CN1115526A - 光时隙交换器中不同衰减的补偿方法和设备 - Google Patents

Abstract

先行控制技术和可变衰减器被用来解决在光时隙交换器所具有的、具有不同损耗的延迟光路中各个时隙的光强度的衰减不同的问题。这种先行控制技术和可变衰减器的结果是一种数据帧，其中很不同的光强度被平衡到基本上相同的电平，从而大大降低了下游接收器/解调器的位错误率。

Description

光时隙交换器中不同衰减的补偿方法和设备

本发明涉及光学系统，并且更具体地涉及补偿占据数据帧中的相邻时隙的光信号的不同强度的方法和设备。

在完全光系统中，存储由诸如调制光的光信号所携带的信息的唯一已知方式，是使该信号沿着一条延迟光路行进，而该光路在光信号通过该延迟光路所需的延迟之后将该信号送回到所希望的输出位置。由于光信号沿着一条无源延迟光路行进，它们一般要受到衰减。因此，如果一组通过了延迟光路的光信号刚好在一组没有被延迟的光信号之前或之后被插入到数据帧中，通常在这两组光信号之间会有很大的不同。图1显示了一种光时隙交换系统，该系统提供了这种延迟并具有所产生的数据帧中光强度不同的问题。光信号组之间的强度的不同，造成了信号所携带的数据的解调和检测方面的困难，因为大多数的光解调器在输入强度均匀时工作最佳。

1993.年5月25日授予Kwang-Tsai Koai的US Patent No.5,214,729提到了不同强度的问题和该问题对系统性能的不利影响。作为一种解决方法，Koai建议改变无源输入分束器的分束比和/或光学时隙交换器内的合成器的合成比。由于Koai专利考虑了无源分束器和合成器，这些分束比被固定，以使所有的光强度电平与最长期延迟光路的强度相等，即使该光路没有被用于数据帧的处理也是如此。从技术上看，合成器应被认为是有源而不是无源的，因为它们具有与它们串联的放大器，这些放大器具有两个状态、阻塞并以固定的dB量进行放大。这种关断或以固定的放大率放大的特性，并不改变这样的事实，即从合成器至输出端的各个路径具有固定的衰减。借助Koai的这种固定系统，某些光信号将得到比所需量更大的衰减，以消除光数据的相应帧中的不同，这是因为衰减得到了选择，以使光强度的电平等于最差情况下的延迟的光强度。因为大多数帧不需要这种与最差情况强度的相等，因此Koai的系统的信/噪比实际上始终低于不采用带有固定衰减的分束器和合成器时的信/噪比。

本发明的一个目的，是提供一种设备，该设备使各个帧中的光数据时隙的光强度相等，从而使所有的光强度与该帧衰减最大的强度电平相等，而不论该电平是多大，从而使平衡后的帧具有尽可能大的信/噪比，并改善了光检测器对帧的可检测性。

本发明的一个目的，是提供一种设备，它以消除光数据的各个帧内的光信号强度的不同所需的最小衰减量来衰减各个光数据时隙。

本发明的另一个目的，是提供一种方法，该方法用于以消除光数据的各个帧内的光信号强度的不同所需的最小衰减量来衰减各个光数据时隙。

简要地说，根据本发明的一个方面，上述目的是通过提供一种设备来实现的，该设备在相应的光数据帧的各个光数据时隙离开光时隙交换器之后，把该时隙的光强度调节到受到时隙交换器的最大衰减的的光时隙的光强度。后一时隙将完全不受到调节。因此，光数据帧将具有全部具有相等的光强度的时隙，以提供最佳的检测和解调状态，且不会将强度电平降低到受到最大衰减的时隙的电平以下，以提供最好的信/噪比。

在本发明的另一个方面，上述的目的是通过提供一种光学设备来实现的，该设备具有带有多个输入端和输出端的合成器。光信号的第一光路与该合成器的第一输入端相连，以传送一个第一光信号。光信号的第二光路与该合成器的第二输入端相连，以发送一个第二光信号。具有第一强度的第一光信号，在第一时间里从第一光路进入合成器的第一输入端，且具有第二强度的第二光信号在第二时间中从第二光路进入该合成器，且该第二时间与第一时间相邻。光信号的第三光路与合成器输出端相连。该合成器将来自其输入端的光信号合成为沿着第三光路行进的单一光信号串。一个具有输入端和输出端的可控光学衰减器的输入端与该第三光路相连，以接收所述单一光信号串。与该可控光学衰减器相连的，是一个控制器，该控制器用于控制该可控光学衰减器以将第一光信号强度衰减到基本上与第二光信号强度相同的强度。

从下面结合附图的描述，可以获得对本发明的最好理解。在附图中：

图1是框图，显示了一种光时隙交换系统，该系统不使重新排列的时隙的强度相等。

图2是框图，显示了根据本发明的光时隙交换系统，该系统使重新排列的时隙的强度相等。

图3是1×2铌酸锂可控衰减器的示意图。

图4是2×2铌酸锂可控衰减器的示意图。

如上所述，图1显示了不使光强度相等的光时隙交换系统10。系统10具有数据源12，它通过线路14而与光信号源16相连。来自源12的数据可以是任何类型的信息，不论是模拟的还是数字的。根据系统10的需要，线路14可以是电或光线路。光信号源16可以是任何类型的光源，但激光的较好的。来自源12的数据对从光信号源16沿着光路18发射来的光信号进行调制。调制的类型可以是任何类型的，但具有较为恒定的强度的类型比调制后的数据具有较大强度幅度变化的类型要好。所显示的一个光数据帧20将要出现在光路18上。为了标准电话通话的目的，光数据帧20将为125微秒长；其他的应用将具有更长期或更短的帧。光数据帧20具有多个时隙22₁—22_N，以传送N个单个的消息，或利用严格的多路时分复用或包变化来传送时分复用消息的各个部分。所有的时隙22₁—22_N在这点都具有相同的强度。

光路18与一个光时隙交换器(OTSI)30相连。有很多种构成OTSI 30的方式，图1中所示的实施例与Thompson在Architecture with Improved Signal—to—Noise Ratio in PhotonicSystems with Fiber—Loop Delay Lines，IEEE Journal ONSELECTED AREAS OF COMMUNICATIONS，August 1988，page1096中所用的类似。OTSI30具有由延迟光路331—33M连接的1×M分束器32和M×1合成器34。为了保持帧的完整性，延迟光路的数目M必须大于或等于时隙数的两倍减一，即M≥2N—1。一个包括中电压驱动电路的控制器38，控制着1×M分束器32，以将正确的时隙切换到正确的延迟光路，以使之得到所希望的时隙交换。类似地，控制器38还控制M×1合成器34，以将来自正确的延迟光路的正确时隙切换到OTSI30的输出端。

光数据帧40显示了当时隙受到交换时时隙的强度是如何受到影响的。图1中的帧40是保持帧的完整性的一个例子，但本发明不仅限于保持帧的交换。在光数据帧40中，时隙N已经被延迟了N—2个时隙，并在被插入在只被从1×M分束器32至M×1合成器34的最短光路所延迟因此相对来说没有被延迟的时隙2之后。时隙1只被延迟了一个时隙，并被插入在时隙N之后。时隙N—1至3的其余部分按照减小的顺序被插入到时隙N—1之后。时隙N和N—1，由于它们所要被切换到的长延迟光路的衰减，其光强度要比时隙2和1的光强度小很多，因为时隙2和1的延迟光路短因而衰减小。这种重新排列的光数据帧，按照延迟量和在其通过OTSI30的选定光路中的其他衰减，而具有不同的衰减。OTSI的输出沿着光路42而被传送到接收器/解调器50。

不同的衰减对接收器/解调器50有极不利的影响。接收器/解调器50一般具有自动增益控制电路，该电路试图将增益调节到接收光信号的平均强度电平。当接收信号的平均强度高时，AGC电路降低了它的灵敏度。如果在其灵敏度降低之后，具有较低功率电平的下一个时隙来到，信号中的“1”将不会有足够的强度使接收器/解调器50中的检测电路将其解码为“1”，且整个的时隙都将倾向于被检测成“0”。当AGC电路在接近该时隙的端部处开始上升时，数据开始再次能够得到适当的解码。然而，如果下一个时隙具有高光强度电平，由于AGC电路的高值，该电平将使接收器/解调器50饱和。随着AGC电路变高，它开始在0位期间将噪声检测成足够高的、能够被接收器/解调器50的检测电路理解成“1”的光强度。只有几个dB的衰减差别，就足以完全破坏整个OTSI系统10的位误差性能并使至数据单元52的解调数据变得无用。

现在参见图2，显示了根据本发明的一个实施例的OTSI系统10A。OTSI系统10A克服了图1所示的OTSI系统10的衰减不同问题。系统10A具有与OTSI系统10相同的数据源12、线路14、光信号源16和光路18。因此，加到系统10A的至OTSI 30A的输入端上的数据帧20的类型与系统10加到其至OTSI30的输入端上的数据帧的类型相同。从至OTSI30A的输入端之后开始，是本发明的改进所在之处。

OTSI30A在1×M分束器32与M×1合成器34之间的各个延迟光路36₁至36_M具有预定的衰减(例如通过在制造时进行测量而实现)。延迟光路36₁至36_M的预定衰减被存储在控制器38A中。这些衰减，与数据帧的重新排列数据一起，被用来确定在其通过OTSI30A传播时受到最大衰减的时隙，并随后通过计算或者在已经预先进行了计算的情况下通过查表，来确定受到最大衰减的时隙的衰减与各个其他时隙的衰减之差。因此，在控制器38A内，当数据帧沿着光路42A离开OTSI30A的输出端时，能够为各个数据帧获得使各个数据帧的光强度与受到最大衰减的时隙的光强度相等所需的衰减量。在光路42A上，重新排列的时隙40的光强度差与在图1的OTSI30的输出端的那些光强度差相同。

一个可变衰减器60与光路42A的第二端相连，以接收重新排列的数据帧40。可变衰减器60可以从最小量(即最小插入损耗)调节到几乎完全关闭(即无穷大dB的衰减)。可变衰减器60能够得到足够快速的调节，以允许各个时隙的防护波段部分期间各个时隙的改变。一个缆线62将可变衰减器60与控制器38A相连。各个时隙所需的衰减量的信息，经过缆线62而被从控制器38A送到可变衰减器60。即使绝对强度低，接收器/解调器50对平衡后的强度也具有良好的响应。

现在参见图3，显示了可变衰减器60的一个实施例。一个1×2铌酸锂开关70是可变衰减器60的操作元件。开关70具有控制端72和73。铌酸锂开关通常被用作单极双掷开关，这种开关按照在端72、73的上的两组驱动电压将一个单极互斥地连接在两个可能的输出端之一上。通过选择在这两个用于至输出端的互斥连接的驱动电压之间的电压，可以获得非互斥的“切换”连接。在这些非互斥连接中，各个时隙的光强度的一部分由主光路传送到可变衰减器70的输出端，而其余的部分被吸收或通过1×2开关70的截断光路90而消失。被吸收或截断的光强度量是衰减量。对于各驱动电压电平的该衰减量，是在制造或安装时预定的，并被用在控制电路中。

1×2开关70还具有数-模转换器76，该数—模转换器76经过缆线62而与控制器38A(在图2中显示)相连。数—模转换器还与一个中压驱动器78相连。控制器38A，以当前时隙所需的衰减，将一个消息送到数—模转换器76。数—模转换器76将该消息转换成模拟电压，该电压由驱动器78放大，以把1×2开关70驱动到当前时隙所需的衰减量。在得到衰减之后，该时隙作为具有均匀强度的帧82而离开可变衰减器70，并沿着光路80而达到接收器/解调器50。本领域中的技术人员将能够理解，数—模转换器76和驱动器78中的一个可以位于控制器38A中，这种修正被认为是处于本发明的范围之内。

参见图4，可以用2×2铌酸锂开关70B来代替图3所示的1×2。所不同的，该2×2铌酸锂开关70B具有截断的输入端92和截断的输出端90。其他方面的操作基本上相同。如果2×2铌酸锂开关由于其更广泛的工业用途而具有此1×2更好的成本或性能特性，则该实施例可以具有更大的吸引力。

参见图2和3，在与重新排列存储在控制器38A中的OTSI30A时隙有关的操作中，将各个时隙衰减到受到最大衰减的时隙的强度所需的衰减，是在该时隙达到可变衰减器60之前确定的。在时隙之间的防护波段期间，可变衰减器60得到设定以提供使当前时隙的光强度电平与控制器38A确定为将是数据帧40的所有时隙中具有最大衰减的光强度电平相等所需的衰减。因此，数据帧82的所有时隙，在数据帧到达接收器/解调器50之前，都将被平衡到基本相同的电平，且送到数据单元52的解调数据的位误差率将得到大大的改善。另外，使各个数据帧与其受到最大衰减的光强度电平相等，意味着各个时隙只被衰减到使其与其所在数据帧中的其他时隙的光强度相等所需要的程度，因而在本发明中没有采用会无意义地降低时隙的信/噪比的固定衰减。例如，如果数据帧在其通过OTSI30A时没有受到重新排列，所有的时隙将通过相同的最小光路传送，受到OTSI30A和可变衰减器60的最小衰减。相比之下，诸如Koai的系统必然具有预设为最差情况或某一中间情况的衰减。

因此，现在可以理解的是，本发明公布了一种新的光时隙交换系统，它采用了可变衰减器来平衡数据帧内受到重新排列的数据时隙的光强度。虽然参照本发明的最佳实施例而对其进行了具体的显示和描述，但本领域的技术人员应该理解的是，可以对其进行各种形式、细节和应用上的改变。例如，可以在光路中加入一或多个光放大器，以在可变衰减器对时隙的光强度进行平衡之前或之后增大各个时隙的光强。因此，所附权利要求书应该覆盖了所有这些属于本发明的精神和范围之内的形式、细节和应用上的改变。

Claims (23)

1.一种光学设备，包括：

光开关，它具有用于发送光数据帧的输出端，所述光数据被分成多个时隙且所述多个时隙的每一个中的所述光数据具有各自的光强度；

可控光学衰减器，它具有输入端和输出端，其输入端与所述光开关的输出端相连以接收发送的所述帧；

用于控制所述可控光学衰减器的装置，该装置对所述可控光学衰减器进行控制，以对各个时隙中的所述光数据的光强度进行衰减从而使该光强度与该帧中具有最低光强度的时隙中的光数据的光强度基本相同。

2.根据权利要求1的设备，其中所述光开关是光时隙交换器。

3.根据权利要求2的设备，进一步包括一个光解调器，该光解调器与所述可控光学衰减器输出端相连，用于将所述光数据解调成电数据。

4.根据权利要求1的设备，其中所述可控光学衰减器是铌酸锂器件。

5.一种光设备，包括：

具有多个输入端和一个输出端的合成器；

光信号的第一光路，它与所述合成器的第一输入端相连，用于在第一时期里将具有第一强度的第一光信号发送到所述合成器的所述第一输入端；

光信号的第二光路，它与所述合成器开关的第二输入端相连，用于在与所述第一时期相邻的第二时期发送从所述第二光路进入所述合成器的所述第二输入端的具有第二强度的第二光信号；

用于与与所述合成器输出端相连的光信号第三路径，所述合成器将来自其输入端的光信号合成为由所述第三路径运送的单一光信号串；

可控光学衰减器，它具有输入端和输出端，其输入端与所述第三路径相连以从该第三路径接收所述单一光信号串；以及

用于控制所述可控光学衰减器以使所述第一和第二光信号的强度得到衰减从而使它们基本相同的装置。

6.根据权利要求5的设备，进一步包括一个光解调器，该光解调器与所述可控光学衰减器的输出端相连以将所述光信号解调成电信号。

7.根据权利要求5的设备，其中所述可控光学衰减器是铌酸锂器件。

8.根据权利要求5的设备，其中所述可控光学衰减器是一个1×2开关，该开关将来自其输入端的单一光信号串的一部分切换到其输出端，而该单一光信号串的其余部分被丢弃，且从该输入端传送到该输出端的该部分的大小是加在该1×2开关的开关控制端上的一个控制电压的函数。

9.根据权利要求5的设备，其中所述可控光学衰减器是一个2×2开关，该开关将来自其输入端之一的单一光信号串的一部分切换到其输出端，而该单一光信号串的其余部分被丢弃，且从该输入端传送到该输出端的该部分的大小是加在该2×2开关的开关控制端上的一个控制电压的函数。

10.根据权利要求5的设备，进一步包括一个与所述光衰减器相连以将单一光信号串放大至更大的强度的光放大器。

11.根据权利要求5的设备，其中所述控制装置包括：

可编程处理器，它确定各个光信号被其各自的延迟光路所衰减的量、确定被其延迟光路衰减得最多的光信号、并为其他的各个光信号确定将其衰减到与该最大衰减光信号大体相同的强度电平的衰减量；

用于将各个所述衰减量转换成控制所述可控光学衰减器的控制电压的装置。

12.用于调节光数据帧的多个光数据时隙的各个光数据时隙的光强度的方法，该光数据帧是从一个光时隙交换器发射的，且该方法用于提供具有大体相同的强度的各个时隙的光强度的光数据帧—即使从光时隙交换器发射的时隙的光强度具有很不同的强度，并包括以下步骤：

在所述光时隙交换器的输入端接收具有多个光数据时隙的光数据帧，各个所述时隙具有大体相同的光强度；

通过延迟所述帧中的所述多个光数据时隙中的一个并将其插入到所述帧中一个较晚的时隙位置来交换所述一个时隙的位置，该延迟是由一个延迟光路提供的，该延迟光路也衰减被延迟的时隙的光强度；

在各个时隙的基础上衰减多个光数据时隙的所有其他光强度以使各个所述时隙的光强度再次大至相同。

13.根据权利要求12的方法，进一步包括解调所述帧以将光数据转换成电数据信号的步骤。

14.根据权利要求12的方法，进一步包括放大所述帧以为帧的所有时隙提供更大的强度并同时将它们保持在大体相同的强度电平的步骤。

15.根据权利要求14的方法，进一步包括对帧进行解调以将光数据转换成电数据信号的步骤。

16.用于调节光数据帧的多个光数据时隙的各个光数据时隙的光强度的设备，该光数据帧是从一个光时隙交换器发射的，且该设备用于提供具有大体相同的强度的各个时隙的光强度的光数据帧—即使从光时隙交换器发射的时隙的光强度具有很不同的强度，并包括：

用于在所述光时隙交换器的输入端接收具有多个光数据时隙的光数据帧的装置，各个所述时隙具有大体相同的光强度；

用于通过延迟所述帧中的所述多个光数据时隙中的一个并将其插入到所述帧中一个较晚的时隙位置来交换所述一个时隙的位置的装置，该延迟是由一个延迟光路提供的，该延迟光路也衰减其位置被交换的所述时隙的光强度；

用于根据各个时隙在其通过所述光时隙交换器传播时所遇到的衰减量来衰减各个光数据时隙的各个光强度以使各个所述时隙的光强度大至相同的装置。

17.根据权利要求16的设备，进一步包括：

一个光放大器，该光放大器与所述衰减装置的输出端相连以对所述帧进行放大从而为帧的所有时隙提供更高的强度并同时将它们的强度电平保持为大体相同。

18.一种可调衰减器，包括：

一个开关，它切换从其输入端向其输出端传送的光信号串的一部分的传送且该光信号串的其余部分被丢弃，从所述开关的输入端传送到所述开关的输出端的该部分的大小是加在其开关控制端上的一个控制电压的函数；

其中衰减量是所丢失的光信号部分的大小。

19.根据权利要求18的可调衰减器，其中所述开关是铌酸锂器件。

20.根据权利要求18的可调衰减器，其中所述开关是1×2铌酸锂开关。

21.根据权利要求18的可调衰减器，其中所述开关是2×2铌酸锂开关。

22.根据权利要求18的可调衰减器，其中所述开关在小于125微秒中调节其衰减。

23.一种可调增益光学设备，包括：

一个开关，它切换从其输入端传播到其输出端的光信号串的一部分的传送，且该光信号串的其余部分被丢弃；

从所述开关的输入端向其输出端传送的该部分的大小是加在其开关控制端上的一个控制电压的函数；以及

与所述开关串联的光放大器。

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