一种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法与流程

本发明属于光性能监测技术领域，更具体地，涉及一种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法。

背景技术：

光信噪比(OSNR，Optical Signal to Noise Ratio)是指信道内的信号功率与特定带宽内的噪声功率的比值。OSNR衡量了信号中噪声水平的高低，是光性能监测的重要技术指标之一。

OSNR的测量一般采用ITU-T G.697推荐的基于光谱分析仪(OSA，Optical Spectrum Analyzer)的带外测试法来实现，其特点是用信道间的噪声估算信道内的噪声来计算OSNR。该方法简单且不影响业务，得到了广泛的应用。

上述基于光谱分析的OSNR测量方法存在一个问题：由于受到OSA内部机械调节或外界环境变化等因素的影响，其设置分辨率与实际分辨率之间可能存在差异，使得基于光谱方法测量信号OSNR的精度不高。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，其目的在于用校正分辨率代替OSA的设置分辨率，进而获取OSNR，由此解决采用OSA测量OSNR时设置分辨率与实际分辨率不同所导致的误差较大的问题。

为实现本发明目的，提供一种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，包括如下步骤：

(1)获取中心波长为λ、带宽为Δλ₁、功率间隔为ΔP_z、功率范围为(P_min～P_max)的系列宽光谱信号的实际功率P_Ai；

其中，i＝1,2,…,n；z＝1；P_min为宽光谱信号功率最小值，P_max为宽光谱信号功率最大值；宽光谱信号功率范围(P_min～P_max)可覆盖待测信号功率的动态范围；

(2)采用OSA测量上述系列宽光谱信号的光谱，将光谱中心波长为λ、带宽Δλ₁内的采样点的功率相加，获取系列采样点的功率之和P_Bi；其中，i＝1,2,…,n；

其中，OSA的显示中心波长设置为λ；显示波长范围设置为Δλ₁；相邻采样点间的波长间隔为Δλ₂；采样点数为n；分辨率设置值为Res_set；且满足n·Res_set≥Δλ₁；

(3)根据所述系列宽光谱信号的实际功率P_Ai、采样点的功率之和P_Bi以及波长间隔Δλ₂，获取校正分辨率Res_i＝P_Bi·Δλ₂/P_Ai；

(4)采用最小二乘法对上述校正分辨率Res_i与采样点的功率之和P_Bi进行拟合，获取(Res-P_B)的拟合式；

(5)将步骤(2)中系列采样点的功率之和P_Bi代入(Res-P_B)的拟合式中，获取系列拟合后的校正分辨率RES′_i；

根据所述系列拟合后的校正分辨率RES′_i、采样点的功率之和P_Bi以及波长间隔Δλ₂，获取系列宽光谱信号的测量功率P′_Ai＝P_Bi·Δλ₂/RES′_i；

(6)根据宽光谱信号的实际功率P_Ai和测量功率P′_Ai，计算相对误差

并判断是否满足若是，则表明校正分辨率可代替实际分辨率，进入步骤(7)；若否，则表明校正分辨率与实际分辨率存在较大误差，则令ΔP_z＝ΔP_z/2，z＝z+1，重复步骤(1)～(5)；其中，0<ε<1；

(7)采用OSA在与步骤(2)相同的设置下测量待测信号的光谱，获取光谱上OSNR计算所需采样点对应的校正分辨率，采用所述校正分辨率代替设置分辨率获取OSNR。

优选地，上述基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，其步骤(7)具体包括如下子步骤：

(7.1)采用OSA在与步骤(2)相同的设置下测量中心波长为λ、带宽为Δλ₃的待测信号的光谱；

将P_Bj＝P_aj·Δλ₁/Δλ₂代入到(Res-P_B)的拟合式中，获取光谱上OSNR计算所需采样点对应的校正分辨率Res_aj；

其中，P_aj是光谱上OSNR计算所需采样点的功率，j＝1,2,…,m；Δλ₃≤Δλ₁；

(7.2)获取待测信号的总功率

其中，P_bk是光谱中心波长为λ、带宽Δλ₃内的采样点的功率，k＝1,2,…,l；Res_bk是采样点功率P_bk对应的校正分辨率；

(7.3)获取噪声总功率

其中，f为待定函数，具体表达式根据所采用的OSNR测量方法确定；P_ct与P_dp是噪声计算所需光谱范围内的采样点的功率，t＝1,2,…,s，p＝1,2,…,q；Res_ct与Res_dp分别是采样点功率P_ct与P_dp对应的校正分辨率；

(7.4)获取光信噪比

其中，λ_r为参考光带宽，取0.1nm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，通过测量一定带宽内宽光谱信号的实际功率，以及采用光谱分析仪测量该宽光谱信号在该带宽内的采样点的功率之和，获取光谱分析仪的校正分辨率；采用校正分辨率代替设置分辨率能更准确地获取待测信号中的信号功率和噪声功率，从而提高OSNR的测量精度；

(2)本发明提供的基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，适用于所有光谱分析仪分辨率的校正，也适用于所有基于光谱分析的OSNR测量方法精度的提高，具有操作及处理方法简单，且易于实施的优点。

附图说明

图1是本发明实施例1对应的校正体光栅OSA分辨率提高OSNR测量精度的流程示意图；

图2为本发明实施例2对应的校正基于受激布里渊散射效应的OSA分辨率提高OSNR测量精度的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的这种基于光谱分辨率校正提高光信噪比测量精度的方法，目的在于通过校正分辨率，减小设置分辨率与实际分辨率之间的差异，达到提高OSNR测量精度的效果。

图1所示，为实施例1提供的校正体光栅OSA分辨率提高OSNR测量精度的流程示意图；常规体光栅OSA的分辨率是根据单色镜的狭缝宽度设置的，跟实际分辨率之间存在差异，但是，体光栅OSA在输入功率大小不同时的分辨率是一致的。

实施例1提供的校正体光栅OSA分辨率提高OSNR测量精度的方法，具体包含以下步骤：

(1)采用光功率计获取中心波长为λ、带宽为Δλ₁的宽光谱信号的实际功率P_A；

其中，P_A使得宽光谱信号的功率在待测信号功率的动态范围内；宽光谱信号用掺铒光纤放大器(EDFA，Erbium Doped Fiber Amplifier)产生，其中心波长λ、带宽Δλ₁通过调节可调谐滤波器得到；其输出功率大小则通过调节光衰减器来控制；

(2)采用体光栅OSA测量上述宽光谱信号的光谱，将光谱中心波长为λ、带宽Δλ₁内的采样点的功率相加，获取采样点的功率之和P_B；

其中，体光栅OSA的显示中心波长设置为λ；显示波长范围设置为Δλ₁；相邻采样点间的波长间隔为Δλ₂；采样点数为n；分辨率设置值为Res_set；且满足n·Res_set≥Δλ₁；

(3)根据所述宽光谱信号的实际功率P_A、采样点的功率之和P_B以及波长间隔Δλ₂，获取校正分辨率Res＝P_B·Δλ₂/P_A；

(4)采用体光栅OSA在与步骤(2)相同的设置下测量待测信号的光谱，采用所述校正分辨率代替设置分辨率获取OSNR；具体包括如下子步骤：

(4.1)采用体光栅OSA在与步骤(2)相同的设置下测量中心波长为λ、带宽为Δλ₃的待测信号的光谱；其中，Δλ₃≤Δλ₁；

(4.2)获取待测信号的总功率

其中，P_k是光谱中心波长为λ、带宽Δλ₃内的采样点的功率，k＝1,2,…,l；

(4.3)获取噪声总功率：对于采用带外测试法测量OSNR的情况，噪声总功率

其中，P(λ-Δλ)与P(λ+Δλ)分别是中心波长λ左、右Δλ处的采样点的功率；

(4.4)获取光信噪比

其中，λ_r为参考光带宽，实施例1中取0.1nm。

通过获取体光栅OSA的校正分辨率，用校正分辨率代替设置分辨率，能更准确地获取待测信号中的信号功率和噪声功率，从而提高OSNR的测量精度。

图2所示，为实施例2提供的校正基于受激布里渊散射(SBS，Stimulated Brillouin Scattering)效应的OSA分辨率提高OSNR测量精度的流程示意图；与体光栅OSA实际分辨率保持恒定这一特性相比，基于SBS效应的OSA实际分辨率会随着输入信号功率的变化而发生改变。

实施例2提供的校正基于SBS效应的OSA分辨率提高OSNR测量精度的方法，具体包括以下步骤：

(1)采用光功率计获取中心波长为λ、带宽为Δλ₁、功率间隔为ΔP_z、功率范围为(P_min～P_max)的系列宽光谱信号的实际功率P_Ai；

其中，i＝1,2,…,n；z＝1；P_min为宽光谱信号功率最小值，P_max为宽光谱信号功率最大值；宽光谱信号功率范围(P_min～P_max)可覆盖待测信号功率的动态范围；宽光谱信号用EDFA产生，其中心波长λ、带宽Δλ₁通过调节可调谐滤波器得到，其输出功率大小则通过调节光衰减器来控制；

(2)采用基于SBS效应的OSA测量上述系列宽光谱信号的光谱，将光谱中心波长为λ、带宽Δλ₁内的采样点的功率相加，获取系列采样点的功率之和P_Bi；其中，i＝1,2,…,n；

其中，基于SBS效应的OSA的显示中心波长设置为λ；显示波长范围设置为Δλ₁；相邻采样点间的波长间隔为Δλ₂；采样点数为n；分辨率设置值为Res_set；且满足n·Res_set≥Δλ₁；

(3)根据所述系列宽光谱信号的实际功率P_Ai、采样点的功率之和P_Bi以及波长间隔Δλ₂，获取校正分辨率Res_i＝P_Bi·Δλ₂/P_Ai；

(4)采用最小二乘法对上述校正分辨率Res_i与采样点的功率之和P_Bi进行拟合，获取(Res-P_B)的拟合式；

(5)将步骤(2)中系列采样点的功率之和P_Bi代入(Res-P_B)的拟合式中，获取系列拟合后的校正分辨率RES′_i；

根据所述系列拟合后的校正分辨率RES′_i、采样点的功率之和P_Bi以及波长间隔Δλ₂，获取系列宽光谱信号的测量功率P′_Ai＝P_Bi·Δλ₂/RES′_i；

(6)根据宽光谱信号的实际功率P_Ai和测量功率P′_Ai，计算相对误差

并判断是否满足若是，则表明校正分辨率可代替实际分辨率，进入步骤(7)；若否，则表明校正分辨率与实际分辨率存在较大误差，则减小ΔP_z，令ΔP_z＝ΔP_z/2，z＝z+1，重复步骤(1)～(5)；其中，0<ε<1；

(7)采用基于SBS效应的OSA在与步骤(2)相同的设置下测量待测信号的光谱，获取光谱上OSNR计算所需采样点对应的校正分辨率，采用所述校正分辨率代替设置分辨率获取OSNR；具体包括如下子步骤：

(7.1)采用基于SBS效应的OSA在与步骤(2)相同的设置下测量中心波长为λ、带宽为Δλ₃的待测信号的光谱；

将P_Bj＝P_aj·Δλ₁/Δλ₂代入到(Res-P_B)的拟合式中，获取光谱上OSNR计算所需采样点对应的校正分辨率Res_aj；

其中，P_aj是光谱上OSNR计算所需采样点的功率，j＝1,2,…,m；Δλ₃≤Δλ₁；

(7.2)获取待测信号的总功率：

其中，P_bk是光谱中心波长为λ、带宽Δλ₃内的采样点的功率，k＝1,2,…,l；Res_bk是采样点功率P_bk对应的校正分辨率；

(7.3)获取噪声总功率：对于采用带外测试法测量OSNR的情况，噪声总功率

其中，P(λ-Δλ)与P(λ+Δλ)分别是中心波长λ左、右Δλ处的采样点的功率；Res(λ-Δλ)与Res(λ+Δλ)分别是采样点功率P(λ-Δλ)与P(λ+Δλ)对应的校正分辨率；

(7.4)获取光信噪比

其中，λ_r为参考光带宽，取0.1nm。

应当理解的是，对于其它类型OSA分辨率的校正，以及对于其它基于光谱分析的OSNR测量方法精度的提高，其处理方法均包含在本发明所提供的思路之内。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。