DE60207479T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines optischen WDM Signals - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines optischen WDM Signals Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Sachgebiet der Erfindung
  • 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.
  • 2. Beschreibung des in Bezug stehenden Stands der Technik
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 X1, X2 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 V1, V2 verwendet, die zu den vorbestimmten Wellenlängen X1, X2 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:
    Figure 00030001
    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 V3 an das Fabry-Perot-Faser-Filter 130 erfasst wird, das vorbestimmte, optische Signal so gemessen, dass es eine vierte Sendewellenlänge X4 besitzt, obwohl deren reale Sendewellenlänge eine dritte Sendewellenlänge X3 ist.
  • 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.
  • 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.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 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:
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Vorrichtung zum Überwachen eines optischen WDM-Signals;
  • 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;
  • 3 stellt eine Vorrichtung zum Überwachen eines optischen WDM-Signals gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Signalprozess in einer Steuereinheit, dargestellt in 3, darstellt;
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Filterschritt, dargestellt in 4, zeigt;
  • 6 stellt ein digitales, optisches Erfassungssignal, gezeigt in 3, dar;
  • 7 stellt ein System zum Ableiten einer ersten, nicht-linearen Kompensationsformel, dargestellt in 4, dar;
  • 8 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Signalprozess in einem Computer, dargestellt in 7, zeigt;
  • 9 zeigt eine Ansicht, auf die zum Beschreiben eines Wellenlängen-Grafik-Kompensationsschritts, dargestellt in 8, Bezug genommen wird;
  • 10 stellt ein System zum Ableiten einer zweiten, nicht-linearen Kompensationsformel, dargestellt in 4, dar;
  • 11 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Signalprozess in einem Computer, dargestellt in 10, zeigt;
  • 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;
  • 13A stellt eine Intensitätsverteilung eines optischen WDM-Signals in Bezug auf Wellenlängen, gemessen unter Verwendung eines Lichtspektrum-Analysierers, dar;
  • 13B stellt eine nicht-lineare, kompensierte Wellenlängen-Grafik, gemessen in der Überwachungsvorrichtung für das optische WDM-Signal gemäß der vorliegenden Erfindung, dar;
  • 14A stellt eine Wellenlängen-Fehlerverteilung in dem Fall dar, in dem das optische Signal, dargestellt in 13A, linear approximiert ist;
  • 14B stellt eine Wellenlängen-Fehlerverteilung in dem Fall einer ersten, nichtlinearen Kompensation des optischen Signals, darstellt in 13A, dar; und
  • 14C stellt eine Wellenlängen-Fehlerverteilung in dem Fall einer zweiten, nichtlinearen Kompensation des optischen Signals, dargestellt in 13A, dar.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Im Schritt 434 wird die lineare Approximationsformel der Gleichung (1) unter Verwendung der vorbestimmten Wellenlängen X1, X2 des Bezugslichts 344, 348 und der Steuerspannungen V1, V2, die zu den Wellenlängen X1, X2 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 PM(x) erhalten. Eine Wellenlängengrafik entsprechend der ersten, nicht-linearen Kompensationsformel muss durch (V1, X1) und (V2, X2) hindurchführen. Deshalb ist die erste, nicht-lineare Kompensationsformel gegeben als:
    Figure 00090001
    wobei y eine erste, nicht-lineare, kompensierte Wellenlänge ist und am ein nichtlinearer Koeffizient m-ter Ordnung ist. PM(x) wird aus empirischen Daten erhalten, was impliziert, dass M und am bestimmt werden. Da am über eine Reihe von formelmäßigen Berechnungen bestimmt wird, nachdem M bestimmt ist, ist es wesentlich, M zu bestimmen.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • Im Schritt 450 wird PM(x), das bedeutet am, unter Verwendung der Standarddaten, eingestellt durch Gleichung (2), berechnet.
  • Figure 00100001
  • Figure 00110001
  • Durch Berechnen von Gleichung (2) mit am, erhalten von Gleichung (3), wird die erste, nicht-lineare Kompensationsformel abgeleitet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 PMN(x, t) erhalten. Eine Wellenlängengrafik entsprechend der zweiten, nicht-linearen Kompensationsformel muss durch (V1, X1) und (V2, X2) hindurchführen. Deshalb ist die zweite, nicht-lineare Kompensationsformel gegeben als:
    Figure 00120001
    wobei λ eine zweite, nicht-lineare, kompensierte Wellenlänge ist, cm,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. PMN(x, t) wird aus empirischen Daten erhalten, was mit sich bringt, dass M, N und cm,n bestimmt werden. Da cm,n über eine Reihe von formulierten Berechnungen bestimmt wird, nachdem M und N bestimmt sind, ist es wesentlich, M und N zu bestimmen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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".
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Überwachen eines optischen Signals, um die Eigenschaften eines optischen Wellenlängenmultiplex (WDM)-Signals zu messen, das die folgenden Schritte umfasst: Zusammensetzen des optischen WDM-Signals mit Bezugslichtern, um ein zusammengesetztes optisches Signal auszubilden; Einleiten des zusammengesetzten optischen Signals in ein Filter, das entsprechend einer angelegten Steuerspannung eine variable Durchlasswellenlänge hat; Bestimmen einer linearen Näherung der charakteristischen Abstimmungswellenlänge als Funktion der Steuerspannung des Filters aus vorgegebenen Wellenlängen der Bezugslichter und Steuerspannungen, die den vorgegebenen Wellenlängen entsprechen; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt umfasst: Kompensieren der linearen Näherung mittels einer vorgegebenen nicht-linearen Kompensationsformel, um Diskrepanzen zwischen der tatsächlichen Durchlasswellenlänge des Filters und dem mit der linearen Näherung bestimmten Wellenlängenwert zu korrigieren.
  2. Verfahren zum Überwachen eines optischen Signals nach Anspruch 1, wobei die lineare Näherung bestimmt wird durch:
    Figure 00160001
    wobei x die linear genäherte Wellenlänge ist, X1 eine erste vorgegebene Wellenlänge ist, V1 eine erste Steuerspannung ist, X2 eine zweite vorgegebene Wellenlänge ist, V2 eine zweite Steuerspannung ist und v die mit x zusammenhängende Steuerspannung ist.
  3. Verfahren zum Überwachen eines optischen Signals nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei die nicht-lineare Kompensationsformel ausgedrückt wird als:
    Figure 00170001
    wobei y die nicht-linear kompensierte Wellenlänge ist, x die linear genäherte Wellenlänge ist, X1 eine erste vorgegebene Wellenlänge ist, X2 eine zweite vorgegebene Wellenlänge ist, M eine beliebige Konstante ist und am ein nicht linearer Koeffizient m-ter Ordnung ist.
  4. Verfahren zum Überwachen eines optischen Signals nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Filter ein Fabry-Perot-Faser-Filter ist.
  5. Verfahren zum Überwachen eines optischen Signals nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bezugslichter auf beiden Seiten des optischen WDM-Signals in dem Wellenlängenspektrum zusammengesetzt werden, das Lichtintensitäten bei bestimmten Wellenlängen darstellt.
  6. Verfahren zum Überwachen eines optischen Signals nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das des Weiteren das Herleiten einer Steuerspannungs-Lichtintensitäts-Kurve eines zusammengesetzten optischen Signals enthält, das von dem Filter in dem Gesamt-Wellenlängenband des zusammengesetzten optischen Signals erfasst wird.
  7. Verfahren zum Überwachen eines optischen Signals nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das des Weiteren den folgenden Schritt umfasst: Ermitteln der Arbeitstemperatur des Filters; wobei der Schritt des Bestimmens einer nicht-linear kompensierten Wellenlänge das Bestimmen einer nicht-linear kompensierten Wellenlänge aus der vorgegebenen nicht-linearen Kompensationsformel mit der Steuerspannung und der Arbeitstemperatur des Filters umfasst, um eine Diskrepanz zwischen einer Durchlasswellenlänge des Filters und der linear genäherten Wellenlänge zu kompensieren.
  8. Verfahren zum Überwachen eines optischen Signals nach Anspruch 7, wobei die nicht-lineare Kompensationsformel ausgedrückt wird als:
    Figure 00180001
    wobei λ die nicht-linear kompensierte Wellenlänge ist, x die linear genäherte Wellenlänge ist, X1 eine erste vorgegebene Wellenlänge ist, X2 eine zweite vorgegebene Wellenlänge ist, M eine beliebige ganze Zahl ist, N eine beliebige ganze Zahl ist, cm,n ein nicht-linearer Koeffizient (m,n)-ter Ordnung ist und t das Produkt der mit x zusammenhängenden Steuerspannung und der Arbeitstemperatur des Filters ist.
  9. Vorrichtung zum Überwachen eines optischen Signals zum Messen der Eigenschaften eines optischen Wellenlängenmultiplex-Signals, die umfasst: einen optischen Koppler (328), der das optische WDM-Signal mit Bezugslichtern zusammensetzt, um ein zusammengesetztes optisches Signals auszubilden; ein Filter (355), das entsprechend einer Ansteuerspannung nur ein optisches Signal bei einer vorgegebenen Wellenlänge von dem von dem optischen Koppler empfangenen zusammengesetzten optischen Signal durchlässt; eine Filter-Steuereinrichtung (380), die eine Steuerspannung zuführt, die sich entsprechend einem eingegebenen Steuersignal linear ändert; einen optischen Detektor (360), der das von dem Filter empfangene optische Signal opto-elektrisch in ein optisches Erfassungssignal umwandelt; einen Temperatursensor (385), der die Betriebstemperatur des Filters (355) ermittelt und ein Signal der ermittelten Temperatur ausgibt, das die ermittelte Arbeitstemperatur darstellt; und eine Steuerung (370), die das optische Erfassungssignal und das Signal der ermittelten Temperatur empfängt und das Steuersignal an die Filter-Steuereinrichtung ausgibt, wobei die Steuerung (370) so eingerichtet ist, dass sie eine lineare Näherung der charakteristischen Abstimmwellenlänge als Funktion der Steuerspannung des Filters aus vorgegebenen Wellenlängen der Bezugslichter und der Steuerspannungen bestimmt, die den vorgegebenen Wellenlängen entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (370) des Weiteren so eingerichtet ist, dass sie die lineare Näherung mittels einer vorgegebenen nichtlinearen Kompensationsformel kompensiert, die die Steuerspannung und die Arbeitstemperatur des Filters berücksichtigt, um Diskrepanzen zwischen der tatsächlichen Durchlasswellenlänge des Filters und dem mit der linearen Näherung bestimmten Wellenlängenwert zu korrigieren.
  10. Vorrichtung zum Überwachen eines optischen Signals nach Anspruch 9, wobei die lineare Näherung bestimmt wird durch:
    Figure 00190001
    wobei x die linear genäherte Wellenlänge ist, X1 eine erste vorgegebene Wellenlänge ist, V1 eine erste Steuerspannung ist, X2 eine zweite vorgegebene Wellenlänge ist, V2 eine zweite Steuerspannung ist und v die mit x zusammenhängende Steuerspannung ist.
  11. Vorrichtung zum Überwachen eines optischen Signals nach den Ansprüchen 9 oder 10, wobei die nicht-lineare Kompensationsformel ausgedrückt wird als:
    Figure 00200001
    wobei λ die nicht-linear kompensierte Wellenlänge ist, x die linear genäherte Wellenlänge ist, X1 eine erste vorgegebene Wellenlänge ist, X2 eine zweite vorgegebene Wellenlänge ist, M eine beliebige ganze Zahl ist, N eine beliebige ganze Zahl ist, cm,n ein nicht-linearer Koeffizient (m, n)-ter Ordnung ist und t das Produkt der mit x zusammenhängenden Steuerspannung und der Arbeitstemperatur des Filters ist.
  12. Vorrichtung zum Überwachen eines optischen Signals nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Filter (355) ein Fabry-Perot-Faser-Filter ist.
  13. Vorrichtung zum Überwachen eines optischen Signals nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei sich die Bezugslichter auf beiden Seiten des optischen WDM-Signals in dem Wellenlängenspektrum befinden, das Lichtintensitäten bei bestimmten Wellenlängen darstellt.
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