CN101807958B - 一种波分复用光传输系统在线升级扩容功率调整方法 - Google Patents

Abstract

一种波分复用光传输系统在线升级扩容功率调整方法，确定好升级扩容波道与原有波道的发送功率要求差异，从线路监控口观测原有波道作为参考，在此基础上调整升级扩容波道的功率，并从线路监控口观测，使得其与原有波道的差异达到要求，此时，线路上扩容波道的发送光功率即达到要求，OSNR达到预期目标，完成调整。需要使用一台光谱分析仪，接在光放大器的监控口。本发明所述的波分复用光传输系统在线升级扩容功率调整方法，能准确地调整新增高速波道的发送光功率，而且通过光放大器监控口实施，不中断原有波道业务，简单实用，解决了低速WDM系统的升级扩容的关键难题，为WDM系统升级扩容应用奠定了良好的基础。

Description

一种波分复用光传输系统在线升级扩容功率调整方法

技术领域

本发明涉及光纤线路中光信号功率调整，具体的说是一种波分复用(WDM)光传输系统在线升级扩容功率调整方法。

背景技术

现在WDM系统中，一条光纤线路上包含有多个波道，该线路上的光功率为每波道光功率之和。当其它条件都不变的情况下，在光放大器输出口，每波道发送光功率增大，则光信噪比(OSNR)提高，误码率降低，性能变好；每波道发送光功率减小，则OSNR降低，误码率升高，性能变差。但是每波道发送光功率也不是越高越好，发送的光功率提高到一定的程度时，虽然OSNR仍在提高，但是光纤的非线性效应开始变得不可忽略，它将使得光信号劣化，WDM系统性能反而下降。因此，每波道发送光功率的取值需要在OSNR和光纤非线性效应两者之间折衷。此外，不同速率光信号，非线性效应发生作用的阈值功率也不同，信号速率越高，阈值越低。综上所述，在实际WDM系统中，考虑到OSNR、光纤非线性效应等因素，要使得系统正常工作、线路性能最佳，不同速率的信号(例如目前主流的10Gb/s和40Gb/s)会要求不同的每波道发送光功率。一般情况下，WDM系统中10Gb/s的信号，每波道平均发送功率要求为+4dBm；40Gb/s的信号，每波道平均发送功率要求为+2dBm。

一个包括N个波道的WDM系统，发送端结构如图1所示，N个光发送单元，分别记作光发送单元1、光发送单元2……光发送单元N。每个光发送单元发出特定波长的信号光。每个光发送单元之后连接一只可调的光衰减器，分别记作光衰减器1、光衰减器2……光衰减器N。光衰减器用来调整每个光发送单元发出的信号光的光功率。所有N个光发送单元发出的信号光经过相应的光衰减器后进入合波器。合波器将N个信号光波分复用到同一根光纤中，送入可调的光衰减器A。光衰减器A用来调整合波后的总的光功率。合波后的光经过光衰减器A后进入到光放大器。光放大器可以将所有波长的信号光一起放大。光放大器的输出光发送到主光线路中去。同时，光放大器还有一个监控口，可以将输出光的很小一部分(约5％)分离出来以供测量。

光放大器输出包括N个波道光信号，光功率也是N个波道功率之和，也就是总功率P_a。总功率P_a可以用功率计测量或者通过管理软件采集。使用功率计测量会中断主光线路，使得光信号传输的业务中断，因此在实际中一般通过管理软件采集该数据。得到总功率P_a之后，单波道平均发送功率P_i由计算得到，具体计算公式为P_i＝P_a-10logN，这样可以在线(不中断传输业务)观察单通道平均发送功率。在系统开通或者扩容时，通过改变输入，观察光放大器输出总功率，便可实现单波道平均发送功率的在线调整。

在上述现有的调整单波道平均发送功率的方法中，可以看出是假定所有N个波道信号速率相同，要求控制为同一个发送光功率，这个方法适合大多数WDM系统的调整，比如纯粹的低速10Gb/s WDM系统，正在实践中被广泛采用。

目前，由于WDM系统需要升级扩容，很多WDM系统初期为低速10Gb/s速率，正在运行当中，要加载高速40Gb/s速率波道，并且不能中断原有低速10Gb/s波道传输业务。随之而来的问题是由于速率不同，低速10Gb/s和高速40Gb/s要求的每波道发送光功率不同，新增加的高速40Gb/s每波道发送功率不能用原来的计算方法来调整。

在WDM系统升级扩容时，原有低速(例如10Gb/s，但不限于10Gb/s)波道已经按照要求调整好发送光功率，新增高速(例如40Gb/s，但不限于40Gb/s)波道的发送光功率需要在线调整到合理的值。目前还没有合适的方法来实现这一调整。不能调整发送光功率，就不能得到预计的系统OSNR，系统性能也就无法保证。而不能在线调整，意味着需要中断现有的业务，完全调整好后再恢复业务，这也是现代通信所不能接受的。因此这一问题迫切需要得到解决，使WDM系统能在线升级扩容，满足不断增长的业务需求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种波分复用光传输系统在线升级扩容功率调整方法，是一种相对功率参考调整方法，用来调整在线扩容时新增波道发送光功率要求不同的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种波分复用光传输系统在线升级扩容功率调整方法，其特征在于具体操作步骤如下：

步骤一、升级扩容前，根据WDM系统行业标准规定中所规定的不同速率的发送光功率，确定系统中低速信号每波道发送功率为P_t1，需要升级扩容的高速信号每波道发送功率要求为P_t2，二者之间的发送功率差P₀为：

P₀＝P_t2-P_t1，P₀单位为dB，

步骤二、用光谱仪在发送光放大器监控口监测，选定任意一个低速波道为功率参考，对该波道进行系统通道间隔范围内功率积分，按下式计算得到功率P_L：

$P_L={\∫}_{{\mathrm{\λ}}_0-0.2\mathrm{nm}}^{{\mathrm{\λ}}_0+0.2\mathrm{nm}}{p}_{\left(\mathrm{\λ}\right)}\mathrm{d\λ},$ P_L单位为dBm，

步骤三、利用相对功率的原理，计算高速波道在光谱仪中应该监测到的功率P_H：

P_H＝P_L+P₀，P_H单位为dBm；

步骤四、按照WDM系统设备的常规操作，将高速波道光信号发送口用光纤连接到合波器对应输入口，用光谱仪测量该高速波道，并且使用光谱仪的功率积分功能对该波道进行功率积分，积分范围是0.4nm，得到P_H1，P_H1单位为dBm，；然后调节该波道发送单元后的光衰减器，P_H1会随之改变，一直调节该波道发送单元后的光衰减器，直到P_H1＝P_H时，该波道发送光功率即达到要求，调整完成；

步骤五、重复步骤四，把下一个需要升级扩容的高速波道接入合波器对应输入口，并调整发送光功率，直到所有需要扩容的波道全部调整完成。

在上述技术方案的基础上，步骤二中所说的系统通道间隔为0.4nm。

本发明所述的波分复用光传输系统在线升级扩容功率调整方法具有几个优点，

其一，适合不同功率调整需求，

其二，结果准确可靠，

其三，不中断原有业务，适合在线升级扩容。

附图说明

本发明有如下附图：

图1WDM系统发送端结构图，

图2相对功率参考调整方法方案图，

图3实例1的方案图，

图4实例2的方案图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

相对功率参考调整方法的设计思想是：确定好升级扩容波道与原有波道的发送功率要求差异，从线路监控口观测原有波道作为参考，在此基础上调整升级扩容波道的功率，并从线路监控口观测，使得其与原有波道的差异达到要求，此时，线路上扩容波道的发送光功率即达到要求，OSNR达到预期目标，完成调整。需要使用一台光谱分析仪，接在光放大器的监控口(Monitor)，如图2所示。值得注意的是，本方法利用光放大器的监控口观测光信号功率，监控口只是主光线路按照小比例(例如某些型号的光放大器监控口的分光比例标称是5％)分出来的信号，在以下描述中监控口观测波道功率值，并不会等于该波道在主光线路中的实际功率值，这也正是本方法的关键特点之一-相对功率。

设系统中低速信号每波道发送功率为P₁(dBm)，需要升级扩容的高速信号每波道发送功率要求为P₂(dBm)，二者之间的发送功率差P₀如公式1所示，单位为dB：

P₀＝P₂-P₁      (1)

设监控口的分光比例是m，换算成dB为单位是10·lgm。则在监控口观察到的低速信号每波道发送功率为P₁+10·lgm，高速信号每波道发送功率为P₂+10·lgm。当低速信号与高速信号之间的发送功率差为P₀时，在监控口观察到低速信号与高速信号之间的发送功率差如公式2所示，：

(P₂+10·lgm)-(P₁+10·lgm)＝P₂-P₁＝P₀   (2)

这说明，虽然监控口测量到的功率不等于主光线路上的发送功率，但是低速信号与高速信号的发送功率差(用dB表示)，在主光线路上与在监控口上测量的结果是一样的，这就是相对功率的原理。

本发明所述的波分复用光传输系统在线升级扩容功率调整方法的具体操作步骤如下：

步骤一、升级扩容前，根据WDM系统行业标准规定中所规定的不同速率的发送光功率，确定系统中低速信号(例如10Gb/s，但不限于10Gb/s)每波道发送功率为P_t1(dBm)，需要升级扩容的高速信号(例如40Gb/s，但不限于40Gb/s)每波道发送功率要求为P_t2(dBm)，二者之间的发送功率差P₀为：

P₀＝P_t2-P_t1，P₀单位为dB，

步骤二、用光谱仪在发送光放大器监控口监测，选定任意一个低速波道为功率参考，对该波道进行系统通道间隔范围内功率积分(目前WDM系统通道间隔多数为0.4nm)，按下式计算得到功率P_L(dBm)：

$P_L={\∫}_{{\mathrm{\λ}}_0-0.2\mathrm{nm}}^{{\mathrm{\λ}}_0+0.2\mathrm{nm}}{p}_{\left(\mathrm{\λ}\right)}\mathrm{d\λ},$

其中p_(λ)表示光谱仪上显示的功率谱密度函数，单位为dBm/nm，λ表示光波长，λ₀表示测量波道的中心波长。该积分式的积分范围是0.4nm。实际操作中，我们并不需要人工进行这个积分运算，而是通过光谱仪自带的功率积分功能自动算得P_L。较常用的商用光谱仪都自带该功能。例如，可选用安藤(Ando)AQ6317B光谱仪，安立(Anritsu)MP9710C光谱仪，EXFO FTB-400光谱仪等。

步骤三、利用相对功率的原理，计算高速波道在光谱仪中应该监测到的功率P_H：

P_H＝P_L+P₀，P_H单位为dBm；

步骤四、按照WDM系统设备的常规操作，将高速波道光信号发送口用光纤连接到合波器对应输入口，用光谱仪在发送光放大器监控口测量该高速波道，并且使用光谱仪的功率积分功能对该波道进行功率积分，积分范围是0.4nm，得到P_H1(dBm)；然后调节该波道发送单元后的光衰减器，P_H1会随之改变，一直调节该波道发送单元后的光衰减器，直到P_H1＝P_H时，该波道发送光功率即达到要求，调整完成；

步骤五、重复步骤四，把下一个需要升级扩容的高速波道接入合波器对应输入口，并调整发送光功率，直到所有需要扩容的波道全部调整完成。

本发明采用相对功率参考调整方法，能准确地调整新增高速波道的发送光功率，而且通过光放大器监控口实施，不中断原有波道业务，简单实用，解决了低速WDM系统的升级扩容的关键难题，为WDM系统升级扩容应用奠定了良好的基础。

以下通过两个具体实施例来进一步说明本发明所述方法。

实施实例1：

一个低速10Gb/s速率，0.4nm通道间隔的WDM系统，已经开通16个10Gb/s波道，需要升级扩容2个高速40Gb/s波道。

该系统发送端结构如图3所示，包括16个10Gb/s速率的光发送单元OTU2S，分别记作OTU2S₁、OTU2S₂……OTU2S₁₆。每个光发送单元发出特定波长的信号光。每个OTU2S之后连接一只可调的光衰减器VOA，分别记作VOA₁、VOA₂……VOA₁₆。光衰减器用来调整每个光发送单元发出的信号光的光功率。所有16个OTU2S发出的信号光经过相应的VOA后进入合波器OMUX。OMUX将16个OTU2S发出的信号光波分复用到同一根光纤中，送入一只可调的光衰减器VOA，记作VOAa。VOAa用来调整合波后的总的光功率。

合波后的光经过VOAa后进入到光放大器OA。OA可以将所有波长的信号光一起放大。OA的输出光发送到主光线路中去。同时，光放大器还有一个监控口Monitor，可以将输出光的很小一部分(5％)分离出来以供测量。

另有2个40Gb/s速率的光发送单元OTU3S，分别记作OTU3S₁、OTU3S₂，每个OTU3S之后连接一只光衰减器VOA，分别记作VOA₁₇、VOA₁₈。这2个光发送单元将接入图3中的低速10Gb/s的WDM系统，实现升级扩容2个高速40Gb/s波道。

对该系统的扩容的具体步骤如下：

a、根据中华人民共和国通信行业标准《N×40Gbit/s光波分复用(WDM)系统技术要求》，已开通的低速10Gb/s波道，每波道发送功率设定为P_t1＝+4dBm；需要升级扩容的高速40Gb/s波道，每波道发送功率要求为P_t2＝+2dBm。根据公式1计算，二者之间的发送功率差为：

P₀＝P_t2-P_t1＝-2dB

b、使用型号为AQ6317B的光谱仪在发送OA的监控口监测，选定任意一个低速波道为功率参考，例如：选定低速10Gb/s，1532.72nm波道为功率参考。使用光谱仪对该波道0.4nm范围内进行功率积分，得到功率P_L为-13.33dBm。

c、根据公式3，计算高速40Gb/s波道在光谱仪中应该监测到的功率：

P_H＝P_L+P₀＝-13.33-2＝-15.33dBm

d、把OTU3S₁发出的1547.32nm的信号光接入合波器，用光谱仪对该波道进行功率积分，积分值为P_H1。调节其对应的光衰减器VOA₁₇，使得P_H1等于P_H，即-15.33dBm。

e、把OTU3S₂发出的1547.72nm的信号光接入合波器，用光谱仪对该波道进行功率积分，积分值为P_H2。调节其对应的光衰减器VOA₁₈，使得P_H2等于P_H，即-15.33dBm，调整完成。

为了验证调整的效果，在主光线路的接收端对2个高速40Gb/s波道按照中华人民共和国通信行业标准《N×40Gbit/s光波分复用(WDM)系统测试方法》中的OSNR测量方法测试，第一个高速40Gb/s波道的OSNR为22.4dB，第二个高速40Gb/s波道的OSNR为22.3dB。该结果与单波道发送光功率+2dBm，经过线路传输以后，应该达到22.2dB的ONSR，正负误差不超过0.5dB的预期目标相符合。

实施实例2：

一个低速10Gb/s速率，0.4nm通道间隔的WDM系统，已经开通64个10Gb/s波道，需要升级扩容12个高速40Gb/s波道。

该系统发送端结构如图4所示，包括64个10Gb/s速率的光发送单元OTU2S，分别记作OTU2S₁、OTU2S₂……OTU2S₆₄。每个光发送单元发出特定波长的信号光。每个OTU2S之后连接一只可调的光衰减器VOA，分别记作VOA₁、VOA₂……VOA₆₄。光衰减器用来调整每个光发送单元发出的信号光的光功率。所有64个OTU2S发出的信号光经过相应的VOA后进入合波器OMUX。OMUX将64个OTU2S发出的信号光波分复用到同一根光纤中，送入一只可调的光衰减器VOA，记作VOAa。VOAa用来调整合波后的总的光功率。

合波后的光经过VOAa后进入到光放大器OA。OA可以将所有波长的信号光一起放大。OA的输出光发送到主光线路中去。同时，光放大器还有一个监控口Monitor，可以将输出光的很小一部分(5％)分离出来以供测量。

另有12个40Gb/s速率的光发送单元OTU3S，分别记作OTU3S₂、OTU3S₂……OTU3S₁₂，每个OTU3S之后连接一只光衰减器VOA，分别记作VOA₆₅、VOA₆₆……VOA₇₆。这12个光发送单元将接入图4中的低速10Gb/s的WDM系统，实现升级扩容12个高速40Gb/s波道。

对该系统的扩容的具体步骤如下：

a、根据中华人民共和国通信行业标准《N×40Gbit/s光波分复用(WDM)系统技术要求》，已开通的低速10Gb/s波道，每波道发送功率设定为P_t1＝+4dBm；需要升级扩容的高速40Gb/s波道，每波道发送功率要求为P_t2＝+2dBm。根据公式1计算，二者之间的发送功率差为：

P₀＝P_t2-P_t1＝-2dB

b、使用型号为AQ6317B的光谱仪在发送0A的监控口监测，选定任意一个低速波道为功率参考，例如：选定低速10Gb/s，1533.07nm波道为功率参考。使用光谱仪对该波道0.4nm范围内进行功率积分，得到功率P_L为-15.15dBm。

c、根据公式3，计算高速40Gb/s波道在光谱仪中应该监测到的功率：

P_H＝P_L+P₀＝-15.15-2＝-17.15dBm

d、把OTU3S₁发出的1556.15nm信号光接入合波器，用光谱仪对该波道进行功率积分，积分值为P_H1。调节其对应的光衰减器VOA₆₅，使得P_H1等于P_H，即-17.15dBm。

e、把OTU3S₂发出的1556.55nm信号光接入合波器，用光谱仪对该波道进行功率积分，积分值为P_H2。调节其对应的光衰减器VOA₆₆，使得P_H2等于P_H，即-17.15dBm。

f、把OTU3S₃发出的1556.96nm信号光接入合波器，用光谱仪对该波道进行功率积分，积分值为P_H3。调节其对应的光衰减器VOA₆₇，使得P_H3等于P_H，即-17.15dBm。

g、把OTU3S₄发出的1557.36nm信号光接入合波器，用光谱仪对该波道进行功率积分，积分值为P_H4。调节其对应的光衰减器VOA₆₈，使得P_H4等于P_H，即-17.15dBm。

h、把OTU3S₅发出的1557.77nm信号光接入合波器，用光谱仪对该波道进行功率积分，积分值为P_H5。调节其对应的光衰减器VOA₆₉，使得P_H5等于P_H，即-17.15dBm。

i、把OTU3S₆发出的1558.17nm信号光接入合波器，用光谱仪对该波道进行功率积分，积分值为P_H6。调节其对应的光衰减器VOA₇₀，使得P_H6等于P_H，即-17.15dBm。

j、把OTU3S₇发出的1558.58nm信号光接入合波器，用光谱仪对该波道进行功率积分，积分值为P_H7。调节其对应的光衰减器VOA₇₁，使得P_H7等于P_H，即-17.15dBm。

k、把OTU3S₈发出的1558.98nm信号光接入合波器，用光谱仪对该波道进行功率积分，积分值为P_H8。调节其对应的光衰减器VOA₇₂，使得P_H8等于P_H，即-17.15dBm。

l、把OTU3S₉发出的1559.39nm信号光接入合波器，用光谱仪对该波道进行功率积分，积分值为P_H9。调节其对应的光衰减器VOA₇₃，使得P_H9等于P_H，即-17.15dBm。

m、把OTU3S₁₀发出的1559.79nm信号光接入合波器，用光谱仪对该波道进行功率积分，积分值为P_H10。调节其对应的光衰减器VOA₇₄，使得P_H10等于P_H，即-17.15dBm。

n、把OTU3S₁₁发出的1560.20nm信号光接入合波器，用光谱仪对该波道进行功率积分，积分值为P_H11。调节其对应的光衰减器VOA₇₅，使得P_H11等于P_H，即-17.15dBm。

o、把OTU3S₁₂发出的1560.61nm信号光接入合波器，用光谱仪对该波道进行功率积分，积分值为P_H12。调节其对应的光衰减器VOA₇₆，使得P_H12等于P_H，即-17.15dBm，调整完成。

为了验证调整的效果，在主光线路的接收端对12个高速40Gb/s波道按照中华人民共和国通信行业标准《N×40Gbit/s光波分复用(WDM)系统测试方法》中的OSNR测量方法测试，1556.15nm波道的OSNR为20.4dB，1556.55nm波道的OSNR为20.3dB，1556.96nm波道的OSNR为20.4dB，1557.36nm波道的OSNR为20.2dB，1557.77nm波道的OSNR为20.4dB，1558.17nm波道的OSNR为20.3dB，1558.58nm波道的OSNR为20.3dB，1558.98nm波道的OSNR为20.3dB，1559.39nm波道的OSNR为20.3dB，1559.79nm波道的OSNR为20.2dB，1560.20nm波道的OSNR为20.3dB，1560.61nm波道的OSNR为20.4dB。该结果与单波道发送光功率+2dBm，经过线路传输以后，应该达到20.2dB的ONSR，正负误差不超过0.5dB的预期目标相符合。

以上数据证明，采用相对功率参考调整方法完成WDM系统在线升级扩容功率调整，完全满足要求。

Claims (1)

1.一种波分复用光传输系统在线升级扩容功率调整方法，其特征在于具体操作步骤如下：

步骤一、升级扩容前，根据WDM系统行业标准规定中所规定的不同速率的发送光功率，确定系统中低速信号每波道发送功率为P_t1，需要升级扩容的高速信号每波道发送功率要求为P_t2，二者之间的发送功率差P₀为：

P₀＝P_t2-P_t1，P₀单位为dB，

步骤二、用光谱仪在发送光放大器监控口监测，选定任意一个低速波道为功率参考，对该波道进行系统通道间隔范围内功率积分，按下式计算得到功率P_L：

$P_L={\∫}_{{\mathrm{\λ}}_0-0.2\mathrm{nm}}^{{\mathrm{\λ}}_0+0.2\mathrm{mn}}{p}_{\left(\mathrm{\λ}\right)}\mathrm{d\λ},$ P_L单位为dBm，λ₀表示测量波道的中心波长，p_(λ)表示光谱仪上显示的功率谱密度函数，λ表示光波长，

步骤三、利用相对功率的原理，计算高速波道在光谱仪中应该监测到的功率P_H：

P_H＝P_L+P₀，P_H单位为dBm；

步骤四、按照WDM系统设备的常规操作，将高速波道光信号发送口用光纤连接到合波器对应输入口，用光谱仪测量该高速波道，并且使用光谱仪的功率积分功能对该波道进行功率积分，积分范围是0.4nm，得到P_H1，P_H1单位为dBm；然后调节该波道发送单元后的光衰减器，P_H1会随之改变，一直调节该波道发送单元后的光衰减器，直到P_H1＝P_H时，该波道发送光功率即达到要求，调整完成；

步骤五、重复步骤四，把下一个需要升级扩容的高速波道接入合波器对应输入口，并调整该下一个需要升级扩容的高速波道的发送光功率，直到所有需要扩容的高速波道全部调整完成。

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