された光信号を偏波制御装置11に入力する。偏波制御装置11は、入力された光信号の偏波方向が所定の方向になるように回転させて偏光ビームスプリッタ12に入力する。偏光ビームスプリッタ12は、偏波制御装置11からの出力光を互いに直交する2つの偏波成分に分離し、一方の信号光を含む光信号の偏波成分を第1光路に、他方の偏波成分を第2光路に供給する。
第1光路に供給された光信号の偏波成分は、第1光検出素子(第1フォトダイオード:PD1)13により光電変換され、この光電変換出力は第1線形増幅器14に供給される。第2光路に供給された光信号の偏波成分は、第2光検出素子(第2フォトダイオード:PD2)15により光電変換され、この光電変換出力は第2線形増幅器16に供給される。
第1線形増幅器14および第2線形増幅器16は、第1光検出素子13および第2光検出素子15からの光電変換出力を増幅しそれぞれ光強度検出回路17へ出力する。これらの第1線形増幅器14および第2線形増幅器16は、同型、同増幅率のリニアアンプである。しかし、これらの線形増幅器は必ず必要というわけではなく、光検出素子からの出力が微弱である場合にのみ備えるようにしても構わない。
第1線形増幅器14および第2線形増幅器16は、第1光検出素子13および第2光検出素子15からの光電変換出力を増幅しそれぞれ光強度検出回路17へ出力する。これらの第1線形増幅器14および第2線形増幅器16は、同型、同増幅率のリニアアンプである。しかし、これらの線形増幅器は必ず必要というわけではなく、光検出素子からの出力が微弱である場合にのみ備えるようにしても構わない。
光強度検出回路17は、第1線形増幅器14および第2線形増幅器16でそれぞれ増幅された光電変換出力から光強度を検出し、それぞれの光強度を信号処理部18へ出力する。
信号処理部18は、第1光検出素子13からの光強度をP1として入力し、第2光検出素子15からの光強度をP2として入力し、これらの光強度P1とP2を比較する。
P1<P2ときには、P1≧P2でP1/P2が大きくなるように、光信号の偏波方向を回転させ制御回路19を介して偏波制御装置11で制御する。
信号処理部18は、第1光検出素子13からの光強度をP1として入力し、第2光検出素子15からの光強度をP2として入力し、これらの光強度P1とP2を比較する。
P1<P2ときには、P1≧P2でP1/P2が大きくなるように、光信号の偏波方向を回転させ制御回路19を介して偏波制御装置11で制御する。
P1≧P2でP1/P2が大きくなったときに、図3(A)に示すように、偏光ビームスプリッタ12へ入力される光信号の光強度が最大となり、このときの光信号には、信号光成分(S)とASE光成分(2N)とが合成されている。
また、図3(B)に示すように、第1光検出素子(PD1)13には、2つに分離された光信号の偏波成分のうち、信号光成分(S)とASE成分(N)が合成されたものが入力される。
また、図3(C)に示されるように、第2光検出素子(PD2)15には、ASE成分(N)だけが入力される。
また、図3(B)に示すように、第1光検出素子(PD1)13には、2つに分離された光信号の偏波成分のうち、信号光成分(S)とASE成分(N)が合成されたものが入力される。
また、図3(C)に示されるように、第2光検出素子(PD2)15には、ASE成分(N)だけが入力される。
したがって、信号処理部18は、P1≧P2でP1/P2が大きくなったときに、OSNRの値を次の(式1)で算出する。
OSNR=S/N=(P1−P2)/P2 …(式1)
また、OSNRの値と閾値レベルとの関係を示したテーブル、または、OSNRの値と閾値レベルとの関係式を予めメモリに記憶させておき、このテーブルまたは関係式に基づいてOSNRの値に対する閾値レベルを算出する。
この信号処理部18は、算出したOSNRの値を前回算出時のOSNRの値と比較し、OSNRが大きいか等しくなるような調整を制御回路19を介して偏波制御装置11に行わせる。
OSNR=S/N=(P1−P2)/P2 …(式1)
また、OSNRの値と閾値レベルとの関係を示したテーブル、または、OSNRの値と閾値レベルとの関係式を予めメモリに記憶させておき、このテーブルまたは関係式に基づいてOSNRの値に対する閾値レベルを算出する。
この信号処理部18は、算出したOSNRの値を前回算出時のOSNRの値と比較し、OSNRが大きいか等しくなるような調整を制御回路19を介して偏波制御装置11に行わせる。
リミットアンプ20は、制御回路19から与えられた閾値レベルで、第1線形増幅器14から出力された光電変換出力を制限して、閾値レベルを超えた場合には、Hレベルの信号を、超えない場合にはLレベルの信号を信号検出部21に出力する。この閾値レベルは、次の制御まで維持する。
信号検出部21は、リミットアンプ20の出力信号のHレベル/Lレベルの判定を行い、この判定結果を光受信モジュール10の出力とする。
信号検出部21は、リミットアンプ20の出力信号のHレベル/Lレベルの判定を行い、この判定結果を光受信モジュール10の出力とする。
次に、光受信モジュールの動作について説明する。
図4は、本発明に係る光受信モジュールの動作を示すフローチャートである。
ステップS1では、偏波制御装置11により、光信号の偏波方向を回転させて、偏光ビームスプリッタ12により光信号を互いに直交する2つの偏波成分に分離して、一方の光信号の偏波成分を第1光路に、他方の偏波成分を第2光路に供給する。
図4は、本発明に係る光受信モジュールの動作を示すフローチャートである。
ステップS1では、偏波制御装置11により、光信号の偏波方向を回転させて、偏光ビームスプリッタ12により光信号を互いに直交する2つの偏波成分に分離して、一方の光信号の偏波成分を第1光路に、他方の偏波成分を第2光路に供給する。
ステップS2では、第1光路に供給された光信号の偏波成分を第1光検出素子13で光電変換し、この光電変換出力を第1線形増幅器14で増幅し、光強度検出回路17で検出した光強度をP1とする。
また、第2光路に供給された光信号の偏波成分を第2光検出素子15で光電変換し、この光電変換出力を第2線形増幅器16で増幅し、光強度検出回路17で検出した光強度をP2とする。
また、第2光路に供給された光信号の偏波成分を第2光検出素子15で光電変換し、この光電変換出力を第2線形増幅器16で増幅し、光強度検出回路17で検出した光強度をP2とする。
ステップS3では、光強度P1とP2を比較し、P1<P2であれば(S3のNO)、ステップS4に進み、P1≧P2であれば(S3のYES)、ステップS5に進む。
ステップS4では、P1≧P2でP1/P2が大きくなるように、光信号の偏波方向を回転させて偏光ビームスプリッタ12に入力する制御を偏波制御装置11に行わせ、ステップS1に戻る。
ステップS4では、P1≧P2でP1/P2が大きくなるように、光信号の偏波方向を回転させて偏光ビームスプリッタ12に入力する制御を偏波制御装置11に行わせ、ステップS1に戻る。
ステップS5では、P1≧P2でP1/P2が大きくなったときに、ONSRの値を(式1)で算出する。
ステップS6では、OSNRの値と閾値レベルとの関係を示したテーブル、または、OSNRの値と閾値レベルとの関係式に基づいてOSNRの値に対する閾値レベルを算出して、リミットアンプ20の閾値レベルを調整する。
ステップS6では、OSNRの値と閾値レベルとの関係を示したテーブル、または、OSNRの値と閾値レベルとの関係式に基づいてOSNRの値に対する閾値レベルを算出して、リミットアンプ20の閾値レベルを調整する。
ステップS7では、(算出したOSNRの値)<(前回算出時のOSNRの値)の場合(S7のNO)は、ステップS4に進み、OSNRが大きくなるような調整を偏波制御装置11に行わせる。
また、(算出したOSNRの値)≧(前回算出時のOSNRの値)の場合(S7のYES)は、ステップS8に進む。この算出した閾値レベルは、次の制御まで維持する。
また、(算出したOSNRの値)≧(前回算出時のOSNRの値)の場合(S7のYES)は、ステップS8に進む。この算出した閾値レベルは、次の制御まで維持する。
ステップS8では、第1線形増幅器14から出力された光電変換出力を、リミットアンプ20で閾値レベルに制限して、閾値レベルを超えた場合にはHレベルの信号を出力し、超えない場合にはLレベルの信号を出力する。
以上の構成により、フィルタを用いる場合と比較してノイズ光を正確に測定できるので、従来と比べて、複雑な計算や装置が必要なく、正確にOSNRを測定できる。
さらに、信号光がHレベルかLレベルかを判定する閾値レベルをOSNRによって調整することで、光入力信号のノイズ重畳の状況を正確に把握した上で、信号判定の閾値レベルを調整することによってBERが改善される。
また、ノイズ光は信号光と比べて小さいので、光検出素子の後に線形増幅器を入れることにより、光電変換出力が微小な場合でも正確に測定できるようになり、検出可能な光強度の範囲が広がり、求めるOSNRの精度も高めることができる。
さらに、信号光がHレベルかLレベルかを判定する閾値レベルをOSNRによって調整することで、光入力信号のノイズ重畳の状況を正確に把握した上で、信号判定の閾値レベルを調整することによってBERが改善される。
また、ノイズ光は信号光と比べて小さいので、光検出素子の後に線形増幅器を入れることにより、光電変換出力が微小な場合でも正確に測定できるようになり、検出可能な光強度の範囲が広がり、求めるOSNRの精度も高めることができる。
10…光受信モジュール、11…偏波制御装置、12…偏光ビームスプリッタ、13…第1光検出素子(PD1)、14…第1線形増幅器、15…第2光検出素子(PD2)、16…第2線形増幅器、17…光強度検出回路、18…信号処理部、19…制御回路、20…リミットアンプ、21…信号検出部。
Claims (2)
- 信号光及び該信号光の信号波長帯域内のノイズ光を含む光信号を、前記信号光の偏波方向に合致する第1偏波成分と、該偏波方向に直交する第2偏波成分に分離し、前記第1偏波成分を第1光路に、前記第2偏波成分を第2光路に供給する偏波制御装置と、前記第1光路の光信号の光強度を光電変換し信号を検出する第1光検出素子と、前記第2光路の光信号の光強度を光電変換する第2光検出素子とを有し、前記第1光検出素子と前記第2光検出素子の光電変換出力により算出したOSNRに基づいて前記第1光検出素子の光電変換出力の閾値レベルを調整することを特徴とする光受信モジュール。
- 前記第1光検出素子および前記第2光検出素子の光電変換出力を同等に増幅する線形増幅器をそれぞれ備えることを特徴とする請求項1に記載の光受信モジュール。
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Cited By (1)
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WO2012075902A1 (zh) * | 2010-12-10 | 2012-06-14 | 华为技术有限公司 | 一种检测光信噪比的方法和装置 |
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2009
- 2009-05-12 JP JP2009115636A patent/JP2010268056A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2012075902A1 (zh) * | 2010-12-10 | 2012-06-14 | 华为技术有限公司 | 一种检测光信噪比的方法和装置 |
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