CN1483155A - 具有双向光服务信道的双向wdm光通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种具有双向光服务信道的双向波分复用光通信系统。该双向WDM光通信系统包括双向光波导(105)，配置该光波导以便传送包括相对传播的WDM光信号的双向光通信信号。每一个WDM光信号包括多个光信道以及光服务信道。双向光分插复用器(120)与波导(105)光通信。第一光服务信道选择器与第一双向光分插复用器的输入/输出端口(124)光通信。配置第一光服务信道选择器(110)，以便从第一WDM光通信信号分离第一光服务信道，以致于第一WDM信号进入双向光分插复用器的第一输入/输出端口，并且将第一光服务信道路由到服务信道模块。类似地，第二光服务信道将第二光服务信道路由到服务信道模块(200)。

Description

具有双向光服务信道的双向WDM光通信系统
技术领域
本发明通常涉及一种波分复用光系统，更具体地说，涉及一种具有双向波导的双向波分复用光通信系统，配置该双向波导以便传送两个相对传播的WDM光通信信号，以及两个相对传播的光服务信道。
背景技术
随着对于通信信号带宽的需求的增加，波分复用(WDM)已经逐渐得到普及，以便倍增单根光纤的传输容量。可以在Ramaswami等人所著的《Optical Networks：A Practical Perspective》(Morgan Kaufman，1998)中找到包括WDM网络的光网络的综述，在此结合该文公开的内容，以作为参考。典型地，已经在长距离、内部交换载波领域中设计并且使用了波分复用光通信系统。在这些长距离的系统中，包括多个不同波长的光信道的波分复用光通信信号在单根光纤上沿着单一的方向传播(单向传输)。因为这样的系统中的通信流量通常传播几百公里，所以对于发生在长距离隔开的分插节点上各个信道的分插复用的需求很少。
虽然单向WDM光系统适合于传统的长距离、内部交换载波市场，但是典型地，大城市的通信系统涉及在位于光纤环内的不同节点之间的流量的大量的路由和交换。因此，较小的大城市市场需要相对更大量的分插复用，以便顺利实现在它们的短距离的系统中的波分复用。此外，为了最大化在这些本地区域中的波分复用的效率，实现双向WDM光系统会有助于，例如增强系统设计的灵活性和最小化所需要的光纤的数量，以便实现工作和保护系统。在双向WDM系统中，在诸如单根光纤的相同的波导介质中传送相对传播的WDM光信号，其中，每一个信号包括许多光信道。双向系统的实现需要考虑在传统的单向光系统中无需考虑的几点。由于必须从每一个相对传播的WDM光信号中选择光信道，因此在双向光环境下的分插复用变得相对更复杂。除了由从两个相对传播的WDM光信号中分插复用信道造成的困难之外，还必须存在用于将光服务信道定向到双向网络中不同位置的技术。
在美国专利No.6,111,675中公开了一种使用单根光纤双向传输遥测服务信号的系统。在第一配置中，使用一个波长作为第一方向的服务信道，而使用第二波长作为第二方向的服务信道。在被称为“对讲”技术的第二配置中，使用相同的波长作为两个方向的服务信道。在一个方向发射完整的遥测服务信道之后，在相反的方向发送完整的服务信号；可选择的是，将服务信号消息分割为在两个方向交替发送的区段。虽然这些技术在长距离光系统中存在应用，但是将双向波分复用光通信系统配置为需要大量的分插复用、并且包括双向光服务信道的系统尤为有用。在本地、大城市网络中可以方便地使用这样的系统。
发明内容
本发明提供了一种具有双向光服务信道的双向波分复用光通信系统。该双向WDM光通信系统包括双向光波导，配置该光波导以便传送包括相对传播的WDM光信号的双向光通信信号。每一个WDM光信号包括：多个光信道、以及光服务信道。双向光分插复用器与波导光通信。第一光服务信道选择器与第一双向光分插复用器输入/输出端口光通信。配置第一光服务信道选择器，以便从第一WDM光通信信号中分离第一光服务信道，从而使第一WDM信号进入双向光分插复用器的第一输入/输出端口，并且将第一光服务信道路由到服务信道模块。相似地，第二光服务信道选择器与双向光分插复用器的第二输入/输出端口光通信。如同第一服务信道选择器一样，第二光服务信道选择器从第二波分复用的光通信信号中分离第二光服务信道，以便第二波分复用的光通信信号进入双向光分插复用器的第二输入/输出端口，并且将第二光服务信道路由到服务信道模块。
附图说明
图1示意地显示了依据本发明的第一实施例的双向波分复用光通信系统的一部分。
图2示意地显示了依据本发明的一个实施例的服务信道模块。
图3示意地显示依据本发明的另一实施例的服务信道模块。
图4显示可以在本发明的双向光网络中使用的双向光分插复用器。
具体实施方式
详细地转向这些图，其中，在几个视图的每一个中，相似的数字表示相同或者相似的元件，图1显示依据本发明的第一实施例的双向光网络100的一部分。图图1所示，双向光网络包括双向光传输波导105。配置双向光传输波导105以便传送两个相对传播的波分复用光通信信号，每一个WDM信号包括多个不同波长的光信道。依据传统的工业命名法，将以第一方向传播的WDM信号中的其中之一命名为从西到东WDM信号，而将以相反的方向传播的WDM信号命名为从东到西WDM信号。为了简化表示，由符号λ1、λ2、λ3等表示从西到东WDM光信道的各个光信道，而由符号λa、λb、λc等表示从东到西WDM光信号。由符号λsc表示光服务信道。
在这里所使用的表达“波分复用”或者“WDM”指的是由具有不同波长的多个光信道组成的任意光系统或者信号，而不考虑系统或者信号中的信道的数量。同样地，术语“波分复用”或者“WDM”包括诸如DWDM(密集波分复用)和CWDM(粗波分复用)的所有种类的WDM。
双向光波导105可以是具有用于传送两个相对传播的WDM光信号的、至少一个光波导或者光波导的部分的任何类型的光网络的一部分，其中，所述每一个光信号包括多个信道。可以使用本发明的网络拓扑的实例包括：光环形网、光网状网、点对点网络、对向环形网，或者包括至少一个双向波导(或者波导部分)的任何其他网络拓扑。如图1所示，可以任选地提供两个双向光波导，其中，一个用于“工作”系统，另一个用于“保护”系统。工作和保护系统大体上是类似的；因此，保护系统的元件号对应于具有在元件符号后包括“’”的工作系统的元件符号。
沿着双向光波导105插入光分插复用器120。光分插复用器120与光波导105光通信，以便可以从双向波导中插入和/或者分出至少一个光信道。如在这里使用的，表达“光通信”指明两个元件之间的光路径。光路径可以为直接的光路径，或者可以通过中间的光设备(例如：光隔离器、补充光环形器、滤波器、放大器等)来路由该路径。在典型实施例中，光分插复用器120是双向光分插复用器，在下面会结合附图另外详细讨论该双向光分插复用器，并且在受让人的待审的美国专利申请系列No.09/677,764中描述了该双向光分插复用器，在此结合该申请以作为参考。
对于大城市的应用，特别是在光环形网的配置中，光信道在光插入/分出复用器节点不断地开始和/或者终止。因此，如图1示意地显示，与传统的点对点WDM光系统比较，不存在开始或者终止节点。
光分插复用器120包括：第一输入/输出端口122和第二输入/输出端口124，这些端口的每一个与双向波导105通信。光服务信道选择器110位于每一个输入输出端口122、124。配置光服务信道选择器110以便分插特定波长的光服务信道。在典型的实施例中，依据ITU(国际电信联盟)的1510纳米、正或者负10纳米的标准，选择光服务信道。然而应该理解：可以使用包括在选择的光放大器(例如掺铒光纤放大器)的增益频带范围内或者外的光波长的任意光波长，作为本发明的双向光服务信道。
可以从能够从/向双向光波导105中分出/插入光信道的任何光设备中选择光服务信道选择器110。用作服务信道选择器110的典型光设备包括：多层光干涉滤波器(从FDK公司商业上可得到)、与反射服务信道波长的布拉格光栅连接的三端口光环形器(从JDS Uniphase公司商业上可得到)、以及分波器(例如与多层干涉滤波器组合的5％的光抽头)。在上述的作为参考被包括的《Optical Networks：A Practical Perspective》中可以找到这样的光设备的另外的描述。将选择的光服务信道输出到光路径112(典型的是光纤)上以便路由到光信道模块200。光路径信道120还传送要从服务信道模块200被添加到双向光波导105的光服务信道。
图2显示了光服务信道模块的第一实施例。按照从西到东方向传播的服务信道通过服务信道模块输入/输出端口210进入服务信道模块200；相似地，按照从东到西方向传播的服务信道通过输入/输出端口205进入服务信道模块200。每一个选择的光服务信道分别进入光耦合器215，在光耦合器将该信道传送到光检测器220。将光检测器220示意地表示为光电二极管；然而，应该理解：可以设计将光信号转换为电信号的任何设备以便用于本发明的服务信道模块。还要注意到：虽然将光服务信道模块表示为单一的单元，但是可以将光服务信道模块的部分分离为多个模块；由于这个原因，在这里使用的表达“服务信道模块”还包括这样的实施例。此外，服务信道模块可以是包括另外的光网络功能的较大的模块的部分。
光服务信道发生器230通过接收机222和224使用来自光检测器220的信息，产生光服务信道。虽然将该服务信道发生器示意地表示为激光二极管(可以例如通过马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)或者电吸收调制器直接地或者外部地调制的激光二极管)，但可以使用可以产生能够传送系统信息的光信号的任何光发生器，用于创建本发明的光服务信道。当将直接调制的激光器作为光服务信道发生器时，激光驱动器260依据接收机的222和224提供的信息，向激光器230提供电流。可以通过网络管理控制器270将另外的信息设置到光服务信道上。相似地，网络管理控制器可以接收来自进入的光服务信道的信息。照这样，在整个系统中共享系统中其他光节点的信息，以便可以由网络管理控制器来进行智能光信号路由的确定。可以由网络管理控制器(与在其他光节点的其他网络管理控制器连接)通过双向光服务信道监视和控制信息，这些信息包括但是不局限于：光信号的功率电平、分插复用器的状态和改变顺序(在可调的光信道选择器的情况下)、系统噪声电平、温度条件、沿着特定间距的信道数量、测量的信道波长、激光器电流电平、转发器功率电平、电交换的状态、光交换的状态、信号功率电平的光放大前和光放大后、激光发射功率等。当使用外部调制的激光来产生光服务信道时，可以将该信息路由到位于激光输出的下游(downstream)的外部调制解调器。
光服务信道进入光耦合器240，在光耦合器中将该光信道分路为两个光信号，所述的两个光信号在光路径242和244上传播、并且通过光耦合器215和通过端口210和205传播到光路径112上。从那里，将通过光服务信道选择器110把光服务信道放置到双向光波导上。可选择的是，可以沿着与光耦合器240相邻的光路径插入光隔离器250，以便防止光信号进入光服务信道发生器230。
图3显示被标明为服务信道模块300(位于与图1的双向网络中的服务信道模块200相同的位置)的服务信道模块的替代实施例。在该实施例中，光服务信道通过输入/输出端口310和305进入模块，并且被分别放置到光路径312和307上。在光合成器340中合成光路径，并且将该路径通过光路径322路由到光服务信道接收机320。编码在每一个服务信道上的信息以使从东到西服务信道不干扰从西到东服务信道。通过同步，可以通过使用单一的光服务信道接收机恢复每一个信道上的信息，从而节省了相当大的成本。
通过光耦合器340合成光服务信道，并且将该服务信道放置到光路径322上(由光隔离器350阻止该光信道穿过光路径332)，这些光服务信道通过光路经322进入光检测器320。将包括来自光服务信道的信息的电信号发送到收发机342。如前面的实施例，收发机可以将来自服务信道的信息发射到网络管理控制器270。该收发机还与网络管理控制器270一起向激光驱动器360发送信息，以便创建要被放置在光服务信道上的信息。如在前面的实施例中，当使用外部调制的激光器时，将会把来自收发机和网络管理控制器的信息输入到激光器后面的外部调制解调器(未显示)。
参考图4，该图显示了可以在本发明的双向光系统中使用的典型的双向光分插复用器。在双向光分插复用器120中，从西到东WDM光信号进入环形器10的光端口1，在这里将该光信号输出到光路径15。光路径15与环形器20的第一光端口进行光通信，以使从西到东WDM光信号进入第二环形器的第一端口。在进入环形器20的第一端口之后，从西到东的光信号被传送到输出端口2。环形器20的输出端口2与光信道选择器25光通信。在遇到光选择器25后，选择要从从西到东WDM信号中分出的一个或者多个信道，并且将这些信道向后路由到环形器20的第二光端口。将从西到东WDM信号的其余的光信道，即“直通”信道λ2、λ3……，路由到环形器30的第一光端口。在图1所示的实例中，由信道选择器25选择信道λ1信道，并且将该信道通过光端口2向后路由，其中，在环形器20的光端口3将该信道分出到光路径27上。从那里，可以将选择的光信道直接路由到接收机，或者可以将该信道定向到另一双向(或者单向)光系统(例如在不同的地理区域工作的光环形网)。照这样，可以由该客户将各个光信道出租/签订合同给各个客户专用。
当将直通光信道路由到环形器30时，这些光信道进入第一光端口，并且通过第二光端口输出到输出路径35上。如果想要将一个或者多个光信道插入到从西到东WDM光信号上，则通过光路径37将“插入”信道输入到第三光环形器。通过环形器30的光端口1输出插入的信道，在该环形器中通过环形器的端口1，由光信道选择器25将这些信道重新路由回来，并且通过端口2，将这些信道与从西到东WDM光信号的“直通”光信道一起输出到光通路35上。可以由本地的光发射机产生插入的信道，或者这些信道可以是已经从另一光系统、或者从相同双向光系统的另一区段路由到双向分插复用器的信道。
如在光通信系统技术领域的普通技术人员所认识到的，可以容易地用标准的光耦合器来替换光环形器30，在这样的情况下，插入的光信道不会与光信道选择器25相互作用，而会被直接插入到直通光信道上。
可以从，能够分离或者从波分复用光信号中用不同的方法路由一个或者多个光波长的任何静态或者可重新配置的光设备中，选择光信道选择器25。这样的设备包括但不局限于：布拉格光栅、可调布拉格光栅、Fabry-Perot滤波器、声光可调滤波器、多层电介质薄膜滤波器、阵列波导光栅(AWG)、以及/或者这些设备的组合。在《Optical Networks：A PracticalPerspective》的第三章中可以发现上述被结合作为参考的这样的光选择设备的详细描述。
在典型实施例中，光信道选择器25包括啁啾布拉格光栅，即具有其周期沿着传播轴变化的折射率波动分布的光栅。当在信道选择器25中使用啁啾光栅时，在由光栅折射的过程中，给予分出的光信道正或者负啁啾，而在由相同的光栅按照相反的方向折射的过程中，给予插入的光信道补偿的负或者正啁啾。当沿着双向光波导5传输光信道时，可以在插入的信道中引入正啁啾以便减少非线性的相互作用。当在下一次分出操作中由啁啾光栅折射光信道时，移出该啁啾；此“预啁啾”/“分离啁啾”的过程不影响检测到的信号，也不会干扰在双向分插复用器或者在双向WDM的光系统的其他部分中、可能使用的任何散射补偿技术。
注意信道选择器25不必是对称的，即它不需要分出相同数量的信道或者相同的信道波长。举例来说，该信道选择器可以包括由隔离器可选地分离的两个或者多个可调布拉格光栅。可以将可调光栅中的每一个调整到对应于要被分出和插入的信道的相同或者不同的波长。如果可调光栅都没有被调整到直通信道的其中之一的波长，则可以容易地创建这样的不对称信道选择器以便动态地重新配置信道选择。
当从西到东直通信道和插入的信道从第三环形器输出到光路径35上时，将这些信道定向到第四光环形器即环形器40的第三光端口。如图4所示，环形器40的光端口1形成直接与双向光传输波导5通信的两个端口的其中之一，在波导5中已经插入了分插复用器(第一环形器10的端口1为另一直接通信的端口)。当通过环形器40的第一端口输出从西到东WDM光信号时，现在包括插入的信道的所述从西到东WDM光信号沿着双向传输波导、按照相同的传播方向继续。
当从西到东WDM信号通过环形器40的端口1退出双向分插复用器120时，从东到西WDM光信号通过相同的端口同时进入双向复用器120。将从东到西WDM光信号输出到位于光环形器40和50之间的光路径45上。该从东到西信号进入环形器50的第一端口，在环形器50，将该信号从端口2输出到光信道选择器55上。由于它可以由以上所述的光器件组成，因此，光信道选择器55与选择器25大体相似。当然，配置光信道选择器55，以便与从东到西WDM信号的波长相互作用，而不是与信道选择器25的从西到东的波长相互作用。
如同从西到东WDM光信号，当遇到光选择器55时，选择要从从东到西WDM信号中分出的一个或者多个信道，并且将这些信道向后路由到环形器50的第二光端口。将从东到西WDM信号的其余的光信道即“直通”信道λb、λc…路由到环形器60的第一光端口。在图4所示的实例中，信道选择器55选择信道λa，并且向后路由到光端口2，在环形器50的光端口3将该信道“分出”到光路径57。
当将直通光信道路由到环形器60时，这些光信道进入第一光端口，并且通过第二光端口输出到输出路径65上。如果想要向从东到西WDM光信号上插入一个或者多个光信道，通过光路径67将“插入”的信道输入到第六环形器60。通过环形器60的光端口1输出已插入的信道，这些信号通过环形器60的端口1，由光信道选择器55重新路由回来，并且与从东到西WDM光信号的“直通”光信道一起输出到光路径65上。如同从西到东信道的插入和分出，插入或者分出的从东到西信道可以在本地或者远程位置开始或者终止。
为了完成去往双向光波导105的光路径，将从东到西光WDM信号与插入的光信道一起输入到第一光环形器10的第三光端口，在第一光环形器这些信号重新进入光波导105。当通过第一环形器的端口1将从西到东WDM光信号连续输入到双向分插复用器时，通过第一环形器的端口1将从东到西WDM光信号连续输出到双向光波导105。
可选择的是，双向光分插复用器可以包括在从西到东和从东到西复用器分支的每一个中的光放大器。依赖于整个光网络的被选择信道的计划，可以定制这样的光放大器以使其在所选择的波长区域中具有最优化的增益平稳度。举例来说，如果从西到东WDM信号只包括C波段内(标定为近似从1530到1565nm的波长)的光信道，则将优化从西到东光放大器以便提供在这些波长上尽可能平坦的增益曲线。相反，如果从东到西WDM信号只包括C波段内(标定为近似从1565到1610nm的波长)，则将优化该从东到西光放大器，以便提供在这些波长上合适的平坦的增益曲线。
可选择的是，可以从整个波长谱上的波长中选择从西到东信道，以便提供最大的信道间间隔距离，以及最小化的电位串扰。在这样的实施例中，从东到西信道波长将以交叉的方式与从西到东信道波长交错(例如，从西到东信道波长为1528、1532、1536、1540等，从东到西信道的波长为1530、1534、1538、1542等)。在这样的信道计划下，可以选择具有相当平坦的增益曲线的放大器、例如半导体光放大器。在任一情况下，将很可能通过对整个系统的考虑，例如双向光分插复用器将使用的网络拓扑，来指定从西到东和从东到西信道的计划。此外，因为在分插复用器内沿着不同的路径路由从西到东和从东到西WDM光信号，所以可能的是，每一个相对传播的WDM信号中的一个或者多个光信道波长可以相同。
在本发明的双向分插复用器中还可以使用各种散射补偿技术。例如，另外的环形器端口可以位于环形器10和40的第一和第二端口之间。可以设置包括啁啾光栅的输出路径以便与该添加的端口通信，以致于通过添加的端口反射回所有的从西到东或者从东到西信道。当通过啁啾光栅发射回这些信道时，应用啁啾以便补偿发射导致的信号散射。可选择的是，可以将具有在其输出路径上包括啁啾光栅的第二端口的另外的三端口环形器，定位在环形器10和20之间或者环形器40和50之间，以便实现相同的散射补偿效果。
虽然以上已经参考特定的典型实施例描述了本发明，在不脱离本发明的精神和贡献的情况下，可以进行许多修改和替换功能性等价元件。因此，在以下所附权利要求的范围内可以考虑诸如以上所述、但不局限于此的修改和功能性等价元件。

Claims (8)

1.一种具有双向光服务信道的双向波分复用光通信系统，该双向波分复用光通信系统包括：
配置的双向光波导，用于传送双向光通信信号，该双向光通信信号包括：第一波分复用光通信信号，该信号包括按照第一方向传播的多个第一光信道以及第一光服务信道；第二波分复用光通信信号，该信号包括按照第二方向传播的多个第二光信道以及第二光服务信道；
与双向光波导光通信的双向光分插复用器，该双向光分插复用器至少具有与双向光波导光通信的第一和第二输入/输出端口，配置该双向光分插复用器，以便从第一波分复用光通信信号的多个第一光信道中，插入和/或者分出一个或者多个光信道，而允许其余的第一光信道通过双向分插复用器，并且配置该双向光分插复用器，以便从第二波分复用光通信信号中，插入和/或者分出一个或者多个光信道，而允许其余的第二光信道通过双向分插复用器；
与双向光分插复用器的第一输入/输出端口光通信的第一光服务信道选择器，配置第一光服务信道选择器，以便从第一波分复用光通信信号中分离出第一光服务信道，以致于第一光波分复用光通信信号进入双向光分插复用器的第一输入/输出端口，并且将第一光服务信道路由到服务信道模块；
与双向光分插复用器的第二输入/输出端口光通信的第二光服务信道选择器，配置第二光服务信道选择器，以便从第二波分复用光通信信号中分离出第二光服务信道到，以致于第二波分复用光通信信号进入双向光分插复用器的第二输入/输出端口，并且将第二光服务信道路由到服务信道模块；
其中，服务信道模块包括与光耦合器连接的光服务信道发生器，光耦合器至少具有第一和第二输出，第一输出与第一光服务信道选择器光通信，第二输出与第二光服务信道选择器光通信，以致于光服务信道发生器在双向光波导的每个方向上发射光服务信道。
2.根据权利要求1所述的具有双向光服务信道的双向波分复用光通信系统，其特征在于光服务信道选择器包括布拉格光栅。
3.根据权利要求1所述的具有双向光服务信道的双向波分复用光通信系统，其特征在于光服务信道选择器包括多层光干涉滤波器。
4.根据权利要求1所述的具有双向光服务信道的双向波分复用光通信系统，其特征在于服务信道模块包括至少一个光检测器和至少一个光服务信道发生器。
5.根据权利要求1所述的具有双向光服务信道的双向波分复用光通信系统，其特征在于还包括网络管理控制器，它从光服务信道接收信息，以及向光服务信道提供信息。
6.一种具有双向光服务信道的双向波分复用光通信系统，该双向波分复用光通信系统包括：
配置的双向光波导，用于传送双向光通信信号，该双向光通信信号包括：第一波分复用光通信信号，该信号包括按照第一方向传播的多个第一光信道以及第一光服务信道；第二波分复用光通信信号，该信号包括按照第二方向传播的多个第二光信道以及第二光服务信道；
与双向光波导光通信的第一光服务信道选择器，配置第一光服务信道选择器，以便从第一波分复用光通信信号中分离第一光服务信道，从而将第一光服务信道路由到服务信道模块；
与双向光波导光通信的第二光服务信道选择器，配置第二光服务信道选择器，以便从第二波分复用光通信信号中分离出第二光服务信道，从而将第二光服务信道路由到服务信道模块；
其中，服务信道模块包括与光耦合器连接的光服务信道发生器，该光耦合器至少具有第一和第二输出，第一输出与第一光服务信道选择器光通信，第二输出与第二光服务信道选择器光通信，以致于光服务信道发生器在双向光波导的每个方向上发射光服务信道。
7.根据权利要求6所述的具有双向光服务信道的双向波分复用光通信系统，其特征在于光服务信道选择器包括布拉格光栅。
8.根据权利要求6所述的具有双向光服务信道的双向波分复用光通信系统，其特征在于光服务信道选择器包括多层光干涉滤波器。
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