OSNR测试技术研究

　　1　引言

　　随着全光放大器成熟应用于各个频段,以及可配置光分插复用器(ROADM)和光交叉连接器(OXC)的日益商业化,大容量、高速率、高动态可配置的智能光通信网络开始实用化。同时,以网络的维护及在线性能监测为目标的光性能监测技术(OPM)也在新的领域有了新的需要,OPM中最基本的性能测试———光信噪比(OSNR)在不同领域、不同应用情况下涌现了不同的测试技术。本文将就其中主要的两类,介绍一下OSNR测试的主要方法,针对其测试原理,指出适合它们的测试领域。

　　2　OSNR的测试技术与原理

　　光信噪比,顾名思义,就是光信号功率和光噪声功率的比值。一般定义为:

　　式中:Ps、PN分别为光信号、光噪声功率。对于OPM而言,OSNR是其中最基本的参数之一,而且在光通信的不同层次之间,比如光通道管理层、光通道质量层、光协议层之间,频谱OSNR、带内OSNR、电信噪比(ESNR)以及比特误码率(BER)等质量因子参数之间有着联系或差异,OSNR测试可以为后端的通信质量提供重要的判断依据。下面将介绍两类主要的OS-NR测试技术及其原理。

　　2. 1　扫频解析法

　　光谱仪(OSA)是OSNR测试的最基本方法,主要有Fabry-Perot OSA、衍射光栅OSA、傅立叶变换OSA、外差OSA等,其中最基本就是傅立叶变换OSA。如图1所示,傅立叶变换OSA由一个Michelson干涉仪和一个傅立叶变换处理单元构成,输入光经干涉仪的分光器、反射镜后发生干涉,若输入光是单频的,那么由多普勒效应产生的光拍的拍频是反射镜速度和输入光波长的函数;若输入的是多频率的彩色光,则Michelson干涉仪检测到的各频率输入光的自相关函数经傅立叶变换后即可以得到输入光的功率谱。同时为了获得高的波长精度,可以把已知波长的光输入到干涉仪中,利用其产生的拍频作为自相关函数的采样时钟。由探测器探测到的信号各波长的干涉条纹数据(自相关函数)经过傅立叶变换就可以得到监测信号的功率谱密度函数。使用傅立叶变换的OSA在动态范围以及可见光、近红外光的测试精度上性能稍差。文献[1]提出了一种使用一个探测器结合Mach-Zehnder干涉仪实现多通道监测的方案,在动态范围,或是测试精度上都有很大提高,尤其针对多通道的WDM系统,有较高的串扰(crosstalk)容限,它对信号的频率和相位的调制后再经过FFT解析,实现对信号的不同相位的功率V0(fn)、Vπ(fn)的测量,然后引入一些模型参数αn(噪声抑制因子)、βn(信号抑制因子)、γn(误差均化因子)组合信号功率Vs(fn)和噪声功率VN(fn)的数学模型,通过对参数的解析,得到最终的OSNR的测试依据:

　　2. 2　偏振相关测试法

　　窄带宽可以勾勒出放大器自发散射(ASE)的频谱,高效的频谱会减消信号的作用而可以被看作是噪声的模型。偏振抵消是利用此原理的其中一种方法,激光信号是高度偏振的,使用与其平行偏振的偏光器,就可以将其滤除掉,得到在信号波长处或附近的ASE的功率。这个方法有两个限制:一是偏振模色散(PMD)会引起调制光信号的去偏振化,这个可以使用一个窄带滤波器和一定的运算方法扩大光纤的PMD容忍极限;二是由放大器的偏振凹陷(PHB)和光网络元素偏振损耗引发的ASE噪声的部分偏振化。在ASE的偏振度(DOP)不为0时,直接使用偏振抵消方法会给OSNR的测试带来一定的误差。根据它们的定义,可以得出: