DE10046104C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Leitungsunterbrechungen in einem optischen WDM-System - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vor­ richtung zur Erkennung von Leitungsunterbrechungen in einem optischen WDM-System mit mindestens einem optischen Verstär­ ker auf einer optischen Übertragungsstrecke, wobei mindestens einem der zu übertragenden Signale ein Pilotton aufmoduliert ist.

In optischen Übertragungssystemen müssen in vielen Fällen Leitungsunterbrechungen erkannt werden und zum Abschalten von Lasern bzw. optischen Verstärkungen führen, um Personenge­ fährdungen zu vermeiden. Solche Maßnahmen sind unter der Be­ zeichnung "automatic laser shutdown (ALS)" Bestandteil inter­ nationaler Standards.

Aus der EP 0 637 148 B1 ist es bekannt, kanalindividuelle Identifikationssignale, wie beispielsweise Pilottöne, zur Rege­ lung von optischen Verstärkern zu verwenden. Das aus ver­ schiedenen Wellenlängen durch einen Multiplexer zusammenge­ setzte Übertragungssignal weist Identifikationssignale auf, wobei jeder einzelnen Wellenlänge ein charakteristisches I­ dentifikationssignal zugeordnet ist. Auf einer optischen Ü­ bertragungsstrecke werden in optischen Verstärkern Überprü­ fungen vorgenommen, ob jedes einzelne Identifikationssignal noch im Übertragungssignal enthalten ist. Dafür wird eine De­ tektoreinrichtung zur Rückgewinnung des Identifikationssig­ nals für jede einzelne Wellenlänge verwendet. Hierzu ist eine schmalbandige Filterung notwendig, um kanalindividuelle In­ formationen am Ausgang des gemeinsamen optischen Detektor zu erhalten. Ein solches Verfahren und eine solche Anordnung sind jedoch äußerst aufwendig zu realisieren und somit kos­ tenintensiv.

Aus der DE 42 22 270 A1 ist eine optische Verstärkerschaltung, insbesondere für ein optisches Verteilnetz für Rundfunk- und Fernsehprogramme, bekannt, bei der dem zu verstärkenden optischen Signal durch einen Sender (S) ein Pilotton aufmoduliert ist. Zur Überwachung, ob am Eingang (11) der optischen Verstärkerschaltung nach Fig. 4 ein optisches Signal anliegt werden folgende Verfahrens­ schritte ausgeführt:

• - Auskoppeln eines Teils des übertragenen, mit einem Pilot­ ton modulierten optischen Signals;
• - Umwandeln des ausgekoppelten optischen Signals in ein e­ lektrisches Signal mittels einer Photodiode (60);
• - Filtern des elektrischen Signals in einem schmalen Fre­ quenzbereich um die Frequenz des Pilottons mittels eines Bandpaßfilters (61);
• - Gleichrichten des gefilterten elektrischen Signals mittels des Gleichrichters (62) und
• - Ermitteln des Vorhandenseins des Pilottons in einem Schwellwertdetektor (63) zum Erkennen von Leitungsunter­ brechungen auf der optischen Übertragungsstrecke aufgrund keines vorliegenden Pilottons.

Außerdem ist aus der Veröffentlichung "A Transport Network Layer Based on Optical Network Elements" von G. R. Hill et. al., Journal of Lightwave Technology, Vol. 11, No. 5/6, Mai/­ Juni 1993, Seite 667 bis 679 ein optisches WDM-Netzsystem be­ kannt, bei dem jedem Kanal ein individueller Pilotton aufmo­ duliert ist. In einem Netzwerkknoten wird jeweils ein gerin­ ger Teil des optischen Nutzsignals zu Überwachungszwecken ausgekoppelt und von optisch nach elektrisch gewandelt. Die Pilottöne werden elektrisch ausgefiltert und deren Amplitude vom Netzmanagementsystem zum Erkennen von fehlenden Kanälen und Korrigieren der fehlerhaften Systemeinstellungen bewer­ tet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, bei der die zur Detektion einer Lei­ tungsunterbrechung erforderliche Gewinnung des Pilottonsig­ nals aus dem übertragenen optischen Signal verbessert ist.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Er­ findung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Teil eines über­ tragenen optischen Signals aus einer optischen Übertragungs­ strecke ausgekoppelt. Das übertragene optische Signal weist einzelne, durch ein Multiplexer zusammengefaßte Wellenlängen auf, wobei mindestens einem der übertragenen optischen Signa­ len ein Pilotton zugeordnet ist. Nach dem Umwandeln des aus­ gekoppelten optischen Signals in ein elektrisches Signal wird dessen Gleichstromanteil als Regelkriterium für eine Aplitu­ denregelung verwendet. Der Gleichstromanteil entspricht der Summe der optischen Leistungen der einzelnen Signale sowie eines Geräusches, beispielsweise durch amplified spontaneous emission (ASE). Damit ist gewährleistet, daß die Auswerte­ schaltung übersteuerungssicher ist. Bei einer Unterbrechung der Strecke vor einem optischen Verstärker könnte dieser bis zu seiner Sättigungsgrenze ASE emittieren. Das damit erzeugte Rauschen könnte das Vorhandensein eines Signals vortäuschen. Das ASE enthält jedoch neben seiner Gleichstromkomponente ei­ ne Rauschleistung derselben Größe. Diese ist über eine große Bandbreite als weißes Rauschen verteilt. Durch ein Filtern des elektrischen Signals in einem schmalen Frequenzbereich um die Frequenz eines Pilottons herum, wird erreicht, daß nur ein sehr geringer Anteil des ASE durchgelassen wird, der im Gegensatz zu einem in diesem schmalen Band liegenden Pilotton eine viel geringere Leistung aufweist. Nach einer Gleichrich­ tung des gefilterten Signals kann somit das Vorhandensein zu­ mindest eines Pilottons in einem Schwellwertdetektor überprüft werden. Dies gilt, obwohl die Gesamtleistung des ASE weit über der Leistung des Pilottons liegt, da die Summenleistung des ASE vorab durch den Gleichstromanteil abgeregelt wurde. Somit ist es ausreichend, wenn mindestens ein einziger Pilot­ ton detektiert wird, wodurch sich der realisierungstechnische Aufwand gegenüber dem Stand der Technik auf einen einzigen Bandpass und einen Summendetektor reduziert. Der bisher be­ triebene Aufwand für die kanalindividuelle Filterung und Aus­ wertung entfällt somit, was zu einer großen Kostenersparnis führt.

Vorteilhaft ist es, wenn die Amplitudenregelung als Rege­ lungskriterium den Gleichstromanteil des elektrischen Signals verwendet, insbesondere durch eine tiefpassgefilterte DC- Komponente erfolgt. Dadurch wird eine zuverlässige und preis­ werte Regelung erreicht, bei der gewährleistet ist, daß die Auswerteschaltung übersteuerungssicher ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Pilottöne in einem schmalen Frequenzband zwischen 10 kHz und 30 kHz und unter­ halb 100 kHz liegen. Der Filteraufwand auf der Empfangsseite der Signalerkennung ist hierdurch äußerst gering. Trotz einer geringen Leistung eines Pilottons ist die Auswertung sehr si­ cher, da die empfangsseitige Bandbreite gegenüber der äquiva­ lenten Signalbandbreite des übertragenen Signals sehr gering ist. Diese geringe Bandbreite schützt auch gegen ein breit­ bandiges Geräusch, das beispielsweise vom ASE herrührt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Mindestabstand zwi­ schen den Pilottönen 50 Hz beträgt. Dadurch wird vermieden, daß tieffrequente Schwebungen entstehen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind Gegens­ tand des anhand der Figur beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die einzige Figur zeigt:
Ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Pilottonempfängers in einer Übertragungsstrecke für optische Signale.

In einer Vielzahl von optischen Sendern 1 wird jeweils ein Pilotton einem zu übertragenden Signal aufmoduliert. Die ein­ zelnen Pilottöne sind voneinander verschieden, wobei sie ei­ nen Abstand von mindestens 50 Hz aufweisen. Sie liegen in ei­ nem Frequenzband mit einer Breite zwischen 10 kHz und 30 kHz. Die Lage des Frequenzbandes ist unterhalb 100 kHz angeordnet. Jeder einzelne Pilotton weist eine Leistung auf, die bei ei­ nigen Prozent der Gesamtleistung des jeweiligen Einzelsignals 13 liegt.

Die zu übertragenden Einzelsignale 13 werden in einem Multi­ plexer 2 zu einem einzigen übertragenen optischen Signal 15 zusammengefasst. Das übertragene optische Signal 15 wird auf einer Übertragungsstrecke 14 von mehreren optischen Verstär­ kern 3 zwischenverstärkt. Am Ende der Übertragungsstrecke 14 wird das übertragene optische Signal 15 in einem Demultiple­ xer 11 wieder in seine ursprünglichen einzelnen Signale auf­ geteilt und in einer Anzahl optischer Empfänger 12, die der Anzahl der optischen Sender 1 entspricht, empfangen.

Zur Überprüfung, ob eine Leitungsunterbrechung in der Über­ tragungsstrecke 14 vorliegt, findet ein Auskoppeln A in einem Splitter 4 statt. Dadurch wird ein Teil des übertragenen op­ tischen Signals 15 als ausgekoppeltes optisches Signal 16 ei­ nem Pilottonempfänger 20 zugeleitet.

Im Pilottonempfänger 20 findet ein Umwandeln B des ausgekop­ pelten optischen Signals 16 in einem opto-elektrischen Wand­ ler 5 zu einem elektrischen Signal 17 statt.

Das elektrische Signal 17 wird einer Tiefpaßfilterung C1 und einer Amplitudenregelung C2 unterworfen. Dies geschieht in einem Tiefpaßfilter 6 bzw. in einem Amplitudenregler 7, der durch das mit Hilfe des Tiefpaßfilters 6 gewonnene Regelsig­ nal abgeregelt wird. Dadurch wird als Regelkriterium der Gleichlichtanteil verwendet, der die Summe der optischen Leistungen der Signale und des Geräusches, insbesondere des ASE, repräsentiert. Eine solche Abregelung ist nötig, da bei einer Unterbrechung der Leitung vor einem optischen Verstär­ ker, dieser bis zu seiner Sättigungsgrenze ASE emittiert. Das damit erzeugte Rauschen hat eine Leistung, die ein Vorhanden­ sein eines Signales vortäuschen könnte.

In einem anschließenden Bandpassfilter 8 findet ein Filtern D des elektrischen Signals 17 statt. Das Bandpassfilter 8 lässt nur Frequenzen im Bereich der Pilottöne, d. h. zwischen 10 kHz und 30 kHz durch. Dadurch wird zum einen die gesamte Leistung der Pilottöne durchgelassen, jedoch nur ein äußerst geringer Anteil des ASE. Das ASE enthält nämlich neben seiner Gleich­ stromkomponente, die die mittlere Leistung repräsentiert, zu­ sätzlich eine Rauschleistung derselben Größenordnung. Diese Rauschleistung ist jedoch, je nach optischer Bandbreite des emittierten ASE, über eine Bandbreite von ein bis einigen hundert Gigahertz als weißes Rauschen verteilt. Der Anteil des ASE, der in eine beispielsweise 10 kHz bis 30 kHz breite Auswertung hineinfällt, ist dann zu vernachlässigen. Außerdem ist die empfangsseitige Bandbreite, z. B. 10 kHz, gegenüber der äquivalenten Signalbandbreite von ca. 1,5 GHz bei einem Signal von 2,5 Gbit/s sehr gering. Selbst der sehr kleine An­ teil von nur einigen Prozent des Pilottons an diesem Signal reicht deshalb aus, um ein Vorliegen desselben sicher fest­ stellen zu können.

Dafür wird das gefilterte elektrische Signal 18 zum Gleich­ richten E einem Gleichrichter 19 und daran anschließend zum Erkennen F einem Schwellwertdetektor 9 zugeführt. Der Schwellwertdetektor 9 erkennt die Anwesenheit von mindestens einem Pilotton, falls eine Unterbrechungsfreiheit der Strecke vorliegt.

Nach dem Feststellen G, ob ein Pilotton vorliegt oder nicht, wird dies einer Steuervorrichtung 10 außerhalb des Pilotton­ empfängers 20 zugeleitet, die bei einer Leitungsunterbrechung sofort ein ALS durchführen kann.

Claims (6)

1. Verfahren zur Erkennung von Leitungsunterbrechungen in einem optischen WDM-System mit mindestens einem optischen Verstärker (3) auf einer optischen Übertragungsstrecke (14), wobei mindestens einem der zu übertragenden optischen Signale (13) ein Pilotton aufmoduliert ist, mit folgenden Schritten:

• - Auskoppeln (A) eines Teils des übertragenen, mit einem Pi­ lotton modulierten optischen Signals (15);
• - Umwandeln (B) des ausgekoppelten optischen Signals (16) in ein elektrisches Signal (17);
• - Tiefpaßfilterung (C1) des elektrischen Signals (17) zur Er­ zeugung eines Regelsignals;
• - Amplitudenregelung (C2) des elektrischen Signals (17) mit Hilfe des Regelsignals;
• - Filtern (D) des geregelten elektrischen Signals in einem schmalen Frequenzbereich um die Frequenz des mindestens ei­ nen Pilottons;
• - Gleichrichtung (E) des gefilterten elektrischen Signals (18);
• - Ermittlung (F) des Vorhandenseins des mindestens einen Pi­ lottons in einem Schwellwertdetektor (9) zum Erkennen (G) von Leitungsunterbrechungen auf der optischen Übertragungs­ strecke aufgrund keines vorliegenden Pilottons.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Amplitudenregelung (C2) als Regelsignal der Gleichstromanteil des elektrischen Signals (17) verwendet wird, wobei der Gleichstromanteil insbesondere durch ein Tiefpaßfilter (6) ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Pilottöne in einem schmalen Frequenzband zwischen 10 kHz und 30 kHz und unterhalb 100 kHz liegen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mindestabstand zwischen den Pilottönen 50 Hz beträgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung eines der vorgenannten Ver­ fahren mit einem Splitter (4) in der Übertragungsstrecke (14) und mit einem Pilotton­ empfänger (20), der einen opto-elektrischen Wandler (5) auf­ weist, an den sich ein Amplitudenregler (7), ein Tiefpaßfilter (6), ein Bandpassfilter (8), ein Gleichrichter (19) und ein Schwellwertdetektor (9) anschließen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Tiefpaßfilter (6) mit dem Ausgang des opto- elektrischen Wandlers (5) und mit dem Amplitudenregler (7) verbunden ist.