CN100362780C - 一种波分复用系统增减信道的监测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及波分复用传输系统中信道增减的监测方法和装置，该方法和装置应用于具有光放大的密集波分复用(DWDM)传输系统与光分插复用(OADM)传输系统以及掺铒光纤放大器(EDFA)设备，本发明的增减信道监测装置具有结构简单、体积小巧、无需中间传输环节且响应速度快等特点，本发明的增减信道监测方法利用监测不同波长范围的技术手段，来分辨综合输入的光信道增减与线路总衰耗引起的输入光功率变化，本发明的方法和装置可以应用于掺铒光纤放大器中，也可应用于波分系统的光放大盘。
Description
技术领域
本发明涉及波分复用传输系统中信道增减的监测方法和装置，本发明的方法和装置应用于具有光放大的密集波分复用(DWDM)传输系统与光分插复用(OADM)传输系统以及掺铒光纤放大器(EDFA)设备。
背景技术
光波分复用设备以及光分插复用传输设备的信号是通过光纤传输的，出于提高传输距离、降低系统成本的考虑，EDFA作为系统中的一个重要部件起到了极其重要的作用。但是，由于EDFA具有显著的增益随输入光功率而发生变化的特点，所以在EDFA中良好的自动增益控制(AGC)性能就成为其必备的功能之一，该AGC性能严重地制约着器件以及整个传输系统传输质量的进一步提高。
然而对波分系统而言，EDFA保持恒定的增益并不是所最希望实现的唯一目标。一方面在系统传输信道的数量发生变化的时候，要求EDFA能够具有良好的瞬态性能，使其增益保持不变；另一方面，当系统随着光纤的老化、或线路状况的变化而出现光线路的衰耗变动时，为稳定系统的传输性能，又要求EDFA的增益能够跟随线路衰耗的变化而产生相应的补偿增益。但是，系统信道数量的变化或线路衰耗的变化在EDFA的输入端都反映为光功率的变化，这使得EDFA无法判断应当保持增益还是应当补偿增益。
常规的波分复用系统信道监测方法是监测每个光信道的光功率，该常规方法虽然技术简单，效果直观，但用于密集波分系统时，由于系统内所传输光信道太多，导致监测使成本过高，加之处理完所有通道的数据耗时太长，响应速度较慢，所以该方法在密集波分系统中基本没有实际运用。另一种现有技术的方法是通过光监控通道(OSC)向密集波分复用系统发送端传输在密集波分复用系统接收端监测到的信息来进行系统控制，此方法由于牵涉到系统远端、中间环节多、结构复杂且响应速度慢，因而难以在系统中实施。第三种现有技术的监测方法是利用OSC信道的光功率变化与主光通道光功率的变化关系检测出本段光线路的衰耗变化，但此方法无法感知主光通道的光信道数的变化，同时此方法易受到O5C信道发送光功率的影响，造成监测误判。第四种监测方法为利用O5C信道向密集波分复用传输系统接收端传送发送端的主光通道发送光功率来分析本段光线路衰减变化，此办法也同样无法完成对综合输入光功率下降的补偿。因此，需要一种能够区分光传输线路衰减或主光通道信道增减引起的光功率改变的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种监测密集波分复用系统光放大器输入信号的功率变化，分辨并监测其功率变化的原因及大小波分复用系统增减信道的监测方法和装置。
首先解释本发明的技术原理。本发明的监测密集波分复用系统信道增减的装置将系统设备的输入光功率分光为两到四路，其中一路直接监测其光功率的变化，另外一到三路通过具有不同波长相关损耗的光滤波器/衰耗器后再进行光功率的监测，然后将各路光功率监测信号进行光电转换，将获得的电信号放大后，进行模拟/数字(A/D)转换后送微控制器/数字信号处理器进行判断处理，以分析出是输入信号的传输光信道发生了变化还是线路衰减变化进而引起了输入光功率的变化。由于密集波分复用系统中各个信道采用不同波长的光信号，这样在由于信道增减引起总光功率改变时，不同波长范围内的光信号功率变化不同，不涉及增减信道的波长范围内光信号功率不改变，而涉及增减信号的波长范围的光信号功率会明显改变。而在光传输线路衰减引起的总光功率改变时，各个波长范围内的光信号功率的改变基本一致。由此可以判断出系统总光信号功率的变化是由信道增减引起或者由光传输线路衰减引起，从而可以进行进一步的功率控制和调节。
一种用于密集波分复用系统的信道增减监测装置，该装置包括：多个光耦合器，将输入光信号分路成为若干路光监测通道信号，其中一路光监测通道信号直接传送给光电转换器，其余各路光监测通道信号分别通过多个波长相关光滤波器/衰减器传输给光电转换器；多个波长相关光滤波器/衰减器，其每个对一路光监测通道信号进行不同光谱特性的衰减；多个光电转换器，用于将各路光监测通道信号分别进行光电转换，将光信号转变为电信号并传送给多个放大器；多个放大器，其每个将来自多个光电转换器之一的电信号进行放大，然后传送给多个模拟/数字转换器；多个模拟/数字转换器，将来自多个放大器之一的电信号进行模拟/数字转换，产生表示各路监测通道信号光功率数值的数字信号并将此数字信号传送给微控制器/数字信号处理器；微控制器/数字信号处理器对所采集的代表各路监测通道信号光功率数值的数据进行分析判断，通过各路监测通道光功率变化率是否一致来确定光功率改变是由光传输线路衰减引起或由传输光信道数量增减引起。
一种用于密集波分复用系统的信道增减监测方法，该方法包括：将输入光信号分路成为若干路光监测通道信号，其中一路直接进行光电转换，其余各路光监测通道信号分别通过不同光谱特性的波长相关滤波/衰减后进行光电转换，由光信号转变为电信号并分别进行放大，然后对各路电信号进行模拟/数字转换，产生表示各路监测通道信号光功率数值的数字信号，并将根据此数字信号代表的各路监测通道信号光功率数值的数据进行分析判断，通过各路监测通道光功率变化率是否一致来确定光功率改变是由光传输线路衰减引起或由传输光信道数量增减引起。
本发明的密集波分复用系统增减信道监测装置具有结构简单、体积小巧、无需中间传输环节且响应速度快等特点，该装置利用监测不同波长范围内经过衰耗的信号光功率的办法，来分辨综合输入的光信道增减与线路总衰耗引起的输入光功率变化。可以将其安装在EDFA模块之中，也可以安装在波分系统的光放大盘上，进而分清光放大器输入光衰耗的变化原因，再进行适当的系统或光放大器参数调整，从而实现系统的稳定传输。
附图说明
图1为本发明的波分复用系统增减信道监测装置第一实施例的示意图；
图2为本发明的波分复用系统增减信道监测装置第二实施例的示意图；
图3为本发明的波分复用系统增减信道监测装置第三实施例的示意图；
图4为本发明的波分复用系统增减信道监测装置第四实施例的示意图；
图5、6、7、8、9表示上述实施例中所使用的五种波长相关滤波器/衰减器的不同光谱特性；
图10所示为本发明波分复用系统增减信道监测装置中微控制器/数字信号处理器所执行分析判断方法的各步骤。
具体实施方式
下面结合各个附图所示的实施例详细解释本发明的技术方案。在图1至4所示的实施例中，各个附图标记所表示的结构如下：1表示光耦合器，2表示波长相关滤波器/衰耗器，3表示光电转换器，4表示放大电路，5表示模拟/数字变换器，6表示微控制器/数字信号处理器，7表示输入光信号。
图1为本发明的波分复用系统增减信道监测装置第一实施例的示意图。如图1所示，将输入光信号中提取出的一小部分光信号7用于光信道监测，该输入光信号7由三个光耦合器1分路为四路，其中一路直接送入光电转换器3进行光电变换，另外三路分别通过具有不同波长相关特性的三个波长相关光滤波器/衰耗器2后再送入光电转换器3进行光电变换，四路经过光电转换所获得的电信号分别通过四个放大电路4放大，四路放大后信号分别通过四个模拟/数字变换器5转换为数字信号，四路数字信号均送给微控制器/数字信号处理器6进行分析判断处理。
判断过程中，如果输入光信号7的功率改变由光线路衰耗引起时，上述四路光监测通道的监测信号会产生相同比例的变化；而当输入光信号7的功率改变由光通道信号增减信道引起时，由于不同的信道具有其各自特定的波长，这样通过三个不同的波长相关滤波器/衰耗器2的滤波后，各路监测通道表现出来的光功率变化就会出现差别。这样当微控制器、数字信号处理器6发现各监测通道的信号变化率一致时，则判断为输入光信号变化由光线路衰耗引起，并将未通过波长相关滤波器/衰耗器2的监测通道的监测值送出，以指示光线路衰耗的变化大小，便于进一步采取自动增益控制(AGC)控制措施；当各路监测通道的信号变化率不一致时，则判断为波分复用传输系统出现了信道的增减，将各路监测通道包括未通过波长相关滤波器/衰耗器2的监测通道的监测值均输出，以便进一步对EDFA采取自动功率控制(APC)或自动增益调整(AGA)措施。
在要求低成本并且监测精度要求不高的使用环境中，可将监测通道减少为图2、2所示的三路或图4所示的两路。
图2为本发明的波分复用系统增减信道监测装置第二实施例的示意图。如图2所示，将输入光信号中提取出的一小部分光信号7用于光信道监测，该输入光信号7先由一个光耦合器1分路为二路，其中一路直接送入光电转换器3进行光电变换，另外一路通过另一个光耦合器1分为两路，分别通过具有不同波长相关特性的两个波长相关光滤波器/衰耗器2后再送入光电转换器3进行光电变换，三路经过光电转换所获得的电信号分别通过三个放大电路4放大，放大后信号分别通过三个模拟/数字变换器5转换为数字信号，再送微控制器/数字信号处理器6进行分析判断处理。
判断过程中，如果输入光信号7的功率改变由光线路衰耗引起时，上述四路光监测通道的监测信号会产生相同比例的变化；而当输入光信号7的功率改变由光通道信号增减信道引起时，由于不同的信道具有其各自特定的波长，这样通过不同的波长相关滤波器/衰耗器2的滤波后，各路监测通道表现出来的光功率变化就会出现差别。这样当微控制器、数字信号处理器6发现各监测通道的信号变化率一致时，则判断为输入光信号变化由光线路衰耗引起，并将未通过波长相关滤波器/衰耗器2的监测通道的监测值送出，以指示光线路衰耗的变化大小，便于进一步采取自动增益控制(AGC)控制措施；当各路监测通道的信号变化率不一致时，则判断为波分复用传输系统出现了信道的增减，将各路监测通道包括未通过波长相关滤波器/衰耗器2的监测通道的监测值均输出，以便进一步对EDFA采取自动功率控制(APC)或自动增益调整(AGA)措施。
图3为本发明的波分复用系统增减信道监测装置第三实施例的示意图。图3技术方案与图2技术方案的区别仅仅在于：首先利用一个光耦合器1将输入光信号7分为两路，其中一路经过波长相关滤波器/衰减器2，另一路再由另一个光耦合器1再次分为两路，其中一路直接输出给光电转换器3，另一路也经过波长相关滤波器/衰减器2。图3技术方案的其余部分均与图2技术方案相同，并且判断过程所使用的判断准则也都相同。
图4为本发明的波分复用系统增减信道监测装置第四实施例的示意图。该第四实施例尤其用于低成本和精度要求不高的使用环境。如图4所示，输入光信号7经过一个光耦合器1分路为两路，其中一路直接送给光电转换器3，另一路经过波长相关滤波器/衰减器2后送给光电转换器3。图4所示实施例的其它结构部分与图1至3所示类似，其中微控制器/数字信号处理器6的判断准则和步骤也与上述实施例相同，在此不重复描述。
图5、6、7、8、9表示可供上述实施例中所使用的几种波长相关滤波器/衰减器的不同光谱特性。为在信道增减情况下能够监测出不同波长范围的光信号功率的不同改变，在本发明的监测装置中需要使用不同的波长相关滤波器/衰减器。
在图1所示的使用三个波长相关滤波器/衰减器的技术方案中，可以从图5至9所示的波长相关滤波器/衰减器中任意选择三种使用，最佳选择方式为图5、6两种波长相关滤波器/衰减器或图7、8两种波长相关滤波器/衰减器再搭配任何另外一种波长相关滤波器/衰减器结合使用。
在图2、3所示的使用两个波长相关滤波器/衰减器的技术方案中，最佳方式为搭配使用图5、6所示波长相关滤波器/衰减器，或搭配使用图7、8所示的波长相关滤波器/衰减器。
在上述波长相关滤波器/衰耗器中，图7、8所示的波长相关滤波器/衰减器可视为图9所示波长相关滤波器/衰减器在Δ取为大于32nm时的特例。图9中Δ的取值范围为0.8nm～60nm，α的取值范围为2dB～25dB。本领域技术人员应当注意，如果在本发明的同一个信道增减监测装置中采用两个或两个以上的具有图9所示光谱特性的波长相关滤波器/衰耗器时，各个波长相关滤波器/衰减器的光谱特性必须具有不同Δ值，或用具有相同Δ值而峰值波长相互错开，以便对不同的波长范围监测通道获得不同的光谱监测特性。
如果采用光谱特性为图5至8所示的波长相关滤波器/衰耗器时，则应避免在同一监测装置中采用相同或相似光谱特性的波长相关滤波器/衰耗器。即本发明同一监测装置中的波长相关滤波器或衰耗器的光谱特性必须互不相同。
本发明的密集波分复用系统增减信道监测方法的核心为区分监测输入监测光信号，使其分为直接对光功率变化监测以及对通过了具在不同的波长具有不同衰耗特性的波长相关光滤波器/衰减器的光功率变化进行监测，使通过了波长相关滤波器/衰耗器的监测光信号在出现光信道数量变化时其光功率的变化率表现出与直接监测光信号光功率变化不一致的特性，由此分辨出信道数量改变引起的光信号功率变化和光线路衰减引起的光信号功率变化。图10为本发明的波分复用系统监测方法的各步骤示意图，如图10所示，本发明方法的判断与分析处理步骤具体如下：“初始化监测分析流程”，此步骤中微控制器/数字信号处理器6需要记录和保存来自各个模拟/数字转换器5的各个监测通道光信号功率数值；“采集各光功率监测通道的监测数据并输出直通监测通道的监测值”，此步骤中需要微控制器/数字信号处理器6采集来自各个模拟/数字转换器5的各个监测通道光功率的实时数据；“取出保存的以前的各监测通道监测值”，此步骤中需要微控制器/数字信号处理器6读取所保存各个监测通道光功率数据的初始数值；“各监测通道光功率发生变化？”，此步骤中微控制器/数字信号处理器6将采集的各监测通道光功率实时数据与所保存的初始数值进行比较，并判断各个监测通道光功率数值是否有改变；“计算各监测通道的光功率变化率”，此步骤中的光功率变化率是指变化后光功率与变化前光功率的差值与变化后或变化前的光功率的比值，此步骤中需要微控制器/数字信号处理器6计算出各个监测通道的光功率的变化率；“线路衰耗发生了变化”，如果上一个步骤中判断各监测通道的光功率变化率一致，则微控制器/数字信号处理器6判断光功率变化由光传输线路的线路衰耗改变所引起；“传输光信道数发生了变化”，如果上一个步骤中判断各监测通道的光功率变化率不一致，则微控制器/数字信号处理器6判断光功率变化由传输光信道增减引发；“保存各监测通道的监测值”，在此步骤中需要微控制器/数字信号处理器6将此刻的各监测通道的光信号功率数值保存，以便后续监测过程中使用。
Claims (5)
1.一种用于密集波分复用系统的信道增减监测装置，该装置包括：
光耦合器，将输入光信号分路成为若干路光监测通道信号，其中一路光监测通道信号直接传送给光电转换器，其余各路光监测通道信号分别通过多个波长相关光滤波器/衰减器传输给光电转换器；
波长相关光滤波器/衰减器，其每个对一路光监测通道信号进行不同光谱特性的衰减；
多个光电转换器，用于将各路光监测通道信号分别进行光电转换，将光信号转变为电信号并传送给多个放大器；
多个放大器，其每个将来自多个光电转换器之一的电信号进行放大，然后传送给多个模拟/数字转换器；
多个模拟/数字转换器，将来自多个放大器之一的电信号进行模拟/数字转换，产生表示各路监测通道信号光功率数值的数字信号并将此数字信号传送给微控制器/数字信号处理器；
微控制器/数字信号处理器对所采集的代表各路监测通道信号光功率数值的数据进行分析判断，通过各路监测通道光功率变化率是否一致来确定光功率改变是由光传输线路衰减引起或由传输光信道数量增减引起，所述分析判断过程具体包括：初始化监测分析流程，此步骤中微控制器/数字信号处理器需要记录和保存来自各个模拟/数字转换器的各个监测通道光信号功率数值；采集各光功率监测通道的监测数据并输出直通监测通道的监测值，此步骤中需要微控制器/数字信号处理器采集来自各个模拟/数字转换器的各个监测通道光功率的实时数据；取出保存的以前的各监测通道监测值，此步骤中需要微控制器/数字信号处理器读取所保存各个监测通道光功率数据的初始数值；各监测通道光功率是否发生变化，此步骤中微控制器/数字信号处理器将采集的各监测通道光功率实时数据与所保存的初始数值进行比较，并判断各个监测通道光功率数值是否有改变；计算各监测通道的光功率变化率，所述光功率变化率是指变化后的光功率与变化前光功率的差值与变化后或变化前的光功率的比值，此步骤中需要微控制器/数字信号处理器计算出各个监测通道的光功率的变化率；线路衰耗发生了变化，如果判断各监测通道的光功率变化率一致，则微控制器/数字信号处理器判断光功率变化由光传输线路的线路衰耗改变所引起；传输光信道数发生了变化，如果判断各监测通道的光功率变化率不一致，则微控制器/数字信号处理器判断光功率变化由传输光信道增减引发；保存各监测通道的监测值，在此步骤中需要微控制器/数字信号处理器将此刻的各监测通道的光信号功率数值保存，以便后续监测过程中使用。
2.根据权利要求1的所述信道增减监测装置，其特征在于：所述光耦合器为三个，所述波长相关光滤波器/衰减器为三个，所述多个光电转换器为四个，所述多个放大器为四个，所述多个模拟/数字转换器为四个。
3.根据权利要求1的所述信道增减监测装置，其特征在于：所述光耦合器为两个，所述波长相关光滤波器/衰减器为两个，所述多个光电转换器为三个，所述多个放大器为三个，所述多个模拟/数字转换器为三个。
4.根据权利要求1的所述信道增减监测装置，其特征在于：所述光耦合器为一个，所述波长相关光滤波器/衰减器为一个，所述多个光电转换器为二个，所述多个放大器为二个，所述多个模拟/数字转换器为二个。
5.一种用于密集波分复用系统的信道增减监测方法，该方法包括：
将输入光信号分路成为若干路光监测通道信号，
其中一路直接进行光电转换，其余各路光监测通道信号分别通过不同光谱特性的波长相关滤波/衰减后进行光电转换，由光信号转变为电信号，
对所获得各路电信号分别进行放大，
对放大后的各路电信号进行模拟/数字转换，产生表示各路监测通道信号光功率数值的数字信号，
根据此数字信号代表的各路监测通道信号光功率数值的数据进行分析判断，通过各路监测通道光功率变化率是否一致来确定光功率改变是由光传输线路衰减引起或由传输光信道数量增减引起，
所述分析判断步骤具体包括：
初始化监测分析流程，此步骤中微控制器/数字信号处理器需要记录和保存来自各个模拟/数字转换器的各个监测通道光信号功率数值；
采集各光功率监测通道的监测数据并输出直通监测通道的监测值，此步骤中需要微控制器/数字信号处理器采集来自各个模拟/数字转换器的各个监测通道光功率的实时数据；
取出保存的以前的各监测通道监测值，此步骤中需要微控制器/数字信号处理器读取所保存各个监测通道光功率数据的初始数值；
各监测通道光功率是否发生变化，此步骤中微控制器/数字信号处理器将采集的各监测通道光功率实时数据与所保存的初始数值进行比较，并判断各个监测通道光功率数值是否有改变；
计算各监测通道的光功率变化率，所述光功率变化率是指变化后的光功率与变化前光功率的差值与变化后或变化前的光功率的比值，此步骤中需要微控制器/数字信号处理器计算出各个监测通道的光功率的变化率；
线路衰耗发生了变化，如果判断各监测通道的光功率变化率一致，则微控制器/数字信号处理器判断光功率变化由光传输线路的线路衰耗改变所引起；
传输光信道数发生了变化，如果判断各监测通道的光功率变化率不一致，则微控制器/数字信号处理器判断光功率变化由传输光信道增减引发；
保存各监测通道的监测值，在此步骤中需要微控制器/数字信号处理器将此刻的各监测通道的光信号功率数值保存，以便后续监测过程中使用。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080116 Termination date: 20190830 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |