CN1267973A - 具有采用偏振调制的光信道监控装置的光网络及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明通过采用至少一个偏振调制单元而可以根据偏振角来区分及传输各条光信号信道,同时通过采用连在光放大器之后的偏振检测器来检测分配给每条信道的单音信号,以及对信道信息进行监控。因此,本发明通过消除光放大器的影响而克服了使用音频所带来的局限性,同时还能够更为精确地监控信道信息。此外,由于本发明根据偏振角来区分及传输各条光信号信道,因此其不需要显著地增大调制指数。

Description

具有采用偏振调制的光信道监控装置的 光网络及其方法
本发明一般涉及一种光网络，具体涉及一种波分多路复用(WDM)网络。
现代的光通信网络正逐渐演化为波分多路复用(WDM)网络，通过其可以在一条光纤线路中利用具有不同波长的光信号(通常称之为信道)来传输信息量较大的信息或语音数据。
此类网络的实现技术包括宽带光放大器，光多路复用器，光多路分解器，光学开关等。具体地说，光放大器是WDM网络中最重要的组成部分。但为了让WDM网络能够以光学方式正常地工作，根本的一点是能够获知WDM网络中各光信道的状态(例如，光功率，光信噪比等)。
图1和图2所示为现有技术的WDM网络中信道监控技术是如何工作的原理示意图。首先，发送端(见图1)包括多个发射机10-1～10-N，一个光多路复用器20，一个光放大器30，一个光学分接头耦合器40，一个光检测器50和一个监控电路60。组件5则是一条光纤线路。
发射机10-1～10-N将数据率为2.5Gb/s的电数据转换为与之对应的光信号，其中各光信号彼此之间具有不同的波长(λ1-λN)。这些光信号由光多路复用器20组合在一起，而合成后的光信号由光放大器30进行放大。以此方式，WDM技术使其能够仅仅在一条光纤芯上载送很多的光信号(信道)。但是，正如前面所提到的，管理WDM网络需要知道各光信道的状态。为此，其利用频率数量级为十几kHz的正弦单音信号来对每个发射机的输出幅值进行很弱地调制。如图1所示，每个发射机具有两个不同的输入。一个输入用于数据率为2.5Gb/s的主数据输入，而另一个输入则是用作信道识别(即信道标记)的输入频率为f1-fN的单音信号。
图3A和3B所示分别为来自信道1和信道2的两种典型的光信号输出。每条信道均具有各自相应的来自于正弦单音信号的正弦调幅形式。利用这些正弦调制，人们可以在任意位置获得光信道信息。这是利用光分接头40将很小一部分的光信号分接到光检测器50中来实现的。随后，光检测器的输出被输入到如图2所示的监控电路60中。监控电路60由耦合到峰值检测器101-1～101-N上的多个带通滤波器(BPF)100-1～100-N构成。峰值检测器101-1～101-N的输出被输入到用于给出关于光信道的状态的信息的A/D转换器102中。BPF100-N的中心频率应该与发射机10-N的单音信号fN的频率相同。注意上述各BPF均将会滤去2.5G/s的高频数据信号。以此方式，人们便可以获得信道信息，如信道强度、信噪比等。
接下来是对信道监控现有技术方法更为详细的说明。调幅单元10-1～10-N的调幅器11对正以2.5Gb/s的数据率输入的数据和频率为f1～fN(几十kHz)的单音信号进行调幅，而其激光器12则输出对应于调幅器11的输出的光信号。其结果是，调幅单元10-1输出如图3A所示具有波长λ1的光信号，而调幅单元10-2则输出如图3B所示具有波长λ2的光信号。以同样方式，调幅单元10-N输出具有波长λN的光信号。因此，发送数据由调幅单元10-1～10-N调幅为N条信道的光信号。这N条信道(即波长λ1…λN)由彼此不同的单音信号频率f1～fN来进行区分。
光多路复用器20对从调幅单元10-1～10-N所输出的光信号进行多路复用，并输出包含有N条信道的单一光信号。光放大器30对该单一光信号进行放大，并通过传输线5将其发送给接收机，即接收方的光传输系统。
为了从光放大器30所输出的光信号中获取关于每条信道性能的信息(例如，每种波长信道的强度)，其将利用传输线5预定位置上的分接头耦合器40抽取出所有光信号中的一部分，即其数量不会对信号传输构成影响的光信号。剩余的光信号通过传输线5传输。
分接头耦合器40所抽取出的光信号在光检测器50中被转换为电信号。由于转换所得的电信号包含有低频(f1～fN)的单音信号和高频(2.5Gb/s)的数据信号，所以需要使用一种极慢光检测器50以只将低频f1～fN的单音信号转换为电信号。因此，通过在监控电路60对这些电信号进行处理，便可以获得关于各条信道的信息。
如图2所示，监控电路60中的多个带通滤波器100-1～100-N从光检测器50所输出的电信号中检测出单音信号频率分量。多个峰值检测器101-1～101-N则用于检测由带通滤波器100-1～100-N所输出的各种单音信号频率成分的大小。来自峰值检测器101-1～101-N的输出由A/D转换器102转换为数字信号，因此利用这些数字信号将可以确定各条信道的性能(每条信道存在与否，或每条信道的强度)和状态(功率，信噪比等)。
然而，在现有技术的WDM网络信道信息监控装置中所分配给每条信道的单音信号频率f1～fN与光放大器30的频率特性有着极为密切的关系。例如，通常用的最多的光放大器是掺杂有铒元素的光放大器。其频率响应特性是10log(B/A)，其中A表示输入信号的幅值，而B则表示输出信号的幅值。
图4所示为上述掺杂有铒元素的光放大器的频率响应特性曲线。当频率超过几十kHz时，该种光放大器的增益才会变为常数。即，当频率低于几十kHz时，该种光放大器的增益将不恒定。其结果是，即使为各个信道分配具有相同大小的单音信号，由于该种光放大器的影响，在检测系统一侧所检测出的单音信号的大小也将会不同。
因此，为了防止出现这样一种情况，在现有技术的信道信息监控装置中必须使用超过几十kHz的单音信号频率来划分信道。因此，其缺点是低于几十kHz的频率将无法被用作单音信号频率。
如图5A所示，由于其是利用低频来对该数据信号进行单音信号调制的，所以调制指数一般均小于“1”。随着用于调制该数据的单音信号频率的降低，在检测系统一侧其将变得越来越难于检测出这些单音信号，因而这些单音信号将会越来越容易受到噪声的影响。因此，为了克服此缺点，通常要将调制指数增大为最大值“1”，如图5B所示。这样虽然使其能够很容易地检测出单音信号，但同时也会使数据信号的质量显著下降。
上述说明仅是参考，以使读者能够对另外或另选细节、特性和/或技术背景有适当的了解。
本发明的一个目的是至少解决上述问题和/或缺点，以及至少提供下文所述的优点。
因此，本发明的一个目的是精确监控来自光网络中各光信号的信道信息。
本发明的另一个目的是无论光网络中的调制指数是否增大，均能提高数据的可靠性。
本发明可以利用如下的一种光信道监控装置，以整体或部分的方式来实现，其中该装置包括：至少一个偏振调制单元，用于根据各自的电信号对光波进行偏振调制，同时用于输出偏振调制光；光信号传输单元，用于对来自上述至少一个偏振调制单元的偏振调制光进行多路复用和放大，同时输出多路复用光信号；以及偏振检测器，用于检测该多路复用光信号的偏振。
本发明可以利用如下的一种用于监控光信道的方法，以整体或部分的方式来实现，其中该方法包括如下步骤：根据各自的电信号来调制至少一个光信号的偏振，输出该至少一个的偏振调制光信号，其中上述至少一个偏振调制信号的每一个均与各自的信道相关；多路复用并传输该至少一个偏振调制光信号；以及检测该多路复用光信号的偏振。
本发明可以利用如下的一种光信道监控装置，以整体或部分的方式来实现，其中该装置包括：偏振调制器，用于对光信号的偏振进行调制并输出偏振调制光信号；光传输单元，用于传输该偏振调制光信号；偏振检测器，用于接收所传输光信号的至少一部分，检测所传输偏振调制光信号的偏振，并输出相应偏振信息；和监控电路，用于接收该偏振信息，并根据该偏振信息来对光信号的参数进行监控。
本发明可以利用如下的一种光信道监控装置，以整体或部分的方式来实现，其中该装置包括：至少两个偏振调制器，用于根据各自的调制信号对各自光信道的偏振进行调制，其中各调制信号与其它的调制信号互不相同，同时各光信道包含有各自的光信号；光传输单元，用于传输偏振调制光信道；偏振检测器，用于接收所传输偏振调制光信道的至少一部分，检测所传输偏振调制光信道的偏振并输出相应的偏振信息；和监控电路，用于接收该偏振信息，并根据该偏振信息来对光信道进行监控。
本发明可以利用如下的一种用于监控光信道的方法，以整体或部分的方式来实现，其中该方法包括如下步骤：调制一条光信道的偏振；传输该偏振调制光信道；检测所传输偏振调制光信道的偏振；以及根据所检测出的偏振监控该光信道的参数。
本发明另外的优点、目的和特性的一部分将由接下来的说明所阐明，而其余部分，对于本领域的技术人员来说，在审阅完接下来的说明之后将变得显而易见，或可通过实践本发明来领会。可根据所附权利要求中所特别指出的方式实现本发明的目的和优点。
接下来将参照其中相似图注表示相似元件的附图对本发明进行详细地说明，其中：
图1所示为根据现有技术的波分多路复用(WDM)网络信道信息监控装置的示意图；
图2所示为图1所示装置中所用监控电路的方框图；
图3(A)和3(B)所示为利用图1所示装置中的单音信号进行调制的光信号的波形图。
图4所示为图1所示装置中所用光放大器的频率响应特性的曲线图；
图5A和5B所示为由图1所示装置中的调幅器所产生的光信号的波形图；
图6所示为根据本发明的信道信息监控装置的示意图；
图7A所示为利用图6所示装置中的偏振调制单元所调制的光信号的波形图；以及
图7B所示为偏振检测器的输出波形图。
接下来将参照附图对根据本发明一种优选实施例的采用偏振调制技术的信道信息监控装置和方法进行说明。
如图6所示，根据本发明的用于波分多路复用(WDM)网络的信道信息监控装置包括，多个用于对多条信道上的传输数据进行偏振调制的偏振调制单元20-1～20-N。为了检测由上述多个偏振调制单元20-1～20-N所偏振调制的光信号，在分接头耦合器40与光检测器50之间连接有一个偏振检测器80。
每一个偏振调制单元20-1～20-N包括一个用于发射对应于某种数据率(优选地为2.5Gb/s)的光波的激光器21，和一个用于根据某种电信号来改变激光器21中所发射出的光波的偏振的偏振调制器22。同时可以将一个光多路复用器20和一个光放大器30组合在一起以形成一个光信号传输单元。
接下来将参照附图对用于WDM网络的信道信息监控装置的操作进行说明。在偏振调制单元20-1～20-N中，每个偏振调制器22根据某种电信号来改变由激光器所输出光波的偏振，并输出多个光信号。上述每种电信号是一种具有预定幅值、同时对每条信道来说均是唯一的音频(f1～fN)或数字码。然而，频移键控FSK，振幅移位键控ASK和相移键控PSK均可以被用作该种电信号。
偏振调制器22根据每种音频f1～fN旋转光波的偏振。与此同时，由于偏振调制光信号的强度并不与音频f1～fN相关，因此如图7A所示，其基本上保持恒定。因此，利用偏振调制单元20-1～20-N将所要传送的数据偏振调制为N条信道的光信号，并通过传输线5来进行输出。其中可以利用音频f1～fN之间的不同来对这N条信道进行区分。
光多路复用器20对由偏振调制单元20-1～20-N所偏振调制的光信号进行多路复用，并输出包含有N条信道的单一光信号。光放大器30对该多路复用光信号进行放大，并将其通过传输线5传送给接收机一侧。分接头耦合器40从通过传输线5所传送来的整个多路复用光信号中抽取出一部分，并将其输出给偏振检测器80。
偏振检测器80优选地包括：偏振器70，用于将偏振调制光信号转换为调幅光信号(如图7B所示)；和光检测器50，用于将该调幅光信号转换为调制电信号。然而，其应理解的是，任何能够将偏振调制光信号转换为调制电信号的装置均可以被用作偏振检测器80。
调制电信号被发送到监控电路60，其通过对来自偏振检测器80的调制电信号进行分析来确定每条信道的性能(每条信道存在与否，或每条信道的强度)或状态(功率、信噪比等)。
由于本发明所采用的是偏振调制方法，而不是调幅方法，因此其将不会受到光放大器30的影响。根据本发明的该种装置和方法根据偏振角来区分和传输光信号的每条信道，并利用位于光放大器30之后的偏振检测器80来抽取分配给每条信道的单音信号，由此消除了来自于光放大器30的任何不良影响。其结果是，本发明消除了由光放大器30所造成的音频限制，从而能够更为精确地监控信道信息。
另外，本发明是根据偏振角来区分和传输光信号的每条信道，所以其不需要显著地增大调制指数(即，使调制指数＝1)。因此，检测系统一侧能够很容易检测出单音信号，由此能够提高数据信号的可靠性，并能够减小噪声。
上述多种实施例和优点仅仅是示意性的，而不应被理解为是对本发明的限制。同时也可以将本发明的原理很容易地应用于其它类型的装置。上述对本发明所进行的说明只是出于例示的目的，并不是对权利要求的限制。对本领域的技术人员来说，很明显可以有多种形式的修正和变型。在权利要求中，装置-加-功能条款意欲涵盖本文所说明的用于实现所述功能的各种结构，不仅是结构上等价，也包括其它的等价结构。

Claims (39)

1.一种光信道监控装置，包括：
至少一个偏振调制单元，用于根据各自的电信号对光波进行偏振调制，同时用于输出偏振调制光，其中每个偏振调制单元均与各自的信道相关；
光信号传输单元，用于对来自所述至少一个偏振调制单元的偏振调制光进行多路复用和放大，并输出多路复用光信号；和
偏振检测器，用于检测该多路复用光信号的偏振。
2.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于所述电信号包括具有预定幅值，同时对所述至少一个偏振调制单元的每一个均互不相同的音频。
3.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于所述电信号包括具有预定幅值，同时对所述至少一个偏振调制单元的每一个均互不相同的数字码。
4.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于所述电信号是一种频移键控。
5.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于所述电信号是一种振幅移位键控。
6.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于所述电信号是一种相移键控。
7.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于所述偏振检测器包括偏振器。
8.如权利要求7所述的监控装置，其特征在于所述偏振器将偏振调制光信号转换为调幅光信号。
9.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于偏振调制单元包括：
激光器，用于发射根据数据率为2.5Gb/s的数据进行调制的光波；和
偏振调制器，用于根据各自的电信号改变由激光器所发射光波的偏振。
10.如权利要求8所述的监控装置，其特征在于所述偏振检测器另外包括光检测器，用于将调幅光信号转换为调制电信号，并输出该调制电信号。
11.如权利要求10所述的监控装置，其特征在于另外包括监控电路，用于检测由光检测器所输出的电信号中的音频分量，同时利用该音频分量来监控信道信息。
12.一种用于监控光信道的方法，包括如下步骤：
根据各自的电信号对至少一个光信号的偏振进行调制，并输出该至少一个的偏振调制光信号，其中所述至少一个的偏振调制光信号的每一个与各自的信道相关；
多路复用及传输所述至少一个偏振调制光信号；以及
检测该多路复用光信号的偏振。
13.如权利要求12所述的方法，另外包括如下步骤：
将经偏振检测的多路复用光信号转换为电信号；
检测该电信号的偏振调制频率；以及
从所检测出的偏振调制频率中获得与各条信道有关的信息。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述至少一个光信号是利用根据数据率为2.5Gb/s的数据进行调制的激光所产生的。
15.如权利要求12所述的方法，其中各电信号包括具有预定幅值，同时对所述至少一个光信号的每一个均互不相同的音频。
16.如权利要求12所述的方法，其中各电信号包括具有预定幅值，同时对所述至少一个光信号的每一个均互不相同的数字码。
17.如权利要求12所述的方法，其中各电信号是频移键控，振幅移位键控和相移键控中的一种。
18.如权利要求12所述的方法，其中偏振调制步骤是利用至少一个偏振调制单元来进行的，其中每个偏振调制单元包括：激光器，通过发射根据数据率为2.5Gb/s的数据进行调制的光波来产生所述至少一个光信号；和偏振调制器，根据各自的电信号来改变由激光器所产生的光信号的偏振。
19.如权利要求12所述的方法，其中所检测出的偏振是一种线偏振。
20.如权利要求12所述的方法，其中经偏振检测的多路复用光信号具有一种调幅形态。
21.一种光信道监控装置，包括：
偏振调制器，用于对光信号的偏振进行调制并输出偏振调制信号；
光传输单元，用于传输该偏振调制光信号；
偏振检测器，用于接收所传输光信号的至少一部分，检测所传输偏振调制光信号的偏振，以及输出相应的偏振信息；以及
监控电路，用于接收该偏振信息，并根据该偏振信息来对光信号的参数进行监控。
22.如权利要求21所述的监控装置，其特征在于光传输单元包括：
多路复用器，用于对偏振调制光信号和至少一个其它光信号进行多路复用；以及
放大器，用于对偏振调制光信号和该至少一个其它光信号进行放大。
23.如权利要求21所述的监控装置，其特征在于该光信号是波分多路复用系统的一条光信道。
24.如权利要求21所述的监控装置，其特征在于偏振调制器根据某种电信号来对光信号的偏振进行调制。
25.如权利要求24所述的监控装置，其特征在于该电信号包括音频信号。
26.如权利要求24所述的监控装置，其特征在于该电信号包括数字码。
27.如权利要求21所述的监控装置，其特征在于偏振检测器包括：
偏振器，用于将所接收到的偏振调制光信号转换为调幅光信号；和
光检测器，用于将该调幅光信号转换为调制电信号。
28.如权利要求27所述的监控装置，其特征在于监控电路根据调制电信号来对光信号的参数进行监控。
29.一种光信道监控装置，包括：
至少两个偏振调制器，用于根据各自的调制信号对各光信道的偏振进行调制，其中每个调制信号均不同于其它的调制信号，同时这些光信道包含有各自的光信号；
光传输单元，用于传输偏振调制光信道；
偏振检测器，用于接收所传输偏振调制光信道的至少一部分，检测所传输偏振调制光信道的偏振，并输出相应的偏振信息；以及
监控电路，用于接收该偏振信息，并根据该偏振信息对光信道进行监控。
30.如权利要求29所述的监控装置，其特征在于光传输单元包括：
多路复用器，用于对各偏振调制光信道进行多路复用；以及
放大器，用于对这些多路复用光信道进行放大。
31.如权利要求29所述的监控装置，其特征在于该调制信号包括音频信号。
32.如权利要求29所述的监控装置，其特征在于该调制信号包括数字码。
33.如权利要求29所述的监控装置，其特征在于偏振检测器包括：
偏振器，用于将所接收到的偏振调制光信道转换为调幅光信号；和
光检测器，用于将该调幅光信号转换为调制电信号。
34.如权利要求33所述的监控装置，其特征在于监控电路根据该调制电信号来对光信道的参数进行监控。
35.一种用于监控光信道的方法，包括如下步骤：
对光信道的偏振进行调制；
传送该偏振调制光信道；
检测所传输偏振调制光信道的偏振；以及
根据所检测出的偏振对该光信道的参数进行监控。
36.如权利要求35所述的方法，其中该光信道的偏振是利用音频来进行调制的。
37.如权利要求35所述的方法，其中该光信道的偏振是利用数字码来进行调制的。
38.如权利要求35所述的方法，其中所传输偏振调制光信道的偏振是通过如下的步骤来进行检测的：
将所传输偏振调制光信道的至少一部分转换为调幅光信道；以及
将该调幅光信道转换为调制电信号。
39.如权利要求38所述的方法，其中光信道是根据该调制电信号来进行监控的。
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