频带内ＯＳＮＲ监测法的研究

冯　雪　刘　鹏　高　敏

[摘要]现有几种用近似值的方法来完成频带内OSNR的监测,介绍偏振归零法、低频差拍噪声测量法、这半频组合法、正交零差延时法来估计OSNR的方法及优缺点。

[关键词]OSNR ASE PMD

中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0810011-01

现在有几种用近似值的方法来完成频带内OSNR的监测,一些方法是利用光信号和ASE噪声不同的光学性质来区分光域内的信号和噪声,如偏振归零法[2,3]等,一些方法通过分析电域内的频谱来估计OSNR,包括低频差拍噪声测量法[1]、用正交零差延时法[5]、半时钟频率组合监测法[6]。同样还有其它OSNR监测法,下面论述一些频带内OSNR监测法:

一、偏振归零法[2,3]

图1描述了一个利用偏振归零法监测OSNR的框图。通常一路光信号会有一个清晰的偏振,而ASE噪声是非偏振的。WDM信号和ASE噪声穿过一个偏振控制器,后面是完成信道的选择的可调光滤波器,光的功率由光功率计测量。当偏振控制器设置到正交偏振状态作为输入信号时,功率计指示到仅有ASE功率一半的最小值时称这种情况为信号归零。当偏振控制器设置到同样的正交偏振状态时,功率计显示最大值,并且是光信号功率和ASE功率一半的和,因此,OSNR能够利用光信号的功率和ASE功率计算出来。

频带内的OSNR可以通过光信号归零法测量出来,为了提高偏振归零法的PMD容差,可增加可调光滤波器和光电二极管或者是一个超窄带的可调光滤波器(大约3GHz带宽),用来改善微分群延迟小于60ps的200GHz频带间距的WDM信号,然而,那些附加的部件增加了监测器的复杂程度和成本,而OSNR的监测速度也会受到偏振控制器的限制。

二、低频差拍噪声测量法[1]

图2说明了低频差拍噪声测量法。在OSNR监测模型中,上边的路径测量总功率(信号功率+ASE噪声功率),下边的路径测量电域内的差拍噪声功率。低频差拍噪声测量法是测量电域内没有信号存在频率部分的差拍噪声。伪随机二进制序列调制信号(PRBS)在低于某一确定频率的射频(RF)频谱时是没有调制信号的,所以差拍噪声能在低频范围内测量,从而计算OSNR。频率ƒ由ƒ=ƒb/L决定,其中ƒb是比特率,L是PRBS的编码长度。

低频差拍噪声测量法的优点是它需要的元件简单,测量低频范围内的差拍噪声只需要用两个光电探测器和一个DSP就行,在一个信道宽度为200GHz的WDM信号中当OSNR从16dB到28dB的变化范围时监测误差小于1dB。

低频差拍噪声监测法的缺点:它不一定可以应用到随机数据上或者编码太长的调制数据上。事实上,用真正的随机数据并且用信号屏蔽差拍噪声从RF谱直接获得差拍噪声是不可能的。

三、半频组合法[6]

图3所示为一个用半频组合法分析的OSNR监测系统框图。窄带滤波器(25MHz带宽)集中在一半数字时钟频率的中心上。RF滤波器是把信号转换到低频(<50MHz)部分进行信号处理,半频组合法监测的原理是在窄带范围内将一半时钟信号频率保持近似的共轭对称。所以在这个测量合成图解中,信号沿着单一轴出现,而ASE噪声存在于信道的接收端是均匀的,可以从图表组中获得OSNR。

半频率组合监测法在敏感度和成本方面与宽带电子仪器固有的窄频带相比具有潜在的优势,当ASE噪声为各向同性时,OSNR从15dB到30dB的监测范围监测误差小于1.5dB[6]。

这种方法不能监测到频率间的劣化,窄带信号只能监测到一半的时钟信号。

四、正交零差延时法[5]

图4所示为利用零差信号调零法的一个监测器框图。光信号和ASE噪声(穿过一个可调光滤波器)是通过偏振光分束器和每个光延迟路径的调制分别进入正交延迟偏振组件。通过设置适当的时间延迟来测量频率和两个路径的功率相比,通过正交零差延迟模型之后,在电域内,在频谱的测量频率范围内,信号成分会被消除。

正交零差延时法的局限性:差拍噪声的测量是在一个窄频范围内,这样对OSNR的微小变化不敏感,而且对测量仪器来说需要窄带带通滤波器。

总结:半频组合法和低频差拍噪声近似法相比零差信号调零法没有编码长度的限制,和偏振归零法相比零差信号调零法更能抵制PMD,而且在一个频带宽度为200GHz的WDM信号中OSNR为25dB时监测误差小于0.5dB[5]。

从以上的四种方法的评论中看出,用这几种方法来提供带内OSNR监测是有前景的,用新方法改善监测精度和监测响应时间仍需研究。

参考文献:

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作者简介:

冯雪(1978-),女,吉林四平人,助教,研究方向为:光纤通信传输。