一種實現高速dwdm系統中osnr監測的方法和裝置的制作方法

專利名稱：一種實現高速dwdm系統中osnr監測的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及光通信技術中的光信噪比(Optical Signal to Noise Ratio,OSNR)監測技術,尤其涉及一種實現高速密集型光波復用(Dense Wavelength DivisionMultiplexing, DWDM)系統中OSNR監測的方法和裝置。
背景技術：
波分復用系統的OSNR是衡量波分系統傳輸性能的關鍵參數，其定義為通道的信號功率除以信號波長處0. Inm內的噪聲功率。目前,隨著波分復用系統單波速率向40Gb/s及以上的發展，對OSNR的監測越來越困難。傳統方法采用內插法以實現OSNR的監測，即首先監測信號光譜之外的噪聲功率，然后再用內插公式得到信號波長處的噪聲功率，最后計算得到0SNR。內插法可以很好地滿足單波速率為2. 5Gb/s和10Gb/S波分復用系統的OSNR監測，因為10Gb/S信號的光譜寬度遠小于系統通道間隔，有足夠的光譜空間測量相鄰信號之間的噪聲功率，目前波分復用系統商用的光性能監測模塊(Optical performance module,0PM)采用光譜掃描技術,掃描出工作波長范圍內的光譜，從而得到通道功率和通道間的噪聲功率，再采用內插法得出信號波長處的噪聲功率，從而計算得出0SNR。但如果波分復用系統中有多級光濾波器，通道間的噪聲不能反映出信號波長處的噪聲，這種情況下內插法不再適用。此外，40Gb/s及以上速率信號的光譜寬度較大，接近于通道間隔，用內插法也無法準確測量到通道間的噪聲功率，所以也無法得到信號波長處的噪聲功率，因此，傳統的內插法無法實現對40Gb/s及以上速率信號OSNR的監測。近年來，一種新方法，即偏振消光法也已成功應用于OSNR監測技術，其原理為利用信號偏振、噪聲非偏振的特性實現信號和噪聲的分離計算，從而實現OSNR的監測，這種方法適用于40Gb/s信號的非相干接收系統以及10Gb/S信號的直接探測系統。偏振消光法的實現原理非常復雜，成本較高，目前僅僅是儀表級商用。但對于偏振復用系統，無法用偏振消光的機制分離出信號和噪聲，因而，無法用偏振消光法進行OSNR監測。現有技術中，還提供了一種OSNR的測試方法，該方法基于調頂技術和窄帶光可調濾波器分兩次先后濾出正常頻點和偏移頻點的光信號，計算出其中的業務光信號的大小和自發輻射(ASE)噪聲的大小，從而計算出OSNR值。但其實現技術復雜，校準算法不易確定，器件控制難度大，最重要的是，該方法需要考慮光業務信號的調制碼型，從而在OSNR的計算中選擇不同的算法策略，故不利于在可重構型光分插復用設備(ROADM)中廣泛靈活使用。

發明內容
有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種高速DWDM系統中OSNR監測的方法和裝置，可克服現有內插法和偏振復用法的缺陷，實現對高速波分復用系統中OSNR的監測。為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的
本發明提供了一種實現高速WDM系統中OSNR監測的方法，該方法包括將發送端所輸出的每個波長的光信號各加載一個波長標簽；對已加載波長標簽的光信號分別進行寬帶濾波和窄帶濾波；利用數字信號處理技術測量經濾波的光信號的總功率，并計算交流分量功率；根據光信號的總功率、交流分量功率及濾波器的特性參數計算OSNR。其中，所述為每個波長的光信號加載波長標簽時采用調頂技術。其中，所述計算OSNR所依據的公式為OSNR= 10 X IoglO ((Pn_meanX MX K-Pw_meanX K) / (Pw-mean-Pn-meanX K))；其中，所述Pw__n為寬帶可調光濾波器輸出數據的平均值，所述Pn_m_為窄帶可調 光濾波器輸出數據的平均值，所述M為寬帶可調光濾波器的帶寬與窄帶可調光濾波器的帶寬之比，所述K為寬帶可調光濾波器輸出光的波長標簽光功率與窄帶可調光濾波器輸出光的波長標簽光功率之比。其中，所述波長標簽光功率即為所述交流分量功率。進一步地，該方法還包括在對OSNR進行監測前，將對已加載波長標簽的光信號進行寬帶濾波和窄帶濾波的濾波器調諧到待監測的光通道的中心頻率上。本發明還提供了一種實現高速DWDM系統中OSNR監測的裝置，該裝置包括波長標簽加載模塊和OSNR監測模塊；其中，所述波長標簽加載模塊，用于將發送端所輸出的每個波長的光信號各加載一個波長標簽；所述OSNR監測模塊，用于對已加載波長標簽的光信號分別進行寬帶濾波和窄帶濾波；利用數字信號處理技術測量經濾波的光信號的總功率，并計算交流分量功率；根據光信號的總功率、交流分量功率及濾波器的特性參數計算0SNR。其中，所述OSNR監測模塊包括寬帶可調光濾波器、窄帶可調光濾波器和OSNR計算模塊；其中，所述寬帶可調光濾波器，用于對已加載波長標簽的光信號進行寬帶濾波；所述窄帶可調光濾波器，用于對已加載波長標簽的光信號進行窄帶濾波；OSNR計算模塊，用于根據上述兩個濾波器的輸出數據，利用數字信號處理技術測量經濾波的光信號的總功率，并計算交流分量功率；根據光信號的總功率、交流分量功率及濾波器的特性參數計算0SNR。其中，所述OSNR監測模塊還包括控制模塊，用于控制寬帶可調光濾波器和窄帶可調光濾波器調諧到待監測的光通道的中心頻率上。其中，所述OSNR監測模塊包括一個帶寬和中心頻率均能配置的光濾波器和OSNR計算模塊；其中，所述帶寬和中心頻率均能配置的光濾波器，用于對已加載波長標簽的光信號進行寬帶濾波和窄帶濾波。本發明提供的高速DWDM系統中OSNR監測的方法和裝置，將發送端所輸出的每個波長的光信號各加載一個波長標簽；對已加載波長標簽的光信號分別進行寬帶濾波和窄帶濾波；利用數字信號處理技術測量經濾波的光信號的總功率，并計算交流分量功率；根據光信號的總功率、交流分量功率及濾波器的特性參數計算0SNR。本發明可以克服內插法無法適用40Gb/s及以上DWDM系統中OSNR監測的問題，以及無法用偏振消光法進行OSNR監測的問題，本發明在波長標簽技術的基礎上利用可調光濾波器技術解決了高速DWDM系統中監測OSNR的技術難題，相對于偏振消光法，具有實現簡單、成本低的突出優勢。此外，由于本發明使用了寬帶可調光濾波器，可以完整地濾出通道內的光信號，所以與光業務信號的調制碼型不相關，可以在OSNR的計算中使用統一的測量方法，這在廣泛采用多種調制碼型和多種傳輸速率的ROADM中是有很大的好處的。


圖I為本發明高速DWDM系統中OSNR監測的方法實現流程示意圖；圖2為本發明高速DWDM系統中OSNR監測裝置實施例的結構示意圖；圖3為利用圖2中所述高速DWDM系統中的OSNR監測裝置進行OSNR監測的方法實現流程示意圖。
具體實施例方式本發明的基本思想是將發送端所輸出的每個波長的光信號各加載一個波長標簽；對已加載波長標簽的光信號分別進行寬帶濾波和窄帶濾波；利用數字信號處理技術測量經濾波的光信號的總功率，并計算交流分量功率；根據光信號的總功率、交流分量功率及濾波器的特性參數計算0SNR。下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。圖I為本發明高速DWDM系統中OSNR監測的方法實現流程示意圖，如圖I所示，包括如下步驟步驟101 :將發送端所輸出的每個波長的光信號各加載一個波長標簽；具體為將發送端光轉發單元的發送部分輸出的每個波長的光信號加載一個波長標簽，不同波長光信號對應的波長標簽不同。這里，所述波長標簽的信息為低頻頻率信息，采用調頂技術，調頂技術不影響光信號的傳輸性能，因為調制深度很小，例如調制深度為I % 8%,并米用反饋方式或定標方式使調制深度鎖定在某個固定值，如5%。各波長標簽的調制深度固定為一個常數。步驟102 :對已加載波長標簽的光信號分別進行寬帶濾波和窄帶濾波；這里，可從光信號中分出一小部分光信號作為監測光信號進行相應的光濾波處理，得到相應通帶內的光信號，即寬帶光信號和窄帶光信號，再將所述光信號經過0/E轉換、采樣、量化、數字變換等電信號處理技術的處理，最終輸出可以表征光功率的數字電信號。這里，可分別設置寬帶可調光濾波器和窄帶可調光濾波器分別對寬帶光信號和窄帶光信號進行濾波，也可以使用一個帶寬和中心頻率均可配置的光濾波器，分兩次先后對光信號進行濾波，甚至使用其他的方式。步驟103 :利用數字信號處理技術測量經濾波的光信號的總功率，并計算交流分量功率，根據光信號的總功率、交流分量功率及濾波器的特性參數計算OSNR ；具體為利用數字信號處理技術測量濾波器采集的寬帶光信號的總功率，并計算交流分量功率，以及窄帶光信號的總功率，并計算交流分量功率。下面以設置寬帶可調光濾波器和窄帶可調光濾波器兩個濾波器為例說明OSNR的計算原理和方法。當然，對于濾波器的其他設置方法也適用，只要能對寬帶和窄帶分別進行濾波即可。對于寬帶可調光濾波器，其濾出的光信號的總功率由兩部分構成，分別為通帶內的光信號功率和通帶內的噪聲功率，用方程式表示為Pw = P『sig+P『ase (I)對于窄帶可調光濾波器，其濾出的光信號的總功率也由兩部分構成，分別為通帶內的光信號功率和通帶內的噪聲功率，用方程式表示為Pn = Pn-Si g+Pn-ase ⑵其中，所述Pw和Pn為測量所得數值。
利用數字信號處理技術，可以根據測量數據計算出寬帶可調光濾波器輸出數據的平均值和交流分量值Pw-a。，以及窄帶可調光濾波器輸出數據的平均值Pn-_n和交流分量值Pn-a。。所述平均值的物理含義是寬/窄帶可調光濾波器輸出光的總光功率；所述交流分量值的物理含義是寬/窄帶可調光濾波器輸出光的交流分量的光功率，也即波長標簽的光功率。也即P =P (3)Pn_mean = Pn (4)波長標簽的調制深度在某一時刻，光通道內各處都是確定一致的，也即通帶內的波長標簽的光功率和通帶內光信號功率具有一定的比例關系。所以，利用兩個濾波器采集到的光信號具有不同的光功率值，那么，兩個濾波器采集到的波長標簽的光功率也具有不同的值。利用兩個濾波器的波長標簽的光功率值的比值，可以知道兩個濾波器的通帶內光信號功率的比值。所以，我們可以得到如下方程Pw_sig = Pn_sigXK (5)K = Pw_ac/Pn_ac (6)，其中，所述Pw_a。和Pn_a。即為計算所得的寬/窄帶可調光濾波器輸出波長標簽的光功率。在波長通道內，光信號噪聲可以認為是均勻分布的，所以寬帶可調光濾波器濾出的光信號中含有的噪聲功率和窄帶可調光濾波器濾出的光信號中含有的噪聲功率，只與濾波器的通帶帶寬相關。所以，我們可以得到如下方程Pw_ase = Pn_aseXM (7)其中的M可以很方便的通過濾波器的特性計算得出，如果以寬帶可調光濾波器的通帶帶寬O. 32nm,即40GHZ，窄帶濾波器帶寬O. Inm,即12. 5GHZ為例，則M為3. 2。利用上述方程進行聯立，我們可以計算出Pw_sig和Pw_ase的值，以及Pn_sig和Pn_ase的值。以寬帶可調光濾波器通帶帶寬O. 32nm,窄帶帶寬O. Inm為例,根據OSNR的定義,可以得到當前通道內的OSNR計算公式為
OSNR =IOX IoglO (Pw_sig/Pn_ase) (8)利用上述聯立的方程所計算出Pw_sig和Pw_ase的值，我們可以對上式進行變換，最后得到如下公式OSNR = 10Xlogl0((Pn_meanXMXK-Pw_meanXK)/(Pw_mean-Pn_meanXK)) (9)其中，所述M可根據寬/窄帶可調光濾波器的帶寬計算得到，即寬帶可調光濾波器的帶寬與窄帶可調光濾波器的帶寬之比，如上文所述；所述K通過上述公式(6)計算得至IJ，即寬帶可調光濾波器輸出光的波長標簽光功率與窄帶可調光濾波器輸出光的波長標簽光功率之比；所述和Ρη—_可通過測量兩個濾波器的輸出數據得到。在實際使用時，所述濾波器并不限于上述示例的參數，如果濾波器具有不同的參數，只需要進行相應的折算，便可以求出對應的OSNR值。此時的OSNR值，只需要在上述式
(9)的基礎上，增加一個偏移量作為修正，便可得到實際的OSNR值。該偏移量可以根據濾波·器的具體特性來確定。進一步地，該方法還包括在對OSNR進行監測前，將對已加載波長標簽的光信號進行寬帶濾波和窄帶濾波的濾波器調諧到待監測的光通道的中心頻率上。本發明還提供了一種高速DWDM系統中OSNR監測的裝置，包括波長標簽加載模塊和OSNR監測模塊；其中，所述波長標簽加載模塊，用于將發送端所輸出的每個波長的光信號各加載一個波長標簽；所述OSNR監測模塊，用于對已加載波長標簽的光信號分別進行寬帶濾波和窄帶濾波；利用數字信號處理技術測量經濾波的光信號的總功率，并計算交流分量功率；根據光信號的總功率、交流分量功率及濾波器的特性參數計算0SNR。圖2為本發明高速DWDM系統中OSNR監測裝置實施例的結構示意圖，該圖以單纖單向高速DWDM系統為例進行說明，如圖2所示,包括光發射單元I k以及光發射單元η,光接收單元I k以及光接收單元η ;光合波單元、光分插復用單元、光分波單元、光放大單兀I 2和傳輸光纖。上述各模塊為現有已知模塊，該裝置還包括波長標簽加載模塊I k以及波長標簽加載模塊η和OSNR監測模塊；其中，所述OSNR監測模塊包括寬帶可調光濾波器、窄帶可調光濾波器和OSNR計算模塊，還包括控制模塊。如圖2所示，所述波長標簽加載模塊I位于發送端光發射單元I和光合波單元之間，所述波長標簽加載模塊k位于發送端光發射單元k和光合波單元之間，波長標簽加載模塊η位于發送端光發射單元η和光分插復用單元之間。光信號經過波長標簽加載模塊時，就加載一個波長標簽信息，采用調頂技術，調頂技術不影響光信號的傳輸性能，因為調制深度很小，例如1% 8%，采用反饋方式或定標方式使得調制深度鎖定在某個固定值。圖I僅示例性地給出了 3個波長通道。圖2中所示的OSNR監測模塊位于光分波單元之前，僅用于示例性說明，OSNR監測模塊可位于高速DWDM系統中的任意網元，當然，所述任意網元不包括波長標簽加載模塊以及光發射單元。OSNR監測模塊分別從主光信號中分出一小部分光信號，例如1%、5%或其他合適值的光信號作為監測光信號。圖2中給出的寬帶可調光濾波器和窄帶可調光濾波器，僅用于示例性說明，在實際使用中，既可以如同本示例中所述一樣，同時使用寬帶和窄帶兩個濾波器，也可以使用一個帶寬和中心頻率均能配置的光濾波器，用于對已加載波長標簽的光信號進行寬帶濾波和窄帶濾波，即分兩次進行光信號的采集，或者使用其他的方式。無論使用哪一種實現方式，只要是使用了寬帶和窄帶兩種帶寬的可調光濾波器，就可以利用本發明中的方法測量出OSNR。所述寬帶可調光濾波器，用于對已加載波長標簽的光信號進行寬帶濾波；具體的，在控制模塊的控制下，調諧到所需測量OSNR的通道的中心頻率上，濾出該通道的光信號，例如0. 4nm寬度，并利用0/E轉換、采樣、量化、數字變換等電信號處理技術的處理，輸出可以表征濾波器處理后的通道光功率的數字電信號。這里，所述寬帶可調光濾波器的通帶帶寬要能夠剛好覆蓋整個光通道的帶寬范圍，對于本例中的DWDM系統，其帶寬是通道間隔的80 % 90 %，本例中取40GHz。所述窄帶可調光濾波器，用于對已加載波長標簽的光信號進行窄帶濾波；具體的，
在控制模塊的控制下，調諧到所需測量OSNR的通道的中心頻率上，濾出該通道的一部分光，例如O. Inm寬度，并利用0/E轉換、采樣、量化、數字變換等電信號處理技術的處理，輸出可以表征光功率的數字電信號。這里，所述窄帶可調光濾波器的通帶帶寬要顯著小于寬帶可調光濾波器的帶寬的光濾波器，對于本例中的窄帶可調光濾波器，其通道帶寬是寬帶可調光濾波器的30% 40%，本例中取12. 5GHz。所述OSNR計算模塊，用于根據上述兩個濾波器的輸出數據，利用數字信號處理技術測量經濾波的光信號的總功率，并計算交流分量功率；根據光信號的總功率、交流分量功率及濾波器的特性參數計算0SNR。其中，所述數字信號處理可以使用，例如頻率分析技術快速傅里葉變換(FFT)算法或CZT等技術，也可以直接計算平均值和交流均方根(AC-RMS)值。所述控制模塊，用于控制寬帶可調光濾波器和窄帶可調光濾波器調諧到待監測的光通道的中心頻率上；控制OSNR計算模塊的啟動和停止；另外，控制模塊還用于存儲OSNR計算結果，并控制該結果的傳輸或者顯示。利用本發明圖2中所述實現高速DWDM系統中的OSNR監測裝置進行OSNR監測的方法如圖3所示，包括以下步驟步驟301 :控制模塊對寬帶可調光濾波器和窄帶可調光濾波器進行控制，使兩個濾波器調諧到待監測的光通道的中心頻率上；具體為控制模塊根據監測的需要，控制寬帶可調光濾波器和窄帶可調光濾波器調諧到某個光通道λ 中心頻率上。這里，控制模塊可以在目標中心頻率附近測量幾次，找到光功率的峰值點，具有峰值的頻率點，就是待測光通道的中心頻率。步驟302 :利用寬帶可調光濾波器和窄帶可調光濾波器對光信號進行處理，并對相應的光信號功率進行數據采集；具體為主光信號中的一小部分分光平均輸入到寬帶可調光濾波器和窄帶可調光濾波器中，兩個濾波器首先對輸入的合光進行濾波，得到相應的通帶內的光信號，然后再將經過濾波的光信號功率轉換成數字電信號。步驟303 :利用數字信號處理技術采集兩個濾波器各自對應的總功率和交流分量功率，并利用采集到的總功率和交流分量功率，根據相應的公式，計算OSNR ；這里，OSNR計算模塊利用寬帶可調光濾波器和窄帶可調光濾波器輸出的數字電信號，按照上文所述的OSNR計算原理，計算出該通道的OSNRi,并被控制模塊存儲。步驟304 :控制模塊根據監測需要決定是否繼續進行另一通道λ j的OSNR監測，如果是，則回到步驟301 ;否則，執行步驟305 ；這里，控制模塊可以繼續發送控制命令，使寬帶可調光濾波器和窄帶可調光濾波器的調諧頻率調整到其他的通道，然后重復步驟302和步驟303，計算另一個通道的OSNRjt5步驟305 :控制模塊利用顯示技術或者通信技術，輸出各通道的OSNR計算結果；
這里，控制模塊可以通過通信手段或者顯示手段，輸出之前計算并存儲下來的OSNR計算結果。以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種實現高速密集型光波復用DWDM系統中光信噪比OSNR監測的方法，其特征在于，該方法包括 將發送端所輸出的每個波長的光信號各加載一個波長標簽；對已加載波長標簽的光信號分別進行寬帶濾波和窄帶濾波；利用數字信號處理技術測量經濾波的光信號的總功率，并計算交流分量功率；根據光信號的總功率、交流分量功率及濾波器的特性參數計算OSNR。
2.根據權利要求I所述的實現高速DWDM系統中OSNR監測的方法，其特征在于，所述為每個波長的光信號加載波長標簽時采用調頂技術。
3.根據權利要求I或2所述的實現高速DWDM系統中OSNR監測的方法，其特征在于，所述計算OSNR所依據的公式為 OSNR= 10Xlogl0((Pn__XMXK-Pw__nXK)/(Pw__-Pn__nXK))； 其中，所述為寬帶可調光濾波器輸出數據的平均值，所述Pn-m_為窄帶可調光濾波器輸出數據的平均值，所述M為寬帶可調光濾波器的帶寬與窄帶可調光濾波器的帶寬之t匕，所述K為寬帶可調光濾波器輸出光的波長標簽光功率與窄帶可調光濾波器輸出光的波長標簽光功率之比。
4.根據權利要求3所述的實現高速DWDM系統中OSNR監測的方法，其特征在于，所述波長標簽光功率即為所述交流分量功率。
5.根據權利要求3所述的實現高速DWDM系統中OSNR監測的方法，其特征在于，該方法還包括 在對OSNR進行監測前，將對已加載波長標簽的光信號進行寬帶濾波和窄帶濾波的濾波器調諧到待監測的光通道的中心頻率上。
6.一種實現高速DWDM系統中OSNR監測的裝置，其特征在于，該裝置包括波長標簽加載模塊和OSNR監測模塊；其中， 所述波長標簽加載模塊，用于將發送端所輸出的每個波長的光信號各加載一個波長標簽; 所述OSNR監測模塊，用于對已加載波長標簽的光信號分別進行寬帶濾波和窄帶濾波；利用數字信號處理技術測量經濾波的光信號的總功率，并計算交流分量功率；根據光信號的總功率、交流分量功率及濾波器的特性參數計算0SNR。
7.根據權利要求6所述的實現高速DWDM系統中OSNR監測的裝置，其特征在于，所述OSNR監測模塊包括寬帶可調光濾波器、窄帶可調光濾波器和OSNR計算模塊；其中， 所述寬帶可調光濾波器，用于對已加載波長標簽的光信號進行寬帶濾波； 所述窄帶可調光濾波器，用于對已加載波長標簽的光信號進行窄帶濾波； OSNR計算模塊，用于根據上述兩個濾波器的輸出數據，利用數字信號處理技術測量經濾波的光信號的總功率，并計算交流分量功率；根據光信號的總功率、交流分量功率及濾波器的特性參數計算0SNR。
8.根據權利要求7所述的實現高速DWDM系統中OSNR監測的裝置，其特征在于，所述OSNR監測模塊還包括控制模塊，用于控制寬帶可調光濾波器和窄帶可調光濾波器調諧到待監測的光通道的中心頻率上。
9.根據權利要求7或8所述的實現高速DWDM系統中OSNR監測的裝置，其特征在于，所述OSNR監測模塊包括一個帶寬和中心頻率均能配置的光濾波器和OSNR計算模塊；其中，所述帶寬和中心頻率均能配置的光濾波器，用于對已加載波長標簽的光信號進行寬帶濾波和窄帶濾波。·
全文摘要
本發明公開了一種實現高速密集型光波復用(DWDM)系統中光信噪比(OSNR)監測的方法，包括將發送端所輸出的每個波長的光信號各加載一個波長標簽；對已加載波長標簽的光信號分別進行寬帶濾波和窄帶濾波；利用數字信號處理技術測量經濾波的光信號的總功率，并計算交流分量功率；根據光信號的總功率、交流分量功率及濾波器的特性參數計算OSNR。本發明還同時公開了一種實現高速DWDM系統中OSNR監測的裝置，運用該方法和裝置可克服現有內插法和偏振復用法的缺陷，實現對高速波分復用系統中OSNR的監測。
文檔編號H04B10/077GK102946275SQ201210420998
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月29日 優先權日2012年10月29日
發明者劉征, 沈百林 申請人:中興通訊股份有限公司