本發(fā)明涉及光纖通信領(lǐng)域，具體來(lái)講涉及一種光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)中測(cè)量光信噪比的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著近年來(lái)移動(dòng)通信和云計(jì)算的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)對(duì)低成本高速率短距光通信系統(tǒng)需求與日俱增。IM/DD(Intensity Modulation/Direct Detection，光直調(diào)直檢)系統(tǒng)是能夠滿足該需求的有效接入方式。在IM/DD系統(tǒng)中，光PAM(Pulse Amplitude Modulation，脈沖幅度編碼調(diào)制)由于產(chǎn)生和處信號(hào)理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易與現(xiàn)有系統(tǒng)相兼容，逐步成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。不同于DMT(Discrete Multi-Tone，離散多音調(diào)制)編碼結(jié)構(gòu)的多載波調(diào)制方式，光PAM系統(tǒng)是一種單載波調(diào)制方式；因此，很多信號(hào)質(zhì)量評(píng)估的指標(biāo)在光PAM系統(tǒng)中并不是十分適用。

對(duì)于光信號(hào)質(zhì)量的評(píng)估，常用的指標(biāo)有誤碼率、眼圖、調(diào)制消光比、OSNR(Optical Signal Noise Ratio，光信噪比)等。由于OSNR的測(cè)量最為簡(jiǎn)便，因此在實(shí)際工程中最為常用。然而，由于光PAM信號(hào)含有載波且載波功率遠(yuǎn)大于實(shí)際信號(hào)功率，因此測(cè)量得到的OSNR并不能準(zhǔn)確的反饋信號(hào)質(zhì)量。例如，在利用DML(Directly Modulated Laser，直調(diào)激光器)進(jìn)行調(diào)制的系統(tǒng)中，不同大小的偏置電流會(huì)導(dǎo)致測(cè)量得到的OSNR不同，但是實(shí)際信號(hào)的質(zhì)量，如誤碼率、眼圖的眼張開度等卻沒(méi)有太明顯的變化。為了解決該問(wèn)題，許多科研人員提出利用多參數(shù)共同衡量光PAM信號(hào)的方法，如OSNR+消光比，OSNR+眼張開度等，而這樣的結(jié)構(gòu)不但增加了實(shí)用中測(cè)量的難度和復(fù)雜性，而會(huì)增加工程應(yīng)用的成本。

因此如何尋求一種正確評(píng)估光PAM信號(hào)質(zhì)量的OSNR測(cè)量方法，成為PAM調(diào)制方式在實(shí)際工程應(yīng)用中普及的重要基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)中測(cè)量光信噪比的方法及系統(tǒng)，在不增加難度和復(fù)雜性的前提下，得到準(zhǔn)確的OSNR，節(jié)約工程應(yīng)用成本。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取一種光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)中測(cè)量光信噪比的方法，包括步驟：

S1.將待測(cè)量的光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)進(jìn)行光譜測(cè)量，得到原始信號(hào)的功率分布；

S2.將所述光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)通過(guò)波長(zhǎng)選擇開關(guān)濾波，得到兩路信號(hào)，第一路為載波信號(hào)和濾波通帶內(nèi)的調(diào)制信號(hào)，第二路為濾波后剩余的調(diào)制信號(hào)；將兩路信號(hào)分別進(jìn)行光譜測(cè)量，分別檢測(cè)兩路信號(hào)的光功率分布；

S3.通過(guò)公式OSNR＝P_s/P_0.1n，計(jì)算所述光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)的光信噪比OSNR，其中P_s為調(diào)制信號(hào)功率，P_0.1n為0.1納米的噪聲功率。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述S2中，所述波長(zhǎng)選擇開關(guān)濾波的中心波長(zhǎng)為載波波長(zhǎng)，濾波帶寬為載波信號(hào)帶寬，且濾波帶寬小于光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)帶寬。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述S1中，在測(cè)量得到的光譜上找到第一帶寬，第一帶寬覆蓋該次測(cè)量所有觀測(cè)到的信號(hào)，且第一帶寬的兩端點(diǎn)僅為噪聲信號(hào)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述S2中，在第一路信號(hào)的光譜圖上得到第二帶寬，第二帶寬覆蓋該次測(cè)量所有觀測(cè)到的信號(hào)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述S2中，在第二路信號(hào)的光譜圖上找到兩點(diǎn)，所述兩點(diǎn)在光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)平坦的頻譜的區(qū)域之中，且關(guān)于載波信號(hào)的波長(zhǎng)對(duì)稱。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述0.1納米的噪聲功率P_0.1n由公式P_0.1n＝0.1·(P_C+P_D)/(2·F_m)得到，其中P_C和P_D分別為第一帶寬兩端點(diǎn)的噪聲功率，F(xiàn)_m為對(duì)應(yīng)的光譜分辨率。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述調(diào)制信號(hào)功率P_s由公式P_s＝P_s+n-P_n得到，其中P_s+n為所述第二帶寬兩個(gè)端點(diǎn)之間調(diào)制信號(hào)和噪聲的總功率，P_n為第一帶寬兩端點(diǎn)之間噪聲信號(hào)功率。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述P_s+n由公式P_s+n＝P_s+c+n-P_ca得到，其中P_s+c+n為第一帶寬兩端點(diǎn)之間所有信號(hào)的總功率，P_ca為第二帶寬間載波信號(hào)功率。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述P_n由公式P_n＝F_s·(P_C+P_D)/(2·F_m)得到，其中F_s為第一帶寬，P_C和P_D分別為第一帶寬兩端點(diǎn)的噪聲功率，F(xiàn)_m為對(duì)應(yīng)的光譜分辨率。

本發(fā)明提供一種光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)中測(cè)量光信噪比的系統(tǒng)，包括：

第一光譜測(cè)量模塊，用于測(cè)得待測(cè)量的光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)的光譜；

波長(zhǎng)選擇開關(guān)，用于對(duì)所述光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)濾波，得到兩路光信號(hào)，一路為載波信號(hào)和濾波通帶內(nèi)的調(diào)制信號(hào)，另一路為濾波后剩余的調(diào)制信號(hào)；

第二光譜測(cè)量模塊，用于測(cè)量載波信號(hào)和濾波器通帶內(nèi)的調(diào)制信號(hào)的光譜；

第三光譜測(cè)量模塊，用于測(cè)量濾波后剩余調(diào)制信號(hào)的光譜；

光信噪比計(jì)算模塊，用于在三個(gè)光譜測(cè)量模塊得到的光譜中，讀取并計(jì)算調(diào)制信號(hào)功率P_s以及0.1納米的噪聲功率P_0.1n，通過(guò)OSNR＝P_s/P_0.1n，得到所述光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)的光信噪比OSNR。

本發(fā)明的有益效果在于：利用波長(zhǎng)選擇開關(guān)(WSS)的特點(diǎn)，將載波信號(hào)同調(diào)制信號(hào)濾波分割，通過(guò)不同光譜的測(cè)量分離載波信號(hào)的功率，從而準(zhǔn)確的計(jì)算調(diào)制信號(hào)的功率，進(jìn)而得到光PAM信號(hào)準(zhǔn)確的OSNR。整個(gè)過(guò)程在保持原有OSNR測(cè)量資源消耗的基礎(chǔ)上，既不增加系統(tǒng)開銷也不影響其測(cè)量復(fù)雜度的條件下，僅僅通過(guò)一定的測(cè)量運(yùn)算，便可以獲得準(zhǔn)確的調(diào)制信號(hào)的OSNR，節(jié)約工程應(yīng)用成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例光PAM信號(hào)中測(cè)量光信噪比的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例待測(cè)量的光PAM信號(hào)光譜圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例波長(zhǎng)選擇開關(guān)濾波后第一路信號(hào)的光譜圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例濾波后第二路信號(hào)的光譜圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例光PAM信號(hào)中測(cè)量光信噪比的系統(tǒng)示意圖。

附圖標(biāo)記：

第一光譜測(cè)量模塊1，第二光譜測(cè)量模塊2，第三光譜測(cè)量模塊3，波長(zhǎng)選擇開關(guān)4，OSNR計(jì)算模塊5。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明光PAM信號(hào)中測(cè)量光信噪比的方法，包括如下步驟：

S1.將待測(cè)量的光PAM信號(hào)進(jìn)行光譜測(cè)量，得到原始信號(hào)的功率分布。

如圖2所示，為待測(cè)量的光PAM信號(hào)通過(guò)一個(gè)光譜測(cè)量模塊得到的光譜圖。得到光譜圖上C、D兩點(diǎn)，C、D兩點(diǎn)之間帶寬為第一帶寬，第一帶寬覆蓋該次測(cè)量所有能觀測(cè)到的信號(hào)，包括載波信號(hào)、調(diào)制信號(hào)及噪聲信號(hào)；并且，C點(diǎn)和D點(diǎn)本身為噪聲信號(hào)，功率分別為P_C和P_D，第一帶寬為F_s納米；同時(shí)，測(cè)定C點(diǎn)和D點(diǎn)之間所有信號(hào)的總功率為P_s+c+n。

S2.將所述光PAM信號(hào)通過(guò)波長(zhǎng)選擇開關(guān)進(jìn)行濾波處理，得到兩路信號(hào)，第一路為載波信號(hào)和濾波通帶內(nèi)的調(diào)制信號(hào)(即濾波器通帶內(nèi)的部分)，第二路為濾波后剩余的調(diào)制信號(hào)。具體的，波長(zhǎng)選擇開關(guān)濾波的中心波長(zhǎng)為載波波長(zhǎng)，濾波帶寬為載波信號(hào)帶寬，且濾波帶寬小于光PAM信號(hào)帶寬。將兩路信號(hào)分別進(jìn)行光譜測(cè)量，分別檢測(cè)出兩路信號(hào)的光功率分布。

如圖3所示，為波長(zhǎng)選擇開關(guān)濾波后第一路信號(hào)的光譜圖，在光譜上得到A、B兩點(diǎn)，A、B兩點(diǎn)之間帶寬覆蓋所有能觀測(cè)到的信號(hào)，包括全部載波信號(hào)、部分調(diào)制信號(hào)(即濾波器通帶內(nèi)的部分)及噪聲信號(hào)。A點(diǎn)和B點(diǎn)之間占為第二帶寬，第二帶寬為F_c納米，測(cè)定A點(diǎn)和B點(diǎn)之間所有信號(hào)的總功率為P_c。

如圖4所示，為波長(zhǎng)選擇開關(guān)帶通濾波后剩余的第二路信號(hào)光譜圖，光譜圖上有E、F兩點(diǎn)，E、F兩點(diǎn)在光PAM信號(hào)平坦的頻譜的區(qū)域之中，且關(guān)于載波信號(hào)的波長(zhǎng)(即y軸)對(duì)稱；E、F兩點(diǎn)的功率分別為P_E和P_F。

S3.由前面得到的三幅光譜圖得到相應(yīng)功率、帶寬等數(shù)值，通過(guò)公式OSNR＝P_s/P_0.1n，計(jì)算所述光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)的光信噪比OSNR，其中P_s為調(diào)制信號(hào)功率，即所有調(diào)制信號(hào)的功率，P_0.1n為0.1納米的噪聲功率。

具體的，根據(jù)OSNR等于信號(hào)功率同0.1nm內(nèi)的光噪聲功率的比值，設(shè)定信號(hào)測(cè)量的光譜分辨率為F_m，即單點(diǎn)測(cè)量時(shí)最小帶寬為F_m。根據(jù)光PAM信號(hào)頻譜的特點(diǎn)：載波附件光譜平坦，由此測(cè)量到E點(diǎn)和F點(diǎn)間含噪聲的光PAM信號(hào)的調(diào)制信號(hào)光譜功率密度W_s+n為：

W_s+n＝(P_E+P_F)/(2·F_m) (1)

根據(jù)公式(1)及功率譜密度的關(guān)系，推導(dǎo)在第二帶寬為F_c納米的A、B兩點(diǎn)之間含有噪聲的調(diào)制信號(hào)功率P_sAB+n為：

P_sAB+n＝F_c·(P_E+P_F)/(2·F_m) (2)

由于A、B兩點(diǎn)間所有信號(hào)的總功率為P_c，含有載波功率、部分調(diào)制信號(hào)功率及噪聲功率，因此通過(guò)公式(2)得到載波信號(hào)功率P_ca為：

P_ca＝P_c-P_sAB+n (3)

由于載波信號(hào)功率P_ca已知，因此在C、D兩點(diǎn)間總的調(diào)制信號(hào)及噪聲功率P_s+n為：

P_s+n＝P_s+c+n-P_ca (4)

同時(shí)根據(jù)C、D兩點(diǎn)測(cè)量得到的參數(shù)，得到C、D兩點(diǎn)的噪聲功率分別為P_C和P_D，其中P_s+c+n為第一帶寬C、D兩點(diǎn)之間所有信號(hào)的總功率，P_ca為第二帶寬間載波信號(hào)功率；C、D兩點(diǎn)間含噪聲的光譜功率密度W_s+n為：

W_s+n＝(P_C+P_D)/(2·F_m) (5)

根據(jù)公式(5)及功率譜密度的關(guān)系，推導(dǎo)在帶寬為F_c的C、D之間噪聲信號(hào)功率P_n為：

P_n＝F_s·(P_C+P_D)/(2·F_m) (6)

其中F_s為第一帶寬，P_C和P_D分別為第一帶寬C、D兩點(diǎn)的噪聲功率，F(xiàn)_m為對(duì)應(yīng)的光譜分辨率。根據(jù)公式(4)還有公式(6)，最終得到調(diào)制信號(hào)功率P_s為：

P_s＝P_s+n-P_n (7)

其中P_s+n為所述第一帶寬C、D兩點(diǎn)之間調(diào)制信號(hào)和噪聲的總功率，P_n為第一帶寬C、D兩點(diǎn)之間噪聲信號(hào)功率。由公式(5)，折算0.1納米的噪聲功率為：

P_0.1n＝0.1·(P_C+P_D)/(2·F_m) (8)

最終推導(dǎo)得到OSNR為：

OSNR＝P_s/P_0.1n (9)

即：

如圖5所示，本發(fā)明光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)中測(cè)量光信噪比的系統(tǒng)，包括第一光譜測(cè)量模塊1、第二光譜測(cè)量模塊2、第三光譜測(cè)量模塊3、波長(zhǎng)選擇開關(guān)4以及OSNR計(jì)算模塊5；第一光譜測(cè)量模塊1用于測(cè)得待測(cè)量的光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)的光譜。波長(zhǎng)選擇開關(guān)4用于對(duì)所述光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)濾波，得到兩路光信號(hào)，一路為載波信號(hào)和濾波通帶內(nèi)的調(diào)制信號(hào)，另一路為濾波后剩余的調(diào)制信號(hào)；第二光譜測(cè)量模塊，用于測(cè)量載波信號(hào)和濾波器通帶內(nèi)的調(diào)制信號(hào)的光譜；第三光譜測(cè)量模塊，用于測(cè)量濾波后剩余調(diào)制信號(hào)的光譜；光信噪比計(jì)算模塊5用于在三個(gè)光譜測(cè)量模塊得到的光譜中，讀取并計(jì)算調(diào)制信號(hào)功率P_s以及0.1納米的噪聲功率P_0.1n，通過(guò)OSNR＝P_s/P_0.1n，得到所述光脈沖幅度調(diào)制信號(hào)的光信噪比OSNR。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。