一种光信噪比的监测方法及装置与流程

本发明涉及光通信系统光信号性能监测技术领域，特别涉及一种光信噪比的监测方法及装置。

背景技术：

随着光通信系统在网络灵活性和传输容量的快速发展，作为信号无误传输的保障，光信号性能监测技术越来越受到人们的关注。OSNR(Optical Signal-To-Noise Ratio，光信噪比)是其中一个重要性能衡量标准，它直接影响信号质量的好坏。

在传统的带外OSNR的监测技术中，OSNR主要是基于光谱分析仪来读取带外噪声功率进行监测。然而，现有OSNR的监测方法，例如，基于导频的监测方法，需要占用有效的频谱资源，降低了频谱利用率，并且需要对信号的发射端进行改变，不能够真实有效和实时动态地监测OSNR。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种光信噪比的监测方法及装置，能在不占用有效的频谱资源和不对信号的发射端进行改变的情况下，实现快速、可靠和实时动态的光信噪比的监测。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种光信噪比的监测方法，包括：

获取待测光信号并将所述待测光信号均分为第一路光信号和第二路光信号；

滤除所述第一路光信号的带外噪声，输出第一功率；

锁定所述第二路光信号的输出功率，输出第二功率；

根据所述第二功率与所述第一功率，确定所述第二功率与所述第一功率的差值、和所述待测光信号的光信噪比的对应曲线，在光信噪比监测时，根据当前接收的第二功率与第一功率的差值，监测所述对应曲线中的当前光信噪比。

较佳的，所述获取待测光信号并将所述待测光信号均分为第一路光信号和第二路光信号，包括：

获取有用光信号和噪声信号；

合成所述有用光信号和所述噪声信号为一路所述待测光信号并放大，均分放大后的待测光信号为所述第一路光信号和所述第二路光信号。

较佳的，所述输出第一功率，包括：

转换滤除带外噪声后的第一路光信号为第一路电信号；

滤出所述第一路电信号中设定中心频率的第一射频谱；

测量所述第一射频谱的功率，输出所述第一功率。

较佳的，所述输出第二功率，包括：

转换锁定输出功率后的第二路光信号为第二路电信号；

滤出所述第二路电信号中设定中心频率的第二射频谱；

测量所述第二射频谱的功率，输出所述第二功率。

较佳的，所述第二射频谱的频率与所述第一射频谱的频率相同。

本发明实施例公开了一种光信噪比的监测装置，包括：

光信号分光模块，用于获取待测光信号并将所述待测光信号均分为第一路光信号和第二路光信号；

第一路光信号处理模块，用于滤除所述第一路光信号的带外噪声，输出第一功率；

第二路光信号处理模块，用于锁定所述第二路光信号的输出功率，输出第二功率；

光信噪比监测模块，用于根据所述第二功率与所述第一功率，确定所述第二功率与所述第一功率的差值、和所述待测光信号的光信噪比的对应曲线，在光信噪比监测时，根据当前接收的第二功率与第一功率的差值，监测所述对应曲线中的当前光信噪比。

较佳的，所述光信号分光模块包括：

有用光信号产生模块，用于产生有用光信号；

噪声信号产生模块，用于产生噪声信号；

第一耦合模块，用于合成所述有用光信号和所述噪声信号为一路所述待测光信号；

光放大模块，用于放大所述待测光信号；

第二耦合模块，用于均分放大后的待测光信号为所述第一路光信号和所述第二路光信号。

较佳的，所述第一路光信号处理模块包括：

光带通滤波模块，用于滤除所述第一路光信号的带外噪声；

第一光电探测模块，用于转换滤除带外噪声后的第一路光信号为第一路电信号；

第一电带通滤波模块，用于滤出所述第一路电信号中设定中心频率的第一射频谱；

第一功率测量模块，用于测量所述第一射频谱的功率，输出所述第一功率。

较佳的，所述第二路光信号处理模块包括：

电子可调衰减模块，用于锁定所述第二路光信号的输出功率；

第二光电探测模块，用于转换锁定输出功率后的第二路光信号为第二路电信号；

第二电带通滤波模块，用于滤出所述第二路电信号中设定中心频率的第二射频谱；

第二功率测量模块，用于测量所述第二射频谱的功率，输出所述第二功率。

较佳的，所述第二射频谱的频率与所述第一射频谱的频率相同。

由上述的技术方案可见，本发明实施例提供的光信噪比的监测方法及装置，将所述待测光信号均分为所述第一路光信号和所述第二路光信号，所述第一路光信号采用滤除带外噪声的处理方式输出所述第一功率；所述第二路光信号采用锁定输出功率的处理方式输出所述第二功率。随着OSNR的变化，所述第一功率和所述第二功率也会发生改变，确定所述第二功率与所述第一功率的差值、和所述待测光信号的光信噪比的对应曲线。在光信噪比监测时，根据当前接收的第二功率与第一功率的差值，监测所述对应曲线中的当前光信噪比。本发明实施例相比于对单独的一路光信号进行监测时，大大提高了监测的灵敏度和监测范围。

当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的光信噪比的监测方法的一种流程示意图；

图2是本发明实施例的光信噪比的监测方法的另一种流程示意图；

图3是本发明实施例的光信噪比的监测装置的结构示意图；

图4是本发明实施例的输出第一功率和第二功率的连接图；

图5是本发明实施例OSNR和射频功率的相对变化值的关系曲线图；

图6是本发明实施例测得的光信噪比和通过光谱分析仪测得的光信噪比的关系曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种光信噪比的监测方法及装置，以下分别进行详细说明。

参见图1，图1为本发明实施例的光信噪比的监测方法的一种流程示意图，包括如下步骤：

步骤101，获取待测光信号并将所述待测光信号均分为第一路光信号和第二路光信号。

步骤102，滤除所述第一路光信号的带外噪声，输出第一功率。

步骤103，锁定所述第二路光信号的输出功率，输出第二功率。

步骤104，根据所述第二功率与所述第一功率，确定所述第二功率与所述第一功率的差值、和所述待测光信号的光信噪比的对应曲线，在光信噪比监测时，根据当前接收的第二功率与第一功率的差值，监测所述对应曲线中的当前光信噪比。

可见，利用本发明实施例提供的光信噪比的监测方法，将所述待测光信号均分为两路光信号，对所述两路光信号采用不同的处理方式得到所述第二功率与所述第一功率的差值、和所述待测光信号的光信噪比的对应曲线。在光信噪比监测时，根据当前接收的第二功率与第一功率的差值，监测所述对应曲线中的当前光信噪比。本发明实施例相比于对单独的一路光信号进行监测时，大大提高了监测的灵敏度和监测范围。

参见图2，图2为本发明实施例的光信噪比的监测方法的另一种流程示意图，包括如下步骤：

步骤201，获取待测光信号并将所述待测光信号均分为第一路光信号和第二路光信号。

本步骤中，所述待测光信号包括：有用光信号和噪声信号；通过调节和所述有用光信号耦合的所述噪声信号功率的大小可以实现光信噪比的变化。

步骤202，滤除所述第一路光信号的带外噪声。

步骤203，转换滤除带外噪声后的第一路光信号为第一路电信号。

步骤204，滤出所述第一路电信号中设定中心频率的第一射频谱。

实际应用中，所述设定中心频率可以取5GHz、10GHz、20GHz和40GHz等许多值。

步骤205，测量所述第一射频谱的功率，输出第一功率。

随着噪声信号功率的减小，OSNR会增大，但是滤出的带内所述第一路光信号的总功率值会变小，导致电域射频谱的功率变小，所以，所述第一功率随着OSNR的增大而减小。

步骤206，锁定所述第二路光信号的输出功率。

实际应用中，根据所述第二路光信号的功率来对锁定的输出功率进行设定。

步骤207，转换锁定输出功率后的第二路光信号为第二路电信号。

步骤208，滤出所述第二路电信号中设定中心频率的第二射频谱。

优选地，本发明实施例的光信噪比的监测方法中，所述第二射频谱的频率与所述第一射频谱的频率相同。

步骤209，测量所述第二射频谱的功率，输出第二功率。

随着噪声信号功率的减小，OSNR会增大，由于所述电子可调衰减模块的输出功率恒定，噪声信号功率的减小使得所述电子可调衰减模块对所述第二路光信号的衰减减小，以此来维持恒定的输出功率，使得所述第二路光信号的输出功率随OSNR的增大而增大，最终导致电域射频谱的功率增大。所以，所述第二功率随着OSNR的增大而增大。

步骤210，根据所述第二功率与所述第一功率，确定所述第二功率与所述第一功率的差值、和所述待测光信号的光信噪比的对应曲线。

通过改变输入端和所述有用光信号耦合的所述噪声信号功率的大小来改变OSNR，得到输出端不同的所述第一功率和所述第二功率，并计算所述第二功率与所述第一功率的差值，不同的OSNR对应不同的所述第二功率与所述第一功率的差值，得到所述第二功率与所述第一功率的差值、和OSNR的对应曲线。

步骤211，在光信噪比监测时，根据当前接收的第二功率与第一功率的差值，监测所述对应曲线中的当前光信噪比。

本发明实施例利用所述第二功率与所述第一功率随着光信噪比的增大分别呈现上升和下降两种趋势，通过所述第二功率与所述第一功率的差值监测光信噪比，相比于单独一路光信号进行监测时会大大提高监测的范围和监测的灵敏度。

参见图3，图3为本发明实施例的光信噪比的监测装置的结构示意图，包括：

光信号分光模块301，用于获取待测光信号并将所述待测光信号均分为第一路光信号和第二路光信号。

第一路光信号处理模块302，用于滤除所述第一路光信号的带外噪声，输出第一功率。

随着噪声信号功率的减小，OSNR会增大，但是滤出的带内所述第一路光信号的总功率值会变小，导致电域射频谱的功率变小，所以，所述第一功率随着OSNR的增大而减小。

第二路光信号处理模块303，用于锁定所述第二路光信号的输出功率，输出第二功率。

随着噪声信号功率的减小，OSNR会增大，由于所述电子可调衰减模块的输出功率恒定，噪声信号功率的减小使得所述电子可调衰减模块对所述第二路光信号的衰减减小，以此来维持恒定的输出功率，使得所述第二路光信号的功率随OSNR的增大而增大，最终导致电域射频谱的功率增大。所以，所述第二功率随着OSNR的增大而增大。

光信噪比监测模块304，用于根据所述第二功率与所述第一功率，确定所述第二功率与所述第一功率的差值、和所述待测光信号的光信噪比的对应曲线，在光信噪比监测时，根据当前接收的第二功率与第一功率的差值，监测所述对应曲线中的当前光信噪比。

可见，利用本发明实施例提供的光信噪比的监测装置，将所述待测光信号均分为两路光信号，对所述两路光信号采用不同的处理方式得到所述第二功率与所述第一功率的差值、和所述待测光信号的光信噪比的对应曲线。在光信噪比监测时，根据所述对应曲线和当前接收的第二功率与第一功率的差值，监测当前光信噪比。本发明实施例相比于对单独的一路光信号进行监测时，大大提高了监测的灵敏度和监测范围。

优选地，本发明实施例的光信噪比的监测装置中，所述光信号分光模块包括：

有用光信号产生模块，用于产生有用光信号；

噪声信号产生模块，用于产生噪声信号；通过调节和所述有用光信号耦合的所述噪声信号功率的大小可以实现光信噪比的变化。

第一耦合模块，用于合成所述有用光信号和所述噪声信号为一路所述待测光信号；

光放大模块，用于放大所述待测光信号；

第二耦合模块，用于均分放大后的待测光信号为所述第一路光信号和所述第二路光信号。

优选地，本发明实施例的光信噪比的监测装置中，所述第一路光信号处理模块包括：

光带通滤波模块，用于滤除第一路光信号的带外噪声；

第一光电探测模块，用于转换滤除带外噪声后的第一路光信号为第一路电信号；

第一电带通滤波模块，用于滤出所述第一路电信号中设定中心频率的第一射频谱；

第一功率测量模块，用于测量所述第一射频谱的功率，输出所述第一功率。

实际应用中，所述设定中心频率可以取5GHz、10GHz、20GHz和40GHz等许多值。

优选地，本发明实施例的光信噪比的监测装置中，所述第二路光信号处理模块包括：

电子可调衰减模块，用于锁定所述第二路光信号的输出功率；

第二光电探测模块，用于转换锁定输出功率后的第二路光信号为第二路电信号；

第二电带通滤波模块，用于滤出所述第二路电信号中设定中心频率的第二射频谱；

第二功率测量模块，用于测量所述第二射频谱的功率，输出所述第二功率。

优选地，本发明实施例的光信噪比的监测装置中，所述第二射频谱的频率与所述第一射频谱的频率相同。

本发明实施例利用所述第二功率与所述第一功率随着光信噪比的增大分别呈现上升和下降两种趋势，通过所述第二功率与所述第一功率的差值监测光信噪比，相比于单独一路光信号进行监测时会大大提高监测的范围和监测的灵敏度。

本发明实施例的光信噪比的监测装置中输出第一功率及第二功率的具体实体的应用场景举例如下。

参见图4，图4为本发明实施例的输出第一功率和第二功率的连接图，包括：光信号分光电路400、第一路光信号处理电路410和第二路光信号处理电路420，其中：

所述光信号分光电路400包括：有用光信号产生器401、噪声信号产生器402、第一耦合器403、光放大器404和第二耦合器405；其中，所述第一耦合器403的输入端分别与所述有用光信号产生器401的输出端及所述噪声信号产生器402的输出端连接，所述光放大器404的输入端与所述第一耦合器403的输出端连接，所述第二耦合器405的输入端与所述光放大器404的输出端连接。

所述有用光信号产生器401，用于产生有用光信号；

所述噪声信号产生器402，用于产生噪声信号，所述噪声信号是基于掺饵光纤放大器产生的自发辐射噪声，通过调节噪声信号功率的大小来实现光信噪比的变化；

所述第一耦合器403，用于合成所述有用光信号和所述噪声信号为一路所述待测光信号；

所述光放大器404，用于放大所述待测光信号；

所述第二耦合器405，用于均分放大后的待测光信号为所述第一路光信号和所述第二路光信号。

第一路光信号处理电路410包括：光带通滤波器411、第一光电探测器412、第一电带通滤波器413和第一功率计414；其中，所述光带通滤波器411的输入端与所述第二耦合器405的输出端连接，所述第一光电探测器412的输入端与光带通滤波器411的输出端连接，所述第一电带通滤波器413的输入端与所述第一光电探测器412的输出端连接，所述第一功率计414的输入端与所述第一电带通滤波器413的输出端连接。

所述光带通滤波器411，用于滤除第一路光信号的带外噪声，以消除所述带外噪声对光信噪比监测的影响；

所述第一光电探测器412，用于转换滤除带外噪声后的第一路光信号为第一路电信号；

所述第一电带通滤波器413，用于滤出所述第一路电信号中设定中心频率的第一射频谱；

本实施例中，所述第一电带通滤波器的中心频率设置为10GHz；

所述第一功率计414，用于测量所述第一射频谱的功率，输出所述第一功率。

随着噪声信号功率的减小，OSNR会增大，但是滤出的带内所述第一路光信号的总功率值会变小，导致电域射频谱的功率变小，所以，所述第一功率随着OSNR的增大而减小。

第二路光信号处理电路420包括：电子可调衰减器421、第二光电探测器422、第二电带通滤波器423和第二功率计424；其中，所述电子可调衰减器421的输入端与所述第二耦合器405的输出端连接，所述第二光电探测器422的输入端与所述电子可调衰减器421的输出端连接，所述第二电带通滤波器423的输入端与所述第二光电探测器422的输出端连接，所述第二功率计424的输入端与所述第二电带通滤波器423的输出端连接。

所述电子可调衰减器421，为光纤耦合可变衰减器，用于锁定所述第二路光信号的输出功率；

本发明实施例中，所述电子可调衰减器的输出功率设定为监测范围内OSNR最小时，输入所述电子可调衰减器的所述第二路光信号的功率值；

所述第二光电探测器422，用于转换锁定输出功率后的第二路光信号为第二路电信号；

所述第二电带通滤波器423，用于滤出所述第二路电信号中设定中心频率的第二射频谱，其中，所述第二射频谱的频率与所述第一射频谱的频率相同；

所述第二功率计424，用于测量所述第二射频谱的功率，输出所述第二功率。

随着噪声信号功率的减小，OSNR会增大，由于所述电子可调衰减器的输出功率恒定，噪声信号功率的减小使得所述电子可调衰减器对所述第二路光信号的衰减减小，以此来维持恒定的输出功率，使得所述第二路光信号的功率随OSNR的增大而增大，最终导致电域射频谱的功率增大。所以，所述第二功率随着OSNR的增大而增大。

所述电子可调衰减器421包括：可变光衰减器4211、低百分比采样装置4212、光电二极管4213和功率锁定控制回路4214；

所述可变光衰减器4211，用于使得输出的功率保持恒定；

所述低百分比采样装置4212，用于对输入到所述可变光衰减器的光信号进行采样；

所述光电二极管4213，用于将采样光信号转换成电信号；

所述功率锁定控制回路4214，用于根据所述电信号的信息调节所述可变光衰减器使得输出的功率保持恒定。

随着噪声信号功率的减小，光信噪比会增大，所述第二功率和所述第一功率随着光信噪比的增大分别呈上升和下降两种趋势，根据所述第二功率与所述第一功率的差值对光信噪比进行监测可大大提高监测的灵敏度和监测范围。

根据图4，通过改变输入端和所述有用光信号耦合的所述噪声信号功率的大小来改变OSNR，得到输出端相应变化的所述第一功率和所述第二功率，并计算所述第二功率与所述第一功率的差值，不同的OSNR对应不同的所述第二功率与所述第一功率的差值，得到所述第二功率与所述第一功率的差值、和OSNR的对应曲线。在光信噪比监测时，根据所述对应曲线和当前接收的第二功率与第一功率的差值，监测当前光信噪比。

在本实施例中，改变OSNR的范围为2dB到30dB。在OSNR变化范围内，记录所述第一功率和所述第二功率的值，并计算所述第二功率与所述第一功率的差值，最后得到所述第二功率与所述第一功率的差值、和OSNR的对应曲线，所述第二功率与所述第一功率的差值记为射频功率的相对变化值。如图5所示，图5为本发明实施例OSNR和射频功率的相对变化值的对应曲线图。从图中可以看出，在足够大的动态范围内，本发明实施例提供的光信噪比的监测装置可以实现OSNR从2dB到30dB的监测范围。得到所述对应曲线之后，在以后监测OSNR时，可以通过所述射频功率的相对变化值直接找到对应的OSNR，以此来实现OSNR的监测。

如图6所示，图6是本发明实施例测得的光信噪比和通过光谱分析仪测得的光信噪比的关系曲线图。图6中的虚线是光谱分析仪测得的光信噪比和本实验装置测得的光信噪比相等的曲线，图6中的实线是本发明实施例提供的光信噪比的监测装置测得的光信噪比曲线。从图6中可以看出，基于本装置测得的OSNR与实际OSNR的误差(实线与虚线的差值)小于2dB，可以实现准确的光信噪比的监测。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。