專利名稱：光信號的監(jiān)測的制作方法
光信號的監(jiān)測本發(fā)明涉及在WDM光電信網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)測光信號。已知的WDM光電信網(wǎng)絡(luò)包括發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)，用于在其間 發(fā)送和接收光信號。在密集波分復(fù)用(DWDM)電信網(wǎng)絡(luò)的情況中，發(fā) 送節(jié)點(diǎn)包括用于生成多個信號的多個激光器，每個信號對應(yīng)于要發(fā)送 到接收節(jié)點(diǎn)的特定信道。在發(fā)送節(jié)點(diǎn)中，每個信號輸入復(fù)用器以產(chǎn)生 輸入單個光纖的一個寬帶信號。然后，寬帶信號可被輸M送節(jié)點(diǎn)中 的摻鉺光纖放大器(EDFA)以發(fā)送到可能位于數(shù)千公里之外的接收節(jié) 點(diǎn)。從EDFA發(fā)出的寬帶信號的一小部分光功率可能凈皮輸入發(fā)送節(jié)點(diǎn) 的功率監(jiān)測單元(PMU)。 PMU測量寬帶信號中的多個信號中每一個的 平均功率。要測量光信噪比(OSNR)，可以測量一個信號的平均功率， 并且與在頻鐠中與該信號直接相鄰的平均噪聲功率比較。然后可以計(jì) 算OSNR的測量值。多個信號中每一個的OSNR可用于提供傳送光信號的光纖的惡化 狀態(tài)的指示。PMU通常是在機(jī)架上安裝的卡并且可能由于使用的昂貴 光電組件而成本高達(dá)￡10,000 。如果發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離大于例如80公里，可能在它們之 間需要中間節(jié)點(diǎn)以維持寬帶信號的功率。中間節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)均具有 EDFA以放大寬帶信號并且可能配備PMU以確定功率和計(jì)算多個信號 中每一個的OSNR。如果發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)相隔數(shù)千公里，可能需 要幾十個中間節(jié)點(diǎn)。各個節(jié)點(diǎn)中的每個EDFA增大多個信號中每一個 的功率以克服傳輸光纖和光組件中的損耗，但也會增大整體噪聲水 平。監(jiān)測光信號的功率的先有方法和隨后的OSNR計(jì)算有幾個問題。
這樣的計(jì)算依賴于特定信號內(nèi)的噪聲水平與和該信號直接相鄰的光頻 率上的噪聲水平相同的假設(shè)。此假設(shè)是近似而事實(shí)并不一定如此，這可能導(dǎo)致不精確的OSNR計(jì)算。此外，使用每個中間節(jié)點(diǎn)的PMU確 定多個信號中每一個的功率是成本十分高昂的方法。在需要許多中間 節(jié)點(diǎn)時尤其如此，例如在接收節(jié)點(diǎn)距發(fā)送節(jié)點(diǎn)3000公里時。下面將說明帶有上述缺點(diǎn)的監(jiān)測光信號功率的先前已知方法和隨 后的OSNR計(jì)算的實(shí)例。具體地說，EP 1376899(Alcatel)依賴于光信號限于窄電子帶寬的假 設(shè)，而噪聲出現(xiàn)在寬得多的范圍上。因此，電子濾波允許對兩個組件 進(jìn)行獨(dú)立測量以體現(xiàn)OSNR。這并不十分精確，因?yàn)閷?shí)際測量的未濾 波噪聲值會在頻譜上從信號頻率移除。因此無法得到真正"相同波長，， OSNR。此引述的方法與本發(fā)明的不同之處在于，本發(fā)明提供在所關(guān) 注波長(頻率)上對OSNR的直接測量。此外，沒有關(guān)于如何測量或計(jì) 算在特定所關(guān)注頻率上的OSNR的公開。沒有提到使用單一信道的最 大或最小光功率電平來計(jì)算或獲得該特定信道的OSNR測量值。EP 0762677(Fujitsu)是使用解復(fù)用光柵饋給光電二級管陣列獲取 指示OSNR測量值的已知方法的實(shí)例。所述方法把信道的光信號和與 該信道相鄰的噪聲分量進(jìn)行比較。(參見關(guān)于

圖1的第7頁第31至33 行)，因此這個方法具有與上述相同的不精確性。US 6396051(Sycamore)也涉及通過測量信道的功率和與所關(guān)注信 道相鄰的信道的噪聲功率來測量OSNR的傳統(tǒng)方法，(參見第7欄、式 2、第27至28行)。所引述專利的設(shè)備還需要可調(diào)諧濾波器來分離信 道功率測量值和噪聲，如第9欄笫36至42行所述。US 2003/161163(Lambda Crossing Ltd.)也涉及測量OSNR的傳統(tǒng) 方法，但涉及極其復(fù)雜和高成本的分路器和可調(diào)諧濾波器配置以允許 對多個光參數(shù)的測量，如第6頁第71段所述和式1所示。在式1中， Sj是特定濾波器調(diào)諧到的光信號，而Sj是所關(guān)注信道中的其它光信 號。這表示不測量特定信道中的噪聲功率，而只測量鄰近信道的噪聲 功率。所有上述先有已知方法都是測量OSNR的高成本不精確方法。本發(fā)明的一個目的是提供比其它已知方法和設(shè)備的精確度更高和 實(shí)現(xiàn)成本更低的、用于測量光信號的光信噪比的方法和設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供如所附權(quán)利要求所述的采用具有權(quán) 利要求中所述特征的光電二極管的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供如所附權(quán)利要求所述的采用具有權(quán) 利要求中所述特征的光電二極管的方法。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供如所附權(quán)利要求所述的采用如所附 權(quán)利要求所述的設(shè)備的WDM電信系統(tǒng)。本發(fā)明的設(shè)備和方法提供了監(jiān)測WDM電信系統(tǒng)的光信號的簡易 方法，可用于測量系統(tǒng)的發(fā)送節(jié)點(diǎn)、中間節(jié)點(diǎn)或接收節(jié)點(diǎn)處的OSNR。 光電二極管的成本在幾十英磅范圍內(nèi)并且與成本可能為￡10,000或更 多的先有電信網(wǎng)絡(luò)的功率監(jiān)測單元(PMU)相比是較為便宜的。根據(jù)本發(fā)明，光信噪比(OSNR)通過獲得相同光頻率的選定信道中 光信號的最大光功率(Pi)和最小光功率(Po)的值來計(jì)算。最大光功率(&) 代表信號光功率(&)和噪聲光功率(Po)的和，而最小光功率(Po)只代表噪 聲光功率。然后可以計(jì)算OSNR以確定光信號的質(zhì)量。這使得能夠利 用比先有已知技術(shù)改進(jìn)的計(jì)算OSNR的方法。這是因?yàn)闇y量的最大和 最小光功率值(P！和Po)包括與光信號相同的光頻率上的光噪聲功率， 與計(jì)算OSNR的先有方法相反。光電二極管的響應(yīng)時間最好短于二十二個比特周期，這允許光信 號抽樣在一行中包括二十二個邏輯1。通常，如果一行中有超過二十 二個邏輯l，光信號會^皮WDM系統(tǒng)加擾。所述或每個光電二極管的 響應(yīng)時間代表允許光電二極管測量光信號功率的時間間隔。在理論 上，光電二極管應(yīng)具有小于光信號的半個比特周期的數(shù)量級的響應(yīng)時 間。但是，這樣的光電二極管要比響應(yīng)時間在光信號的二分之一比特 周期與光信號的二十二個比特周期之間的優(yōu)選實(shí)際范圍內(nèi)的光電二極
管昂貴得多。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述或每個光電二極管的響應(yīng)時間在 光信號的二分之一比特周期與光信號的五個比特周期之間。這樣的優(yōu)選響應(yīng)時間允許具有歸零(RZ)數(shù)據(jù)格式的光信號的有效抽樣。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在一個或多個節(jié)點(diǎn)中設(shè)置具有光輸出的光放大器并且在放大器的光輸出端設(shè)置光電二極管?？稍O(shè)置濾光器以使得能夠使用濾光器選擇特定光信號。這樣的濾光器允許測量具有多個光信號的WDM系統(tǒng)的選定信號(60)的功率。此濾光器對DWDM系統(tǒng)是特別有用的部件。濾光器的優(yōu)選形式是薄膜濾光器。本發(fā)明使得能夠經(jīng)由WDM系統(tǒng)的單個信道監(jiān)測來自多個節(jié)點(diǎn)的 光信號。這代表監(jiān)測WDM系統(tǒng)的低成本方法。在WDM系統(tǒng)中有許 多用于放大信號的中間節(jié)點(diǎn)時以及在發(fā)送節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)相隔甚遠(yuǎn)時 尤其如此。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種包括帶有光電二極管的節(jié)點(diǎn)的 WDM電信系統(tǒng)，所述光電二極管的響應(yīng)時間短于節(jié)點(diǎn)的光信號的二 十二個比特周期，其中光電二4及管具有測量部件以測量節(jié)點(diǎn)的光信號 的最大和最小光功率，并且提供了計(jì)算部件以計(jì)算光信噪比。 現(xiàn)在將通過實(shí)例，參照附圖來描述本發(fā)明，其中 圖1是結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的光信號監(jiān)測的WDM電信系統(tǒng)的示意圖。圖2是說明對圖1的電信網(wǎng)絡(luò)中的一個信道的光信號的測量的示 意圖。圖3是在一系列的九個中間節(jié)點(diǎn)上測量的特定信號的OSNR的圖 解表示。參照圖1,示出WDM電信系統(tǒng)的示意圖，總體標(biāo)為10，結(jié)合了 用于監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的選定傳輸信道中的光信號(60)的功率的設(shè)備(9)。電信 系統(tǒng)10可使用密集WDM(DWDM)或粗略WDM(CWDM)或用于通過 單個光纖同時傳輸多個波長(X)的任何其它技術(shù)、如光碼分復(fù)用(OCDM) 來工作。DWDM是指例如波長間隔為200GHz、 100GHz、 50GHz或 25GHz的傳輸，而CWDM是指例如波長間隔為2500GHz的傳輸。光電信系統(tǒng)10包括發(fā)送節(jié)點(diǎn)12、 *接收節(jié)點(diǎn)14以及中間節(jié)點(diǎn)16。 接收節(jié)點(diǎn)14與發(fā)送節(jié)點(diǎn)12相距160公里，中間節(jié)點(diǎn)16大約位于它們 中間。發(fā)送節(jié)點(diǎn)12包括用于發(fā)送光信號的標(biāo)為Ti-Tn的一系列激光器 18，復(fù)用器20和摻鉺光纖放大器(EDFA)22。激光器的數(shù)量(n)對應(yīng)于 要發(fā)送到接收節(jié)點(diǎn)14的信道數(shù)量。來自激光器18的信號被輸入復(fù)用 器20,復(fù)用器20經(jīng)由單個光纖24將寬帶信號輸出到EDFA22。發(fā)送 節(jié)點(diǎn)12的EDFA22輸出至中間節(jié)點(diǎn)16。中間節(jié)點(diǎn)16包括相應(yīng)的EDFA 26,用于放大來自發(fā)送節(jié)點(diǎn)12的寬帶信號。中間節(jié)點(diǎn)16又輸出至接 收節(jié)點(diǎn)14:接收節(jié)點(diǎn)14包括相應(yīng)的EDFA28、解復(fù)用器30和標(biāo)為R！ -Rn的一系列接收單元32。接收單元的數(shù)量(n)對應(yīng)于要從發(fā)送節(jié)點(diǎn)12 接收的信道數(shù)量(n)(前提是鏈路中間未發(fā)生不對稱添加/丟失)。接收單 元14的EDFA28放大來自中間節(jié)點(diǎn)16的寬帶信號并且輸出至解復(fù)用 器30。解復(fù)用器30又輸出至接收單元32。每個EDFA22、 26、 28具有已知的光抽頭34、 36、 38,通常從相 關(guān)EDFA 22 、 26 、 28輸出約1 %到5%的光功率用于功率測量目的。EDFA 22、 28的光抽頭34、 38輸出至已知類型的相應(yīng)功率監(jiān)測單元(PMU) 40、 42。 PMU 40、 42測量(n)個不同信道中每一個的平均功率，并且 提供反饋以用于控制激光器18的功率，并且用于控制經(jīng)由相應(yīng)控制線 44、 46要求的接收器32的特性。EDFA22、 26、 28的光抽頭34、 36、 38中的每一個均配備相應(yīng)的薄膜濾光器(TFF)48、 50、 52,把選定信道 的部分光功率轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的光電二極管54、 56、 58，用于根據(jù)本發(fā)明 的光功率測量。應(yīng)該理解，雖然示出TFF48、 50、 52， ^f旦是可以使用 其它基于解復(fù)用器的可調(diào)諧濾光器或光柵來執(zhí)行與TFF48、 50、 52相 同的功能。TFF48、 50、 52中的每一個按要求固定到特定信道以用于 監(jiān)測該信道的光信號。技術(shù)人員將知道為特定信道指定這種TFF 48、 50、 52的要求。圖2是說明對圖1的電信網(wǎng)絡(luò)中的一個信道的光信號60的測量的 示意圖。光信號60具有不歸零(NRZ)數(shù)據(jù)格式。光信號60代表由特定 TFF48、 50、 52選擇的信道，使得光信號監(jiān)測可由特定光電二極管54、 56、 58執(zhí)行。光電二極管54、 56、 58具有預(yù)定義響應(yīng)，使得入射光 功率產(chǎn)生給定光電流。因此，光電流的測量提供入射光功率的測量值。 光電流可使用構(gòu)成測量光功率的測量部件的電表來測量。光信號60是 由系統(tǒng)10的激光器18之一發(fā)送的典型信號，并且包括一般地標(biāo)為62 的一系列比特。每個比特62具有比特周期tb,對于10Gb/s的光信號， 它的持續(xù)時間為O.lns。每個光電二極管54、 56、 58進(jìn)行的光信號60 的功率測量由圖2中的線條64表示，它表示光電二極管54、 56、 58 的響應(yīng)時間tR。響應(yīng)時間tR是光電二極管的屬性并且取決于(除其它因 素之夕卜)光電二極管的材料的載流子壽命。在圖2中，tR被表示為大約 是光信號60的比特周期tb的三分之一。tR的適當(dāng)時間長度對于10Gb/s 光信號應(yīng)當(dāng)是大約10-30ps。在圖2中，可以看到，光信號60 —行包括兩個邏輯1和三個邏輯 0。因此，如果光電二極管48、 56、 58的響應(yīng)時間稍長于比特周期， 則光信號的最大功率(Pi)和最小功率(Po)測量仍可實(shí)現(xiàn)，即使較不頻 繁?？梢詫庑盘柍闃拥墓怆姸O管48、 56、 58的響應(yīng)時間的限制是 光信號60將在一行中有許多邏輯1和0的統(tǒng)計(jì)概率的函數(shù)。對此限制 的一個警告是，在一行中出現(xiàn)超過二十二個邏輯1時，WDM系統(tǒng)則 對信號加擾。應(yīng)該理解， 一行中二十二個邏輯1出現(xiàn)得相對較少并且 測量光信號(60)的最大和最小功率(P!和Po)只是纟艮少實(shí)現(xiàn)。功率測量的 時間長度的合理折衷是短于光信號60的五個比特周期的最大響應(yīng)時 間。雖然圖2示出具有NRZ數(shù)據(jù)格式的光信號60,但是應(yīng)該理解， 本發(fā)明適合具有歸零(RZ)數(shù)據(jù)格式的光信號，條件是tR相應(yīng)地較短。 這樣的響應(yīng)時間應(yīng)短于半個比特周期。光電二極管54、 46、 48通過記錄信號60的高光功率(P!)和低光功 率(Po)來測量光信號60的光信噪比(OSNR)。高光功率(PO代表組合的 光信號功率和光噪聲功率，而低光功率(Po)代表光噪聲的功率。隨后計(jì) 算比率(PrPo)/Po，并且這是OSNR的量度。噪聲光功率總是出現(xiàn)在給 定信道中，因?yàn)镋DFA22、 26、 28中的噪聲的衰減壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于比特 周期V光噪聲功率通常在幾微秒內(nèi)衰減，而對于10Gb/s信號，信號 功率在一納秒的幾分之幾內(nèi)衰減。如果選擇TFF48、 50、 52來監(jiān)測包 括無信號的信道的特定波段部分，光電二極管54、 56、 58可用于監(jiān)測 該波段內(nèi)的噪聲功率。在接收節(jié)點(diǎn)14距離發(fā)送節(jié)點(diǎn)12數(shù)千公里的情況下，可能有幾十 個均具有EDFA26的中間節(jié)點(diǎn)16。在這種情況下，每個信道的光功率 可在每個中間節(jié)點(diǎn)16測量，以提供監(jiān)測光電信系統(tǒng)10的方法。圖3 是在一系列九個中間節(jié)點(diǎn)上測量的特定信號的OSNR的圖形表示，示 于66。 OSNR沿y軸測量并且節(jié)點(diǎn)號N沿x軸測量。每個光電二極管 測量的OSNR可發(fā)送至接收節(jié)點(diǎn)14,其中它可被繪制為曲線66。此類 傳輸可以經(jīng)由WDM系統(tǒng)的專用信道執(zhí)行。從曲線66可以看到，在第 4個中間節(jié)點(diǎn)16出現(xiàn)光性能下降，這可能是因?yàn)榈?或第5個中間節(jié) 點(diǎn)16故障或它們之間的傳輸線路故障。因此，可以派遣工程師修正該 問題。通過這種方式，可以見到，光電二極管54、 56、 58為監(jiān)測電信系 統(tǒng)10以及測量光功率和計(jì)算OSNR提供了簡易方法。因此，在信號質(zhì) 量下降時可以發(fā)出告警。相對于PMU 40、 42，光電二極管比較便宜 并且因此實(shí)現(xiàn)起來成本低得多。在發(fā)送節(jié)點(diǎn)12與接收節(jié)點(diǎn)14距離甚 遠(yuǎn)而需要許多中間節(jié)點(diǎn)16時尤其如此。應(yīng)該理解，根椐本發(fā)明的光域中OSNR的計(jì)算與先有技術(shù)中已知 的確定接收器32的電信噪比不同。
權(quán)利要求
1.用于在WDM電信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)(12、14、16)處監(jiān)測光信號(60)的光功率的設(shè)備(10)，其特征在于，提供光電二極管(54、56、58)以用于測量選定信道中的光信號(60)的光信噪比(OSNR)，所述光電二極管(54、56、58)具有短于光信號(60)的二十二個比特周期的響應(yīng)時間，并且可用于測量光信號(60)的最大(P1)和最小(P0)光功率并從其中計(jì)算選定信道中的光信號與光噪聲之比(OSNR)。
2. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，所述光電二極管具有 在光信號(60)的二分之一比特周期與光信號(60)的二十二個比特周期 之間的響應(yīng)時間。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述光電二極管 具有在光信號的二分之一比特周期與光信號(60)的五個比特周期之間 的響應(yīng)時間。
4. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，所述光電二極管(54、 56 、 58)具有小于信號(60)的半個比特周期的響應(yīng)時間。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述或 每個節(jié)點(diǎn)(12、 14、 16)配備具有光輸出的光放大器(22、 24、 26)，并且 在所述放大器(22、 24、 26)的光輸出處設(shè)置所述光電二極管。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述光 電二極管(54、 56、 58)具有濾光器(48、 50、 52)以允許測量所述WDM 系統(tǒng)(10)的特定光信號(60)的功率。
7. 如權(quán)利要求6所迷的設(shè)備，其特征在于，所述濾光器(48、 50、 52)是薄膜濾光器。
8. —種具有配備按照權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的設(shè)備的一個或多 個節(jié)點(diǎn)的WDM光通信網(wǎng)絡(luò)。
9. 一種配備按照權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的設(shè)備的WDM光通信 網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。
10. —種在具有多個節(jié)點(diǎn)(12、 14、 16)的WDM光電信系統(tǒng)(10)中 監(jiān)測光信號(60)的方法，所迷節(jié)點(diǎn)(12、 14、 16)中至少一個具有用于測 量光信號(60)的光功率的測量部件，其特征在于以下步驟(a) 提供具有光電二極管(54、 56、 58)的測量部件以用于測量相同 傳輸信道中的光信號(60)的光功率和光噪聲，所述光電二極管(54、 56、 58)具有短于光信號的二十二個比特周期的響應(yīng)時間；(b) 測量光信號的最大光功率(Pi);(c) 測量所述相同信道中的光信號的最小光功率(Po);以及(d) 使用最大(P!)和最小(Po)光功率值計(jì)算選定信道的光信噪比 (OSNR)。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述光電二極管具有小于半個比特周期的響應(yīng)時間。
12. 如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，還包括以下 步驟為所述節(jié)點(diǎn)(12、 14、 16)配備具有光輸出的光放大器(22、 26、 28)，其中所述光電二極管(54、 56、 58)設(shè)置在所述放大器的光輸出處。
13. 如權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還 包括以下步驟(a) 提供濾光器(48、 50、 52);(b) 使用所述濾光器選擇特定光信號(60);測量所述特定光信號的 最大和最小光功率；以及(c) 計(jì)算選定信道光信號的光信號與光噪聲之比(OSNR)。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述濾光器(48、 50、 52)是薄膜濾光器。
15. 如權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在 每個節(jié)點(diǎn)設(shè)置光電二極管，并且至少一個節(jié)點(diǎn)處的光信號(60)的光信 噪比(0SNR)被遠(yuǎn)程測量并且與來自所述多個節(jié)點(diǎn)(12、 14、 16)中的所 述節(jié)點(diǎn)(12、 14、 16)的光信號的光信噪比進(jìn)行比較。
16. 如權(quán)利要求10至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還 包括以下步驟經(jīng)由所述WDM系統(tǒng)的選定信道監(jiān)測來自所述多個節(jié) 點(diǎn)(12、 14、 16)的光信號(60)。
全文摘要
一種利用光電二極管(54、56、58)在WDM電信系統(tǒng)10中的節(jié)點(diǎn)(12、14、16)處監(jiān)測光信號60的設(shè)備和方法。每個光電二極管(54、56、58)具有相對于光信號的多個比特周期的短響應(yīng)時間以允許測量其光功率。此類光電二極管(54、56、58)可用于監(jiān)測系統(tǒng)10中的許多節(jié)點(diǎn)(12、14、16)并且便于監(jiān)測相隔很遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)中的光信號。光電二極管(54、56、58)還允許通過獲得特定光信號60的最大光功率P₁和最小光功率P₀的值計(jì)算光信號60的光信噪比(OSNR)。
文檔編號H04B10/077GK101103561SQ200580046698
公開日2008年1月9日 申請日期2005年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月17日
發(fā)明者A·斯特勞, M·F·C·斯蒂芬斯, R·R·佩克哈姆, S·佩格 申請人:愛立信股份有限公司