CN1578205A - 一种优化光纤传输系统接收光信噪比的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在宽带长距离或超长距离WDM系统中，优化光纤传输系统接收光信噪比的方法。通过在全部或部分节点对各WDM波长信号的输出功率实施多级加重控制，实现接收端各WDM波长信号在规定的功率范围内，OSNR尽可能大且尽可能均衡的优化目标。采用本发明所述的方法，由于在一系列节点实现对输出功率的多级加重控制，使光纤传输系统，尤其是宽带长距离或超长距离WDM系统能够有效解决包括SRS、增益或损耗不平坦等因素造成的接收端OSNR不均衡问题，实现优化的均衡目标，从而有利于提高光纤传输系统的容量和(或)距离。

Description

一种优化光纤传输系统接收光信噪比的方法

技术领域

本发明涉及一种优化接收光信噪比(OSNR)的方法，尤其涉及采用多级加重技术，在宽带长距离或超长距离WDM系统中，优化光纤传输系统接收光信噪比的方法。

背景技术

人们对信息不断增长的需求以及不断降低成本的要求，推动光传输技术向更大容量和更长距离的方向发展。实现更大容量传输最经济可行的方式就是在更宽带宽内同时传输更多的波长信号，而长距离传输时，光信噪比指标要求信号功率必须保持在一定水平之上，因此光纤中的非线性效应便成为突出的问题，特别是SRS效应导致的信号间功率转移将成为限制光纤传输系统，尤其是宽带长距离或超长距离光纤传输系统性能的主要因素之一。

SRS效应将导致系统接收端各波长信号性能(通道功率、OSNR)的不均衡，加之光纤传输存在的增益或损耗不平坦的积累所导致的信号间的性能不均衡，限制了系统的容量和(或)传输距离。

目前已经提出的解决性能不均衡问题的方法主要有预加重技术、中继节点增益均衡技术等。其中现有的预加重性能均衡方法是基于收端性能(通道功率、OSNR)监测得到的数据，根据设定的控制策略分别调整各波长信号的发端功率而实现，而中继节点不参与输出信号功率的加重控制。对于波分复用(WDM)光纤传输系统，尤其是宽带长距离或超长距离传输WDM系统，由于受光纤非线性效应(SPM、XPM、FWM)、光放大器实际输出能力、以及接收端功率和OSNR指标的限制，发送端的信号既要维持一定的功率水平，信号间的功率差(预加重程度)又不能过大，因此仅靠发送端实施预加重不足以解决宽带长距离或超长距离传输中SRS所导致的性能不均衡问题。而中继节点增益均衡技术仅在每个中继节点处实现输出信号的功率或增益均衡，可以解决增益或损耗不平坦的累积问题，但无法有效解决SRS所导致的信号OSNR的不均衡。

发明内容

为了克服现有技术不能有效解决光纤传输系统，本发明提供一种特别是在宽带长距离或超长距离WDM系统中，优化光纤传输系统接收光信噪比的装置及方法，解决OSNR不均衡的问题。

本发明涉及一种在光纤传输系统中通过在传输节点应用多级功率加重技术，使得光纤中传输的波分复用(以下简称“WDM”)信号的各波长在接收端具有优化的光信噪比(以下简称“OSNR”)的方法。该方法核心思想在于：通过在部分或全部节点对各WDM波长信号的输出功率实施多级加重控制，实现接收端各WDM波长信号在规定的功率范围内，OSNR尽可能大且尽可能均衡的优化目标。

本发明所述的目的是这样实现的：

一种优化光纤传输系统接收光信噪比的方法，其特征在于包括对全部或部分节点实施WDM信号功率的多级加重输出：

按波长分段，短波长段的单通道平均功率值大于长波长段的单通道平均功率值，每个波长段内的各通道功率相等；

或按波长分段，短波长段的单通道平均功率值大于长波长段的单通道平均功率值，每个波长段内的各通道功率随波长增加而减小；

或所有通道功率随波长增加而减小；

对全部或部分节点的性能进行监测；

对输出信号进行功率加重控制，用于控制输出WDM信号各波长的功率和(或)噪声水平。

在发送端节点实施功率均衡输出，或实施功率加重输出。

所述对全部或部分节点的性能进行监测的指标包括：所有输出WDM信号的波长、功率和(或)OSNR。

所述对输出信号进行的功率加重控制由节点中的功率控制单元和(或)光放大器来实现。

所述功率控制单元，用于对WDM信号进行功率衰减形式的控制；

所述光放大器，是掺杂物波导放大器、或半导体光放大器、或RAMAN放大器、或参量放大器或其组合。

一种优化光纤传输系统接收光信噪比的方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，根据输入WDM信号分布和接收端OSNR和功率目标，确定需要控制的全部或部分节点的WDM信号加重输出的目标和增益谱；

第二步，根据第一步的结果，沿光纤传输线路依次控制所述节点实施WDM信号功率的多级加重输出；

第三步，监测光纤传输线路接收端WDM信号的OSNR和功率值，根据监测结果确定是否对所述节点的加重输出进行调整，直至接收端WDM信号的OSNR和功率值满足要求；

第四步，当输入WDM信号分布，或者接收端OSNR和功率目标发生变化，则重复第一到第三步，直至接收端WDM信号的OSNR和功率值满足要求。

采用本发明所述的方法，由于在一系列节点实现对输出功率的多级加重控制，使光纤传输系统，尤其是宽带长距离或超长距离WDM系统能够有效解决包括SRS、增益或损耗不平坦等因素造成的接收端OSNR不均衡问题，实现优化的均衡目标，从而有利于提高光纤传输系统的容量和(或)距离。

本发明其他的目的和优点，将在本发明的具体实施方式和附图中得到进一步的说明。

附图说明

图1A是本发明所述方法的一个光传输系统示例图；

图1B是一种节点功率加重输出示例图；

图1C是另一种节点功率加重输出示例图；

图1D是再一种节点功率加重输出示例图；

图1E是接收端OSNR示例图；

图2A至2C给出三种现有用于波分复用光传输系统性能均衡装置示意图；

图3(a)至3(d)给出说明图2A和图2C所描述的仅仅在发送端实施预加重的WDM信号谱变化过程示意图；

图4(a)至4(c)给出说明图2B所描述的在中继节点放大器输出之后加入均衡器(Equalizer)的WDM信号谱变化过程示意图；

图5是本发明所述装置的一个具体实施例；

图6(a)至6(c)给出说明图5本发明具体实施例的WDM信号谱变化过程示意图；

图7是本发明中有RAMAN放大器的中继节点设备的具体实施例；

图8是本发明无RAMAN放大器的中继节点设备的具体实施例。

具体实施方式

图1A是体现本发明所述的一个光传输系统示例，通过在全部或部分节点(包括发送节点Tx、中继节点Re)的输出端0实施如图1B、或图1C、或图1D、或它们的组合所示的多级功率加重，在接收节点Rx的输入端I处获得如图1E所示的优化的OSNR分布。

在图1B中，按波长分段，短波长段的单通道平均功率值大于长波长段的单通道平均功率值，每个波长段内的各通道功率相等。

在图1C中，按波长分段，短波长段的单通道平均功率值大于长波长段的单通道平均功率值，每个波长段内的各通道功率随波长增加而减小。

在图1D中，所有通道功率随波长增加而减小。

在图1E中，各WDM波长信号在规定的功率范围内，OSNR尽可能大且尽可能均衡。

在图2A、2B、图2C介绍了三种现有的波分复用光传输系统性能均衡方法。

图2A所示方法公开在文献“Optical Transmission SystemEqualizer”(欧洲专利EP0543570B1)和“Equalization in amplified WDMlightwave transmission systems”(IEEE PHOTONICS TECHNOLOGYLETTERS，Vol.4，No.8，p920-p922，Agu.1992)中。

图2B所示方法公开在文献“Optical Transmission SystemEqualizer”(欧洲专利EP0543570B1)和“Tunable gain equalizationusing a Mach-Zehnder optical filter in multistage fiberamplifiers”(IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，Vol.3，No.8，p718-p720，Aug.1991)中。

图2C所示方法公开在文献“Opticalt ransmission system with animproved signal-to-noise ratio”(美国申请公开发明专利US2002/0154356A1)中。

图2A和图2C所示方法均采取仅在发送端实施预加重、而中继节点不参与实现预加重的方法，如背景技术中所述，仅靠发送端实施预加重不足以解决宽带长距离或超长距离传输中包括SRS、增益或损耗不平坦的积累等因素所导致的性能不均衡问题，如图3所示。

图2B所示方法采取在中继节点放大器输出点加入均衡器(Equalizer)，实现输出信号的功率或增益均衡，该方法可以解决增益不平坦的累积问题，但无法有效解决SRS所导致的信号OSNR的不均衡问题，如图4所示。

图3及图4是现有的不同均衡方法对应的WDM信号谱变化的示意图，均以C波段(192.10--196.05THz)和L波段(186.95--190.90THz)的波长信号为例进行说明。

图3(a)、(b)、(c)、(d)说明了图2A和图2C所描述的仅仅在发送端实施预加重的方案，其WDM信号谱的变化过程。图3(a)表示发送端WDM信号的预加重输出；图3(b)反映经过多个中继段传输后，WDM信号OSNR的预加重差异逐步缩小，直到在某个中继节点处趋于平坦，如图3(c)；再经过一系列中继段的传输后到达接收端，此时WDM信号OSNR谱不再平坦，如图3(d)所示，它表明仅靠发送端实施预加重不足以解决光纤传输系统，特别是宽带长距离或超长距离WDM系统中包括SRS、增益或损耗不平坦的积累等因素所导致的OSNR不均衡问题。

图4(a)、(b)、(c)说明了图2B所描述的在中继节点放大器输出之后加入均衡器(Equalizer)的方案，其WDM信号谱的变化过程。图4(a)表示发送端WDM信号的平坦输出；图4(b)反映了经过一系列中继段的传输，在某个中继节点输出端的WDM信号虽然功率或增益是均衡的，但OSNR却已变得不均衡；信号最终传输到接收端时，OSNR更加不均衡，如图4(c)所示。

图5是根据本发明的原理提出的一种OSNR均衡方法的说明性实施例的系统结构。该实施例中，光传输系统包含发送端节点100、接收端节点400、中继节点200、以及全局控制单元500。100、200和400之间通过光纤连接起来，全局控制单元500通过通信线路600与发送端、接收端以及中继节点中的本地控制单元230连接，统一控制和协调系统中各中继节点的加重实施策略和目标，最终达到预定的接收端OSNR均衡目标。200中的性能监测单元220对节点的输出进行监测，监测的性能指标包含波长、功率和(或)OSNR。220将相关的信息上报给本地控制单元230，230根据控制策略和目标下发控制命令，驱动相应的单元210实施加重输出。

结合图5所示，根据本发明的原理的一个说明性实施方法包括以下步骤：

1、根据发送端100输出的入纤WDM信号分布(如图6(a)所示，这是一种普通的功率与OSNR平坦输出谱)和接收端OSNR均衡目标(在规定的功率范围内，OSNR尽可能大且尽可能均衡)，结合系统的光纤线路情况、光放大器实际性能、以及中继节点波长上下路的情况进行系统设计，确定各中继节点200的多级加重输出目标和控制策略；

2、沿光纤传输线路依次控制各中继节点200实施加重输出。包括：

(1)启动第一个中继节点工作于预设状态；

(2)由监测单元220测量中继节点输出(如WDM信号的波长、功率和(或)OSNR等)；

(3)本地控制单元230对比监测结果和加重输出目标，然后调整中继节点的相关控制量，驱动加重执行单元210直到实现本中继节点的加重输出目标，如图6(b)所示，在输出功率允许的情况下，使噪声性能差的短波长信号具有较高的功率，而噪声性能好的长波长信号具有较低的功率，从而尽可能保证各波长信号的OSNR均衡；

(4)选择下一个中继节点，重复(1)-(3)，直到完成最后一个中继节点的实现加重输出目标，如图6(c)所示。

3、监测光纤传输线路接收端400的WDM信号的OSNR和功率值，由全局控制单元500根据监测结果确定是否对中继节点的输出进行调整(控制信息通过通信线路600传递到各中继节点)，直至接收端WDM信号的OSNR满足要求；

4、当输入WDM信号分布，或者接收端OSNR和(或)功率目标发生变化，则重复1-3步，直至接收端400的WDM信号的OSNR满足要求。

图7是根据本发明原理的具有RAMAN放大器的中继节点的一个说明性实施例，是图5中单元200的一种实现方式。该中继节点包含RAMAN放大器610、宽带解复用单元620、宽带复用单元640、m个色散补偿及功率控制单元630(DPC1--DPCm)、耦合器650、性能监测单元220以及本地控制单元230。620和640实现宽带WDM信号的波长组层次的分波和合波，如果630能够实现整个信号带宽内的色散补偿及功率控制，则可以省去620和640；如果220不能实现整个信号带宽内的性能监测，则在每个630的后面接入650和220，分波段对整个宽带信号进行监测。其中，RAMAN放大器610可以是集总式，也可以是分布式的，关于集总式和分布式RAMAN放大器的定义见参考文献“Raman amplifiers fortelecommunications”(IEEE Journal of Selected Topics in QuantumElectronics，Vol.8，No.3，p548-p559，2002)。色散补偿及功率控制单元630包含对WDM信号的色散补偿单元621、功率控制单元624、光放大器单元622、623，根据情况有时可以省去622。性能监测单元220将性能参数——波长、功率和(或)OSNR上报本地控制单元230，230首先根据WDM信号分布情况和光纤线路参数按照RAMAN放大器610的控制策略选择合适的RAMAN泵浦功率配置，满足OSNR均衡的目标，然后根据系统设计指标控制622、或623、或624实现该中继节点的加重输出目标。

图8是根据本发明原理的无RAMAN放大器的中继节点的一个说明性实施例，是图5中单元200的另一种实现方式。该中继节点包含宽带解复用单元620、宽带复用单元640、m个色散补偿及功率控制单元630(DFC1--DPCm)、耦合器650、性能监测单元220以及本地控制单元230。620和640实现宽带WDM信号的波长组层次的分波和合波，如果630能够实现整个信号带宽内的色散补偿及功率控制，则可以省去620和640；如果220不能实现整个信号带宽内的性能监测，则在每个630的后面接入650和220，分波段对整个宽带信号进行监测。其中，色散补偿及功率控制单元630包含对WDM信号的色散补偿单元621、功率控制单元117、光放大器单元622、623。性能监测单元220将性能参数——波长、功率和(或)OSNR上报本地控制单元230，230根据系统设计指标控制622、或623、或624实现该中继节点加重输出目标。

此外，节点多级输出功率加重也可以通过控制除RAMAN放大器、掺杂物光纤放大器外的其他光放大器(如半导体光放大器、掺杂物波导放大器、参量放大器)或它们的组合来实现；在本发明的基础上，在发送端节点同时实现预加重输出将有利于接收端信号性能的均衡。

Claims (8)

1、一种优化光纤传输系统接收光信噪比的方法，其特征在于包括对全部或部分节点实施WDM信号功率的多级加重输出：

按波长分段，短波长段的单通道平均功率值大于长波长段的单通道平均功率值，每个波长段内的各通道功率相等；

或按波长分段，短波长段的单通道平均功率值大于长波长段的单通道平均功率值，每个波长段内的各通道功率随波长增加而减小；

或所有通道功率随波长增加而减小。

2、如权利要求1所述优化光纤传输系统接收光信噪比的方法，进一步还包括以下步骤：

对全部或部分节点的性能进行监测，

对输出信号进行功率加重控制，用于控制输出WDM信号各波长的功率和(或)噪声水平。

3、如权利要求1或2所述优化光纤传输系统接收光信噪比的方法，其特征在于：

在发送端节点实施功率均衡输出，或实施功率加重输出。

4、如权利要求1或2所述优化光纤传输系统接收光信噪比的方法，其特征在于：

所述对全部或部分节点的性能进行监测的指标包括：所有输出WDM信号的波长、功率和(或)OSNR。

5、如权利要求1或2所述优化光纤传输系统接收光信噪比的方法，其特征在于：

所述对输出信号进行的功率加重控制由节点中的功率控制单元和(或)光放大器来实现。

6、如权利要求5所述优化光纤传输系统接收光信噪比的方法，其特征在于：

所述功率控制单元，用于对WDM信号进行功率衰减形式的控制；

所述光放大器，是掺杂物波导放大器、或半导体光放大器、或RAMAN放大器、或参量放大器或其组合。

7、如权利要求1或2或3或4或5或6所述优化光纤传输系统接收光信噪比的方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，根据输入WDM信号分布和接收端OSNR和功率目标，确定需要控制的全部或部分节点的WDM信号加重输出的目标和增益谱；

第二步，根据第一步的结果，沿光纤传输线路依次控制所述节点实施WDM信号功率的多级加重输出；

第三步，监测光纤传输线路接收端WDM信号的OSNR和功率值，根据监测结果确定是否对所述节点的加重输出进行调整，直至接收端WDM信号的OSNR和功率值满足要求；

第四步，当输入WDM信号分布，或者接收端OSNR和功率目标发生变化，则重复第一到第三步，直至接收端WDM信号的OSNR和功率值满足要求。

8、如权利要求7所述优化光纤传输系统接收光信噪比的方法，进一步包含以下步骤：

第一步骤、根据发送端输出的入纤WDM信号分布和接收端OSNR均衡目标，结合系统的光纤线路情况、光放大器实际性能、以及中继节点波长上下路的情况进行系统设计，确定各中继节点的多级加重输出目标和控制策略；

第二步骤、沿光纤传输线路依次控制各中继节点实施加重输出。包括：

(1)启动第一个中继节点工作于预设状态；

(2)由性能监测单元测量中继节点输出(如WDM信号的波长、功率和(或)OSNR等)；

(3)本地控制单元对比监测结果和加重输出目标，然后调整中继节点的相关控制量，驱动加重执行单元直到实现本中继节点的加重输出目标，在输出功率允许的情况下，使噪声性能差的短波长信号具有较高的功率，而噪声性能好的长波长信号具有较低的功率，从而尽可能保证各波长信号的OSNR均衡；

(4)选择下一个中继节点，重复(1)-(3)，直到完成最后一个中继节点的实现加重输出目标；

第三步骤、监测光纤传输线路接收端的WDM信号的OSNR和功率值，由全局控制单元根据监测结果确定是否对中继节点的输出进行调整，控制信息通过通信线路传递到各中继节点，直至接收端WDM信号的OSNR满足要求；

第四步骤、当输入WDM信号分布，或者接收端OSNR和(或)功率目标发生变化，则重复第一至第三步骤，直至接收端的WDM信号的OSNR满足要求。

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