DE60019212T2 - Automatische Verstärkungssteuerung für optische Verstärker - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft allgemein Lichtwellenkommunikationssysteme und insbesondere Verstärkungsregelung für in solchen Lichtwellenkommunikationssystemen benutzte optische Verstärker.
  • STAND DER TECHNIK
  • Um den steigenden Bedarf an mehr Bandbreite und höheren Datenraten in den heutigen Netzen zu erfüllen, wird weitläufig Wellenmultiplex (WDM – wavelength division multiplex) in optischen Fernübertragungssystemen benutzt und wird für die Verwendung in Kurzstreckenanwendungen wie beispielsweise Stadtnetzen und dergleichen in Betracht gezogen. Wie wohlbekannt ist, werden bei WDM viele optische Kanäle jeweils mit einer anderen Wellenlänge für die gleichzeitige Übertragung als ein zusammengesetztes optisches Signal in einer einzigen optischen Faser kombiniert.
  • In Lichtwellenkommunikationssystemen werden gewöhnlich optische Verstärker als zwischengeschaltete Verstärker zum Anheben von Signalpegeln zum Kompensieren von Verlusten auf einem Übertragungsweg, als Leistungsverstärker zum Erhöhen der Senderleistung und als Vorverstärker zum Anheben von Signalpegeln vor Empfängern benutzt. In WDM-Systemen sind optische Verstärker wegen ihrer Fähigkeit, viele optische Kanäle gleichzeitig zu verstärken besonders nützlich. In WDM-Systemen werden vornehmlich mit seltener Erde dotierte faseroptische Verstärker wie beispielsweise Erbium-dotierte Faserverstärker benutzt, obwohl andere Arten optischer Verstärker wie beispielsweise optische Halbleiterverstärker ebenfalls in solchen Systemen Anwendung finden können.
  • In einem optisch verstärkten WDM-System können Signalleistungsausschläge im WDM-Signal ein bedeutendes Problem darstellen. Signalleistungsausschläge können in Folge der Zufügung oder des Abwerfens von optischen Kanälen, von Netzumkonfigurierungen, Ausfällen oder Wiederherstellung nach Ausfällen und so weiter entstehen. Wie hiernach benutzt soll der Begriff überlebende optische Kanäle diejenigen optischen Kanäle bezeichnen, die im WDM-Signal noch nach Auftreten einer Zufügung/eines Abwerfens vorhanden sind. Beispielsweise kann das Hinzufügen oder Abwerfen von einzelnen Kanälen eines WDM-Signals Änderungen der Eingangsleistung verursachen, was wiederum Änderungen der Verstärkung wie auch Schwankungen der Leistungspegel in den überlebenden optischen Kanälen zur Folge hat. Anders gesagt wird, da die Ausgangsleistung eines optischen Verstärkers nicht entsprechend den Änderungen der Eingangsleistung reagiert, die optische Leistung pro übrigbleibenden Kanal schwanken. Wenn man einen ungeregelten optischen Verstärker als Beispiel nimmt, steigt bei Herausnahme von 4 aus 8 Kanälen in einem WDM-Signal die Leistung in jedem übrigbleibenden Kanal dann zum Doppelten seiner ursprünglichen Kanalleistung, um die Ausgangsleistung des gesättigten Verstärkers zu bewahren. Diese erhöhte Verstärkung pro Kanal und Leistungserhöhung pro Kanal kann zu Übertragungsstabilisierungsproblemen, unannehmbarer Verschlechterung des Bitfehlerverhältnisses, wenn die Leistungsschwankungen nicht innerhalb des dynamischen Bereichs der Empfängerdemodulationseinrichtung sind, wie auch anderen leistungsbezogenen Problemen führen. Beispielsweise können übrigbleibende Kanäle Fehler erfahren, wenn Kanäle herausgenommen werden, da die Leistung in den übrigbleibenden Kanälen Schwellwerte für nicht lineare Effekte wie beispielsweise Brillouin-Effekt überschreiten können. Auch können übrigbleibende Kanäle Fehler erfahren, wenn Kanäle hinzugefügt werden, was zu einer Verschlechterung des optischen Signal-Rausch-Verhältnisses (OSNR – Optical Signal To Noise Ratio) oder noch ernsthafteren Verschlechterungen führt, wenn die Leistung in den übrigbleibenden Kanälen unter die Empfindlichkeitsschwellen am Empfänger abfällt.
  • Da zusätzlich die Verstärkung eines optischen Verstärkers in Regelungsanordnungen des Standes der Technik nicht schnell genug als Reaktion auf Änderungen der Eingangsleistung geregelt werden kann, können Leistungsspitzen in der Gesamtausgangsleistung des optischen Verstärkers auftreten. Leistungsspitzen werden auch in der Gesamtausgangsleistung eines ungeregelten optischen Verstärkers auftreten. Leistungsspitzen werden auch in der Gesamtausgangsleistung eines ungeregelten optischen Verstärkers auftreten. Diese Leistungsspitzen können die Systemleistung beeinträchtigen, z.B. durch Verschlechterung der Bitfehlerverhältnisleistung, durch Beschädigung von Empfängerbauteilen, wenn die Leistungspegel Schwellwerte übersteigen und so fort. Wie zu erwarten ist, sind Änderungen der Eingangsleistung und resultierende Verstärkungsschwankungen besonders für Systeme problematisch, bei denen eine große Verkehrsmenge hinzugefügt und herausgenommen wird, z.B. Stadtnetze, Systeme mit Wellenlängen-Add/Drop-Multiplexern oder optischen Koppelfeldern und so weiter.
  • Zum Regeln von Signalleistungsausschlägen oder -übergangsvorgängen sind viele verschiedene Verstärkungsregelungsanordnungen vorgeschlagen worden. Bei einigen Verstärkungsregelungsanordnungen wird eine Rückkopplungsschleife zum Regeln des Betrags an dem optischen Verstärker zugeführter Pumpleistung auf Grundlage von Messungen der Gesamtausgangsleistung des optischen Verstärkers benutzt. Dieses Verfahren zur Verstärkungsregelung ist jedoch nicht schnell genug, um auf die plötzlichen Leistungsänderungen am Eingang des optischen Verstärkers zu reagieren. Auf ähnliche Weise ist von manchen eine Vorwärts-Kompensation unter Ver wendung einer Niederfrequenz-Regelschleife wie auch auf Software basierende Verstärkungsregelungsanordnungen vorgeschlagen worden. In jedem dieser Fälle ist noch kein Verstärkungsregelungsverfahren demonstriert worden, dessen Reaktionszeiten schnell genug sind, um die Leistungsausschläge überbleibender Kanäle als Funktion der Eingangsleistungsschwankungen zu begrenzen. Ein weiteres wohlbekanntes Verfahren ist Verstärkungsbegrenzung, aber unwirksame Pumpleistungsnutzung ist ein bekanntes Problem bei verstärkungsbegrenzten optischen Verstärkern.
  • In WO-A-98/11 682 ist ein optisches System offenbart, das einen optischen Verstärker und eine Regelschaltung zum Regeln der Ausgangsleistung des Verstärkers unter Verwendung eines Vorwärts-Regelungsverfahrens umfaßt. Insbesondere umfaßt das Vorwärts-Regelungsverfahren einen Vorwärtsregelungsblock zum Messen der Gesamteingangsleistung des Verstärkers und Bereitstellen eines Abrufsignals des Vorwärtsregelungsverfahrens zum Regeln der dem Verstärker zugeführten Pumpleistung. Der Vorwärtsregelungsblock stellt eine nichtlineare Funktion der gesamten optischen Leistung bereit.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Anordnung und ein Verfahren gemäß der Erfindung entsprechen den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausführungsformen entsprechen den abhängigen Ansprüchen.
  • In einem optisch verstärkten WDM-System (wavelength division multiplexed) mit einem WDM-Signal mit einer Mehrzahl von optischen Kanälen wird die Verstärkung der optischen Kanäle pro Kanal trotz Änderungen der Eingangsleistung am optischen Verstärker, wie beispielsweise wenn einzelne optische Kanäle des WDM-Signals hinzugefügt und herausgenommen werden, relativ konstant gehalten. Insbesondere wird die Verstärkung eines optischen Verstärkers in einem auf Vorwärtsregelung basierenden Regelungsverfahren durch Regeln des Betrags an dem optischen Verstärker zugeführter Pumpleistung als Funktion von Änderungen der gemessenen optischen Eingangsleistung, die in einem Vorwärts-Überwachungsweg gemessen werden, geregelt. Der Betrag an Pumpleistung zum Bewirken von Verstärkungsregelung wird gemäß einem skalierten Verhältnis zur gemessenen Eingangsleistung des optischen Verstärkers eingestellt. Durch direktes Regeln der Pumpleistung als Reaktion auf Änderungen der Eingangsleistung kann die Verstärkung des optischen Verstärkers in einer beispielhaften Ausführungsform in einer Submikrosenkunden-Zeitskala von der Zeit der Erkennung einer Änderung der Eingangsleistung ab geregelt werden. Damit kann die Verstärkungsregelung bewirkt werden, ehe Änderungen der Eingangsleistung das Verstärkungsmittel des optischen Verstärkers erreichen. Darüber hinaus werden durch Aufrechterhalten einer relativ konstanten Verstärkung pro Kanal in einem verstärkten WDM-Signal trotz Änderungen der Eingangsleistung am optischen Verstärker die Leistungsausschläge in überbleibenden optischen Kanälen des WDM-Signals, d.h. denjenigen am Ausgang des optischen Verstärkers, wesentlich verringert.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfaßt ein WDM-System mindestens einen Erbium-dotierten optischen Verstärker zum Verstärken eines WDM-Signals mit einer Mehrzahl von optischen Kanälen. Der optische Verstärker ist an eine Pumpquelle angekoppelt und empfängt Pumplicht von ihr. An einer Stelle stromaufwärts des Eingangs des optischen Verstärkers ist das WDM-Signal über einen Vorwärts-Überwachungsweg an eine optische Überwachungsanordnung angekoppelt, die die Gesamteingangsleistung des WDM-Signals erkennt und mißt. Als Reaktion auf schnelle Änderungen der Eingangsleistung (z.B. Hinzufügen/Herausnehmen, Ausfall usw.), regelt die an die Pumpquelle angekoppelte Regelungsschaltung den Betrag an dem optischen Verstärker zugeführter Pumpleistung. Infolgedessen wird die Verstärkung geregelt, ehe Änderungen der Eingangsleistung das Verstärkungsmittel des optischen Verstärkers erreichen, so daß die Leistungspegel überbleibender optischer Kanäle trotz Änderungen der Eingangsleistung minimale Leistungsausschläge erfahren. Beispielsweise ist die Leistung eines überbleibenden Kanals am Ausgang des optischen Verstärkers ungeachtet dessen, wie viele Kanäle und wieviel Leistung am Eingang des optischen Verstärkers zugeführt wird, relativ konstant. Natürlich muß die Eingangsleistung aus Gründen bezüglich der Vorrichtungs- und Systemstabilität, der Physik und so weiter innerhalb gewisser Grenzen bleiben.
  • Gemäß den Grundsätzen der Erfindung kann eine schnelle Verstärkungsregelung erreicht werden, wenn neue optische Kanäle hinzugefügt oder aus dem WDM-Signal herausgenommen werden, in der Gegenwart von Ausfällen oder Wiederherstellung nach Ausfällen, z.B. Senderausfall, wenn Kanäle wie bei Koppelfeldern umgeleitet werden, und so weiter.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung kann nach Betrachtung der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung erhalten werden. In der Zeichnung ist.
  • 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 ein vereinfachtes Schaltschema einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 eine Aufzeichnung von Pumpleistung als Funktion der Eingangsleistung, die zum Verständnis der Grundsätze der Erfindung behilflich ist;
  • 4 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform der in 2 dargestellten Regelungsschaltungen;
  • 5 eine graphische Aufzeichnung der Leistung in einem überbleibenden optischen Kanal, die beim Verständnis der Grundsätze der Erfindung behilflich ist;
  • 6 ein vereinfachtes Schaltschema einer weiteren beispielhaften Ausführungsform, die einen weiteren Aspekt der Erfindung darstellt; und
  • 7 ein Flußdiagramm der Verfahrensschritte zum Einstellen von Pumpleistung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Obwohl die hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen besonders gut zur Verwendung in einem WDM-System (wavelength division multiplexed) mit mit seltener Erde dotierten faseroptischen Verstärkern wie beispielsweise Erbium-dotierten Faserverstärkern geeignet sind und in diesem beispielhaften Zusammenhang beschrieben werden, wird der Fachmann aus der hiesigen Lehre verstehen, daß die Grundsätze der Erfindung auch in Verbindung mit anderen Arten von optischen Kommunikationssystemen und anderen Arten von optischen Verstärkern und Verstärkerpumpanordnungen eingesetzt werden können. Dementsprechend sollen die hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen nur beispielhaft und nicht begrenzend sein.
  • 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild, das die Grundsätze der Erfindung darstellt. Kurz gesagt ist der optische Verstärker 101 zum Empfang eines WDM-Signals mit einzelnen optischen Kanälen an die optische Faser 105 angekoppelt, wobei jedem Kanal eine bestimmte Wellenlänge zugeordnet ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der optische Verstärker 101 ein mit seltener Erde dotierter faseroptischer Verstärker wie beispielsweise ein Erbium-dotierter Faserverstärker sein. Die Pumpquelle 110 wird auf herkömmliche Weise zur Abgabe von Pumpleistung benutzt, um das Verstärkungsmittel des optischen Verstärkers 101 zum Verstärken des als Eingabe in den optischen Verstärker 101 bereitgestellten WDM-Signals zu erregen. Die Pumpquelle 110 kann eine Halbleiter-Laserpumpbaugruppe wie beispielsweise eine Laserdiodenpumpe oder jede andere geeignete, in der Technik bekannte Pumpquelle sein. Dem Fachmann sind verschiedene Arten von optischen Verstärkern und Pumpanordnungen wohlbekannt.
  • Gemäß den Grundsätzen der Erfindung wird die Pumpsteuerung 120 zum Regeln des durch die Pumpquelle 110 gelieferten Betrags an Pumpleistung benutzt. Durch Ändern des Betrags an Pumpleistung wird daher der Betrag an durch den optischen Verstärker 101 bereitgestellter Verstärkung geregelt. In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird Verstärkungsregelung als Funktion der überwachten Eingangsleistung in dem optischen Verstärker 101 bewirkt. Insbesondere wird durch den optischen Abgriff 130 ein Teil der optischen Signalleistung von der optischen Faser 105 zur optischen Überwachungsvorrichtung 140 abgezweigt oder sonstwie angekoppelt. Die optische Überwachungsvorrichtung 140 mißt den Betrag an Eingangsleistung im abgezweigten WDM-Signal und liefert diese Messung zur Pumpensteuerung 120. Nach der Darstellung bildet der optische Abgriff 130 und die optische Überwachungsvorrichtung 140 einen Vorwärtskopplungsweg, so daß die Verstärkung des optischen Verstärkers konstant gehalten werden kann, wenn sich die Pumpleistung als Funktion von Eingangsleistungsänderungen im WDM-Signal verändert. Wie schon erwähnt können Eingangsleistungsänderungen beispielsweise dann eintreten, wenn einzelne optische Kanäle hinzugefügt oder aus dem WDM-Signal herausgenommen werden.
  • 2 zeigt ein ausführlicheres Schaltschema der Elemente, die in 1 dargestellt und beschrieben wurden. Insbesondere ist der optische Verstärker 201 in dieser beispielhaften Ausführungsform als zweistufiger optischer Verstärker mit der ersten Stufe 202 und zweiten Stufe 203 dargestellt. Zweistufige optische Verstärker sind dem Fachmann wohlbekannt. Es ist jedoch zu beachten, daß die Grundsätze der Erfindung auch bei einstufigen oder sonstigen mehrstufigen Verstärkeranordnungen angewandt werden können. 2 zeigt eine herkömmliche Vorwärts-Pumpanordnung für einen zweistufigen optischen Verstärker, bei dem eine erste Pumpquelle 211 zum Zuführen von Pumplicht zur ersten Verstärkerstufe 202 und eine zweite Pumpquelle 212 zum Zuführen von Pumplicht zur zweiten Verstärkerstufe 203 benutzt werden, beide in einer Mitausbreitungsrichtung, d.h. in derselben Ausbreitungsrichtung wie das Signallicht. Andere Pumpanordnungen werden ausführlicher unten beschrieben, z.B. rückwärts-(Gegenausbreitungsrichtungs-)Pumpanordnungen, hybride Pumpanordnungen usw. Pumpquellen 211 und 212 können unter Verwendung wohlbekannter Bauteile realisiert werden, z.B. Laserdioden oder anderer geeigneter optischer Quellen, zum Zuführen von Pumplicht in die optische Faser 205 zum Erregen des Verstärkungsmittels (z.B. Seltenerde-Dotiermittel) der ersten und zweiten Verstärkerstufen 202 bzw. 203, um das auf die optische Faser 205 auftreffende optische WDM-Signal zu verstärken.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die erste Verstärkerstufe 202 unter Verwendung einer Pumpquelle 211 mit einer Wellenlänge von 980 nm gepumpt werden, während die zweite Verstärkerstufe 203 unter Verwendung einer Pumpquelle 212 mit einer Wellenlänge von 1480 nm gepumpt werden kann. Diese Anordnung und Auswahl von Pumpwellenlängen ist wohlbekannt und soll nur beispielhaft und nicht auf irgendwelche Weise begrenzend sein, da andere Pumpanordnungen und Pumpwellenlängen ebenfalls benutzt werden können. Fortfahrend mit der in 2 gezeigten Ausführungsform ist Pumplicht unter Verwendung herkömmlicher wellenlängenselektiver Koppler 207 und 208 an die erste und zweite Verstärkerstufe 202 bzw. 203 angekoppelt. 2 zeigt auch eine herkömmliche Pumpüberwachungsanordnung für jede der Pumpquellen 211 und 212. Insbesondere ist die Ausgabe der Pumpquelle 211 hier als unter Verwendung eines durch den Koppler 214 erleichterten wohlbekannten Stirnflächenkopplererkennungsverfahren überwacht dargestellt. Die hier als Pmon,1 dargestellte Ausgangsleistung der Pumpquelle 211 ist an das Regelelement 220 angekoppelt, das ausführlicher unten beschrieben wird. Die Ausgabe der Pumpquelle 212 ist hier als unter Verwendung eines durch die Rückfläche der als Pumpquelle 212 benutzten Laserdiode erleichterten wohlbekannten Rückflächenerkennungsverfahrens überwacht dargestellt. Auf ähnliche Weise ist die hier als Pmon,2 dargestellte Ausgangsleistung der Pumpquelle 212 an das Regelungselement 220 angekoppelt, das ebenfalls ausführlicher unten beschrieben wird. Es ist zu beachten, daß die hier dargestellten und beschriebenen Pumpüberwachungsanordnungen nur beispielhaft und nicht auf irgendwelche Weise begrenzend sein sollen.
  • Der Koppler 230 wird zum Abzweigen eines Bruchteils der Eingangsleistung des WDM-Signals benutzt, das sich entlang der optischen Faser 205 fortpflanzt. Der Koppler 230 kann irgendeine wohlbekannte Vorrichtung zum Abzweigen eines Teils der optischen Signalenergie sein, wie beispielsweise ein 98/2-Fraktional-Koppler, der im Handel von vielen Bauteillieferanten erhältlich ist. Der abgezweigte Teil des Eingangssignals wird dann vom Fotodetektor 240 erkannt, der wiederum eine beliebige wohlbekannte Vorrichtung zum Umwandeln optischer Signalenergie in ein entsprechendes elektrisches Signal zur entsprechenden Demodulation von optischer Signalleistung sein kann. Es ist von Bedeutung, daß der Fotodetektor 240 gemäß den Grundsätzen der Erfindung zum Erkennen und Messen der Gesamteingangsleistung des WDM-Signals benutzt wird, die als Eingang in den optischen Verstärker 201 geliefert wird.
  • Die vom Fotodetektor 240 erkannte Gesamteingangsleistung wird als elektrische Eingabe dem Regelungselement 220 zugeführt, so daß eine zutreffende Verstärkungsregelung für den optischen Verstärker 201 bewirkt werden kann. Das Regelungselement 220 enthält Regelungsschaltungen, die auf die erkannte Gesamteingangsleistung PIN reagieren, um entsprechende Pumpantriebsströme für die jeweiligen Pumpquellen 211 und 212 zu erzeugen. Insbesondere liefert das Regelungselement 220 den elektrischen Antriebsstrom IF,1 zum Antreiben der Pumpquelle 211 zur Abgabe eines zutreffenden Betrags an Pumpleistung an die erste Verstärkerstufe 202. Auf ähnliche Weise liefert das Regelungselement elektrischen Antriebsstrom IF,2 zum Antreiben der Pumpquelle 212 zur Abgabe eines zutreffenden Betrags an Pumpleistung an die zweite Verstärkerstufe 203.
  • Da die Verstärkungsregelung gemäß den Grundsätzen der Erfindung auf Vorwärtsregelung beruht, beruht das Berechnen des zutreffenden Betrags an Pumpleistung zum Bewirken von Verstärkungsregelung daher auf der gemessenen Eingangsleistung ohne Kenntnis der optischen Ausgangsleistung. Für kleine Änderungen der Eingangsleistung ist die Ausgangsleistung im wesentlichen eine lineare Funktion der in den Verstärker eingespeisten Pumpleistung. Diese Linearität besteht jedoch möglicherweise nicht, wenn es größere Änderungen der Eingangsleistung gibt, z.B. größere Leistungsübergangsvorgänge. Man betrachte beispielsweise ein 40-Kanal-System. Bei relativ niedriger optischer Eingangsleistung (z.B. bei Gegenwart von 4 Kanälen) kann die Menge erzeugten Rauschens im Vergleich dazu, wenn die optische Eingangsleistung relativ hoch ist (z.B. voll mit 40 gegenwärtigen Kanälen belastet) höher sein. Wenn daher ein großer Abfall der Eingangsleistung stattfindet (z.B. wenn die Zählung überlebender Kanäle von 40 auf 4 Kanäle abfällt), könnte wegen der erhöhten Auswirkung von Rauschen auf die wenigeren Kanäle und die niedrigere Eingangsleistung mehr Pumpleistung erforderlich sein.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist erkannt worden, daß der zutreffende Betrag an Pumpleistung PPUMP zum Erreichen des gewünschten Ziels als Funktion der Eingangsleistung PIN gemäß dem folgenden Verhältnis berechnet werden kann: PPUMP = C1 + (C2 × PIN) , wobei C1 und C2 Koeffizienten sind, die ausführlicher unten beschrieben werden. Für einen zweistufigen optischen Verstärker wie den optischen Verstärker 201 in der 2 wird in der vorliegenden Ausführungsform in Betracht gezogen, daß zwei Sätze von Koeffizienten, einer für jede der Stufen, vorhanden sein würden. Dabei wird die Schreibweise für die Koeffizienten als Ci,j dargestellt, wobei i die optische Verstärkerstufe (z.B. erste Stufe 202 oder zweite Stufe 203) und j den bestimmten Koeffizienten darstellt. Im vorliegenden Beispiel entspricht C1,1 daher dem ersten Koeffizienten für die erste optische Verstärkerstufe 202, C1,2 dem zweiten Koeffizienten für Stufe 202, C2,1 dem ersten Koeffizienten für die zweite optische Verstärkerstufe 203 und C2,2 dem zweiten Koeffizienten für Stufe 203. Es ist zu beachten, daß dieses Beispiel beispielhaft und nicht begrenzend sein soll, da dem Fachmann andere Abänderungen offenbar sein werden, z.B. ein Satz Koeffizienten für beide Stufen, und so weiter.
  • 3 zeigt einen beispielhaften Verlauf von Pumpleistung PPUMP für eine einzelne Verstärkerstufe einer Funktion der Eingangsleistung PIN, der zur Ableitung der Koeffizienten Ci,j gemäß den Grundsätzen der Erfindung benutzt werden kann. In der Darstellung stellen Linien 301 und 302 zwei Sätze von Auf zeichnungen von Pumpleistung PPUMP über PIN für eine einzelne Verstärkerstufe bei zwei verschiedenen Betriebsbedingungen dar. Beispielhaft könnte die Linie 301 den Verlauf von PPUMP über PIN für einen ersten Verstärkungspegel, z.B. 20dB darstellen, und die Linie 302 könnte den Verlauf von PPUMP über PIN für einen zweiten Verstärkungspegel, z.B. 23dB darstellen. Es ist zu beachten, daß die Anzahl von Aufzeichnungen und die bestimmten mit jeder Aufzeichnung verbundenen Verstärkungswerte nach der Darstellung in 3 nur beispielhaft und nicht auf irgendwelche Weise begrenzend sein sollen. Beispielsweise sind der Einfachheit der Darstellung und Erläuterung halber hier nur zwei Aufzeichnungen dargestellt. Um Aufzeichnungen abzuleiten, würde man beispielsweise einen bestimmten Verstärkungswert, z.B. 20dB für die Linienaufzeichnung 301 auswählen und dann den Betrag an Pumpleistung PPUMP messen, der zum Erreichen dieser Verstärkung mit verschiedenen Werten von Eingangsleistung PIN erforderlich ist. Das Ergebnis würde eine Reihe von Punkten sein, z.B. hier entlang Linien 301 und 302 dargestellt. Es ist zu beachten, daß die für die Aufzeichnungen ausgewählten bestimmten Verstärkungswerte eine Angelegenheit der Auslegungswahl sind und auf solchen Faktoren wie Art des optischen Verstärkers, gewünschte Systemleistung und so weiter beruhen können.
  • Die Koeffizienten Ci,j werden dann aus den Aufzeichnungen 301 und 302 abgeleitet. Insbesondere ist festgestellt worden, daß ein erster Koeffizient Cn,1 einen direkten Versatz an der Ausgabe des Pumplasers, d.h. PPUMP bei niedrigeren Pegeln der Eingangsleistung PIN darstellen sollte. In der 3 wird Cn,1 wie bei Punkten 310 und 311 dargestellt (d.h. am Schnittpunkt mit der y-Achse) für Linien 301 bzw. 302 gemessen. Damit wird Cn,1 zum dominanten Koeffizienten bei niedrigeren Pegeln der Eingangsleistung PIN. Auch ist festgestellt worden, daß die Verwendung eines zweiten Koeffizienten Cn,2 als Steilheitsfaktor die Pumpleistung PPUMP effektiv zum Kompensieren der Pumpleistung PPUMP benutzt werden kann. In der 3 wird Cn,2 beispielsweise an Punkten 320 und 321 für Linien 301 bzw. 302 gemessen. Wie zu erwarten wird Cn,2 zum dominanten Koeffizienten bei höheren Pegeln der Eingangsleistung PIN.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird die Berechnung von Pumpleistung unter Verwendung des Verhältnisses PPUMP = C1 + (C2 × PIN) in Hardware ausgeführt, so daß Verstärkungsregelung in der Größenordnung von Submikrosekunden (μsec), z.B. viel weniger als 1 μsec realisiert werden kann, wenn nötig. Die gewünschte Reaktionszeit kann auch dementsprechend auf Systemerfordernissen beruhen. Beispielsweise können einige Systeme längere Reaktionszeiten zulassen. Der wichtige Aspekt ist hier jedoch, daß Verstärkung wenn nötig auf sehr schnelle Submikrosekundenbasis geregelt werden kann. Das heißt, die Pumpleistung kann zum Regeln der Verstärkung des optischen Verstärkers in einer Submikrosekunden-Zeitskala von der Zeit der Erkennung einer Änderung der Eingangsleistung ab geändert werden. Eine solche Hardwareimplementierung ist in 4 dargestellt. Insbesondere zeigt die 4 ein vereinfachtes Blockschaltbild der durch Schaltungen in dem Regelungselement 220 ausgeführten Operationen zum Ableiten der zutreffenden Pumpleistung entsprechend dem Verhältnis PPUMP = C1 + (C2 × PIN) Anfänglich können die Koeffizienten Ci,j auf Grundlage der Eigenschaften und Betriebsparameter des bestimmten optischen Verstärkers definiert werden.
  • Während die Koeffizienten Ci,j zur Bestimmung des zutreffenden Betrags an durch die Pumpquelle gemäß der Verstärkungsregelungsanordnung zu liefernder Pumpleistung benutzt werden, ist zu bemerken, daß es Grenzen dafür geben wird, wie weit die Pumpleistung geändert werden kann. Beispielsweise kann der Mindestbetrag an durch die Pumpquelle zu liefernder Pumpleistung durch einen Schwellwert diktiert werden, der beispielsweise auf die Stabilität des Pumplasers bezogen ist. Auf ähnliche Weise wird ein Pumplaser eine maximal zulässige Ausgangspumpleistung aufweisen, die durch einige oder alle der folgenden diktiert sein können: Vorrichtungserfordernisse des Pumplasers; Erfordernisse des optischen Verstärkers, Systemerfordernisse und so weiter.
  • Auch ist zu bemerken, daß 4 nur ein vereinfachtes Diagramm darstellt und daß das Regelungselement 220 viele andere Komponenten zum Ausführen anderer Regelungsfunktionen enthalten wird, die nicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen.
  • Von der Multiplikatorschaltung 401 wird die vom Fotodetektor 240 (2) gemessene Gesamteingangsleistung mit dem zweiten Pumpleistungskoeffizienten Cn,2 multipliziert, wobei n in Abhängigkeit davon, welcher Pumpquellenantriebsstrom berechnet wird, entweder die erste oder die zweite Stufe darstellt. Die Ausgabe des Multiplikators 401 wird dann in der Addiererschaltung 402 zum ersten Pumpleistungskoeffizienten Cn,1 hinzu addiert. Es ist zu bemerken, daß das Regelungselement 220 unter Verwendung wohlbekannter Schaltungen und Verfahren implementiert werden kann.
  • 5 zeigt beispielhafte Ergebnisse, die unter Verwendung des Verstärkungsregelungsverfahrens gemäß den Grundsätzen der Erfindung erzielt wurden. Insbesondere zeigt die 5 einen Verlauf von Leistung eines überbleibenden Kanals am Ausgang des optischen Verstärkers als Funktion von Zeit als Reaktion auf Eingangsleistungsänderungen. Die Aufzeichnung 501 stellt den Eingangsleistungspegel, die Aufzeichnung 502 die Leistung eines überbleibenden Kanals am optischen Verstärkerausgang bei Anwendung der Grundsätze der Erfindung und die Aufzeichnung 503 die Leistung des überbleibenden Kanals am optischen Verstärkerausgang ohne Nutzen der Erfindung dar. Das in 5 gezeigte Beispiel stellt eine zeitlich aufgelöste Reaktion des optischen Verstärkers auf eine 3-dB-Änderung der Eingangsleistung (d.h. 50%) für einen überbleibenden Kanal mit einer Wellenlänge von 1559,8 nm dar. Dieses Beispiel soll jedoch nur beispielhaft sein. Wie durch Aufzeichnungen 501 und 503 dargestellt und wie schon beschrieben, erhöht sich bei abnehmender Eingangsleistung die Leistung eines überbleibenden Kanals ohne Nutzen des Regelungsverfahrens der vorliegenden Erfindung. Wie beschrieben ist diese Leistungssteigerung im überbleibenden Kanal aus mehreren Gründen unerwünscht, z.B. leistungsabhängige optische Beeinträchtigungen wie beispielsweise stimulierter Brillioun-Effekt (SBS – stimulated brillioun scattering), höhere Bitfehlerverhältnisse und so weiter. Wenn Verstärkungsregelung gemäß den Grundsätzen der Erfindung implementiert wird, ist wie durch Aufzeichnung 502 dargestellt der Leistungsausschlag im überbleibenden Kanal bedeutend verringert.
  • 5 zeigt auch die Eigenschaft der Leistungsänderung im überbleibenden Kanal zum Zeitpunkt der Eingangsleistungsänderung. Wie durch Aufzeichnung 502 gezeigt, sind die Leistungsausschläge zu dem Zeitpunkt der Änderung der Eingangsleistung (Aufzeichnung 501) minimal. Demgegenüber ist die Leistungsänderung der überbleibenden Kanäle bei Verwendung von Anordnungen des Standes der Technik (z.B. Verstärkungsbegrenzung, auf Software basierende Regelung usw.) typischerweise durch Spitzen, Schwingungen und sonstige Abnormalitäten gekennzeichnet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Betrag an Pumpleistung, der zum Bewirken von Verstärkungsregelung benutzt wird, weiter auf periodischer oder ereignisgesteuerter Basis eingestellt oder sonstwie abgestimmt werden. Insbesondere können Betriebsziele für die Hardware-Regelungsschaltungen (z.B. Regelungselement 220), die die Pumpleistungspegel der Pumpquellen regeln, festgelegt, aktualisiert, aufgefrischt und unterhalten werden, um solche Faktoren wie Änderungen der Kanalzählung, Wirkungsgrad des optischen Verstärkers (z.B. verursacht durch Alterung des optischen Verstärkers, wärmeinduzierte Schwankungen usw.), sonstige Übertragungsbeeinträchtigungen (z.B. Bereichsverluste); und so weiter zu berücksichtigen. Im allgemeinen ist die in den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebene schnelle Verstärkungsregelung für „schnelle" Änderungen der Eingangsleistung, z.B. Hinzufügung/Herausnahme, Ausfallzustände und so weiter bestimmt. Andererseits kann der Betrag an Pumpleistung auch auf Grundlage „langsamer" Änderungen eingestellt werden, die durch solche Faktoren wie Alterung der Vorrichtung, Temperatur, um nur einige zu erwähnen, getrieben werden.
  • Es ist beispielsweise wohlbekannt, daß die Wellenlänge eines Pumplasers in Abwesenheit irgendeiner anderen Stabilisierung (z.B. durch ein Faser-Bragg-Gitter) sich in Abhängigkeit von Temperatur (z.B. Chip-Temperatur) ändern kann. Obwohl ein Laserchip typischerweise temperaturstabilisiert ist, wird ein höherer Strom durch den Laser-Chip eine höhere interne Temperatur ergeben, die wiederum eine höhere Emissionswellenlänge des Pumplasers ergeben kann. Da der Wirkungsgrad eines Erbium-dotierten Faserverstärkers von der Wellenlänge des Pumplasers abhängig ist, könnte eine Änderung der Emissionswellenlänge des Pumplasers den Wirkungsgrad des Verstärkers so beeinflussen, daß sich die Ausgangsleistung nicht linear mit der Pumpleistung ändert, besonders für große Leistungsübergangsvorgänge. Die Pumpleistung würde daher weiter eingestellt werden müssen, um diesen Effekt zu berücksichtigen.
  • 6 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform zum Regeln der Pumpleistungseinstellungen angesichts der obigen Betrachtungen. Der Kürze halber wird der Aufbau und die Funktion von in der 6 gezeigten Elementen, die die gleichen wie oben beschrieben sind (z.B. 2), nicht wiederholt werden. Nach der Darstellung wird vom Ausgangskoppler 701, der ein beliebiger wohlbekannter Fraktional-Koppler oder eine Vorrichtung mit gleichwertiger Funktion sein kann, ein Teil der als Ausgabe vom Verstärker 201 gelieferten Signalleistung abgezweigt. Nur beispielhafterweise kann der Koppler 701 der sogenannte oben beschriebene Kopplertyp 98/2 sein, bei dem annähernd 2% der Signalleistung im WDM-Signal abgezweigt und auf den Pfad 702 geleitet wird. Nach der Darstellung wird die abgezweigte Signalleistung dann zu einem herkömmlichen Fotodetektor 703 geleitet, dessen Funktionsweise der oben für den Fotodetektor 240 beschriebenen ähnlich ist, nur wird der Fotodetektor 703 zum Erkennen der Gesamtausgangsleistung Pout des abgezweigten WDM-Signals benutzt. Es ist jedoch zu beachten, daß obwohl die Grundsätze der Funktionsweise von Fotodetektoren 240 und 703 sehr ähnlich sind, die Leistungserfordernisse (und damit die im System benutzte bestimmte Vorrichtung) sehr unterschiedlich sein können. Insbesondere muß der Fotodetektor 240 auf einer Submikrosekunden-Zeitskala auf die „schnellen" Änderungen der Eingangsbedingungen reagieren, während der Fotodetektor 703 „langsame" Änderungen mißt, die sogar von der Größenordnung von Millisekunden oder langsamer sein können.
  • Auch wird die abgezweigte Signalleistung vom Pfad 702 zu einer optischen Überwachungsvorrichtung (OMON) 704 geleitet, die unter anderen Informationen die Anzahl optischer Kanäle im WDM-Signal ableiten kann. Die optische Überwachungsvorrichtung 704 kann auch unter Verwendung verschiedener Vorrichtungen und Verfahren implementiert sein, die dem Fachmann wohlbekannt sind.
  • Beispielsweise könnte eine optische Überwachungsvorrichtung 704 unter anderen Elementen einen (nicht gezeigten) optischen Spektrumanalysator zum Ableiten der Anzahl optischer Kanäle enthalten.
  • Die Ausgabe von der optischen Überwachungsvorrichtung 704 (z.B. Kanalzählung, Rauschleistung usw.) und die Ausgabe vom Fotodetektor 703 (z.B. gemessener Gesamtausgangsleistung, POUT) werden beide dem Mikroprozessor 710 zur Berechnung der oben erwähnten Pumpleistungskoeffizienten zugeführt, die dann wie oben beschrieben dem Regelungselement 220 zugeführt werden, um den Betrag an durch die jeweiligen Pumpquellen 211 und 212 entsprechend dem vorher beschriebenen Verstärkungsregelungsverfahren gelieferter Pumpleistung abzuändern. Die Pumpleistungskoeffizienten sind wiederum mit der Schreibweise Ci,j bezeichnet, wobei C1,1 dem ersten Koeffizienten für die erste optische Verstärkerstufe 202, C1,2 dem zweiten Koeffizienten für die Stufe 202, C2,1 dem ersten Koeffizienten für die zweite optische Verstärkerstufe 203 und C2,2 dem zweiten Koeffizienten für die Stufe 203 entspricht. Auch empfängt der Mikroprozessor 710 als Eingabe wie oben beschrieben die vom Fotodetektor 240 gemessene Gesamteingangsleistung.
  • Das vereinfachte Flußdiagramm in der 7 zeigt die Schritte zur Durchführung von Einstellungen des Betrags an Pumpleistung, der in der Verstärkungsregelungsanordnung gemäß den Grundsätzen der Erfindung benutzt wird. Der Einfachheit der Darstellung und Erläuterung halber werden die in 7 gezeigten Schritte unter Bezugnahme auf die in 6 gezeigte Ausführungsform beschrieben. Es ist zu beachten, daß die in 7 gezeigten Schritte in Software implementiert sein können und von der Größenordnung von Millisekunden oder auch langsamer implementiert sein können. Insbesondere beschreiben die Schritte in 7 ein Verfahren, das zum Kompensieren der obenerwähnten „langsamen" Änderungen benutzt werden kann. Darüber hinaus soll das in 7 aufgeführte Verfahren als ein Verfahren zur „Feinabstimmung" der Ausgangsleistung pro Kanal der übrigbleibenden Kanäle dienen, da der größte Teil der Korrektur bereits als Teil des in den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebenen schnellen Verstärkungsregelungsverfahrens bewirkt worden ist.
  • Im Schritt 801 wird von der optischen Überwachungsvorrichtung 704 (6) die Anzahl übrigbleibender Kanäle N im WDM-Signal bestimmt. Insbesondere wurde das WDM-Signal vorher als eine Mehrzahl von optischen Kanälen aufweisend definiert. Wenn einzelne optische Kanäle hinzugefügt und/oder aus dem WDM-Signal herausgenommen werden, z.B. an einem Add/Drop-Knoten, dann wird der optische Verstärker 201 (6) daher nur diese „überlebenden" Kanäle verstärken. Damit kann die Anzahl übrigbleibender Kanäle am Ausgang des optischen Verstärkers 201 unter Verwendung der optischen Überwachungsvorrichtung 704 (6) bestimmt werden. Man wird erkennen, daß andere Verfahren zur Bestimmung der Anzahl optischer Kanäle in einem WDM-Signal dem Fachmann offenbar sein werden und durch die hiesige Lehre in Betracht gezogen werden.
  • Dann wird im Schritt 802 die gewünschte Gesamtausgangsleistung, z.B. der neue Wert für die Ausgangsleistung (POUTNEW) des WDM-Signals auf Grundlage der Anzahl übriggebliebener optischer Kanäle N im WDM-Signal, d.h. der Kanalzählung, berechnet. Wie schon beschrieben besteht ein Ziel der Erfindung in der Regelung von Verstärkung, so daß optische Leistung auf einem konstanten Pegel in den übrigbleibenden optischen Kanälen aufrechterhalten wird, selbst wenn optische Kanäle hinzugefügt und/oder aus dem WDM-Signal herausgenommen werden. Um beispielsweise konstante Leistungspegel in den übrigbleibenden optischen Kanälen aufrechtzuerhalten, wird die gewünschte Gesamtausgangsleistung des WDM-Signals niedriger sein, wenn die Kanalzählung abfällt, z.B. wenn Kanäle herausgenommen werden, und höher, wenn die Kanalzählung zunimmt, z.B. wenn Kanäle hinzugefügt werden. Unter Verwendung der Ausführungsform der 6 als Beispiel empfängt der Mikroprozessor 710 die eigentliche Gesamtausgangsleistung des WDM-Signals über den Fotodetektor 703 und Kanalzählungsinformationen von der optischen Überwachungsvorrichtung 704. Wenn die über den Fotodetektor 703 erhaltene eigentliche Gesamtausgangsleistung des WDM-Signals auf Grundlage der über die Überwachungsvorrichtung 704 erhaltenen Kanalzählung nicht auf einem gewünschten Pegel liegt, z.B. zu hoch oder zu niedrig für die gegebene Anzahl von Kanälen ist, dann berechnet der Mikroprozessor 710 die neu gewünschte Ausgangsleistung PNEW für das WDM-Signal.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird die gewünschte Gesamtausgangsleistung POUTNEW durch den Mikroprozessor 710 (z.B. aus gespeicherten Werten in einer Nachschlagetabelle) auf Grundlage der Anzahl von Kanälen erhalten, z.B. der durch die optische Überwachungsvorrichtung 704 abgeleiteten Kanalzählung. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wurden die gespeicherten Werte von POUTNEW auf Grundlage der gewünschten Ausgangsleistung pro Kanal (PCH) und der Kanalzählung N, z.B. POUTNEW = PCH × N wie auch einem Rauschbeitrag (besonders im Fall einer niedrigen Kanalzählung) berechnet. Wie schon bemerkt ist eine Aufgabe der Erfindung, ungeachtet von Änderungen der Eingangsleistung eine relativ konstante Leistung auf kanalweiser Basis (PCH) aufrechtzuerhalten. Beispielsweise sollte die Leistung eines übriggebliebenen Kanals ungeachtet der am Eingang des optischen Verstärkers durch Hinzufügung/Herausnahme-Operationen gelieferten Anzahl von Kanälen relativ konstant sein.
  • Es ist jedoch zu bemerken, daß Veränderungen in der Leistung pro Kanal unter gewissen Umständen erforderlich sein könnten. Wie schon beschrieben ist es wohlbekannt, daß es bei Betrieb mit niedriger Ausgangsleistung wie im Fall einer niedrigen Kanalzählung Pump laserstabilitätsprobleme geben könnte. Es könnte daher wünschenswert sein, eine feste untere Pumpleistungsgrenze und danach einen höheren Ausgangsleistungspegel PCH pro Kanal aufzuweisen, wenn die Kanalzählung sehr niedrig ist. Dem Fachmann wird angesichts der System- und Bauteilkonstruktionsparameter und anderer wohlbekannter Faktoren die gewünschte Pumplaser-Ausgangsleistungsgrenze offenbar sein.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Änderung der Kanalleistung pro Kanal PCH nur unter 4 Kanälen zulässig sein (bei Verwendung des 40-Kanal-Systems als Beispiel), was als untere Hardwaregrenze der Ausgangsleistung des Pumplasers realisiert wird. Das Endziel in diesem beispielhaften System wäre es, eine konstante Ausgangsleistung pro Kanal im Bereich von 4 bis 40 Kanälen aufrechtzuerhalten. Für den Fall von 4 oder mehr Kanälen wird der zusätzliche Rauschbeitrag durch richtige Wahl der Koeffizienten Ci,j kompensiert.
  • Zurückkehrend zum Schritt 803 in 7 wird die Gesamteingangsleistung PIN in den optischen Verstärker 201 (aus 6) wie oben in den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben beispielsweise durch Verwendung des Fotodetektors 240 gemessen. Unter Verwendung der gemessenen Gesamteingangsleistung PIN aus Schritt 803 und der gewünschten Gesamtaungangsleistung PNEW aus Schritt 802 wird dann die gewünschte Verstärkung bzw. der neue Verstärkungswert GNEW vom Mikroprozessor 710 wie in Schritt 804 gezeigt berechnet, wobei
    Figure 00220001
    Der neue Verstärkungswert GNEW wird dann einem Verstärkungsbetrag entsprechen, der bei der gegebenen eigentlichen Anzahl übrigbleibender Kanäle zutreffend ist.
  • Schritte 805 und 806 werden zur Ableitung eines zutreffenden Wertes für den Betrag an Pumpleistung PPUMP ausgeführt, die dem optischen Verstärker zugeführt werden muß, um die gewünschte Verstärkung GNEW zu erreichen. Insbesondere werden die Pumpleistungskoeffizienten Ci,j im Schritt 805 gemäß dem vorher für die in 3–4 gezeigte Ausführungsform beschriebenen Verfahren erhalten. Die Pumpleistung PPUMP wird dann im Schritt 806 vom Mikroprozessor 710 (6) unter Verwendung der Pumpleistungskoeffizienten und Eingangsleistung PIN gemäß dem folgenden Verhältnis berechnet: PPUMP = C1 + (C2 × PIN).
  • Im allgemeinen werden die Koeffizienten Ci,j zum Kompensieren der obenerwähnten Probleme benutzt, die die Einstellung der Pumpleistung, z.B. Pumplaser-Wellenlängenverschiebung, Verstärkerrauschen und so weiter rechtfertigen können. Infolge dessen kann durch richtige Auswahl von Werten für die Koeffizienten Ci,j die vom Pumplaser erzeugte Pumpleistung zum Erregen des Verstärkungsmittels des optischen Verstärkers so eingestellt werden, daß die Ausgangsleistung des Verstärkers als Funktion der Eingangsleistungsänderungen variiert, um eine relativ konstante Leistung pro Kanal in den übrigbleibenden Kanälen aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus können die Koeffizienten Ci,j auch in Abhängigkeit von den Eingangs- und Ausgangszuständen des optischen Verstärkers periodisch aktualisiert werden.
  • Bei einer Ausführungsform können Werte für Koeffizienten Ci,j in einer Nachschlagetabelle gespeichert und vom Mikroprozessor 710 (6) im Schritt 805 (7) für nachfolgende Berechnungen der Pumpleistung PPUMP im Schritt 806 (7) abgerufen werden. Beispielsweise können die aus Aufzeichnungen 301 und 302 (3) abgeleiteten Pumpleistungskoeffizienten Ci,j wie in Tabelle 1 dargestellt gespeichert werden:
  • Tabelle 1
    Figure 00240001
  • Wiederum auf Schritt 805 (7) Bezug nehmend, werden zutreffende Pumpleistungskoeffizienten Ci,j aus der Nachschlagetabelle direkt oder durch Verwendung von Extrapolierung oder sonstigen wohlbekannten Verfahren, die auf dem gewünschten in Schritt 804 berechneten Verstärkungswert beruhen, erhalten.
  • Obwohl die hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen auf optisch verstärkte Systeme gerichtet waren, die mit seltener Erde dotierte Faserverstärker wie beispielsweise Erbium-dotierte Faserverstärker benutzen, werden dem Fachmann verschiedene Abänderungen offenbar sein, die zum Anwenden der erfinderischen Grundsätze auf andere Arten von optischen Verstärkern nützlich sein können. Beispielsweise wird in Betracht gezogen, daß das hier beschriebene Verstärkungsregelungsverfahren auch mit optischen Halbleiter-Verstärkern mit elektrischen Pumpanordnungen und so fort benutzt werden kann. Wie wohlbekannt ist, ist die Verstärkungsdynamik von optischen Halbleiterverstärkern typischerweise schneller als die von mit seltener Erde dotierten Faserverstärkern. Es würden dabei Abänderungen nötig sein, um der schnelleren Verstärkungsdynamik Rechnung zu tragen. Man könnte beispielsweise vor dem Eingang des optischen Halbleiterverstärkers ein optisches Verzögerungselement einschließen, um einen zutreffenden Betrag an Verzögerung einzuführen, damit die Verstärkungsregelungsschaltungen die Verstärkung des optischen Halbleiterverstärkers im richtigen Takt einstellen können. Auch müssen die Eingangsleistungsüberwachungsvorrichtung, z.B. Fotodetektor 240 (2), und die Regelungsschaltung, z.B. Regelungselement 220 (4), dafür ausgelegt sein, um den richtigen Takt für die noch kürzeren Zeitbeschränkungen einer solchen Vorrichtung zu erreichen. Eine weitere Betrachtung beim Implementieren von schneller Verstärkungsregelung für optische Halbleiterverstärker ist die, daß Pumpregelung über elektrische Pumpinjektionsverfahren schneller als die für Faserverstärker sind. Insgesamt würden Einstellungen benötigt sein, um den verschiedenen Zeitbeschränkungen bei der Verwendung von optischen Halbleiterverstärkern Rechnung zu tragen.
  • Auch sind die obigen Ausführungsformen hier als Vorwärts-Pumpanordnungen (z.B. Mitausbreitung) für die optischen Verstärker benutzend dargestellt und beschrieben worden. Es wird jedoch in Betracht gezogen, daß andere Pumpanordnungen ebenfalls in Verbindung mit dem Verstärkungsregelungsverfahren gemäß den Grundsätzen der Erfindung benutzt werden können. Beispielsweise kann eine Rückwärts-Pumpanordnung oder sogar eine Hybridanordnung benutzt werden, wobei die erste Verstärkerstufe vorwärts gepumpt wird, während die zweite Verstärkerstufe rückwärts gepumpt (z.B. gegenausbreitend) ist. Der Fachmann wird erkennen, daß bei Einsatz von Gegenausbreitungspumpen (d.h. Pumplicht wird in einer entgegengesetzten Richtung zu der des Signallichts eingespeist) andere Betrachtungen berücksichtigt werden müssen. Beispielsweise wird in der vorliegenden Erfindung schnelle Verstärkungsregelung erreicht, wodurch die Verstärkung des optischen Verstärkers mit Veränderung der Eingangsleistung geändert wird (z.B. innerhalb einer Mikrosekunde) und vor der Verstärkung des Eingangssignals. Dies wird unter Verwendung des Vorwärts-Regelungsverfahrens erreicht. Infolgedessen wird dieses Vorwärts-Verstärkungsregelungsverfahren durch Vorwärtspumpen des optischen Verstärkers, zumindest der ersten Verstärkerstufe, ergänzt.
  • Im Vergleich könnten Abänderungen des Verstärkungsregelungsverfahrens notwendig sein, um für die Tatsache zu kompensieren, daß bei einem rückwärtsgepumpten faseroptischen Verstärker Signal- und Pumplicht in die Erbium-dotierte Faser von entgegengesetzten Enden ab eindringen. Weiterhin können zusätzliche Abänderungen der Regelungsschaltungen und/oder optischen Verzögerungselemente am Eingang des Verstärkers notwendig sein, um die mit der Ausbreitung des Pumplichts in der rückwärtigen Richtung (vom Ausgang zum Eingang) durch die Länge von Erbium-dotierter Faser verbundenen Verzögerungen zu berücksichtigen.
  • Nach der hiesigen Beschreibung können Aspekte der vorliegenden Erfindung in der Form von Verfahren und Vorrichtungen zur Ausübung dieser Verfahren verwirklicht sein. Auch können Aspekte der Erfindung in der Form von in greifbaren Medien, wie beispielsweise Floppydisketten, CD-ROMs, Festplatten oder jedem sonstigen maschinenlesbaren Speichermedium verwirklichtem Programmcode verwirklicht sein, wobei, wenn der Programmcode in eine Maschine wie beispielsweise einen Computer eingeladen und von ihr ausgeführt wird, die Maschine eine Vorrichtung zur Ausübung der Erfindung wird. Auch können Aspekte der vorliegenden Erfindung in der Form von Programmcode verwirklicht sein, beispielsweise ob gespeichert in einem Speichermedium, eingeladen in und/oder ausgeführt von einer Maschine oder übertragen über irgendein Übertragungsmedium wie beispielsweise über elektrische Verdrahtung oder Verkabelung, durch Faseroptik oder über elektromagnetische Strahlung, wobei, wenn der Programmcode in eine Maschine wie beispielsweise einen Computer eingeladen und von ihr ausgeführt wird, die Maschine zu einer Vorrichtung zur Ausübung der Erfindung wird. Bei Implementierung auf einem Universalprozessor werden die Programmcodesegmente mit dem Prozessor kombiniert, um eine einmalige Vorrichtung bereitzustellen, die analog zu bestimmten Logikschaltungen fungiert.
  • Auch ist zu bemerken, daß das Obige nur die Grundsätze der Erfindung darstellt. Man wird daher erkennen, daß ein Fachmann in der Lage sein wird, verschiedene Anordnungen auszuarbeiten, die, obwohl sie hier nicht ausdrücklich beschrieben oder dargestellt sind, die Grundsätze der Erfindung verwirklichen und in ihrem Rahmen enthalten sind. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiel und jede bedingte Sprache grundsätzlich nur Lehrzwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Erfindung und der von den Erfindern beigetragenen Konzepte zur Weiterführung der Technik zu unterstützen und sind so auszulegen, daß sie ohne Begrenzung solcher spezifisch aufgeführten Beispiele und Bedingungen sind. Darüber hinaus sollen alle hiesigen Angaben über Grundsätze, Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung wie auch spezifischen Beispiele derselben sowohl strukturelle als auch funktionelle Äquivalente derselben umfassen. Zusätzlich sollen alle derartigen Äquivalente sowohl gegenwärtig bekannte Äquivalente wie auch zukünftig entwickelte Äquivalente umfassen, d.h. alle entwickelten Elemente, die die gleiche Funktion durchführen ungeachtet der Struktur.
  • So wird beispielsweise der Fachmann erkennen, daß die hiesigen Blockschaltbilder konzeptmäßige Ansichten von beispielhaften Schaltungen darstellen, in denen die Grundsätze der Erfindung verwirklicht sind. Auf ähnliche Weise wird erkannt werden, daß alle Flußdiagramme und dergleichen verschiedene Verfahren darstellen, die im wesentlichen in vom Computer lesbarem Medium dargestellt sein können und daher durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden können, ganz gleich, ob ein solcher Computer oder Prozessor ausdrücklich gezeigt ist oder nicht. Die Funktionen verschiedener in der Zeichnung gezeigter Elemente können durch Verwendung von fest zugeordneter Hardware wie auch von Hardware, die Software in Verbindung mit zugehöriger Software ausführen kann, bereitgestellt werden. Wenn sie durch einen Prozessor bereitgestellt werden, können die Funktionen durch einen einzelnen fest zugeordneten Prozessor, durch einen einzelnen gemeinsam genutzten Prozessor oder durch eine Mehrzahl einzelner Prozessoren bereitgestellt werden, von denen einige gemeinsam genutzt sein können. Darüber hinaus soll „Prozessor" oder „Steuerung" nicht so ausgelegt werden, daß sie ausschließlich auf Hardware bezogen sind, die Software ausführen kann, und können implizit ohne Begrenzung Digitalsignalprozessor (DSP-)Hardware, Nurlesespeicher (ROM) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM) und nichtflüchtige Speicherung einschließen. Auch kann sonstige herkömmliche und/oder kundenspezifische Hardware eingeschlossen sein. Auf ähnliche Weise sind alle in der Zeichnung gezeigten Schalter nur konzeptmäßig. Ihre Funktion kann durch den Betrieb von Programmlogik, durch festzugeordnete Logik, durch die Wechselwirkung von Programmsteuerung und festzugeordneter Logik oder auch von Hand ausgeführt werden, wobei das bestimmte Verfahren durch den Implementierer als spezifischer aus dem Zusammenhang verstanden auswählbar ist.
  • In den hiesigen Ansprüchen soll jedes als ein Mittel zur Durchführung einer angegebenen Funktion ausgedrückte Element jede Art und Weise der Durchführung dieser Funktion umfassen, einschließlich beispielsweise von a) einer Kombination von Schaltungselementen, die diese Funktion durchführt, oder b) Software in jeder Form einschließlich daher von Firmware, Mikrocode oder dergleichen in Kombination mit zutreffenden Schaltungen zur Ausführung dieser Software zur Durchführung der Funktion. Die durch diese Ansprüche definierte Erfindung ist in der Tatsache resident, daß die durch die verschiedenen angeführten Mittel bereitgestellten Funktionalitäten auf die durch die Ansprüche geforderte Weise kombiniert und zusammengebracht werden. Die Anmelderin erachtet daher jedes Mittel, das diese Funktionalitäten bereitstellen kann, als den hier gezeigten gleichwertig.

Claims (10)

  1. Anordnung zum Regeln der Verstärkung eines an eine optische Faser (205) angekoppelten optischen Verstärkers (201) in einem WDM-System (wavelength division multiplexed), wobei der optische Verstärker an eine Pumpquelle (211) angekoppelt und in der Lage ist, ein WDM-Signal mit einer Mehrzahl von optischen Kanälen zu verstärken, mit einem, an einer Stelle stromaufwärts von einem Eingang des optischen Verstärkers an die optische Faser angekoppelten Vorwärts-Überwachungsweg (230) zum Messen der Eingangsleistung PIN in den optischen Verstärker, einer auf die gemessene Eingangsleistung reagierenden Steuerschaltung (220) zum Steuern eines Betrags durch die Pumpquelle an den optischen Verstärker gelieferter Pumpleistung PPUMP, wobei der Betrag an Pumpleistung zum Bewirken von Verstärkungsregelung eine Funktion eines skalierten Verhältnisses zu der gemessenen Eingangsleistung ist, wodurch die Verstärkung pro Kanal im verstärkten WDM-Signal so aufrechterhalten wird, daß Leistungsausschläge in einem oder mehreren der verstärkten optischen Kanäle im wesentlichen in der Gegenwart von Änderungen der Eingangsleistung in den optischen Verstärker begrenzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das skalierte Verhältnis unter Verwendung eines ersten Koeffizienten C1 abgeleitet wird, der für einen direkten Versatzwert an der Pumpleistung repräsentativ ist (310, 311), und eines zweiten Koeffizienten C2, der für einen Steilheitsfaktor entsprechend einem vorbestimmten Verhältnis zwischen der Pumpleistung und der gemessenen Eingangsleistung repräsentativ ist (320, 321), wobei das skalierte Verhältnis als PPUMP = C1 + (C2 × PIN) definiert ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Verstärkung des optischen Verstärkers innerhalb annähernd einer Submikrosekunden-Zeitskala von der Zeit der Erkennung einer Änderung der Eingangsleistung ab geregelt wird.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Verstärkung des optischen Verstärkers geregelt wird, ehe Änderungen der Eingangsleistung ein Verstärkungsmittel des optischen Verstärkers erreichen.
  4. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der erste Koeffizient C1 ein dominanter Koeffizient zum Kompensieren der Pumpleistung auf relativ niedrigeren PIN-Pegeln ist, und wobei C2 ein dominanter Koeffizient zum Kompensieren der Pumpleistung auf relativ höheren PIN-Pegeln ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Regelschaltung eine in Hardware ausgeführte Regelschaltung ist, mit folgendem: einer Multiplikatorschaltung (401) zum Multiplizieren der gemessenen Eingangsleistung mit dem zweiten Koeffizienten zum Erzeugen einer ersten Ausgabe; und einer Addiererschaltung (402) zum Addieren der ersten Ausgabe zu dem ersten Koeffizienten zum Erzeugen einer zweiten Ausgabe, wobei die zweite Ausgabe einen Antriebsstrom (IF) zum Steuern des durch die Pumpquelle gelieferten Betrags an Pumpleistung herstellt.
  6. Anordnung nach Anspruch 1, weiterhin mit folgendem: einer an die optische Faser an einer Stelle stromabwärts von einem Ausgang des optischen Verstärkers angekoppelten Rückkopplungsüberwachungsschleife (702, 703, 704) zum Messen der Gesamtausgangsleistung (703) vom optischen Verstärker und zum Bestimmen der Anzahl von am Ausgang des optischen Verstärkers (704) gegenwärtigen optischen Kanälen, die für eine Zählung überlebender Kanäle repräsentativ ist; und einem Mikroprozessor (710) zum Aktualisieren des ersten und zweiten Koeffizienten auf Grundlage der gemessenen Eingangsleistung, der gemessenen Gesamtausgangsleistung und der Zählung überlebender Kanäle.
  7. Verfahren zum Regeln der Verstärkung eines an eine optische Faser (205) angekoppelten optischen Verstärkers (201) in einem WDM-System (wavelength division multiplexed), wobei der optische Verstärker an eine Pumpquelle (211) angekoppelt und zum Verstärken eines WDM-Signals mit einer Mehrzahl optischer Kanäle fähig ist, mit dem Schritt des Messens der Eingangsleistung (230, 240) in den optischen Verstärker, wodurch Verstärkung pro Kanal im verstärkten WDM-Signal so aufrechterhalten wird, daß Leistungsausschläge in einem oder mehreren der verstärkten optischen Kanäle im wesentlichen in der Gegenwart von Änderungen der Eingangsleistung in den optischen Verstärker begrenzt werden, gekennzeichnet durch, als Reaktion auf die gemessene Eingangsleistung, Steuern (220) eines Betrags an durch die Pumpquelle dem optischen Verstärker gelieferter Pumpleistung, wobei der Betrag an Pumpleistung zum Bewirken von Verstärkungsregelung eine Funktion eines skalierten Verhältnisses zu der gemessenen Eingangsleistung ist, wobei das skalierte Verhältnis unter Verwendung eines ersten Koeffizienten (310, 311) abgeleitet wird, der für einen direkten Versatzwert der Pumpleistung repräsentativ ist, und eines zweiten Koeffizienten (320, 321), der für einen Steilheitsfaktor entsprechend einem vorbestimmten Verhältnis zwischen der Pumpleistung und der gemessenen Eingangsleistung repräsentativ ist, weiterhin mit dem Schritt des Bestimmens des Betrags an Pumpleistung entsprechend dem skalierten Verhältnis durch Multiplizieren (401) der gemessenen Eingangsleistung mit diesem zweiten Koeffizienten zum Erzeugen einer ersten Ausgabe und Addieren (402) der ersten Ausgabe zu diesem ersten Koeffizienten zum Erzeugen einer Regelungsausgabe, wobei die Regelungsausgabe zum Herstellen eines Antriebsstroms zum Steuern des Betrags durch die Pumpquelle gelieferter Pumpleistung dient.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Verstärkung des optischen Verstärkers innerhalb annähernd einer Submikrosekunden-Zeitskala von der Zeit der Erkennung einer Änderung der Eingangsleistung ab geregelt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Verstärkung des optischen Verstärkers geregelt wird ehe Änderungen der Eingangsleistung ein Verstärkungsmittel des optischen Verstärkers erreichen.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin mit folgenden Schritten: an einer Stelle stromabwärts von einem Ausgang des optischen Verstärkers Messen der Gesamtausgangsleistung (702, 703) vom optischen Verstärker; Bestimmen (702, 704, 801) der Anzahl von am Ausgang des optischen Verstärkers gegenwärtigen optischen Kanälen, die für eine Zählung überlebender Kanäle repräsentativ ist; Berechnen (802) einer gewünschten Gesamtausgangsleistung auf Grundlage der Zählung überlebender Kanäle; Berechnen (804) eines gewünschten Verstärkungswerts auf Grundlage der gewünschten Gesamtausgangsleistung und der gemessenen Eingangsleistung; Ableiten (805) von dem aktualisierten ersten und zweiten Koeffizienten auf Grundlage des gewünschten Verstärkungswerts; und Berechnen (806) eines aktualisierten Pumpleistungswerts auf Grundlage des aktualisierten ersten und zweiten Koeffizienten und der gemessenen Eingangsleistung.
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