DE69823609T2

DE69823609T2 - Überwachung der optischen Signalleistung mit einem Signaturbitmuster in WDM Systemen

Info

Publication number: DE69823609T2
Application number: DE69823609T
Authority: DE
Inventors: James Ottawa Harley; Richard Achille Ottawa Habel
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: CA2218951C; EP0911994A3; JPH11194050A; US6239889B1; EP0911994A2; CA2218951A1; DE69823609D1; EP0911994B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung ist auf ein Verfahren zur Überwachung des Betriebsverhaltens von optischen WDM- (Wellenlängenmultiplex-) Systemen und insbesondere auf ein Überwachungsverfahren zur Überwachung der optischen Signalleistung unter Verwendung eines Signaturbitmusters gerichtet.
Stand der Technik
In optischen Übertragungssystemen werden verschiedene Parameter, wie z. B. die Leistung, gemessen, um Informationen über die Betriebsbedingungen der Übertragungs-Verbindungsstrecke zu gewinnen. Die Lichtleitfaser-Kabel werden durch Messen der Leistungsverluste geprüft, die mit der Lichtübertragung verbunden sind, um auf diese Weise mögliche Übertragungsfehler festzustellen.
In einem WDM- (Wellenlängenmultiplex-) System ist es aufgrund der Tatsache, dass unterschiedliche Lichtwellenlängen unterschiedliche Dämpfungseigenschaften haben, wichtig, die Dämpfung des Lichtleitfaser-Kabels bezüglich einer bestimmten Lichtwellenlänge zu bestimmen, die für einen bestimmten Übertragungskanal verwendet wird. Es ist aus mehreren Gründen wichtig, die optische Leistung von einzelnen optischen Signalen genau festzustellen, beispielsweise zur verbesserten Steuerung von optischen Verstärkern, für die Signalnachführung an der optischen Schicht, die Überwachung der Ansammlung von optischem Rauschen in einer Verbindungsstrecke mit kaskadierten Verstärkern, usw.
Es ist bekannt, den Eingang und den Ausgang eines optischen Verstärkers zu überwachen, um die Verstärkung zu regeln. Zu diesem Zweck werden Bruchteile der Eingangs- und Ausgangssignale durch Anzapfungen (Koppler) ausgekoppelt und mit Hilfe von Fotodioden erfasst. Die nach dieser Erfassung zurückgewonnenen elektrischen Signale werden dann von der Leistungsüberwachung in der erforderlichen Weise verwendet. Weil die Leistung des ausgekoppelten Signals im Fall von digitalen Systemen sehr niedrig ist, sind die zur Detektion und Verarbeitung dieses schwachen Signals erforderlichen Leistungsüberwachungseinrichtungen ziemlich kompliziert.
Bisher besteht das einzige andere Verfahren zur Detektion der optischen Leistung von Signalen ohne die Verwendung von aufwändigen optischen Filtern in einer Amplitudenmodulation des optischen Signals bis zu einer gesteuerten Modulationstiefe mit einem Signal (Schwankungssignal), das für das jeweilige Übertragungssystem einzigartig ist. Dieses Verfahren, das in dem US-Patent 5 513 029 von Kim Roberts vom 30. April 1996 beschrieben ist, das auf die Northern Telecom Limited übertragen wurde, erfordert zusätzliche optische Komponenten, wie z. B. einen externen Modulator und optische Dämpfungsglieder, und erfordert weiterhin Elektroniken und Echtzeit-Steuersoftware an dem Sender, um die Amplitudenmodulation sowohl zuzuführen als auch zu detektieren, damit die Modulationstiefe oder der Modulationsgrad genau gesteuert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Feststellung der optischen Leistung eines digitalen optischen Signals bei Vorliegen anderer optischer Signale mit anderen Wellenlängen ohne die Verwendung von aufwändigen festen oder nachgeführten optischen Filtern zu schaffen.
Entsprechend wird ein Verfahren zur Messung der Leistung eines optischen Signals (s₁) geschaffen, das sich auf einen ersten Kanal (λ₁) eines WDM-Übertragungssystems ausbreitet, mit den Schritten der Erzeugung eines Signaturbitmusters (s_BP1), der Einstellung des Leistungspegels des Signaturbitmusters auf ein vorgegebenes Verhältnis (m) zu der Leistung des optischen Signals, des Einfügens des Signaturbitmusters (s_BP1) in den Rahmen des optischen Signals (s₁) und der Übertragung dieses Signals entlang einer Strecke des Übertragungsmediums, der Messung der Leistung des Signaturbitmusters (s_BP1) an einem interessierenden Punkt auf der Strecke, und der Bestimmung der optischen Leistung des optischen Signals (s₁) an dem interessierenden Punkt.
Der Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass sie ein einfaches Verfahren zur Feststellung der optischen Leistung in einem WDM-System ergibt, bei dem keine zusätzlichen Elektroniken, aufwändige optische Komponenten und Echtzeitsoftware an der Senderseite erforderlich sind, was zu erheblichen Einsparungen hinsichtlich des Schaltungsgehäuse-Auslegungsraumbedarfs, der Kosten und der Entwicklungszeit führt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden und andere Objekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlicheren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ersichtlich, wie sie in der beigefügten 1 gezeigt ist, die ein Blockschaltbild eines WDM-Systems gemäß der Erfindung zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Für diese Erfindung wird ein eindeutiges Signaturbitmuster in ein digitales optisches Signal eingeführt, wobei der Effektivwert (quadratischer Mittelwert) des Signaturbitmusters von Natur aus ein festes Verhältnis zu der optischen Leistung hat. Die Feststellung des Effektivwertes dieses Signaturbitmusters bedeutet, dass die optische Leistung des optischen Signals bestimmt werden kann. Außerdem kann die optische Leistung der optischen Signale, die sich gleichzeitig entlang der gleichen Lichtleitfaser-Strecke ausbreiten, gleichzeitig festgestellt werden, wenn jedem optischen Signal ein eindeutiges Signaturbitmuster gegeben wird. Das Signaturbitmuster für jedes sich gleichzeitig ausbreitende Signal ist so ausgelegt, dass es unabhängig von jedem anderen erfasst werden kann.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines WDM-Systems unter Verwendung der Signaturbitmuster gemäß der Erfindung. Das WDM-System nach 1 zeigt eine Anzahl von optischen Signalen s₁ bis s_n, die sich in der gleichen Richtung ausbreiten. Es ist verständlich, dass die Erfindung auch auf bidirektionale optische WDM-Systeme anwendbar ist, beispielsweise auf bidirektionale SONET/SDH 8-Wellenlängensysteme.
Die Signale s₁ bis s_n werden in einem optischen Multiplexer 12 multiplexiert, um ein Mehrkanal-Signal s auf der Lichtleitfaser 11 zu gewinnen. Ein Signaturbitmuster, das bei s_BP1 gezeigt ist, wird in dem Rahmen des optischen Signals s₁ eingeführt. Wenn wir die mittlere optische Leistung von s₁ mit „P₁" bezeichnen, die mittlere optische Leistung von s_BP1 mit „P_BP1", und das Verhältnis zwischen den Leistungen von s_BP1 und s₁ mit „m", so ergibt sich die folgende Beziehung: m = PBP1/P1 oder PBP1 = m × P1 (1)
Weil das Signaturbitmuster in den Rahmen des digitalen optischen Signals eingeführt wird, bleibt das Verhältnis „m" entlang des gesamten Pfades konstant. Dies gilt jedoch nur dann, wenn entweder das Extinktionsverhältnis für das optische Signal konstant und bekannt bleibt oder wenn das Extinktionsverhältnis besser als ein annehmbarer Wert gehalten wird.
Das optische Signal s₁ mit dem Signaturbitmuster wird von dem Kanal λ₁ auf der Lichtleitfaser 11 zusammen mit den Signalen s₂ bis s_n übertragen. Eine Anzapfungs-Überwachungseinrichtung an irgendeinen interessierenden Punkt in dem WDM-System, die mit 14 in 1 bezeichnet ist, zapft die Lichtleitfaser 11 an und empfängt einen Bruchteil des Signals s, das einen jeweiligen Bruchteil der optischen Signale s₁ bis s_n für alle Kanäle λ₁ bis λ_n umfasst. Der angezapte Bruchteil wird in ein mit der Bezugsziffer 17 bezeichnetes elektrisches Signal durch eine PIN-Diode 16 umgewandelt und dann durch einen Transimpedanzverstärker 18 verstärkt.
Das elektrische Signal v an dem Ausgang des Transimpedanzverstärkers 18 umfasst eine Wechselspannungs- und eine Gleichspannungskomponente. Die Wechselspannung V_dc ist eine lineare Kombination der einzelnen optischen Signalleistungen: Vdc = a × P1 + b × P2 + c × P3 + ...n × Pn (2)worin a, b, ..., m bekannte Eichkonstanten für den jeweiligen Übertragungskanal und P₁ bis P_n die optischen Leistungen der jeweiligen optischen Signale s, bis sn sind.
Das Signal v wird in einem Bandpassfilter 20 gefiltert, um die interessierenden Frequenzen abzuleiten, die in diesem Fall die Komponentenfrequenzen des Signaturbitmusters s_BP1 sind. Ein Signatur-Effektivwert-Detektor 22 detektiert den „rms₁"-Wert (Effektivwert) von s_BP1, unabhängig von den Störungen durch die sich gleichzeitig ausbreitenden optischen Signale. Der Signatur-Effektivwert-Detektor kann entweder mit einem Analogfilter mit einer Spitzendetektorschaltung verwirklicht werden, oder mit einem Nyquist-superabtastenden A/D-Wandler und einem DSP-Chip zur Realisierung einer digital angepassten Filterdetektion.
Bei den interessierenden Frequenzen ist die Leistung der Signaturbitmuster für die anderen Kanäle λ₂ bis λ_n konstruktiv praktisch gleich Null, so dass der gemessene rms₁-Wert den Wert von P_BP1 unter Verwendung der folgenden Gleichung ergibt: PBP1 = rms1/a (3)worin „a" die bekannte Eichkonstante für den Kanal λ₁ ist. Der Wert von P₁ kann nun in Kenntnis von m bestimmt werden, was Folgendes ergibt: P1 = rms1/m × a (4)
In ähnlicher Weise können, wenn die anderen Signale s₂ bis s_n ihr eigenes eindeutiges Signaturmuster oder eine Analogschwankung aufweisen, die optische Leistung dieser Signale in der gleichen Weise bestimmt werden, solange alle die Signalschwankungen so ausgelegt sind, dass sie unabhängig voneinander detektiert werden können, beispielsweise dadurch, dass sie frequenzmultiplexiert sind.
Ein Beispiel einer Realisierung der Erfindung ist die Anwendung des Signaturbitmusters gemäß der Erfindung auf die Bestimmung der Leistung des bidirektionalen optischen Dienstkanals (Bi-OSC). Bi-OSC ist ein Dienstekanal, der übertragen und an jedem optischen Verstärker abgeschlossen wird. Dieser Kanal hat eine Signalisierungsrate von 9,72 Mb/s in jeder Richtung und ist Manchestercodiert, um seine Störung in der Analog-Wartungsbandbreite (40 kHz) auf annehmbaren Pegeln zu halten.
Die Wellenlänge des Kanals für eine Übertragungsrichtung ist in dem roten Band und für die Rückwärtsrichtung in dem blauen Band ausgewählt. Der Rahmen des Signals, das auf diesem Kanal ausgesandt wird, hat 2430 Bits, wobei 96 Bits für die Signatur verwendet werden. Die mittlere optische Leistung des BI-OSC wird ebenfalls berücksichtigt, um die Mittelwert-Ausgangssteuerung in der Vorwärts-Senderichtung (das heißt in dem roten Band) und in der Rückwärts-Senderichtung (das heißt in dem blauben Band) dadurch genauer zu machen, dass der Leistungsbeitrag von den jeweiligen OSC-Kanälen subtrahiert wird.
Das Signaturbitmuster für den roten Kanal wird auf einer Rahmen-für-Rahmen-Basis eingeführt. Nach der Manchester-Codierung wird das rote OSC-Signaturmuster an den folgenden Bit-Positionen des roten OSC-Rahmens eingeführt:
Tabelle 1: Rotes OSC-Signaturbitmuster
Das Spektrum des roten OSC-Signaturbitmusters umfasst ungerade Vielfache von 4 kHz, nämlich 4 kHz, 12 kHz, 20 kHz, usw., wodurch es phasenorthogonal zu den AM-Schwankungen, SONET-8 kHz-Tönen und dem blauen Signaturbitmuster gemacht wird.
Der minimale Hamming-Abstand zwischen dem ersten Block und den anderen Blöcken innerhalb des Rahmens ist gleich B.
Das Signaturbitmuster für den blauen Kanal wird auf der Grundlage von zwei aufeinanderfolgende Rahmen mal von zwei aufeinanderfolgenden Rahmen eingeführt. Nach der Manchester-Codierung wird das blaue OSC-Signaturmuster in die folgenden Bit-Positionen eingeführt:
Tabelle 2: Blaues OSC-Signaturbitmuster
Das Spektrum des blauen OSC-Signaturbitmusters besteht aus ungeraden Vielfachen von 2 kHz, nämlich 2 kHz, 6 kHz, 10 kHz, wodurch es phasenorthogonal zu den AM-Schwankungen, SONET-8kHz-Tönen und dem blauen Signaturbitmuster wird.
Der minimale Hamming-Abstand zwischen dem ersten Block und den anderen Blöcken innerhalb des Rahmens ist gleich 8.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, können weitere Modifikationen und Verbesserungen, die für den Fachmann offensichtlich sind, innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche ausgeführt werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung in seinem breiteren Gesichtspunkt abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Messung der Leistung eines optischen Signals (s₁), das sich auf einen ersten Kanal (λ₁) eines WDM-Übertragungssystems ausbreitet, mit den folgenden Schritten: Erzeugen eines Signaturbitmusters (S_BP1); Einstellen des Leistungspegels des Signaturbitmusters auf ein vorgegebenes Verhältnis (m) zur Leistung des optischen Signals; Einführen des Signaturbitmusters (s_BP1) in den Rahmen des optischen Signals (s₁) und dessen Aussendung entlang einer Strecke des Übertragungsmediums; Messen der Leistung des Signaturbitmusters (s_BP1) an einem interessierenden Punkt auf der Strecke; und Bestimmen der elektrischen Leistung des optischen Signals (s₁) an dem interessierenden Punkt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Signaturbitmuster (s_BP1) für die Strecke eindeutig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Einführens die Bereitstellung der Bits in dem Signaturbitmuster (s_BP1) an vorgegebenen Positionen des Rahmens des optischen Signals (s₁) gerade vor der Abstrahlung des Signals auf die Lichtleitfaserstrecke umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin folgendes umfasst: Bereitstellen einer Anzahl von optischen Signalen (s₁), jeweils für einen jeweiligen Übertragungskanal (λ_i), worin i ∈ [2, n] ist; und Multiplexieren des optischen Signals (s₁), das das Signaturbitmuster (S_BP1) umfasst, mit den optischen Signalen (s_i) zu einem Mehrkanal-Signal (s) und Abstrahlen des Mehrkanal-Signals (s) auf die Strecke.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Messens der Leistung des Signaturbitmusters (s_BP1) Folgendes umfasst: Anzapfen eines Bruchteils des Mehrkanal-Signals (s) an dem interessierenden Punkt; Umwandeln des Bruchteils in ein elektrisches Signal (v); Filtern des elektrischen Signals (v) zur Weiterleitung eines Signatursignals eines Bandes, das die Frequenzkomponenten des Signaturbitmusters umfasst; und Messen des quadratischen Mittelwertes rms_SB1-Wertes des Signatursignals.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des Feststellens der optischen Leistung (P₁) des optischen Signals (s₁) das Anwenden des Verhältnisses (m) auf den rms_SB1-Wert umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, das weiterhin das Anwenden eines Korrekturfaktors (a) auf den Wert von (P1) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Messung des quadratischen Mittelwertes rms_SB1 des Signatursignals mit einem Analogfilter mit einer Spitzendetektorschaltung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des Messens des quadratischen Mittelwertes rms_SB1 des Signatursignals eine digitale angepasste Filterdetektion umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die digitale angepasste Filterdetektion mit einem Super-Nyquist-Abtast-Analog-/Digital-Wandler und einer digitalen Signalverarbeitungseinheit durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem jedes der optischen Signale (S_i) ein jeweiliges Signaturbitmuster (s_BP1) zur Detektion eine jeweiligen optischen Leistung (P_i) eines jeweiligen optischen Signals (s_i) an dem interessierenden Punkt umfasst.