DE60204916T2

DE60204916T2 - Rauschminderung in optischen kommunikationsnetzwerken

Info

Publication number: DE60204916T2
Application number: DE60204916T
Authority: DE
Inventors: Richard Harry Westdale Lane CLARINGBURN; Michael Bramcote SHERRATT
Original assignee: Marconi UK Intellectual Property Ltd
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 2002-01-04
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: GB0200177D0; EP1461886B1; DE60204916D1; JP2005513951A; CN1623292A; ATE298951T1; AU2002352406A1; US20050117907A1; JP4344614B2; US8204379B2; CA2472322C; CN103001725A; EP1461886A1; US7860396B2; US20110064412A1; WO2003056738A1; CA2472322A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Rauschminderung in optischen Kommunikationsnetzen und insbesondere auf die Rauschminderung in einem Einfügepfad, wo Signale an einem Netzknoten in das Netz eingefügt werden.
Einfüge/Auskoppel-Multiplexer, auch als Add/Drop-Multiplexer bezeichnet, werden in optischen Kommunikationsnetzen weit verbreitet genutzt, um wellenlängenunspezifische Einfüge/Auskoppel-Ports bereitzustellen. Dies gestattet eine wahlfreie Transponderbereitstellung und -abstimmbarkeit. 1 zeigt ein Beispiel dafür, wie Add/Drop-Multiplexer verwendet werden. Das optische Netz ist ein optisches Doppelfaser-DWDM-Netz, wobei eine Faser 10 Verkehr in einer Ost/West-Richtung führt und die andere Faser 12 in einer West/Ost-Richtung. Die Bezeichnungen Ost und West werden praktischerweise genutzt, um die Richtung zu beschreiben, in welcher der Netzverkehr läuft, und entsprechen nicht dem geographischen Osten oder Westen. Der Verkehr stellt ein Multiplex dar, typischerweise mit 32 Wellenlängenkanälen. An Netzknoten wird der Verkehr aus dem Netz genommen und in die einzelnen Kanäle aufgespaltet, und zwar unter Nutzung eines optischen Demultiplexers oder eines Splitters und eines Bandpassfilters, und wird unter Nutzung eines optischen Multiplexers und eines Einfügekopplers in das Netz eingefügt.
Die Netzknoten können Verkehr in jede der Netzfasern einfügen oder aus diesen auskoppeln. Es ist wünschenswert, Verkehr über die kürzeste Strecke durch das Netz zu leiten, welche von dem Standort des Bestimmungsknotens abhängen wird. Es ist außerdem wünschenswert, einen Bereitschaftspfad zu haben, falls einer der Pfade, der O/W- oder der W/O-Pfad, ausfallen sollte.
In 1 umfasst also jede der Netzfasern, die O/W- und die W/O-Faser eine Verstärkerstufe 14. Dies ist ein EDFA-Verstärker, obgleich dieser in kürzeren Netzen weggelassen werden kann. Das eingespeiste Signal wird in einem 2 : 1-Koppler 16 aufgespaltet, um zwei Signalausgangspfade bereitzustellen. Ein Durchgangspfad 18 führt Verkehr, der in dem Netz verbleibt, und ein Auskoppelpfad 20 koppelt den Signalmultiplex zur Verarbeitung an dem Netzknoten aus dem Netz aus.
Jeder der beiden ausgekoppelten Pfade wird in einen optischen Demultiplexer 22 geführt, welcher das Signal in seine einzelnen Wellenlängenkomponenten aufspaltet. Der Empfangstransponder umfasst einen Schalter 24, um das von einem der beiden Demultiplexer ausgegebene Signal auszuwählen. In der Praxis wird dieser Schalter bei einem Knoten mit 32 Kanälen 32 Kanäle von jedem der Demultiplexer empfangen.
Signale, die auf dem Durchgangspfad verbleiben, laufen durch eine Kanalsteuerungseinheit 26 (Channel Control Unit – CCU) hindurch und dann zu einem Einfügekoppler 28, in welchem Signale von der Sendeseite des Knotentransponders in das Netz eingefügt werden. Der Ausgang des Einfügekopplers wird schließlich erforderlichenfalls erneut bei 30 verstärkt.
Die Einfügeseite des Transponders umfasst einen Verstärker 32 und einen n : 1-Einfügekoppler 34, wobei n die Anzahl der Wellenlängen in dem von dem Netz geführten Multiplex ist. Der Einfügekoppler ist erforderlich, um die Signale mit den einzelnen Wellenlängen zusammenzuführen, die in das Netz eingefügt werden sollen. Die Nutzung von Einfügekopplern hat den Nachteil, dass Dämpfungen auftreten und bewirkt wird, dass der eingefügte Leistungspegel eine Verstärkung erfordert. Also wird das Einfügesignal verstärkt. Dies wiederum bewirkt breitbandiges Rauschen, welches in das System übergeht, wobei sich das OSNR (optisches Signal-zu-Rausch-Verhältnis) der eingefügten Signale als auch jener Signale, die durch den photonischen Einfüge/Auskoppel-Knoten laufen, verschlechtert. Es ist bekannt, abstimmbare Filter 36 nach dem Einfügeverstärker einzufügen, um das in die Durchgangskanäle eingetragene Rauschen zu entfernen.
In der Figur ist der Einfügekoppler als ein Multiplexer 34 gezeigt. Auf dem Ost- und dem Westpfad können separate Multiplexer verwendet werden.
Das Rauschen, welches erzeugt wird, hängt von der Verstärkung des Verstärkers in dem Einfügepfad ab. Diese Verstärkung wird durch die maximal möglichen Dämpfungen in dem Einfügepfad bestimmt. Wenn ein Signal eingefügt wird, werden die Quellenleistungen auf kanalweiser Basis angepasst, um die erforderliche Leistung an der Einfügestelle zu erzielen. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis ist daher am schlechtesten, wenn die Dämpfung des Einfügepfades geringer als die maximal mögliche Dämpfung ist. Das OSNR ist optimal, wenn die Pfaddämpfung maximal ist, da das Rauschen von dem EDFA-Verstärker die maximale Dämpfung erfährt.
Diese Situation ist unerwünscht und die vorliegende Erfindung versucht diese durch Verbesserung oder Optimierung des OSNR des Einfügekanals zu überwinden.
In ihrer breitesten Form überwindet die Erfindung das Problem, indem das EDFA-Rauschen auf Signalpfaden, welche keinen Einfügeinhalt aufweisen, herausgefiltert wird und die Signalamplitude der eingefügten Signale nach der Verstärkung reguliert wird.
Spezieller wird ein optischer Netzknoten für ein optisches DWDM-Netz für n Kanäle zur Verfügung gestellt, wobei der Knoten einen Einfügepfad zum Einfügen eines Wellenlängenmultiplex mit n Kanälen in das Netz umfasst, von welchem einige der n Kanäle Signale führen, die in das Netz eingefügt werden sollen, wobei der Einfügepfad einen Signalkombinator für n Kanäle zum Zusammenführen der n Signalkanäle, einen optischen Verstärker zum Verstärken des Ausgangs des Signalkombinators, ein mehrkanaliges wellenlängenselektives Filter mit kanalweise variabler Dämpfung zum Sperren von Kanälen, die keine in das Netz einzufügenden Signale führen, oder zum Steuern der Amplitude der eingefügten Signale, sowie einen Einfügekoppler zum Ankoppeln des Einfügepfades an das Netz umfasst.
Die Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zum Einfügen eines DWDM-Signals mit n Kanälen in ein DWDM-Netz für n Kanäle zur Verfügung, welches folgende Schritte umfasst: Zusammenführen von Signalen aus mehreren Signalquellen, um ein n-kanaliges Einfüge-Ausgangssignal bereitzustellen; Verstärken des zusammengeführten Ausgangssignals unter Nutzung eines mehrkanaligen wellenlängenselektiven Filters mit kanalweise variabler Dämpfung, um selektiv Wellenlängenkanäle des kombinierten Signals, die keine in das Netz einzufügenden Signale führen, zu sperren, oder um die Amplitude der eingefügten Signale steuern; und Einkoppeln des n-kanaligen Einfügesignal in das optische Netz.
In einer Ausführungsform der Erfindung dämpft das wellenlängenselektive Filter Kanäle, die Signale führen, welche in das Netz eingefügt werden sollen, um deren Amplitude zu steuern.
Vorzugsweise umfasst das mehrkanalige wellenlängenselektive Filter einen Demultiplexer für n Kanäle, der n Ausgänge aufweist, einen Multiplexer für n Kanäle, der n Eingänge aufweist, sowie ein variables optisches Dämpfungsglied, das zwischen jedem der Demultiplexer-Ausgänge und Multiplexer-Eingänge angeordnet ist, wobei das variable Dämpfungsglied auf einem beliebigen gegebenen Kanal derart eingestellt ist, dass es das Signal auf diesem Kanal sperrt, wenn kein Signal auf diesem Kanal in das Netz eingefügt werden soll.
Durch Entmultiplexen der Kanäle des verstärkten Ausgangs des Einfügesignalkombinators kann ein variables optisches Dämpfungsglied auf jedem Kanal selektiv genutzt werden, um den Beitrag dieses Kanals zu dem breitbandigen Rauschen herauszufiltern, wenn dieser Kanal kein Einfügesignal führt. Dies hat den Vorteil, dass das breitbandige Rauschen in dem Einfügepfad reduziert werden kann.
Vorzugsweise werden die Einfügesignalquellen auf voller Leistung betrieben und die jeweiligen VOAs werden genutzt, um die Leistung der Signale in diesen Kanälen zu steuern.
Dies hat den weiteren Vorteil, dass das OSNR des Einfügepfadsignals weiter verbessert wird.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich beispielshalber und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine schematische Darstellung eines bekannten Einfüge/Auskoppel-Knotens in einem zuvor beschriebenen optischen Netz ist;
2 eine Ansicht eines Teils des Knotens aus 1 ist, der so modifiziert ist, dass er die Erfindung verkörpert;
3 eine detailliertere Ansicht der Multiplexer/Demultiplexer-Anordnung aus 2 ist; und
4 eine der 1 ähnliche Ansicht eines die Erfindung verkörpernden Einfüge/Auskoppel-Knotens ist.
Der in 2 gezeigte Einfügepfad umfasst einen 32 : 1-Kombinator 134, welcher die 32 Signalkanäle zusammenführt, um ein einziges Ausgangssignal zu erzeugen, welches durch den Verstärker 132 verstärkt wird und dann zu einer WDM-Multiplexer/Demultiplexer-Einrichtung 140 weitergeleitet wird. Diese Einrichtung ist detaillierter in 3 dargestellt. Der Ausgang der Einrichtung 140 bildet das Einfüge-Eingangssignal für den Einfügekoppler 128 auf einem der Pfade, dem O/W- oder dem W/O-Pfad, des Netzes.
3 zeigt die Mux/Demux-Einrichtung 140 detaillierter. Die Einrichtung umfasst einen optischen Demultiplexer 142, welcher das Eingangssignal mit den mehreren Wellenlängen empfängt und dieses in Ausgangssignale mit n einzelnen Wellenlängen aufspaltet. Im vorliegenden Beispiel ist n = 32 und stellt die Anzahl der von dem Netz unterstützten Kanäle dar. Jedes der Ausgangssignale 1 bis n des Demultiplexers 142 wird durch ein einzelnes variables optisches Dämpfungsglied (VOA) 144(1) ... 144(n) durchgeführt. Die Ausgangssignale der 32 variablen optischen Dämpfungsglieder bilden die Eingangssignale 1 bis 32 für einen optischen Multiplexer 146, welcher die 32 Signalpfade erneut multiplext, um einen DWDM-Multiplex auszugeben, der mittels eines der Einfügekoppler 28 zurück in das Netz eingefügt werden soll.
Somit stellt die Einrichtung 140 eine Einrichtung mit zwei Ports dar, welche eine Filterung um die Kanäle herum bietet, welche aber auch die Durchgangsdämpfung auf kanalweiser Basis anpassen kann.
Variable optische Dämpfungsglieder (VOAs) sind allgemein bekannt und werden üblicherweise in optischen Netzen genutzt. Sie können genutzt werden, um optische Leistungspegel abzustimmen und die Leistung zwischen unterschiedlichen DWDM-Kanälen auszugleichen, als auch für andere Anwendungen. VOAs werden genutzt, um Leistungspegel in den Ausgangssignalen von Multiplexern auszugleichen. In der Ausführungsform aus 3 wird die Anordnung aus Multiplexer, Demultiplexer und VOAs genutzt, um Rauschen auf Kanälen, die nicht eingefügt werden, zu sperren, oder wird genutzt, um die einzufügenden Kanäle zu steuern. Die optischen Quellen, die eingefügt werden, werden auf maximaler Leistung betrieben, und deren Ausgangsamplitude wird durch das jeweilige VOA 144 reguliert, das diesem Kanal zugeordnet ist. Der schlechteste Fall tritt ein, wenn die Dämpfungen des Einfügepfades maximal sind, was dem besten erzielten OSNR vor der Nutzung der VOAs gleichkommt. Mit abfallenden Dämpfungen des Einfügepfades bringt die Einrichtung 140 eine stärkere Dämpfung ein, um die den Ausgang erreichende Signalamplitude zu regulieren. Somit bleibt die Signalamplitude gleich, aber das EDFA-Rauschen erfährt eine größere Dämpfung, was das OSNR des eingefügten Signals verbessert.
4 zeigt, wie die Einrichtung aus den 2 und 3 in den Einfüge/Auskoppel-Knoten aus 1 integriert werden kann. Man wird erkennen, dass eine Mux/Demux-Einrichtung 140 in den Einfügepfad jedes der Einfügepfade zu den O/W- und W/O-Faserpfaden eingefügt ist. In 4 sind die Bezugs zeichen aus 1 um 100 erhöht und die Bestandteile sind ansonsten unverändert.
Verschiedene Modifikationen an der beschriebenen Ausführungsform sind möglich und werden Fachleuten auf dem Gebiet in den Sinn kommen. Die Erfindung ist nicht auf irgendeinen speziellen optischen Netztyp beschränkt und kann in Ring- oder Liniennetzen mit oder ohne Netzverstärkung genutzt werden. Verschiedene Bauelemente sind zum Einsatz als optischer Multiplexer und Demultiplexer und als variable optische Dämpfungsglieder geeignet. Die Erfindung ist lediglich durch den Schutzumfang der folgenden Ansprüche begrenzt.

Claims

Optischer Netzknoten für ein optisches DWDM-Netz für n Kanäle, wobei der Knoten einen Einfügepfad zum Einfügen eines Wellenlängenmultiplex mit n Kanälen in das Netz umfasst, von welchem einige der n Kanäle Signale führen, die in das Netz eingefügt werden sollen, wobei der Einfügepfad einen Signalkombinator (134) für n Kanäle zum Zusammenführen der n Signalkanäle, einen optischen Verstärker (132) zum Verstärken des Ausgangs des Signalkombinators und einen Einfügekoppler (128) zum ankoppeln des Einfügepfades an das Netz umfasst, wobei der optische Netzknoten dadurch gekennzeichnet ist, dass der Einfügepfad ferner umfasst: ein mehrkanaliges wellenlängenselektives Filter (140) mit kanalweise variabler Dämpfung, zum Sperren von Kanälen, die keine in das Netz einzufügenden Signale führen, oder zum Steuern der Amplitude der eingefügten Signale.
Optischer Netzknoten nach Anspruch 1, wobei das mehrkanalige wellenlängenselektive Filter einen Demultiplexer (142) für n Kanäle umfasst, der n Ausgänge aufweist, einen Multiplexer (146) für n Kanäle, der n Eingänge aufweist, sowie ein variables optisches Dämpfungsglied (144₁ , ..., 144_n ), das zwischen jedem der Demultiplexer-Ausgänge und jedem der Multiplexer-Eingänge angeordnet ist, wobei das variable Dämpfungsglied auf einem beliebigen gegebenen Kanal derart eingestellt ist, dass es das Signal auf diesem Kanal sperrt, wenn kein Signal auf diesem Kanal in das Netz eingefügt werden soll, oder genutzt wird, um die Amplitude des eingefügten Signals zu steuern.
Optischer Netzknoten nach einem der Ansprüche 1 bis 2, welcher Einrichtungen zum Betreiben von Quellen zum Erzeugen der Signale der n Kanäle auf maximaler Leistung umfasst.
Optisches DWDM-Kommunikationsnetz, das eine Mehrzahl von Knoten entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 3 aufweist.
Verfahren zum Einfügen eines DWDM-Signals mit n Kanälen in ein DWDM-Netz für n Kanäle, welches folgende Schritte umfasst: Zusammenführen von Signalen aus mehreren Signalquellen, um ein n-kanaliges Einfüge-Ausgangssignal bereitzustellen; Verstärken des zusammengeführten Ausgangssignals; und Einkoppeln des n-kanaligen Einfügesignal in das optische Netz, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein mehrkanaliges wellenlängenselektives Filter (140) mit kanalweise variabler Dämpfung genutzt wird, um selektiv Wellenlängenkanäle des kombinierten Signals, die keine in das Netz einzufügenden Signale führen, zu sperren, oder um die Amplitude der eingefügten Signale steuern.
Verfahren nach Anspruch 5, welches umfasst, die Signalquellen auf voller Leistung zu betreiben, um das Verhältnis von optischem Signal zu Rauschen des in das Netz eingefügten Signals zu optimieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, welches umfasst, das zusammengeführte verstärkte Einfügesignal unter Verwendung eines Demultiplexers (142) für n Kanäle zu demultiplexen, jeden der Ausgangskanäle des Demultiplexers durch ein variables optisches Dämpfungsglied (144₁ , ..., 144_n ), abgekürzt VOA, zu führen und die VOA-Ausgangssignale zu multiplexen, um das Netzeinfügesignal zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die keine Signale führenden Kanäle gesperrt werden, indem die Ausgangssignale von dem Demultiplexer, welche diesen Kanälen entsprechen, auf Null gedämpft werden.