使用频谱相关性对已调制信号的频谱形状进行无噪声测量制造技术

公开了用于表征沿着通信链路传播的光信号的方法和系统。所述信号包括以符号频率调制的数据携载信号成分和噪声成分。所述方法包括测量所述信号的光功率频谱，所述光功率频谱包括数据携载信号频谱分量和噪声频谱分量。所述方法还包括根据信号的频谱分量对的中心频率确定所述信号的频谱分量对内测量到的频谱相关函数，每一对中的频谱分量通过所述符号频率而彼此频谱分开。所述方法还包括基于所测量到的光功率频谱来获得对于所述数据携载信号频谱分量的解，使得基于所述解的计算出的频谱相关函数匹配所述测量到的频谱相关函数。在一些实施例中，所述频谱相关函数被测量为低频拍音振幅函数。

Using spectrum correlation to measure the spectrum shape of modulated signal without noise

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用频谱相关性对已调制信号的频谱形状进行无噪声测量

总体上涉及电信应用中的光信号表征，并且更具体地，涉及一种用于频谱表征沿着光通信链路传播的光信号的方法和设备，例如以将数据携载信号(data-carryingsignal，数据传输信号)成分与噪声成分区别开和/或执行光信噪比(OSNR)测量。
技术介绍
长途光纤通信系统的性能在很大程度上取决于光信噪比(OSNR)。OSNR是关于光电信链路携载的信号的品质的常规可测量特性。光通信链路中的主要噪声分量通常是未偏振的放大自发辐射(ASE)噪声。ASE噪声是由链路中的光放大器造成的频谱宽带噪声源。在实践中，因此必须在沿着链路的某处(例如，在接收器端处)测量OSNR。当前的现有技术系统使用复杂调制方案和偏振复用(PM)两者实现高频谱效率。然而，在密集地包装的信道与PM信号两者相结合的情况下，传统OSNR测量技术失效。也就是说，通常无法在信号频谱带宽之外测量ASE噪声频谱，因为信道的间隔太小。同时，依赖于信号是100％偏振而ASE不偏振的事实，消除偏振型的带内测量方法也存在缺点，因为整体PM信号也不偏振。在共同拥有的美国专利US9,112,604B2中提出一种使用信号的所获得的光频谱踪迹来测量PM信号上的噪声电平的方法，该专利的公开内容以全文引用的方式并入本文中。这种方法基于知晓由参考信号提供的数据携载信号成分的频谱形状。由于这种知晓，数据携载信号成分和ASE噪声成分可以在数学上彼此区别开，否则在光频谱踪迹上它们看起来像合在一起。对信号成分的频谱形状的知晓可以来源于对所采用的参考信号的在先采集。例如，可以在沿着相同光通信链路的通常是上游的不同点处获得参考信号，在该处OSNR是已知的或者信号可以被认为是没有ASE噪声的。因此，参考信号源于与被测信号相同的光发射器。美国专利US9,112,604B2中描述的方法认为在光信号带宽内信号的频谱形状沿着通信链路不会显著地改变。因此，这种参考信号的信号成分被认为是在频谱上代表被测信号的信号成分。美国专利申请公布文本US2014/0328586A1和US2016/0127074A1(它们的公开内容以全文引用的方式并入本文)包括用于解释源于例如非线性效应的频谱形状变化的规定。在美国专利申请公布文本US2016/0164599A1中公开了一种用于确定光信息信号(例如，PM信号)的带内OSNR和其他质量参数的方法。所述方法涉及例如借助于常规光谱分析仪来测量噪声信号的光功率频谱，并且随后借助于两个光窄带振幅或功率检测器来测量信号的光振幅或功率/强度谱中预定的一对间隔开的时变频率分量之间的相关性。信号的带内噪声可以从相关性测量来确定。对信号功率的测量可以用来基于确定的带内噪声而确定OSNR。这种方法的缺点是所需设备的复杂性和高成本，尤其是涉及两个全相干接收器。因此，在开发将电信应用中使用的光信号中的信号与噪声区别开的技术中仍存在挑战。
技术实现思路
本文总体上涉及用于频谱表征沿着光通信链路(例如，光纤)传播的光信号的技术。所述光信号可以包括以数据携载信号带宽内的符号频率(symbolfrequency，标记频率)调制的数据携载信号成分，以及包括ASE噪声的噪声成分。本技术利用存在于频谱间隔开的频谱分量对内的频谱相关性，所述频谱间隔开的量对应于光信号中的符号频率，以允许对与所述噪声成分的频谱形状区别开的所述数据携载信号成分的频谱形状进行带内确定。鉴于沿着所述链路的测量位置处的信号的噪声频谱和无噪声频谱两者的形状，可以确定OSNR或其他信号质量参数。本技术的一些实施方案的特征是使用所述光信号的频谱上的大量此类相关联频谱分量对。因此，尽管偏离完美频谱相关性可能会影响整体信号频谱，但它们通常将保留其形状。此类偏离可能是因为例如色散(CD)和/或偏振模色散(PMD)。本技术的一些实施方案的另一特征是使用相对频谱形状，这与绝对测量技术相比，可以消除或至少减少对高精度测量的需要。根据一方面，提供了一种用于频谱表征沿着光通信链路传播的光信号的方法，所述光信号包括以数据携载信号带宽内的符号频率调制的数据携载信号成分以及噪声成分。所述方法包括：测量所述数据携载信号带宽内的频谱范围上的所述光信号的光功率频谱，所测量到的光功率频谱包括与所述光信号的所述数据携载信号成分相关联的数据携载信号功率频谱成分和与所述光信号的所述噪声成分相关联的噪声功率频谱成分；根据测量来确定对于所述光信号的一组频谱分量对的频谱相关函数，每一对中的频谱分量通过所述符号频率而彼此频谱分开(spectrallyseparated，频谱区分)，所述一组频谱分量对分别居中于所述频谱范围内的中心频率范围上的对应一组中心频率上，所测量到的频谱相关函数使每一对的频谱分量之间的相关强度与该对在所述中心频率范围上的中心频率相关；以及使用处理器来基于所述光信号的所述测量到的光功率频谱来获得表示所述数据携载信号功率频谱成分的解，使得对于通过表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解中的所述符号频率而频谱分开的频谱分量对计算出的频谱相关函数匹配所述测量到的频谱相关函数。在一些实施方案中，获得表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解包括：确定表示所述噪声功率频谱成分的解；以及从表示所述噪声功率频谱成分的所述解和所述测量到的光功率频谱中推导出表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解。在一些实施方案中，获得表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解包括：提供将所述测量到的光功率频谱与所述测量到的频谱相关函数相关联的非线性回归模型；以及使用所述非线性回归模型来确定表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解。在一些实施方案中，所述非线性回归模型包括一组可调整参数，所述可调整参数包括以下至少一个：模型函数，其表示所述噪声功率频谱成分的归一化(normalized)模型；噪信参数，其表示所述噪声功率频谱成分相对于所述数据携载信号功率频谱成分的相对振幅；以及色散参数，其传达指示所述光信号的色散和偏振模色散中的至少之一的信息。在一些实施方案中，所述方法还包括：基于所述测量到的光功率频谱和表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解来确定光信噪比(OSNR)。在一些实施方案中，所述方法还包括：在所述光信号的多个偏振状态上对所述测量到的光功率频谱和所述测量到的频谱相关函数求平均。在一些实施方案中，根据测量来确定所述测量到的频谱相关函数包括：测量分别与所述光信号中的通过所述符号频率而频谱分开的所述一组频谱分量对相关联的一组拍频分量对的拍音(beatnote，节拍)振幅函数，每一对中的拍频分量通过低于所述符号频率的拍音频率而彼此频谱分开，所述拍音振幅函数表示所述测量到的频谱相关函数。在一些实施方案中，所述符号频率与所述拍音频率的比率在103至106范围内，优选地104至105的范围内。在一些实施方案中，测量所述拍音振幅函数包括：根据所述光信号生成包括第一图像信号和第二图像信号的双边带信号，所述第一图像信号和所述第二图像信号表示所述光信号的边带图像，所述第一图像信号和所述第二图像信号通过频谱移位而彼此频谱分开，所述频谱移位等于所述符号频率加上或减去所述拍音频率；检测并频谱解析所述频谱范围内的所述双边带信号；以及根据所述检测到的双边带本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于频谱表征沿着光通信链路传播的光信号的方法，所述光信号包括以数据携载信号带宽内的符号频率调制的数据携载信号成分以及噪声成分，所述方法包括：测量所述数据携载信号带宽内的频谱范围上的所述光信号的光功率频谱，所测量到的光功率频谱包括与所述光信号的所述数据携载信号成分相关联的数据携载信号功率频谱成分和与所述光信号的所述噪声成分相关联的噪声功率频谱成分；根据测量来确定对于所述光信号的一组频谱分量对的频谱相关函数，每一对中的所述频谱分量通过所述符号频率而彼此频谱分开，所述一组频谱分量对分别居中于所述频谱范围内的中心频率范围上的对应一组中心频率上，所测量到的频谱相关函数使每一对的频谱分量之间的相关强度与该对在所述中心频率范围上的中心频率相关；以及使用处理器来基于所述光信号的所述测量到的光功率频谱来获得表示所述数据携载信号功率频谱成分的解，使得对于通过表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解中的所述符号频率而频谱分开的频谱分量对计算出的频谱相关函数匹配所述测量到的频谱相关函数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.04.26 US 62/490,1131.一种用于频谱表征沿着光通信链路传播的光信号的方法，所述光信号包括以数据携载信号带宽内的符号频率调制的数据携载信号成分以及噪声成分，所述方法包括：测量所述数据携载信号带宽内的频谱范围上的所述光信号的光功率频谱，所测量到的光功率频谱包括与所述光信号的所述数据携载信号成分相关联的数据携载信号功率频谱成分和与所述光信号的所述噪声成分相关联的噪声功率频谱成分；根据测量来确定对于所述光信号的一组频谱分量对的频谱相关函数，每一对中的所述频谱分量通过所述符号频率而彼此频谱分开，所述一组频谱分量对分别居中于所述频谱范围内的中心频率范围上的对应一组中心频率上，所测量到的频谱相关函数使每一对的频谱分量之间的相关强度与该对在所述中心频率范围上的中心频率相关；以及使用处理器来基于所述光信号的所述测量到的光功率频谱来获得表示所述数据携载信号功率频谱成分的解，使得对于通过表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解中的所述符号频率而频谱分开的频谱分量对计算出的频谱相关函数匹配所述测量到的频谱相关函数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，获得表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解包括：确定表示所述噪声功率频谱成分的解；以及从表示所述噪声功率频谱成分的所述解和所述测量到的光功率频谱中推导出表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解。3.根据权利要求1所述的方法，其中，获得表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解包括：提供将所述测量到的光功率频谱与所述测量到的频谱相关函数相关联的非线性回归模型；以及使用所述非线性回归模型来确定表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述非线性回归模型包括一组可调整参数，所述可调整参数包括以下至少一个：模型函数，其表示所述噪声功率频谱成分的归一化模型；噪信参数，其表示所述噪声功率频谱成分相对于所述数据携载信号功率频谱成分的相对振幅；以及色散参数，其传达指示所述光信号的色散和偏振模色散中的至少之一的信息。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括：基于所述测量到的光功率频谱和表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解来确定光信噪比(OSNR)。6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括：在所述光信号的多个偏振状态上对所述测量到的光功率频谱和所述测量到的频谱相关函数求平均。7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，根据测量来确定所述测量到的频谱相关函数包括：测量分别与所述光信号中的通过所述符号频率而频谱分开的所述一组频谱分量对相关联的一组拍频分量对的拍音振幅函数，每一对中的拍频分量通过低于所述符号频率的拍音频率而彼此频谱分开，所述拍音振幅函数表示所述测量到的频谱相关函数。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述符号频率与所述拍音频率的比率在103至106范围内。9.根据权利要求7所述的方法，其中，测量所述拍音振幅函数包括：根据所述光信号生成包括第一图像信号和第二图像信号的双边带信号，所述第一图像信号和所述第二图像信号表示所述光信号的边带图像，所述第一图像信号和所述第二图像信号通过频谱移位而彼此频谱分开，所述频谱移位等于所述符号频率加上或减去所述拍音频率；检测并频谱解析所述频谱范围内的所述双边带信号；以及根据所述检测到的双边带信号来确定所述一组拍频分量对的所述拍音振幅函数，其中每一对中的一个拍频分量与所述第一图像信号相关联并且另一拍频分量与所述第二图像信号相关联。10.根据权利要求9所述的方法，其中，检测并频谱解析所述双边带信号还包括：生成具有可调谐本地振荡器(LO)频率的本地振荡器(LO)信号；将所述LO信号与所述双边带信号组合成组合信号；以及在扫描所述频谱范围内的所述可调谐LO频率时检测所述组合信号。11.根据权利要求7所述的方法，其中，测量所述拍音振幅函数包括：生成具有在所述频谱范围内的可调谐本地振荡器(LO)频率的本地振荡器(LO)信号；根据所述LO信号生成包括第一LO图像信号和第二LO图像信号的双边带LO信号，所述第一LO图像信号和所述第二LO图像信号表示所述LO信号的边带图像，所述第一LO图像信号和所述第二LO图像信号通过频谱移位而彼此频谱分开，所述频谱移位等于所述符号频率加上或减去拍音频率，所述拍音频率低于所述符号频率；将所述双边带LO信号与所述光信号组合成组合信号；在扫描所述可调谐LO频率时，检测并频谱解析在所述频谱范围内的所述组合信号；以及根据所述检测到的组合信号来确定所述一组拍频分量对的所述拍音振幅函数，其中每一对中的一个拍频分量与所述第一LO图像信号相关联并且另一拍频分量与所述第二LO图像信号相关联。12.根据权利要求11所述的方法，还包括：减少所述双边带LO信号中的谐波。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，使用外差光谱分析仪来获得所述测量到的光功率频谱和所述测量到的频谱相关函数。14.一种非暂时性计算机可读存储介质，其具有存储在其上的计算机可读指令，所述计算机可读指令在被处理器执行时使所述处理器执行用于频谱表征沿着光通信链路传播的光信号的方法，所述光信号包括以数据携载信号带宽内的符号频率调制的数据携载信号成分以及噪声成分，所述方法包括：接收所述数据携载信号带宽内的频谱范围上的所述光信号的测量到的光功率频谱，所测量到的光功率频谱包括与所述光信号的所述数据携载信号成分相关联的数据携载信号功率频谱成分和与所述光信号的所述噪声成分相关联的噪声功率频谱成分；接收对于所述光信号的一组频谱分量对的测量到的频谱相关函数，每一对中的所述频谱分量通过所述符号频率而彼此频谱分开，所述一组频谱分量对分别居中于所述频谱范围内的中心频率范围上的对应一组中心频率上，所述测量到的频谱相关函数使每一对的所述频谱分量之间的相关强度与该对在所述中心频率范围上的中心频率相关；以及基于所述光信号的所述测量到的光功率频谱来获得表示所述数据携载信号功率频谱成分的解，使得对于通过表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解中的所述符号频率而频谱分开的频谱分量对计算出的频谱相关函数匹配所述测量到的频谱相关函数。15.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，获得表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解包括：确定表示所述噪声功率频谱成分的解；以及从表示所述噪声功率频谱成分的所述解和所述测量到的光功率频谱中推导出表示所述数据携载信号功率频谱成分的所述解。16.根据权利要求14所...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·西尔，何刚，B·吕谢，
申请(专利权)人：爱斯福公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA