DE69636554T2

DE69636554T2 - Optisches Übertragungssystemen unter Verwendung von optischen Verstärkern und Wellenlängen Multiplex

Info

Publication number: DE69636554T2
Application number: DE69636554T
Authority: DE
Inventors: Kim Byron Nepean Roberts; Gregory Dean Ottawa May; Maurice Stephen Ottawa O'Sullivan
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: JPH11514180A; DE69630812D1; US5801858A; CN1228220A; HK1054135A1; EP0908034A1; US6067179A; AU7689096A; CA2257495A1; CN1149773C; CN100431289C; DE69630812T2; CA2257495C; JP3544210B2; CN1501618A; US6101016A; EP0908034B1; EP1296470A3; EP1296470B1; DE69636554D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung ist auf optische Übertragungssysteme und Verfahren zur Übertragung von Information über optische Netzwerke gerichtet, und insbesondere auf optische Übertragungssysteme und Verfahren, die optische Verstärker und eine Wellenlängenmultiplex-Technik verwenden.
Stand der Technik
Die Betriebsleistung von eine übliche Reichweite aufweisenden Optiken begrenzt den Abstand zwischen den Leitungs-Abschluss-Ausrüstungen (LTE) und Regenerator-Ausrüstungen auf ungefähr 80 km (20 dB bei 0,25 dB/km) auf einer nicht-dispersionsverschobenen oder dispersionsverschobenen Lichtleitfaser. Die Begrenzung auf 80 km wird durch die physikalische Beeinträchtigung des übertragenen optischen Signals aufgrund der optischen Dispersion und der optischen Dämpfung hervorgerufen. Die Dispersions- bzw. Dämpfungs-Grenzen können beide über 80 km hinaus durch die Einführung einer externen Modulation, der Verwendung einer dispersionsverschobenen Lichtleitfaser, der optischen Verstärker-Technologie und der Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Technologie verschoben werden.
Wenn Mehrfachband-Übertragungssysteme konstruiert werden, sind drei wichtige Punkte, die berücksichtigt werden müssen, (1) die Anzahl der erforderlichen Verstärker, (2) die Verstärkungsänderung und (3) die Schutzschaltung.

(1) Optische Verstärker sind aufwändige Einheiten, so dass die Anzahl und die Typen der Einheiten, die erforderlich sind, eine vorgegebene Datenverbindung zu implementieren, ein wichtiger Konstruktionsparameter für ein optisches Netzwerk ist.

Es gibt drei allgemeine Arten von optischen Verstärkern: Nachverstärker, die mit einem Sender verbunden sind, um die Ausgangsleistung zu vergrößern; Leitungsverstärker, die eine Verstärkung entlang der Strecke ergeben, und Vorverstärker, die die Empfindlichkeit von optischen Empfängern verbessern. Diese unterschiedlichen Arten von Verstärkern ergeben unterschiedliche Ausgangsleistungen, verwenden unterschiedliche Eingangsleistungspegel und haben im Allgemeinen unterschiedliche Rauschzahl-Anforderungen.
Eine Möglichkeit der Verringerung der Anzahl von optischen Verstärkern besteht in der Verwendung der Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Technologie. Die Verwendung der WDM-Technologie verringert die Stränge des Lichtleitfaser-Kabels, die erforderlich sind, um eine Kommunikations-Verbindungsstrecke aufzubauen, und sie kann eine vielfache Kapazitätserweiterung auf vorhandenen Lichtleitfaserstrecken ergeben. Ihr Potential zur Routenführung von Signalen ist ebenfalls wichtig.
Beispielsweise führen WDM-Filter die Funktion des Koppelns der Pumpquellen-Laserwellenlänge an die mit Erbium dotierte Lichtleitfaser aus. Drei-Port-WDM-Filter werden derzeit verwendet, um mehrfache Wellenlängen in die Übertragungs-Lichtleitfaser einzukoppeln und aus dieser auszukoppeln.
Ein Vier-Port-WDM-Koppler zum Implementieren eines bidirektionalen optischen Verstärkermoduls unter Verwendung eines unidirektionalen optischen Verstärkers ist in dem US-Patent 5 452 124 (Baker, erteilt am 19. September 1995, und übertragen auf die Williams Telecommunications Group) beschrieben.
Isolatoren sind ebenfalls Ausrüstungen, die in WDM-Systemen verwendet werden, und sie wirken so, dass sie es einem optischen Signal erlauben, in einer einzigen Richtung weiterzulaufen. Wenn optische Isolatoren intern in einem optischen Verstärker verwendet werden, so machen sie den Verstärker zu einem von Natur aus unidirektionalen Bauteil. Es ist bekannt, Isolatoren innerhalb der Verstärkungsbereiche eines optischen Verstärkers zu verwenden. Das US-Patent 5 280 549 (Barnard et al, erteilt am 18. Januar 1994 und übertragen auf das National Research Council of Canada) beschreibt einen frequenzabhängigen optischen Isolator, der es Signalen ermöglicht, lediglich in einer Richtung weiterzulaufen, so dass zwei Signale in Abhängigkeit von ihren Frequenzen isoliert werden können.

(2) Die Verwendung von Erbium-dotierten Lichtleitfaser-Verstärkern (EDFA) für eine bidirektionale Mehrkanal-Übertragung ist übliche Praxis. Von großer Bedeutung bei Netzwerkanwendungen ist die Konfiguration des optischen Verstärkers, und welche Wellenlänge in Verbindung mit der Pump-Wellenlänge zu verwenden ist. Weil die Verstärkung des Verstärkers nicht vollständig für alle ankommenden Wellenlängen eben ist, sind die genauen zu verwendenden Wellenlängen eine Funktion der Verstärkungsänderungen der unterschiedlichen verfügbaren Pumpen. Die Verstärkungs-Neigung ist ein wichtiger Punkt, der berücksichtigt werden muss, wenn Multiband-Übertragungssysteme konstruiert werden. Die Verstärkungs-Neigung misst die Änderung des Profils der Verstärkung für jeden Übertragungskanal bei dem aktuellen Wert der Verstärkung des Verstärkermoduls bezüglich des Verstärkungsprofils bei dem Nennwert der Verstärkung, das heißt bei dem Wert, für den der Verstärker ausgelegt ist. Dies heißt mit anderen Worten, dass sich die Verstärkungs-Neigungs-Funktion mit den Verbindungsstrecken-Verlusten ändert. Diese Funktion hängt lediglich von den physikalischen Eigenschaften des Dotierungsmittels in dem Host-Lichtleitfaser-Glas ab, und ist von Interesse, wenn Signale von mehr als einem Kanal oder einer Richtung die gleiche Lichtleitfaser gemeinsam nutzen.

Bisher wurden keine chemischen Lösungen gefunden, um das Verstärkungs-Neigungs-Problem zu lösen. Dotierungsmittel, Fluoride, usw. können dazu beitragen, das Verstärkungsprofil abzuflachen, sie lösen jedoch nicht das Neigungs-Problem. Elektronische Lösungen werden derzeit untersucht.
Eine Lösung besteht in der "Verstärkungs-Begrenzung", was bedeutet, dass die Verstärkung des Verstärkers auf allen Kanälen mit einem Leerlaufsignal oder durch Lasern konstant gehalten wird. Diese Lösung erfordert jedoch die Verwendung der doppelten Anzahl von Laser-Pumpen, um die erforderlichen zusätzlichen Photonen zu liefern.
Eine andere Lösung ist die "Verlust-Auffüllung", was die Abstimmung des Verlustes jedes Streckenabschnittes derart bedingt, dass er an den Nennwert für den Verstärker angepasst ist, oder mit anderen Worten, dass alle Verstärker der Verbindungsstrecke auf ihren Nennverstärkungen betrieben werden. Diese Lösung hat den Nachteil, dass es erforderlich ist, dass Dämpfungsglieder in jedem Streckenabschnitt angeordnet werden, und sie ist bei Vorliegen von Änderungen von Verlusten und optischen Leistungen in dem System mit der Zeit und der Temperatur nicht sehr robust.
"Verstärkungs-Begrenzungs"-Verfahren kombiniert mit einer "Verlust-Auffüllung" verbessern die Robustheit des Systems geringfügig, auf Kosten von wesentlich aufwändigeren Pump-Lasern.
Eine weitere Lösung zur Berücksichtigung des Verstärkungs-Neigungs-Problems besteht in der Verwendung eines einstellbaren optischen Filters. Der relative Verlust zwischen unterschiedlichen Wellenlängen könnte dann durch eine mechanische oder elektrische Steuerung eingestellt werden. Der beste Platz für ein derartiges Filter ist innerhalb des Verstärkers. Das Filter erfordert eine Einstellbarkeit am Anwendungsort, oder noch besser eine kontinuierliche Steuerung durch Messen des Leistungspegels jeder Wellenlänge. Diese Filter können in einigen Jahren erschwinglicher werden, doch sind sie derzeit sehr aufwändig und werden daher nicht verwendet.
Der Stand der Technik ist nicht in der Lage, kosteneffektive Lösungen zur Verstärkung von bidirektionalen optischen Mehrkanal-Signalen bereitzustellen. Zusätzlich ist eine effektive Implementierung von Vier-Port-WDM-Filtern aufgrund des Verlustes schwierig, der durch das Filter, die Verstärkungs-Neigung und Schutz-Probleme eingeführt wird. Die bekannten Lösungen und Konfigurationen befassen sich nicht mit der Steuerung der Verstärkungs-Neigung oder mit dem Schutz der Übertragung in Mehrkanal-Verstärkern.

(3) Um sicherzustellen, dass die gewünschte Verfügbarkeit von Netzwerk-Verbindungen aufrechterhalten wird, ist es in der Telekommunikations-Industrie übliche Praxis, redundante Ausrüstungen zu implementieren, so dass beim Ausfall einer Einheit eine andere sehr schnell an deren Platz geschaltet werden. Dies wird als Schutzschaltung oder Ersatzschaltung bezeichnet. Die Anzahl und der Typ der Verstärker, die als Ersatzeinheiten bereitgehalten werden müssen, ist ebenfalls wichtig. Die Verringerung der Anzahl von unterschiedlichen Arten von Ausrüstungen in einem Netzwerk verringert die Anzahl von Reserveeinheiten und verringert über übliche Reserve-Statistiken beträchtlich die Gesamtzahl von Reserveeinheiten, die der Netzwerk-Betreiber kaufen und jederzeit zur Verfügung haben muss.

Es sind vier allgemeine Arten von Schutzschaltungen bekannt: "1+1"-Schutz, bei dem ein Satz von Ausrüstungen einen anderen Satz von Ausrüstungen auf der Grundlage eines angepassten Paares schützt; "1:N"-Schutz, bei dem ein Satz von Ausrüstungen N andere Sätze schützt; "Ring"-Schutz; und "Querverbindungs"-Schutz.
Schutzprotokolle können als "bidirektionale Umschaltung" oder "unidirektionale Umschaltung" konfiguriert werden. Das Schutzprotokoll hat nichts mit der Richtung der Aussendung auf der Lichtleitfaser zu tun; es ist nur der Schutzumschalt-Protokoll-Typ. Der Telekommunikations-Verkehr kann von bidirektionaler Art sein, wie z.B. Sprachverbindungen, oder er kann unidirektional sein, wie z.B. CATV-Signale. Ein bidirektionaler Verkehr bedeutet, dass die Daten in beiden Richtungen ausgesandt werden. Bidirektional bedeutet weiterhin, dass während eine vorgegebene Verbindung in einer Richtung unterbrochen ist, es eine minimale Einbuße ergibt, wenn die andere Richtung der gleichen Verbindung unterbrochen wird.
Ein unidirektionaler Schutzschalter schaltet lediglich eine Richtung der Verbindung, nämlich die Richtung, die einen Schutz erfordert, wenn lediglich eine Richtung beeinträchtigt ist. Im Gegensatz hierzu versucht ein bidirektionaler Schutzschalter, beide Richtungen in allen Fällen zusammen umzuschalten.
Eine Ring-Topologie mit einem "1+1"-Schutz ergibt beträchtliche Vorteile verglichen mit einer linearen oder "1:N"-Topologie. Wenn mehr als eine Wellenlänge von einem optischen Verstärker übertragen wird, und wenn lediglich ein Signal zu einer Zeit geschützt werden kann, wie z.B. in einem "1:N"-System, so werden, wenn dieser Verstärker ausfällt, einige der Signale nicht geschützt. Dies beeinträchtigt in schwerwiegender Weise die Verfügbarkeit von Verbindungen, die innerhalb dieser Signale übertragen werden. Die nachfolgenden Verfahren ermöglichen es, dass Signale mit mehrfachen Wellenlängen durch einen Verstärker in effizienter Weise geschützt werden.
Elektrische und bald optische Kreuzverbindungen können die vorstehenden und allgemeinere Schutz- oder Wiederherstellungs-Topologien implementieren. Kreuzverbindungen sind jedoch im Allgemeinen nicht so schnell bei der Herstellung eines Schutzes, wie Übertragungs-Ausrüstungen, die die vorstehenden drei Schutzverfahren implementieren, und sie werden daher im Allgemeinen zur Durchführung einer Wiederherstellung anstelle eines Schutzes verwendet.
Die EP-0 617 527 beschreibt ein optisches Wellenlängen-Multiplex-Übertragungssystem, bei dem eine Verstärkungsstufe Verstärker für das multiplexierte Signal sowie Verstärker für die einzelnen Kanäle oder Sätze von Kanälen einschließt.
Die EP-0 445 364 und die Veröffentlichung "Wavelength Routing For Long Haul Networks" von G. R. Hill et al. aus "World Prosperity Through Communications", Boston, 11.–14. Juni 1989, Band 2 von 3, Seiten 734–738, XP000075239 beschreiben ebenfalls jeweils die räumliche Trennung von Kanälen eines Wellenlängen-Multiplex-Systems für eine individuelle Verstärkung.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung ergibt eine Vorrichtung und Verfahren, die die Merkmale haben, die in den Ansprüchen 1, 2 und 12 definiert sind.
Weiterhin werden Mehrfach-Wellenlängen-Übertragungssysteme mit optischen Verstärkern und einer Wellenlängen-Multiplexierung beschrieben, die einige oder alle der Nachteile verringern oder mildem, die bei den Lösungen nach dem Stand der Technik auftreten.
Weiterhin ist eine verbesserte Lösung für die Konstruktion von Mehrkanal-Übertragungssystemen beschrieben, die es ermöglicht, dass mehrfache Wellenlängen durch den gleichen optischen Verstärker verstärkt und über die gleiche Lichtleitfaser ausgesandt werden.
Weiterhin werden Mehrfach-Wellenlängen-Systeme mit einer verringerten Anzahl von Verstärkern und anderen optischen Komponenten beschrieben, wie z.B. Dispersions-Kompensations-Modulen, was es ermöglicht, dass das System einen größeren Verlust von dem außerhalb der Anlage angeordneten Lichtleitfaser-Kabel toleriert.
Weiterhin werden Mehrfach-Wellenlängen-Systeme mit einer verringerten Anzahl von optischen Komponenten beschrieben, die implizit eine verringerte Anzahl von Reservekomponenten für Schutzmöglichkeiten erfordern.
Weiterhin wird ein optisches Wellenlängen-Multiplex-(WDM-)Verstärkermodul geschaffen, das einen ersten periphären Verstärkungsbereich zur Verstärkung eines ersten optischen Mehrkanal-Signals; erste Teilereinrichtungen, die mit dem ersten periphären Verstärkungsbereich verbunden sind, um das erste optische Mehrkanal-Signal räumlich in ein erstes optisches Bandsignal und ein zweites optisches Bandsignal entsprechend der Wellenlänge aufzuteilen; einen zentralen Verstärkungsbereich zum Empfang des ersten optischen Bandsignals und des zweiten optischen Bandsignals, der diese getrennt verstärkt und ein verstärktes erstes optisches Bandsignal und ein verstärktes zweites optisches Bandsignal liefert; zweite Tellereinrichtungen zum erneuten Kombinieren des verstärkten ersten optischen Bandsignals mit dem verstärkten zweiten optischen Bandsignal in ein zweites optisches Mehrkanal-Signal; und einen zweiten Peripherie-Verstärkungsbereich umfasst, der mit der zweiten Tellereinrichtung verbunden ist, um das zweite optische Mehrkanal-Signal zu verstärken.
Weiterhin wird ein optischer bidirektionaler Regenerator für die Mehrkanal-Telekommunikation unter Verwendung der Wellenlängen-Multiplexierung beschrieben, der eine erste Tellereinrichtung zur räumlichen Trennung eines ersten optischen Mehrkanal-Signals in ein erstes optisches Bandsignal und ein zweites optisches Bandsignal entsprechend der Wellenlänge; ein bidirektionales Regenerator-Modul zum Empfang des ersten optischen Bandsignals und des zweiten optischen Bandsignals von der ersten Teileeinrichtung und zu deren getrennter Verstärkung und zur Lieferung eines verstärkten ersten optischen Bandsignals und eines verstärkten zweiten optischen Bandsignals; und eine zweite Teilereinrichtung zum erneuten Kombinieren des verstärkten ersten optischen Bandsignals mit dem verstärkten zweiten optischen Bandsignal in ein zweites optisches Mehrkanal-Signal umfasst.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Übertragung von optischen Mehrkanal-Signalen zwischen einem ersten und einem zweiten Ort beschrieben, die durch einen optischen Übertragungspfad verbunden sind, der einen Lichtleitfaser-Verstärker einschließt, mit den Schritten der räumlichen Trennung des Verstärkungsbereichs des Lichtleitfaser-Verstärkers in einen ersten Verstärkungsbereich und einen zweiten Verstärkungsbereich; der Zuordnung des ersten Verstärkungsbereichs zu einem ersten Übertragungsband und des zweiten Verstärkungsbereichs zu einem zweiten Übertragungsband; des Transportierens eines ersten optischen Signals in dem ersten Übertragungsband; und den Transport des zweiten optischen Signals in dem zweiten Übertragungsband.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Übertragung von optischen Mehrkanal-Signalen zwischen einem ersten und einem zweiten Knoten einer Übertragungs-Verbindungsstrecke geschaffen, das die Schritte der Definition eines ersten Übertragungsbandes, das einer ersten Übertragungsrichtung zugeordnet ist, und eines zweiten Übertragungsbandes, das der entgegengesetzten Übertragungsrichtung zugeordnet ist; der Überführung, zwischen dem ersten Knoten und einem ersten Ende einer Lichtleitfaser-Strecke, eines ersten optischen Mehrkanal-Signals, das ein erstes optisches Signal S1_m, worin Mε [1,M] und M eine ganze Zahl ist, in dem ersten Übertragungsband, und eines zweiten optischen Signals S2_k, worin Kε[1,K] und K eine ganze Zahl ist, in dem zweiten Übertragungsband; die räumliche Trennung auf der Lichtleitfaser-Strecke des ersten optischen Signals S1_m entlang einer ersten unidirektionalen Route und des zweiten optischen Signals S2_k entlang einer zweiten unidirektionalen Route gemäß der Wellenlänge; die getrennte Verstärkung des ersten optischen Signals S1_m und des zweiten optischen Signals S2_k; und die Kombination des ersten optischen Signals und des zweiten optischen Signals zur Bildung eines zweiten optischen Mehrkanal-Signals und zur Übertragung dieses Signals zwischen der Übertragungs-Verbindungsstrecke und dem zweiten Knoten umfasst.
Ein Hauptvorteil der optischen Übertragungssysteme gemäß dieser Erfindung besteht darin, dass mehrfache Wellenlängen in dem 1550 nm-Fenster des Bandes eines mit Erbium dotierten Lichtleitfaser-Verstärkers (EFDA) ohne schwerwiegende Verstärkungs-Neigungs-Beeinträchtigungen implementiert werden können. Dies ermöglicht eine Verringerung der Anzahl von unterschiedlichen Arten von Ausrüstungen in dem Netzwerk, wodurch andererseits die Anzahl von Typen von Reserveeinheiten verringert wird, und dies verringert aufgrund üblicher Reserve-Statistiken beträchtlich die Gesamtzahl von Reserveeinheiten, die der Netzwerk-Betreiber kaufen und jederzeit bereit halten muss.
Beispielsweise können vier Kanäle pro Richtung mit einer Konfiguration unterstützt werden, die eine räumliche Trennung und eine WDM-Wellenlängen-Wahl gemäß dieser Erfindung verwendet.
Ein weiter Hauptvorteil der optischen Übertragungssysteme gemäß dieser Erfindung besteht darin, dass eine verringerte Anzahl von Lichtleitfasern für den Einsatz derartiger Systeme verwendet werden muss, was besonders wichtig ist, wenn es einen Mangel an Lichtleitfasern auf einer vorgegebenen Route gibt. Als Ergebnis verringern Übertragungssysteme gemäß dieser Erfindung weiterhin die Systemkosten, wenn mehr als zwei Wellenlängen pro Verstärker verstärkt werden. Die reduzierte Auswirkung des Verlustes der anderen optischen Komponenten ermöglicht es dem System, mehr Verluste von dem außerhalb der Anlage angeordneten Lichtleitfaser-Kabel zu tolerieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlicheren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, worin:
1A eine Konfiguration eines Übertragungssystems unter Verwendung von Drei-Port-WDM-Teilern zeigt;
1B eine Konfiguration eines Übertragungssystems unter Verwendung eines Vier-Port-WDM-Teilers zeigt;
2A die Verstärkung für zwei Kanäle zeigt, wenn der Verstärker bei der nominellen Verstärkung arbeitet;
2B die Verstärkung für zwei Kanäle nach 1A zeigt, wenn das Verstärker-Modul mit einer Verstärkung arbeitet, die niedriger als die nominelle Verstärkung ist;
2C eine schematische Darstellung ist, die die Verstärkungs-Neigung pro dB der Verstärkungsänderung für die interessierenden Bänder zeigt;
3 ein Blockschaltbild eines optischen Verstärkers zeigt, der die räumliche Trennung verwendet;
4 ein Blockschaltbild eines bidirektionalen Regenerators ist;
5 drei Beispiele der Auswahl der Wellenlänge für optische Mehrkanal-Übertragungssysteme zeigt;
6 eine mehrfache Strecken aufweisende optische Übertragungssystem-Konfiguration unter Verwendung von gemeinsamen WDM-Vor-/Nachverstärkungs-Modulen ist;
7A ein gepaartes optisches Übertragungssystem ist, das die Wirtschaftlichkeit in den Lichtleitfaser-Strecken für Arbeits- und Schutz-Verbindungsstrecken in einer linearen 1:1-Konfiguration zeigt;
7B einen gepaarten zweifach gestapelten Zwei-Lichtleitfaser-Ring unter Verwendung von WDM-Verstärkermodulen zeigt; und
7C eine gepaarte Vier-Lichtleitfaser-Ringkonfiguration unter Verwendung von WDM-Verstärkermodulen ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
WDM-Koppler oder Teiler sind Filter, die zum Trennen oder Kombinieren optischer Signale in Abhängigkeit von ihrer Wellenlänge verwendet werden. Beispielsweise wird ein WDM-Koppler zum Koppeln des Lichtes von der Laserquelle in den Verstärkungsbereich eines EDFA verwendet. Diese Koppler sind in optischen Mehrkanal-Systemen sehr nützlich, die Isolationsanforderungen in dem WDM könnten jedoch ein schwerwiegendes Problem aufgrund der Mehrpfad-Störungen aufgrund einer nicht vollständig perfekten Isolation der Teiler sein. Konventionelle Drei-Port-WDM-Koppler können in einer Konfiguration verwendet werden, wie sie in dem Beispiel nach 1A gezeigt ist. 1A zeigt eine bidirektionale Verbindung zwischen den Orten A und B, bei der die Kanäle mit den Wellenlängen λ₁ und λ₂ die gleiche Lichtleitfaser 1 verwenden. Der WDM-Teiler 2 am Ort A verbindet den Sender Tx1 mit der Lichtleitfaser 1 über die Ports 4 und 3, um ein optisches Signal S1 mit der Wellenlänge λ, auf die Lichtleitfaser 1 auszusenden. Der WDM-Teiler 2 verbindet weiterhin die Lichtleitfaser 1 über die Ports 3 und 5 mit dem Empfänger Rx2, um ein optisches Signal S2 mit der Wellenlänge λ₂ von der Lichtleitfaser an den Empfänger Rx2 zu lenken. In ähnlicher Weise ist der WDM-Teiler 6 mit dem Port 7 mit der Lichtleitfaser 1 und mit dem Port 8 mit dem Sender Tx2 zum Senden eines optischen Signals S2 auf die Lichtleitfaser 1 verbunden, während der Port 9 mit dem Empfänger Rx1 zum Lenken des optischen Signals S1 von der Lichtleitfaser 1 an den Empfänger Rx1 verbunden ist.
Das Vier-Port-Filter, das in dem vorher genannten US-Patent 5 452 124 (Baker) beschrieben ist, kann zur Erzielung einer bidirektionalen Verstärkung unter Verwendung eines unidirektionalen Verstärkers verwendet werden. Eine bidirektionale System-Konfiguration unter Verwendung eines derartigen Vier-Port-WDM-Teilers ist in 1B gezeigt. Die Orte A und B haben eine ähnliche Konfiguration wie in 1. Ein optisches Signal S1 mit einer Wellenlänge λ₁ läuft vom Ort A zum Ort B, während ein optisches Signal S2 mit der Wellenlänge λ₂ in entgegengesetzter Ausbreitungsrichtung läuft, nämlich vom Ort B zum Ort A. Der Vier-Port-WDM-Teiler 10 ist an einem Ort C zusammen mit einem unidirektionalen optischen Verstärker 15 angeordnet. Der Teiler 10 lenkt den Verkehr derart, dass beide Kanäle die gleiche Richtung in dem Verstärkungsabschnitt des Verstärkers 15 haben. Somit werden Signale S1 und S2, die an den Ports 11 bzw. 12 empfangen werden, in der gleichen Richtung gelenkt, um am Port 13 auszutreten, der mit dem Eingangs-Port des optischen Verstärkers 15 verbunden ist. Die verstärkten Signale S1 und S2 kommen am Port 14 des Filters 10 in der gleichen Übertragungsrichtung an und werden auf die Lichtleitfaser 1 in der passenden Richtung entsprechend der Wellenlänge λ₁ oder λ₂ ausgesandt.
Die Anzahl von Kanälen und Wellenlängen jedes Kanals sind wichtige Konstruktionsparameter für optische Übertragungssysteme. Es wurde festgestellt, dass sich die Verstärkung eines optischen Verstärkers ändert, wenn die Leistung am Eingang von der Nennleistung, für die der Verstärker ausgelegt ist, abweicht (niedriger oder höher ist). Diese Änderung der Verstärkung mit der Eingangsleistung, die als "Verstärkungs-Neigung" definiert ist, hängt weiterhin von der Kanal-Wellenlänge ab. Als ein Beispiel zeigt 2A die Verstärkung der Übertragungskanäle 1 und 2, wenn das Verstärker-Modul mit der Nenn- Verstärkung arbeitet. 2 zeigt die Änderungen der Verstärkung der Kanäle λ₁ und λ₂, wenn der Ist-Wert der Verstärkung niedriger als der Nennwert ist. Ein Betrieb mit einer höheren Verstärkung würde ein Profil mit der entgegengesetzten Neigung hervorrufen.
Die heutige optische Verstärker-Technologie arbeitet gut für die Verstärkung einer einzigen Wellenlänge. Die Verstärkungskurve über das 1550 nm Durchlassband einer installierten nicht-dispersionsbehafteten Lichtleitfaser ist jedoch nicht eben, insbesondere in dem Bereich von 1530 bis 1543 nm. 2C zeigt die Änderung der Verstärkung bei jeder Wellenlänge, wenn die Verstärkung bei 1545 nm um 1 dB vergrößert wird. Beispielsweise würde die Verstärkung bei 1532 nm um 1,8 dB für jede Vergrößerung um 1,0 dB bei 1545 nm ansteigen. Dies sind 1,8 bis 1,0 = 0,8 dB einer Neigung/dB der Änderung des Streckenverlustes.
WDM wird allgemein nicht in dem 1530 bis 1542 nm Bereich verwendet, und zwar aufgrund der Verstärkungsspitze bei Silizium-basierten EDFAs, was eine starke Änderung der Ausgangsleistung pro Kanal in diesem Bereich hervorruft und in schwerwiegender Weise die Signalverstärkung außerhalb dieses Bereiches beeinflusst, wenn mehrere Verstärker in Kaskade geschaltet werden. Die derzeitigen Lösungen zur Beseitigung dieses Problems schließen eine selektive Änderung der Eingangsleistung für jeden Kanal ein, oder man bleibt in dem Bereich der ebenen Verstärkung. Die erste Lösung ruft eine beträchtliche Verringerung der Ausgangsleistung der einzelnen Kanäle hervor und macht die Streckenkonstruktion schwierig. Die zweite Lösung begrenzt die Anzahl der Kanäle, die multiplexiert werden, und verhindert weiterhin die Wiederverwendung der großen eingebetteten Basis von OC-48-Verstärkern ohne die Hinzufügung aufwändiger Wellenlängen-Anpasseinrichtungen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der optische Verstärker-Verstärkungsbereich von ungefähr 1528 nm bis 1560 nm in zwei Bänder aufgeteilt: "Blau" für 1528 bis 1543 nm, und "Rot" für 1547 bis 1560 nm. Die zwei Bänder werden für die Verstärkung räumlich getrennt. Die Wellenlänge innerhalb eines Bandes ist so gewählt, dass sie in Bereichen ähnlicher Verstärkungs-Neigung liegt oder eine minimale Änderung der Verstärkungs-Neigung/dB in dem jeweiligen "Roten"- oder "Blauen"-Band hat. Dies ist insbesondere für den "Blauen" Verstärkungsbereich wichtig, der große Änderungen der Verstärkungs-Neigung hat, wie dies in 2C gezeigt ist.
3 zeigt ein Blockschaltbild eines bidirektionalen Lichtleitfaser-Verstärkers, als ein Beispiel einen Erbium-dotierten Lichtleitfaser-Verstärker (EDFA) 15, unter Verwendung einer räumlichen Trennung gemäß dieser Erfindung. In dieser Beschreibung bezeichnen die Ausdrücke "optische Lichtleitfaser" und "Verstärkungsbereich" einen Längenabschnitt einer Lichtleitfaser, der mit einem seltene-Erden-Element dotiert ist und mit gekoppelten Wellen zur Verstärkung optischer Signale gepumpt ist.
Wie dies in 3 gezeigt ist, werden die optischen Signale, die sich in dem zentralen Abschnitt des optischen Verstärkers 15 ausbreiten, in zwei Bänder gruppiert, jeweils für eine Übertragungsrichtung in diesem Beispiel. Der Verkehr in den roten und blauen Bändern wird physikalisch auf Lichtleitfasern 17 und 19 unter Verwendung eines ersten Drei-Port-WDM-Teilers 21 getrennt. Signale auf den Lichtleitfasern 17 und 19 werden dann durch einen zweiten Drei-Port-WDM-Teiler 23 neu kombiniert. Als Ergebnis hat der Verstärker zwei periphäre Verstärkungs-Strecken 25 und 29 und zwei zentrale Verstärkungs-Längenabschnitte 27 und 31. Die Signale breiten sich in beiden Richtungen an der Peripherie des Verstärkers in den Verstärkungs-Strecken 25 und 29 und in einer Richtung in den zentralen Längenabschnitten 27 und 31 aus. Isolatoren 33, 35 und 37 sind ebenfalls vorgesehen und so ausgerichtet, dass ein bidirektionaler Betrieb zwischen den Bändern erzielt wird. Weil die "roten" und "blauen" Verstärkungs-Längenabschnitte räumlich getrennt sind, wird eine getrennte Leistungssteuerung pro Richtung vorzugsweise verwendet, und zwar über eine getrennte Sättigung der Verstärkung und durch die Steuerung getrennter Pumpleistungen. Ausführungsbeispiele des Verstärker-Moduls 15, bei denen sich die Signale in der gleichen Richtung ausbreiten, können ebenfalls konstruiert werden, wobei in diesem Fall eine getrennte oder gemeinsame Steuerung pro Band verwendet werden kann.
Diese Architektur verringert erheblich die Auswirkung der Verstärkungs-Neigung zwischen den zwei Bändern und die Mehrpfad-Störung aufgrund einer nicht perfekten Isolation der zwei Teiler. Durch die Verwendung unterschiedlicher Richtungen in dem zentralen Bereich des EDFA, sowie von zwei räumlich getrennten Bändern, sind die Forderungen an die Isolation in den WDM-Teilern 21 und 23 zu erfüllen. Zusätzlich werden durch die Trennung der Bänder in dem Verstärker und die Bereitstellung von Verstärkungs-Stufen außerhalb der Trennung die Rauschzahl und die Ausgangsleistungs-Beeinträchtigungen aufgrund der Verluste der WDM-Koppler verringert.
Die Lichtleitfaser weist unterschiedliche Dispersions-Charakteristiken in Abhängigkeit von der für die Übertragung verwendeten Wellenlänge auf. Für eine Standard-Monomode-Lichtleitfaser liegen die zwei interessierenden Haupt-Übertragungsfenster bei 1310 nm für eine nicht-dispersionsverschobene Lichtleitfaser, und bei 1550 nm für eine dispersionsverschobene Lichtleitfaser. Wenn eine nicht-dispersionsverschobene optische Lichtleitfaser verwendet wird, sollte der Sender vorzugsweise mit Dispersions-Kompensations-Modulen (DCM) zur Verringerung der erheblichen Übertragungs-Beeinträchtigung bei hohen Bitraten ausgerüstet sein.
4 ist ein Blockschaltbild eines bidirektionalen Regenerators, der gemäß dem räumlichen Trennungsverfahren gemäß der Erfindung aufgebaut ist. Die Einfügung eines Vier-Port-WDM-Teilers 41 in eine Lichtleitfaser, die bidirektionale WDM-Signale überträgt, trennt die ankommenden Signale entsprechend ihrer Ausbreitungsrichtung. Die Signale in dem "blauen" Band kommen beispielsweise am Port 11 auf der Lichtleitfaser 1' an, und die Signale in dem "roten" Band kommen am Port 12 auf der Lichtleitfaser 1 an. Diese Signale treten am Port 13 aus, und sie werden von dem WDM-Teiler 41 in der gleichen Richtung von dem Port 13 zu dem Eingang eines Vorverstärkers 42 gelenkt, und dann an ein Dispersions-Kompensations-Modul 43. Ein Drei-Port-WDM-Teiler 44 trennt die Signale entsprechend ihrer Wellenlänge und lenkt sie an Empfänger Rx1 und Rx2 des Blockes 40. Nachdem die Regeneration oder Hinzufügungs-Abzweigungs-Multiplex-Funktionen in dem Block 40 durchgeführt wurden, werden die Signale an zwei Sender Tx1 und Tx2 geleitet. Von den zwei Sendern aus werden die Signale mit einem Drei-Port-WDM-Teiler 45 kombiniert, über ein weiteres Dispersions-Kompensations-Modul 46 geleitet, falls erforderlich, und dann in einem Nachverstärker 47 verstärkt. Der Vier-Port-WDM-Teiler 41 empfängt die verstärkten Signale am Port 14 und fügt diese Signale in die zwei Lichtleitfasern in den passenden Richtungen ein.
4 zeigt weiterhin, wie die Konfiguration den Verlust kompensiert, der durch die derzeit erhältlichen WDM-Koppler und DCMs eingeführt wird.
Die Auswahl der Wellenlängen innerhalb der roten und blauen Bänder ist in Mehrkanal-Systemen ebenfalls wichtig, um die Verstärkungs-Neigung weiter zu verringern. 5 zeigt drei Beispiele der Auswahl der Wellenlänge innerhalb eines Bandes zum Gewinnen von bis zu acht Wellenlängen, die gleichförmig auf die zwei Richtungen aufgeteilt sind. In dem ersten Beispiel werden zwei Kanäle in dem "blauen" Band und zwei Kanäle in dem "roten" Band ausgewählt. Die Wellenlänge des ersten "blauen" Kanals ist λ₁ = 1533 nm, und die des zweiten "blauen" Kanals ist λ₂ = 1541 nm. Die Wellenlänge des ersten "roten" Kanals ist λ₃ = 1549 nm, und die des zweiten "roten" Kanals ist λ₄ = 1557 nm. Der Unterschied der Verstärkungs-Neigung für die zwei "blauen" Kanäle ist relativ groß und in 2C mit 0,65 gezeigt, während die Differenz in der Verstärkungs-Neigung für die zwei "roten" Kanäle gleich 0,1 ist. Eine Verstärkungs-Neigung von 0,65 wird Probleme in dem System hervorrufen.
Das zweite Beispiel zeigt eine weitere Auswahl mit zwei Kanälen in dem "blauen" Band und zwei Kanälen in dem "roten" Band. Die Wellenlänge der "blauen" Kanäle ist λ₁ = 1528,7 nm und λ₂ = 1533,5 nm, und sie haben ungefähr die gleiche Verstärkungs-Neigung von 1,75. Die Wellenlänge der "roten" Kanäle ist λ₃ = 1552,5 nm und λ₄ = 1557,4 nm mit einer Differenz der Verstärkungs-Neigung von ungefähr 0,1, und somit ein sehr kleiner Unterschied. Diese kleine Verstärkungs-Neigung ruft keine Probleme in den Systemen dieses Beispiels hervor, weil die Wellenlängen der Kanäle so ausgewählt sind, dass sie eine angepasste Verstärkungs-Neigung haben.
Das dritte Beispiel zeigt ein System mit acht Kanälen, mit vier Kanälen in dem "blauen" Band und vier Kanälen in dem "roten" Band. Die Wellenlänge der "blauen" Kanäle ist λ₁ = 1528,7 nm, λ₂ = 1530,3 nm, λ₃ = 1531,9 nm und λ₄ = 1533,5 nm, mit einer Variation der Verstärkungs-Neigung mit einem Maximum von 0,1. Die Wellenlänge der "roten" Kanäle ist λ₅ = 1550,1 nm, λ₆ = 1552,5 nm, λ₇ = 1554,9 nm und λ₈ = 1557,4 nm, mit einer Differenz der Verstärkungs-Neigung von ungefähr 0,1.
Dieses Verfahren der Auswahl der Wellenlänge eines Übertragungskanals ermöglicht es, dass mehrfache Wellenlängen in dem blauen Band eines mit Erbium dotierten Lichtleitfaser-Verstärkers ohne schwerwiegende Verstärkungs-Neigungs-Beeinträchtigungen verstärkt werden.
Zusätzlich kann eine aktive Entzerrung zwischen den Wellenlängen ebenfalls dadurch erzielt werden, dass die ausgesandte Leistung eingestellt wird, und dass weiterhin auf der Strecke angeordnete Entzerrungseinrichtungen vorgesehen werden, wenn sie verfügbar werden.
Wenn mehrfache Kanäle auf einer einzigen Lichtleitfaser-Strecke ausgesandt und in dem gleichen Modul oder den gleichen Modulen verstärkt werden, so kann die Anzahl von Verstärkern, Lichtleitfaser-Strecken und anderen optischen Komponenten zwischen zwei Endgeräten zu einem Minimum gemacht werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Erzielung dieser Verringerung der Lichtleitfaser-Strecken und Verstärker auf der Grundlage der räumlichen Trennung der Sende-Bänder entsprechend der Ausbreitungsrichtung und der geeigneten Auswahl der Signal-Wellenlänge. Einige Beispiele werden nachfolgend angegeben.
Ein Empfänger erfordert typischerweise –5 dBm an optischer Leistung, und eine Überlastung tritt bei 0 dBm auf, und ein Sender muss typischerweise +7 oder +10 dBm in die außenliegende System-Lichtleitfaser abstrahlen. Diese Konstruktionsparameter machen es schwierig oder unmöglich, einen optischen Verstärker zu konstruieren, der gleichzeitig als ein Vor- und Nachverstärker arbeitet. Zusätzlich werden diese Anforderungen durch das Vorliegen der Verstärkungs-Neigung verschärft. Um diese Leistungspegel zu erzielen, sind die heutigen Sender mit einem optischen Verstärker versehen, der als ein Nachverstärker konfiguriert ist, und die Empfänger sind mit einem optischen Verstärker versehen, der als ein Vorverstärker konfiguriert ist.
Ein einziger Lichtleitfaser-Verstärker kann jedoch gleichzeitig als ein Vor- und Nachverstärker entsprechend dieser Erfindung arbeiten, indem eine getrennte Leistungssteuerung pro Richtung vorgesehen wird und die Wellenlänge der Kanäle zur weitestgehenden Verringerung der Verstärkungs-Neigung ausgewählt wird.
6 zeigt eine Konfiguration mit bidirektionalen Verstärkern, die als Leitungsverstärker und als kombinierte Vor- und Nachverstärker arbeiten. Bei dieser Konfiguration gibt es vier Signale λ₁, λ₂, λ₃ und λ₄ in dem "roten" Band und ein Signal, λ₅, in dem "blauen" Band. Der DCM 43 und der WDM-Teiler 2 am Ort A werden von dem optischen Lichtleitfaserkabel 62 durch die Verstärkung des Vor-/Nachverstärkers 60 getrennt. In ähnlicher Weise werden der DCM 45 und der WDM-Teiler 6 am Ort B von der optischen Lichtleitfaser-Kabelstrecke 63 durch die Verstärkung des Vor-/Nachverstärkers 61 getrennt. Hierdurch wird die Auswirkung des optischen Verlustes dieser Komponenten auf das Rauschen und den Leistungspegel verringert.
Optische Verstärker 60 und 61 mit einer getrennten Leistungssteuerung pro Richtung sind vorgesehen, so dass der Verstärker 60 als Nachverstärker für die Sender Tx1 bis Tx4 und als Vorverstärker für den Empfänger Rx arbeitet. In ähnlicher Weise arbeitet der Verstärker 61 als ein Vorverstärker für die Empfänger Rx1 bis Rx4 und als Nachverstärker für den Sender Tx.
Eine geeignete Auswahl der Wellenlänge kombiniert mit der räumlichen Trennung der Kanäle gemäß dieser Erfindung ermöglicht eine weitere Vereinfachung der Konfiguration eines Mehrkanal-Systems. Wenn somit die Anzahl der Übertragungskanäle in einer Richtung gleich der Anzahl der Kanäle in der entgegengesetzten Richtung ist, kann ein kosteneffektives Netzwerk durch Verringern der Anzahl von Schutz-Verbindungsstrecken erzielt werden.
Die 7A, 7B und 7C zeigen Systeme mit einer gleichen Anzahl von Signalen in beiden Bändern, was hier als bidirektionale Paarung bezeichnet wird. Daher gibt es für jeden Sender-Empfänger-Pfad in einer Richtung einen Empfänger-Sender-Pfad in der entgegengesetzten Richtung. Diese Konfiguration hat erhebliche Vorteile und verringert die Anzahl von Schutz-Verbindungsstrecken. Mit einem geeigneten Abflachungs-Filter kann ein WDM-Verstärker-Modul, wie es in 3 gezeigt ist, so ausgelegt werden, dass es eine gleiche Anzahl von Wellenlängen in beiden Richtungen unterstützt. Es wird empfohlen, dass Arbeits- und Schutz-Gruppen über getrennte Verstärker bereitgestellt werden, um die Auswirkungen eines Ausfalls eines einzigen Verstärkers zu verhindern.
7A ist ein symmetrisches bidirektionales optisches Übertragungssystem, das die Einsparung an Lichtleitfaser-Strecken für Arbeits- und Schutz-Verbindungsstrecken einer linearen Konfiguration eines einzigen 1:1-Systems zeigt. Ein Satz von Verstärkern 52 und 53 ist so ausgerüstet, dass er den Arbeitsverkehr auf der Lichtleitfaser 1 aufnimmt. Dieser Schutzverkehr erfolgt auf einer getrennten Route 20 unter Verwendung der Verstärker 54, 55, 56 und 57. Es sind keine weiteren Verstärker erforderlich, um ein zweites 1:1-System zu unterstützen, weil die Verstärker zwei "rote"-Band- und zwei "blaue"-Band-Wellenlängen unterstützen. Weitere Systeme können so bereitgestellt werden, dass sie die gleiche Lichtleitfaser und Verstärker verwenden, vorausgesetzt, dass passende Wellenlängen verfügbar sind und dass das Verbindungsstrecken-Budget erfüllt werden kann. Verglichen mit einem System, das diese Paarung nicht verwendet, wie z.B. einem unidirektionalen WDM-System, erfordert ein gepaartes bidirektionales System weniger Kanäle zur Übertragung und zum Schutz einer vorgegebenen Menge an Daten. Weniger Kanäle bedeutet weniger Lichtleitfasern, weniger Verstärker und weniger Endgeräte-Elektronik, die zur Übertragung der gleichen Daten erforderlich sind.
7B ist eine Konfiguration von zweifach gestapelten Zwei-Lichtleitfaser-Ringen unter Verwendung der in 3 gezeigten WDM-Verstärker-Module. Aufgrund der bidirektionalen Art der Verstärker ist lediglich eine Lichtleitfaser pro Streckenabschnitt erforderlich, um ein grundlegendes System zu implementieren. Danach sind keine weiteren Verstärker erforderlich, um ein zweites System zu implementieren. Weitere Ringsysteme können so bereitgestellt werden, dass sie die gleiche Lichtleitfaser und die gleichen Verstärker verwenden, wenn eine geeignete räumliche Trennung und eine gepaarte Wellenlängen-Auswahl verwendet werden, wie dies in Verbindung mit den 2C und 5 erläutert wurde, und sofern das Verbindungsstrecken-Budget erfüllt werden kann.
7C ist eine Vier-Lichtleitfaser-Ringkonfiguration unter Verwendung der WDM-Verstärker-Module. Ein Vier-Lichtleitfaser-Ring kann in einen "Zwei-Lichtleitfaser-Ring mit Streckenumschaltung" umgewandelt werden. Dies unterscheidet sich von einem normalen Zwei-Lichtleitfaser-Ring dadurch, dass das Vier-Lichtleitfaser-Ring-Protokoll implementiert wird, was Merkmale wie die Streckenumschaltung ermöglicht.
Wie dies weiter oben angegeben wurde, kann ein WDM-Verstärker-Modul vorgesehen werden. In diesem Modul umfasst der zentrale Verstärkungsbereich einen ersten Längenabschnitt einer Lichtleitfaser zum Lenken und Verstärken des optischen Signals des ersten Bandes, eine erste Laser-Quelle zum Pumpen gekoppelter Wellen in den ersten Längenabschnitt der Lichtleitfaser, einen zweiten Längenabschnitt der Lichtleitfaser zum Lenken und Verstärken des optischen Signals des zweiten Bandes, eine zweite Laser-Quelle zum Pumpen gekoppelter Wellen in den zweiten Längenabschnitt der Lichtleitfaser, und eine Steuereinheit zum Steuern der Leistung der gekoppelten Wellen, die von der ersten und zweiten Laser-Quelle erzeugt werden.
Die ersten und zweiten periphären Verstärkungsbereiche und die ersten und zweiten Längenabschnitte der Lichtleitfaser in dem Modul können eine Strecke einer aktiven Lichtleitfaser umfassen.
Die Steuereinheit kann erste und zweite Leistungs-Überwachungseinrichtungen zum Messen der Eingangs- und Ausgangsleistung der optischen Signale des ersten und zweiten Bandes und zur entsprechenden Einstellung der Pumpleistung der ersten und zweiten Laser-Quellen zur Aufrechterhaltung der Verstärkung des optischen Signals des ersten und zweiten Bandes in einer im Wesentlichen konstanten Weise umfassen. Die ersten und zweiten Leistungs-Überwachungseinrichtungen und die zweite Laser-Quelle können das Modul so konfigurieren, dass es als ein erster und zweiter Leitungsverstärker arbeitet. Die erste Leistungs-Überwachungseinrichtung kann das Modul so konfigurieren, dass es als ein Vorverstärker arbeitet, und die zweite Leistungs-Überwachungseinrichtung kann das Modul so konfigurieren, dass es als ein Nachverstärker arbeitet.
Wie dies weiter oben angegeben wurde, kann ein optischer bidirektionaler Regenerator für eine Mehrkanal-Telekommunikation unter Verwendung einer Wellenlängen-Multiplexierung geschaffen werden. Der optische bidirektionale Regenerator umfasst Folgendes: erste Teilereinrichtungen zur räumlichen Trennung eines ersten optischen Mehrkanal-Signals in ein optisches Signal eines ersten Bandes und ein optisches Signal eines zweiten Bandes entsprechend der Wellenlänge; ein bidirektionales Regenerator-Modul zum Empfang des optischen Signals des ersten Bandes und des optischen Signals des zweiten Bandes von der ersten Teilereinrichtung, die getrennte Verstärkung dieser Signale und die Schaffung eines verstärkten optischen Signals des ersten Bandes und eines verstärkten optischen Signals des zweiten Bandes; und zweite Tellereinrichtungen zur erneuten Kombination des verstärkten optischen Signals des ersten Bandes mit dem stärksten optischen Signal des zweiten Bandes in ein zweites optisches Mehrkanal-Signal.
Der optische bidirektionale Regenerator kann ein erstes Regenerator-Modul zum Verstärken des optischen Signals des ersten Bandes und ein zweites Regenerator-Modul zur Verstärkung des optischen Signals des zweiten Bandes umfassen. Ein erster bidirektionaler optischer Verstärker, der mit der ersten Tellereinrichtung zur Vorverstärkung des ersten optischen Mehrkanal-Signals verbunden ist, kann vorgesehen sein, und ein zweiter unidirektionaler optischer Verstärker, der mit der zweiten Tellereinrichtung zur Vorverstärkung des zweiten optischen Mehrkanal-Signals verbunden ist, ist dann vorgesehen. Ein WDM-Router kann mit einer optischen Übertragungsstrecke zum Umkonfigurieren eines bidirektionalen Eingangs-Signals in das erste optische Mehrkanal-Signal und zur Umkonfigurierung des zweiten optischen Mehrkanal-Signals in ein bidirektionales Ausgangssignal verbunden werden, das eine verstärkte Version des bidirektionalen Eingangs-Signals ist. Ein erstes Dispersions-Kompensations-Modul (DCM) kann zwischen dem ersten unidirektionalen optischen Verstärker und dem ersten WDM angeordnet sein, und ein zweites DCM ist dann zwischen dem zweiten unidirektionalen optischen Verstärker und dem ersten WDM angeordnet.
Es kann ein optisches Mehrkanal-Kommunikationssystem unter Verwendung einer optischen Verstärkung und einer Wellenlängen-Multiplexierung geschaffen werden, das Folgendes umfasst:
(K) erste Band-Sender an einem ersten Ort, einen Sender T_k, worin k∊ [2,K] ist und K eine ganze Zahl ist, zum Aussenden eines zugehörigen ersten optischen Signals S1_k mit einer Wellenlänge, die in einem ersten Übertragungsband ausgewählt ist, das einer Übertragungsrichtung zugeordnet ist;
(M) zweite Band-Empfänger an dem ersten Ort, einen Empfänger R_m, worin m∊ [2,M] ist und M eine ganze Zahl ist, zum Empfang eines zugehörigen zweiten optischen Signals S2_m mit einer Wellenlänge, die in einem zweiten Übertragungsband ausgewählt ist, das einer entgegengesetzten Übertragungsrichtung zugeordnet ist;
erste Teilereinrichtungen zum Lenken der (K) ersten optischen Signale S1_k und der (M) zweiten optischen Signale S2_m entlang eines optischen Übertragungspfades zwischen den Sendern T_a des ersten Bandes und den Empfängern R_m des zweiten Bandes entsprechend der Wellenlänge;
(M) zweite Band-Sender an einem zweiten Ort, einem Sender T_m zur Aussendung des zugehörigen zweiten optischen Signals S2_m;
(K) erste Band-Empfänger an dem zweiten Ort, einem Empfänger R_k zum Empfang des zugehörigen zweiten optischen Signals S1_k; und
zweite Tellereinrichtungen zum Lenken der (K) ersten optischen Signale (S1_k) und der (M) zweiten optischen Signale (S2_m) entlang eines optischen Übertragungspfades zwischen den in (K) Empfängern des ersten Bandes und den (M) Sendern des zweiten Bandes entsprechend der Wellenlänge.
In diesem System kann der optische Übertragungspfad eine Vielzahl von optischen WDM-Verstärker-Modul-Serien umfassen, die an einer Arbeits-Lichtleitfaser (W) zur Verstärkung der (K) ersten optischen Signale und der (M) zweiten optischen Signale angeschaltet sind. In diesem Fall kann K gleich M sein.
Ein zweiter optischer Übertragungspfad (P) kann für Schutz-Verkehr für eine 1:1-Übertragung und einen Schutz der Signale des ersten und zweiten Bandes vorgesehen sein.
Ein zweiter optischer Übertragungspfad (P) für Schutz-Verkehr kann für eine geschaltete zwei-Lichtleitfaser-Ringkonfiguration vorgesehen werden, bei der die ersten und zweiten optischen Signale entlang der ersten und zweiten optischen Übertragungspfade in entgegengesetzten Richtungen übertragen werden. Eine Vielzahl (N) von optischen Übertragungspfaden (W) und ein zweiter optischer Übertragungspfad (P) können für eine 1:N-Übertragung und einen Schutz der Signale der ersten und zweiten Bänder vorgesehen sein. Alternativ kann dieses System einen zweiten optischen Übertragungspfad (W) und zwei optische Übertragungspfade (P) für eine geschaltete vier-Lichtleitfaser-Ringkonfiguration umfassen.
Bei diesem Mehrkanal-System kann jedes optische WDM-Verstärker-Modul einen ersten periphären Verstärkungsbereich zum Verstärken des ersten optischen Mehrkanal-Signals, einen ersten Drei-Port-WDM-Teiler, der mit dem ersten periphären Verstärkungsbereich zur räumlichen Trennung des ersten optischen Mehrkanal-Signals in ein optisches Signal eines ersten Bandes und ein optisches Signal eines zweiten Bandes entsprechend der Wellenlänge angeschaltet ist, einen zentralen Verstärkungsbereich zum Empfang des optischen Signals des ersten Bandes und des optischen Signals des zweiten Bandes, die getrennt verstärkt werden, einen zweiten Drei-Port-WDM-Teiler zum erneuten Kombinieren des optischen Signals des ersten Bandes mit dem verstärkten optischen Signal des zweiten Bandes in das zweite optische Mehrkanal-Signal und einen zweiten periphären Verstärkungsbereich umfassen, der mit dem zweiten Drei-Port-Teiler zur Verstärkung des zweiten optischen Mehrkanal-Signals verbunden ist.
Ein erstes Dispersions-Kompensations-Modul kann zwischen der ersten Teilereinrichtung und dem optischen Übertragungspfad angeschaltet sein, und ein zweites Dispersions-Kompensations-Modul ist dann zwischen dem optischen Übertragungspfad und der zweiten Tellereinrichtung angeschaltet.

Claims

Optischer Verstärker eines optischen Mehrkanal-Übertragungssystems, gekennzeichnet durch: Einrichtungen (21, 23) zur räumlichen Aufteilung eines Verstärkungsbereiches des optischen Verstärkers in eine erste Übertragungsrichtung und eine entgegengesetzte Übertragungsrichtung, wobei jede der ersten Übertragungssrichtung und der entgegengesetzten Übertragungsrichtung einem Übertragungsband zugeordnet ist; und Einrichtungen zum Lenken von zumindest zwei Signalen in dem ersten Band in der ersten Übertragungsrichtung und von zumindest zwei Signalen in dem zweiten Band in der entgegengesetzten Übertragungsrichtung entsprechend einer Wellenlänge der jeweiligen Signale, wobei die Wellenlängen der Signale in dem ersten Band so ausgewählt sind, dass sie im Wesentlichen ähnliche Verstärkungsänderungs-(gain tilt) Werte haben und die Wellenlängen der Signale in dem zweiten Band so ausgewählt sind, dass sie im Wesentlichen ähnliche Verstärkungsänderungswerte haben.
Verfahren zur Übertragung von optischen Mehrkanal-Signalen zwischen einem ersten Ort (A) und einem zweiten Ort (B), die über einem optischen Übertragungspfad (62, 63) verbunden sind, der einen optischen Verstärker (52, 60, 61, 63) einschließt, mit den folgenden Schritten: Definieren eines ersten Übertragungsbandes und eines zweiten Übertragungsbandes innerhalb eines Verstärkungsbereichs des optischen Verstärkers (52, 60, 61, 63); gekennzeichnet durch: Messen einer Änderung der Verstärkung des optischen Verstärkers (52, 60, 61, 63) mit der Eingangsleistung und der Wellenlänge; Auswählen von zumindest zwei ersten Band-Wellenlängen in dem ersten Übertragungsband und von zumindest zwei zweiten Band-Wellenlängen in dem zweiten Übertragungsband, wobei die Verstärkungsänderungs-Werte für die ersten Band-Wellenlängen einander im Wesentlichen ähnlich sind, und die Verstärkungsänderungs-Werte für die zweiten Band-Wellenlängen im Wesentlichen ähnlich zueinander sind, unabhängig von der Eingangsleistung; und Zuordnen der ersten Band-Wellenlängen zu einer ersten Übertragungsrichtung und der zweiten Band-Wellenlängen zu einer entgegengesetzten Übertragungsrichtung.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das erste Übertragungsband und das zweite Übertragungsband räumlich in dem Verstärkungsbereich des optischen Verstärkers (52, 60, 61, 63) getrennt sind.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das erste Übertragungsband in einem blauen Bereich eines Spektrums definiert ist, und bei dem das zweite Übertragungsband in einem roten Bereich des Spektrums definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, bei dem eine Anzahl der ersten Band-Wellenlängen gleich einer Anzahl der zweiten Band-Wellenlängen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem das erste Band zwischen 1528nm und 1543nm definiert ist, und das zweite Band zwischen 1547nm und 1560nm definiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem ein erstes Teil-Band in dem ersten Band ausgewählt ist, und ein zweites Teil-Band in dem zweiten Band ausgewählt ist, wobei jedes Teil-Band eine im Wesentlichen konstanten Verstärkungsänderung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die zwei ersten Band-Wellenlängen in dem ersten Teil-Band liegen und die zweiten Band-Wellenlänge in dem zweiten Teil-Band liegen.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das erste Teil-Band zwischen 1528nm und 1534nm definiert ist, und das zweite Teil-Band zwischen 1550nm und 1558,5nm definiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, das weiterhin eine getrennte Verstärkung der Signale des ersten und zweiten Bandes durch getrenntes Steuern der Verstärkung der Signale der ersten und zweiten Bänder umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Schritt des Steuern folgendes umfasst: Messen der Eingangs- und Ausgangs-Leistung eines ersten optischen Signals in dem ersten Band; Messen der Eingangs- und Ausgangs-Leistung eines zweiten optischen Signals in dem zweiten Band; Einstellen der Sendeleistung eines ersten Senders, der das erste optische Signal erzeugt, um die Leistung des Übertragungskanals des ersten Bandes im Wesentlichen konstant zu halten; und Einstellen der Sendeleistung eines zweiten Senders, der das zweite optische Signal erzeugt, um die Leistung des Übertragungskanals des zweiten Bandes im Wesentlichen konstant zu halten.
Verfahren zum Senden von optischen Mehrkanal-Signalen zwischen einem ersten und einem zweiten Ort (A.B), die über einen optischen Übertragungspfad (62, 63) miteinander verbunden sind, der einen Lichtleitfaser-Verstärker (52, 60, 61, 63) einschließt, mit den folgenden Schritten: räumliches Aufteilen des Verstärkungsbereiches des Lichtleitfaser-Verstärker (52, 60, 61, 63) in einem ersten Verstärkungsbereich und einen zweiten Verstärkungsbereich; Zuordnen des ersten Verstärkungsbereiches zu einem ersten Übertragungsband und des zweiten Verstärkungsbereiches zu einem zweiten Übertragungsband; gekennzeichnet durch: Auswählen von K Kanälen innerhalb des ersten Übertragungsbande, worin K eine ganze Zahl gleich oder größer als 2 ist, und von M Kanälen in dem zweiten Übertragungsband, worin M eine ganze Zahl gleich oder größer als 2 ist, wobei alle K Kanäle eine im Wesentlichen ähnliche Verstärkungsänderung aufweisen und alle M Kanäle im Wesentlichen ähnliche Verstärkungsänderungen haben; Senden eines ersten optischen Mehrkanal-Signals in dem ersten Übertragungsband; und Senden eines zweiten optischen Mehrkanal-Signals in dem zweiten Übertragungsband.