CN1224193C - 测量和控制光传输线路的功率损耗的系统以及相关方法 - Google Patents

Abstract

一种动态测量光纤(2)的功率损耗的光学系统，光纤的入口端(E)用以接收光信号，而出口端(S)用于输送这些信号。该系统包括位于入口端(E)前端的调制装置(4)，用以通过低频调制信号调制光信号的幅度，前述低频调制信号的调制指数与光信号的输入功率(Pe)成反比，以及出口端(S)后端的检测装置(7)，用于从已调光信号中解析出第一信息，该第一信息表示调制信号的输出幅度，并根据该第一信息导出第二信息，该第二信息表示光纤中功率损耗的变化。

Description

测量和控制光传输线路的功率损耗的系统以及相关方法

技术领域

本发明涉及的领域是光学系统，确切地说，是在光信号传输线路中测量和/或控制功率损耗这一领域。

背景技术

因为其部件(光纤、放大器等)，光传输线路会产生降低传输性能的功率损耗，在某些情况下会导致处理差错，甚至导致数据损失。这些光功率损耗通常与部件的老化和/或维护或修理工作相关。

为了跟踪变化的功率损耗，有人提出在光纤出口端定期测量信号的光功率。这类测量不能区分光纤所产生的损耗和将光信号送入光纤的光放大器所产生的损耗。

美国专利第6366381号描述了一种方法，该方法能够远程测量作为长光纤链路的一部分的转发器的输出功率，并且将测量结果发送给该链路第一端的第一终端。转发器输出端的光电探测器提供代表输出功率的电信号。调制转发器中包含的光纤放大器的增益，从而将测量结果发送给第一终端。该放大器放大位于该链路第二端的第二终端所发送的监控光信号。幅度调制指数正比于测量的输出功率。然后，在监控信号到达第一终端时，测量监控信号的调制指数就足以确定转发器的输出功率。

还有人提出在光纤的入口端和出口端测量光功率，并利用监控二进制信号将测量结果发送给比较器模块。这必须要有并不总能得到的专用监控信道和不适用于动态调整光功率的处理时间。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种测量光纤中损耗的方法，这种方法没有前面提到的缺陷，尤其不需要监控信道，因此，即使应用于光纤的功率因为光纤前端的放大器增益的变化而变化，测量结果也不会失真。

为此，本发明提出了一种动态测量光传输线路中的功率损耗的光学系统，前述光传输线路包括一根光纤，光纤的入口端用以接收光信号，而出口端用于输送信号。

该系统包括i)位于入口端前端的调制装置，用以通过低频调制信号调制光信号的幅度，前述低频调制信号的调制指数与光信号的输入功率成反比，以及ii)出口端后端的检测装置，用以从已调光信号中解析出第一信息，该第一信息表示调制信号的输出幅度，并根据第一信息导出第二信息，该第二信息表示光纤中的功率损耗变化。

在这里，“输入功率”和“输出功率”各自代表在光纤入口端进入光纤的输入信号的光功率和在光纤出口端离开光纤的输出或已调的信号的光功率。

使用上述光学系统，可以动态跟踪光纤所产生的功率损耗的变化。因为调制的幅度与输入功率相关，光纤所产生的损耗对检测到的幅度会有所影响。与此不同的是，放大器所产生的损耗不会改变调制的幅度，因此不会影响测得的光纤损耗的变化，因为本方法以与光纤入口端处的光信号功率成反比的方式改变调制指数(调制幅度与未调信号的幅度之比)。

检测装置最好包括比较器装置，后者比较第一信息和代表光纤中的标称功率损耗的选定值，并输送代表第二信息和选定值之间差值的第二信息。这种情况下，比较器装置最好输送代表幅度差值的第二信息，或两种状态的第二信息，其中第一状态与正差值相关，第二状态与负差值或零差值相关。

按照本发明的另一特征，该系统可以包括连接到检测装置和光纤出口端的控制装置，用以根据检测到的光纤所产生功率损耗的变化(增加)，修改光纤出口端所输送的光信号的功率。

因此，如果光纤功率损耗发生变化(增加)，该系统可以提供动态调整，以使得标称功率损耗基本维持恒定，或者换句话说，完全或部分补偿传输光纤中的光损耗的增加。

例如，控制装置可以包括一个可变光衰减器(VOA)，连接到光纤出口端，位于检测装置的前端。因为VOA在光纤出口端衰减已调信号的功率，该控制装置可以在检测到光纤所产生的功率损耗的未经许可的增长时，请求VOA减少衰减。

为了不使信号质量下降，和/或干扰传输线路的下一光纤部分(“跨距”)的测量，该系统可能会包括一个辅助模块，该模块用以从离开光纤的已调信号中消除调制装置所引入的幅度调制。

本发明还提出了一种用以发送代表数据的光信号的装置，包括由多根通过光放大器连接的光纤组成的光传输线路，每个光放大器都输送光信号，并且连接到前述光学系统，它们最好以不同的频率输送调制信号。

本发明还提出了一种动态测量光传输线路中的功率损耗的方法，前述光传输线路包括一根光纤，光纤的入口端用以接收光信号，而出口端用于输送信号。

该方法的特征在于，通过低频调制信号调制光信号的幅度，前述低频调制信号的调制指数与光信号的输入功率成反比，以及i)从已调光信号中解析出第一信息，该第一信息表示调制信号的输出幅度，并ii)根据第一信息导出第二信息，该第二信息表示光纤中功率损耗的变化。

最好比较第二信息和代表光纤中的标称功率损耗的选定值，以输送代表第一信息和选定值之间差值的第二信息。第二信息或者代表幅度差值，或者有两种状态，其中第一状态与正差值相关，第二状态与负差值或零差值相关。

按照本发明的另一特征，如果检测到光纤所产生功率损耗的变化(增加)，则根据检测到的变化修改光纤出口端处输送的已调信号的功率，以使损耗基本维持恒定(等于标称损耗)。

最好在光纤出口端的后端消除幅度调制。

此外，采用不同频率的调制信号进行的幅度调制可以应用于多根光纤的入口端，这些光纤通过光放大器连接，每个光放大器都输送光信号。

尽管不是唯一可行，但本发明的系统、装置以及方法都特别适用于测量和/或动态控制电信领域中光传输线路的功率损耗，尤其适用于这些线路承载波分复用(WDM)数据信道的情况。

附图说明

通过下面的详细描述，并结合附图，本发明的其他特征和优点将会更加明显，在附图中：

图1示出了本发明的光学系统的一种实施例；

图2A和2B各自示出了光纤产生功率损耗时，分别在光纤入口端(Pe)和出口端(Pd)处的光信号的功率值和幅度调制的例子，上面的图示出了带有DC成分的调制幅度，下面的图示出了消除DC成分的调制幅度；以及

图3A和3B各自示出了在输入光放大器所输送的光信号的功率减小时，分别在光纤入口端(Pe)和出口端(Pd)处的光信号的功率值和调制幅度的例子，上面的图示出了消除DC成分的调制幅度。

附图大部分与定义相称。因此，它们不仅能描述本发明，而且在适当的情况下可用于定义本发明。

具体实施方式

本发明光学系统的一种实施例装置在传输线路的一部分上，我们首先结合附图来描述这一实施例。该传输线路部分包括了输入光放大器1，连接到光纤2的入口端E，在该入口端输送承载待传送数据的光信号，其形式可以是例如波分复用(WDM)。在所示实施例中，光纤2的出口端S连接到输出光放大器3，后者连接到传输线路的另一部分。光纤2的标称功率损失是已知的。

本发明的系统包括一个调制单元4。在所示例子中，该单元包括一个电路，连接到输入放大器1的输出以对放大的光信号的一部分进行采样，同时连接到输入放大器1的输入，在该处输送低频调制信号，使得最终幅度调制的调制指数(Ind Mod)与光信号的输入功率Pe成反比。调制信号的频率比输出放大器3的截止频率小。

为了提供调制信号，该电路包括一个二极管5，用以输入表示光信号的光功率Pe的信息，以及一个输送正弦信号的发生器6，使得得到的幅度调制指数Ind Mod与信号的光功率Pe成反比，光功率Pe由二极管5所输送的信息表示，在图1的左上部示出。当然，调制信号发生器6也可以输送其它形式的信号。

光纤2中的已调信号一直传送到光纤出口端S，信号到达那里的光功率是Pd，本发明系统的检测器模块7通过分光器对它们中的一部分进行采样。

模块7具有不同的功能，其中之一是测量采样已调信号中包含的调制信号的幅度，并从中导出光纤2中功率损耗的变化，与标称损耗作比较。

在所示的非限制性实施例中，检测器模块7包括电路8，后者包括一个滤波器，最好是一个带通滤波器，用以选择调制信号，以及一个二极管电路，用以校正调制信号，使得后续积分电路9能够测量调制的幅度。这样，积分电路9就能输送表示调制信号的输出幅度的第一信息。

因为原始调制的幅度随着光纤2前端的输入放大器1所输送的输入功率Pe而变化，所以测量的输出幅度，以及进一步的第一信息也表示光纤2所产生的功率损耗。因此，知道标称功率损耗和测得的功率损耗，就可以导出表示光纤中功率损耗变化的第二信息。

图2A示出了输入放大器1以全功率运行时的光功率Pe和调制幅度A，图3A示出了输入放大器1以低3分贝的功率运行时的光功率Pe和调制幅度A。

当输入功率Pe是标称值时，调制的幅度具有标称值A，调制指数Ind Mod也具有标称值，例如4％。光纤2所产生的功率损耗相对于标称损耗的任何变化都反映在调制幅度从值A减小到值a，如图2B所示。

与此不同，如果送入光纤2的已调信号的光功率因输入放大器1的增益变化而减小，调制幅度会维持在其标称值A，因为电路6以反比方式增加了调制指数。例如，如果放大器1的增益减小了3分贝，电路6将幅度调制指数从2％增加到了4％，从而使得调制幅度维持在值A，如图3A和3B所示。显然，光纤出口端的调制幅度是对光纤中损耗的一种测量，该测量不会因光纤前端的放大器1的增益变化而失真。这种可靠测量可以用于控制装置，以针对性地补偿光纤中功率损耗的变化。

检测器模块7知道调制幅度的标称值A，它输送表示光纤2中实际功率损耗的第一信息。该第一信息最好送入比较器10的非反相输入(+)，比较器10的反相输入(-)则送入设定值C，它表示光纤2中的标称允许损耗(例如20分贝)。这样，设定值C使得比较器10能够估计允许的标称损耗和光纤2中产生的实际损耗之间的差值。

这样，比较器10接收第一信息，将其与设定值C比较，输送表示第一信息和该设定值C之差的第二信息，换句话说，该第二信息表示光纤2中功率损耗相对于标称值的变化。该第二信息可以直接表示测得的幅度差，也可以有两种状态，第一状态例如是“高”，与正差值相关联，第二状态例如是“低”，与负差值或零差值相关联。

本发明的系统还可以在光纤2的出口端S调整功率。如图1所示，该系统可以包括一个控制模块11，后者包括一个能够在已调信号到达输出放大器3之前修改已调信号功率的设备12。设备12是例如一个可变光衰减器(VOA)，位于光纤2的出口端或者检测器电路7的输入前端。因此，检测器7所采样的已调信号由VOA 12预先衰减，因而如果检测到光纤2中的功率损耗的变化(增加)，控制模块11可以命令VOA 12减小衰减(或者补偿光纤中的功率损耗的增加)，这等效于放大已调信号，使得它们回到其标称幅度。

因此，如果比较器10例如在高状态将第二信息输送给控制模块11，后者就会命令VOA 12将衰减减小一个选定值，例如相当3分贝。另一可选方案是，如果第二信息表示光纤的标称功率损耗(C)和其实际功率损耗之间的差值，控制模块11命令VOA 12将衰减量减小相当于该差值的量。

因此，只有光纤2所产生的功率损耗的变化才会导致衰减的自动调整。

可以设想不同的方案来防止幅度调制干扰传输线路中的传输。例如，输出放大器3可以通过轮流地应用互补调制和相反调制，自动消除产生的幅度调制。该系统可以包括一个第二调制模块，就放在输出放大器3的前面，以对已调信号应用附加和相反调制。

此外，传输线路光纤的不同部分可以配备具有不同调制频率的本发明系统，从而构成了本发明的一种装置。这尤其使得跟踪数据包在网络内的传送路径，并远程确定产生功率损耗的各种部件成为可能。然后，就可以跟踪传输线路各部分中至少一根光纤所产生的功率损耗的变化。

当然，上述调制、检测和控制电路仅通过说明性的例子描述，它们可以有许多变化和改动。

本发明还提出了一种动态测量光传输线路中的功率损耗的方法，前述光传输线路包括一根光纤2，光纤2的入口端E用以接收光信号，而出口端S用于输送光信号。

该方法可以利用上述系统和装置实现。因为该方法各步骤的主要功能和可选功能及子功能实际上与构成该系统的各种装置的功能及子功能相同，所以后面仅总结了实现本发明方法的主要功能的步骤。

该方法的第一步骤中，通过低频调制信号调制光信号的幅度，前述低频调制信号的调制指数Ind Mod与光信号的输入功率Pe成反比，最好与第一信号的输入功率Pe成反比，在第二步骤中，从光纤2出口端处的已调信号Pd中解析出第一信息，该第一信息表示调制信号的输出幅度，之后根据第一信息导出第二信息，该第二信息表示光纤2中的功率损耗变化。

该方法同样可以包括互补调整(校准)步骤，其中如果检测到光纤2所产生的功率损耗的未经许可的变化，则根据检测到的功率损耗变化来修改光纤2的出口端S处输送的已调信号的功率Pd。

除了带通滤波器之外，检测模块中还可以提供低通滤波器，用以测量光纤出口端处的已调信号的总光功率。

Claims (16)

1.一种动态测量光传输线路中的功率损耗的光学系统，前述光传输线路包括至少一根光纤(2)，该光纤的入口端(E)用以接收光信号，而出口端(S)用于输送所述信号，该系统的特征在于，包括：

位于所述入口端(E)前端的调制装置(4)，用以通过低频调制信号调制所述光信号的幅度，前述低频调制信号的调制指数(IndMod)与光信号的输入功率(Pe)成反比；以及

所述出口端(S)后端的检测装置(7)，用于从所述已调光信号中解析出第一信息，该第一信息表示调制信号的输出幅度，并根据所述第一信息导出第二信息，该第二信息表示光纤(2)中功率损耗的变化。

2.按照权利要求1的系统，其特征在于，所述检测装置(7)包括比较器装置(10)，用于比较所述第一信息和代表光纤中的标称功率损耗的选定值(C)，并输送代表所述第一信息和所述选定值(C)之间差值的第二信息。

3.按照权利要求2的系统，其特征在于，所述比较器装置(10)输送代表所述差值幅度的第二信息。

4.按照权利要求2的系统，其特征在于，所述比较器装置(10)输送具有两种状态的第二信息，其中第一状态与正差值相关，第二状态与负差值或零差值相关。

5.按照权利要求1的系统，其特征在于，该系统包括连接到所述检测装置(7)和光纤(2)出口端(S)的控制装置，用以根据检测到的光纤(2)所产生功率损耗的变化，修改光纤(2)出口端处输送的光信号的功率。

6.按照权利要求5的系统，其特征在于，所述控制装置(11)包括一个连接到光纤(2)出口端(S)的可变光衰减器(12)。

7.按照权利要求1的系统，其特征在于，该系统包括一个辅助模块，该模块用以从离开光纤(2)的所述已调信号中消除所述调制装置(4)所引入的幅度调制。

8.一种用以发送代表数据的光信号的装置，包括由多根通过光放大器(1，3)连接的光纤(2)组成的光传输线路，每个光放大器都输送光信号，其特征在于，各根光纤(2)连接到一个动态测量该光传输线路中的功率损耗的光学系统，该光纤(2)的入口端(E)用以接收光信号，而出口端(S)用于输送所述信号，该光学系统包括：

位于所述入口端(E)前端的调制装置(4)，用以通过低频调制信号调制所述光信号的幅度，前述低频调制信号的调制指数(IndMod)与光信号的输入功率(Pe)成反比；以及

所述出口端(S)后端的检测装置(7)，用于从所述已调光信号中解析出第一信息，该第一信息表示调制信号的输出幅度，并根据所述第一信息导出第二信息，该第二信息表示光纤(2)中功率损耗的变化。

9.按照权利要求8的装置，其特征在于，光学系统以不同的频率输送调制信号。

10.一种动态测量光传输线路中的功率损耗的方法，前述光传输线路包括一根光纤(2)，光纤的入口端(E)用以接收光信号，而出口端(S)用于输送所述信号，该方法的特征在于：

通过低频调制信号调制所述光信号的幅度，前述低频调制信号的调制指数与光信号的输入功率(Pe)成反比；以及

i)从所述已调信号中解析出第一信息，该第一信息表示调制信号的输出幅度，并且ii)根据所述第一信息导出第二信息，该第二信息表示光纤(2)中功率损耗的变化。

11.按照权利要求10的方法，其特征在于，比较所述第一信息和代表光纤(2)中的标称功率损耗的选定值(C)，以输送代表所述第一信息和所述选定值之间差值的第二信息。

12.按照权利要求11的方法，其特征在于，所述第二信息表示所述差值的幅度。

13.按照权利要求11的方法，其特征在于，所述第二信息具有两种状态，其中第一状态与正差值相关，第二状态与负差值或零差值相关。

14.按照权利要求10的方法，其特征在于，根据检测到的光纤(2)所产生功率损耗的变化修改光纤(2)出口端(S)处输送的已调信号的功率。

15.按照权利要求10的方法，其特征在于，在光纤(2)出口端的后端消除幅度调制。

16.按照权利要求10的方法，其特征在于，采用不同频率的调制信号进行的幅度调制可以应用于多根光纤(2)的入口端(E)，这些光纤(2)通过光放大器(1，3)连接，每个光放大器都输送光信号。

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