CN1219365C

CN1219365C - 利用波分复用技术的光传输系统中自动增益均衡的方法和系统

Info

Publication number: CN1219365C
Application number: CN02126965.3A
Authority: CN
Inventors: 文森特·布德; 奥利弗·考尔托伊斯; 多米尼克·莱斯特林
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel Lucent SAS; Alcatel Lucent NV
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: US20030020990A1; EP1280288A1; CN1400750A

Abstract

公开一种用于波分复用光通信系统中自动增益均衡的方法和系统，它利用自动增益均衡器(AGE)预倾斜频谱并获得增益平坦化和光信噪比(OSNR)平坦化：AGE等间隔地插入到放大器链中，用于预补偿(预加重)线路下游累积的倾斜。光谱监测器(OSM)放置在一些放大器的下游，测量OSNR并发送这个数据回到相关的AGE。对于每个波长，计算整个频谱上OSNR与最小OSNR之差值，并把这个差值相加到这个波长下的先前衰减值。归一化新的衰减频谱并用于控制AGE。

Description

利用波分复用技术的光传输系统中自动增益均衡的方法和系统

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及WDM光传输系统中的自动增益均衡。

背景技术

近年来，人们开发了光放大传输系统，其中数字数据的发射是利用光纤传输进行光放大和光中继或光转发。波分复用(WDM)技术用于增大光纤网络的容量。在利用WDM传输的系统中，通过单根线路传输多个光信号信道，给每个信道分配特定的波长。因此，由于传输波长数目的不断增加，远程光放大传输的增益均衡变得越来越困难。

利用诸如掺铒光纤放大器(EDFA)的光放大器，可以实现在线光放大。光放大器增益适合于恢复各个光纤段中的损耗。

为了在WDM系统中所有的波长上获得相同的传输性能，光信噪比(OSNR)在接收器端所有的波长上必须是均匀的。

还必须限制光功率不平衡以避免由于光纤中非线性效应(自相位调制)发生大的恶化，并保持与接收器的动态范围相容。这在超远程传输系统中是特别重要的，其中大量放大器在各个信道/波长性能之间产生重大的差别。

此外，由于光纤衰减的变化以及与制造过程中的某些参数有关，制成光纤的实际损耗与预期值有些不同。所以，光放大器的实际增益可能低于或高于预期值，因此，在dB与波长之间关系中引入线性倾斜。这种倾斜是负的或正的，取决于实际的光放大器增益是高于或低于标称值。

所以，对于所有的波长，在整个光系统的各段中必须使增益平坦化和OSNR平坦化。

通常是利用光放大器内部的静态滤波器完成增益平坦化，而OSNR平坦化是利用预加重技术在发射器侧完成的，即，衰减其中的一些信道。

然而，这些“静态”技术受到若干项限制：

-每当级间损耗或输入功率变化时，放大器的增益发生倾斜；

-预加重的衰减范围是有限的(通常为12dB)。

现有技术中已知的特定装置是自动增益均衡器(AGE)，它执行动态可调滤波器或衰减器阵列的功能，利用不同的工艺制造而成，例如，液晶阵列，光纤上的可调声光滤波器，硅波导上的Fourier滤波器。

至今，采用以下的过程，AGE用于保持整个输入功率范围内光放大器的输出平坦：

-利用频谱监测装置；

-测量每个信道与最小功率信道之间的功率差；

-把这个差值的一半相加到这个波长下的衰减值；

-然后，归一化AGE，因此，最小衰减值总是为零(加上插入损耗)；

-在收敛之前利用迭代方式运行这个过程，通常小于10次迭代。

然而，利用上述AGE的过程不能解决增益平坦化和OSNR平坦化中的以上问题，事实上，它仅能使输出频谱平坦化。

首先，它不能与预加重结合进行(因为在AGE之后，所有的信道有相同的功率)，因此，使OSNR不平衡成为主要的问题。

其次，除非每个放大器安排一个AGE，它对减小非线性效应的作用不大，因为大多数放大的信道保持相同，因此，这些信道是有最大功率的信道(若各段的长度是均匀分布的)。换句话说，功率谱不平衡会更加恶化。

所以，鉴于已知的解决方法不是十分有效，本发明的目的是提供一种用于WDM光通信系统中改进的自动增益均衡的方法和系统，它可以解决以上的问题。

发明内容

按照本发明，提供一种用于WDM光通信系统中自动增益均衡的方法。

该方法利用AGE预倾斜频谱并获得增益平坦化和OSNR平坦化：AGE被周期性地插入到放大器链中，用于预补偿(预加重)线路下游的倾斜。

因此，可以限制功率不平衡(最大功率值与最小功率值之差)到与接收器动态范围(在放大器链的末端)和非线性效应限制相容，且OSNR在接收器中是平坦的。

AGE放置在各个光放大器之间，而相关的光谱监测器(OSM)放置在一些放大器的下游。

OSM测量OSNR，并发送这个数据回到AGE。

对于每个波长，计算整个频谱上OSNR与最小OSNR之差值，并把这个差值相加到这个波长下的先前衰减值。

然后，归一化新的衰减频谱(减去所有波长下的最小衰减值)，并用于控制AGE的均衡曲线。

还提供一种用于WDM光通信系统中的自动增益均衡系统。

这种解决方法的优点与工艺有关，特别适用于地面和海底传输。

这种系统的其他优点是：

-简单的算法；

-OSNR优先，它是超远程设计的主要限制因子；

-解除预加重的限制(12dB衰减量)；

-限制非线性效应，它是ULH系统中主要限制因子之一。

借助于所附权利要求书中描述的设备和方法，可以实现这些和其他的目的，权利要求书是本描述的构成部分。

附图说明

本发明的详细描述是通过参照以下附图中描述的几个优选实施例，借助于非限制例子说明本发明的原理，其中：

图1是按照本发明一个优选实施例的自动增益均衡系统的示意图；

图2是描述图1系统中光功率与信道和放大器链之间关系的曲线图；

图3a和3b表示图1系统中衰减量与波长和/或信道之间关系的曲线图。

具体实施方式

图1表示本发明的一个优选实施例。

光发射器TX和光接收器RX放置在利用WDM技术的光通信链路的两端，因而多个光信号信道通过单个链路传输，给每个信道分配特定的波长。

已知类型的多个光纤放大器OFA1，…OFAn，…OFAn+1，…OFAm放置在各个光纤跨距之间，用于恢复光纤中的衰减。放大器链中的第一个放大器具有光提升放大器的功能，而最后一个放大器具有光前置放大器的功能。

固定的线性增益平坦光滤波器，在图1中未画出，最好内置在OFA放大器中。

光放大器一般展示增益/衰减和OSNR与波长/信道之间非线性的变化关系。

可控自动增益均衡器AGE放置在两个光放大器OFAn与OFAn+1之间。AGE执行可控动态可调滤波器或衰减器阵列的功能。

一些已知类型的AGE是利用不同工艺制成的商品化装置，例如：

液晶阵列；

硅波导上的Fourier滤波器；

光纤上的可调声光滤波器，利用声波沿光传播的方向在折射率材料中建立时产生的Bragg条件；

PLC波导滤波器/Mach-Zehnder(相移器MZI)基热光(TO)装置，基本上是一个温度控制的Mach-Zehnder波导干涉仪；

电子切换Bragg光栅，全息聚合物弥散液晶。

AGE具有十分诱人的特性，如从图3a和3b中的曲线可以看出，即，可控的衰减量变化与波长/信道之间的关系。可以获得给定的整个波段均衡用于增益平坦化(图3a)或单个信道控制的信道均衡(图3b)。

完成光谱监测器OSM功能的装置放置在AGE的多个OFA下游，最好是1至10个OFA，每个AGE有一个OSM。

OSM测量OSNR变化与波长的关系，并发送这个数据回到AGE，其形式是波长与OSNR对应关系的值。

OSM装置是已知类型的装置：例如，它可以由可调Bragg滤波器和光电二极管构成，扫描整个波段；或者，它也可以是具有去复用功能的一排光电二极管构成。

在系统级(附图中未画出的监控设备)或埋入在AGE板中，计算以下的公式，为的是控制AGE的均衡曲线：

ΔOSNR(λ)＝OSNR(λ)-OSNR_min

Att_n+1′(λ)＝Att_n(λ)+ΔOSNR(λ)

Att_n+1(λ)＝Att_n+1′(λ)-Att_n+1 ^min

对于每个波长/信道λ，计算整个频谱上实测OSNR(λ)与最小OSNR_min之间差值，并把此差值相加到这个波长下的先前衰减值Att_n(λ)，得到新的值Att_n+1′(λ)，其中n是迭代次数。

在所有的波长/信道上，减去最小衰减值Att_n+1 ^min，使新的衰减值Att_n+1′(λ)归一化，并馈入到AGE中。

迭代次数n的范围是从1至N，其中N是可以预先设置的，取决于特定的系统要求。

因此，AGE通过n次迭代改变它的均衡曲线(图3a，3b)，一直到迭代N次之后达到基本收敛。

在图1中，还画出功率PW变化与放大器链的各个OFA中OSNR之间关系的几个例子。

所以，该算法得出功率谱变化的周期性。

图2表示一个非限制性的实施例，其中画出光功率与信道和放大器链之间关系的变化。通过放置AGE在放大器链中确定这个周期性。

该系统包括22个跨距上80个信道，每个跨距的衰减/增益为23dB，光放大器利用Raman放大并结合EFDA。每5个放大器有一个AGE(及相关的OSM)。

每5个放大器有一个AGE的数字是根据以下的典型数字：

-每个OFA放大器有1dB倾斜/波纹；

-放大器级间10dB损耗；

-AGE的10dB动态范围。

所以，该公式确定如何利用AGE装置；AGE装置的位置还考虑到以上的因子：

-OFA放大器的增益倾斜/波纹；

-放大器容许的级间损耗；

-AGE的动态范围；

-容许的增益偏差以避免非线性效应和OSNR的恶化。

可以对各个信道之间的发射功率和接收OSNR取平均。模拟结果说明每个AGE的最佳放大器数目为3至6个，它与放大器和线路配置有关。

我们不再描述进一步的实施细节，根据以上描述的内容，本领域专业人员能够实现本发明。

在研究了说明书和附图的内容之后，本发明的许多变化，改动和其他用途及应用对于本领域专业人员是显而易见的，这个说明书和附图公开了几个优选的实施例。所有这些变化，改动和其他用途及应用并没有偏离本发明的精神和范围，它们都应该属于本发明的范围。

Claims

1.一种用于WDM光通信链路中自动增益均衡的方法，该链路包括链路中各个光纤跨距之间的多个光纤放大器(OFA1，...OFAn，...OFAn+1，...OFAm)，

其特征是，在链路中等间隔地插入多个自动增益均衡器(AGE)，以便预倾斜频谱并获得增益平坦化和光信噪比(OSNR)平坦化，其中，

对于WDM链路中所有的信道/波长，所述自动增益均衡器根据所有的信道/波长的光信噪比来预补偿链路下游累积的倾斜。

2.按照权利要求1的方法，其特征是：

-至少一个光谱监测器(OSM)，放置在相关自动增益均衡器(AGE)的多个放大器下游，测量WDM链路中所有信道/波长的光信噪比，并发送这个数据回到相关的自动增益均衡器(AGE)；

-所述自动增益均衡器(AGE)相应地改变WDM链路中所有信道/波长的均衡曲线。

3.按照权利要求1的方法，其特征是，所述自动增益均衡器(AGE)按照以下的步骤利用迭代方式改变均衡曲线：

-对于每个信道/波长，计算整个频谱上实测光信噪比与最小光信噪比之差值；

-把所述差值相加到每个信道/波长的先前衰减值，得到新的衰减频谱；

-通过在所有波长上减去最小衰减值，归一化新的衰减频谱；和

-根据归一化衰减频谱改变均衡曲线。

4.一种用于WDM光通信链路中自动增益均衡的系统，该链路包括链路中各个光纤跨距之间的多个光纤放大器(OFA1，...OFAn，...OFAn+1...OFAm)，

其特征是，它包括多个自动增益均衡器(AGE)，等间隔地插入到所述光纤放大器之间的链路中，以便预倾斜频谱并获得增益平坦化和光信噪比平坦化，其中，

5.按照权利要求4的系统，其特征是，它至少还包括一个光谱监测器(OSM)，放置在自动增益均衡器(AGE)的多个放大器下游；所述光谱监测器测量WDM链路中所有信道/波长的光信噪比，并发送这个数据回到自动增益均衡器；所述自动增益均衡器(AGE)相应地改变WDM链路中所有信道/波长的均衡曲线。

6.按照权利要求5的系统，其特征是，它包括一个装置，用于迭代方式改变自动增益均衡器(AGE)的均衡曲线，所述装置：

-对于每个信道/波长，计算整个频谱上从光谱监测器(OSM)接收的实测光信噪比与最小光信噪比之差值；

-通过减去所有波长的最小衰减值，归一化新的衰减频谱；和

-根据归一化衰减频谱，改变自动增益均衡器(AGE)的均衡曲线。

7.按照权利要求4的系统，其特征是，它包括每3至6个光纤放大器(OFA1，...OFAn，...OFAn+1，...OFAm)有一个自动增益均衡器(AGE)。

8.按照权利要求5的系统，其特征是，它包括每个自动增益均衡器(AGE)有一个光谱监测器(OSM)，放置在自动增益均衡器(AGE)的多个光纤放大器的下游，其数量为1至10个。

9.一个光通信系统，它包括权利要求4至8中任一个的自动增益均衡系统。