CN1949688A

CN1949688A - 标识信号检测装置及检测方法

Info

Publication number: CN1949688A
Application number: CNA2006101507023A
Authority: CN
Inventors: 孙恺; 田丁; 王国忠; 李从奇
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2026-10-23
Also published as: CN1949688B

Abstract

本发明涉及一种标识信号检测装置及检测方法，其中，标识信号检测装置包括：光电转换装置，用于将光信号调制波转换为电信号调制波；信号分路装置，与所述光电转换装置连接，用于按照所述电信号调制波上加载的标识信号的波长或频率对所述电信号调制波进行分路；多个频带范围不同的频谱分析装置，分别与所述信号分路装置连接，用于对分路后的电信号调制波进行频谱分析。采用本发明，减少了频谱分析的计算量，成倍缩短了频谱分析的计算时间，提高了分析结果的准确性，因此提高了标识信号检测***的工作效率。

Description

标识信号检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及光通信***中的信号检测技术，尤其是一种标识信号检测装置及检测方法。

背景技术

在DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分复用)光传输***中，可以在一根光纤中复用很多信道，各个信道中通过不同的波长的载波来传输信息。为了接收端能方便地识别各调制波的载波波长及业务信号的功率，可以选用频率远低于业务信号频率(例如：在几百KHz到1MHz之间)、且频率互不相同的单频信号或者其组合作为标识信号，通过浅幅度调制方式加载到调制波上，唯一标识该调制波，并建立各载波波长与各标识波长以及标识波长的幅度与业务信号的功率之间的对应关系。在各个接收节点，通过对调制波上的标识信号波长及幅度的检测，结合预先建立的载波波长与各标识波长以及标识波长的幅度与业务信号的功率之间的对应关系，便可以获知各载波的波长以及其携带的业务信号的功率的大小。图1所示为标识信号检测***，其包括光电转换装置与频谱分析装置，其中，频谱分析装置由依次连接的带通滤波器、模数转换模块与信号处理模块构成，带通滤波器的输入端与光电转换装置的输出端连接。在发送端，分别加载了n个标识信号(频率分别为f1、f2、……、fn)的调制波λ1(f1)、λ2(f2)、……、λn(fn)(波长分别为λ1、λ2、……、λn)经过复用设备(MUX)合波后，通过传输通道传输给分光器，分光器将接收到的光信号分离一出小部分发送给标识信号检测***，以便对标识信号进行检测，其余光信号做正常的通信业务使用。用于检测的光信号进入标识信号检测***后，光电转换装置与频谱分析装置中的带通滤波器分别对光信号进行光电转换与带通滤波后发送给模数转换模块，模数转换模块将模拟信号转换为数字信号，并从中采样m个离散点发送给信号处理模块，信号处理模块对这m个采样点进行频谱分析，确定传输通道中采用了哪些标识信号及各标识信号幅度的大小，从而根据预先建立的载波波长与各标识波长以及标识波长的幅度与业务信号的功率之间的对应关系，确定光信号中使用的各载波的波长及其其携带的业务信号的功率。

现有技术中，频谱分析通常是通过对采样信号进行离散傅立叶变换(DFT)来实现的。在实际通信过程中，不仅仅需要标识一根光纤中的载波，而是要标识整个通信***中所有的载波，因此，需要的标识信号的数量也非常庞大；同时，为了通过DFT的分析结果能够准确获知标识信号的幅度从而正确的计算出业务信号的功率，就需要对足够多的离散频率点进行分析计算，即采用足够高的频率分辨率，这样，进行DFT计算的计算长度将不可避免的会很大。例如：对于采用了1600个标识信号、相邻标识信号的频率间隔为20Hz、频率分辨率为1Hz通信***，则频谱分析时，需要的DFT的计算长度为64K。对m个离散点的数据进行以2为基的DFT，所需要的计算量是m²次，若使用DFT的快速算法快速傅立叶变换(FFT)，其计算量为log2^m/2，与DFT相比，能够极大的减少计算量，从而提高运算速度。即使如此，需要的计算量仍然很大。至此，如何快速分析出标识信号的频谱及其幅度，是目前标识信号检测中的一个关键问题。

为了提高标识信号的频谱分析速度，现有技术中，采取了两种方法，第一种方法基于分析目的只是希望获知标识信号频率点上频谱的信息，选择特殊的采样率与标识信号的频率间隔，使得在FFT计算中，仅计算标识信号频率点上的频谱，而不计算其它频率点上频谱，从而减少运算量。例如：对于前述采用了1600个标识信号、相邻标识信号的频率间隔为20Hz、频率分辨率为1Hz通信***，只计算1600个频率点的频谱，而不是计算所有的64K个频率点上的频谱。该方法虽然在一定程度上提高了标识信号的频谱分析速度，但是，存在着以下缺陷：一旦标识信号的频率发生偏移，就需要借助于相邻的多个频率点上的频谱幅度来准确估计某一频率点的频谱幅度，然而，由于丢弃了相邻频率点上的频谱信息，便无法准确计算出标识信号频率点的频谱幅度，从而，也就无法准确分析出业务信号的功率；若标识信号的频率偏移较大，实际的标识信号的频率点可能偏移到没有计算的相邻频率点上，由于本方法没有计算那些频率点的幅度，因此，将无法检测到标识信号，也就无法分析出业务信号的功率；另外，由于采用FFT进行频谱分析时，信号处理模块需要将比较复杂的中间计算结果存储在外存储器中，需要时，再从外存储器中提取中间计算结果，这就影响了频谱分析的速度，并且延长了标识信号检测的时间，降低了检测效率。

现有技术中采取的第二种方法，基于FFT的计算量与要求的频谱分辨率成正比、以及各个标识信号经过通信***传输后，其信噪比性能互相之间相差较大的思想，对不同信噪比的标识信号，采用不同的频谱分辨率进行分析，针对高信噪比的标识信号，采用比较粗的频谱分辨率进行分析，而对于信噪比较低的标识信号，采用较精细的频率分辨率进行分析。例如：对于前述采用了1600个标识信号、相邻标识信号的频率间隔为20Hz的通信***中，如果要求频率分辨率为2Hz，则需要的FFT计算长度将为32K，将比要求频率分辨率为1Hz时的计算量减少一半。具体做法是：对模数转换模块得到的数字信号，首先进行粗频谱分辨率的FFT分析，这样可以检测到某些信噪较高的标识信号，计算量也小；对于在粗频谱频率分辨率下FFT分析时无法检测到的标识信号，继续对随后几帧数据在粗频谱频率分辨率下FFT分析，然后将随后几帧数据的FFT分析结果进行移相后与第一帧数据的FFT分析结果相加，来得到高分辨率的FFT分析结果。该方法采用可变分辨率对标识信号的频谱进行FFT分析，节省了不必要的计算过程，且***标识信号信噪比越高，所需的计算量越小。但是，该方法仍存在以下缺陷：采用对多帧数据的FFT分析结果求和的方式来获得高频率分辨率的FFT分析结果时，需要知道多帧数据之间的相位差，这就需要对多帧数据之间的时间差及待分析的标识信号的频率进行计算来获得相位差，在标识信号发生频移的情况下，由于标识信号的实际频率与标称频率的偏差不同且不可知，也就无法获知多帧信号之间的相位差，从而也就无法获得信噪比较低的标识信号的FFT分析结果，因此，也就无法准确分析、甚至无法分析出业务信号的功率；另外，与第一种方法相同，同样存在着由于访问外存储器引起的频谱分析速度慢、标识信号检测时间长与检测效率低的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术中标识信号检测***检测标识信号时存在的计算量大的缺陷，以及现有技术中为减小计算量采取的两种方法中存在的无法准确计算出标识信号频率点的频谱幅度或者无法检测到标识信号的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种标识信号检测***包括：光电转换装置，用于将光信号调制波转换为电信号调制波；

信号分路装置，与所述光电转换装置连接，用于按照所述电信号调制波上加载的标识信号的波长或频率对所述电信号调制波进行分路；

多个频带范围不同的频谱分析装置，分别与所述信号分路装置连接，用于对分路后的电信号调制波进行频谱分析。

上述***中，所述频谱分析装置包括：

带通滤波器，与所述信号分路装置连接，用于对分路后的电信号调制波进行滤波；

模数转换模块，与所述带通滤波器连接，用于将滤波后的电信号调制波的模拟调制信号转换为数字调制信号并采样；

信号处理模块，与所述模数转换模块连接，用于对采样得到的数字调制信号上加载的标识信号进行频谱分析。

所述带通滤波器为巴特沃斯型带通滤波器、切比雪夫型带通滤波器或贝赛尔型带通滤波器。所述光电转换装置与所述信号分路装置之间设有信号调节装置，用于对接收到的信号的幅度进行调节。

另外，上述***还包括信号调节装置，分别与所述光电转换装置及所述信号分路装置连接，用于对所述电信号调制波的幅度进行调节。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种标识信号检测方法，包括：

步骤1，将光信号调制波转换为电信号调制波；

步骤2，根据所述电信号调制波上加载的标识信号的波长或者频率，对所述电信号调制波分路；

步骤3，分别对分路后的各电信号调制波上加载的标识信号进行频谱分析。

上述方法中，所述步骤2具体为：按照频谱分析装置的频带范围，根据所述电信号调制波上加载的标识信号的波长或者频率，对所述电信号调制波进行分路。相应的，所述步骤3具体为：对所述电信号调制波进行滤波；将滤波后的电信号调制波的模拟调制信号转换为数字调制信号并采样；对采样得到的数字调制信号上加载的标识信号进行频谱分析。其中，对所述标识信号进行频谱分析具体为：采用变换域分析方法对所述标识信号进行频谱分析，所述变换域分析方法具体为为快速傅立叶变换方法。

所述步骤3之后，还执行：所述步骤3之后，还执行：由分析出的标识信号的频率与幅度，根据预先存储的标识信号的频率与载波波长、以及标识信号的幅度与业务信号的幅度之间的对应关系，获知所述标识信号的载波的波长与该载波上加载的业务信号的幅度。

另外，所述步骤1具体为：将光信号调制波转换为电信号调制波；将所述电信号调制波的幅度调节为预先设定的标准幅度。相应的，所述步骤3具体为：采用快速傅立叶变换方法分析所述标识信号的频率与幅度，并根据表示所述电信号调制波的幅度与所述标准幅度的比值的幅度调节比例信息、以及分析出的所述标识信号的幅度信息，计算所述标识信号的原有幅度。

基于上述技术方案，本发明具有以下有益的技术效果：

1，本发明提供的标识信号检测***包括多个频带范围不同的频谱分析装置，可以按照标识信号的波长或者频率，将调制波按照频带范围进行分路，同时对不同频带范围内的标识信号进行频谱分析，与现有技术相比，成倍缩短了频谱分析的计算时间；

2，采用本发明提供的标识信号检测装置时，无需通过减少标识信号的频率点来减少计算量，因此，与现有技术中为了提高标识信号的频谱分析速度而采取两种方法相比，分析结果的准确性高，从而可以精确的计算出载波的波长与业务信号的功率；

3，由于本发明提供的标识信号检测***可以将调制波分为几路，同时对其上加载的标识信号进行频谱分析，与现有技术相比，成倍降低了访问外存储器的时间，从而提高了标识信号检测***的工作效率。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为现有技术标识信号检测***的结构示意图。

图2为本发明标识信号检测***实施例一的结构示意图。

图3为本发明的带通滤波器的通带带宽与接收的标识信号的频率关系示意图。

图4为本发明标识信号检测***实施例二的结构示意图。

图5为本发明标识信号检测方法的基本流程图。

图6为本发明标识信号检测方法实施例一的流程图。

具体实施方式

本发明为一种提高标识信号的检测效率的标识信号检测***及检测方法，其核心思想是：根据调制波上加载的标识信号的频率，利用信号分路器将加载了标识信号的调制波分为属于不同频带范围的几路，对分路后的多组调制波上的标识信号同时进行频谱分析。

图2所示为本发明标识信号检测***实施例一的结构示意图，该标识信号检测***包括依次连接的光电转换装置1、信号分路装置2，与多个频带范围各不相同的频谱分析装置：第一频谱分析装置31、第二频谱分析装置32、……、第N频谱分析装置3N(N为大于1的整数)。其中，光电转换装置1用于将加载了标识信号的调制波的光信号转换为电信号后发送给信号分路装置2；信号分路装置2用于在接收到电信号调制波后，按照该电信号调制波上加载的标识信号的波长或者频率对电信号调制波进行分路，将调制波分别发送给频带范围包含该标识信号的波长或者频率的频谱分析装置；各频谱分析装置用于对分路后的电信号调制波上加载的标识信号进行频谱分析。

与现有技术相同，第一频谱分析装置31由依次连接的带通滤波器311、模数转换模块312与信号处理模块313构成，第二频谱分析装置32由依次连接的带通滤波器321、模数转换模块322与信号处理模块323构成，……，第N频谱分析装置3N分别由依次连接的带通滤波器3N1、模数转换模块3N2与信号处理模块3N3构成，各频谱分析装置中的带通滤波器分别与信号分路装置2连接。其中，各带通滤波器用于对电信号调制波进行滤波，消除接收路径上的噪声及带外能量，将消除噪声及带外能量后的电信号调制波发送给其连接的模数转换模块，其通带带宽即为各自所在的频谱分析装置的频带范围，过渡带带宽以小于标识信号频率间隔的一半为最佳，其中心频率分别对应与其接收的调制波上的标识信号频段的中心频率，各带通滤波器可以分别为巴特沃斯型带通滤波器、切比雪夫型带通滤波器或贝赛尔型带通滤波器，但并不限于这几种，也可以是其他类型的带通滤波器，图3所示为本发明的带通滤波器的通带带宽与接收的标识信号的频率关系示意图；模数转换模块用于将滤波后的电信号调制波的模拟调制信号转换为数字调制信号，并对数字调制信号进行采样，将采样得到的数字调制信号发送给其连接的信号处理模块；各信号处理模块用于对采样得到的数字调制信号进行频谱分析；另外，作为附加功能，信号处理模块还可以根据预先存储的标识信号的频率与载波波长、以及标识信号的幅度与业务信号的幅度之间的对应关系，计算标识信号的载波的波长与该载波上加载的业务信号的幅度，各频谱分析装置中的信号处理单元可以采用相同或不同的结构，均可以通过现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、数字信号处理(Digital SignalProcessing，简称DSP)芯片或可编程处理器、通用微控制单元(Micro Controller Unit，MCU)或专用集成电路(Application SpecificIntergrated Circuits，ASIC)实现。

在上述***中，可按照标识信号的频带范围，通过信号分路装置将接收到的调制波分为几路后，同时利用多个频谱分析装置进行频谱分析，这样便可以成倍减少频谱分析的计算时间，并且，可以成倍降低在频谱分析过程中访问外存储器的时间，从而提高了标识信号检测***的工作效率。

图4所示为本发明标识信号检测***实施例二的结构示意图，该实施例中，光电转换装置1与信号分路装置2之间还设有信号调节装置4，用于对接收到的电信号调制波的幅度进行调节，可以为功率放大器或者衰减器，一般情况下，经过传输路径的损耗，信号的功率都会减少，为了保证信号处理单元能够正常分析标识信号，便需要对加载了标识信号的电信号调制波进行功率放大，此时，由于功率放大器中大多数附加能量都是谐波，因此，带通滤波器还应具有滤除谐波的功能。

图5所示为本发明标识信号检测方法的基本流程图，其包括以下步骤：

步骤1，光电转换装置接收到以光信号表示的调制波后，将该光信号调制波转换为电信号调制波，并发送给信号分路装置；

步骤2，信号分路装置按照其连接的频谱分析装置的频带范围，根据加载的标识信号的频率或波长，将电信号调制波分为属于各频谱分析装置的频带范围的几路后分别发送给相应的频谱分析装置；

步骤3，各频谱分析装置对分路后的各电信号调制波上加载的标识信号的频谱进行分析。

步骤3中，信号处理模块具体采用变换域分析方法，例如：DFT或者FFT方法对标识信号进行频谱分析。

对于一个采用1600个标识信号、相邻标识信号的频率间隔为20Hz、频率分辨率为1Hz的通信***，参见图2，以将加载了标识信号的调制波分为两路为例，来说明本发明的标识信号检测方法。假设第一频谱分析装置31的频带范围为107KHz～133KHz，其中，带通滤波器311的通带带宽为112KHz～128KHz，过渡带宽为107KHz～112KHz与128KHz～133KHz；第二频谱分析装置32的频带范围为139KHz～165KHz，其中，带通滤波器321的通带带宽为144KHz～160KHz，过渡带宽为139KHz～144KHz与160KHz～165KHz，为了在接收端，便于信号分路装置2根据标识信号的频率对调制波进行分路，针对该第一频谱分析装置31与第二频谱分析装置32的频带范围，可以选择将标识信号分为两组，使每组内部相邻标识信号之间的频率间隔相同，而两组之间响铃标识信号的频率间隔大于各组内部相邻标识信号之间的频率间隔，例如：选择其中800个标识信号的频率位于112KHz～128KHz区间，频率间隔为20Hz，另外800个标识信号的频率位于144KHz～160KHz区间，频率间隔为20Hz，对调制波进行浅幅度调制，将该1600个标识信号(频率分别为f1、f2、……、f1600)加载到调制波(波长分别为λ1、λ2、……、λ1600)上，加载了标识信号的调制波经过复用设备(MUX)合波后，通过传输通道传输给分光器，分光器将接收到的光信号分离一出小部分发送给本发明提供的标识信号检测***进行检测，图6所示为本发明标识信号检测方法实施例一的流程图，其包括以下步骤：

步骤601，光电转换装置1接收到分光器发送的调制波的光信号后，将该光信号调制波转换为电信号调制波发送给信号分路装置2；

步骤602，信号分路装置2接收到电信号调制波后，根据预先设置的第一频谱分析装置31的频带范围107KHz～133KHz与第二频谱分析装置32的频带范围139KHz～165KHz，按照加载的标识信号的频率，将电信号调制波分为频带范围分别为112KHz～128KHz与144KHz～160KHz两路，并分别发送给第一带通滤波器3N1与第二带通滤波器3N1；

步骤603，第一带通滤波器3N1与第二带通滤波器3N1分别对接收到的电信号调制波进行滤波，分别消除电信号调制波中的噪声以及频率分别在112KHz～128KHz与144KHz～160KHz外的信号的能量后，将电信号调制波分别发送给第一模数转换模块312与第二模数转换模块322；

步骤604，第一模数转换模块312与第二模数转换模块322分别将接收到的电信号调制波的模拟调制信号转换为数字调制信号，并根据欠采样定理，采用大于32KHz的采样率对调制信号进行采样，并将采样得到的数字调制信号分别发送给第一信号处理模块313与第二信号处理模块323；

步骤605，第一信号处理模块313与第二信号处理模块323分别采用以2为基的FFT方法对采样得到的数字调制信号中的标识信号进行分析，计算出各标识信号的频率与幅度，并根据预先存储的标识信号的频率与载波波长、以及标识信号的幅度与业务信号的幅度之间的对应关系，进一步计算出加载各标识信号的载波的波长与该载波上加载的业务信号的功率。

若采用现有技术，分析出所有标识信号的频谱所需的计算量为15×2¹⁴，而利用本发明的方法，计算量仅为14×2¹⁴，只有原来的14/15；并且，由于可以对标识信号分成两部分同时进行处理，计算时间仅仅相当于14×2¹³计算量所花费的时间，为现有技术不分路时的46％；对信号分组数更多时，计算量和计算时间都将近一步减小。比如，当分组数是4时，与不采用本方法相比，计算量减少为13/15，计算时间将减少为22％；另外，由于本发明的标识信号检测装置采用了对信号进行并行处理的结构，可以同时对几路信号进行计算，因可以同时访问外部存储器，成倍缩短了访问外存储器所用的时间，例如，在该实施例中，由于两个信号处理模块可以同时对标识信号进行处理，可以同时访问外部存储器，与现有技术相比，使得访问外部存储器的时间减少为原来的一半，从而提高了标识信号检测***的工作效率。

步骤604中，第一模数转换模块312或第二模数转换模块322也可以采用带通柰奎斯特采样定律或者柰奎斯特采样定律对调制信号进行采样。步骤605中，也可以采用其他任意基的FFT算法对采样信号中的标识信号进行分析。

若采用图3所示的标识信号检测***，则步骤601中，光电转换装置1接收到分光器发送的调制波的光信号后，将该光信号调制波转换为电信号调制波发送给信号调节装置4；信号调节装置4接收到电信号调制波后，将该电信号调制波的功率调整为预先设定的标准值，并记录功率被放大的倍数N，然后将放大后的电信号及其放大倍数N一同发送给信号分路装置2；相应的，步骤603，第一带通滤波器3N1与第二带通滤波器3N1分别对接收到的电信号调制波进行滤波时，除了消除电信号调制波中的噪声以及频率分别在112KHz～128KHz与144KHz～160KHz外的信号的能量，还要消除调制波中的谐波；步骤605中，第一信号处理模块313与第二信号处理模块323对采样信号中的标识信号进行分析，计算出各标识信号的频率与幅度后，还根据信号调节装置4对电信号调制波的功率的放大倍数消息，将计算出的标识信号的幅度除以N，求出标识信号的原有值，然后根据该原有值计算业务信号的功率。

总的有益效果：

3，由于本发明提供的标识信号检测***可以将调制波分为几路，同时对其上的标识信号进行频谱分析，与现有技术相比，成倍降低了访问外存储器的时间，从而提高了标识信号检测***的工作效率。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明作限制性理解。尽管参照上述较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这种修改或者等同替换并不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1、一种标识信号检测***，其特征在于，包括：

光电转换装置，用于将光信号调制波转换为电信号调制波；

2、根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述频谱分析装置包括：

3、根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述带通滤波器为巴特沃斯型带通滤波器、切比雪夫型带通滤波器或贝赛尔型带通滤波器。

4、根据权利要求1至3任意一项所述的***，其特征在于，还包括：

信号调节装置，分别与所述光电转换装置及所述信号分路装置连接，用于对所述电信号调制波的幅度进行调节。

5、一种标识信号检测方法，其特征在于，包括：

步骤1，将光信号调制波转换为电信号调制波；

步骤3，分别对分路后的各电信号调制波上加载的标识信号的频谱进行分析。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体为：按照频谱分析装置的频带范围，根据所述电信号调制波上加载的标识信号的波长或者频率，对所述电信号调制波进行分路。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

对所述电信号调制波进行滤波；将滤波后的电信号调制波的模拟调制信号转换为数字调制信号并采样；对采样得到的数字调制信号上加载的标识信号进行频谱分析。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，对所述标识信号进行频谱分析具体为：采用变换域分析方法对所述标识信号进行频谱分析。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，所述变换域分析方法具体为为快速傅立叶变换方法。

10、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤3之后，还执行：由分析出的标识信号的频率与幅度，根据预先存储的标识信号的频率与载波波长、以及标识信号的幅度与业务信号的幅度之间的对应关系，获知所述标识信号的载波的波长与该载波上加载的业务信号的幅度。

11、根据权利要求5、6或10所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体为：将光信号调制波转换为电信号调制波；将所述电信号调制波的幅度调节为预先设定的标准幅度。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体为：采用快速傅立叶变换方法分析所述标识信号的频率与幅度，并根据表示所述电信号调制波的幅度与所述标准幅度的比值的幅度调节比例信息、以及分析出的所述标识信号的幅度信息，计算所述标识信号的原有幅度。