密集波分复用网络光谱分析方法.pdf

本发明公开了一种密集波分复用网络光谱分析方法，包括：检测正在运行的业务通道数目，以及每通道单波中心波长和通道光功率值，并根据这些初始条件确定波长采样的波长间隔、波长采样点的起始点和终止点，然后根据采集结果进行数据分析，采用等间隔插值方法，对每通道波长、光功率等原始数据，按照功率谱密度线型进行采样插值模拟，从而实现对整个光功率谱的数字模拟。计算结果为整个光功率谱各模拟采样点的光功率近似值，光功率值序列用于模拟光谱曲线。通过本发明简化了光谱分析过程中需要采集和输出的数据量，以及光谱分析的计算过程，从而提高了光谱分析的速度和效率。

权利要求书
1、  一种密集波分复用网络光谱分析方法，其特征在于，
检测并获取密集波分复用网络被测信道中正在运行的业务通道数目N、以及每通道的单波中心波长值λj和中心波长所对应的检测光功率值Pi，根据所获得的业务通道数目N和中心波长值λi，以及预先设定的采样点数目确定采样的波长间隔Δλ和采样的波长起始点值λ0；
从采样的波长起始点开始对所有采样点逐个计算每个采样点的波长值和功率值，具体包括：
a)通过所确定的波长起始点值λ0和采样的波长间隔Δλ计算当前采样点的波长值
b)根据步骤a)获得的当前采样点的波长值找出与当前采样点距离最近通道的中心波长值λk；
c)根据步骤a)获得的当前采样点的波长值以及步骤b)获得的当前采样点最近通道的中心波长值λk和检测获得的该中心波长对应的检测光功率值Pk，确定当前采样点的功率值Pi，返回步骤a)。

2、  根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤a)后进一步包括：根据检测获得的信道中最大中心波长值λmax、预先设定的采样点数目和确定的采样波长间隔Δλ确定波长终止点值λq，判断当前采样点波长值是否大于终止点的波长值λq，如果是，则将每个采样点的波长值和功率值Pi输出，结束流程，否则，进入步骤b)。

3、  根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述采样的波长终止点值λq是： λ q = λ max + M + 1 2 * Δλ , ]]>其中，M是预先确定的平均每个通道的采样点数目。

4、  根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述将每个采样点的波长值和功率值输出进一步包括：将每个采样点按照得到的波长值和功率值绘制在波长-光功率二维坐标中，并将得到的光谱图形输出。

5、  根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述采样波长间隔Δλ是：最大中心波长值λmax与最小中心波长值λmin的差，除以业务通道数目N与平均每个通道的采样点数目M的积。

6、  根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述采样的波长起始点波长值λ0是： λ 0 = λ min - M - 1 2 * Δλ , ]]>其中，λmin是最小中心波长值。

7、  根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤a)所述当前采样点的波长值是： λ ~ i = λ 0 + ( i - 1 ) * Δλ , ]]>其中，i是采样点计数值。

8、  根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤b)所述与当前采样点距离最近通道的中心波长值λk是： | λ ~ i - λ k | = Min 1 ≤ j ≤ N | λ ~ i - λ J | , ]]>其中，λi是检测获得的任意业务通道的中心波长值。

9、  根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤c)所述当前采样点的功率值满足Lorentzian线型关系，且通过近似的Gauss功率谱密度公式获得的： P ~ i = P ^ + P k * e - ( f ~ i - f k Δf ) 2 , ]]>其中，是当前采样点的波长值所对应的频率值，由光速除以当前采样点的波长值获得，fk是与当前采样点距离最近通道的中心波长值λk所对应的频率值，由光速除以与当前采样点距离最近通道的中心波长值λk获得，Δf是3dB谱宽常数，Pk是与当前采样点距离最近通道的中心波长λk对应的检测光功率值，是根据检测光在被检测信号光中所占比例计算出的光功率补偿值。

10、  根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤a)进一步包括：获取每个中心波长λi所对应的检测光信噪比。

说明书密集波分复用网络光谱分析方法
技术领域
本发明涉及密集波分复用(DWDM)系统维护技术，特别是指一种DWDM网络光谱分析方法。
背景技术
在DWDM传输网络中，随着网络的长时间运行，网络设备和线路会逐步老化，导致光信号在网络中传输衰减率增加，传输质量受到影响。这种影响，一般表现为传输通路主信道中，某一路或多路单波通道的光功率、光信噪比等性能指标劣化速度明显快于其它单波通道，使各单波通道的性能指标不均衡，并且，随着光信号的中继过程，这种不均衡现象会被中继站点逐级放大，从而导致光信号整体传输质量下降，严重的情况下，会对系统的正常运行构成威胁。因此，定期对DWDM网络主信道中各单波通道的光功率、光信噪比等主要物理性能参数进行检测，并分析主信道光功率谱的状态和变化趋势，预防设备和线路老化导致信号传输质量劣化，对网络的维护非常重要。
目前对DWDM网络光信号检测方案是采用光谱分析仪进行光谱分析的方法，在主信道的光信号经过如：合波单元、分波单元、光放大单元等重要的设备单元时，利用光谱分析仪等专用的光谱分析测试仪表，接入到密集波分复用设备中，对主信道的光谱进行在线检测。
参见图1所示，主信道光信号通过分光器101，分出很小一部分，一般是1％～10％的光信号接入光谱分析仪102，由光谱分析仪102对检测光进行光谱检测，并对主信道分出的检测光的检测结果进行分析，加上必要的光功率补偿推算出主信道信号光的光谱分析结果，显示在显示屏上。网络维护人员通过操作光谱分析仪可以直接从其上读出单波中心波长、光功率、光信噪比等物理性能参数。由于检测光是从主信道中分出的信号，其物理参数的优劣，直接反应了主信道中整体光信号的质量。
目前的光谱分析仪的工作原理，基本上都是采用棱镜散射原理，以固定的波长采样区间，对检测区间内的经过散射的光信号进行实施扫描，检测出指定波长附近的光信号功率、光信噪比等参数，并通过A/D系统，直接转换为数字信号，并在专用的显示屏幕中，实时地显示出来。由于这种光信号检测过程操作复杂，对检测人员技术水平要求高，因此只能在短期内对某一处线路进行临时检查，而为了预防设备和线路老化，对网络进行长期维护，要求提供一种能够自动、实时地对DWDM光网络各处进行在线监测，甚至远程监测的技术，以便于网管等管理设备对网络状态及时进行分析和维护。
由于现有光谱分析仪采用的光谱分析方法操作复杂，导致光谱分析过程较长，不利于采样信号的快速处理，无法满足实时检测的要求，另外，由于对DWDM网络的检测，只需要光功率、光信噪比等主要物理性能参数的相关数据，而光谱分析仪输出的数据较多，过多的数据输出不但影响计算速度，而且在数据传输过程中占用了不必要的带宽，不利于数据的远程传输。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种密集波分复用网络光谱分析方法，极大简少了光谱分析过程中不必要的数据采集和数据输出，简化光谱分析的过程。
一种密集波分复用网络光谱分析方法，
检测并获取密集波分复用网络被测信道中正在运行的业务通道数目N、以及每通道的单波中心波长值λj和中心波长所对应的检测光功率值Pi，根据所获得的业务通道数目N和中心波长值λi，以及预先设定的采样点数目确定采样的波长间隔Δλ和采样的波长起始点值λ0；
从采样的波长起始点开始对所有采样点逐个计算每个采样点的波长值和功率值，具体包括：
a)通过所确定的波长起始点值λ0和采样的波长间隔Δλ计算当前采样点的波长值
b)根据步骤a)获得的当前采样点的波长值找出与当前采样点距离最近通道的中心波长值λk；
c)根据步骤a)获得的当前采样点的波长值以及步骤b)获得的当前采样点最近通道的中心波长值λk和检测获得的该中心波长对应的检测光功率值Pk，确定当前采样点的功率值Pi，返回步骤a)。
该方法所述步骤a)后进一步包括：根据检测获得的信道中最大中心波长值λmax、预先设定的采样点数目和确定的采样波长间隔Δλ确定波长终止点值λq，判断当前采样点波长值是否大于终止点的波长值λq，如果是，则将每个采样点的波长值和功率值Pi输出，结束流程，否则，进入步骤b)。
该方法所述采样的波长终止点值λq是： λ q = λ max + M + 1 2 * Δλ , ]]>其中，M是预先确定的平均每个通道的采样点数目。
该方法所述将每个采样点的波长值和功率值输出进一步包括：将每个采样点按照得到的波长值和功率值绘制在波长-光功率二维坐标中，并将得到地光谱图形输出。
该方法所述采样波长间隔Δλ是：最大中心波长值λmax与最小中心波长值λmin的差，除以业务通道数目N与平均每个通道的采样点数目M的积。该方法所述采样的波长起始点波长值λ0是： λ 0 = λ min - M - 1 2 * Δλ , ]]>其中，λmin是最小中心波长值。
该方法步骤a)所述当前采样点的波长值是： λ ~ i = λ 0 + ( i - 1 ) * Δλ , ]]>其中，i是采样点计数值。
该方法步骤b)所述与当前采样点距离最近通道的中心波长值λk是： | λ ~ i - λ k | = Min i ≤ j ≤ N | λ ~ i - λ j | , ]]>其中，λj是检测获得的任意业务通道的中心波长值。
该方法步骤c)所述当前采样点的功率值满足Lorentzian线型关系，且通过Gauss功率谱密度公式获得的： P ~ i = P ^ + P k * e - ( f ~ i - f k Δf ) 2 , ]]>其中，是当前采样点的波长值所对应的频率值，由光速除以当前采样点的波长值获得，fk是与当前采样点距离最近通道的中心波长值λk所对应的频率值，由光速除以与当前采样点距离最近通道的中心波长值λk获得，Δf是3dB谱宽常数，Pk是与当前采样点距离最近通道的中心波长λk对应的检测光功率值，是根据检测光在被检测信号光中所占比例计算出的光功率补偿值。
该方法所述步骤a)进一步包括：获取每个中心波长λi所对应的检测光信噪比。
从上面所述可以看出，本发明的密集波分复用网络光谱分析方法计算过程简单，只需采集被测信道中业务通道的中心波长和中心波长所对应的光功率值，进行光谱分析和光谱曲线拟合，简化了光谱分析过程中需要采集和输出的数据量，从而提高了光谱分析的速度和效率，完全可以满足DWDM网络光信号检测过程中对实时检测和长期检测的需要。
图1为现有技术对DWDM网络光信号检测实现结构图；
图2为本发明方法较佳实施例的流程图；
图3为本发明实施例经光谱分析过程后光谱曲线输出效果图；
图4为本发明对DWDM网络光信号检测实现结构图。
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
本发明的光谱分析方案是只需检测正在运行的业务通道数目，以及每通道单波中心波长和通道光功率值，并根据这些初始条件确定波长采样的波长间隔、波长采样点的起始点和终止点，然后根据采集结果进行数据分析，采用等间隔插值方法，对每通道波长、光功率等原始数据，按照功率谱密度线型进行采样插值模拟，从而实现对整个光功率谱的数字模拟。计算结果为整个光功率谱各模拟采样点的光功率近似值，光功率值序列用于模拟光谱曲线。
参见图2所示，本实施例光谱分析方法的具体过程如下：
步骤201，检测并采集DWDM网络的被测主信道正在运行的业务通道个数N、以及每个通道的单波中心波长λi，和每个中心波长所对应的检测光功率Pi、光信噪比Oj等物理参数。
步骤202，确定光谱分析计算需要的初始参数，具体过程如下：
a)从步骤201获得的通道中心波长中找出被检测主信道中的最小中心波长值λmin和最大中心波长值λmax；
b)根据最小中心波长值、最大中心波长值和步骤201获得的业务通道数目，并根据预先设定的采样点数目计算采样波长间隔 Δλ = λ max - λ min N * M , ]]>其中，M为平均每个通道的采样点数，M值可以由网管或用户根据检测需求确定，M值一般不小于9；
c)根据最小中心波长值、预先设定的采样点数目和步骤b)获得的采样的波长间隔计算采样的波长起始点 λ 0 = λ min - M - 1 2 * Δλ . ]]>
本实施例光谱分析计算的初始输入参数可以包括表1所示内容：  参数名    称    参数含义  类型单位取值范围缺省值    N    业务通道数目  正整数  个    λi 第i个光通道的中心波  正浮点数  nm

表1
初始参数确定以后，从采样的波长起始点开始逐个计算每个采样点的波长和功率值。
步骤203，采样点计数值i初始化i:＝1。
步骤204，通过步骤c)获得的波长起始点值和步骤b)获得的采样的波长间隔计算当前采样点的波长值 λ ~ i = λ 0 + ( i - 1 ) * Δλ . ]]>
步骤205，根据步骤a)获得的信道中最大中心波长值、预先设定的采样点数目和步骤b)获得的采样的波长间隔计算采样终止点的波长值 λ q = λ max + M + 1 2 * Δλ , ]]>并判断当前采样点波长值是否满足 λ ~ i > λ max + M + 1 2 * Δλ , ]]>如果是，则意味着所有的采样点已经计算完成，将所获取的所有采样点的波长值和功率值输出，结束分析流程；否则，继续流程，进入步骤206。
步骤206，寻找与该采样点距离最近的中心波长.，该中心波长应满足 | λ ~ i - λ k | = Min 1 ≤ j ≤ N | λ ~ i - λ j | , ]]>其中，λj步骤201获得的任意业务通道的中心波长值。步骤207，利用Gauss功率谱密度计算公式，计算当前采样插值点的光功率值 P ~ i = P ^ + P k * e - ( f ~ i - f k Δf ) 2 . ]]>
其中，和fk分别是波长和λk对应的频率值，满足λf＝c关系，c为光速，即 f ~ i = c λ ~ i , f k = c λ k ; ]]>Δf为3dB谱宽常数；Pk是与当前采样点距离最近通道的中心波长对应的检测光功率值；是光功率补偿值，可根据检测光在被检测信号光中所占比例计算得到，通常由分光器的分光比确定，如若分光器的分光比为1％，则光功率补偿值为20dB，本步骤中在光功率计算结果中加上光功率补偿值，用于将光谱分析单元所检测的分光信号的单波功率值还原为主信道的单波功率值。通常，激光器的功率谱密度应满足Lorentzian线型关系，但是为了实际计算方便，本实施例使用Gauss线型关系公式 G ( f ) = G 0 * e - ( f - f 0 Δf ) 2 ]]>来近似计算，当然，如果出于精确考虑，也可以采样Lorentzian线型关系来进行采样点光功率值计算。
步骤208，设置采样点计数值i＝i+1，返回步骤204。
步骤203-208的计算完成后所输出参数参见表2所示：

表2
另外，如果在步骤201中检测有每个中心波长所对应的检测光信噪比等物理参数，也可以将这些物理参数一并输出。并且，为了便于用户进行直观分析，在得到每个采样点的波长值和光功率值后，还可以进一步将各采样点绘制在波长-光功率二维坐标中，然后将各采样点用直线或平滑曲线连接，从而可以模拟出光谱功率谱曲线，并将得到的光谱分析数据和光谱功率谱曲线输出，显示在用户界面上。
以对标准32波，实际使用了18波的DWDM系统的合波信号进行光谱分析为例：经检测得到18个波的单波中心波长值、光功率值、光信噪比参数，并取光功率补偿值为10dB，每个波长采样点数为9。输入参数参见表3所示：

表3
经过本发明的光谱分析过程得到的光谱功率谱曲线输出，参见图3所示，可以看出输出曲线完全满足光谱分析的要求。
本实施例采用图4所示检测系统实现对DWDM网络光信号的检测，该系统包括：依次连接的光谱分析单元401、设备控制单元402、网络管理系统403，其中，光谱分析单元401和设备控制单元402位于DWDM设备404内。主信道中的光信号经过分光器101分离出一部分作为检测光信号进入光谱分析单元401，光谱分析单元401能够在线检测并分析出监控信号中正在运行的业务通道个数，以及单波中心波长、光功率、光信噪比等物理参数，并将其检测结果，以数值方式通过设备控制单元402传送到网管系统403中。
网管系统403若对DWDM网络光信号进行光谱分析，可以定期或不定期向设备控制单元402下发命令，查询光谱分析单元401的分析结果；设备控制单元402启动光谱分析单元401光谱分析功能，使光谱分析单元401对线路信号进行在线检测分析；设备控制单元402收集、整理光谱分析单元401的输出结果，包括各业务通道单波中心波长、光功率、光信噪比等，并向网管系统403上报；网管系统403根据获取物理参数采样上面所述的光谱分析方法计算每个插值点的光功率值，并将各插值点用直线连接，将上述数字结果转化为表格或图形的方式，将结果显示给网络维护人员。
如此，通过本发明方案用户或网管可以对DWDM网络的光信号随时进行定期或不定期地光谱分析。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。