本發(fā)明屬于光性能監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于光譜分辨率校正提高光信噪比測量精度的方法。

背景技術(shù)：

光信噪比(OSNR，Optical Signal to Noise Ratio)是指信道內(nèi)的信號功率與特定帶寬內(nèi)的噪聲功率的比值。OSNR衡量了信號中噪聲水平的高低，是光性能監(jiān)測的重要技術(shù)指標(biāo)之一。

OSNR的測量一般采用ITU-T G.697推薦的基于光譜分析儀(OSA，Optical Spectrum Analyzer)的帶外測試法來實現(xiàn)，其特點是用信道間的噪聲估算信道內(nèi)的噪聲來計算OSNR。該方法簡單且不影響業(yè)務(wù)，得到了廣泛的應(yīng)用。

上述基于光譜分析的OSNR測量方法存在一個問題：由于受到OSA內(nèi)部機(jī)械調(diào)節(jié)或外界環(huán)境變化等因素的影響，其設(shè)置分辨率與實際分辨率之間可能存在差異，使得基于光譜方法測量信號OSNR的精度不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于光譜分辨率校正提高光信噪比測量精度的方法，其目的在于用校正分辨率代替OSA的設(shè)置分辨率，進(jìn)而獲取OSNR，由此解決采用OSA測量OSNR時設(shè)置分辨率與實際分辨率不同所導(dǎo)致的誤差較大的問題。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的，提供一種基于光譜分辨率校正提高光信噪比測量精度的方法，包括如下步驟：

(1)獲取中心波長為λ、帶寬為Δλ₁、功率間隔為ΔP_z、功率范圍為(P_min～P_max)的系列寬光譜信號的實際功率P_Ai；

其中，i＝1,2,…,n；z＝1；P_min為寬光譜信號功率最小值，P_max為寬光譜信號功率最大值；寬光譜信號功率范圍(P_min～P_max)可覆蓋待測信號功率的動態(tài)范圍；

(2)采用OSA測量上述系列寬光譜信號的光譜，將光譜中心波長為λ、帶寬Δλ₁內(nèi)的采樣點的功率相加，獲取系列采樣點的功率之和P_Bi；其中，i＝1,2,…,n；

其中，OSA的顯示中心波長設(shè)置為λ；顯示波長范圍設(shè)置為Δλ₁；相鄰采樣點間的波長間隔為Δλ₂；采樣點數(shù)為n；分辨率設(shè)置值為Res_set；且滿足n·Res_set≥Δλ₁；

(3)根據(jù)所述系列寬光譜信號的實際功率P_Ai、采樣點的功率之和P_Bi以及波長間隔Δλ₂，獲取校正分辨率Res_i＝P_Bi·Δλ₂/P_Ai；

(4)采用最小二乘法對上述校正分辨率Res_i與采樣點的功率之和P_Bi進(jìn)行擬合，獲取(Res-P_B)的擬合式；

(5)將步驟(2)中系列采樣點的功率之和P_Bi代入(Res-P_B)的擬合式中，獲取系列擬合后的校正分辨率RES′_i；

根據(jù)所述系列擬合后的校正分辨率RES′_i、采樣點的功率之和P_Bi以及波長間隔Δλ₂，獲取系列寬光譜信號的測量功率P′_Ai＝P_Bi·Δλ₂/RES′_i；

(6)根據(jù)寬光譜信號的實際功率P_Ai和測量功率P′_Ai，計算相對誤差

并判斷是否滿足若是，則表明校正分辨率可代替實際分辨率，進(jìn)入步驟(7)；若否，則表明校正分辨率與實際分辨率存在較大誤差，則令ΔP_z＝ΔP_z/2，z＝z+1，重復(fù)步驟(1)～(5)；其中，0<ε<1；

(7)采用OSA在與步驟(2)相同的設(shè)置下測量待測信號的光譜，獲取光譜上OSNR計算所需采樣點對應(yīng)的校正分辨率，采用所述校正分辨率代替設(shè)置分辨率獲取OSNR。

優(yōu)選地，上述基于光譜分辨率校正提高光信噪比測量精度的方法，其步驟(7)具體包括如下子步驟：

(7.1)采用OSA在與步驟(2)相同的設(shè)置下測量中心波長為λ、帶寬為Δλ₃的待測信號的光譜；

將P_Bj＝P_aj·Δλ₁/Δλ₂代入到(Res-P_B)的擬合式中，獲取光譜上OSNR計算所需采樣點對應(yīng)的校正分辨率Res_aj；

其中，P_aj是光譜上OSNR計算所需采樣點的功率，j＝1,2,…,m；Δλ₃≤Δλ₁；

(7.2)獲取待測信號的總功率

其中，P_bk是光譜中心波長為λ、帶寬Δλ₃內(nèi)的采樣點的功率，k＝1,2,…,l；Res_bk是采樣點功率P_bk對應(yīng)的校正分辨率；

(7.3)獲取噪聲總功率

其中，f為待定函數(shù)，具體表達(dá)式根據(jù)所采用的OSNR測量方法確定；P_ct與P_dp是噪聲計算所需光譜范圍內(nèi)的采樣點的功率，t＝1,2,…,s，p＝1,2,…,q；Res_ct與Res_dp分別是采樣點功率P_ct與P_dp對應(yīng)的校正分辨率；

(7.4)獲取光信噪比

其中，λ_r為參考光帶寬，取0.1nm。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明提供的基于光譜分辨率校正提高光信噪比測量精度的方法，通過測量一定帶寬內(nèi)寬光譜信號的實際功率，以及采用光譜分析儀測量該寬光譜信號在該帶寬內(nèi)的采樣點的功率之和，獲取光譜分析儀的校正分辨率；采用校正分辨率代替設(shè)置分辨率能更準(zhǔn)確地獲取待測信號中的信號功率和噪聲功率，從而提高OSNR的測量精度；

(2)本發(fā)明提供的基于光譜分辨率校正提高光信噪比測量精度的方法，適用于所有光譜分析儀分辨率的校正，也適用于所有基于光譜分析的OSNR測量方法精度的提高，具有操作及處理方法簡單，且易于實施的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1對應(yīng)的校正體光柵OSA分辨率提高OSNR測量精度的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例2對應(yīng)的校正基于受激布里淵散射效應(yīng)的OSA分辨率提高OSNR測量精度的流程示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明提供的這種基于光譜分辨率校正提高光信噪比測量精度的方法，目的在于通過校正分辨率，減小設(shè)置分辨率與實際分辨率之間的差異，達(dá)到提高OSNR測量精度的效果。

圖1所示，為實施例1提供的校正體光柵OSA分辨率提高OSNR測量精度的流程示意圖；常規(guī)體光柵OSA的分辨率是根據(jù)單色鏡的狹縫寬度設(shè)置的，跟實際分辨率之間存在差異，但是，體光柵OSA在輸入功率大小不同時的分辨率是一致的。

實施例1提供的校正體光柵OSA分辨率提高OSNR測量精度的方法，具體包含以下步驟：

(1)采用光功率計獲取中心波長為λ、帶寬為Δλ₁的寬光譜信號的實際功率P_A；

其中，P_A使得寬光譜信號的功率在待測信號功率的動態(tài)范圍內(nèi)；寬光譜信號用摻鉺光纖放大器(EDFA，Erbium Doped Fiber Amplifier)產(chǎn)生，其中心波長λ、帶寬Δλ₁通過調(diào)節(jié)可調(diào)諧濾波器得到；其輸出功率大小則通過調(diào)節(jié)光衰減器來控制；

(2)采用體光柵OSA測量上述寬光譜信號的光譜，將光譜中心波長為λ、帶寬Δλ₁內(nèi)的采樣點的功率相加，獲取采樣點的功率之和P_B；

其中，體光柵OSA的顯示中心波長設(shè)置為λ；顯示波長范圍設(shè)置為Δλ₁；相鄰采樣點間的波長間隔為Δλ₂；采樣點數(shù)為n；分辨率設(shè)置值為Res_set；且滿足n·Res_set≥Δλ₁；

(3)根據(jù)所述寬光譜信號的實際功率P_A、采樣點的功率之和P_B以及波長間隔Δλ₂，獲取校正分辨率Res＝P_B·Δλ₂/P_A；

(4)采用體光柵OSA在與步驟(2)相同的設(shè)置下測量待測信號的光譜，采用所述校正分辨率代替設(shè)置分辨率獲取OSNR；具體包括如下子步驟：

(4.1)采用體光柵OSA在與步驟(2)相同的設(shè)置下測量中心波長為λ、帶寬為Δλ₃的待測信號的光譜；其中，Δλ₃≤Δλ₁；

(4.2)獲取待測信號的總功率

其中，P_k是光譜中心波長為λ、帶寬Δλ₃內(nèi)的采樣點的功率，k＝1,2,…,l；

(4.3)獲取噪聲總功率：對于采用帶外測試法測量OSNR的情況，噪聲總功率

其中，P(λ-Δλ)與P(λ+Δλ)分別是中心波長λ左、右Δλ處的采樣點的功率；

(4.4)獲取光信噪比

其中，λ_r為參考光帶寬，實施例1中取0.1nm。

通過獲取體光柵OSA的校正分辨率，用校正分辨率代替設(shè)置分辨率，能更準(zhǔn)確地獲取待測信號中的信號功率和噪聲功率，從而提高OSNR的測量精度。

圖2所示，為實施例2提供的校正基于受激布里淵散射(SBS，Stimulated Brillouin Scattering)效應(yīng)的OSA分辨率提高OSNR測量精度的流程示意圖；與體光柵OSA實際分辨率保持恒定這一特性相比，基于SBS效應(yīng)的OSA實際分辨率會隨著輸入信號功率的變化而發(fā)生改變。

實施例2提供的校正基于SBS效應(yīng)的OSA分辨率提高OSNR測量精度的方法，具體包括以下步驟：

(1)采用光功率計獲取中心波長為λ、帶寬為Δλ₁、功率間隔為ΔP_z、功率范圍為(P_min～P_max)的系列寬光譜信號的實際功率P_Ai；

其中，i＝1,2,…,n；z＝1；P_min為寬光譜信號功率最小值，P_max為寬光譜信號功率最大值；寬光譜信號功率范圍(P_min～P_max)可覆蓋待測信號功率的動態(tài)范圍；寬光譜信號用EDFA產(chǎn)生，其中心波長λ、帶寬Δλ₁通過調(diào)節(jié)可調(diào)諧濾波器得到，其輸出功率大小則通過調(diào)節(jié)光衰減器來控制；

(2)采用基于SBS效應(yīng)的OSA測量上述系列寬光譜信號的光譜，將光譜中心波長為λ、帶寬Δλ₁內(nèi)的采樣點的功率相加，獲取系列采樣點的功率之和P_Bi；其中，i＝1,2,…,n；

其中，基于SBS效應(yīng)的OSA的顯示中心波長設(shè)置為λ；顯示波長范圍設(shè)置為Δλ₁；相鄰采樣點間的波長間隔為Δλ₂；采樣點數(shù)為n；分辨率設(shè)置值為Res_set；且滿足n·Res_set≥Δλ₁；

(3)根據(jù)所述系列寬光譜信號的實際功率P_Ai、采樣點的功率之和P_Bi以及波長間隔Δλ₂，獲取校正分辨率Res_i＝P_Bi·Δλ₂/P_Ai；

(4)采用最小二乘法對上述校正分辨率Res_i與采樣點的功率之和P_Bi進(jìn)行擬合，獲取(Res-P_B)的擬合式；

(5)將步驟(2)中系列采樣點的功率之和P_Bi代入(Res-P_B)的擬合式中，獲取系列擬合后的校正分辨率RES′_i；

根據(jù)所述系列擬合后的校正分辨率RES′_i、采樣點的功率之和P_Bi以及波長間隔Δλ₂，獲取系列寬光譜信號的測量功率P′_Ai＝P_Bi·Δλ₂/RES′_i；

(6)根據(jù)寬光譜信號的實際功率P_Ai和測量功率P′_Ai，計算相對誤差

并判斷是否滿足若是，則表明校正分辨率可代替實際分辨率，進(jìn)入步驟(7)；若否，則表明校正分辨率與實際分辨率存在較大誤差，則減小ΔP_z，令ΔP_z＝ΔP_z/2，z＝z+1，重復(fù)步驟(1)～(5)；其中，0<ε<1；

(7)采用基于SBS效應(yīng)的OSA在與步驟(2)相同的設(shè)置下測量待測信號的光譜，獲取光譜上OSNR計算所需采樣點對應(yīng)的校正分辨率，采用所述校正分辨率代替設(shè)置分辨率獲取OSNR；具體包括如下子步驟：

(7.1)采用基于SBS效應(yīng)的OSA在與步驟(2)相同的設(shè)置下測量中心波長為λ、帶寬為Δλ₃的待測信號的光譜；

將P_Bj＝P_aj·Δλ₁/Δλ₂代入到(Res-P_B)的擬合式中，獲取光譜上OSNR計算所需采樣點對應(yīng)的校正分辨率Res_aj；

其中，P_aj是光譜上OSNR計算所需采樣點的功率，j＝1,2,…,m；Δλ₃≤Δλ₁；

(7.2)獲取待測信號的總功率：

其中，P_bk是光譜中心波長為λ、帶寬Δλ₃內(nèi)的采樣點的功率，k＝1,2,…,l；Res_bk是采樣點功率P_bk對應(yīng)的校正分辨率；

(7.3)獲取噪聲總功率：對于采用帶外測試法測量OSNR的情況，噪聲總功率

其中，P(λ-Δλ)與P(λ+Δλ)分別是中心波長λ左、右Δλ處的采樣點的功率；Res(λ-Δλ)與Res(λ+Δλ)分別是采樣點功率P(λ-Δλ)與P(λ+Δλ)對應(yīng)的校正分辨率；

(7.4)獲取光信噪比

其中，λ_r為參考光帶寬，取0.1nm。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對于其它類型OSA分辨率的校正，以及對于其它基于光譜分析的OSNR測量方法精度的提高，其處理方法均包含在本發(fā)明所提供的思路之內(nèi)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。