CN1534916A - 优化无源滤波器结构顺序的方法及用该方法得到的滤波器系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于优化波分多路传输系统的光学MUX/DEMUX装置中无源滤波器结构的顺序的方法及用该方法得到的光学无源滤波器系统，其中优化作用是通过考虑传输光纤衰减轮廓，及频谱损耗轮廓的变化得到的。优化方法允许选择使网络的最小跨距达到最大的滤波器顺序。

Description

优化无源滤波器结构顺序的方法及用该方法得到的滤波器系统

技术领域

本发明涉及一种用于优化波分复用传输系统的光学多路复用/多路分用(MUX/DEMUX)装置中无源滤波器结构顺序的方法及用该方法得到的光学无源滤波器系统。

背景技术

在光纤通信中，已经规定了粗波分复用CWDM传输标准，以便在城市网络中实现低成本性能。

ITU-T G694.2标准定义了一种用于CWDM系统的网络，上述网络是从1270nm开始的20nm间隔开的信号。在那些应用中，跨距主要受光纤损耗的限制，其衰减轮廓满足在1390nm周围的吸收OH-峰(约3dB/km)。即使在1310nm和1550nm处两个衰减极小的下方或上方几个通道处，系统的性能也变差。

由于那些原因，一种CWDM(或更一般地WDN)系统的跨距可能受到具有最差插入损耗的通道限制。

现有的CWDM实施方法从通用WDM通信技术得出的，上述WDM通信技术是在铒光学放大器带(通常是1530-1565nm)中发展的，对MUX和DEMUX光学装置的分接头级次来说，那是一种通常属于带通薄膜3端口无源光学滤波器类型的对称结构，此处MUX和DEMUX的分接头级次颠倒。

已知解决方案照顾到使光学放大器链路中的信/噪(S/N)比尽可能高。由于许多原因，这个目标在CWDM网络中不能保持。

从在CWDM系统中将一种对称结构用于MUX和DEMUX光学装置的分接头级次所面临的上述问题开始，上述对称结构由带通薄膜3端口无源光学滤波器形成，一个更普遍的要解决的问题是如何优化跨距和如何避免在WDM系统中将无源光学滤波器用于MUX和DEMUX光学装置的上述限制。

发明概述

为了解决上述问题，本发明提供一种用于优化WDM传输系统中光学无源滤波器级次顺序的方法。

本发明的另一个目的是提供一种利用该方法得到的光学无源滤波器系统。

本发明的基本思想是，就用于构成多路复用和多路分用组件的互连3端口滤波器的最佳顺序而言，一种优化WDM网络中所用无源光学装置定义的方法。

上述思想来自照顾光纤衰减轮廓的原则。通过照顾频谱损失轮廓(在用于传输中的通道上方)的变化，上述优化方法能选择滤波器顺序，使网络的最小跨距达到最大。

在一个优选实施例中，上述思想应用于一CWDM系统，上述CWMD系统的现有技术将一种对称结构用于MUX和DEMUX光学装置的分接头级次，所述对称结构由通带薄膜3端口无源光学滤波器形成。

这些和其它目的利用所附权利要求中所述的一种方法和相关装置达到，上述权利要求是本说明书不可分割的部分。

本发明所得到的优点主要是就各台之间的距离而言，WDM网络性能得到改善。这是在没有任何费用增加的情况下达到的。此外，这种原理可以用于任何种的网络，即，用于逐点n信道通信，有或没有m节点的OADM系统。

附图说明

参照附图阅读下面仅作为示例性的和非限制性实例所给出的详细说明，本发明将变得十分清楚，其中：

图1示出了一种根据本发明实施例、用于一对MUX和DEMUX光学装置的结构实例，上述结构建立在待用于CWDM系统的通带薄膜3端口无源光学滤波器的两个顺序之上；

图2示出了跨距随波长而变化的趋势示意图，上述跨距具有不同数量的中间节点，上述中间节点应用图1的优化滤波器结构得到；

图3示出了根据本发明的优化方法的框图；

图4示出了上述结构的DEMUX侧的示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明将以一个CWDM系统的特定的非限制性实例中进行说明，上述CWDM系统采用两个链式结构用于MUX和DEMUX光学装置的分接头级次，该CWDM系统由若干带通薄膜3端口无源光学滤波器形成。

在MUX输入侧，有一个滤波器的级联，每个滤波器都具有一个在一给定波长下的输入，来自下面其它滤波器下面另一个输入和一个朝向上面滤波器的输出。MUX的复合输出进入传输光纤。

在DEMUX输出侧，有另一个滤波器的级联，每个滤波器都具有一个在给定波长下的输出，一个通向下面的其它滤波器的另一个输出和一个来自上面滤波器的输入。DEMUX的复合输入来自传输光纤。

滤波器级联的分接头级次根据本发明确定。

首先，重要的是分析给定的CWDM系统各通道上的衰减轮廓。然后可以对不同通道的插入损耗定义一种模型，上述模型来自正打算采用的三端口技术。

一种性能的模拟将示出在网络所用的不同λ下用于每个通道的最大距离。

这也可以对一种多节点构造系统进行重复。

最优操作限定MUX和DEMUX的合适分接头级次，上述分接头级次在围绕系统中所采用通道的窗中将达到最大距离的最佳均匀度。

下面，将还参照图3详细说明在MUX和DEMUX两“侧”用于优化光学无源滤波器的级次顺序的方法。

下面是在操作中待用的输入数据和参数：

·通道数：N

采用多少物理载体(亦即激光器波长)；

·波长组：λ₁...λ_N[nm]

WDM系统N个载体的波长(通常跟随一个给定的传输网络)；

·光纤损耗轮廓：F_loss(λ)[dB/km]损耗轮廓曲线；它取决于系统中所用光纤的典型值，同时注意接合和老化作用；

·元件插入损耗模型：I_loss1，Δ_att[dB]

它们构成元件模型并代表波长的一串行增加/下降(add/drop)顺序的行为。图4示出一种DEMUX的情况；对MUX的情况，应用同样的插入损耗，但输入和输出颠倒。

I_loss值给出在输入(共用)端口和N个输出之间测得的损耗：

I_loss(n)＝I_loss1+Δ_att(n-1)

式中I_loss是装置第一端口的插入损耗；Δ_att是两相邻端口之间的增量衰减；n是端口位置；

·跨距目标：Slt[km]

通信系统所要求的跨距，它应看作是用于优化方法的起始值；

·功率预算：Pb[dB]

用于数据通信的光学链路功率预算；它必须考虑发射激光器最小输出功率(寿命终止)，差的接收机灵敏度，光路损失及最后其它系统功率余额进行计算；

·中间节点：Inodes

一种挠性CWDM网络在各中间包中采用MUX/DEMUX和OADM(光学增加下降多路复用)功能二者；在一种比如对CWDM是典型的完全无源的解决方案中，这个事实要求照顾到在发射机和接收之间各节点中的多路损耗：Inodes是在增加和下降的各非再生的(没有光学和/或电放大作用)各点中间所预见的最大数。

在那些输入数据情况下，我们得到 通道衰减形状。

将每个波长(λ)向量的波长λ₁…λ_N代入衰减轮廓F_loss(λ)中，我们得到用于系统每个通道的特定衰减系数Ac₁...Ac_N[db/km]：

Ac₁...Ac_N＝F_loss(λ₁...λ_N)[dB]

将Ac₁...Ac_N乘以用于跨距目标Slt的向量，我们得到光纤衰减向量Fatt(λ₁)...Fatt(λ_N)：

Fatt(λ₁)...Fatt(λ_N)：＝Slt*Ac₁...Ac_N[dB]

现在首先让我们确定向量的最大衰减：

Mav＝最大[Fatt(λ₁)...Fatt(λ_N)][dB]

然后用减法使向量“标准化”：

Att(λ₁)＝Mav-Fatt(λ_i)[dB]

通过从零到最高衰减值排列次序，我们得到具有非负增加值的向量，描述光纤不同衰减的成形：

A₁...A_N＝级次[Att(λ₁)...Att(λ_N)][dB]

以衰减值应用排列级次，我们还得到另一种波长(λ)向量λo₁...λo_N[nm]，上述波长向量包含具有一一般没有级次顺序的各种波长。

在上述计算情况下，现在可以得到在MUX/DEMUX内部的 通道顺序。

首先建立向量Diff，该向量Diff考虑A向量两个相邻元素之间的差：

Diff_i＝A_i+1-A_i[dB]，此处i＝1...N-1

然后，排列级次(增加)和减少Diff的各元素到一组不同的衰减值(每个值都在一个规定的允许差之内)，我们得到向量：

D₁...D_M[dB]，此处M≤N-1

每个D值将用下述规则确定一种具有通道子组的MUX/DEMUX结构。然后选定最佳结构。

采用一种“计算机编程”的方法来说明整个过程。

·FOR i＝1-M；

(这是得到M结构的外部循环)

·FOR j＝1-N-1；

(内部循环分析衰减顺序并建立某些通道子组)

IF[(A_j+1-A_j)≤D(i)](两个衰减[dB]之间的比较)

THEN

在λo向量中使通道j+1与通道j成组。

ELSE

不将j+1通道与前面的通道成组，它将是一个新组的第一要素。

END FOREND FOR

在形成子组情况下，现在可以建立MUX-DEMUX分接头级次顺序(结构)。

每个子组将定义增加/下降通道的颠倒的MUX和DEMUX级次。

比如，如果具有5个通道，则上面的步骤形成两个子组：123-45，MUX顺序将是12345，而DEMUX顺序将是32154(两组＝两种转换)。

在三个子组1-23-45情况下，MUX将是12345，而DEMUX是13254。

另一种简单的固定式结构必须总是与通过上述步骤得到的那些(M)一起考虑，用于接下来的评价。它是通过通道侧MUX和DEMUX的相同级次顺序(MUX和DEMUX是相同的成分)实现的结构，其级次顺序是已经得到排好级次的波长(λ)向量λo₁...λo_N[nm]。

在限定了子组波长(通道)之后，我们必须对整个MUX/DEMUX链计算 插入损耗I.L.，以便得到想要的跨距，用于从零到最大的不同中间节点值Inodes。

在没有中间节点的情况下，I.L由一对由一个MUX和一个DEMUX组成的装置控制。在一个中间节点情况下，我们考虑在一种环路方式(下降通道被重新插入到相应的增加端口)中一个通道的衰减，上述环路方式用与收发台相同的结构实施。这意味着I.L.用两对装置计算。

每个子组都具有一对数值Pinf，Psup，它们相应于第一和最后元件的位置。Pinf和Psup是在1和N之间。

对一个子组的每个通道，I.L.用下面公式计算：

λ_loss＝I_loss(P_inf)+I_loss(P_sup[dB]

如果一个通道“没有分组”(单独的)，则它在MUX和DEMUX结构中的位置相同，所以Pinf＝Psup＝Psingle，并且I.L.将是：

λ_loss＝2*I_loss(Psingle)[dB]

对任何数量的中间节点Inodes，每个通道的总I.L.将是：

λ_loss*(Inodes+1)[dB]

因此，对每个通道

跨距(λ)＝[Pb-λ_loss*(Inodes+1)]/Ac(λ)[km]

与所得到结构有关的跨距将是最小的跨距(λ)。

跨距＝最小[跨距(λ₁...λ_n)][km]

正常条件是当最大[Att]值与Δ_att*(N-1)可比时，在该正常条件中，优化方法将给出一种比已知标准滤波器配置改进了的情况。

而优化方法面临两种特定的条件：

在最大[Att]＞＞Δ_att*(N-1)的情况下，无论什么MUX/DEMUX结构都不能改变衰减通道轮廓。建议保持任何能提供最大建造效益的无源光学装置结构。

在Δ_att*(N-1)＞＞最大[Att]的情况下，MUX/DEMUX损耗是比介质衰减轮廓(向量Fatt(λ₁)...Fatt(λ_N))决定性的因素，没有使通道均衡的方法。如果发生这种情况，建议对成对的MUX和DEMUX采取具有颠倒的分接头级次的标准解决方案，这种“互补的”结构在通道组上具有恒定的总插入损耗。

实施例在图1和2中示出。

考虑一种8通道2.5Gbit/s系统，上述系统具有在ITU-T G694.2标准中定义的CWDM传输，包括在一个从1471到1611nm波长的20nm间隔开的信号网路上多波长传输，利用如在ITU-T G652中所定义的标准光纤跨距，和现代的MUX/DEMUX薄膜滤波器。

通过应用本发明的优化方法，相对于标准滤波器顺序(简单的颠倒或“互补的”结构)而言，我们在OADM路线中得到了具有中间节点数为Inodes＝2的跨距高达20km的增盖，而没有增加任何系统元件的成本。如图1所示，MUX输入滤波器顺序通常以增加波长值来排列级次。DEMUX输出滤波器顺序由两个子组构成，第一个子组具有一个元件(1471)，第二组子组具有另一些元件，按与MUX顺序(从1491到1611)相反的顺序排列级次。

将不描述其它实施细节，因为本领域的技术人员能够根据上述说明描述的教导实施本发明。

本发明特别可以用于优化WDM系统跨距的一般情况，所述WDM系统使用其它类型的用于MUX/DEMUX光学装置的无源光学滤波器。

本发明有利的是可以通过一个用于计算机的程序实施，上述计算机包括程序编码装置，当所述程序在计算机上运行时，用于执行本发明方法的一个或多个步骤。因此，应该理解，本发明的范围延伸到这种用于计算机的程序以及记录有信息的计算机可读介质，上述计算机可读出介质包括程序编码装置，上述程序编码装置用于当该程序在计算机上运转时实施方法中的一个或多个步骤。

在考虑了公开本发明优选实施例的说明书和附图之后，对本领域的技术人员来说，本发明的许多改变，修改，变化及其它用途和应用将变得显而易见。所有不脱离本发明精神和范围的这些改变，修改，变化及其它用途和应用都被包括在本发明内。

Claims (14)

1.一种用于优化WDM多通道传输系统中光学无源滤波器顺序级次的方法，上述光学无源滤波器在WDM系统的各节点处形成MUX/DEMUX结构，其特征在于：所述光学无源滤波器的顺序级次是根据WDM系统的衰减轮廓及插入损耗轮廓的变化确定的，以便使各节点之间的跨距达到最大。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于包括以下步骤：

-设定多个识别WDM系统的参数；

-利用上述参数，定义WDM系统各通道上的衰减轮廓；

-由衰减轮廓确定MUX/DEMUX中各通道的级次顺序；

-由上述顺序确定不同通道的插入损耗轮廓；

-确定由应用上述通道顺序所产生的各节点之间的最小跨距。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于：对不同数量的中间非再生节点，进行从上述顺序确定不同通道插入损耗轮廓的步骤，由没有节点到一给定的最大节点数。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于识别WDM系统的参数是：

-通道数：N；

-波长组：N个通道的λ₁…λ_N[nm]；

-光纤损耗轮廓：用于WDM系统中的光纤的F_loss(λ)[dB/km]；

-插入损耗模型：MUX/DEMUX结构的I_loss1和Δ_att[dB]，此处I_loss值给出了在输入(共用)端口和N个输出之间测得的损耗：I_LOSS(n)＝I_loss1+Δ_att(n-1)，I_loss1是结构第一端口的插入的损耗；Δ_att是到结构的相邻端口之间的增量衰减；n是端口位置；

-跨距目标：WDM系统所需的Slt[km]；

-功率预算：Pb[dB]，用于WDM系统各节点之间；

-中间节点：Inodes，最大数量的中间非再生节点。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于限定WDM系统各通道上衰减轮廓的步骤，包括：

-将每个向量波长λ₁…λ_N代入衰减轮廓F_loss(λ)中；

-获得用于系统每个通道的特定衰减系数向量Ac₁…Ac_N[db/km]＝F_loss(λ₁…λ_N)[dB]；

-用Ac₁…Ac_N向量乘以跨距目标Slt，以得到光纤衰减向量Fatt(λ₁)…Fatt(λ_N)＝Slt*Ac₁…Ac_N[dB]；

-确定向量Fatt(λ₁)…Fatt(λ_N)的最大衰减：

Mav＝最大[Fatt(λ₁)…Fatt(λ_N)][dB]；

-用减法使向量Fatt(λ₁)…Fatt(λ_N)标准化：Att(λ_i)＝Mav-Fatt(λ_i)[dB]；

-从零到最高衰减值排列级次，以便得到一个具有无负增加值的向量，描述光纤不同衰减的成形：A₁…A_N＝级次[Att(λ₁)…Att(λ_N)][dB]；

-以衰减值应用排列级次，以便得到一个λ向量λo₁…λo_N[nm]，上述各衰减值包括具有一般未排列级次顺序的各种波长。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于：从衰减轮廓确定MUX/DEMUX中各通道级次顺序的步骤包括：

-建立向量Diff，Diff是A向量的两个相邻的要素之间的向量差，Diff_i＝A_i+1-A_i[dB]，此处i＝1…N-1；

-将Diff的各要素排列级次并减少到一组不同的衰减值(每个值都在一规定的允许差范围内)，得到向量：

D₁…D_M[dB]，此处M≤N-1，每个D值确定一个具有一通道子组的MUX/DEMUX的结构，用下面的迭代计算法：

FORi＝1-M；

FORj＝1-N-1；

IF[(A_j+1-A_j)≤D(i)]

THEN

通道j+1与通道j一起在λo向量中成组，

ELSE

j+1通道与前面的通道一起不成组，它是新组的第一要素。

END FOR

END FOR

-采用所形成的子组来建立MUX-DEMUX滤波器级次顺序，此处每个子组都限定一个颠倒的MUX/DEMUX级次，每个子组都具有一对在1和N之间的数字Pinf，Psup，这一对数字Pinf和Psup相应于子组的第一和最后要素的位置。

7.根据权利要求6的方法，其特征在于确定不同通道插入损耗轮廓I.L.的步骤包括：

-用下面公式对一个子组的每个通道计算I.L.：

λ_loss＝I_loss(Pinf)+I_loss(Psup)[dB]；

-对任何数的中间节点Inodes，每个通道的总I.L.是：

λ_loss*(Inodes+1)[dB]；

对每个通道，跨距(λ)是：

跨距(λ)＝[Pb-λ_loss*(Inodes+1)]/Ac(λ)[km]；

-WDM系统的跨距是最小跨距(λ)：

跨距＝最小[跨距(λ₁…λ_N)][km]

8.一种包括用于WDM多通道传输系统的无源光学滤波器的MUX/DEMUX结构的装置，其特征在于：所述光学无源滤波器顺序级次根据衰减轮廓和WDM系统插入损耗轮廓的变化确定的，以便使WDM系统各节点之间的最小跨距达到最大。

9.一种包括用于WDM多通道传输系统的无源光学滤波器的MUX/DEMUX结构的装置，由权利要求1-7之一的方法得到。

10.如权利要求8或9的装置，其特征在于：上述无源光学滤波器的MUX/DEMUX结构由带通薄膜3端口无源光学滤波器形成。

11.一种WDM多通道传输系统，包括如权利要求8-10之一所述的无源光学滤波器的MUX/DEMUX结构。

12.一种CWDM多通道传输系统，包括如权利要求8-10之一所述的无源光学滤波器的MUX/DEMUX结构。

13.一种计算机程序包括计算机程序编码装置，当上述程序在计算机上运转时，上述计算机程序编码装置适合于实施权利要求1-7所述的所有步骤。

14.一种计算机可读出介质具有一个在其上记录的程序，上述计算机可读出介质包括计算机程序编码装置，当上述程序在计算机上运转时，上述计算机程序编码装置适合于实施权利要求1-7所述的所有步骤。

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