CN101523772A

CN101523772A - 光传输系统和光传输控制方法

Info

Publication number: CN101523772A
Application number: CNA2007800382752A
Authority: CN
Inventors: 竹下仁士; 伊东俊治
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2009-09-02
Also published as: JPWO2008044595A1; JP5093111B2; WO2008044595A1; US20100021169A1; US8175455B2

Abstract

本发明希望提供一种不仅可以用于已知信号而且可以用于未知信号并且高可靠、低成本的光传输系统。分支设备将发送机的光传输输出分支，并通过不同的光传输通道传输分支信号。偏振模式色散监控器在接收端从光传输通道监控偏振模式色散的程度。开关控制电路和开关选择受由偏振模式色散引起的质量恶化影响较小的信号，并将所选信号输出到接收机(8)。以这种方式，可以减小传输信号的由于偏振模式色散引起的信号质量恶化的概率。

Description

光传输系统和光传输控制方法

技术领域

本发明涉及光传输系统和光传输控制方法，并且更具体而言，涉及用于减少由偏振模式色散(polarization mode dispersion)引起的故障的概率的光传输系统。

背景技术

在光传输系统中，当信号以数十Gbps量级的较高速率传输时，由偏振模式色散引起的质量恶化变得不可忽略。随着偏振模式色散的影响的增加，在一些情况中不能正常地发送或接收信号。一般用来减少偏振模式色散影响的方法包括：设计传输信号调制机制、利用受偏振模式色散影响较小的传输通道、以及补偿失真的波形。

设计传输信号调制机制的一种方法是使用多值调制。传输比特速率可以用每比特的代码数与传输速率的乘积来表示。通常，在光传输中每比特的代码数为1，但是，可以通过增加代码数以较低的传输速率获得相同的比特速率。

由于偏振模式色散的影响与传输速率成比例增加，因此可以通过增加每比特的代码数(即，利用多值调制)来减少偏振模式色散的影响。然而，在多数情况中，诸如QPSK(正交相移键控)之类的多值光调制的实现伴随着高成本、设备尺寸的增加以及技术困难。因此，光多值调制的使用在成本、尺寸和技术困难的程度方面产生了问题。

虽然利用受偏振模式色散影响较小的传输通道减轻了由偏振模式色散引起的传输信号的质量恶化，然而，传输通道的替换牵涉大规模的构建工作，并且可能导致在一些情况中服务提供不得不被中断的情形。因此，在成本和可用性方面产生了问题。

还存在一种通过校正波形失真以均衡被偏振模式色散扭曲的波形来防止传输信号的质量恶化的方法。该方法取决于将何种信息用作控制均衡器的基础。目前，在使用中没有方法可用于正确地监控包括多达高阶分量在内的偏振模式色散量，以致于不能根据偏振模式色散量来进行直接控制。由于偏振模式色散的大小和接收到的信号的比特差错率(BER)之间存在单调增加的关系，因此可以根据BER来进行间接控制。

然而，由于导致BER恶化的因素不限于偏振模式色散，因此必须从BER恶化量中提取由偏振模式色散引起的恶化，而目前还没有可用的这种方法。换言之，不能利用BER信息来进行正确的偏振模式色散均衡控制。因此，波形均衡机制目前包含着技术困难。

而且，上述传统技术的任一技术在偏振模式色散抗扰性上的改善量都有限，并且改善量不经常是与成本成正比的。用于提供改善的优选方法是这样的方法：其中，虽然不一定是最大程度的改善，但是，可以以只有利用所述现有技术获得可获得的最大改善量的方法一半贵的成本来获得改善。

现在参考专利文献1，公开了这样一种技术：将所发送的光信号分支为两条线路并选择显示较小偏振模式色散的线路上的信号，以便减小在光纤中产生的偏振模式色散的影响。

专利文献1：JP-6-334606

发明内容

本发明所解决的问题

在上述专利文献1的技术中，为了选择显示较小偏振模式色散的线路上的信号，在接收端设置参考信号发生器来比较该参考信号和每条线路上的接收信号，并且较接近参考信号的线路上的信号被认为是遭受了较小程度偏振模式色散的信号，并且因此被选择。

在专利文献1的这种技术中，由于使用参考信号来选择遭受了较小程度偏振模式色散的信号，因此需要参考信号发生器。而且，为了生成该参考信号，要发送的信号必须是已知的，因而这种技术在它不能应用于未知信号方面是不利的。

考虑到如上所述的传统技术所遇到的问题而作出了本发明，并且本发明的一个目的是提供一种不仅可以用于已知信号而且可以用于未知信号并且高可靠、低成本的光传输系统和光传输控制方法。

解决问题的手段

根据本发明的光传输系统的特征在于包括：用于将光传输输出分支为多个光分支信号的装置；用于传输这些光分支信号的彼此不同的光传输路径；监控装置，用于监控通过所述光传输路径的各个光信号以分别确定偏振模式色散状态的程度；以及控制装置，用于根据监控结果揭示出的、由偏振模式色散引起的质量恶化来选择并控制通过所述光传输路径的光信号。

根据本发明的光传输控制方法的特征在于包括：将光传输输出分支为多个光分支信号并通过彼此不同的光传输路径传输这些光分支信号的步骤；监控步骤，用于监控通过所述光传输路径的各个光信号以分别确定偏振模式色散状态的程度；以及控制步骤，用于根据监控结果揭示出的、由偏振模式色散引起的质量恶化来选择并控制通过所述光传输路径的光信号。

本发明提供的第一效果是具有高可靠性。这是通过以下事实来证明的：可以通过从多个光传输通道中选择表现出较好质量的传输通道来减小发生发送/接收差错的概率以执行发送/接收，由此，即使一条传输通道上的信号质量恶化，该通道也可被切换为具有较低程度的信号质量恶化的另一传输通道，从而执行发送/接收。

本发明提供的第二效果是高服务可用性。这是因为：即使当传输通道被切换到另一个时也不必停止服务，这是因为通过在接收单元中执行缓冲可以在没有瞬时中断的情况下进行切换。

本发明提供的第三效果是降低引入成本的能力。这是因为即使使用了多个光传输通道也可以共享光信号源，以使得不必为每个光传输通道设置光信号源。而且，本发明可以降低引入成本的另一原因在于可以利用预先安装的传输通道和光收发机。

本发明提供的第四效果是降低操作成本的能力。这个效果的根据在于可以减少在故障情况下调查原因和执行修复所需要的工作精力，并且这是由于以下事实：可以区分系统故障与作为由环境改变引起的临时故障的由偏振模式色散所导致的发送/接收差错。

本发明提供的第五效果是简单的控制。这是因为可以通过简单地使用传输通道切换控制而无需使用复杂的波形均衡技术或信号补偿技术来提高偏振模式色散抗扰性。

本发明提供的第六效果是简单的系统构建。这是因为：可以利用先前安装的传输通道和光收发机而无需针对本发明重新安装新的传输通道或光收发机，即，可以使用先前设计的系统而无需新的系统设计。

本发明提供的第七效果是充分支持已知信号和未知信号两者的能力。这是因为：在选择受偏振模式色散影响较小的线路上的信号时使用了用于监控偏振度的设备，而不需要依赖于与参考信号比较。

附图说明

[图1]本发明的实施例的系统框图。

[图2]本发明的一个示例性实施方式的系统框图。

[图3]本发明的另一示例性实施方式的系统框图。

标号说明

1 发送机

2、23 分支设备

3、4、24、25、49、50 光传输通道

5、6 缓冲器

7、30、57 开关

8、31、53、54 接收机

9 偏振模式色散监控设备

10、33 开关控制电路

21、45 信号源

22 E/O(电-光)转换器

26、27、51、52 O/E转换器

28、29、55、56 FIFO缓冲器

32 偏振度监控设备

321、322 偏振度测量仪

323 接口

331 CPU

332 存储器

41、43 半导体激光器

42、44 光调制器

46 组合器

47 波长复用光传输通道

48 组合器

1000 光传输通道选择器

具体实施方式

下面，将参考附图描述本发明的实施例。图1是本发明的一个实施例的一般功能框图。

在图1中，从发送机1输出的光信号被分支设备2分支。经分支的光信号分别被导向光传输通道3、4。随后，这些光信号的每个分别通过接收缓冲器5、6被输入开关7。

仅输入光信号之一被开关7选择并导向接收机8。对开关7的切换控制由开关控制电路10来实现。在该开关控制电路10中，根据偏振模式色散监控设备9对偏振模式色散的监控结果来确定切换定时。

下面，将参考图1描述如上所述那样配置的光信号质量监控设备的操作。

在图1中，从发送机1输出的光信号被分支设备2分支，并且经分支的光信号分别被导向光传输通道3、4。除了在不同的传输通道上之外这两个分支信号是等同信号，并且在它们分别通过接收缓冲器5、6之后，仅传输后的光信号之一被开关7选择。

在这种情况中，对选择哪个信号的控制由开关控制电路10来进行。由开关7选择的信号被导向接收机8。以这种方式，信号传输在发送机1和接收机8之间被执行。在开关控制电路10中，切换定时是根据偏振模式色散监控设备9的监控结果来确定的。

来自传输通道3、4的光信号的部分通过分支被提取，并输入偏振模式色散监控设备9，以使得可以实时地监控传输通道的偏振状态。开关控制电路10从偏振模式色散监控结果可以知道传输通道3、4的哪个表现出了较小程度的偏振模式色散。

而且，通过预先定义与偏振模式色散相关联的切换阈值，当所选传输通道的偏振模式色散超过切换阈值时，可以向开关7发送指令以切换到另一传输通道，或者当在两条通道上偏振模式色散都等于或大于阈值时不进行切换。

由于具有利用两个传输通道而引起的协同效应，传输差错发生概率减少到平方分之一。虽然在开关7将一条传输通道切换到另一传输通道的瞬间会发生瞬时的信号中断，然而可以在切换时通过在接收缓冲器5、6中存储一定量的传输信息来防止瞬时信号中断。

<示例性实施方式1>

下面，将参考图2描述本发明的一个具体示例性实施方式。图2示出了使用用于图1中的偏振模式色散监控设备9的偏振度监控设备32，以及用于接收单元中的缓冲器的FIFO(先进先出)类型电缓冲器28、29的示例性实施方式。

在图2中，从信号源21生成的发送电信号由电光转换器(E/O转换器)22进行电光转换，1：2分光器(splitter)23用作分支设备，并且光传输在两个空间复用的光传输通道24、25上执行。

传输之后的光信号分别由光电转换器(O/E转换器)26、27进行光电转换，并输入FIFO类型电缓冲器28、29。

缓冲器28、29可以一直存储在超过了具有双输入单输出的开关30的切换时间的时间上传送来的信号。通过缓冲器28、29的传输信号被输入到电开关30。

电开关30响应于来自开关控制电路33的指令选择O/E转换器26的输出或O/E转换器27的输出，并将所选输出导向接收机31。

偏振度监控设备32被施加以来自两个光传输通道24、25的传输光信号的一部分。偏振度监控设备32设置有偏振度测量仪321、322。偏振度监控结果通过外部接口电路323被发送到开关控制电路33。

开关控制电路33设置有CPU 331和存储器332。偏振度阈值被预先设置在存储器332中用于切换开关30。CPU 331利用该切换阈值和偏振度监控结果确定开关30的切换定时，并给出用于切换的指令。

接下来，将描述图2中的光传输系统的操作。在图2中，从信号源21生成的传输电信号由E/O转换器22进行电光转换，并且得到的光信号被单输入双输出的分光器23分支为两路。分支后的光信号通过两个光传输通道24、25传输以执行光传输。两个分支信号除了在不同的传输通道上之外是等同的传输光信号。

传输之后的光信号分别由O/E转换器26、27进行光电转换并被导向缓冲器28、29，然后输入电开关30。电开关30响应于来自开关控制电路33的指令选择缓冲器28的输出或缓冲器29的输出，并将所选输出输入到接收机31。以这种方式，信号被接收。

缓冲器28、29被配置为一直缓冲至少在电开关30被切换的时间段内或更长时间段内传输来的信号量。开关控制电路33记录开关切换开始时间t1和结束时间t2。当光传输通道24被切换为光传输通道25时，只有缓冲器28的输出数据被开关控制电路33启用，而缓冲器29的输出数据被禁用。

然后，在时间t1和t2之间，光传输通道24、25都不连接到接收机31。但是，在时间t1和t2之间传输数据被存储在缓冲器29中，并且开关控制电路33给出从时间t1起禁用缓冲器28的输出并启用缓冲器29的输出的指令，由此表面上，信号被发送到接收机31，就好像通过切换连接而没有瞬时中断一样。

以这种方式，可以吸收由两个传输通道24、25之间的传输长度差异引起的传播时间差异，并防止在开关30执行切换操作时可能发生的瞬时信号中断。因此，即使开关30将一个传输通道切换到另一个，接收机31也可以接收没有瞬时中断的信号，而不会发生接收差错。

偏振度监控设备32被施加以来自两个光传输通道24、25的传输光信号的一部分。偏振度监控设备32设置有分别测量光传输通道24、25的偏振度的偏振度测量仪321、322。这些测量结果通过外部接口电路323被发送到开关控制电路33。

开关控制电路33设置有CPU 331和存储器332。偏振度阈值被预先设置在存储器332中用于切换开关30。CPU 331将切换阈值与从偏振度监控设备32输入的偏振度监控结果进行比较，然后向开关30发布这样的指令：当任一个偏振度监控结果超过阈值时进行切换，或者维持当前状态不切换。

通常，偏振模式色散随着时间波动，并且波动大小和持续时间是随机且不可预测的。因此，偏振模式色散可能在短时间内突然重复改变，或者在长时间内慢慢改变。而且，改变的收敛可能导致回到与改变之前的偏振模式色散的量相同的量，或增加或者减小偏振模式色散的量。这是由光传输通道24、25周围的环境温度的改变以及施加到它们上的压力的改变而引起的。

如果由于某种原因瞬时施加了较大压力，则偏振模式色散量瞬时增加或减小，然后又回到原始量。当环境温度改变时，偏振模式色散量在较长时间内增加或减小。此外，由于与波长相关，因此即使发生相同的环境改变，由偏振模式色散引起的信号恶化量也会取决于传输光信号波长而改变。因此，当光传输通道24的偏振度增加到阈值或更大时，光传输通道25的偏振度也可能同时增加到阈值或更大。

因此，当光传输通道24的偏振度等于或大于偏振度阈值，并且光传输通道25的偏振度等于或小于偏振度阈值时，发布切换指令，而当两个通道都显示偏振度等于或大于阈值时，不发布切换指令，因此维持当前状态。在这种情况中，即使切换也不可能改善由偏振模式色散引起的信号质量恶化。在另一种意义上来说，通过不执行多余操作来减少缺陷操作的概率。

但是，由于偏振模式色散的波动是随机事件，因此，似乎两个光传输通道会同时显示等于或大于阈值的偏振模式色散量的概率较低。因此，通过利用两个光传输通道，与一个通道的情况相比传输故障发生概率由于协同效应而减少到平方分之一，因此，可以减小传输故障发生概率。

虽然未具体地示出，然而开关控制电路33设置有切换保护定时器。该定时器可以被设置在CPU 331中。该定时器在切换阈值被超过达某个时间段或更长时间时使切换指令被发送到开关30。这防止了开关30在短时间间隔内频繁切换(颤动(chattering))。当偏振模式色散持续保持在某个阈值或更大值时，传输通道被开关30切换。在这点上，假设为开关控制电路33定义的切换阈值被定义为指定比在接收机31中发生信号故障(SF)时的条件更严格的条件。

虽然由于偏振模式色散引起的信号恶化是引起SF的一种原因，然而还存在多种原因，例如OSNR(光信号噪声比)恶化等。当由不是偏振模式色散的因素引起恶化时，恶化一旦产生就持续发生，而信号有时可以从由偏振模式色散引起的恶化瞬时恢复。这是因为由不是偏振模式色散的原因引起的恶化归因于发送机中的故障或错误连接，而由偏振模式色散引起的恶化归因于传输通道状态的改变而非系统故障。

通过将为开关控制电路33定义的切换阈值设置得比SF条件更严格，当SF发生时将排除由偏振模式色散引起的恶化，从而可以识别恶化是由系统故障引起的还是由偏振模式色散使传输通道状态改变而引起的，这样来提供用于判定是否需要维修设备的数据。

从上面可知，接收机31可以发送/接收受偏振模式色散影响较小的信号。由于在偏振度和偏振模式色散之间存在单调增加的关系，并且由于在偏振度和误码率之间存在一对一的关系，因此，可以实现这样的传输系统，该系统能够通过将偏振度一直维持在某个水平或更低水平来减小由于偏振模式色散而减小误码率的概率。

虽然上面结合传输光信号被分支为两路的示例进行了描述，但是分支数可以被确定为等于或大于二的任意数。而且，虽然结合使用偏振度测量仪的示例描述了偏振模式色散监控机制，然而，还可以使用另外的机制。

<第二示例性实施方式>

图3是本发明的另一示例性实施方式的功能框图，该实施方式是关于光传输系统，使用波长复用光信号作为相互不同的光传输通道的示例。在这点上，与图2相等同的部分用相同的标号来指示。

参考图3，从以彼此不同的波长振荡的半导体激光器41、43发射出来的CW(连续波)光分别输入光调制器42、44。这里，假设半导体激光器41以波长λ1振荡，而半导体激光器43以波长λ2振荡。光调制器42、44根据光强度对由来自信号源45的经电学调制的信号输入的CW进行调制。这些光调制器42、44的输出被组合器46波长复用，然后通过光传输通道47传输。

通过该光传输通道47传输来的信号被波长分离器48基于波长分离为多个光信号，并且分别地，波长为λ1的光信号被传输到光传输通道49，而波长为λ2的光信号被传输到光传输通道50。传输后的光信号分别由光电转换器(O/E转换器)51、52进行光电转换，并由接收机53、54接收，然后输入到FIFO缓冲器55、56，再输入到电2：1开关57。电开关57响应于来自开关控制电路33的指令选择缓冲器55的输出或缓冲器56的输出。

偏振度监控设备32被施加以来自两个光传输通道49、50的传输光信号的一部分。偏振度监控设备32设置有偏振度测量仪321、322。偏振度监控结果通过外部接口电路323被发送到开关控制电路33。开关控制电路33设置有CPU 331和存储器332。偏振度阈值被预先设置在存储器332中用于切换开关57。CPU 331利用该切换阈值和偏振度监控结果确定开关57的切换定时，并给出用于切换开关的指令。

分别通过光传输通道49、50传输来的波长为λ1和波长为λ2的光信号作为数据完全相同，但是是波长不同的分离的光信号。由于偏振模式色散表现出与波长有关，因此偏振模式色散量因不同的波长而不同。因此，优选将这些波长选择为使得它们的波长之间的差异尽可能大。

当波长为λ1的光信号的偏振模式色散增加到在开关控制电路33中设置的切换阈值或更大时，可以通过将波长为λ1的光信号切换为经受较小量的偏振模式色散的波长为λ2的光信号来抑制由偏振模式色散引起的信号恶化。

而且，本示例性实施方式有利的方面在于：不同路径的传输延时没有差异，这是因为波长为λ1和波长为λ2的光信号都通过光传输通道47传输，并且本示例性实施方式在可以减少接收单元的缓冲器55、56的容量方面也是有利的。而且，在这种配置中，半导体激光器41和光调制器42可以被视为波长为λ1的发送机100，而半导体激光器43和光调制器44可以被视为波长为λ2的发送机200。在接收单元中，O/E转换器51和接收机53可以被视为波长为λ1的接收机300，而O/E转换器52和接收机54可以被视为波长为λ2的接收机400。

因此，通过在现有波长复用传输系统中添加包括FIFO缓冲器55、56、开关57以及开关控制电路33的光传输通道选择器1000，可以有效地将未使用的波长通道用作用于提高偏振模式色散抗扰性的光传输通道。

虽然参考实施例(和示例性实施方式)描述了本发明，然而本发明不限于上述实施例(和示例性实施方式)。本领域技术人员可以明白，可以在本发明的范围内以各种方式对本发明的配置和细节进行修改。

本申请要求2006年10月11日提交的日本专利申请No.2006-277053的优先权，该申请的公开通过引用被整体结合于此。

Claims

1.一种光传输系统，其特征在于包括：用于将光传输输出分支为多个光分支信号的装置；用于传输这些光分支信号的彼此不同的光传输路径；监控装置，用于监控通过所述光传输路径的各个光信号以分别确定偏振模式色散量；以及控制装置，用于根据监控结果揭示出的、由偏振模式色散引起的信号质量恶化来选择并控制通过所述光传输路径的光信号。

2.根据权利要求1所述的光传输系统，其特征在于还包括：缓冲装置，用于分别缓冲通过所述光传输路径的各个光信号，其中，所述控制装置利用所述缓冲装置来选择并控制缓冲器输出。

3.根据权利要求1或2所述的光传输系统，其特征在于：所述控制装置在信号质量恶化持续特定时间时进行选择和控制。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的光传输系统，其特征在于：所述监控装置包括偏振度测量仪，该偏振度测量仪用于在各个光信号通过所述光传输路径之后监控所述各个光信号的偏振度。

5.根据权利要求1至4的任一项所述的光传输系统，其特征在于还包括：传输故障检测装置，用于检测所述光传输路径中的传输故障，其中，在所述控制装置中的用于检测由偏振模式色散引起的质量恶化导致的传输故障的基准被设置为比所述传输故障检测装置的传输故障检测基准更严格。

6.根据权利要求1至5的任一项所述的光传输系统，其特征在于：仅所述光传输路径被复用为复数。

7.根据权利要求1至6的任一项所述的光传输系统，其特征在于：所述光传输路径包括空间复用的光纤。

8.根据权利要求7所述的光传输系统，其特征在于：所述光传输输出是波长复用光信号，并且所述光传输路径的每一个被配置来传输所述波长复用光信号的每一个波长的光信号。

9.一种光传输控制方法，其特征在于包括：

将光传输输出分支为多个光分支信号并通过彼此不同的光传输路径传输这些光分支信号的步骤；

监控通过所述光传输路径的各个光信号以分别确定偏振模式色散量的监控步骤；以及

根据监控结果揭示出的、由偏振模式色散引起的信号质量恶化来选择并控制通过所述光传输路径的光信号的控制步骤。

10.根据权利要求9所述的光传输控制方法，其特征在于还包括：分别在缓冲装置中缓冲通过所述光传输路径的各个光信号的缓冲步骤，其中，所述控制步骤利用所述缓冲装置选择并控制缓冲器输出。

11.根据权利要求9或10所述的光传输控制方法，其特征在于：所述控制步骤包括当信号质量恶化持续特定时间时实施选择和控制的步骤。

12.根据权利要求9至11的任一项所述的光传输控制方法，其特征在于：所述监控步骤在各个光信号通过所述光传输路径之后监控所述各个光信号的偏振度。

13.根据权利要求9至12的任一项所述的光传输控制方法，其特征在于：在所述控制步骤中的用于检测由偏振模式色散引起的信号质量恶化导致的传输故障的基准被设置为比用于检测所述光传输路径上的传输故障的传输故障检测基准更严格。

14.根据权利要求9至13的任一项所述的光传输控制方法，其特征在于：仅所述光传输路径被复用为复数。

15.根据权利要求9至14的任一项所述的光传输控制方法，其特征在于：所述光传输路径包括空间复用的光纤。

16.根据权利要求15所述的光传输控制方法，其特征在于：所述光传输输出是波长复用光信号，并且所述光传输路径的每一个被配置来传输所述波长复用光信号的每一个波长的光信号。