CN1619988B - 发送和接收监测消息的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使用光纤作为其数据传输信道的那些放大器间的数据传输。因为一个光纤放大器通常只放大具有确定因素的一个信号，而没有对该信号附加信息，与放大器的监测和控制有关的信令通常必须用单独的系统来实现。按照本发明，提供了一种从发送光信号的光纤放大器中发送监测消息的方法，所述光纤放大器包含一个响应于外部控制信号的带通滤波器，其特征在于，所述方法包含以下步骤：形成一个对应于所述监测消息的调制信号；响应于所述带通滤波器的控制信号，确定指示所述带通滤波器的光通过特性的校准信息；将所述调制信号与所述带通滤波器的控制信号相组合，使得所述光纤放大器的光信号以所述调制信号的速率进行调制。
Description
本申请是诺基亚电信公司于1996年10月8日申请的、申请号为96197531.8(国际申请号为PCT/FI/00527)、发明名称为“从光纤放大器发送监测消息”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及使用光纤作为其数据传输信道的那些放大器间的数据传输。
背景技术
光纤放大器是一种装置，在没有将光信号变换成位于其间的电信号的情况下，利用该装置，光信号可以得到放大。这些放大器可以很高的传输速率使用，例如典型的传输速率可能是1GHz。现有技术的光纤放大器的工作在图1中得到说明。图中传送光信号的导体用双线表示，而传送电信呈的导体用单线表示。放大器的输入信号1经过一个光隔离器12被引导到波长组合器14的第二输入。比如，光隔离器12的功能是衰减反射。在光隔离器12后面的一个输入信号检测器16检测出输入信号的电平，并产生一个相应于此电平的电信号。一个激光器单元18提供波长组合器14的第二输入。信号的放大是用以下方式工作。激光器18产生波长比如是980或1480nm的光，而信号光的波长是1550nm。激光器18的光子被引导到掺杂铒的光纤20，它们激励光纤20的铒原子。某些铒原子经过自发发射返回到基态。当信号光的光子被引向由激光器的光子所调谐的铒原子时，铒原子发射一个光子对应于信号光的光子。掺杂铒的光纤20的后面是一个带通滤波器22，它使被信号光的光子所取代的光子通过，但阻止主要由它们自发发射产生的光子的移动，并且它的波长不同于信号光的波长。带通滤波器的输出信号2是一个已放大的发送到接收站(未示出)的光信号。关于光纤放大器，在以下文献中已有讨论，例如Optical Amplifiers and their Applications，edited byS.Shimada and H.Ishido，
Wiley & Sons，1992。
例如根据温度或是如果系统的其它部件必须更换引起的相当变化，带通滤波器22的信号波长和特性是变化的。在此情况下，放大器应该能够通过比如外部的电控制来调节带通滤波器的通过波长。现有技术方案包含一个控制器26用于此目的。控制器26监视输入信号的检测器16和输出信号的检测器24，并放大带通滤波器22的控制信号，使放大器的放大率或输出和输入信号间的相关性达到最大。
由于一个光纤放大器通常只放大一个具有确定因素的信号，而不向该信号附加信息，所以与放大器的检查和控制有关的信令通常必须使用单独的系统来实现。当使用一个距离发射机和接收机都很远(例如超过100km)的所谓中间放大器时，这就成为一个特殊的问题。
欧洲专利申请415438公开了一种技术，其中监测消息是通过调制一个激光器单元的控制信号发送的，它用这样的方式：来自放大器的激光的多余量包含要发射的监测信号。可是这个现有技术的解决方案有几个限制。首先，由于波长为980nm的多余的激光将在长数据链路上被一个信息发送光纤所吸收，所以现有技术方案只能应用于波长1480nm。此刻，因为对于光纤放大器波长980nm产生更好的噪声特性，并且放大器的总效率比也会更好，所以看来似乎正在废弃波长1480nm的使用。第二，现有技术方案要求两个单独的光系统，一个用于接收有效负载信号，另一个用于接收监测信号。按照现有技术，监测信号的接收要求一个单独的WDM部件(波长划分复用器)。第三，现有技术方案只用于其周期比荧光状态的寿命更短的那些频率。
发明内容
本发明的目的是要以这样的方式完成与光纤放大器的监测有关的信令，使得能够解决与现有技术相关的问题。
本发明是基于这样的构思：光带通滤波器22，除了它的正常功能外，还被用于调制一个通过光纤放大器的信号，它按照这样低的频率和幅度使得这个调制不会干扰实际的数据传输。这是以这样的方式实现，即带通滤波器22的控制信号，在现有技术的光纤放大器中，它只是用来优化信号噪声比，而在本发明的放大器中，它是用来以监测消息的比率调制光纤放大器的输出信号。
本发明的从发送光信号的光纤放大器中发送监测消息的方法，所述光纤放大器包含一个响应于外部控制信号的带通滤波器，其特征在于，所述方法包含以下步骤：
形成一个对应于所述监测消息的调制信号；
响应于所述带通滤波器的控制信号，确定指示所述带通滤波器的光通过特性的校准信息；
将所述调制信号与所述带通滤波器的控制信号相组合，使得所述光纤放大器的光信号以所述调制信号的速率进行调制。
本发明的一种从发送光信号的光纤放大器发送监测消息的系统，所述光纤放大器包含一个响应于外部控制信号的带通滤波器，其特征在于，所述系统包含：
用于形成对应于所述监测消息的调制信号的装置；
用于存贮程序代码、监测消息以及校准信息的存贮装置，所述校准信息响应于带通滤波器的控制信号，而指示所述带通滤波器的光通过特性；
用于处理信息的处理器装置；以及
响应于处理器装置，通过将所述调制信号与所述带通滤波器的控制信号相组合、使得所述光纤放大器的光信号以所述调制信号的速率进行调制而控制所述带通滤波器的第一控制器。
本发明还公开了一种系统，用来接收叠加在光纤放大器的光通信信号上的监测消息，其特征在于，所述系统包含：
用于将光纤放大器的光信号变换成为电信号的变换装置；
可操作地连接到所述变换装置、用于将监测消息从通信信号中分离出来的分离装置；以及
可操作地连接到所述分离装置、用于将监测消息变换成为数字形式的第二变换装置；
并且所述变换装置将所述监测消息和所述通信信号从光形式变换为电形式。
在本发明的优选实施例中，所述变换装置是一个检测器，所述分离装置是一个互阻抗放大器，所述第二变换装置是电容器、放大器和阈值检测器的组合。
本发明的方法和系统的一个主要优点就是为了监测放大器不必安排单独的信令。另一个优点就是为实现本发明要求放大器的变化是很小的。例如，用于接收有用负载信号的同一光部件也可用于接收监测消息。
附图说明
参考附图利用优选的实施例，现在可以更详细地说明本发明，这里
图1表示现有技术的光纤放大器的方框图；
图2表示按照本发明的一个基本实施例所完成的一个光纤放大器；
图3表示包含两个按照本发明所完成的光纤放大器的放大器站；
图4表示光纤放大器的一个输出信号的幅度调制；以及
图5表示检查监测消息的一种方法。
具体实现方式
图2表示按照本发明的一个基本实施例所完成的一个光纤放大器。图1的所有部件也包括在图2所示的实施例中，虽然图2只是示出了其中的控制器26和带通滤波器22。按照本发明，控制器26由处理器30控制，处理器的结构可能是一个通用计算机，或是一个控制器或是集成在一个印刷板或甚至集成在一个芯片内的类似装置。假定图2包含处理器要求的全部附属设备，例如一个系统时钟，总线缓冲器等。关于这些附属设备，图2只示出了一个读/写存贮器34和一个程序存贮器36。程序存贮器36可能是在供电中断期间保留程序的任何存贮器，例如是只读存贮器(ROM)，快速存贮器或是一个硬盘。图2示出了一种解决方案，这里处理器通过系统总线32连接到控制器26和存贮器34和36。图2中所示的部件40包含放大器要传送的作为监测消息的全部信息。连接到系统总线32的双向箭头说明一种安排，在使用上处理器30有着关于控制器26的全部信息，对于控制器26的工作，以及通过它对于带通滤波器22的工作，处理器30可能具有一种影响作用。同样地，关于带通滤波器特性的信息可被存贮在读/写存贮器34内，它可从处理器30和控制器26进行存取。
部件40包含放大器要传送的作为监视消息的全部信息。这个信息可能包含关于光纤放大器的工作，关于状态，关于从监测摄像机得到的视频信号等信息。监测消息所包含的如何发射消息的部分对于本发明是不重要的。
按照本发明，处理器30通过系统总线32以这样的方式来控制控制器26，即控制器26调节带通滤波器22的控制信号用于按照低的频率和幅度来调制通过光纤放大器的光信号。这里低幅度意味着调制电平通常是几个百分点，而低频率意味着是比光纤放大器实际业务所使用的频率低得很多的一个频率。
当使用带通滤波器22调制一个光信号时，应该特别注意控制信号22S的精度。这至少是有两个原因。第一，带通滤波器22允许发射光信号的信息通过的方式不是控制信号22S的单调函数，而这个函数在控制信号的一个特定值有它的峰值。第二，图1中所解释的自发发射是接收机的噪声，它和信号光的波长处在同样的波段内。
下面示出图2光纤放大器中校准幅度调制的一种方案。假设光纤放大器连续地发射和放大光信号。(i)设置带通滤波器的控制信号22S到其最小值。(ii)，用小跨值(small step)增大带通滤波器的控制信号22S直到光纤放大器的输出信号对输入信号16S之比达到它的最大值为止，并且将这个控制信号22S的值存入读/写存贮器(RAM)34。控制信号22S的这个值用S0表示。(iii)改变控制信号22S的值直到光纤放大器的输出信号对输入信号16S之比从步骤(ii)测出的峰值减少到一个希望的调制电平，例如2到3％时为止，将取得的控制信号22S的值存入RAM 34内。控制信号22S的这个值用S1表示。在步骤(iii)改变控制信号22S的值时，最大衰减自发发射功率的一个值被选作改变的方向(升/降)。
以上假设光纤放大器连续地发射光信号。如果通过光纤放大器的光导体不发射有效负载信号，它可能发射空字符。如果不使用这些空字符，则处理器的校准程序要包含一个步骤，检测出光信号完全不存在，就不再试图校准。
当本发明的设备是在光纤放大器内组成来发送监测消息时，即使是在光纤放大器的正常工作状态，这个设备也可用来调节带通滤波器22的要素。存贮在程序存贮器36的校准程序可用来响应状态信息，特别是响应从数据识别部件40获得的温度信息。虽然状态信息要由大气压力和/或相对温度来补充，但它取决于带通滤波器的特性和期望的安装位置。此外，存贮在程序存贮器36的校准程序可由经过光纤发送的一个外部命令来起动。在此情况下，光纤放大器被连接到下面图5将要描述的检测器，这些信号必须汇编成帧，在此情况下，要校准其带通滤波器的光纤放大器用接收机表示。
校准可连续地以这种方式交替地进行：例如每分钟进行一次校准，或每当光纤放大器不发送监测消息时校准。校准并不妨碍或干扰光纤放大器的正常工作。为了校准必须发送空字符，例如数据字节的数目为零的帧。
本发明的光纤放大器的其它部分，对于本领域的技术人员来说，被认为是已知的。精密的部件是电控制的带通滤波器22，它用于本发明的主要参数是稳定性和建立时间。例如由Queensgate Instruments Ltd inBerkshire，England生产的带通滤波器是很合适的。
如上述当校准带通滤波器22时，参考图4，用以下方法它可用于调制光信号。如简化起见，假设监测消息采用二进制0和1两种状态发送，在此情况，存在幅度调制相应于状态1，而没有幅度调制相应于状态0。相应于监测消息的一个比特的时间T被划分为4个周期T1到T4。用以下方式发送一个二进制状态脉冲：
周期T1：控制信号22S的值是S0。
周期T2：控制信号22S的值是S1。
周期T3：控制信号22S的值是S0。
周期T4：控制信号22S的值是S1。
另外用和1状态脉冲同样的方式发送二进制0状态脉冲，但在周期T2，控制信号22S的值还是S0，即幅度和周期T1和T3中的幅度一样。应该注意到，图4中光信号的频率画得比实际上关于幅度调制的频率小很多。实际上，成千或上百万的光信号2周期适配于一个幅度调制序列。此外，为了便于图示，调制电平画得比最佳值大很多。
结合图4解释的上述调制方法本质上是已知的，它被称为频移键控(FSK)。简言之，在FSK中，时钟脉冲是在特定的时间间隔(周期T4内)连续地被发送。假如有一个数据脉冲在两个时钟脉冲之间(周期T2内)，这就说明作为二进制，否则作为二进制0，FSK的一个优点是易于实现，但缺点是它的传输速率很慢，这是由于每个1状态数据要求对于幅度调制状态的4个变化。很显然，按照上述解释，本发明也可以和更高级的调制方法一起使用。
图5用方框图表示怎样在接收站内指示监测消息，其它部分没有示出。按照图2光纤放大器的输出信号2是在接收站被接收到的。光信号在光隔离器后以普通方式得到处理，光隔离器设置在这里是为了正常通信。为了检测本发明的监测消息，光信号被检测器104变换为一个电信号。检测器104的信号被引到一个互阻抗放大器106。这是利用了事实：光纤放大器用于实际业务所使用的频率比监测消息的频率约大100,000倍。检测器104和/或用普通部件实现的互阻抗放大器106只允许监测消息的频带(典型为数十千赫)通过。通过一个电容器108，将DC分量从互阻抗放大器106的输入信号中除去，此后，该信号被耦合到一个自动调节的放大器110，从那里再接到一个阈值检测器112。当一个脉冲出现在发送监测消息的信号中时，阈值检测器112的输出信号“1”，否则是“0”。检测器112的输出信号可以并行地得到变换，这或是通过使用在调制解调器和磁盘驱动器中的那些串-并变换器，或是另外通过一个计算机程序。
图2的电路能够发送监测消息到光信号的接收机，但不能到它的发送器。图3表示本发明的方案如何被应用到监测消息的双向传输。从图2看来，图3的电路是工作在相反方向的图1另一光纤放大器的补充。一个方向的工作称为外出方向，而另一方向的工作称为返回方向。图3中外出方向的部件和图2中外出方向的部件是相同的。返回方向的部分用撇号表示。要返回的消息在此情况下是从返回方向的输入信号的检测器16’处得到，检测器并未单独示出。
在本发明光纤放大器的监测消息的传输中，应该采用特殊的步骤来保证要发送的信息是没有差错的。这有几个原因，例如事实是：用作中间放大器的特殊的光纤放大器离先前站或后面站可能有一段很长的距离，因而由一错误消息引起的不必要的维修呼叫可能是非常昂贵的。另一原因是：必须在无噪声的消息和放大器实际工作之间作出妥协。通过加大调制电平改善了监测消息的无差错传输。但另一方面，高调制电平会引起对光纤放大器实际工作的难题。有利的妥协是以这样的方式实现的，在发送监测消息中所用的调制电平相当低，小于10％，并且用一有效的纠错码来发送监测消息。由于监测消息的信息量通常很小，所以纠错所要求的多余信息通常也不会成为问题。当本发明的监测消息的传输例如是用于发送监视摄像机的视频信号时，就是上述情况的一种例外。在没有纠错的情况下，通常也可能发送这类信号。
在发射机和接收机之间只有一个中间放大器时，很清楚，从这个中间放大器发送出监测消息。如果有几个连续的中间放大器，在后面中间放大器的高放大率的条件下，监测消息的低电平调制就会消失。在那种情况下，最安全的工作方法就是把监测消息汇编成为帧，它们含有该消息的发送器和接收机的标识符。这些帧在后面的中间放大器被检出并被传送，就和后面的中间放大器的特定信号一样，因此该消息的起始发送器自然地被设定为该帧的发送器。在此情况下，就监测信号来说，中间放大器以极为类似于区域网使用的桥那样的方式工作。监测消息的帧也可以这样的方式得到简化。不用特别指明接收机，但接收机总是通路中的最后一站。
结合图2和图3已说明了本发明的一个实施例，其中用于发送监测消息的程序被存入一个程序存贮器36内。当然也可在程序存贮器36内存贮某些基本软件，它可利用发送的数据进行变换和补充作为监测消息。在此情况下，结合图5说明的一个检测器应该加到光纤放大器用于所接收的监测消息。程序存贮器36应该补充，例如根据帧的信头字段，使光纤放大器检测出该接收机是讨论中的光纤放大器和它的程序存贮器。该程序的修改的参数或部分被存入读/写存贮器34内，并且它们取代程序存贮器36中的相应部分。
对于本领域的技术人员来说，很显然，由于技术发展，本发明的基本概念可以用许多方法来实现。因此，本发明及其实施例并不局限于上述的实例中，在权利要求书的范围内，它们可能发生变化。
Claims (5)
1.一种从发送光信号的光纤放大器中发送监测消息的方法，所述光纤放大器包含一个响应于外部控制信号的带通滤波器，其特征在于，所述方法包含以下步骤：
形成一个对应于所述监测消息的调制信号；
响应于所述带通滤波器的控制信号，确定指示所述带通滤波器的光通过特性的校准信息；
将所述调制信号与所述带通滤波器的控制信号相组合，使得所述光纤放大器的光信号以所述调制信号的速率进行调制，
其中该方法用在至少包含两个光纤放大器的放大器站中，一个光纤放大器用于外出方向，而另一个光纤放大器用于返回方向。
2.一种从发送光信号的光纤放大器发送监测消息的系统，所述光纤放大器包含一个响应于外部控制信号的带通滤波器，其特征在于，所述系统包含：
用于形成对应于所述监测消息的调制信号的装置；
用于存贮程序代码、监测消息以及校准信息的存贮装置，所述校准信息响应于带通滤波器的控制信号，而指示所述带通滤波器的光通过特性；
用于处理信息的处理器装置；以及
响应于处理器装置，通过将所述调制信号与所述带通滤波器的控制信号相组合、使得所述光纤放大器的光信号以所述调制信号的速率进行调制而控制所述带通滤波器的第一控制器。
3.按照权利要求2的系统，其特征在于，所述系统还包含一个响应处理器装置的第二控制器，用于在返回方向上，通过将所述调制信号与所述带通滤波器的控制信号相组合、使得所述光纤放大器的光信号以所述调制信号的速率进行调制而控制带通滤波器。
4.按照权利要求2的系统，其特征在于，所述存贮装置包含用于存贮程序的读取存贮器以及用于存贮将被变换的信息的读/写存贮器。
5.一种系统，用来接收叠加在光纤放大器的光通信信号上的监测消息，其特征在于，所述系统包含：
用于将光纤放大器的光信号变换成为电信号的变换装置；
可操作地连接到所述变换装置、用于将监测消息从通信信号中分离出来的分离装置；以及
可操作地连接到所述分离装置、用于将监测消息变换成为数字形式的第二变换装置；
其中光纤放大器包括响应于控制信号的滤波器，使得所述光纤放大器的光信号以对应于所述监测消息的调制信号的速率进行调制。
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