CN1633057A

CN1633057A - 一种链路增益自动调节的波分复用光传输系统和所使用的方法

Info

Publication number: CN1633057A
Application number: CN 200410102768
Authority: CN
Inventors: 叶荣富
Original assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2004-12-29
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2024-12-29
Also published as: CN1288869C

Abstract

本发明涉及一种链路增益自动调节的波分复用光传输系统和该系统使用的链路增益自动调节方法，本发明采用在给定跨距段的下游站检测光监控信道波长的接收光功率，用上游站的发送光功率和下游站的接收光功率差来计算该段光纤线路损耗，再根据这个线路损耗量来调节该跨距段下游站的电可调光衰减器的光功率衰减值，使得线路损耗和光放大中继器的增益相匹配，采用本发明的方法能够使密集波分复用光传输系统的链路功率和增益控制达到自动、快捷、精确、稳定的技术要求。

Description

一种链路增益自动调节的波分复用光传输系统和所使用的方法

技术领域

本发明涉及一种链路增益自动调节的波分复用光传输系统和该系统使用的链路增益自动调节方法，本发明特别用于光密集波分复用(DWDM)传输系统中的光传送链路单跨距段增益自动调节以及全链路增益自动调节技术，使得DWDM系统中光放大中继段及整个光传送链路能够自动有效地进行链路增益的实时自动调整。

背景技术

在现有波分复用传输系统设计中，掺铒光纤放大器(EDFA)的增益主要由泵浦功率、泵浦波长、掺铒光纤长度来确定，一旦掺铒光纤长度、泵浦波长、功率确定后，光放大器的增益改变就不太容易，唯有通过调整泵浦光源的功率才能在小范围内对增益进行调整。为了能够在DWDM系统光放大中继段内光信道数变化时，保持系统接收端每个光波长的接收光功率不变且保证光信噪比达到指标要求，目前普遍采用对中继站内EDFA的增益进行锁定的方法。此方法是检测输入主信道的总光功率，并使得泵浦光源的输出光功率随着输入主信道总光功率的改变而变化。由于光纤中的光功率与信道数量成正比，所以若输入光功率随信道数增加而增加时，泵浦光源的输出光功率也随着增加，从而使EDFA的总输出光功率也增加，同时又使单个波长信道的光功率保持不变。这就是DWDM系统目前普遍采用的增益锁定技术。由于EDFA的增益一般是固定不变的，即使某些类型的EDFA增益可以适量调整，但是受其它技术指标的制约，其增益可调整的范围很小。而在实际的DWDM系统工程应用中，各个跨距段的光缆长度是不相同的，同时为了系统的可维护性考虑，光放大器的增益也不能随意设置，必须分档设计，以便保证备份设备之间具有可互换性。另一方面为了给系统保留一定的系统增益富裕量，一般光放大器的增益总是配置得比实际线路损耗高一些，但是在链路中各级光放大器内的这些增益富裕量在线路正常时又必须由光可变衰减器吸收掉，否则会影响信道增减调节的自适应功能，也会劣化EDFA增益谱的平坦度，严重时甚至会导致有害的非线性效应，影响系统的正常运行。在系统运行过程中随着时间推移，光缆老化、放大器增益下降、光缆断裂引起的熔接点增多等因素，都会使线路损耗增加。因此，DWDM系统需要能够不中断业务，无需人工干预，就能够自动释放多余的系统增益富裕量，以便适应线路的损耗变化，由此保证系统传输的光信噪比和系统接收光功率不变，最终保证系统的传输质量。

目前，DWDM系统中的常规跨距段中继站普遍采用电调光衰减器(EVOA)和掺铒光纤放大器(EDFA)构成增益可调的光放大器，通过电可调衰减器衰减量的增减变化来适应光传送链路损耗的变化，使得线路损耗加可调衰减器的衰减值之和与EDFA的增益相当，使跨距段内线路损耗和放大增益基本平衡，一方面保证系统接收端的光信噪比，另一方面控制各级光放大器的输入光功率及光纤的入纤光功率，这有利于控制系统的信道增益均衡和抑制对传输性能产生干扰的非线性作用。

为解决跨距段内自动增益调节，已经提出了测量跨距段内主光通道功率计算链路衰减并调节光放大中继站内增益的方法，例如以前也由本申请人提出发明名称为“一种用于光传输系统的光中继站设备及其自动增益调节方法”的中国专利申请中所公开的方法。

但是，上述在先提出的增益自动调节方法，采用对主光通道的功率进行测量，从而计算跨距段链路衰减。然而，由于主光通道的功率变化受下列各种因素的影响，光源信道数变化、本站放大器之前N个跨距段中的所有中继站设备参数改变、光缆老化、自动光功率降低(APR)进程、本站电源等因素。这些混杂在一起的多重因素都会使本站接收到的主光功率产生变化，因此通过检测主光通道收发光功率差来计算跨距段链路衰减的方法容易受到干扰。另外，前站发送功率与后站接收功率进行比较时，由于功率检测、线路编码解码、传输延迟等过程造成的延时，不太容易做到发送与接收光功率值采样的“同步”，也就是说进行比较的发送/接收光功率很可能不是在“同一时刻”采集到的。由于上述因素的影响，一方面可能使得EVOA的调整很频繁，导致整个系统内各级中继站上光放大中继站互相干扰，也增加了光监控信道传输功率数值的负担和中继站内处理设备对数值进行计算处理的负担。另一方面由于时间上不容易做到在“同一时刻”检测发送/接收光功率，这都有造成对EVOA误调整、误控制的潜在危险。

发明内容

本发明目的是提供一种链路增益自动调节的波分复用系统和该系统使用的链路增益自动调节方法，该方法适用于密集波分复用系统中对跨距段中继站进行自动功率增益调节，从而克服现有技术通过对主光通道进行测量进行自动增益调节的方法所具有的问题。

本发明方法的技术原理如下：

本发明在各级中继站中采用电可调光衰减器(EVOA)和作为光功率放大器的掺铒光纤放大器(EDFA)，通过设定固定的光功率放大器增益并根据光缆线路衰减量调节站内EVOA的衰减量以保持本站输出的主信道内各个波长光信号输出功率稳定。

采用在级联的光放大中继站上监测该中继站光放大器前面一段光纤线路L的衰减量α_L，根据该线路衰减量α_L值的变化控制EVOA的插入衰减量。而相邻两中继站的两个光放大器之间的总衰减量α_∑由前一站的1510nm波长复用器插入损耗α_M、跨距段内光缆纤路插入损耗α_L、本站1510nm波长解复用器插入损耗α_D相加形成。为了简化，各站内光配线架和光放大器之间光跳线的插入损耗，所有活动连接器和固定连接器的插损等都计入线路损耗α_L中。则线路光功率总衰减量：

α_∑＝α_M+_αL+α_D (1)

在公式(1)中，α_M，α_D都是固定不变的，α_L值只受光缆线路长度、光缆受应力作用而造成的形变或拉伸、温度及光纤熔接质量等因素的影响，而不受光信道数增减变化的影响。因此若根据该跨距段的总衰减值α_∑值来控制光放大器中的EVOA衰减量则完全不受光信道增减变化的干扰。

本发明的方法利用光监控信道波长的功率衰减来替换现有技术方法中所使用的主光信道的功率衰减，使得α_L值的测量变得更加简单容易。因为，每个光监控信道的发射功率基本上是一致的，且在系统运行期间保持不变。这样只要在整个光传输系统的第N+1中继站检测光监控信道(OSC)的接收光功率，就很容易计算出第N中继站与第N+1中继站之间线路衰减α_L值。假设第N站OSC发送光功率为Pt，第N+1站OSC接收光功率为Pr，则线路衰减α_L值为：

α_∑＝Pt-Pr (2)

在系统运行期间，通常Pt是一个常数，所以只要测出Pr就可以很容易计算出线路衰减，这种测量方法的好处是收发功率采样无需“同步”进行，另一方面前后级光放大中继站间不会产生相互干扰。

本方法解决线路增益自动调整的指导思想是把影响DWDM线路光功率的两个主要因素分开来处理，即用线路光功率总衰减α_∑来控制EVOA，使得第N+1站光放大器的增益G_edfa约等于前面一段光纤线路总衰减α_∑与EVOA的衰减值α_att之和，即有下面的关系式：

G_edfa＝α_∑+α_att (3)

使得线路总衰减和增益达到平衡。这样每个光放大中继站就能够自动适应各光缆跨距段的长度变化、光纤老化、环境温度、光缆形变而引起的线路衰减量改变。

由于主信道内波长数量的增减不会导致线路总衰减α_∑值的改变，因而当密集波分复用系统增加或减少主信道内工作波长数量时，光缆线路衰减量α_∑保持不变。这样一方面可以使EVOA不会对主信道内工作波长数量增减变化予以响应，另一方面对于主光信道内波长数量的增减变化而导致的输入EDFA的光信号总功率变化，EDFA所具有的增益锁定功能可以根据输入的光功率增减而使输出光功率也同时增减，从而使EDFA的增益G_edfa保持不变，实现光功率放大器输出端口中各不同波长信道的光功率保持不变，如果把EDFA和EVOA放在一起作为一个光放大中继站来看，则该中继站又是一个增益可调的光放大中继站。

而对于主光信道线路衰减和光监控信道线路衰减的误差可以采用加修正因子的方法加以校正。由于在实际的DWDM系统中，业务波长和光监控信道波长通过合波器和分波器时的插损并不一致，导致检测出的线路总损耗α_∑产生误差。因此还需要增加一个校准量α_adjust，加以校准。

总之，本发明的用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，基本原理就在于：通过测量光监控信道的发收功率差值，来感知该段线路实际功率损耗，据此实际线路功率损耗来调整该跨距段线路的增益配置。本发明的方法在实施中，用光放大中继站准确地自动处理光信道增减或光纤线路衰减变化这两种不同起因导致的链路功率和增益变化，具体实施方式为：在OSC信道正常传送网管信息的条件下，同时利用其发射的1510nm波长光信号来测量光纤线路的功率损耗，根据这个线路损耗来调节EVOA的光功率衰减量，用EDFA的增益锁定功能来适应光信道数的增减变化。本发明的方法使EDFA和EVOA分别独立地对光信道增减和光纤线路衰减变化作出调整，互不干扰。这种分开处理两种不同因素引起的线路光功率变化的方法，能够使DWDM光传输系统的链路功率和增益控制达到自动、快捷、精确、稳定的技术要求。

本发明的一种链路增益自动调节波分复用光传输系统，由上游中继站和下游中继站组成，

上游站OSC发送部分包括：

光监控信道波长发射机和光波长复用器，其中

光监控信道波长发射机产生光监控信道波长光信号并传输给光波长复用器，

光波长复用器将多个主信道波长光信号与光监控信道波长光信号复用后传输到光缆线路上；

下游中继站OSC的接收部分包括：

光波长解复用器、光监控信道波长功率检测器、单片机、电可调光衰减器驱动电路、电可调光功率衰减器、光功率放大器，其中实施例1对OSC接收光信号的处理如下：

光波长解复用器将来自光缆线路的光信号分解成为多个主信道波长光信号与光监控信道波长光信号，并将多个主信道波长光信号传输给电可调光衰减器，同时将光监控信道波长光信号传输给光监控信道波长功率检测器，

光监控信道波长功率检测器检测出光监控信道波长光信号的功率数值并传输给单片机，

单片机根据本站所接收的光监控信道波长光信号功率数值和预定的上游站光监控信道波长光信号输出功率数值计算出光缆线路总衰减，并以此计算出电可调光衰减器的衰减量传输给电可调光衰减器驱动电路，

电可调光衰减器驱动电路按照计算的衰减量驱动电可调光衰减器，使得本站光功率放大器的增益等于光缆线路衰减量与电可调光衰减器衰减量之和，

光线路放大器(EDFA)，用于将多个主信道波长光信号放大后输出。

本发明的上述链路增益自动调节波分复用光传输系统，其特征在于下游站还包括了一个光前置放大器，该光前置放大器位于光波长解复用器与电可调光衰减器之间，用于在光波长解复用器分解出的多个主信道波长光信号进入电可调光衰减器之前，对多个主信道波长光信号进行放大。此时该站的光放大器增益包括光前置放大器和光功率放大器之和，对EVOA的控制方法与前述的技术方案相同。

本发明的另一种链路增益自动调节波分复用光传输系统，由上游中继站和下游中继站组成：

上游中继站包括光监控信道波长发射机和光波长复用器，其中

下游中继站包括光波长解复用器、光监控信道波长功率检测器、单片机、电可调光衰减器驱动电路、电可调光功率衰减器、光功率放大器，其中

电可调光衰减器将来自光缆线路的信号衰减后传输给光波长解复用器，

光波长解复用器将来自电可调光衰减器衰减后的光信号分解成为多个主信道波长光信号与光监控信道波长光信号，并将多个主信道波长光信号传输给光功率放大器，同时将光监控信道波长光信号传输给光监控信道波长功率检测器，

电可调光衰减器驱动电路按照计算的衰减量驱动电可调光衰减器，使得下游站光功率放大器的增益等于光缆线路衰减量与电可调光衰减器衰减量之和。

光线路放大器，用于将多个主信道波长光信号放大后输出。

本发明的一种用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，包括步骤：确定上游站光监控信道波长光信号输出功率数值；测量下游站所接收光监控信道波长光信号功率数值；将两功率数值相减计算出光缆线路的衰减量；根据下游站光功率放大器增益和光缆线路衰减量计算出下游站内电可调光衰减器应设置的衰减量；按照所计算出电可调光衰减器应设置的衰减量驱动电可调光衰减器，使得站内光功率放大器的增益等于光缆线路衰减量与电可调光衰减器衰减量之和。

本发明的上述用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，其特征在于：上游站光监控信道波长光信号输出功率数值为预先设定的固定数值，并存储在下游站的单片机存储器内。

本发明的上述用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，其特征在于：上游站光监控信道波长光信号输出功率数值为可变化数值，通过光监控信道传输给下游站的单片机。

本发明的上述用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，其特征在于：在计算下游站内电可调光衰减器应设置的衰减量时，考虑到主信道波长光信号与光监控信道波长光信号经过光波长复用器和光波长解复用器时的插入损耗不一致，在计算中引入光缆线路衰减校准量。

本发明的上述用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，其特征在于：在计算下游站内电可调光衰减器应设置的衰减量时，考虑到下游站内增加光前置放大器的情况，在计算中引入光前置放大器增益。

本发明的上述的用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，其特征在于：光监控信道采用波长为1510纳米波长的光信号。

本发明的上述的用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，其特征在于：当下游站内检测到光监控信道波长光信号功率数值为零时，判断为光监控信道波长光信号中断，此时锁定站内电可调光衰减器的衰减量，并暂停链路增益自动调节直至光监控信道波长光信号恢复。

本发明的链路增益自动调节波分复用光传输系统和所使用增益调节方法的有益效果在于：采用本发明方法的级联光放大中继链路能够识别信道增减变化和线路损耗变化，自动调整EVOA衰减值，不会对EDFA增益锁定功能产生干扰，对线路损耗的突变或渐变作出准确、适当地调整，维持系统的性能基本不变，从而确保系统正常运行。

附图说明

图1是本发明的链路增益自动调节波分复用光传输系统的第一实施例结构示意图；

图2是本发明的链路增益自动调节波分复用光传输系统的第二实施例结构示意图；

图3是本发明的链路增益自动调节波分复用光传输系统的第三实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。在本发明的具体实施过程中，上游站(N站)OSC发射部分具有一种实施方式，而下游站(N+1站)的OSC接收处理部分是有三种实施方式。图1、图2和图3所示为本发明系统的三个具体实施方案，为了便于说明，实际使用的双纤双向传输的系统在图中只表示出一个传送方向。同时对于上游站，即图中第N站的光放大中继站原理框图也只标出发送部分，同时为图示简洁将光传送链路中的其他重要部件，例如拉曼光放大器、动态增益均衡(DGE)部件、色散补偿模块等部件省略，上述省略并不妨碍对本发明工作原理的描述和说明。在实际应用中，上下游中继站的组成完全相同，但为了描述方便，在说明书附图中上游站只画出OSC(光监控信道)的发送部分，下游站只画出OSC(光监控信道)的接收处理部分。在图1、2、3中各字母标志说明如下：

A：作为光功率放大器和光前置放大器使用的掺铒光纤放大器(EDFA)

B：分光功率耦合器

C：1510nm波长光功率检测器

D：1510nm光波长解复用器

E：光监控信道1510nm波长光发射机

F：光缆线路

G：光监控信道1510nm波长光接收机

H：内嵌式单片机

I：EVOA驱动控制电路

M：1510nm光波长复用器

S：电可调光功率衰减器(EVOA)

图1是本发明的波分复用光传输系统链路中第N个跨距段连接示意图，图1中第N站代表上游站而第N+1站代表下游站。图1中，在下游站N+1站内，是在分光功率耦合器B处分出一部分光功率，用来检测光监控信道波长1510nm的接收光功率，而第N站1510nm波长的发送光功率是固定的。因此只要在第N+1站知道了1510nm波长的接收光功率，就可以计算出第N站与第N+1站之间跨距段的光纤衰减值，光纤衰减值是由光缆线路长度和光缆光纤老化等因素决定的。图1中使用EDFA作为光功率放大器。

图1中对EVOA进行控制方法如下：首先，在第N+1站的1510nm波长光功率检测器C检测由分光功率耦合器B处分出的1510nm波长光功率，然后按照分光功率耦合器的分光比例计算出本站实际接收的1510nm波长信号的光功率Pr。在第N站的1510nm发送光功率Pt是固定不变的，由于各站的发送光功率可以做到具有比较好的一致性，可以采用预先输入或通过网管进行输入。也可以利用光监控信道把PT从N站传送到N+1站。这样N+1站的计算机H就可以计算出光缆线路的总衰减：

α_∑＝Pt-Pr (4)

站内单片机H很容易由公式：

α_att＝G_edfa-α_∑ (5)

计算出EVOA应该设置的衰减量。驱动EVOA控制电路，使插入衰减调整到公式(5)计算出的衰减量，即可使该跨距段的线路衰减和放大器增益达到平衡。

由于公式(5)经由公式(3)演变而来，当考虑到主信道波长光信号与光监控信道波长光信号在上游站内光波长复用器和下游站内光波长解复用器的插入损耗不一致，需要在计算本站EVOA衰减量时计入校准值α_adjust，因此公式(5)进一步修改为公式(6)：

α_att＝G_edfa-α_∑-α_adjust (6)

采用公式(6)所计算出的EVOA衰减量可以弥补主信道与光监控信道插入损耗不一致产生的光缆线路衰减误差。

图2是对图1所示本发明实施例的一种改进技术方案。图2的中继站内增加了光前置放大器，该光前置放大器放置在光波长解复用器与光功率放大器之间。图2所示实施例中，链路增益自动调节方法与图1所示实施例基本相同，区别仅仅在于在计算EVOA衰减量时应当考虑到光前置放大器的增益数值，即计算中所采用的中继站内光功率放大器增益数值应当为EVOA之前的光前置放大器增益与EVOA之后的光功率放大器增益之和。

图3是本发明链路增益自动调节的光传输系统另一个实施例。图3的实施例其功能结构与图1、图2的实施例略有不同，体现在EVOA器件放置在1510nm波长解复用器之前。但是图3中OSC接收处理部分各功能块的组成与图1、图2实施例基本相同。图3所示实施例与图1、图2所示实施例的最主要区别在于图3的中继站内EVOA设置在光波长解复用器之前。图3中，第N+1站的光监控信道波长功率检测器C连续不断监测接收到的1510nm波长光功率，由于1510nm波长光信号也经过了电可调光衰减器S的衰减，因此计算下游站第N+1站与光缆线路连接点处实际接收的光监控信道功率数值Pr时，应当计入分光耦合器B和电可调光衰减器S两者的衰减量，其余计算和EVOA衰减量调节与图1所示系统相同。

在本发明的波分复用光传输系统进入光功率衰减(APR)进程时，应当使EVOA进入锁定状态，即保持当前的衰减量。一旦光缆线路修复，系统退出APR进程后，对EVOA解除锁定即可，功率及增益管理功能即可恢复正常执行。

Claims

1.一种链路增益自动调节波分复用光传输系统，由上游中继站和下游中继站组成：上游中继站包括光监控信道波长发射机和光波长复用器，其中

光监控信道波长功率检测器检测出光监控信道波长光信号的功率数值并传输给单片机，单片机根据本站所接收的光监控信道波长光信号功率数值和预定的上游站光监控信道波长光信号输出功率数值计算出光缆线路总衰减，并以此计算出电可调光衰减器的衰减量传输给电可调光衰减器驱动电路，

光功率放大器，用于将多个主信道波长光信号放大后输出。

2.根据权利要求1的链路增益自动调节波分复用光传输系统，其特征在于下游站还包括了一个光前置放大器，该光前置放大器位于光波长解复用器与电可调光衰减器之间，用于在光波长解复用器分解出的多个主信道波长光信号进入电可调光衰减器之前，对多个主信道波长光信号进行放大。

3.一种链路增益自动调节波分复用光传输系统，由上游中继站和下游中继站组成：上游中继站包括光监控信道波长发射机和光波长复用器，其中

电可调光衰减器驱动电路按照计算的衰减量驱动电可调光衰减器，使得下游站光功率放大器的增益等于光缆线路衰减量与电可调光衰减器衰减量之和，

光功率放大器，用于将多个主信道波长光信号放大后输出。

4.一种用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，包括步骤：

确定上游站光监控信道波长光信号输出功率数值；

测量下游站所接收光监控信道波长光信号功率数值；

将两功率数值相减计算出光缆线路的衰减量；

根据下游站光功率放大器增益和光缆线路衰减量计算出下游站内电可调光衰减器应设置的衰减量；

按照所计算出电可调光衰减器应设置的衰减量驱动电可调光衰减器，使得站内光功率放大器的增益等于光缆线路衰减量与电可调光衰减器衰减量之和。

5.根据权利要求4的用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，其特征在于：

上游站光监控信道波长光信号输出功率数值为预先设定的固定数值，并存储在下游站的单片机存储器内。

6.根据权利要求4的用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，其特征在于：

上游站光监控信道波长光信号输出功率数值为可变化数值，通过光监控信道传输给下游站的单片机。

7.根据权利要求4的用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，其特征在于：

在计算下游站内电可调光衰减器应设置的衰减量时，考虑到主信道波长光信号与光监控信道波长光信号经过光波长复用器和光波长解复用器时的插入损耗不一致，在计算中引入光缆线路衰减校准量。

8.根据权利要求4的用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，其特征在于：

在计算下游站内电可调光衰减器应设置的衰减量时，考虑到下游站内增加光前置放大器的情况，在计算中引入光前置放大器增益。

9.根据权利要求4的用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，其特征在于：

光监控信道采用波长为1510纳米波长的光信号。

10.根据权利要求4至9之一的用于波分复用光传输系统的链路增益自动调节方法，其特征在于：

当下游站内检测到光监控信道波长光信号功率数值为零时，判断为光监控信道波长光信号中断，此时锁定站内电可调光衰减器的衰减量，并暂停链路增益自动调节直至光监控信道波长光信号恢复。