專利名稱：光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光纖通信技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體地說，是一種光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法。
背景技術(shù)：
在可重構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)中，每個信道在被接收前都要經(jīng)過復(fù)用、解復(fù)用和路由，而信號每經(jīng)過一次復(fù)用器/解復(fù)用器，都要經(jīng)受一定的濾波效應(yīng)。在這一過程中，信道通帶內(nèi)的自發(fā)輻射(ASE)噪聲不斷積累，而信道外的ASE噪聲被濾波器限制到了較低的水平，因此帶內(nèi)和帶外ASE噪聲的功率水平是不一樣的，顯然帶內(nèi)ASE噪聲的功率水平?jīng)Q定了最終的光信噪比(OSNR)，也即信號質(zhì)量。而傳統(tǒng)的基于旋轉(zhuǎn)衍射光柵結(jié)構(gòu)的光譜分析儀(OSA)無法正確區(qū)分出帶內(nèi)噪聲。但人們更希望得到更多的關(guān)于信號的信息，如信號中心波長，累積濾波器形狀等，通過濾波器形狀可以監(jiān)測信號中心波長的頻率漂移，而這些都可以通過帶內(nèi)ASE光譜得到。然而，傳統(tǒng)的OSA由于分辨率(典型值0.1nm)的限制，很難檢測出10Gb/s及以下的數(shù)據(jù)速率信號的精細結(jié)構(gòu)。由于受到實現(xiàn)原理上的限制，不能從光信號中正確區(qū)分出噪聲，因此不能監(jiān)測帶內(nèi)ASE光譜。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?00410082685.5，專利名稱為“監(jiān)視光信號的裝置與方法”，在這種方法中，使用了一個偏振分束器將信號分為兩束，其中一束用于功率測量，另一束用于反饋控制偏振加擾器來改變輸入信號的偏振態(tài)。然而，這種監(jiān)測技術(shù)僅能測到OSNR，無法檢測到帶內(nèi)光譜。以上表明，目前現(xiàn)有技術(shù)中多不能監(jiān)測帶內(nèi)OSNR，同時，還不具備帶內(nèi)ASE光譜的監(jiān)測辦法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法。使其可用于動態(tài)可重構(gòu)波分復(fù)用(WDM)光傳輸系統(tǒng)中的信號光譜和帶內(nèi)(In-band)ASE光譜，及帶內(nèi)OSNR的監(jiān)測，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的各種缺陷，還能夠同時進行信號和帶內(nèi)噪聲的中心波長的監(jiān)測，以及可由此導出的累積光濾波器形狀和信號中心波長與濾波器中心波長的頻率漂移。
本發(fā)明的光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法，包括下列步驟①用光耦合器將通信光信號分為兩路，其中較小功率部分的光信號用作監(jiān)測信號；②待測光信號被送入第一偏振控制單元，調(diào)整偏振狀態(tài)后進入耦合器；③本地振蕩激光器產(chǎn)生的本地振蕩光經(jīng)第二偏振控制單元，調(diào)整偏振狀態(tài)后進入耦合器與待測光信號混頻；④混頻后的光信號經(jīng)光電檢測并放大后由射頻功率檢測器檢測功率；⑤主控制單元控制第一偏振控制單元，使其偏振狀態(tài)發(fā)生周期性變化，在一個周期內(nèi)，射頻功率檢測器輸出的功率最大值對應(yīng)于光信號在某一頻率下的功率，最小值對應(yīng)于帶內(nèi)ASE噪聲在某一頻率下的功率，記錄相應(yīng)頻率下的最大值和最小值；⑥由主控制單元改變本地振蕩激光器的振蕩頻率；⑦重復(fù)步驟②-⑥，直至本地振蕩激光器的振蕩頻率掃過整個信號頻譜；⑧通過步驟⑦，獲得帶內(nèi)ASE光譜和光濾波器形狀，以及信號光譜和信號的中心頻率，信號帶寬；⑨由光濾波器中心波長和信號的中心波長監(jiān)測信號的頻率漂移。
所述的帶內(nèi)ASE光譜，由相應(yīng)的功率最小值點得到帶內(nèi)ASE光譜。
所述的帶內(nèi)ASE光譜，由帶內(nèi)ASE光譜獲得光濾波器形狀，包括光濾波器中心波長，邊帶起伏。
所述的信號光譜，由功率最大值點得到信號光譜。
所述的信號光譜，由信號光譜獲得信號的中心頻率，信號帶寬。
所述的信號光譜，由信號光譜和帶內(nèi)ASE光譜積分并運算得到帶內(nèi)OSNR；計算公式為OSNR=10log(2∫f(PmaxE-PminE)∫fPminE),]]>其中PmaxE為射頻功率檢測單元測量到的最大值，PminE為射頻功率檢測單元測量到的最小值，∫f(·)表示在頻率域上積分。
該方法用于光纖傳輸系統(tǒng)信號監(jiān)測時，其中第一、第二偏振控制單元要求支持反饋控制，可以采用GP MPC-4X。本地振蕩激光器要求波長連續(xù)可調(diào)，且須為窄帶激光器(典型值300kHz-20MHz)，可以采用Anritsu MG9638A。步驟④中信號光和本振光通過耦合器混頻，耦合器為四端口器件。步驟④中的光電檢測須采用低帶寬(典型值DC-155MHz)平衡檢測器，包括兩個對稱的PIN管。射頻功率檢測單元須為窄帶器件(典型值DC-155MHz)，并且支持編程測量，可以采用HP 8594E。
本發(fā)明測量OSNR的原理在某一光頻率下，當調(diào)整第一和第二偏振控制單元，使它們輸出的待測光信號和本地振蕩光的偏振狀態(tài)相互垂直時，由射頻功率檢測器檢測到的電功率為PminE=K·12PASE---(1)]]>其中PASE為全部ASE功率，K為比例系數(shù)。此時對應(yīng)最小值點當它們輸出的待測光信號和本地振蕩光的偏振狀態(tài)相互垂直時，由射頻功率檢測器檢測到的電功率為PmaxE=K·(PS+12PASE)---(2)]]>其中PS為信號功率。此時對應(yīng)最大值點。
由主控制單元控制本地振蕩器使之掃頻，重復(fù)以上過程。如圖2所示。OSNR由以下公式得到OSNR=10log(2∫f(PmaxE-PminE)∫fPminE)---(3)]]>其中∫f(·)表示在頻率域上積分。
本發(fā)明適用于光纖傳輸系統(tǒng)的光信噪比(OSNR)、帶內(nèi)ASE光譜和頻率漂移的測量，通過控制待測信號的偏振狀態(tài)和外差式檢測，獲得帶內(nèi)ASE噪聲的功率分布。同時，由于測量過程的窄線寬特性，本方法對于偏振模式色散(PMD)不敏感。本方法適用于單波長、多波長和多通道的不同光纖通信系統(tǒng)。
具體實施例方式
實施例①用光耦合器將通信光信號分為兩路，其中較小功率部分的光信號用作監(jiān)測信號。
②待測光信號被送入第一偏振控制單元，偏振控制單元用于調(diào)整信號光的偏振狀態(tài)，在應(yīng)用中可以采用GP MPC-4X，須支持動態(tài)反饋控制。信號光經(jīng)調(diào)整偏振狀態(tài)后進入耦合器。
③本地振蕩激光器產(chǎn)生的本地振蕩光送入第二偏振控制單元，第二偏振控制單元的功能描述及技術(shù)要求同第一偏振控制單元。本振激光器為窄帶光源，典型值為300kHz-20MHz，可以采用Anritsu MG9638A。
④本振光經(jīng)調(diào)整偏振狀態(tài)后進入耦合器，與待測光信號混頻；此處耦合器為四端口器件，包括兩個輸入端口和兩個輸出端口，分路比為50∶50。
⑤混頻后的光信號送入光電檢測器，本方法中要求使用平衡光電檢測器，它包括兩個對稱的PIN管。對平衡光電檢測器的帶寬要求為DC-155MHz。
⑥光電檢測器輸出的電信號經(jīng)放大后送入射頻功率檢測器檢測器，以檢測差拍信號功率。射頻功率檢測器須支持編程測量，可以采用HP 8594E。射頻功率檢測器的測量帶寬為DC-155MHz。
⑦主控制單元控制第一偏振控制單元，使其偏振狀態(tài)發(fā)生周期性變化。在一個周期內(nèi)，射頻功率檢測器輸出的功率最大值對應(yīng)于光信號在某一頻率下的功率，最小值對應(yīng)于帶內(nèi)ASE噪聲在某一頻率下的功率，記錄相應(yīng)頻率下的最大值和最小值。
⑧在某一頻率下的測量完成后，由主控制單元改變本地振蕩激光器的振蕩頻率，重復(fù)步驟②-⑦，直至本地振蕩激光器的振蕩頻率掃過整個信號頻譜；⑨通過步驟⑧，獲得帶內(nèi)ASE光譜和光濾波器形狀，以及信號光譜和信號的中心頻率，信號帶寬；由公式3計算得到帶內(nèi)OSNR。
⑩由光濾波器中心波長和信號的中心波長監(jiān)測信號的頻率漂移。
通過本方法，可以直接在信號接收端測出帶內(nèi)OSNR、帶內(nèi)ASE光譜和光濾波器形狀，以及信號光譜和信號的中心頻率，信號帶寬。此外，采用本方法還能獲得極高的分辨率和準確性。在應(yīng)用本發(fā)明測量OSNR的一個實例中，可以在16～30dB范圍內(nèi)測得準確的帶內(nèi)OSNR。在應(yīng)用本發(fā)明測量光濾波器中心波長和信號的中心波長監(jiān)測信號的頻率漂移的一個實例中，本發(fā)明測得的頻率漂移為0.073nm，而用OSA測得的頻率漂移為0.070nm，本發(fā)明顯示了極高的分辨率。需要強調(diào)的是，使用OSA的測量結(jié)果是在關(guān)掉數(shù)據(jù)信號時得到的，實際傳輸系統(tǒng)中不允許這樣做；而使用本發(fā)明可以直接測得頻率漂移。
權(quán)利要求
1.一種光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法，其特征在于，包括以下步驟①用光耦合器將通信光信號分為兩路，其中較小功率部分的光信號用作監(jiān)測信號；②待測光信號被送入第一偏振控制單元，調(diào)整偏振狀態(tài)后進入耦合器；③本地振蕩激光器產(chǎn)生的本地振蕩光經(jīng)第二偏振控制單元，調(diào)整偏振狀態(tài)后進入耦合器與待測光信號混頻；④混頻后的光信號經(jīng)光電檢測并放大后由射頻功率檢測器檢測功率；⑤主控制單元控制第一偏振控制單元，使其偏振狀態(tài)發(fā)生周期性變化，在一個周期內(nèi)，射頻功率檢測器輸出的功率最大值對應(yīng)于光信號在某一頻率下的功率，最小值對應(yīng)于帶內(nèi)ASE噪聲在某一頻率下的功率，記錄相應(yīng)頻率下的最大值和最小值；⑥由主控制單元改變本地振蕩激光器的振蕩頻率；⑦重復(fù)步驟②-⑥，直至本地振蕩激光器的振蕩頻率掃過整個信號頻譜；⑧通過步驟⑦，獲得帶內(nèi)ASE光譜和光濾波器形狀，以及信號光譜和信號的中心頻率，信號帶寬；⑨由光濾波器中心波長和信號的中心波長監(jiān)測信號的頻率漂移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法，其特征是，所述的帶內(nèi)ASE光譜，由相應(yīng)的功率最小值點得到帶內(nèi)ASE光譜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法，其特征是，所述的帶內(nèi)ASE光譜，由帶內(nèi)ASE光譜獲得光濾波器形狀，包括光濾波器中心波長，邊帶起伏。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法，其特征是，所述的信號光譜，由信號光譜和帶內(nèi)ASE光譜積分并運算得到帶內(nèi)OSNR；計算公式為OSNR=10log(2∫f(PmaxE-PminE)∫fPminE),]]>其中PmaxE為射頻功率檢測單元測量到的最大值，PminE為射頻功率檢測單元測量到的最小值，∫f(·)表示在頻率域上積分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者4所述的光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法，其特征是，所述的信號光譜，由功率最大值點得到信號光譜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者4或者5所述的光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法，其特征是，所述的信號光譜，由信號光譜獲得信號的中心頻率，信號帶寬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法，其特征是，所述的偏振控制單元，支持反饋控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法，其特征是，所述的本地振蕩激光器，波長連續(xù)可調(diào)，且須為窄帶激光器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法，其特征是，所述的光電檢測，須為低帶寬平衡檢測器，包括兩個對稱的PIN管。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法，其特征是，所述的射頻功率檢測單元須為窄帶器件，并且支持編程測量。
全文摘要
一種光傳輸系統(tǒng)中光信號監(jiān)測的方法，屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明用光耦合器將通信光信號分為兩路，調(diào)整偏振狀態(tài)后進入耦合器，本地振蕩激光器產(chǎn)生的本地振蕩光經(jīng)偏振控制單元，調(diào)整偏振狀態(tài)后進入耦合器與待測光信號混頻，混頻后由射頻功率檢測器檢測功率，由主控制單元改變本地振蕩激光器的振蕩頻率，重復(fù)上述步驟直至本地振蕩激光器的振蕩頻率掃過整個信號頻譜，由光濾波器中心波長和信號的中心波長監(jiān)測信號的頻率漂移。本發(fā)明能夠同時進行信號和帶內(nèi)噪聲的中心波長的監(jiān)測，以及可由此導出的累積光濾波器形狀和信號中心波長與濾波器中心波長的頻率漂移。
文檔編號H04B10/12GK1731708SQ20051002843
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月4日
發(fā)明者田祥慶, 蘇翼凱, 胡衛(wèi)生, 胡佩鋼, 何浩 申請人:上海交通大學