CN101015153A - 波分复用（wdm）光解复用器 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于波分复用WDM光辐射的光解复用器(13，30)，其中，WDM辐射包括在波长谱上分隔开的多个波长信道(Ch1...Ch16)，所述解复用器用于将WDM辐射分离成单个的波长信道。解复用器包括第一解复用器(12)，用于将WDM辐射分成多个子波段(Ch1...Ch4，Ch5...Ch8，Ch9...Ch12，Ch13...Ch16)，每一个子波段包括多个相邻的波长信道，多个子波段中的每一个出现在解复用器(12)的相应输出端上(13)；和一个或多个解复用器装置(30)，用于将每一个子波段分离成单个的波长信道，这些波长信道中的每一个出现在相应输出端(20)上，并且特征在于：该解复用器装置(30)或每一个解复用器装置(30)包括光放大器(15)，用于以光学方式放大子波段的所有信道；解复用器(16)，用于分离该子波段的信道，以便每一个信道出现在相应输出端(20)上；功率监控装置(18)，用于在相应输出端上测量每一个波长信道(Ch1...Ch4)的输出功率(P1...P4)；和控制装置(34)，用于根据每一个波长信道的所测量的功率来控制光放大器(15)的操作，例如，将每一个波长信道的功率控制到预定功率电平。

Description

波分复用（WDM）光解复用器
本发明涉及波分复用(WDM)光解复用器(DEMUX)和结合所述解复用器的光插分复用器(OADM)节点。更特别地，但不是排他地，本发明涉及在METRO(城域)网中使用的OADM。
已知的是，WDM光网络包括多个节点，这些节点通过用于引导WDM光信号的光波导装置(典型地，光纤)互联。在每一个节点上，能够插入或分出一个或多个选择的波长信道，以基于该波长信道在结点之间提供WDM光信号的路由。
一种常常被称为环形配置的网络拓扑是一种在其中通过光纤以点到点串行方式在完整环或环形配置内连接节点的拓扑。在每一个节点上，使用光插分复用器(OADM)向互联网络节点的传输光纤所引导的WDM辐射插入所选择的波长信道(或多个波长信道)或从所述WDM辐射分出所选择的波长信道(或多个波长信道)。
一种已知的OADM包括解复用和复用模块。解复用模块将来自网络的WDM信号分离(解复用)成单个的波长信道或相邻波长信道(子波段)组，它们然后出现在该模块的相应输出(DROP)端口上。典型地，解复用模块包括光纤滤波器(DROP滤波器)阵列，复用模块包括一个或多个ADD滤波器。复用模块用于复用提供到其输入(ADD)端口的波长信道。使用这种OADM，当希望光学方式地将一个或多个所选择的波长信道传送通过该节点(直通信道)时，使用光纤插接线(patchcord)(一段光纤)将解复用模块的适当光学DROP端口(或多个端口)连接到复用模块的相应光ADD端口(或多个端口)。这种OADM的主要局限是：与光发射机直接生成的插入到该节点的其它波长信道相比，在用于直通信道(直通信道必须传送通过许多DROP滤波器)的路径中滤波器损耗的总和降低了到直通信道ADD滤波器中的光发射功率(典型地，理想的发射功率是0dBm)。为了克服该问题，已知的是使该节点包括直通信道的光放大。在一种配置中，在“每一信道”的基础上提供光放大器。为了减少光放大器的数量，已经建议每一个子波段(来自总数个WDM信道中的一组波长信道)提供一个光放大器，然后利用各自的可变光衰减器(VOA)将该子波段中每一个信道的功率相等。
然而，对于城域(METRO)网的经济考虑，在“每一信道”基础上制造放大结构，或者甚至很昂贵地，每一个子波段一个光放大器。为此原因，当前的子波段实施不允许以在METRO网络中所要求的负担得起的成本进行单个信道放大的光通过。
本发明试图在光网络中提供一种解复用器和插分节点，允许光通过操作，同时保持正确的信道功率，至少部分地克服了上面提到的缺点。
根据本发明，提供一种用于波分复用WDM光辐射的光解复用器，其中，WDM光辐射包括在波长谱上分隔开的多个波长信道，所述解复用器用于将WDM辐射分离成单个的波长信道，并包括第一解复用器，用于将WDM辐射分成多个子波段，每一个子波段包括多个相邻的波长信道，并且多个子波段中的每一个出现在解复用器的相应输出端上；和一个或多个解复用器装置，用于将每一个子波段分离成单个的波长信道，这些波长信道中的每一个出现在相应的输出端上，其特征在于：该解复用器装置或每一个解复用器装置包括光放大器，用于以光学方式放大子波段的所有信道；解复用器，用于分离该子波段的信道，以便每一个信道出现在相应输出端上；功率监控装置，用于在相应输出端上测量每一个波长信道的功率；和控制装置，用于根据所测量的每一个波长信道的功率来控制光放大器的操作，例如，将每一个波长信道的功率控制到预定功率电平。
优选地，光放大器包括掺铒光纤放大器(EDFA)，并且该控制装置可操作用于控制到EDFA的泵浦电流IP，以控制放大器的增益，将每一个波长信道的功率控制到预定功率电平。可替换地，光放大器可包括可变衰减光衰减器，并且该控制器装置可操作用于控制衰减器的衰减，以将每一个波长信道的功率控制到预定功率电平。
优选地，该解复用器装置或每一个解复用器装置进一步包括在光放大器输入端之前的可变光衰减器，并且该控制装置进一步可操作用于控制衰减器的衰减，以将每一个波长信道的功率控制到预定功率电平。
方便地，控制装置包括微控制器，其可操作用于接收对应于所测量的波长信道功率的信号，并生成用于控制光放大器的控制信号。有利地是，该微控制器进一步可操作用于接收对应于光放大器的输入功率和输出功率的信号，以计算该放大器的功率增益。此外，该微控制器可操作用于将命令信号发送到输入衰减器，并且优选地可操作用于控制可变输入衰减器以限制基于光放大器输入和输出功率计算的光放大器增益变化，并将所有增益变化维持在预定的操作条件内。
根据本发明第二方面。提供一种结合根据本发明第一方面的解复用器的光插分复用器(OADM)，并且进一步包括用于将提供给输入端的波长信道合并进子波段内的一个或多个复用器，和用于将该子波段合并进用于从该OADM输出的WDM辐射的复用器，其中通过以光学方式连接解复用器的相应输出端到复用器的相应输入端，将直通信道路由通过该OADM。
为了更好的理解本发明，现在将仅仅通过例子参考以下附图来描述根据本发明的OADM：
图1是并入了根据本发明的OADM的WDM光网络节点的框图；和
图2是根据本发明的解复用器的框图。
参考图1，图1中示出根据本发明的OADM的框图，该OADM用于METROWDM环形网的节点10中。通过例子，该网络是密集波分复用(DWDM)光网络，包括十六个波长信道(λ1-λ16)，信道之间相隔200Ghz，并且其中，用10Gb/s的通信业务量来调制每一个波长信道(光载波)。然而，将会理解的是，本发明可应用于包括不同数量的信道和/或信道间隔的其它WDM网络结构和网络。在随后的描述中，根据本发明的DEMUX装置允许分出/插入或再生一个波长信道，并允许通过三个波长信道。
包括网络链路(未示出)的光纤11连接到已知的光解复用器12，光解复用器12将进入的WDM光谱分成子波段，该子波段是相邻波长信道的组。为了容易制造，有利的是，解复用器是可容易得到的1∶8粗波分复用(CWDM)DEMUX模块，其将WDM光谱分成8个子波段，尽管在描述的例子中将只考虑C和L波段。结果，这十六个DWDM信道被分成4个信道的4个波段，其中每一个，例如Ch1...Ch4，Ch5...Ch8，Ch9...Ch12，Ch13...Ch16分别具有载波波长λ1...λ4，λ5...λ8，λ9...λ12，λ13...λ16。 CWDM DEMUX具有8个光学输出131...138，这四个子波段出现在输出端131...134上。
现在将描述根据本发明用于一个子波段(Ch1...Ch4)的DEMUX结构30，例如，波长大约是λ＝1551nm的RED C波段，该波段独立于其余的WDM光谱/子波段放大。从CWDM DEMUX 12的相应输出端131获得该子波段，并且，该子波段被光放大器15以光学方式放大，光放大器15优选地包括掺铒光纤放大器(EDFA)。
光放大器15的输出端连接到1∶4 DWDM DEMUX 16的输入端，DWDMDEMUX 16分离该子波段的单个信道，并从相应的输出端(DROP端口)20发射每一个信道。DWDM DEMUX 16包括用于在空间上分离信道的已知滤波器(DROP滤波器)17和集成功率监控器(IPM)18，功率监控器18连接到该滤波器的输出端，用于监控每一个信道的出现，并用于测量每一个信道的功率电平。
来自IPM的功率电平数据在反馈装置19中用于控制放大器15的操作，以便补偿链路损耗，并确保在每一个DROP端口20上每一个信道具有基本上相同的大约为0dBm的输出光功率。参考图2来详细描述放大器反馈控制装置。
将会理解的是，DWDM DEMUX 16和根据测量的信道功率控制的光放大器15的组合使得能够使用一个可提供信道功率均衡或校平的放大器来实现解复用器30。
出现在相应DROP端口20上的每一个信道能够通过该节点并返回到网络，或者能够在该节点上接收(分出)。在前一种的情况下，通过使用光纤插接线21将解复用器16的DROP端口20光学地连接到复用器23的相应ADD端口(输入端)22，信道能够以光学方式通过该节点。在图1图示的例子中，复用器23是4∶1 DWDM MUX，并且由相应的光纤通过该子波段中的三个信道(Ch1...Ch3)。当希望分出信道(在图1中是Ch4)时，DROP端口20直接连接到接收机(RX)24，例如，10Gb/s PiN(正—本征—负)节光电检测器。为了确保接收机24上正确的信道功率电平，有利的是，将信道传送通过固定衰减的光衰减器25，以将功率从0dBm降低到适合于接收机的电平。在图1所示的实施例中，接收子波段的一个信道(Ch4)。
以相似的方式，将要插入到该节点上并且已经由例如发射机(TX)26生成的信道以光学方式连接到DWDM MUX 23的相应ADD端口22。有利的是，发射机包括电吸收调制器(EAM)，用于调制激光器模块生成的光载波。能够通过将该信道分出到接收机24并使用检测到的信号来操作发射机25的EAM来再生信道。
DWDM MUX 23合并了四个信道(三个直通信道Ch1...Ch3，和一个ADD信道Ch4)，以形成一个子波段，该子波段然后提供到8∶1 CWDM MUX 28的相应输入端27。CWDM MUX 28合并子波段，以形成WDM辐射，该WDM辐射从构成该网络的下一个链路的光纤29上的节点输出。在该例子中，有十六个波长信道和四个子波段，但是为了容易制造，使用8∶1的MUX，其中，有四个输入端271...274将不被使用。
根据本发明，通过监控每一个信道的功率，而不管该信道最终是否被分出/再生或传送通过，使得能够完善地管理每一个信道的输出功率。根据本发明的每一个子波段一个放大器的自校平解复用器装置30允许实现OADM环，而不需要许多昂贵VOA(例如，对于每一个信道，已知的OADM典型地在光发射机TX中需要一个VOA，在光接收机RX中需要一个VOA)和配备有在光发射机中的马赫曾德尔调制器(MZM：Mach-Zehnder Modulator)以及雪崩光电检测器(APD)光接收机的很昂贵的DWDM光卡。相反，本发明使得能够在发射机TX中使用相对较便宜的电吸收调制器(EAM)，并在接收机RX中使用PiN光电检测器。本发明的解复用器装置30克服了由于在“每一”信道基础上的光通过和信道均衡而引起的已知子波段OADM装置的连接性问题的局限性。
将会理解的是，虽然前面的描述已经参照一个子波段(Ch1...Ch4)，但是，解复用装置30同样能够用于其余的子波段，其中为每一个子波段提供相应的解复用装置并且解复用装置连接在CWDM DEMUX 12和DWDM MUX 23各自的输出端13与输入端22之间。
参考图2，图2中示出结合自校平放大器装置的解复用器装置30的框图表示。在该图内，虚线用于指示承载电信号的连接，实线指示承载光信号的连接。DWDM DEMUX 16包括分别用于集成功率监控器18中每一个的输出端31，该集成功率监控器18输出每个信道Ch1、Ch2、Ch3、Ch4的测量功率值P1、P2、P3、P4。通过将测量的功率值提供到已知ADC/DAC(模数/数模)接口设备32的A/D转换输入端，这些测量的功率值转换成表示功率的数字值。光放大器15包括集成功率监控器，集成功率监控器用于测量到该放大器的总输入功率Pi和输出功率Po，这些测量的值也可以由ADC/DAC设备32转换为数字数据值。
设备32的D/A转换输出端连接到该放大器，用于发送控制放大器泵浦电流的IP值。在子波段的输入与放大器15之间提供VOA33，通过由设备32的另一个D/A转换输出端发出的信号Att来控制VOA的衰减。
ADC/DAC接口设备32连接到微控制器34，微控制器34被编程用于执行对来自接口设备的输入信号P1、P2、P3、P4Pi以及Po的处理，以生成控制信号Att和IP。
在操作中，微控制器控制四个信道(Ch1...Ch4)的输出功率(P1...P4)，以确保每一个保持在指定的发射功率范围之内，该指定的发射功率范围在所有条件下通常为0dBm。微控制器优化放大器15的泵浦电流IP和VOA33的光衰减，以达到前述的条件。信号P1...P4既用于检测这些信道中每一个的存在，又用于提供控制信道输出功率的反馈。
通过适当地设计EDFA 15和通过适当控制输入VOA33的衰减来限制放大器在其操作条件下增益(Po/Pi)中的任何变化来获得在整个子波段上基本平坦的增益。例如，对于典型的METRO OADM环应用，可以在RED C波段(1551nm+/-7nm)中获得小于+/-0.5dB的增益平坦度，而不用使用增益修平滤波器(GFF)，该增益修平滤波器具有一个Po受控的的泵EDFA，并且在5dB噪声系数的情况下，增益变化从17dB到30dB。
在其它波段中具有相似性能的放大器需要本领域技术人员将能够容易想到的稍微复杂的结构(例如，使用增益修平滤波器等等)。
在需要达到更精确增益平坦度(例如，+/-0.2dB)的情况下，光放大器15可进一步包括在EDFA 15a的输出端与DWDM DEMUX 16的输入端之间连接的VOA15b。VOA15b的衰减用于控制总输出功率，而不是用于改变EDFA泵浦电流IP’该泵浦电流IP保持恒定，以在所关心的全部光波段上维持EDFA的增益。
在发射机TX中使用利用了EAM激光器的10Gb/s的光卡，保证了在发射机上发射功率中非常小的变化(典型的，发现在所有条件下发射功率从0dBm到+2dBm之间变化)。
良好的放大器增益平坦度与受限制的发射功率变化的组合消除了在每一个光卡的发射机和接收机侧两侧上对VOA的需要，从而基本上降低了该节点的插入损耗，并且这对降低成本也是很重要的。发现使用根据本发明的OADM能够实现大于200km长的高达六个节点(五个光学通过)的METRO OADM环。
根据本发明的单放大器自校平解复用器的另一个优点是，能够在10Gb/s接收机卡中使用不太昂贵的PiN光电检测器。
除了执行上面提及的控制功能之外，微控制器被配置为检测和处理各种故障状态，例如：
·在Pi降到预定的最小值Pi-min imum以下时检测到的输入信号丢失；
·当Pi变得大于预定的最大值Pi-max imum时检测到的过量输入功率；
·放大器增益Po/Pi在保证放大器所需增益平坦度所需要的指定范围之外；
·任何信道的输出功率(P1或P2或P3或P4)在指定的发射功率范围之外；
·当功率P1或P2或P3或P4低于指定阈值时检测到的信道不存在。
根据检测到的故障状态，微控制器能够作出各种决定来进行干预。例如，如果微控制器检测到输入信号的损耗，它能够有利地切断放大器15的泵浦电流IP’然后在象上面一样再次检测到输入功率Pi在预定的最小值之上时管理平滑的加电序列。这种配置避免了信道Ch1...Ch4上的光功率瞬变。
现在清楚的是，通过作出允许用一个光放大器补偿分插滤波器中的光连接和损耗同时在CWDM子波段内保持良好的信道均衡的可用解决方案来达到本发明的目的。这允许OADM具有信道直通和信道功率的自校平，并且以足够低的成本实现，以用于Metro环形网中。

Claims (9)

1.一种用于波分复用WDM光辐射的光解复用器，其中，WDM光辐射包括在波长谱上分隔开的多个波长信道，所述解复用器用于将WDM辐射分离成单个的波长信道，并包括第一解复用器(12)，用于将WDM辐射分成多个子波段，每一个子波段包括多个相邻的波长信道，并且多个子波段中的每一个出现在解复用器(12)的相应输出端上(13)；和一个或多个解复用器装置(30)，用于将每一个子波段分离成单个的波长信道，这些波长信道中的每一个出现在相应输出端(20)上，其特征在于：
该解复用器装置(30)或每一个解复用器装置(30)包括光放大器(15)，用于以光学方式放大子波段的所有信道；解复用器(16)，用于分离该子波段的信道，以便每一个信道出现在相应输出端(20)上；功率监控装置(18)，用于在相应输出端上测量每一个波长信道(Ch1...Ch4)的输出功率(P1...P4)；和控制装置(34)，用于根据所测量的每一个波长信道的功率来控制光放大器(15)的操作，例如，将每一个波长信道的功率控制到预定功率电平。
2.根据权利要求1的解复用器，其中光放大器(15)包括掺铒光纤放大器EDFA，并且其中，控制装置(34)可操作用于控制到EDFA的泵浦电流Ip，以控制该放大器的增益，将每一个波长信道的功率控制到预定功率电平。
3.根据权利要求1的解复用器，其中光放大器(15)包括可变衰减光衰减器(15b)，并且其中，控制器装置(34)可操作用于控制衰减器(15b)的衰减，以将每一个波长信道的功率控制到预定功率电平。
4.根据权利要求1-3中任意一项的解复用器，其中，该解复用器装置(30)或每一个解复用器装置(30)进一步包括在光放大器输入端之前的可变光衰减器(33)，并且其中，控制装置(34)进一步可操作用于控制衰减器(33)的衰减，以将每一个波长信道的功率控制到预定功率电平。
5.根据前述权利要求中任意一项的解复用器，其中，控制装置包括微控制器(34)，微控制器(34)接收对应于波长信道的测量的功率的信号，并且其中，该微控制器可操作用于生成用于控制光放大器的控制信号。
6.根据权利要求5的解复用器，其中，微控制器(34)还接收对应于光放大器的输入功率和输出功率的信号，并且可操作用于计算放大器的功率增益。
7.根据权利要求4或5的解复用器，其中，微控制器(34)可进一步操作用于将命令信号发送到输入衰减器(33)。
8.根据权利要求6或7的解复用器，其中，该微控制器可操作用于控制可变输入衰减器(33)，以限制基于光放大器的输入和输出功率计算的光放大器(15)的增益变化，并将所有增益变化维持在预定的操作条件内。
9.一种结合根据前述权利要求中任意一项的解复用器的光插分复用器OADM，进一步包括用于将提供给输入端(22)的波长信道合并进子波段内的一个或多个复用器(23)，和用于将子波段合并进用于从该OADM输出的WDM辐射的复用器(28)，其中，通过以光学方式连接解复用器(16)的相应输出端(20)到复用器(23)的相应输入端(22)，将直通信道路由通过该OADM。
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