[发明专利]一种基于精细光谱的带内OSNR测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于精细光谱的带内OSNR测量装置及方法，装置包括待测光输入模块、偏振调制模块、精细光谱测量模块、处理与分析模块。所述待测光输入模块对待测信号光功率进行调控，以使待测信号光的功率水平满足后续处理需要；所述偏振调制模块对待测信号光进行偏振处理，以消除待测信号偏振效应对于带内OSNR测量精度的影响；所述精细光谱测量模块，依次获取偏振调制模块分离的光传输信号分量与噪声分量的pm分辨率的精细光谱信息；所述处理与分析模块支持采用偏振归零法、差分光谱响应法、差分光谱分辨率带宽鉴别方法、噪声拟合法等多种带内OSNR反演算法，实现高速光传输系统的带内OSNR的高精度测量。

技术领域

本发明涉及光谱检测领域，具体地，涉及一种基于精细光谱的带内OSNR测量装置及方法。

背景技术

光谱分析是诸如通信、传感、分子光谱仪、微波生成等光学应用中的关键诊断工具，例如使用光学方法对光纤通信系统中传输的超高速率信号进行光谱参数测量，可以得到传输信号的信号质量、OSNR、比特误码率等信息，是诊断和监视传输信号的一种有效手段。特别是OSNR，即光信躁比，它作为直接在光链路层中估计信号质量最有用的参数之一，得到业界的高度关注。OSNR长期以来被认为是密集波分复用系统的关键性能指标，是光网络性能评估的简单和至关重要的手段。OSNR可以在很短的时间内进行多通道信号质量评估，并且可以在几分钟内预测误码率，而典型的比特误码率测试必须运行数小时乃至数日。

在云计算、大数据、物联网等诸多新型应用的驱动下，数据流量在不断的增长，这使得光通信和传输技术逐步向高速率传输、大带宽、超长传输距离方向发展，因此光传输系统的一个主要发展方向，就是提高频谱利用率。一方面是使用先进的高阶的如QPSK、16QAM等调制格式以及偏振复用技术等方式来提高单信道的频谱效率，另一方面是在原有50/100GHz的WDM间隔下提高单信道速率(例如从10Gb/s提高到100Gb/s)。光传输系统的另一个发展方向就是从静态向准动态的网络进行演进，各个波长信道可能通过光分叉复用器，也就是光信号可能会经过多个光滤波器，这两个发展方向都对基于光栅的传统光谱仪造成了挑战，因为它的OSNR监测原理是带外OSNR监测。而高速光通信和传输系统的带内OSNR，与传统光谱仪检测到的带外OSNR是不相同的，传统光谱仪无法给出带内OSNR的，因此OSNR监测技术的最主要发展趋势就是从带外监测发展到带内监测，同时对偏振复用系统也需要使用带内监测。

传统光谱仪是OSNR测试的最基本、最成熟的方法，目前在市场上销售的光谱分析仪，主要是采用衍射光栅来展宽光谱并进行测试，普通光谱仪并不能直接分离出光传输信号和噪声的光功率，通常采用线性内插法或积分关闭光源法来估计光信号的OSNR，但是只适应于测量40Gb/s以下信号的带外OSNR，无法获取40Gb/s以上光信号的带外OSNR信息。

在实验室研究中，实现带内OSNR测量有多种途径，包括低频差拍噪声测量法、正交零差延时法和半时钟频率组合监测法，这些方法在改善监测精度和监测响应时间仍需研究，目前还仅限于实验室理论研究，因此国内外基本上没有对应的商用产品。相对而言，另一种基于偏振差异的方法处于较领先的位置，其监测原理主要是基于以下的特性：光传输信号是高度偏振的，而放大自发辐射噪声(ASE)主要包括了非偏振光，这类OSNR监测器，通常包含了一个偏振控制器和起偏器，可以从信号中隔离出部分带内ASE噪声来进行测量，这类方法已有较多研究报道和商用产品开发。JDSU(VIAVI)利用此方法，在传统光栅分光光谱仪的基础上推出的OSA-320，使用新的光偏振分束(OPS)方法，来测量光通道内部的OSNR(即带内OSNR)，其相关专利US9825698B2已授权。EXFO也提供改进的光谱仪FTB-5240S-P-InB和FTB-5240BP来测试带内OSNR，其基本原理和JDSU的类似，也是利用光信号的噪声不同的偏振特性。这两个厂家的方案能够比较精确的测量具有ROADM的光网络中的OSNR，但是也有其劣势，一是偏振模色散(PMD)会引起调制光信号的去偏振化；二是光传输链路中ASE噪声会出现部分偏振化的情况，以上两种情况的存在，会导致两个厂家的方案在测量高速信号的带内OSNR时出现较大偏差。