頻帶內(nèi)ＯＳＮＲ監(jiān)測法的研究

馮　雪　劉　鵬　高　敏

[摘要]現(xiàn)有幾種用近似值的方法來完成頻帶內(nèi)OSNR的監(jiān)測,介紹偏振歸零法、低頻差拍噪聲測量法、這半頻組合法、正交零差延時(shí)法來估計(jì)OSNR的方法及優(yōu)缺點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]OSNR ASE PMD

中圖分類號:TP2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0810011-01

現(xiàn)在有幾種用近似值的方法來完成頻帶內(nèi)OSNR的監(jiān)測,一些方法是利用光信號和ASE噪聲不同的光學(xué)性質(zhì)來區(qū)分光域內(nèi)的信號和噪聲,如偏振歸零法[2,3]等,一些方法通過分析電域內(nèi)的頻譜來估計(jì)OSNR,包括低頻差拍噪聲測量法[1]、用正交零差延時(shí)法[5]、半時(shí)鐘頻率組合監(jiān)測法[6]。同樣還有其它OSNR監(jiān)測法,下面論述一些頻帶內(nèi)OSNR監(jiān)測法:

一、偏振歸零法[2,3]

圖1描述了一個(gè)利用偏振歸零法監(jiān)測OSNR的框圖。通常一路光信號會有一個(gè)清晰的偏振,而ASE噪聲是非偏振的。WDM信號和ASE噪聲穿過一個(gè)偏振控制器,后面是完成信道的選擇的可調(diào)光濾波器,光的功率由光功率計(jì)測量。當(dāng)偏振控制器設(shè)置到正交偏振狀態(tài)作為輸入信號時(shí),功率計(jì)指示到僅有ASE功率一半的最小值時(shí)稱這種情況為信號歸零。當(dāng)偏振控制器設(shè)置到同樣的正交偏振狀態(tài)時(shí),功率計(jì)顯示最大值,并且是光信號功率和ASE功率一半的和,因此,OSNR能夠利用光信號的功率和ASE功率計(jì)算出來。

頻帶內(nèi)的OSNR可以通過光信號歸零法測量出來,為了提高偏振歸零法的PMD容差,可增加可調(diào)光濾波器和光電二極管或者是一個(gè)超窄帶的可調(diào)光濾波器(大約3GHz帶寬),用來改善微分群延遲小于60ps的200GHz頻帶間距的WDM信號,然而,那些附加的部件增加了監(jiān)測器的復(fù)雜程度和成本,而OSNR的監(jiān)測速度也會受到偏振控制器的限制。

二、低頻差拍噪聲測量法[1]

圖2說明了低頻差拍噪聲測量法。在OSNR監(jiān)測模型中,上邊的路徑測量總功率(信號功率+ASE噪聲功率),下邊的路徑測量電域內(nèi)的差拍噪聲功率。低頻差拍噪聲測量法是測量電域內(nèi)沒有信號存在頻率部分的差拍噪聲。偽隨機(jī)二進(jìn)制序列調(diào)制信號(PRBS)在低于某一確定頻率的射頻(RF)頻譜時(shí)是沒有調(diào)制信號的,所以差拍噪聲能在低頻范圍內(nèi)測量,從而計(jì)算OSNR。頻率?由?=?b/L決定,其中?b是比特率,L是PRBS的編碼長度。

低頻差拍噪聲測量法的優(yōu)點(diǎn)是它需要的元件簡單,測量低頻范圍內(nèi)的差拍噪聲只需要用兩個(gè)光電探測器和一個(gè)DSP就行,在一個(gè)信道寬度為200GHz的WDM信號中當(dāng)OSNR從16dB到28dB的變化范圍時(shí)監(jiān)測誤差小于1dB。

低頻差拍噪聲監(jiān)測法的缺點(diǎn):它不一定可以應(yīng)用到隨機(jī)數(shù)據(jù)上或者編碼太長的調(diào)制數(shù)據(jù)上。事實(shí)上,用真正的隨機(jī)數(shù)據(jù)并且用信號屏蔽差拍噪聲從RF譜直接獲得差拍噪聲是不可能的。

三、半頻組合法[6]

圖3所示為一個(gè)用半頻組合法分析的OSNR監(jiān)測系統(tǒng)框圖。窄帶濾波器(25MHz帶寬)集中在一半數(shù)字時(shí)鐘頻率的中心上。RF濾波器是把信號轉(zhuǎn)換到低頻(<50MHz)部分進(jìn)行信號處理,半頻組合法監(jiān)測的原理是在窄帶范圍內(nèi)將一半時(shí)鐘信號頻率保持近似的共軛對稱。所以在這個(gè)測量合成圖解中,信號沿著單一軸出現(xiàn),而ASE噪聲存在于信道的接收端是均勻的,可以從圖表組中獲得OSNR。

半頻率組合監(jiān)測法在敏感度和成本方面與寬帶電子儀器固有的窄頻帶相比具有潛在的優(yōu)勢,當(dāng)ASE噪聲為各向同性時(shí),OSNR從15dB到30dB的監(jiān)測范圍監(jiān)測誤差小于1.5dB[6]。

這種方法不能監(jiān)測到頻率間的劣化,窄帶信號只能監(jiān)測到一半的時(shí)鐘信號。

四、正交零差延時(shí)法[5]

圖4所示為利用零差信號調(diào)零法的一個(gè)監(jiān)測器框圖。光信號和ASE噪聲(穿過一個(gè)可調(diào)光濾波器)是通過偏振光分束器和每個(gè)光延遲路徑的調(diào)制分別進(jìn)入正交延遲偏振組件。通過設(shè)置適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲來測量頻率和兩個(gè)路徑的功率相比,通過正交零差延遲模型之后,在電域內(nèi),在頻譜的測量頻率范圍內(nèi),信號成分會被消除。

正交零差延時(shí)法的局限性:差拍噪聲的測量是在一個(gè)窄頻范圍內(nèi),這樣對OSNR的微小變化不敏感,而且對測量儀器來說需要窄帶帶通濾波器。

總結(jié):半頻組合法和低頻差拍噪聲近似法相比零差信號調(diào)零法沒有編碼長度的限制,和偏振歸零法相比零差信號調(diào)零法更能抵制PMD,而且在一個(gè)頻帶寬度為200GHz的WDM信號中OSNR為25dB時(shí)監(jiān)測誤差小于0.5dB[5]。

從以上的四種方法的評論中看出,用這幾種方法來提供帶內(nèi)OSNR監(jiān)測是有前景的,用新方法改善監(jiān)測精度和監(jiān)測響應(yīng)時(shí)間仍需研究。

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作者簡介:

馮雪(1978-),女,吉林四平人,助教,研究方向?yàn)?光纖通信傳輸。