CN101836378B - 海下光通信系统中的元件之间的发信号 - Google Patents

Abstract

一种用于在包括光缆信号发生器的海下光通信系统中的元件之间发信号的系统。该信号发生器包括线路电流调制电路，被配置为对在所述传输光缆的电源导线上提供的线路电流给予调制。一种在海下光通信系统中的元件之间发信号的方法包括调制通过元件的线路电流并检测所述调制电流。

Description

海下光通信系统中的元件之间的发信号

技术领域

本申请涉及光通信系统，更具体地，涉及用于海下光通信系统中的元件之间的发信号的系统和方法以及合并该系统和方法的系统。

背景技术

海下光通信系统可以包括在隔开10,000千米以上的距离的海岸站之间延伸的光传输路径。光传输路径可以包括通过诸如中继器、分支单元等的很多元件从一个海岸站耦合到另一个海岸站的光纤光缆。光纤光缆可以包括多个用于信息的双向传输(例如在波分复用(WDM)系统中的多个分开的波长信道上)的光纤对和用于提供连接到其的元件的操作所需的电能的电源导线。光纤光缆以及与连接到其的元件关联的外壳可以停留在海底。

在海下光通信系统的使用寿命期间，它的元件可能需要修理、更换、修改或升级。为了执行这些任务中的任何一个，光缆和从属元件必须位于海底。为了定位元件，船可能行进到该元件的预期的常规位置，并且可以进行搜索来明确地定位该元件。

此外，海下系统内的各种元件可以通过从海岸站发信号而有选择地可配置。例如分支单元可以使用从相关收发器发送的控制信号而被配置为接地或不接地状态。在这样的系统中，从该元件获得确认它已被配置在期望的工作条件下的确认信号可能是有用的。

附图说明

应当参考下面的应当结合附图阅读的详细描述，其中相同的数字表示相同的部件：

图1是与本公开内容一致的光通信系统的一个示范性实施例的简化框图；

图2是与本公开内容一致的一个示范性光缆信号发生器的框图；

图3包括呈现与本公开内容一致的示范性系统中生成的调制线路电流的线路电流对时间的曲线；

图4是与本公开内容一致的具有调制电路的示范性光缆信号发生器的框图；

图5是与本公开内容一致的具有包括齐纳二极管的调制电路的另一示范性光缆信号发生器的框图；

图6是包括与本公开内容一致的光缆信号发生器的分支单元的一个示范性实施例的框图；以及

图7是包括与本公开内容一致的光缆信号发生器的分支单元的另一示范性实施例的框图。

具体实施方式

现在转到图1，示出了与本公开内容一致的示范性光通信系统100。本领域技术人员将认识到，为了便于解释，系统100已被描述为非常简化的点对点系统。将理解，本公开内容可以被合并到多种光网络和系统中。

示出的示范性光通信系统100包括经由光传输路径104连接的第一收发器102和第二收发器106。为了便于解释，这里的描述可以参考从一个收发器到另一个收发器的传输。但是将理解，系统100可以被配置为收发器102、106之间的双向通信。

系统100可以被配置为波分复用(WDM)系统，其中收发器102可以通过在信号带宽内的多个不同的波长/信道的每一个上调制数据来生成多个单独的光信号。信道可以被多路复用成集合光信号并且由收发器102通过光学信息路径104发送到收发器106。在收发器106处，集合信号可以被多路分解成单独的光信号，以用于在其上调制的数据的解调。

为简单起见并且便于解释，示出的示范性光传输路径104包括具有中继器108-1、108-2....108-N的光传输光缆110、光缆信号发生器107和耦合到其的分支单元109。本领域普通技术人员将认识到，根据系统特性和要求，其它有源和无源部件可以被合并到传输路径104中，以及中继器、光缆信号发生器和分支单元的数目可以变化。此外，示出的示范性实施例包括独立的光缆信号发生器107。但是，将理解，与本公开内容一致的光缆信号发生器可以被合并到耦合到光传输路径的元件中的任何一个或多个中，该光传输路径包括例如中继器108-1、108-2，...，108-N中的一个或多个、该分支单元107或耦合到该光路径的任何其它有源或无源元件。

除合并与本公开内容一致的光缆信号发生器之外，传输路径中的光学元件中的一个或多个可以包括用于实现它们的预期功能的已知配置。中继器108-1、108-2，...，108-N可以包括补偿传输路径104上的信号衰减的任何已知的光放大器/中继器配置。例如，该中继器中的一个或多个可以被配置为包括已知光放大器配置的光放大器中继器，诸如掺铒光纤放大器、Raman放大器、或混合的Raman/EDFA放大器。此外，可以按照已知的光-电-光配置来提供该中继器中的一个或多个，该配置通过将光信号转换为电信号、处理该电信号、然后重传输该光信号来再生光信号。

分支单元107可以包括任何已知的分支单元配置，其将光缆分为例如分支光缆111，以允许数据传输到多于一个目的地。已知的分支单元包括如下配置：通过例如物理上分离携带信号的光纤以将一个方向上的一组光纤引导到例如收发器106，并且将另一个方向上的另一组光纤引导到例如分支光缆111，来分割光缆。其它已知配置可以通过将光信号转换为电信号、使用分插复用器(add-drop multiplexer)来在期望的路径上分开并重新组合信号、然后恢复为光信号，来分割光缆。其它配置使用光分插复用器(OADM)来将光载波频率向下引导到期望的路径。还可以实现技术的组合。

系统100可以被配置为远程(long-haul)系统，例如从收发器102到收发器106的长度大于大约600km，并且可以跨越水域112。当用于跨越水域(例如，海洋)时，中继器108-1、108-2....108-N、光缆信号发生器107和分支单元109可以位于海底114，并且传输路径104可以跨越在海滩滩头116、118之间以从水112中伸出，用于耦合到发送器102和接收器106。将理解，多个光传输组件可以耦合到传输路径104，并且可以位于水下和/或陆地上。

本领域普通技术人员公知，传输光缆110可以包括用于双向传送光信号的大量独立的光纤和用于为耦合到光缆110的元件供电的电源导线。光缆电源导线可以耦合到收发器102和/或收发器106处的已知的馈电设备(PFE)120、122。PFE 120、122可以被配置为提供并调节必要的电能以用于耦合到该光缆的元件的操作。

一般说来，光缆信号发生器107以及合并与本公开内容一致的光缆信号发生器的任何光学元件可以被配置为对光传输光缆110的电源导线上的线路电流给予调制，例如周期调制。调制的线路电流可以由从光缆定位系统126(诸如修理船)布置的一个或多个传感器124检测。传感器124可以包括用于感测导线中的电流的调制的任何已知配置，诸如用于感测邻近载流导线的场变化的电磁传感器。

光缆信号发生器107给予的调制可以是低频周期性调制。在一个实施例中，线路电流可以被以大约25Hz的频率调制。电流调制可以在传输光缆110连接到光缆信号发生器107的点处最强，以及可以随到光缆信号发生器的距离衰减。因而，传感器124可以被配置为通过识别最大线路电流调制的位置来定位光缆信号发生器或合并光缆信号发生器的任何元件。

光缆信号发生器107还可以或者可替换地对线路电流给予非周期调制，该调制可以在收发器处被检测到，例如通过PFE 120、122中的电流和/或电压调节器电路121、123或其它岸基传感器。从光缆信号发生器到岸基传感器的发信号可以用来确认合并该光缆信号发生器的海下元件已被配置在期望的状态。例如，光缆信号发生器107可以被合并到有选择地可配置为不接地或接地状态的分支单元。当分支单元例如通过从收发器发送的命令被设置为接地状态时，光缆信号发生器可以在该分支单元两端给予非周期的电压降，这导致线路电流的调制。线路电流调制可以由岸基传感器检测，从而提供分支单元的期望配置已被实现的确认。

现在转到图2，示出了与本公开内容一致的光缆信号发生器107的一个示范性实施例。示出的示范性实施例包括耦合在第一光缆电源导线204和第二光缆电源导线206之间的线路电流调制电路202。一般说来，线路电流调制电路202可以被配置用于在通过电源导线204、206的线路电流I中建立调制。线路电流调制电路202可以包括用于给予线路电流I中的周期或非周期调制的有源或无源部件或它们的组合。

在一个实施例中，线路电流调制电路202可以在光缆信号发生器的两端给予随时间变化的电压降，导致线路电流的相应调制。例如，图3包括示出了峰值线路电流值I1和I2之间的线路电流的线路周期性线调制的线路电流对时间的曲线302。线路电流调制可以被建立在允许位于邻近信号发生器之处的传感器124的检测的幅度和频率处。在另一个实施例中，线路电流调制电路202可以在光缆信号发生器的两端给予不随时间变化的电压降，导致可以被岸基传感器(诸如PFE120、122中的电压或电流调节电路121、123)检测的线路电流的非周期性的调制。

线路电流调制电路202可以通常处于分路或“截止”条件，以分路通过光缆信号发生器107的线路电流而不给予线路电流调制，以降低光缆信号发生器的功率消耗。在一个实施例中，光缆信号发生器107可以被配置为响应于在系统100的光命令信道上从收发器102或106发送的命令信号而有选择地给予线路电流调制。可选择的和已知的OADM模块208可以耦合到携带该命令信号的传输光缆的光纤，并且可以被配置为将该命令信号引导到线路电流调制电路202。响应于该命令信号，线路电流调制电路202可以调制该线路电流以允许由传感器124和/或岸基传感器(例如121、123)来对其检测。线路电流调制电路202可以被配置为在该命令信道上发送表示它已经被配置为调制该线路电流的响应命令。单独的命令信号可以由收发器发送，以使得线路电流调制电路202中止线路电流调制。

图4示出了与本公开内容一致的线路电流调制电路202a的一个示范性配置。示出的示范性实施例包括：与调制电路404并联地耦合在第一光缆电源导线204和第二光缆电源导线206之间的分路旁路电路402。一般说来，分路旁路电路402可以被配置用于响应于借助OADM模块208耦合到其的命令信号来有选择地将线路电流I分路到调制电路404周围。分路旁路电路402可以被配置为一个状态下呈现低阻抗并且在另一个状态下呈现比较高的阻抗，由此从低阻抗到高阻抗状态的周期性变化导致线路电流交替地经过该分路旁路电路402和调制电路404。调制电路404周围的线路电流的周期性的分路可以在光缆信号发生器两端的电压降中建立调制并且在经过电源导线204、206的线路电流I中建立相应的调制。分路旁路电路402还可以被配置为保持高阻抗状态，由此线路电流被非周期性地引导经过调制电路404，以建立非周期性的线路电流调制。

图5示出了与本公开内容一致的调制电路404a的一个示范性实施例。如图所示，调制电路404a可以包括第一D1和第二D2串联连接的功率齐纳二极管，与分路旁路电路402并联耦接在第一204和第二206光缆电源导线之间。尽管示出的示范性实施例包括两个齐纳二极管，但是将理解，任意数目的齐纳二极管可以用于该调制电路中。

齐纳二极管D1、D2的击穿电压可以被选择为建立当分路旁路电路402处于高阻抗状态并且线路电流被强制流过调制电路404a时的期望电压降。例如，在一个实施例中，齐纳二极管D1、D2可以是7V的齐纳二极管，并且旁路电路402可以呈现高阻抗以使得线路电流流过这两个二极管，以将通过光缆信号发生器的电压降增加14V。在另一个实施例中，旁路电路402可以有选择地被配置为将电流分路到齐纳二极管D1、D2中的一个或多个周围，但强迫线路电流流过另一个二极管以增加通过光缆信号发生器的期望的电压降。例如，分路旁路电路402可以在二极管D1周围呈现相对低的阻抗路径，而相对于二极管D2呈现高阻抗路径，从而强迫电流通过可选择的路径502并且通过齐纳二极管D2，并且增加7V的通过光缆信号发生器的电压降。

周期性地在分路旁路电路402的高低阻抗状态之间切换以周期性地旁路二极管D1、D2导致光缆信号发生器两端的电压降的调制以及线路电流I的相应调制，其可以由从光缆定位系统126布置的传感器124检测到。在一个实施例中，期望达到10mA RMS的最小电流调制以允许传感器124的检测。使用如图5所示的配置，其中二极管D1、D2是7V齐纳二极管，以大约25Hz的频率周期性地旁路齐纳二极管可以提供14V的峰-峰最大电压调制。如果在25Hz时动态传输光缆阻抗是150欧姆，则光缆信号发生器的输入处的电流调制可以是大约16.5mARMS(5V rms/300欧姆)。使用额外的齐纳二极管将提供更大的电流调制。

图6示出了包括与本公开内容一致的光缆信号发生器107的海底分支单元的示范性实施例600。尽管图6示出了分支单元，但是将理解，光缆信号发生器107可以被合并到光传输系统的任何海下元件中以提供光缆发信号。分支单元600包括光缆信号发生器107、分支单元OADM模块602和分支单元控制电路604。分支单元OADM模块602可以被配置为将来自于输入传输光缆110的信号分割到输出110a和分支光缆111。分支单元控制电路604可以响应于传输光缆110上提供的并且由分支单元OADM模块602引导到分支单元控制电路604的光命令信号，而有选择地可配置在一个或多个状态。分支单元控制电路604和用于将命令信号引导到分支单元控制电路的分支单元OADM模块602的配置是已知的。

在示出的示范性实施例中，分支单元OADM模块602可以被配置为将命令信号例如在路径606上提供给光缆信号发生器107，用于有选择地调制通过分支单元的线路电流。光缆信号发生器107可以响应于对线路电流I给予周期性调制的命令信号，以例如使用传感器124帮助在海下环境下定位分支单元600。此外或可替换地，光缆信号发生器107可以对应于将分支单元600设置到期望状态的命令，而对线路电流I给予非周期性的调制。该非周期性的调制可以由岸基传感器(例如，收发器中的121、123)检测，作为分支单元已被设置到期望状态的确认。

图7示出了包括与本公开内容一致的光缆信号发生器的分支单元600a的一个示范性实施例。示出的示范性实施例包括分支单元控制电路604，其通过借助分支单元OADM模块602的处理器606路由给其的命令信号而有选择地可配置为一个或多个状态。分支单元OADM模块602还提供通过电阻器Q3输出的光缆信号发生器控制以有选择地控制由光缆信号发生器给予的线路电流调制。

光缆信号发生器107a可以包括：包括晶体管Q1的分路旁路电路、包括齐纳二极管D_sig的调制电路、和包括晶体管Q2的功率电阻器电路。D_sig建立用于发信号的电压降。可以提供功率电阻器电路来从D_sig中分担一些电流和功率负荷。在一个实施例中，D_sig可以是7V齐纳二极管。

在操作中，光缆信号发生器107a可以具有零状态、活动状态和电极(electroding)状态。在零状态下，Q1可以分路线路电流通过D_sig。在活动状态下，Q1可以被截止(不导电的)以强迫线路电流通过D_sig，以提供可以被岸基传感器感测的非周期性的电压调制。可以使用硬件、软件、固件或它们的组合来配置分支单元OADM模块中的处理器606，以当例如分支单元处于期望状态(例如，接地状态)时将光缆信号发生器107a置于活动状态。因此，检测的非周期性的电压调制可以充当分支单元已被设置在期望状态的确认。在电极状态下，可以以25Hz的频率周期性地导通和截止Q1，以调制光缆信号发生器107a两端的电压降并且生成相应线路电流调制，该线路电流调制可以被(例如被传感器124)感测以帮助定位分支单元。在一个示范性实施例中，分支单元电压在零状态下可以为大约25.4V，在活动状态下可以为大约32.2V，并且在电极状态下可以由大约6.8V以25Hz调制，以根据传送线路电流的光缆的动态电阻进行相应的线路电流调制。

当分支单元600a处于正常状态(即，输入传输光缆110和输出传输光缆110a与地隔离)时，光缆信号发生器107a给予的电压调制可以存在于输入传输光缆110和输出传输光缆110a之间。但是，当分支单元600a处于接地状态时，光缆信号发生器107a给予的电压调制可以存在于分支单元电源路径中。例如，如果分支单元600a由从输入光缆110到海地的线路电流供电，则调制可以出现在输入光缆端口，但是如果分支单元由从海地到输出光缆110a的电流供电，则电压调制可以出现在输出光缆端口。当光缆信号发生器107a处于电极状态时，线路电流调制可以出现在向分支单元提供电力的端口，即，输入或输出光缆端口。但是，这里预期与本公开内容一致的光缆信号发生器可以被配置为在分支光缆111端口处提供线路电流调制。

因此，根据本公开内容的一个方面，提供一种光通信系统，包括：发送器，被配置为发送光信号；接收器，被配置为接收光信号；和延伸在发送器和接收器之间的传输路径。传输路径可以包括光传输光缆和耦合到传输光缆的至少一个光缆信号发生器。光缆信号发生器可以包括线路电流调制电路，被配置为响应于在该光缆的光纤上发送的命令信号在光缆的电源导线上提供的线路电流中给予调制。

根据本公开内容的另一方面，提供一种用于耦合到光传输光缆的光缆信号发生器，该光传输光缆包括用于向耦合到该光传输光缆的组件供电的电源导线和至少一个光纤。光缆信号发生器可以包括线路电流调制电路，被配置为响应于在该光缆的光纤上发送的命令信号在光缆的电源导线上提供的线路电流中给予调制。

根据本公开内容的又一方面，提供一种从光通信系统的海下元件发信号的方法，该方法包括：调制通过该元件的线路电流，该线路电流是由耦合到该元件的光传输光缆的电源导线提供的；以及检测该调制电流。

这里描述的实施例仅仅是利用本公开内容的几个的一些，并且这里用举例的方式而不是限制的方式来阐述。可以在不实质上脱离本公开内容的精神和范围的情况下，做出将对本领域技术人员来说显而易见的许多其它实施例。

Claims (15)

1.一种光通信系统，包括：

发送器，被配置为发送光信号；

接收器，被配置为接收所述光信号；和

在所述发送器和所述接收器之间延伸的传输路径，所述传输路径包括，

光传输光缆，包括电源导线和至少一个光纤，和

至少一个光缆信号发生器，耦合到所述传输光缆并且被置于所述发送器和所述接收器之间的海下位置，所述光缆信号发生器包括：

线路电流调制电路，被配置为响应于在所述光缆的所述光纤上发送的命令信号，对在所述光缆的所述电源导线上提供的线路电流给予调制，由此所述调制在所述海下位置被给予，

其中所述线路电流调制电路包括调制电路和分路旁路电路，所述分路旁路电路被配置用于有选择地将所述线路电流分路到所述调制电路周围，以及

其中所述线路电流调制是响应于由所述调制电路对所述光缆信号发生器两端的电压给予的调制而给予的。

2.根据权利要求1所述的系统，所述光缆信号发生器还包括光分插复用器，用于将所述命令信号引导到所述线路电流调制电路。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述调制是非周期调制。

4.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括检测器，被配置用于检测所述线路电流调制。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述光缆信号发生器是作为耦合到所述传输路径的海下元件的组件。

6.根据权利要求5所述的系统，所述组件包括分支单元，以及其中所述分支单元包括光分插复用器，用于将所述命令信号提供给所述线路电流调制电路。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述命令信号包括用于将所述分支单元配置在期望状态的分支单元命令信号。

8.一种用于耦合到光传输光缆的光缆信号发生器，被置于耦合到所述光传输光缆的发送器和接收器之间的海下位置，该光传输光缆包括用于向耦合到所述光传输光缆的组件供电的电源导线和至少一个光纤，所述光缆信号发生器包括：

线路电流调制电路，被配置为响应于在所述光缆的所述光纤上发送的命令信号，对在所述光缆的所述电源导线上提供的线路电流给予调制，由此所述调制在所述海下位置被给予，

其中所述线路电流调制电路包括调制电路和分路旁路电路，所述分路旁路电路被配置用于有选择地将所述线路电流分路到所述调制电路周围，以及

其中所述线路电流调制是响应于由所述调制电路对所述光缆信号发生器两端的电压给予的调制而给予的。

9.根据权利要求8所述的光缆信号发生器，所述光缆信号发生器还包括光分插复用器，用于将所述命令信号引导到所述线路电流调制电路。

10.根据权利要求8所述的光缆信号发生器，其中所述调制是非周期调制。

11.根据权利要求8所述的光缆信号发生器，其中所述光缆信号发生器是耦合到所述光传输光缆的海下元件的组件。

12.根据权利要求11所述的光缆信号发生器，其中所述组件包括分支单元，以及其中所述分支单元包括光分插复用器，用于将所述命令信号提供给所述线路电流调制电路。

13.一种从光通信系统的海下元件发信号的方法，所述方法包括：

通过耦合到所述元件的光传输光缆向所述元件发送命令信号，其中所述元件被置于耦合到所述光传输光缆的发送器和接收器之间的海下位置；

响应于所述命令信号有选择地分路通过所述元件的线路电流以调制所述线路电流，所述线路电流是由所述光传输光缆的电源导线提供的，所述调制在所述海下位置被执行；以及

检测所述调制的线路电流。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述调制包括对所述线路电流给予非周期调制。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述检测包括从船布置传感器并且在海下环境中将所述传感器布置为邻近所述元件。