CN101682423B - 光放大链路的端对端色散特性 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光放大链路的端对端色散特性，提供了一种确定沿着DWDM网络的链路的色散的经济方法。发送器调制工作在两个不同波长处的激光器的输出信号，并且经调制的输出信号被发送到链路中。在沿着链路的多个探测位置中的每个处的探测器确定两个激光器的输出信号的调制中的相位差。从调制频率和在该位置处所确定的相位差，可以对于每个探测位置计算色散。

Description

光放大链路的端对端色散特性

技术领域

本发明涉及在DWDM网络中确定色散的技术。

背景技术

DWDM(密集波分复用)网络是一种光网络，其中，不同波长的光信号共用一根光纤。每个波长限定特定的通讯通道。更严格地说，DWDM也指ITU(国际电信联盟)标准，该标准包括特定通道波长以及这些通道之间的间隔的规范并且基于WDM(波分复用)，其中，WDM是通道间隔更宽并且光纤载有的波长通道的数目更小的较早的ITU标准。注意，除非特别说明，否则本申请中的术语DWDM指的是最初的、范围更广的含义，包括ITU WDM标准和ITU DWDM标准。

在光纤中的光的速度随着波长改变。产生的色散使得信号脉冲展开并且随着沿着光纤传输而变得较不明显。在光网络中，特别是具有高比特率的光网络中，必须进行色散补偿以获得适当的网络操作。通常一个或多个色散补偿单元(DCU)被插入网络跨度(span)或链路，以抵消在传输通过该跨度或链路的光信号中产生的色散。因此，非常期望获得在跨度或链路中的色散的精确测量，以确保由DCU适当补偿传输通过跨度或链路的信号。此外，在许多情况下，应该确定沿着整个网络链路的色散，使得在沿着链路的位置处对到达和来自用户的光信号进行适当的补偿。

本发明提供了在沿着链路的一个或多个位置处确定WDM链路的光纤的色散的非常廉价的方式。

发明内容

本发明在一个方面提供了一种确定沿着DWDM网络的链路的色散的方法。本方法包括以下步骤：用给定频率一致地调制第一激光器和第二激光器的输出信号，第一激光器和第二激光器工作在不同波长处；将经调制的输出信号发送到链路；在沿着链路的多个探测位置处接收经调制的输出信号；在多个探测位置中的每个处确定第一激光器和第二激光器的输出信号之间的调制中的相位差；在多个探测位置中的至少一者处，从所确定的相位差和在多个探测位置中的至少一者处的调制频率，来计算色散。

本发明的另一方面也提供了一种确定沿着DWDM网络的链路的色散的方法。该方法包括以下步骤：关闭DWDM网络上的网络业务；一致地调制第一激光器和第二激光器的输出信号，第一激光器和第二激光器工作在不同波长；将经调制的输出信号发送到链路中多个探测位置，使得可以在多个位置中的每个处确定经调制的输出信号之间的调制中的相位差。

在本发明的一方面中提供了一种确定沿着DWDM网络的链路的色散的方法。该方法包括以下步骤：在沿着链路的多个探测位置处，接收在不同波长处的两个激光信号，这些激光信号一致地由调制频率所调制；在多个探测位置中的每个处，确定激光信号之间的调制中的相位差；从调制频率和所确定的两个激光器的输出信号之间的调制中的相位差，计算对于多个探测位置中的每个的色散。

在具有至少一个链路的DWDM网络中，本发明在另一个方面中提供了用于确定沿着DWDM网络的链路的多个位置处的色散的发送器设备。该设备包括：至少两个激光器，每个激光器具有彼此不同的输出波长信号；调制器，其一致地调制至少两个激光器的输出波长信号；复用器，其将输出波长信号连接到链路，使得可以在预定波段上确定由色散给经调制的输出波长信号引起的相位差，并且可以从多个位置处所确定的相位差计算色散。

在具有至少一个链路的DWDM网络中，本发明在另一个方面中提供了用于确定沿着DWDM网络的色散的确定设备。该设备包括：至少一个滤波器，其适合于在沿着链路的位置处接收光信号并且输出在两个不同波长处的信号；相位鉴别器，其从至少一个滤波器接收输出信号，并且确定至少在两个波长处的信号之间的调制中的相位差，来对于沿着链路的位置计算色散。

附图说明

图1为DWDM网络中的链路的图示。

图2为根据本发明的一个实施例的具有发送器和在沿着链路的位置处的探测器的链路的图示。

图3A为根据本发明的一个实施例的图2的发送器的框图，图3B为根据本发明的实施例的另一个图2的发送器的框图。

图4A为根据本发明的一个实施例的具有固定波长的滤波器的图2的探测器的框图；图4B为根据本发明的实施例的具有两个固定波长的滤波器的另一个图2的探测器的框图；图4C为根据本发明的实施例的具有可变滤波器的另一个图2的探测器的框图。

图5A为在图2的发送器的输出处的示例经调制的信号的功率与波长的曲线图；图5B在一个图2的探测器的输入处的示例经调制的信号的功率与波长的曲线图。

图6为发送器和一个或多个探测器的工作流程图。

图7为图2的发送器或探测器的控制单元的框图。

具体实施方式

图1中图示了DWDM网络的典型链路，其中由虚线图示的节点17连接到也由虚线图示的第二节点18。网络节点17和18包括耦合器或光开关(未示出)，其将光信号引导到光网络中所选择的目的地。在这里，仅示出了两个节点之间的链路。在该示例中，节点17将光信号链路上发送到节点18。也示出了代表性的OADM(光分插复用器)14，通过OADM14，用户从光纤10接收或分出所选择的波长的光信号，或者在光纤10上发送或插入所选择的波长的光信号，或者二者都进行。

通过将光信号发送器11通过光纤10连接到光信号接收器12来形成链路，其中发送器11是网络节点17的一部分，接收器12是网络节点18的一部分。发送器11将数据信号发送到接收器12。因为发送器11与接收器12之间的光学距离可能非常长并具有许多中间元件(包括OADM 14和其他元件(未示出))，而这会削弱通过光纤10发送的光信号的强度，所以沿着光纤10的长度分布的光放大器13通常用于在信号在光纤10中传输时补偿信号强度的损失。

如上所述，在光纤中的光信号的速度由信号的频率所决定。DCU(通常作为某些光放大器13的一部分)用于在光信号脉冲在链路上传输时确保其完整性。安装DCU以抵偿由网络光纤所引入的色散，其中DCU通常由色散特性与网络光纤(例如，光纤10)的色散特性相反的一长段特殊光纤所形成。尽管如此，必须沿着链路谨慎地选择DCU，使得补偿与沿着链路所引入的色散相匹配，以确保适当的信号精确度，这对于高比特率网络特别需要。

本发明提供了简便并相对便宜地确定沿着链路的多个跨度的色散。在链路头(图1的示例网络中的节点17)处的发送器发送波长不同的两个激光器的输出。激光器输出信号被调制为在链路的光纤上同相地发出的信号。在沿着链路所选择的位置处，探测器接收输出信号并将输出信号过滤为两种波长成分。如果在从发送器到探测器的跨度中有任何的色散，那么在探测器位置处的波长成分之间存在相位差。这种测量到的差被用来计算探测器位置处的色散。此外，通过在关心的波段上改变一个或多个发送器激光器的波长，探测器可以收集该波段上的相位差，以增加相位差测量的准确度，来确定色散斜率和确定两个被探测的信号之间的定时偏移。

相位差直接与群延迟成比例。假设Φ为波长λ₁和λ₂的光信号之间的相位差，波长λ₁和λ₂的光信号从发送器21到目标探测器23的渡越时间的差(t₁-t₂或Δt)为：

$\mathrm{\Δt}=\frac{\mathrm{\Φ}}{\mathrm{\Ω}}$

其中，Ω为正弦调制的角频率，即，图3A和图3B中的正弦电路35的频率；由于光纤色散如下所述，所以Δt为群延迟时间差(单位是ps)：

Δt＝D·L·Δλ

其中，D·L为光纤色散(单位是ps/nm/km)乘以光纤长度(单位是km)，并且Δλ为两个激光之间的波长差。注意，D·L为关心的链路的总色散，是唯一关心的参数。

此外，在所选择的位置处的探测器可以同时确定两个发送器激光器的合成输出信号的相位差，因此，也可以同时地确定不同跨度的色散。

图2图示了本发明的实施例。在节点17处，耦合器22将色散确定发送器21的输出连接到光纤10。在沿着光纤10的预定的位置处，分束器24从光纤10中为探测器23分出一小部分(即，百分之几)的光功率。发送器21的光信号和来自发送器11的数据信号都受到沿着光纤10传播过程中的色散的影响。探测器23从发送器21的这些信号获得信息，这些信息被用来计算从节点17到特定探测器23的位置之间的光纤的跨度的色散。

图3A为发送器21的框图。两个激光器31和32的输出通过复用器33合成。两个激光器31和32的合成输出通过调制器34调制，其中调制器34由产生信号(诸如正弦波、方波或其他波形)的电路35驱动，以调制激光器31和32的输出。经调制的信号通过耦合器22在光纤10上发送(见图2)。与网络管理系统通信的控制块50控制发送器21的工作。具体地，对于本发明，控制块50控制激光器31和32的工作(包括每个激光器的输出波长)。发送器21的可选择的构造是分别但是同时地调制两个激光器31和32的输出信号；这两个经调制的信号随后被合成以连接到复用器22和光纤10。

图3B为发送器21的另一个结构的框图。与图3A中相同的元件具有相同的附图标记。在该结构中，激光器31和32由电路35直接调制，不需要图3A的外部调制器34。

在图5A中示出了具有示例的调制正弦波形的发送器21产生的输出。因为电路35调制两个激光器信号(由实线和虚线示出)，所以两个波长信号之间的相位差为零。在沿着光纤10传输之后，并且假设在发送器21与特定位置之间的跨度中对于两个波长的色散没有由DCU完全补偿，在两个波长处的信号具有如图5B所示的相位差。在时间t₀处的线帮助示出了两个波长信号之间的相位差。

通过探测器23测量相位差，在图4A中示出了探测器23的框图。通过分束器24，探测器23接收到一小部分由光纤10携带的光信号。光信号被引入薄膜滤波器36，其中薄膜滤波器36使发送器激光器31和32的输出波长中的一者处的信号透射。滤波器36的输出终端连接到相位鉴别器电路37，并且相位鉴别器电路37的输出终端连接到控制块51。控制块51存储来自电路51的相位差值以进行处理，来计算从发送器21到探测器23的跨度的色散。在网络的正常业务关闭的状态下，在光纤10上仅载有激光器31和32的信号。这样，滤波器36为相位鉴别器电路37将两个输出波长信号分离。

在图4B中示出探测器23的另一个结构。在该结构中，两个薄膜滤波器36A和36B，其中一个滤波器使在两个激光器输出波长中的一者处的信号通过，另一个滤波器使在另一个激光器输出波长处的信号通过。滤波器36A和36B的经滤波的输出都被发送到相位鉴别器电路37。取决于信号强度是否足够，通过将来自分束器24的信号再次分开或者对滤波器36A和36B使用两个分束器24，来获得输入到滤波器36A和36B的输入信号。在此结构中，只要业务数据不在两个发送器激光器31和32的波长处工作，就没有必要关闭网络的正常业务。

通过上述探测器23，获得了相位差并且通过Ω(调制的角频率)计算出Δt(群延迟时间差)。由于L和Δλ已知，控制块51之后由上述公式Δt＝D·L·Δλ来计算色散D。

由所获得的相位差计算色散的另一种方式为假设Φ为特定参考值，例如，90°或180°。那么，改变调制的角频率Ω，使得所得的Φ与参考值相匹配。因为Δt为Φ与Ω的比值，所以同样获得了群延迟时间来计算色散。

如果从所述第一和第二激光器的所述输出信号需要更多的信息，那么与其使用上述在探测器23中的简单的固定波长滤波器36(以及36A和36B)，不如在图4C中图示的探测器22中使用可变的滤波器38。当网络业务信号被关闭时，滤波器38滤掉除激光器31和32的两个波长处的信号之外的全部信号。可变滤波器38的输出终端连接到相位鉴别器电路37，并且相位鉴别器电路37的输出终端连接到控制块51。控制块51存储来自电路51的相位差值以进行处理，来计算从发送器21到探测器23的跨度的色散。控制块51也控制可变滤波器36。

可操作地，在获得一个相位差之后，在关心的波段内改变发送器21中的激光器31和32中的一个或多个的输出，以对于该探测器位置获得一系列相位差。可以通过改变激光器31和32两者的输出波长完成改变，也可以通过仅改变一个激光器的输出波长来完成改变。随着改变激光器31和32中的一个或多个的输出，探测器23的可变滤波器38也相应地改变以匹配(一个或多个)新波长。此外，某些或全部探测器23随着激光器31和/或32的(一个或多个)输出改变而同时工作，以在不同探测器位置处同时地获得相位差。

横跨波段的一系列相位差允许收集更多信息。增加了相位差测量中的精确度，可以确定色散对于波长的斜率，并且通过考虑相位差的差而不考虑相位差的绝对值，可以发现由于长度匹配不理想(例如，在发送器和接收器处的光学尾纤(pigtail)的长度失配)而引起的第一和第二激光器的输出信号之间的任何定时偏移，从而消除与波长无关的失配错误。

图6为发送器21和探测器23的工作流程图。虚线表示发送器21和(一个或多个)探测器23都已经在工作。在步骤40处，发送器21中的两个激光器31和32的输出信号被调制，并且由步骤41从发送器21发送到链路的光纤10。在探测器23的探测位置处接收这些信号，在该位置处由步骤43确定两个激光器输出信号的调制中的相位差。对于具有固定波长滤波器的探测器，处理进行到步骤46，并在该处由相位差计算色散。

在探测器23具有可变滤波器(并且发送器21具有可变波长激光器)的状态下，处理可以继续步骤44和45。改变发送器21中的两个激光器中的至少一者的波长，作为使波长在关注的波段步进的一部分。可以在足够使得由步骤43能够确定并存储相位差的预设时间量之后，使波长改变发生，或者由通过网络管理系统与探测器控制块51通信的发送器控制块50控制波长改变。判决步骤45判定两个激光器的波长是否还在关心的波段内。如果是，处理循环返回步骤40。注意，在步骤43处，对于新的(一个或多个)激光器波长调整每个探测器位置的可变滤波器38。如果否，这意味着在关心的波段内的全部相位差都已经获得了，并且在步骤46处，计算从发送器21到关心的探测器23之间的跨度的色散。通过一系列测量到的相位差，使用插值技术以获得相比于由单一相位差测量获得的色散更精确的色散值。也可以确定色散对于波长的斜率以及发送器激光器之间的任何定时偏移。此外，可以通过部分探测器23(如果不是全部的话)同时执行探测器工作。

图7图示了根据本发明的一个实施例的分别在发送器21和探测器23中的控制块50和51中的一者的框图。控制块50(或51)包括存储器子系统62和中央处理器子系统61，其中，存储器子系统62可以存储并取回软件程序、本发明所使用的数据等，该软件程序包含执行本发明各方面的计算机代码，中央处理器子系统61处理计算机代码的指令和数据并执行别的功能。对于存储器62的示例计算机可读存储介质优选地包括半导体系统存储器、CD-ROM、软盘、磁带、闪存和硬盘。控制块50(或51)还包括全部由系统总线68连接的子系统，其中子系统诸如固定存储器64(例如，硬盘)、可移动存储器66(例如，CD-ROM驱动器)以及一个或多个网络接口67。网络接口67为发送器21和探测器23提供路径，以与网络管理系统通讯以及彼此通讯，来同步工作。在控制块中可以使用更多或更少的子系统。例如，控制块50(或51)可以包括多于一个处理器41(即，多处理器系统)或者包括高速缓冲存储器。

控制块50和51被分别安装到用于发送器21和(一个或多个)接收器23的线卡(line card)上。发送器21和接收器23优选地为其他网络元件的部件并且控制块可以为用于网络元件的控制单元的部分。例如，如果探测器23为OADM 14的一部分(见图1)，那么控制块51可以安装到占有OADM 14的控制单元的线卡上。减小了部件和网络的复杂度，并且探测器23位于链路的有利位置中。探测器23可以对于直到OADM 14的跨度确定光纤10的色散。探测器23的另一个方便的位置在DCU(色散补偿单元)内。一般的DCU是由两个串联的光放大器所形成的模块，并在两个光放大器之间具有色散补偿元件。色散补偿元件可以为可变的或固定的。探测器23也可以被安置在两个光放大器之间。

因此，本发明允许在沿着整个网络链路的探测位置处确定色散。可以同时地完成在这些位置处的确定。此外，可以在WDM网络保持工作的同时确定色散。没有必要为了特定色散测量工作而关闭网络。

因此，虽然上面的描述提供了本发明的优选实施例的全面且完整的公开，但是对于本领域技术人员很明显地存在各种修改、替换结构和等价形式。因此，本发明的范围仅由权利要求的边界和范围所限制。

Claims (29)

1.一种确定沿着DWDM网络中的链路的色散的方法，所述方法包括：

用调制频率一致地调制第一激光器和第二激光器的输出信号，所述第一激光器和所述第二激光器工作在不同波长处；

将经调制的输出信号发送到所述链路；

在沿着所述链路的多个探测位置处，接收所述经调制的输出信号；

在所述多个探测位置中的每个处，确定所述第一激光器和所述第二激光器的所述经调制的输出信号之间的相位差；以及

在所述多个探测位置中的至少一者处，从所确定的相位差和在所述多个探测位置中的所述至少一者处的所述调制频率，通过用所述相位差除以调制角频率并除以所述第一激光器与所述第二激光器的波长差，来计算所述链路的跨度上的色散。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接收步骤、所述确定步骤、所述计算步骤是在所述多个探测位置处同时执行的。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

改变所述第一激光器和所述第二激光器的所述两个不同波长中的至少一者；

重复所述调制步骤、所述发送步骤、所述接收步骤、所述确定步骤和所述改变步骤，以在所述多个探测位置中的每个处获得所述第一激光器与所述第二激光器的所述经调制的输出信号之间的多个所确定的相位差，从而从所述第一激光器和所述第二激光器的输出信号得到更多信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述更多信息包括：所述确定步骤中的更高精确度、确定色散对于波长的斜率以及确定所述第一激光器和所述第二激光器的输出信号之间的定时偏移。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述改变步骤包括：仅改变所述第一激光器的第一输出波长。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述改变步骤包括；改变所述第一激光器和所述第二激光器的第一输出波长和第二输出波长。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定步骤还包括：假设所述相位差需要为预定的值，则调整所述调制频率，使得所述相位差与所述预定的值相匹配。

8.一种确定沿着DWDM网络中的链路的色散的方法，所述方法包括：

关闭步骤，关闭所述DWDM网络上的网络业务；

调制步骤，一致地调制第一激光器和第二激光器的输出信号，所述第一激光器和所述第二激光器工作在不同波长；

发送步骤，将经调制的输出信号发送到所述链路中并发送到多个探测位置，使得可以在所述多个位置中的每个处确定所述经调制的输出信号之间的相位差；以及

确定步骤，通过用所述相位差除以调制角频率并除以所述第一激光器与所述第二激光器的波长差来确定所述链路的跨度上的色散。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

使所述第一激光器工作在第一输出信号波长，并且所述第二激光器工作在第二输出信号波长；以及

在所述调制步骤之前，使所述第一激光器和所述第二激光器的第一输出信号和第二输出信号合并。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述调制步骤包括直接调制所述第一激光器和所述第二激光器中的每一者。

11.根据权利要求8所述的方法，还包括：

改变步骤，改变所述第一激光器和所述第二激光器的所述不同波长中的至少一者；以及

重复所述调制步骤、所述发送步骤和所述改变步骤，使得可以在所述多个探测位置中的每个处获得多个所确定的相位差。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述改变步骤包括仅改变所述第一激光器的输出波长。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述改变步骤包括改变所述第一激光器的输出波长和所述第二激光器的输出波长。

14.一种确定沿着DWDM网络中的链路的色散的方法，所述方法包括：

在沿着所述链路的多个探测位置处，接收在不同波长处的两个激光信号，所述两个激光信号一致地由调制频率所调制；

在所述多个探测位置中的每个处，确定所述两个激光信号之间的相位差；以及

从所述调制频率和所确定的所述两个激光信号之间的相位差，通过用所述相位差除以调制角频率并除以所述两个激光信号的波长差，对于所述多个探测位置中的每个，计算所述链路的跨度上的的色散。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述多个探测位置中的每个处同时执行所述计算步骤。

16.根据权利要求14所述的方法，还包括：

在改变所述两个不同波长中的至少一者的情况下，接收经调制的所述两个激光信号；并且

重复所述确定步骤和所述接收改变的激光信号波长步骤，以在所述多个探测位置中的每个处获得预定波段上的、所述两个激光信号之间的相位差。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述确定步骤还包括：假设所述相位差需要为预定的值，则调整所述调制频率，使得所述相位差与所述预定值相匹配。

18.在具有至少一个链路的DWDM网络中，一种用于确定沿着所述链路的多个位置处的色散的发送器设备，所述设备包括：

至少两个激光器，每个激光器具有彼此不同的输出波长信号；

调制器，其一致地调制所述至少两个激光器的输出波长信号；以及

复用器，其将所述输出波长信号连接到所述链路，使得能够在预定波段上确定由色散给经调制的输出波长信号引起的相位差，并能够从所述多个位置处所确定的相位差通过用所述相位差除以调制角频率并除以所述至少两个激光器中两个激光器的波长差而计算所述链路的跨度上的色散。

19.根据权利要求18所述的发送器设备，还包括：控制块，其适合于在预定波段上控制所述激光器中的至少一者的输出波长。

20.根据权利要求18所述的发送器设备，其中，只有一个激光器适合于可控制地在所述预定波段上改变其输出波长。

21.根据权利要求18所述的发送器设备，其中，所述至少两个激光器适合于在所述预定波段上改变其输出波长。

22.在具有至少一个链路的DWDM网络中，一种用于从信号确定沿所述链路的色散的探测设备，所述信号经由所述链路在两个不同波长处发送并且被一致地调制，所述设备包括：

至少一个滤波器，其适合于在沿着所述链路的位置处接收光信号，并且输出在所述两个不同波长处的信号；以及

相位鉴别器，其从所述至少一个滤波器接收所述输出信号，并且确定至少在所述两个不同波长处的所述信号之间的相位差，通过用所述相位差除以调制角频率并除以所述两个波长之间的差，来对于沿着所述链路的所述位置计算所述链路的跨度上的色散。

23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述至少一个滤波器包括薄膜滤波器。

24.根据权利要求22所述的设备，其中，所述至少一个滤波器包括两个滤波器，所述两个滤波器中的每个都适合于输出所述两种不同波长中的一种处的输出信号。

25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述两个滤波器中的每一个都包括薄膜滤波器。

26.根据权利要求22所述的设备，还包括：控制块，其适合于从至少在所述两个波长处的所述信号之间的所述相位差来对于所述位置计算色散。

27.根据权利要求22所述的设备，其中，所述至少一个滤波器包括可变滤波器，其适合于在沿着所述链路的位置处接收光信号，所述可变滤波器可控制地过滤出至少在两个波长处的信号来作为输出信号，所述两个波长中的至少一者在预定波段上改变。

28.根据权利要求27所述的设备，还包括：控制块，其适合于从至少在所述两个波长处的所述信号之间的所述相位差来对于所述位置计算色散，并且适合于在所述两个波长中的至少一者在预定波段上改变时，控制所述可变滤波器过滤出至少在两个波长处的信号来作为输出信号。

29.根据权利要求22所述的设备，其中，所述探测设备是色散补偿单元的一部分。

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