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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Sachgebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein optisches Wellenlängen-Multiplex-(WDM)-Kommunikationssystem,
und, insbesondere, auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen
eines optischen Wellenlängen-Multiplex-(WDM)-Signals,
das von dem optischen WDM-Kommunikationssystem gesendet ist.
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2. Beschreibung des in
Bezug stehenden Stands der Technik
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Ein
optisches WDM-Kommunikationssystem sendet ein optisches Signal mit
einer Mehrzahl von Kanälen.
Aufgrund seiner hohen Übertragungseffektivität und großen Datenkapazität wird das
optische WDM-Kommunikationssystem weit verbreitet für das Internet
mit ultra hoher Geschwindigkeit verwendet. Da ein optisches WDM-Signal
gedämpft
ist, wenn sich sein Sendeweg erhöht,
ist ein Erfordernis nach einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Überwachen
der Charakteristika des optischen WDM-Signals, wie beispielsweise
Wellenlänge
und Intensität,
vorhanden.
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Optische
Signalüberwachungsvorrichtungen,
die ein Fabry-Perot-Faser-Filter verwenden, sind populär geworden,
da sie klein sind und eine hohe Auflösung haben. Die Sendewellenlänge des
Fabry-Perot-Faser-Filters variiert entsprechend einer Steuerspannung.
Wenn die Steuerspannung linear angelegt ist, ändert sich die Sendewellenlänge nicht-linear.
Weiterhin erfährt
das optische Fabry-Perot-Filter Änderungen
in der Sendewellenlänge
entsprechend seiner Betriebstemperatur.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht einer herkömmlichen optischen WDM-Signalüberwachungsvorrichtung.
In 1 sind eine optische Faser 110, ein Fabry-Perot-Filter 130,
ein optischer Detektor 150, ein Analog-Digital-Wandler
(ADC) 160, eine Steuereinheit 170, ein Digital-Analog-Wandler
(DAC) 180 und ein Filtertreiber 190 dargestellt.
Während
eines Betriebs propagiert ein optisches Signal 120, das
ein optisches WDM-Signal 122 und
zwei Bezugslichter 124, 126 umfasst, in der optischen
Faser 110.
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Das
Fabry-Perot-Filter 130 besitzt eine Übertragungswellenlänge, die
entsprechend einer linear angelegten Steuerspannung 195 variiert.
Das bedeutet, dass das Fabry-Perot-Filter 130 nur ein optisches
Signal mit einer vorbestimmten Wellenlänge bei einer vorbestimmten
Steuerspannung hindurchlässt,
ohne optische Signale mit anderen Wellenlängen hindurchzulassen. Wenn
sich die Steuerspannung 195, die an das Fabry-Perot-Filter 130 angelegt
ist, linear erhöht,
erhöht
sich die Sendewellenlänge
des Fabry-Perot-Filters 130 auch graduell.
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Der
optische Detektor 150 wandelt ein optisches WDM-Signal 140,
empfangen von dem Fabry-Perot-Filter 130, zu einem analogen,
optischen Erfassungssignal 155 um. Der ADC 160 wandelt
das analoge, optische Erfassungssignal 155 in ein digitales,
optisches Erfassungssignal 165 um. Der DAC 180 wandelt
ein digitales Ansteuersignal 175, aufgenommen von der Steuereinheit 170,
in ein analoges Ansteuersignal 185 um. Der Filtertreiber 190 legt
eine Steuerspannung an das Fabry-Perot-Filter 130 entsprechend
dem analogen Ansteuersignal 185 an.
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Die
Steuereinheit 170 gibt das digitale Ansteuersignal 175 aus
und nimmt das digitale, optische Erfassungssignal 165 von
dem ADC 160 auf. Die Steuereinheit 170 leitet
auch eine lineare Approximationsformel von Wellenlängen der
zwei Bezugslichter 124, 126 und der Steuerspannungen
entsprechend zu den Referenzwellenlängen, erfasst von dem digitalen,
optischen Erfassungssignal 165, ab. Die Steuereinheit 170 bestimmt
auch die Wellenlängen
der Signalkanäle 122 unter
Verwendung der linearen Approximationsformel.
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2 stellt
eine grafische Darstellung
210, die lineare, approximierte
Wellenlängen
darstellt, und eine Grafik
220, die reale Sendewellenlängen für das Fabry-Perot-Faser-Filter
130 der
1 darstellt,
dar. Wie in
2 dargestellt ist, ändert sich
die reale Sendewellenlänge
des Fabry-Perot-Faser-Filters
130 nicht-linear in Bezug
auf die linear angelegte Steuerspannung
195. Die herkömmliche,
optische Signalüberwachungsvorrichtung
approximiert die reale Sendewellenlängen-Grafik
220 zu
der linearen Grafik
210. Das bedeutet, dass eine lineare
Approximationsformel unter Verwendung der vorbestimmten Wellenlängen X
1, X
2 gebildet wird,
die ein vorbestimmtes Wellenlängenband,
das gemessen werden soll, definieren, was die Wellenlänge eines
optischen Signals, das gemessen werden soll, innerhalb des vorbestimmten
Wellenlängenbands,
ist. Weiterhin werden auch die Steuerspannungen V
1,
V
2 verwendet, die zu den vorbestimmten Wellenlängen X
1, X
2 in Bezug gesetzt
sind. Die Grafik
220 der realen Wellenlänge wird dann zu der Grafik
210 approximiert,
die die lineare Approximationsformel erfüllt, die definiert ist als:
wobei x eine lineare, approximierte
Wellenlänge
ist und v eine Steuerspannung ist, die zu x in Bezug gesetzt ist.
Zum Beispiel wird, falls ein vorbestimmtes, optisches Signal unter
Anlegen einer dritten Steuerspannung V
3 an
das Fabry-Perot-Faser-Filter
130 erfasst wird, das vorbestimmte,
optische Signal so gemessen, dass es eine vierte Sendewellenlänge X
4 besitzt, obwohl deren reale Sendewellenlänge eine
dritte Sendewellenlänge X
3 ist.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, besitzt die herkömmliche, optische Signalüberwachungsvorrichtung, die
ein Fabry-Perot-Faser-Filter besitzt, einen Nachteil dahingehend,
dass die Nichtlinearität
der Grafik der Sendewellenlänge
des Fabry-Perot-Faser-Filters nicht geeignet kompensiert wird. Das
bedeutet, dass, da die herkömmliche,
optische Signalüberwachungsvorrichtung
auf der Annahme basiert, dass die Grafik der Sendewellenlänge des
Fabry-Perot-Faser-Filters linear ist, sich die gemessene Wellenlänge eines
optischen Eingangssignals von deren realer Wellenlänge unterscheidet.
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Die
Patentanmeldung WO00/41351 offenbart eine Überwachung eines WDM-Signals mittels eines
abstimmbaren Gitters, wobei eine lineare Approximation der Kurven-Tuning-Wellenlänge im Vergleich
zu dem Spannungssignal des Gitters auf zwei bekannten Referenzwerten
basiert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Signalüberwachungsverfahren
und eine Vorrichtung, die präzise
die Charakteristika eines optischen WDM-Signals durch Kompensieren
der Nicht-Linearität
der Steuerspannung-Sendewellenlängen-Grafik
eines Fabry-Perot-Faser-Filters misst.
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Das
Vorstehende kann durch ein Verfahren zum Überwachung eines optischen
Signals und eine Vorrichtung zum Messen der Charakteristika eines
optischen WDM-Signals erreicht werden. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird das optische WDM-Signal mit Bezugslichtern an beiden
Seiten des optischen WDM-Signals an dem Wellenlängenspektrum, das Lichtintensitäten bei
bestimmten Wellenlängen
darstellt, kombiniert. Das kombinierte, optische Signal wird zu
einem Filter eingegeben, das eine varia ble Sendewellenlänge besitzt,
und zwar entsprechend einer angelegten Steuerspannung. Eine Steuerspannung-Lichtintensität-Grafik
des kombinierten, optischen Signals, erfasst von dem Filter, wird
in dem gesamten Wellenlängenband
des kombinierten, optischen Signals abgeleitet. Eine lineare, approximierte
Wellenlänge
wird in Bezug auf eine Steuerspannung von vorbestimmten Wellenlängen der
Bezugslichter und der Steuerspannungen entsprechend zu den vorbestimmten
Wellenlängen
erhalten. Eine nicht-lineare, kompensierte Wellenlänge wird
von einer vorbestimmten, nicht-linearen Kompensationsformel mit
der Steuerspannung, um eine Diskrepanz zwischen der Sendewellenlänge des
Filters und der linearen, approximierten Wellenlänge zu kompensieren, erhalten.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, in einem optischen
Signalüberwachungsverfahren,
ein optisches WDM-Signal mit Bezugslichtern an beiden Seiten des
optischen WDM-Signals an dem Wellenlängenspektrum, das Lichtintensitäten an bestimmten
Wellenlängen
darstellt, kombiniert. Das kombinierte, optische Signal wird zu
einem Filter eingegeben, das eine variable Sendewellenlänge besitzt,
und zwar entsprechend einer angelegten Steuerspannung. Eine Steuerspannung-Lichtintensität-Grafik
des kombinierten, optischen Signals, erfasst von dem Filter, wird
in dem gesamten Wellenlängenband
des kombinierten, optischen Signals abgeleitet. Eine lineare, approximierte
Wellenlänge
wird in Bezug auf eine Steuerspannung von vorbestimmten Wellenlängen der
Bezugslichter und den Steuerspannungen entsprechend der vorbestimmten
Wellenlängen
erhalten. Die Betriebstemperatur des Filters wird erfasst. Eine
nicht-lineare, kompensierte Wellenlänge wird aus einer vorgegebenen,
nicht-linearen Kompensationsformel mit der Steuerspannung und der
Betriebstemperatur des Filters erhalten, um eine Diskrepanz zwischen
der Sendewellenlänge
des Filters und der linearen, approximierten Wellenlänge zu kompensieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kombiniert, in einer
optischen Signalüberwachungsvorrichtung,
ein optischer Koppler das optische WDM-Signal mit Bezugslichtern
an beiden Seiten des optischen WDM-Signals an dem Wellenlängenspektrum,
das Lichtintensitäten
bei bestimmten Wellenlängen
darstellt. Ein Filter lässt
nur ein optisches Signal bei einer vorbestimmten Wellenlänge von
dem kombinierten, optischen Signal, aufgenommen von dem optischen
Koppler, entsprechend einer Steuerspannung, hindurch. Ein Filtertreiber
führt eine
Steuerspannung, die linear entsprechend einem Eingangssteuersignal
variiert, zu. Ein optischer Detektor wandelt optoelektrisch das
opti sche Signal, aufgenommen von dem Filter, zu einem optischen
Erfassungssignal um. Ein Temperaturfühler erfasst die Betriebstemperatur
des Filters und gibt ein Temperaturerfassungssignal aus, das die
zweite Betriebstemperatur darstellt. Eine Steuereinheit nimmt das
optische Erfassungssignal und das Temperaturerfassungssignal auf
und gibt das Treiber- bzw. Ansteuersignal zu dem Filtertreiber aus.
Die Steuereinheit erhält
auch eine lineare, approximierte Wellenlänge in Bezug auf die Steuerspannung
von vorbestimmten Wellenlängen
der Bezugslichter und Steuerspannungen entsprechend zu den vorbestimmten
Wellenlängen.
Die Steuereinheit erhält
weiterhin eine nicht-lineare, kompensierte Wellenlänge von
einer vorbestimmten, nicht-linearen Kompensationsformel, mit der
Steuerspannung und der Betriebstemperatur des Filters, um eine Diskrepanz
zwischen der Sendewellenlänge
des Filters und der linearen, approximierten Wellenlänge zu kompensieren.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden anhand der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung ersichtlicher
werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen
wird, in denen:
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1 zeigt
eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Vorrichtung zum Überwachen
eines optischen WDM-Signals;
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2 stellt
eine Grafik einer linearen, approximierten Wellenlänge und
eine Grafik einer realen Wellenlänge
für Sendewellenlängen eines
Fabry-Perot-Faser-Filters, dargestellt in 1, in Bezug
auf Steuerspannungen, dar;
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3 stellt
eine Vorrichtung zum Überwachen
eines optischen WDM-Signals gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar;
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4 zeigt
ein Flussdiagramm, das einen Signalprozess in einer Steuereinheit,
dargestellt in 3, darstellt;
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5 zeigt
ein Flussdiagramm, das einen Filterschritt, dargestellt in 4,
zeigt;
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6 stellt
ein digitales, optisches Erfassungssignal, gezeigt in 3,
dar;
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7 stellt
ein System zum Ableiten einer ersten, nicht-linearen Kompensationsformel,
dargestellt in 4, dar;
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8 zeigt
ein Flussdiagramm, das einen Signalprozess in einem Computer, dargestellt
in 7, zeigt;
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9 zeigt
eine Ansicht, auf die zum Beschreiben eines Wellenlängen-Grafik-Kompensationsschritts, dargestellt
in 8, Bezug genommen wird;
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10 stellt
ein System zum Ableiten einer zweiten, nicht-linearen Kompensationsformel,
dargestellt in 4, dar;
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11 zeigt
ein Flussdiagramm, das einen Signalprozess in einem Computer, dargestellt
in 10, zeigt;
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12 zeigt
eine Ansicht, auf die zum Beschreiben des Unterschieds zwischen
einer zweiten, nicht-linearen, kompensierten Wellenlängen-Grafik
gemäß der vorliegenden
Erfindung und einer linearen, approximierten Wellenlängen-Grafik
Bezug genommen wird;
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13A stellt eine Intensitätsverteilung eines optischen
WDM-Signals in Bezug auf Wellenlängen,
gemessen unter Verwendung eines Lichtspektrum-Analysierers, dar;
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13B stellt eine nicht-lineare, kompensierte Wellenlängen-Grafik,
gemessen in der Überwachungsvorrichtung
für das
optische WDM-Signal gemäß der vorliegenden
Erfindung, dar;
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14A stellt eine Wellenlängen-Fehlerverteilung in dem
Fall dar, in dem das optische Signal, dargestellt in 13A, linear approximiert ist;
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14B stellt eine Wellenlängen-Fehlerverteilung in dem
Fall einer ersten, nichtlinearen Kompensation des optischen Signals,
darstellt in 13A, dar; und
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14C stellt eine Wellenlängen-Fehlerverteilung in dem
Fall einer zweiten, nichtlinearen Kompensation des optischen Signals,
dargestellt in 13A, dar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In
der nachfolgenden Beschreibung werden, zu Zwecken einer Erläuterung,
im Gegensatz zu einer Einschränkung,
spezifische Details angegeben, wie beispielsweise die Architektur,
Schnittstellen, Techniken, usw., um ein Gesamtverständnis der
vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Zu Zwecken der Einfachheit
und der Deutlichkeit sind detaillierte Beschreibungen von ausreichend
bekannten Vorrichtungen, Schaltungen und Verfahren weggelassen,
um so nicht die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit unnötigem Detail
zu verschleiern.
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3 stellt
eine Vorrichtung zum Überwachen
eines optischen WDM-Signals gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Wie 3 zeigt,
umfasst eine Vorrichtung zum Überwachen
eines optischen WDM-Signals eine opti sche Faser 350, einen
optischen Verstärker 310,
einen ersten, einen zweiten und einen dritten Koppler 320, 324, 328,
ein erstes und ein zweites Bragg-Gitter 330, 335,
ein Fabry-Perot-Filter 355,
einen Temperatursensor 385, einen optischen Detektor 360,
einen ADC 365, einen DAC 375, eine Filter-Steuereinrichtung 380 und
eine Steuereinheit 370.
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Ein
optisches WDM-Signal 301 läuft in die optische Faser 350 und
umfasst eine Mehrzahl von Signalkanälen. Der optische Verstärker 310 verstärkt das
optische WDM-Signal 301.
Ein Faserverstärker
oder ein Halbleiterverstärker
können
als der optische Verstärker 310 ausgeführt sein.
Weiterhin kann, falls ein Faserverstärker verwendet wird, er aus
einer mit Erbium dotierten Faser oder einer mit Praseodym dotierten
Faser gebildet sein.
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Für die Eingabe
eines optischen WDM-Signals 302 über einen ersten Port gibt
der erste Koppler 320 90% des optischen WDM-Signals 302 über einen
zweiten Port aus und 10% des optischen WDM-Signals 302 über einen
dritten Port aus. Der zweite Koppler 324 gibt das optische
WDM-Signal 302, aufgenommen über einen ersten Port, zu einem
zweiten Port aus, und gibt zwei Bezugslichter 344, 348,
aufgenommen über
einen dritten Port, zu dem zweiten Port aus.
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Das
erste Faser-Bragg-Gitter 330 reflektiert das erste Bezugslicht,
das eine erste, vorbestimmte Wellenlänge besitzt, von dem optischen
WDM-Signal 302, aufgenommen von dem zweiten Port des zweiten
Kopplers 324. Das zweite Faser-Bragg-Gitter 335,
in Serie mit dem ersten Faser-Bragg-Gitter 330, reflektiert
das zweite Bezugslicht 348 mit einer zweiten, vorbestimmten
Wellenlänge
von dem optischen WDM-Signal, aufgenommen von dem ersten Faser-Bragg-Gitter 330.
Der dritte Koppler 328 kombiniert 10% eines optischen WDM-Signals,
aufgenommen über
einen ersten Port, mit 90% der Bezugslichter 344, 348,
aufgenommen über einen
dritten Port, und gibt das kombinierte, optische Signal 305 über einen
zweiten Port aus.
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Das
Fabry-Perot-Filter 355 überträgt sequenziell
das optische Signal 305, aufgenommen von dem zweiten Port
des dritten Kopplers 328, entsprechend einer linear angelegten
Steuerspannung 382. Der Temperatursensor 385 erfasst
die Betriebstemperatur des Fabry-Perot-Filters 355 und
gibt ein Temperaturerfassungssignal 387, das für die erfasste
Betriebstemperatur repräsentativ
ist, zu der Steuereinheit 370 aus. Der optische Detektor 360 wandelt
ein kombiniertes, optisches Signal 306, aufgenommen von
dem Fabry-Perot-Filter 355, in ein analoges, optisches
Erfassungssignal 362 um. Eine Fotodiode oder eine CCD-(Charge Coupled
Device)-Kamera kann als der optische Detektor 360 ausgeführt sein.
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Der
ADC 365 wandelt das analoge, optische Erfassungssignal 362 in
ein digitales, optisches Erfassungssignal 367 um. Der DAC 375 wandelt
ein digitales Steuersignal 372, aufgenommen von der Steuereinheit 370,
zu einem analogen Steuersignal 377 um. Die Filter-Steuereinrichtung 380 legt
die Steuerspannung 382 an das Fabry-Perot-Filter 355 entsprechend
dem analogen Steuersignal 377 an. Die Steuereinheit 370 gibt
das digitale Steuersignal 372 zu dem DAC 375 aus
und empfängt
das digitale, optische Erfassungssignal 367 von dem ADC 365.
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4 zeigt
ein Flussdiagramm, das einen Signalprozess in der Steuereinheit 370,
dargestellt in 3, darstellt. Wie 4 zeigt,
umfasst der Signalprozess die Schritte eines Filterns (Schritt 410),
eines Auswählens
eines nicht-linearen Kompensationsmodus (Schritt 430),
eines Ableitens einer linearen Approximationsformel (Schritt 334 oder 338),
eines Ableitens einer ersten, nicht-linearen Kompensationsformel
(Schritt 440) und eines Ableitens einer zweiten, nicht-linearen
Kompensationsformel (Schritt 470).
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5 zeigt
ein Flussdiagramm, das den Filterschritt 410, dargestellt
in 4, zeigt. Das Filtern wird durch die Schritte
einer ersten Fourier-Transformation (Schritt 414), einer
zweiten Fourier-Transformation (Schritt 418), einer Rauschabschätzung (Schritt 420),
einer Konvolution (Schritt 424) und einer inversen Fourier-Transformation
(Schritt 428) durchgeführt.
Der Filterschritt 410 wird durchgeführt, um Rauschen von dem digitalen,
optischen Erfassungssignal 367, eingegeben zu der Steuereinheit 370,
zu entfernen.
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Im
Schritt 414 wird eine Fotoreaktionsfunktion h, die das
Fabry-Perot-Faser-Filter 355 darstellt, Fourier-transformiert,
was zu einer Fourier-transformierten Fotoreaktionsfunktion H führt. Im
Schritt 418 wird eine optische Signalfunktion g, die ein
optisches WDM-Signal in dem digitalen, optischen Erfassungssignal 367 darstellt,
Fourier-transformiert,
was zu einer Fourier-transformierten, optischen Signalfunktion G
führt.
Im Schritt 420 wird ein Rauschabschätzwert q erhalten, um Rauschen
von dem optischen WDM-Signal des digitalen, optischen Erfassungssignals 367 zu
entfernen.
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6 zeigt
eine grafische Darstellung, die Lichtintensitäten des optischen WDM-Signals mit einem überlappten
Rauschen in dem digitalen, optischen Erfassungssignal 367,
dargestellt in 3, in Bezug auf Wellenlängen darstellt.
Die Intensität
A des optischen WDM-Signals umfasst die Intensität B des Rauschens.
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Wie 5 zeigt,
wird der Konvolutions-Schritt 424 unter Verwendung der
Fourier-transformierten
Fotoreaktionsfunktion H, der Fourier-transformierten optischen Signalfunktion
G und des Rauschabschätzwerts q
durchgeführt.
Demzufolge wird eine konvolutionierte optische Signalfunktion F
erhalten. Im Schritt 428 wird die konvolutionierte optische
Signalfunktion F einer inversen Fourier-Transformation unterworfen.
Als ein Ergebnis wird eine einer inversen Fourier-Transformation
unterworfene, optische Signalfunktion, frei von Rauschen, erhalten.
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Unter
Bezugnahme wiederum auf 4 wird entweder der erste oder
der zweite, nicht-lineare Kompensationsmodus im Schritt 430 ausgewählt. Der
Unterschied zwischen den zwei linearen Kompensationsmodi ist derjenige,
ob die Temperaturabhängigkeit
der Sendewellenlänge
des Fabry-Perot-Faser-Filters 355 berücksichtigt wird oder nicht.
In dem ersten, nicht-linearen Kompensationsmodus werden der Ableitungsschritt 434 für die lineare
Approximationsformel und der Ableitungsschritt 440 für die erste,
nicht-lineare Kompensationsformel durchgeführt.
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Im
Schritt
434 wird die lineare Approximationsformel der Gleichung
(1) unter Verwendung der vorbestimmten Wellenlängen X
1,
X
2 des Bezugslichts
344,
348 und
der Steuerspannungen V
1, V
2,
die zu den Wellenlängen
X
1, X
2 in Bezug
stehen, erhalten. Im Schritt
440 wird eine erste, nicht-lineare
Kompensationsformel unter Verwendung der linearen, approximierten
Wellenlänge
x, berechnet durch Gleichung (1), als eine Variable und als ein
Polynom P
M(x) erhalten. Eine Wellenlängengrafik
entsprechend der ersten, nicht-linearen Kompensationsformel muss
durch (V
1, X
1) und
(V
2, X
2) hindurchführen. Deshalb
ist die erste, nicht-lineare Kompensationsformel gegeben als:
wobei
y eine erste, nicht-lineare, kompensierte Wellenlänge ist
und a
m ein nichtlinearer Koeffizient m-ter
Ordnung ist. P
M(x) wird aus empirischen
Daten erhalten, was impliziert, dass M und a
m bestimmt
werden. Da a
m über eine Reihe von formelmäßigen Berechnungen
bestimmt wird, nachdem M bestimmt ist, ist es wesentlich, M zu bestimmen.
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7 zeigt
ein Blockdiagramm eines Systems zum Ableiten der ersten, nichtlinearen
Kompensationsformel. Wie 7 zeigt, umfasst das System
einen Standard-Wellenlängengenerator 510,
die Überwachungsvorrichtung 390,
dargestellt in 3, und einen Computer 520.
Der Standard-Wellenlängengenerator 510 steuert
präzise
die Wellenlänge
eines standardmäßigen, optischen
Signals, ausgegeben zu der Überwachungsvorrichtung 390.
Weiterhin führt
der Standard-Wellenlängengenerator 510 Informationen
z über
die Standard-Wellenlängengrafik
des optischen Standardsignals zu dem Computer 520 zu.
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Die Überwachungsvorrichtung 390 gibt
Informationen x über
die lineare Approximationsformel, abgeleitet von dem optischen Standardsignal,
empfangen von dem Standard-Wellenlängengenerator 510,
zu dem Computer 520 aus. Der Computer 520 arbeitet
dahingehend, die erste, nicht-lineare Kompensationsformel, die eine
Wellenlängengrafik
darstellt, die am geeignetsten für
die Standard-Wellenlängengrafik
ist, über
eine Reihe von Signalprozessen abzuleiten.
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8 zeigt
ein Flussdiagramm, das die Signalverarbeitung des Computers 520,
dargestellt in 7, zeigt. Der Signalprozess
umfasst einen Standard-Datensatz-Einstellschritt 448,
einen PM(x) Berechnungsschritt 450,
einen Wellenlängengrafik-Vergleichsschritt 454 und
einen Entscheidungsschritt 458 über einen zulässigen Fehler.
M wird zu Anfang auf 1 im Schritt 444 gesetzt, was ein
Wert ist, der wahlweise eingestellt ist. Paare der linearen, approximierten
Wellenlänge
x und der Standardwellenlänge
z, erhalten von der Standard-Wellenlängengrafik, {(x0,
z0), (x1, z1), ..., (xK, zK)}, werden im Schritt 448 eingestellt.
Hierbei hat K den Wert (M + 1).
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Im
Schritt 450 wird PM(x), das bedeutet
am, unter Verwendung der Standarddaten,
eingestellt durch Gleichung (2), berechnet.
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Durch
Berechnen von Gleichung (2) mit am, erhalten
von Gleichung (3), wird die erste, nicht-lineare Kompensationsformel
abgeleitet.
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Im
Schritt 454 wird die erste, nicht-lineare, kompensierte
Wellenlängengrafik,
dargestellt durch die erste, nicht-lineare Kompensationsformel,
mit der Standard-Wellenlängengrafik
verglichen. Im Schritt 458 wird bestimmt, ob der Unterschied
zwischen der ersten, nicht-linearen, kompensierten Wellenlängengrafik
und der Standard-Wellenlängengrafik
innerhalb eines vorbestimmten, zulässigen Fehlerbereichs fällt. Falls
sie dies tut, wird M um „1" im Schritt 460 erhöht, und
der Vorgang kehrt zu Schritt 448 zurück.
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9 zeigt
ein Diagramm, auf das zum Beschreiben von Schritt 454 der 8 Bezug
genommen wird, das die lineare, approximierte Wellenlängengrafik,
eine erste, nicht-lineare, kompensierte Wellenlängengrafik mit M = 3, eine
erste, nicht-lineare, kompensierte Wellenlängengrafik mit M = 4, die Standard-Wellenlängengrafik
und eine erste, nicht-lineare, kompensierte Wellenlängengrafik
mit M = 5 darstellt. Wie in 9 dargestellt
ist, ist die erste, nicht-lineare, kompensierte Wellenlängengrafik
mit M = 4 mehr an die Standard-Wellenlängengrafik als die erste, nicht-lineare,
kompensierte Wellenlängengrafik
mit M = 3 angenähert.
Der Fehler der ersten, nicht-linearen, kompensierten Wellenlängengrafik
mit M = 4 kann einen vorbestimmten, zulässigen Fehlerwert übersteigen.
In diesem Fall wird M um „1" im Schritt 460 erhöht und der
Vorgang kehrt zu Schritt 448 zurück.
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Andererseits
besitzt die erste, nicht-lineare, kompensierte Wellenlängengrafik
mit M = 5 einen größeren Fehler
als die erste, nicht-lineare, kompensierte Wellenlängengrafik
mit M = 4. In diesem Fall wird eine endlose Schleife in dem Vorgang
der 8 gebildet. Demzufolge wird, wenn der Fehler einer
ersten, nicht-linearen, kompensierten Wellenlängengrafik mit M = b + 1 einen
größeren Fehler
als der vorbestimmte, zulässige Fehlerwert
und derjenige einer ersten, nicht-linearen, kompensierten Wellenlängengrafik
mit M = b be sitzt, die Schleife durch Einstellen von M auf b beendet.
Oder es wird bestimmt, ob der Fehler der vorliegenden, ersten, nicht-linearen,
kompensierten Wellenlängengrafik
größer als
derjenige der vorherigen, ersten, nicht-linearen, kompensierten
Wellenlängengrafik,
im Schritt 458, ist.
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Wie
wiederum 4 zeigt, wird der Ableitungsschritt 438 für die lineare
Approximationsformel und der Ableitungsschritt 470 für die zweite,
nicht-lineare Kompensationsformel in dem zweiten, nicht-linearen
Kompensationsmodus durchgeführt.
Im Schritt 438 wird die lineare Approximationsformel von
Gleichung (1) unter Verwendung der Wellenlängen X1,
X2 der Bezugslichter 344, 348 und
der Steuerspannungen V1, V2,
die zu den Wellenlängen
X1, X2 in Bezug
gesetzt sind, erhalten.
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Im
Schritt
470 wird eine erste, nicht-lineare Kompensationsformel
unter Verwendung der linearen, approximierten Wellenlänge x, erhalten
aus Gleichung (1), als eine Variable und ein Polynom P
MN(x,
t) erhalten. Eine Wellenlängengrafik
entsprechend der zweiten, nicht-linearen Kompensationsformel muss
durch (V
1, X
1) und
(V
2, X
2) hindurchführen. Deshalb
ist die zweite, nicht-lineare Kompensationsformel gegeben als:
wobei λ eine zweite,
nicht-lineare, kompensierte Wellenlänge ist, c
m,n ein
nichtlinearer Koeffizient einer (m, n)-ten Ordnung ist, und t das
Produkt der Steuerspannung
382, angelegt an das Fabry-Perot-Faser-Filter
355, und
der Betriebstemperatur des Fabry-Perot-Faser-Filters
355 ist.
P
MN(x, t) wird aus empirischen Daten erhalten,
was mit sich bringt, dass M, N und c
m,n bestimmt
werden. Da c
m,n über eine Reihe von formulierten
Berechnungen bestimmt wird, nachdem M und N bestimmt sind, ist es
wesentlich, M und N zu bestimmen.
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10 zeigt
ein Blockdiagramm eines Systems zum Ableiten der zweiten, nichtlinearen
Kompensationsformel. Wie 10 zeigt,
umfasst das System einen Standard-Wellenlängengenerator 610,
eine Überwachungsvorrichtung 390,
wie in 3, eine Wärmekammer 620 und
einen Computer 630. Der Standard-Wellenlängengenerator 610 steuert
präzise
die Wellenlänge
eines standardmäßigen, optischen
Signalausgangs zu der Überwachungsvorrichtung 390 und
führt Informationen
z über
die Standard-Wellenlängengrafik
des optischen Standardsignals zu dem Computer 630 zu.
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Die Überwachungsvorrichtung 390 gibt
Informationen x über
die lineare Approximationsformel, abgeleitet von dem optischen Standardsignal,
aufgenommen von dem Standard-Wellenlängengenerator 610,
und Informationen t über
die Betriebstemperatur des Fabry-Perot-Faser-Filters 355,
zu dem Computer 630 aus. Die Wärmekammer 620 steuert
die Umgebungstemperatur der Überwachungsvorrichtung 390 ähnlich zu
der Betriebstemperatur des Fabry-Perot-Faser-Filters 355.
Der Computer 630 arbeitet so, um die zweite, nicht-lineare Kompensationsformel,
die eine Wellenlängengrafik
darstellt, die am geeignetsten zu der Standard-Wellenlängengrafik
ist, über
eine Reihe von Prozessen, abzuleiten.
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11 zeigt
ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung des Computers 630,
dargestellt in 10, darstellt. Der Vorgang umfasst
einen Standard-Dateneinstellschritt 478, einen PMN(x, t) Berechnungsschritt 480, einen
Wellenlängengrafik-Vergleichsschritt 484,
einen N Bestimmungsschritt 488 und einen Entscheidungsschritt 490 oder 492 über einen
zulässigen
Fehler. Der Prozess wird wiederholt für t in einem vorbestimmten Bereich
(z.B. tS ≤ t ≤ tE) durchgeführt. M und N werden zu Anfang
beide auf „1" im Schritt 474 eingestellt,
die Werte sind, die wahlweise ausgewählt sind.
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Paare
der linearen, approximierten Wellenlänge x für t und der Standardwellenlänge z, erhalten
von der Standard-Wellenlängengrafik,
{(x0, z0), (x1, z1), ..., (xK, zK)}, werden im
Schritt 478 eingestellt. Hierbei hat K den Wert (M × N + 1).
Im Schritt 480 wird PMN(x, t),
das bedeutet cm,n, berechnet, und zwar unter
Verwendung der Standarddaten, eingestellt in Gleichung (4). Da cm,n in einer ähnlichen Art und Weise wie
Gleichung (3) berechnet wird, wird die detaillierte Beschreibung
hier weggelassen. Durch Berechnung von Gleichung (4) mit dem erhaltenen
cm,n wird die zweite, nicht-lineare Kompensationsformel
abgeleitet.
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Im
Schritt 484 wird die zweite, nicht-lineare, kompensierte
Wellenlängengrafik,
dargestellt durch die zweite, nicht-lineare Kompensationsformel,
mit der Standard-Wellenlängengrafik
verglichen. Im Schritt 488 wird N geändert, falls M aus den vorherigen
Schritten bestimmt ist. Wenn der N Bestimmungsschritt eingegeben
ist, ist M festgelegt. Im Schritt 490 oder 492 wird
bestimmt, ob die Differenz zwischen der zweiten, nichtlinearen,
kompensierten Wellenlängengrafik
und der Standard-Wellenlängengrafik
innerhalb eines vorbestimmten, zulässigen Fehlerbereichs fällt. Falls
dies nicht der Fall ist, wird M oder N um „1" im Schritt 494 oder 498 erhöht und der
Vorgang kehrt zu Schritt 478 zu rück. Der Fehler der vorliegenden
ersten oder zweiten, nicht-linearen, kompensierten Wellenlängengrafik
kann vernachlässigt
werden, falls er gleich zu oder geringer als derjenige der vorherigen,
ersten oder zweiten, nicht-linearen, kompensierten Wellenlängengrafik
ist.
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12 zeigt
eine dreidimensionale Grafik, die den Unterschied zwischen der zweiten,
nicht-linearen Wellenlängengrafik
gemäß der vorliegenden
Erfindung und einer linearen, approximierten Wellenlängengrafik darstellt.
Es ist anhand der Grafik festzustellen, dass sich ein kompensierter
Wert merkbar bei einer linearen, approximierten Wellenlänge ändert, wogegen
er sich leicht für
t ändert,
was die Betriebstemperatur des Fabry-Perot-Faser-Filters wiedergibt. Hierbei
liegt die Betriebstemperatur zwischen 0 und 60 EC und M und N von PMN(x, t) sind beide gleich zu „4".
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13A zeigt eine Grafik, die die Intensitätsverteilung
eines optischen WDM-Signals,
gemessen unter Verwendung eines Analysierers für das optische Spektrum, in
Bezug auf Wellenlängen,
darstellt. 13B zeigt eine Grafik, die eine
Intensitätsverteilung
des optischen WDM-Signals, dargestellt in 13A,
zeigt, gemessen unter Verwendung der Vorrichtung zum Überwachen
des optischen WDM-Signals, in Bezug auf Wellenlängen. Wie festzustellen ist,
sind die Grafiken, dargestellt in den 13A und 13B, sehr ähnlich.
Die Grafik der 13A zeigt ein optisches WDM-Signal
mit einem überlappenden
Rauschen und die Grafik der 13B zeigt
ein optisches WDM-Signal, das frei von Rauschen ist.
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14A zeigt eine Grafik, die eine Wellenlängen-Fehlerverteilung
in dem Fall darstellt, in dem das optische Signal, dargestellt in 13A, linear approximiert ist. 14B zeigt eine Grafik, die eine Wellenlängen-Fehlerverteilung
in dem Fall darstellt, in dem das optische Signal, dargestellt in 13A, bei dem ersten, nicht-linearen Modus kompensiert
ist. 14C zeigt eine Grafik, die eine
Wellenlängen-Fehlerverteilung
in dem Fall darstellt, in dem das optische Signal, dargestellt in 13A, bei dem zweiten, nicht-linearen Modus kompensiert
ist. Die Wellenlängenfehler
werden in der Reihenfolge der linearen Approximation, der ersten, nicht-linearen
Kompensation und der zweiten, nicht-linearen Kompensation verringert.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, kompensieren die Vorrichtung und das
Verfahren zum Überwachen des
optischen WDM-Signals gemäß der vorliegenden
Erfindung vorteilhaft die Nicht-Linearität der Steuerspannung-Sendewellenlängengrafik
eines Fabry-Perot- Faser-Filters
unter Verwendung einer ersten oder einer zweiten, nicht-linearen
Kompensationsformel. Deshalb können
die Charakteristika eines optischen WDM-Signals, wie beispielsweise
Wellenlänge
und Rauschen, genauer als mit der herkömmlichen Technologie gemessen
werden.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf eine bestimmte, bevorzugte Ausführungsform
davon dargestellt und beschrieben worden ist, wird für Fachleute
auf dem betreffenden Fachgebiet verständlich werden, dass verschiedene Änderungen
in Form und Details darin vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang
der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, zu verlassen.