CN1454416A - 光插入分出和色散补偿设备 - Google Patents

Abstract

本发明包括用于色散补偿在WDM系统的传输线上载送的WDM信号的方法和设备。这里，色散补偿部件和插入分出部件的选择和配置是按照在特定的信道上载送的信号的色散程度来选择的。信道通过使用光插入分出复接器被分离，这样，设计者事先知道，哪些和多少部件配置在哪些分支波导上。通过本专利申请，把每个分支波导的输出做成基本上相同。同样地，通过本设计，因为有利地使用了插入分出部件、而这在插入分出处理期间不需要把光信号变换成电信号的中间步骤，故可互联更大数目的客户。

Description

光插入分出和色散补偿设备

本发明涉及插入分出设备和在波分复用(WDM)系统中使用这种设备的方法，更具体地，涉及用于色散补偿和插入/分出选择信号的新颖设计的方法和设备。

光的色散是众所周知的自然现象。大家知道，色散是光传输技术中令人头疼的问题。通常在光传输系统中使用的标准单模光纤具有约1550nm的波长和约17ps(nm-km)的群速度色散。色散使得高比特率传输和长距离传输失真，成为在接收端潜在地难以辨认的。光纤中色散的第二个来源是光纤中的非线性，它的有害的影响是由于使用为了沿较长的传输线的传输所需要的高的光传输功率而引起的。

过去，对于沿长的传输线的色散提出了许多解决方案。色散补偿光纤部件的使用在这种技术中是熟知的。这样的部件包括几公里的架空的光纤，光纤通常具有约100ps(nm-km)的负的色散。通过在整个传输系统中审慎地应用，光纤部件可以精确地补偿某个波长的色散，如果信号在光纤中的扩散不受其它非线性效应影响的话。

图1表示一条曲线，x轴代表波长以及y轴代表色散。传输光纤由线10表示。因为色散补偿光纤17ps(nm-km)的使用，传输线10的色散是相当地和理想地平坦的。补偿光纤12被表示为具有约-100ps(nm-km)的色散。补偿光纤在传输线上的配置对抑制色散也有影响。

图2表示传输线色散(y轴单位是ps/nm)。这里，20km的色散补偿光纤应用于100km的传输光纤上。结果的曲线显示传输线的色散线14，在1540nm以前比1700(ps-nm)的理想传输线10低，以及在大于1550nm时在传输线10的上面。事实上，在1560nm以上，色散将开始对传输整体性具有有害的影响。现有提出的解决方案是把色散补偿光纤有间隔地配置在传输线的选择的位置上。

图3表示四个色散补偿光纤部件的配置，由此造成四个传输线段16、18、20、22。如图所示，每个段具有离理想传输线10的最小色散。

长的传输线段需要大的光信号功率来进行传输。大的光信号功率不可避免地造成非线性效应，从而在接收端造成色散(例如，自相位调制，交叉相位调制，和四波混合)。自相位调制是特别成问题的，它在要发送的信号的脉冲沿处造成频率偏移，因此导致由色散光纤对信号的附加影响。同样地，在WDM系统中，几个信号在不同的波长上被传输。信号功率的起伏是成问题的，因为WDM系统以恒定的总的光功率提供可变数目的信道。在由于色散补偿光纤的使用而损耗功率的场合下，需要附加的放大器。光放大器是昂贵的，所以其应用是受限的。同样地，对于提升的功率，引起光纤非线性性质的增强，由此造成更多的色散。最后，在技术上有需要路由和互联尽可能多的客户线，以使得光传输系统的使用和收益最大化。

一种建议的设计解决方案在美国专利6,021,245中被提出。这里，对以上问题的设计解决方案是在光放大器的前和后(对于放大器进行前置补偿和后置补偿)配置光纤色散补偿部件(DK部件)。DK部件对于本领域技术人员是熟知的，以及是光传输系统的共用设计特性。这个设计的纯效果是把色散减小到几乎为零。然而，这样的设计需要许多对于克服由补偿部件造成的功率损耗所必须的、高的光输出的放大器，使得这个设计是昂贵的和不吸引人的。同样地，它没有解决在技术上对于路由和互联尽可能多的客户线的需要。

用于克服非线性造成的色散的另一个建议的设计解决方案是使用与DK部件相串联的插入分出部件。插入分出部件在技术上是熟知的，以及用来选择地插入和/或分出选择信道的选择波长。在某些情形下，整个信道可被分出，以及重新产生。分出和插入选择波长和/或信道的作用是用非色散的波长代替色散的波长。因此，色散的光功率被选择地分出和被重新产生非色散的。

一个这样建议设计在图4上给出，它包含光插入分出复接器。光插入分出复接器，也被称为波长插入/分出复接器(或WADM)是光网络元件，它使得多信道光传输系统的特定的信道被分出和/或被插入而不影响通过信号(要通过网络节点传送的信号)。OADM，像电的ADM的对应物，通过消除不必要的分接通过信号，而可简化网络和降低网络节点的花费。这里，表示光传输系统30的一部分。系统包括光的前置放大器32，第一DK部件34，光的插入分出复接器36，和提升放大器38，分别沿着传输线40被串联连接。前置放大器，DK部件，和提升放大器是本领域技术人员熟知的共用元件。复接器，正如在技术上已知的那样，是由于它可从较高的比特率的复接信号中提取或插入较低比特率的信号而不用完全分接该信号的能力而被选择的。

复接器通过使用分接交错器和群滤波器42而把传输线40划分成信道的并行选择组。这样的滤波器和它的使用在技术上也是熟知的。滤波器类型由系统设计者故意地选择，提供对想要的信道和波长的接入，这正如提前已知的，将需要重新生成为低色散的和/或更加强的形式。波长在信道中被载送，对于信道，也可以作为整体而要求色散补偿。在不需要色散补偿和/或重新生成的场合，信道可被设计成不改变地通过复接器36传送。为了对信道进行接入的第二需要是引入来自其他传输线的新的接入，由此包含和/或重新路由附加的客户。然而，在表示的系统中，分出的信道被简单地重新生成。

滤波器42被表示为把传输信号复接成要在四个分支波导或传输线段44、46、48、50上载送的四个信道的并行组。这些组可包含几个信道，每个信道具有至少一个波长。信道的通常的数目可以是4，间隔150GHz。正如技术上已知的，带宽可以取决于数据率。线段44既不包含色散补偿也不包含插入分出装置。这里，设计者依赖于DK部件34，提供对于在这个线段上载送的信道所必须的任何补偿。线段46包括DK部件52，具有10公里架空的光纤。插入分出部件53被配置成与DK部件52相串联。插入分出部件53包括分出部件54，3R信号重新生成器56，和插入部件58，每个部件的功能和使用对于本领域技术人员是熟知的。分出部件54用来选择地分出在线路46上传输的一组信道51中的至少一个信道。典型的插入分出部件能够插入分出被路由通过它的信道的5-50％。如上所述，第一信道55从信道组51中被选择地分出。信道55然后被重新生成器56重新生成为没有色散的。重新生成的信道然后通过波导57被载送到插入部件58。插入部件58重新组合信道组51，以及把它们沿分支波导46发送到复接器70。复接器70也可以包括交错器和群滤波器。线46的输出功率由于通过DK部件52的色散补偿，可损耗1dB。这个损耗可以由提升放大器38弥补。

分支波导48包括DK部件60。正如所设计的，部件60包括20公里的架空的光纤。波导48不包括其他补偿或插入分出装置，由此表示设计者打算在这个线段上载送的信道不需要重新生成，也不需要插入/分出。光功率下降约2dB，它可以由提升放大器38弥补。

分支波导50包括具有30公里的架空的光纤的DK部件62。线段还包括插入分出部件63，它基本上起到与插入分出部件53相同的作用。这里，分出部件64把沿着这个线段载送的信道分离成较小的并行的组或单独的信道(线段)71。较小的组的第一信道(线段)72被引导到重新生成装置66，它重新生成第一信道，它然后沿着线段74被载送到插入部件68。插入部件68重新组合在线段71上载送的信道，以及把它们沿着线段50路由到复接器70。沿着这个线段的光功率损耗是约3dB，它可以由提升放大器38弥补。

上述的现有技术设计至少具有缺点：包括3R重新生成装置(或它们的等价物)的使用，这样的装置需要信号的光/电/光的变换，用于它的重新生成。这样的变换是复杂的和花费的。同样地，客户连接性的需要并没有解决。

本发明的目的是提供光传输系统，其中色散可被补偿，而由于重新生成和光/电变换造成的花费被最小化和/或被消除。补偿被实施而不使用单独的线路生成器，诸如现有技术3R生成器。最后，本发明易于实行比起现有技术设备更高的数目的互联，由此使得可以引用本发明的传输系统增加了利用价值。

这些目的可借助于设备和方法达到，其中插入/分出部件被设计成光的插入分出复接器，这样，信道被插入/分出，而不藉助于重新生成。另外，光信号被路由到部件的插入部分，信号起源于复接器外面。新插入的光信号可以起源于其他客户/台址。新插入的信号不像被分出的那些信号那样地色散，由此在易于实行信号(重新)路由的同时补偿色散。

这个目的还通过特别是对于分支波导的已知的色散的色散补偿器的明智设计和选择实施方案而达到。通过这个设计，具有较高的色散的分支波导将具有更高的数目的DK部件，以及反之亦然。同样地，实施的插入分出部件的数目根据已知的色散数值被作出。通过这个安排，每个分支波导的输出的光功率被做成基本上相同的。

图上只给出对于了解本发明所必须的光传输系统的元件部分。缺少的元件包括在接收端和发送端的信号处理装置，光纤连接装置，等等。

图5显示本发明的一个实施例。这里，第一和第二前置放大器102，103反向与沿着WDM系统的光传输线100的共用DK部件104串联连接。作为例子，如图所示，DK部件104包括100公里架空的光纤。非对称的光的插入分出复接器106(OADM)通过传输线100向下游被串联连接到第二前置放大器103。共用提升放大器108从OADM106向下游串联连接。OADM包括分别反向的分接器元件和复接器元件110和160。分接器和复接器元件可包括交错器和群滤波器、或本领域技术人员已知的其他等价的元件，以便提供对想要的信道和波长的接入，这些波长作为事先已知的、需要替换成色散较小的形式。波长在信道中被载送，对于这些信道也可以作为整体而要求色散补偿。在不需要色散补偿和/或替换的场合下，信道可被设计成不改变地通过复接器106传送。

分接器110把在传输线100上载送的传输信号划分成选择的数目的并行的子组，每个子组包括选择的数目的信道。这里，子组和信道的数目是在本发明范围内设计选择的事情。作为例子，图5上表示每组8个信道，每个信道8个波长。然而，信道的数目的范围为至少2-40，以及至少50-200GHz的间隔。这里，如图所示，分接器110把传输信号划分成4个并行的子组。每个子组在四个分支波导或线段120，130，140，150之一上被载送。每个线段包括多个单元，被选择来使得OADM106的工作的光功率预计值最佳化。

正如从OADM的设计事先已知的，由波导120载送的信号将需要很小的色散补偿。这样，对于这些信号，设备依赖于共用DK部件104。在给定对于这个波导的低的色散要求后，设计者获得包括多个插入分出部件的机会。多个插入分出部件易于实行与其他波导的互联，由此提供与其他客户台址的可互联性。可互联性增强到超过现有技术设计，现有技术设计依赖于重新生成而不是信号的替换。插入分出部件还用来衰减由各个波导载送的信道中的信号的光功率，这样，所有OADM分支波导的输出功率被做成基本上相同的。具有基本上相同的输出功率使得易于实行复接、放大和传输。多个插入分出部件通过提供增强的连接性而进一步增强给传输系统带来的直接的设计好处。该增强对于传输系统运营商也具有经济价值，更多的客户可被连接到他/她的传输系统。

如图所示，分支波导120包括四个插入分出部件122、124、126、128。每个部件包括与其他波长连接的装置(未示出)，这样，选择的数目的信道可以根据设计选择和/或客户需要分出和插入。部件被选择，使得组合的分出的和插入的信道导致波导120的输出的光功率与其他OADM波导的光功率基本上相同，以及其中出去的信号的色散基本上被最小化(例如，零色散)。插入分出部件122、124、126、128与先前在光的插入分出复接器中使用的部件不同之处在于，直接的部件路由光的信号，而不用把光信号变换成电信号的中间步骤。直接的部件可包括光环行器和可编程的光纤布拉格光栅，和/或本领域技术人员已知的、其他的基于波长的分离装置，其中作为例子，每个部件可以下降2dB。对于9dB的示例的光功率预计值，直接的设计引用4个插入分出部件，如果这样设计的话，可分出8dB以上。分支波导120不包括任何DK部件，因为系统被设计成：通过这个具有对于传输接收是可接受的色散水平的波导、由此不需要DK部件补偿而路由信号。这个设计可通过适当地选择分接器110而易于实行。分支波导120的输出被引导到复接器160，它用来把波导输出与其他波导相组合，以便提供沿着传输线100传输的单个组的信号。

分支波导130包括比波导120小的数目的插入分出部件。这里，波导130包括三个插入分出部件131、132、133。插入分出部件以与以上的插入分出部件122、124、126和128基本上相同的方式工作。这里，DK部件134是与部件131、132、133串联连接的。插入分出部件和DK部件的数目被选择为使得波导130的功率输出基本上与其他的OADM波导的功率相同，DK部件以与已知的DK部件基本上相同地工作。系统被设计为打算通过这个波导(该波导要求由DK部件134实施的、很小的色散补偿)而路由信号/信道。这里，部件134包括10公里的光纤，由这个光纤造成的功率损耗并不显著恶化波导的总的功率输出。波导130的输出被路由到复接器160，以便与来自其他OADM波导的输出相复接。

从光的系统设计知道，分支波导140将需要比起波导120和130更多的色散补偿以及更小的光功率衰减。这样，波导140被设计成包括两个DK部件以代替波导130的一个DK部件，以及两个插入分出部件以代替来自波导130的三个DK部件。这样，波导140被设计为具有插入分出部件142、143和DK部件144、146。由于这个设计，波导140的光功率输出被做成基本上与其他OADM波导的输出相同，而色散被减小为在传输线100的接收端处对于可接受的接收的工作满意的水平。

最后，从光的系统设计知道，由波导150载送的信号比起先前的波导需要更多的色散补偿，以及比起其他OADM波导受到更小的光功率衰减。这样，波导150包括三个DK部件154、156、158，以及一个插入分出部件152。插入分出部件及DK部件以与上述的这些部件基本上相同的方式工作。这样，通过这个设计，波导150的输出功率基本上与其他OADM波导相同，而色散被基本上减小到可接受的水平。其输出在复接器160中与其他波导的输出相复接，以便沿着传输线100传输。

在OADM 106中引起的光功率损耗由被配置在OADM的下游的共用提升放大器108进行弥补。

作为设计替换例，在某些实施例中，多个衰减器可替换插入分出部件，因为衰减器可被做成执行基本上与结合本发明描述的插入分出部件相同的功能，即，减小信号的幅度，而不会明显地造成它的波形失真。光衰减器通常是无源器件，不需要把光信号变换成电信号的中间步骤。同样地，衰减的程度可以是固定的、连续地可调的、或增量可调的。

虽然本发明是对于本发明的示例的实施例被表示和描述的，但本领域技术人员应当看到，在本发明的形式和细节上可以作出上述的和各种改变、省略和添加，而不背离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种附加到WDM光传输系统的传输线上的插入分出设备，包括：用于把WDM信号划分成具有不同相对色散率的不同信号频带的装置，所述划分装置还通过多个分支波导传送所述的频带，所述波导包括光通信的插入分出部件和色散补偿部件；以及用于把所述信号频带组合成WDM信号的装置，其特征在于：

与其余波导的其余信号频带相比较，载送更高色散的信号频带的波导包括具有比其余波导更高的衰减的色散补偿装置；

与其余波导的其余信号频带相比较，载送更高色散的信号频带的波导包括比在其余波导上的插入分出部件的数目更小的数目的插入分出部件；

这样，每个波导功率输出电平基本上是相同的。

2.按照权利要求1的设备，其特征还在于，至少一个所述波导不包含色散补偿装置，以及对于所述至少一个所述波导的色散补偿由在所述划分装置之前串联连接的至少一个共用色散补偿部件来执行。

3.按照权利要求1-2的设备，其中所述色散补偿装置包括至少一个信号补偿部件，以及至少一个所述波导包括衰减部件。

4.按照权利要求1-3的设备，其中插入分出部件和信号补偿部件的数目被选择为使得每个所述波导的所有的所述信号频带的组合衰减基本上是相同的。

5.按照权利要求4的设备，其中所述数目的插入分出部件包括用于以第二数目的信道替换第一数目的信道的装置，其中所述第一和第二信道具有相同的波长。

6.按照权利要求1-5的设备，其中每个所述波导包括不同数目的插入分出部件和色散补偿部件。

7.按照权利要求1-6的设备，其中对于每个波导和共用色散补偿装置，每个所述色散补偿装置具有被采用的色散值。

8.一种用于对在WDM光传输系统的传输线上载送的WDM信号进行色散补偿的方法，所述方法使用这样的设备，该设备具有用于把WDM信号划分成在不同波导上载送的不同信号频带的装置，所述信号频带具有不同色散值，所述划分装置还通过所述不同波导传送所述的频带；以及该设备还具有用于把所述信号频带组合成要在所述传输线上载送的WDM信号的装置，所述方法包括以下步骤：

把与其他色散补偿装置或没有色散补偿装置相比具有更高的衰减的色散补偿装置，配置在比起载送较低色散的信号的其他信号线来说载送更高色散的信号频带的信号线上；

把与在载送具有较高色散值的信号的波导上相比具有更高数目的插入分出部件，配置在比起在其他波导上载送的其他信号来说载送较低色散值的信号的波导上；

这样，每条所述线的输出基本上是相同的。

9.按照权利要求8的方法，还包括把共用色散补偿部件配置在所述划分装置的上游，以使得所述共用色散补偿部件至少对于没有色散补偿装置的所述波导提供色散补偿的步骤。

10.按照权利要求8-9的方法，其中所述插入分出部件还包括用于以第二数目的信道替换第一数目的信道的装置，其中所述第一和第二信道具有相同的波长，以及所述配置色散补偿装置的步骤还包括使用色散补偿装置用于每个具有被采用的色散值的信号线的步骤。

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