-
Gebiet der
Erfindung
-
Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen
eines Kanalverhaltens in Dicht-Wellenlängenmultiplex- (DWDM-)
Optiknetzen und insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, auf
ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung zum Testen
des Kanalverhaltens eines DWDM-Netzes auf eine Übertragungs- oder Transportqualität, wie z.
B. Bitfehlerraten- (BER-) Tests oder protokollbasierte Analysen
und optische Spektralanalysen, wie z. B. Wellenlängen- oder Optiksignal-Rausch-Verhältnis-Analysen.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
In
optischen Kommunikationen ist die Übertragung mehrerer Kanäle auf der
Basis eines dichten Wellenlängenmultiplexens
(DWDM) eine wirtschaftliche Lösung,
um einen kontinuierlichen Anstieg eines Bedarfs nach Bandbreite
zu erfüllen
und um existierende Faseroptikinfrastrukturen bestmöglich zu
nutzen. Ein DWDM-Optikkommunikationssystem stellt vollständig unterschiedliche
Anforderungen an eine Messausrüstung
auf der optischen Seite als herkömmliche
Einkanalsysteme, bei denen die genaue Übertragungswellenlänge von
sekundärer
Bedeutung ist und nur der Signalleistungspegel sorgfältig überwacht
werden muss.
-
In
DWDM-Optikkommuniktationssystemen müssen sowohl eine Übertragungs-
oder Transportqualität
als auch optische Parameter von Übertragungsdaten über alle
Kanäle überwacht
werden. Abstimmbare optische Filter sind Kernkomponenten beim Überwachen
von DWDM-Systemen. Die Anforderungen für eine Übertragungsbandbreite der abstimmbaren
optischen Filter jedoch unterscheiden sich für die beiden Typen eines Testens
grundlegend. Bei Übertragungs-
oder Transportqualitätstests,
wie z. B. BER-Tests oder protokollbasierten Tests, muss ein abstimmbares
optisches Bandpassfilter mit relativ breiter Bandbreite ganze einzelne
Kanäle
durchlaufen. Die Bandbreite eines derartigen abstimmbaren Bandpassfilters
muss ausreichend breit sein, um in der Lage zu sein, auf den erforderlichen
Kanal zu verriegeln und einen ausreichenden Anteil des modulierten Übertragungsdatensignals
in dem verriegelten Signal durchzuleiten. Für optische Spektralanalysen muss
ein abstimmbares optisches Filter mit einer relativ schmalen Bandbreite
verwendet werden, um eine Wellenlänge und das Rauschleistungsspektrum abzutasten.
Die Bandbreite des abstimmbaren Filters für optische Spektralanalysen
sollte ausreichend schmal sein, um eine hohe Messgenauigkeit zu
erzielen. Aufgrund der unterschiedlichen Bandbreitenanforderungen
sind, wenn beide Filter in einer Testausrüstung für DWDM-Systeme erforderlich
sind, die beiden optischen Filter herkömmlicherweise parallel konfiguriert,
insbesondere bei Feldanwendungen. Da es z. B. zwei parallele Pfade
für das
Licht gibt, erfordern derartige Testsysteme ein Aufteilen des Eingangslichts,
was die Leistung des Lichts in jedem Pfad reduziert und eine Vielzahl
weiterer Komponenten erfordert, die in jedem Pfad vorhanden sein müssen.
-
Das
U.S.-Patent Nr. 6,310,703 (Alavie u. a.) offenbart die Verwendung
eines abstimmbaren optischen Kanalauswahlfilters zum Auswählen und
Filtern eines bestimmten Kanals aus einem DWDM-Spektrum. Nach dem
abstimmbaren optischen Kanalauswahlfilter wird das Optikkanalsignal in
zwei Teile aufgespalten. Einer derselben wird dann optisch in ein
optisches Filter eingegeben, das eine Übertragungscharakteristik aufweist,
die proportional mit der Wellenlänge
variiert. Der andere optische Pfad bleibt ungestört. Das optische Spektrum des Kanals
wird dann durch ein Vergleichen der Ausgaben der beiden optischen
Pfade analysiert, um eine ratiometrische Wellenlängen- und eine Leistungsbestimmungsanalyse
bereitzustellen. Datenübertragungstests,
die das gesamte optische Spektrum des Kanals erfordern, können mit
dieser Vorrichtung nicht durchgeführt werden.
-
Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung möchte
deshalb ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Kanalverhaltens
in Dicht-Wellenlängenmultiplex-
(DWDM-) Optiknetzen bereitstellen, die die oben erwähnten Probleme
im Stand der Technik überwinden
oder zumindest reduzieren.
-
Entsprechend
stellt die Erfindung bei einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Überwachen
eines Kanalverhaltens in Dicht-Wellenlängenmultiplex- (DWDM-) Optiknetzen
bereit, wobei die Vorrichtung einen optischen Eingang zum Empfangen
eines optischen Signals von einem DWDM-Optiknetz, ein abstimmbares
optisches Kanalauswahlfilter, das mit dem optischen Eingang gekoppelt
ist und einen Ausgang aufweist, ein abstimmbares optisches Kerbfilter,
das eine Bandbreite aufweist, die wesentlich schmaler ist als diejenige
des abstimmbaren optischen Kanalauswahlfilters, und einen Eingang,
der mit dem Ausgang des abstimmbaren optischen Kanalauswahlfilters
gekoppelt ist, und einen Ausgang aufweist, einen Optiksignal-zu-Elektriksignal-Wandler,
der einen Eingang aufweist, der mit dem Ausgang des abstimmbaren
optischen Kerbfilters verbunden ist, zum Empfangen eines optischen
Signals von dem Ausgang des abstimmbaren optischen Kerbfilters und
zum Umwandeln desselben in ein entsprechendes elektrisches Signal,
und eine Signalverarbeitungseinrichtung, die einen Eingang, der
mit dem Ausgang des Optiksignal-zu-Elektriksignal-Wandlers gekoppelt
ist, zum Verarbeiten des entsprechenden elektrischen Signals, und
einen Ausgang zum Bereistellen eines verarbeiteten Signals aufweist,
wobei die Signalverarbeitungseinrichtung eine Einrichtung zum Ausführen einer
Kanalübertragungsanalyse
und eine Einrichtung zum Ausführen
einer optischen Spektralanalyse umfasst, aufweist.
-
Vorzugsweise
weist der Optiksignal-zu-Elektriksignal-Wandler zumindest einen
Photodetektor auf.
-
Die
Kanalübertragungsanalyse
umfasst vorzugsweise Bitfehlerraten- (BER-) Tests und/oder eine protokollbasierte
Analyse und die optische Spektralanalyse umfasst vorzugsweise eine
Wellenlängen- oder
eine Signal-Rausch- (S/N-) Verhältnis-Analyse.
-
Die
Vorrichtung weist vorzugsweise ferner eine Steuereinrichtung zum
Steuern der Abstimmung zumindest eines des abstimmbaren optischen
Kerbfilters und des abstimmbaren optischen Kanalauswahlfilters auf.
-
Die
Vorrichtung weist vorzugsweise ferner eine Wellenlängenreferenzquelle
zum Bereitstellen einer Wellenlängenreferenz
zum Kalibrieren der Wellenlänge
zumindest eines des abstimmbaren optischen Kanalauswahlfilters und
des abstimmbaren optischen Kerbfilters auf.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen
eines Kanalverhaltens in Dicht-Wellenlängenmultiplex- (DWDM-) Optiknetzen
bereit, wobei das Verfahren die Schritte eines Empfangens eines
optischen Signals von einem DWDM-Optiknetz, eines Leitens des optischen Signals
durch ein abstimmbares optisches Kanalauswahlfilter, eines Leitens
des optischen Signals von dem abstimmbaren optischen Kanalauswahlfilter durch
ein abstimmbares optisches Kerbfilter und eines Verarbeitens des
optischen Signals von dem abstimmbaren optischen Kerbfilter, um
ein Kanalverhalten in dem optischen Netz zu bestimmen, wobei der Schritt
des Verarbeitens des optischen Signals die Schritte einer Kanalübertragungsanalyse
und einer optischen Spektralanalyse umfasst, aufweist.
-
Vorzugsweise
weist das Verfahren ferner den Schritt eines Umwandelns des optischen
Signals von dem abstimmbaren opti schen Kerbfilter in ein entsprechendes
elektrisches Signal vor dem Verarbeitungsschritt auf.
-
Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist
das Verfahren ferner den Schritt eines Steuerns der Abstimmung zumindest
eines des abstimmbaren optischen Kerbfilters und des abstimmbaren
optischen Kanalauswahlfilters auf.
-
Vorzugsweise
weist das Verfahren ferner den Schritt eines Kalibrierens der Wellenlänge zumindest
eines des abstimmbaren optischen Kerbfilters und des abstimmbaren
optischen Kanalauswahlfilters auf.
-
Der
Schritt der Kanalübertragungsanalyse umfasst
vorzugsweise Bitfehlerraten- (BER-) Tests und/oder eine Protokollbasenanalyse
und der Schritt der optischen Spektralanalyse umfasst vorzugsweise eine
Wellenlängen-
oder Signal-Rausch-(S/N-)
Verhältnis-Analyse.
Eine Transportqualitätsanalysye könnte ebenso
ausgeführt
werden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nun beispielhaft Bezug nehmend auf die Zeichnungen
vollständiger
beschrieben, in denen:
-
1 schematisch
eine Kanalfilterung eines DWDM-Spektrums zeigt;
-
2 schematisch
eine Kerbfilterung des DWDM-Spektrums aus 1 zeigt;
-
3 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, bei der eine Photodetektoreinheit vorhanden
ist, zeigt; und
-
4 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, bei der zwei Photodetektoreinheiten
vorhanden sind, zeigt.
-
Detaillierte
Beschreibung der Zeichnungen
-
So
zeigt 1 die Antwort eines abstimmbaren optischen Kanalauswahlfilters,
das abgestimmt wurde, um einen Durchgang eines Kanals c1 zu erlauben,
während
eine Übertragung
von Kanälen
c2 und c3 blockiert wird. Die Filterantwort ist zu Darstellungszwecken
als eine nichtmaßstabsgetreue
theoretische rechteckige Antwort gezeigt; es ist zu erkennen, dass
tatsächliche
Filterantworten eine Absenkcharakteristik aufweisen. 2 zeigt
das gefilterte Kanalübertragungssignal
aus 1, nachdem dieses durch ein abstimmbares optisches
Kerbfilter geleitet wurde, das verwendet wird, um das Spektrum abzutasten
und einen schmalen Teil c4 des optischen Spektrums aus dem Kanal
c1 zu entfernen. Ein derartiges abstimmbares optisches Kerbfilter
kann angeordnet sein, um nur den schmalen Teil c4 durchzulassen
oder den Kanal c1 ohne den gefilterten Teil c4 durchzulassen. Wieder
werden die Filterantworten zu Darstellungszwecken als nichtmaßstabsgetreue
theoretische rechteckige Antworten gezeigt, wohingegen die tatsächlichen
Filterantworten eine Absenkcharakteristik aufweisen.
-
3 zeigt
eine Vorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zum Überwachen
des Kanalverhaltens optischer Kanäle in einem DWDM-Optiknetz 2.
Ein abstimmbares optisches Kanalauswahlfilter 3 mit einer
relativ breiten Bandbreite wird verwendet, um auf einen vorbestimmten
Kanal aus dem DWDM-Netz abzustimmen, denselben zu isolieren und
zu übertragen.
Ein abstimmbares optisches Kerbfilter 4 mit einer relativ schmalen
Bandbreite wird verwendet, um das optische Spektrum des vorbestimmten
Kanals, das durch das Kanalauswahlfilter 3 übertragen
wird, abzutasten. Nach einem Laufen durch die zwei abstimmbaren
Filter 3 und 4 werden die übertragenen optischen Daten
in dem vorbestimmten Kanal durch eine Optiksignal-zu-Elektriksignal-Wandler- (O/E-Wandler-)
Einheit 10 empfangen, um die gefilterten optischen Daten
in ein entsprechendes elektrisches Datensignal umzuwandeln. Das
elektrische Datensignal wird dann an ein Verarbeitungsmodul 5 geleitet,
an dem das elektrische Datensignal analysiert wird.
-
Eine
Wellenlängenreferenzquelle 6 wird
außerdem
bereitgestellt, um eine Wellenlängenkalibrierung
der beiden abstimmbaren Filter 3 und 4 zu ermöglichen.
Die Wellenlängenreferenzquelle
stellt optische Signale mit bekannter Referenzwellenlängen an
beide Filter 3 und 4 bereit. Diese Referenzsignale werden
durch eines oder beide der jeweiligen Filter gefiltert und werden
dann an das Verarbeitungsmodul 5 geleitet. Diese gefilterten
Referenzsignale werden durch das Verarbeitungsmodul verwendet, um die
Filter zu kalibrieren, da die präzisen
Wellenlängen der
optischen Referenzsignale dem Verarbeitungsmodul 5 bekannt
sind.
-
Ein
Steuermodul 7 empfängt
Informationen von dem Verarbeitungsmodul 5 und umfasst
eine elektronische Hardware und Software, die zur Steuerung der
beiden abstimmbaren optischen Filter 3 und 4 verwendet
werden. Insbesondere wird das Steuermodul 7 verwendet,
um die Abstimmung der beiden optischen Filter zu steuern, um die
Kanäle,
die durch das Filter 3 weitergeleitet werden, zu steuern
und das Abtasten des Kerbfilters 4 zu steuern. Informationen bezüglich der
optischen Referenzsignale werden durch das Steuermodul 7 verwendet,
um die beiden Filter einzustellen oder zu stabilisieren.
-
Das
Verarbeitungsmodul 5 umfasst ferner ein Kanaldatenübertragungsanalysesystem 8,
das eine elektronische Hardware und Software zum Verstärken und
Analysieren des elektrischen Übertragungsdatensignals,
das durch die O/E-Wandlereinheit 10 umgewandelt wird, die
ein Photodetektor sein könnte,
umfasst, um die Übertragungs-
und Transportqualität
und das Verhalten des vorbestimmten Kanals in dem DWDM-Optiknetz, wie z.
B. Bitfehlerraten- (BER-) Tests, zu bewerten, und einen optischen
Spektralanalysator 9, der eine elektronische Hardware und
Software zum Verstärken
und Analysieren des elektrischen Übertragungsdatensignals, das
durch die O/E-Wandlereinheit (Photodetektor) umgewandelt wird, um
optische Spektralanalysen, wie z. B. Wellenlängen- oder Optiksignal-Rausch-Verhältnis-Analysen
durchzuführen,
umfasst.
-
Wieder
Bezug nehmend auf 1 ist die Basisanforderung des
abstimmbaren optischen Kanalauswahlfilters 3 die, dass
dessen Bandbreite ausreichend breit sein sollte, um den vorbestimmten
Kanal c1 zu übertragen,
während
die benachbarten Kanäle c2
und c3 blockiert werden, derart, dass ein ausreichender Anteil der
Amplitude des vorbestimmten Kanals übertragen wird, was die Ausführung von
Verhaltenstests ermöglicht.
Beispiele geeigneter abstimmbarer optischer Kanalauswahlfilter sind
abstimmbare Fabry-Perot-Optikfilter, abstimmbare Optikfaser-Bragg-Gitter-Filter
oder Beugungsgitter mit mechanischen Abstimm- und Treibervorrichtungen.
-
Bezug
nehmend auf 2 ist die Basisanforderung des
abstimmbaren optischen Kerbfilters 4 die, dass dessen Kerbbandbreite
ausreichend schmal innerhalb des vorbestimmten Kanals sein sollte.
Die Genauigkeit einer optischen Spektralanalyse hängt von
der Kerbbandbreite ab, was den schmalen Teil des optischen Spektrums
aus dem vorbestimmten Kanal entfernt. Abstimmbare Optikfaser-Bragg-Gitter-Filter,
abstimmbare optische Oberflächenplasmonresonanz-Optikkerbfilter
oder weitere abstimmbare optische Kerbfilter können verwendet werden.
-
Die
Wellenlängenreferenzquelle 6 wird
verwendet, um einen möglichen
Drift mit der Zeit und Temperatur des abstimmbaren optischen Kanalauswahlfilters
und des abstimmbaren optischen Kerbfilters 4 zu korrigieren.
Die Ausgabe aus der Wellenlängenreferenzquelle 6 liefert
ein optisches Signal einer einzelnen Wellenlänge oder mehrerer Wellenlängen mit
einer sehr hohen Wellenlängengenauigkeit.
Dieses Wellenlängenreferenzsignal
wird an das Steuersystem 7 bereitgestellt, um es dem Steuersystem 7 zu
ermöglichen,
die Abstimmung der zwei abstimmbaren optischen Filter 3 und 4 zu
steuern und zu korrigieren. Die Ausgabe aus der Wellenlängenreferenzvorrichtung 6 kann
entweder ein optisches Mehrwellenlängensignal oder ein optisches
Einwellenlängensignal
oder ein optisches Breitbandsignal mit zumindest einer optischen
Spektralabsorptionseinkerbung sein. Die Wellenlängenreferenzquelle 6 kann
durch eine Anzahl unterschiedlicher Vorrichtungen bereitgestellt
werden, wie z. B. Laserquellen, optische Fabry-Perot-Etalons, Optikfaser-Bragg-Gitter oder optische
Oberflächenplasmonresonanz-Vorrichtungen.
-
Das
Kanalübertragungsanalysesystem 8 wird
verwendet, um das elektrische Übertragungsdatensignal
zu verarbeiten, um das Kanalverhalten eines DWDM-Netzes für eine Übertragungs- oder Transportqualität, wie z.
B. Bitfehlerraten- (BER-) Tests oder protokollbasierte Analysen,
zu bewerten. Unter der Steuerung des Steuermoduls 7 und
des Signalverarbeitungsmoduls 5 tastet das abstimmbare optische
Kanalauswahlfilter 3 über
alle Kanäle
des DWDM-Systems ab. Sobald ein einzelner erforderlicher Kanal gefunden
wird, wird das abstimmbare Filter 3 an dem erforderlichen
Kanal verriegelt. Das optische Kanalübertragungsdatensignal gelangt
dann durch das abstimmbare optische Filter 3. Eine Abstimmsteuerung
des abstimmbaren optischen Kerbfilters 4 wird auch durch
das Steuersystem 7 und das Signalverarbeitungsmodul 5 bereitgestellt.
Nach einem Durchlaufen der zwei abstimmbaren Filter kann das optische Übertragungsdatensignal
aus dem erforderlichen Kanal für
die Bewertung einer Übertragungs-
und Transportqualität
verwendet werden, z. B. unter Verwendung von BER-Tests oder protokollbasierten
Analysen durch das Kanaldatenübertragungsanalysesystem 8,
sowie optischer Spektralanalysen, wie z. B. Wellenlänge oder
Optiksignal-Rausch-Verhältnis
(OSNR) des DWDM-Optiknetzes durch das optische Spektralanalysesystem 9.
-
Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird das abstimmbare optische Kerbfilter 4 verwendet,
um geeignete Signale bereitzustellen, um es dem optischen Spektralanalysator 9 zu
ermöglichen,
optische Parameter des erforderlichen Kanals zu analysieren, indem
ein Teil des optischen Spektrums des übertragenen optischen Datensignals entfernt
wird, z. B. eine Wellenlänge
und ein Optiksignal-Rausch-Verhältnis (OSNR).
Der verbleibende Teil des optischen Spektrums des optischen Übertragungsdatensignals,
der auch durch die O/E-Einheit 10 in ein elektrisches Signal
umgewandelt wird, wird durch das Kanalübertragungsanalysesystem 8 verarbeitet
und analysiert, um die Übertragungs- oder Transportqualitäts-, wie
z. B. Bitfehlerraten- (BER-) Tests oder protokollbasierte Analysen,
durchzuführen.
-
Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das in 4 gezeigt ist, kann das abstimmbare
optische Kerbfilter 4 ein Eingangstor und zwei Ausgangstore
aufweisen. Nach einem Durchlaufen des abstimmbaren optischen Kerbfilters 4 leitet
ein Ausgangstor (A) das gesamte Signal, das durch das optische Kanalauswahlfilter 3 übertragen wird,
mit Ausnahme des schmalen Bandes, das durch das abstimmbare optische
Kerbfilter 4 entfernt wird, weiter, während das andere Ausgangstor
(B) nur das schmale Band des optischen Spektrums, das durch das
abstimmbare optische Kerbfilter entfernt wird, bereitstellt. Beide
Ausgangssignale aus den beiden Ausgangstoren A und B des abstimmbaren optischen
Kerbfilters 4 können
verwendet werden, um die Übertragungs- und Transportqualität des übertragenen
Kanalübertragungsdatensignals
zu prüfen.
Optikfaser-Bragg-Gitter sind besonders effektiv als dieser Typ abstimmbarer
Kerbfilter, mit dem optischen Vorwärtsübertragungsstrahl des Optikfaser-Bragg-Gitters als „Tor A" und dem Rückwärtsreflexionsstrahl
des Optikfaser-Bragg-Gitters als „Tor B".
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
werden zwei Optisch-zu-Elektrisch-Wandler,
O/E (1) und O/E (2), verwendet, um das optische Signal von dem Tor A
und dem Tor B gleichzeitig zu empfangen. Das elektrische Signal,
das von dem Tor A umgewandelt wird, wird in das Datenübertragungsanalysesystem 8 eingegeben,
um die Übertragungs-
oder Transportqualitäts-,
wie z. B. Bitfehlerraten- (BER-) Tests oder protokollbasierte Analysen,
durchzuführen.
Das von dem Tor B umgewandelte elektrische Signal wird in den optischen
Spektralanalysator 9 eingegeben, um optische Spektralanalysen,
wie z. B. der Wellenlänge und
des Optiksignal-Rausch-Verhältnis,
durchzuführen.
-
Durch
ein Abstimmen des abstimmbaren optischen Kerbfilters 4 auf
einen Abschnitt des Spektrums zwischen zwei Kanälen wird der gesamte Kanal,
der durch das optische Kanalauswahlfilter 3 übertragen
wird, durch das abstimmbare optische Kerbfilter von dem Ausgangstor
A weitergeleitet. Dies erlaubt deshalb die Ausführung genauer Übertragungs-
und Transportqualitätstests.
-
Es
ist zu erkennen, dass, obwohl nur ein bestimmtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung detailliert beschrieben wurde, verschiedene Modifizierungen
und Verbesserungen durch einen Fachmann auf dem Gebiet durchgeführt werden
können,
ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie durch
die beigefügten
Ansprüche
definiert, abzuweichen.