DE69926897T2

DE69926897T2 - Gerät und verfahren zur bestimmung der rauschleistung

Info

Publication number: DE69926897T2
Application number: DE69926897T
Authority: DE
Inventors: Bengt Johansson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2019-06-23
Also published as: SE9802391D0; EP1095475A1; WO2000002331A1; ES2249898T3; SE512370C2; SE9802391L; ATE303020T1; DE69926897D1; US6507420B1; EP1095475B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und auf ein Verfahren zum Abschätzen der Gesamtrauschleistung bei einem Punkt in einem WDM-System, und insbesondere auf die Berechnung einer Signalausgangsleistung, das heißt die gesamte optische Ausgangsleistung ohne Rauschen, und zwar von einem optischen Verstärker mit Hilfe der Gesamtrauschleistung, und auf die Verwendung der Signalausgangsleistung um die Kanalausgangsleistung vom Verstärker zu steuern.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Wie der Ausdruck schon nahelegt, zeigt das Wellen-Divisions-Multiplexen (Wave Division Multiplexing WDM) die Verwendung des Wellenlängenbereichs zur Erhöhung der Informationskapazität einer optischen Faser an, und zwar zusätzlich zur Verwendung des Zeitbereichs. Mit anderen Worten, werden mehrere unterschiedliche angrenzende Wellenlängen verwendet um eine Information zwischen Netzwerkknoten zu übertragen, anstelle dass eine einzelne Wellenlänge verwendet wird, wie in herkömmlichen Fällen. Dies ermöglicht, dass die Informationsträgerkapazität wesentlich erhöht wird. Das Signal wird bei jeder Wellenlänge durch die Faser gesendet, unabhängig von weiteren Signalen, so dass das Signal einen diskreten Kanal hoher Bandbreite bei jeder Wellenlänge darstellen wird. Eine Kapazität hängt von der Bandbreite von einzelnen Kanälen und der Anzahl an verwendeten Wellenlängenkanälen ab.
Wenn Signale über lange Entfernungen übertragen werden, ist es notwendig, die Signale bei regelmäßigen Intervallen zu regenerieren oder zu verstärken. Optische Faserverstärker können im Falle dieser letzten Alternative verwendet werden, wobei diese Verstärker möglicherweise eine Erbiumdotierte optische Faser enthalten, welche durch einen Halbleiterlaser mit hoher Leistung, welcher im folgenden als ein Pumplaser bezeichnet wird, gepumpt wird.
Der optische Verstärker unterscheidet sich von seinem elektrischen Gegenpart darin, dass die Ausgangsleistung des optischen Verstärkers praktische konstant ist, wenn der Verstärker in einem gesättigten Zustand ist, wohingegen der elektrische Verstärker eine konstante Verstärkung hat. Eine konstante Ausgangsleistung stellt Probleme dar, wenn die Anzahl an Kanälen geändert wird/sich ändert – und zwar entweder absichtlich oder unabsichtlich (Fehlfunktion). Es kann daher vorteilhaft sein, eine Steuerung der Ausgangsleistung zu ermöglichen. Die Ausgangsleistung des optischen Verstärkers, und damit dessen Verstärkungsfaktor, kann durch Einstellen der Leistung des Pumplasers gesteuert werden.
Die schwedische Patentbeschreibung SE 506403 lehrt wie dies mit einer Gegenkopplungs-Steuerschaltung erreicht wird, in welcher die Kanalausgangsleistung vom Verstärker als ein Realwert verwendet wird, und wonach der Fehler, verglichen mit der gewünschten Kanalausgangsleistung, zum Pumplaser zurückgekehrt wird, welches ordnungsgemäß dessen Ausgangsleistung ändert, und somit ebenfalls die Ausgangsleistung des Verstärkers, und zwar gemäß dem Fehler.
Die schwedische Patentanmeldung SE 9703000-1 (zum Zeitpunkt der Einreichung der vorliegenden Patentanmeldung noch unveröffentlicht) lehrt wie die Kanalausgangsleistung im derzeitigen Kontext durch Teilen der Gesamtausgangsleistung eines Verstärkers durch die Anzahl an Kanälen, welche den Verstärker durchlaufen, erlangt werden kann. Die Anzahl an Kanälen wird erreicht, indem eine Kanalanzahlinformation in einem Überwachungskanal gesendet wird, und indem die Information in jedem Knoten durch Addieren der Anzahl an hinzugefügten Kanälen und Subtrahieren der Anzahl an verringerten Kanälen eingestellt wird.
Ein Problem bei dieser Lösung besteht darin, dass die Gesamtausgangsleistung eine bestimmte Größe an Rauschen enthalten wird, und zwar unabhängig davon wie die Ausgangsleistung gemessen wird, wobei dieses Rauschen im Allgemeinen als ein ASE-Rauschen (Amplified Spontaneous Emission) bezeichnet wird. Dieses Rauschen wird hauptsächlich in optischen Verstärkern erzeugt. Wenn eine Mehrzahl an Verstärkern hintereinander, sich gegenseitig ausschließend, verbunden sind, und wenn die Anzahl an Kanälen klein ist und/oder die Verstärkereingangssignale gering sind, kann das ASE-Rauschen zu einer fehlerhaften Berechnung der Kanalausgangsleistung führen.
Daraus folgend ist die kritischste Zeit eines WDM-Systems die Startzeit, da ein Starten normalerweise mit einem Kanal bewirkt wird. In diesem Fall kann der Fehler im Größenbereich von einigen dBs sein, nachdem das Signal eine Anzahl an Verstärkern passiert hat. Der Fehler nimmt wesentlich ab, wenn der zweite Kanal hinzugefügt wird, und kann im Falle von kleinen Netzwerken, welche bis zu 10 Knoten enthalten, tolerierbar sein. Jedoch wird im Falle von Punkt-zu-Punkt Anwendungen, bei welchen die Distanz zwischen den Knoten, und somit ebenfalls zwischen den Verstärkern, größer ist, und das Verstärkereingangssignal somit eine niedrigere Eingangsleistung hat, der Ausgangsleistungsfehler wesentlich.
Es wurden natürlich Versuche unternommen, das ASE-Rauschen zu messen oder zu berechnen. Die europäische Patentanmeldung EP 0 594 178 lehrt ein Einzelkanalsystem, in welchem der Rauschfaktor, das heißt das hinzugefügte Rauschen in dBs, in einem Verstärker berechnet wird. Stromabwärts von jedem Verstärker im System ist ein erstes Bandpassfilter plaziert, welches das Rauschen herausfiltert, welches sich außerhalb der Signalwellenlänge ausgebreitet hat (Ausbreiten von ASE), das heißt, das Gesamtrauchen, welches in mehreren Verstärkern erzeugt wurde. Das Licht wird in einem zweiten Bandpassfilter an einem Punkt zwischen dem Verstärker und dem ersten Bandpassfilter herausgeführt, wobei dieser zweite Bandpassfilter eine Wellenlänge hat, welche sich im wesentlichen von der Signalwellenlänge unterscheidet. Da dies voraussetzt, dass sich ein weiterer Verstärker, welcher einen entsprechenden ersten Bandpassfilter hat, stromaufwärts des erst genannten Verstärkers befindet, wird das in den zweiten Bandpassfilter hereingeführte Licht nur ausgebreitetes Rauschen mit Wellenlängen um die Signalwellenlänge enthalten, und daraus folgend wird das ausgebreitete Rauschen in diesem zweiten Bandpassfilter herausgefiltert. Daraus folgend wird das aus dem zweiten Bandpassfilter austretende Licht nur proportional zum Rauschen sein, welches im nächsten Verstärker erzeugt wurde. Die Verstärkereingangs- und Ausgangsleistung wird dann gemessen, und die Messungen werden dazu verwendet um den Rauschfaktor mit Hilfe einer komplizierten Formel zu berechnen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Problem bei der in der zuvor genannten europäischen Patentanmeldung EP 0 594 178 beschriebenen Erfindung besteht darin, dass sie beim Berechnen der Kanalausgangsleistung in einem WDM-System nicht sehr erfolgreich ist. Dies liegt darin, dass, wenn ein entsprechender erster Bandpassfilter um die Wellenlängen plaziert wird, welche in einem System verwendet werden, welches mehrere Wellenlängen enthält, ein großer Teil des zwischen den Wellenlängen ausgebreiteten Rauschens verbleiben wird, und da das ausgebreitete Rauschen größer als das in einem einzelnen Verstärker erzeugte Rauschen ist, wäre es besonders hilfreich das erzeugte Rauschen zu berechnen und nur dieses Rauschen zu subtrahieren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Gesamtrauschen, das heißt das erzeugte Rauschen plus das ausgebreitete Rauschen, bei einem Punkt in einem WDM-System abzuschätzen, und zwar hauptsächlich am Ausgang eines optischen Verstärkers.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht in der Verwendung des abgeschätzten Gesamtrauschens zur Berechnung der Signalausgangsleistung eines Verstärkers, das heißt die Gesamtausgangsleistung ohne Rauschen.
Eine dritte Aufgabe besteht in der Verwendung der Signalausgangsleistung zur Steuerung von Verstärker-Kanalausgangsleistungen.
Diese Aufgaben werden gelöst, und Probleme in Zusammenhang mit der vorliegenden Technik werden gelöst, indem realisiert wird, dass das Gesamtrauschen als eine Konstante, multipliziert mit der Leistung bei einer Messwellenlänge, welche nicht zu den Signalwellenlängen gehört, welche jedoch nichts desto trotz innerhalb des zwischen den verschiedenen Knoten übertragenen Wellenlängenbandes liegt, abgeschätzt werden kann. Die Signalausgangsleistung von einem Verstärker kann dann erlangt werden, indem die Gesamtausgangsleistung des Verstärkers um die Konstante, multipliziert mit der Verstärkerausgangsleistung bei der Messwellenlänge, reduziert wird.
Die beste Optimierung wird erlangt, indem die Konstante experimentell für jeden Verstärker gewählt wird, indem der Verstärker im System aktiviert wird, jedoch ohne Übertragung jeglicher Signalleistung, und indem die Konstante danach derart eingestellt wird, bis die Gesamtausgangsleistung des Verstärkers, minus der Konstante multipliziert mit der Verstärkerausgangsleistung bei der Messwellenlänge, gleich Null ist. Experimente haben gezeigt, dass das Rauschen ebenfalls mit der Verstärkung zunimmt, und daraus folgend ist der optimalste Ablauf jener, welcher ebenfalls die Verstärkung in Betracht zieht, wenn die Konstante eingestellt wird.
Jedoch wird in der Mehrzahl an Fällen ein ausreichend gutes Ergebnis sogar mit einer allgemeinen Kompensation erreicht, während eine Konstante verwendet wird, welche herkömmlich für mehrere Verstärkungen gewählt ist.
Ein durch die Erfindung ermöglichter Vorteil besteht darin, dass das Rauschen auf einen sehr einfachen und kostengünstigen Weg abgeschätzt werden kann.
Bei einer Ausführungsform wird die Signalausgangsleistung zur Steuerung der Kanalausgangsleistung von einem Verstärker verwendet. Dies wird erreicht, indem die Signalausgangsleistung durch die Anzahl an Kanälen dividiert wird, welche den Verstärker durchlaufen, um eine mittlere Kanal-Signalausgangsleistung zu erlangen, welche daraus folgend rauschkompensiert ist, und welche zur Steuerung des Verstärkers, wie in der schwedischen Patentanmeldung SE 9703000-1 beschrieben, verwendet werden kann.
Der Vorteil liegt darin, dass diese Steuerung des Verstärkers genauer und zuverlässiger ist, als wenn keine Rauschkompensation vorgenommen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine allgemeine Ansicht der möglichen Erscheinung eines WDM-Systems.
2 ist eine Kurvenverlaufsdarstellung der Gesamtausgangsleistung von einem Verstärker als eine Funktion der Wellenlänge, und zwar gemessen an unterschiedlichen Eingangsleistungen und Verstärkungen, und mit einem Kanal bei 1550 nm.
3 ist eine Kurvenverlaufsdarstellung, welche x- und y-Achsen zeigt, welche 1 entsprechen, jedoch ohne dass sie eine Verstärkereingangsleistung zeigt, das heißt, dass nur Rauschen gezeigt ist.
4 ist ein Kurvenverlauf, bei welchem die x- und y-Achse der 1 entsprechen, und welcher eine Eingangsleistung von –15 dBm und eine Verstärkung von 16 dB, und zwar mit einer Kompensierung gemäß der für eine Verstärkung von 16 dB optimierten Erfindung, zeigt. Die verschiedenen Kurven stellen 1–7 seriell verbundene Verstärker dar.
5 ist eine Kurvenverlaufsdarstellung des Fehlers zwischen einer berechneten oder gesamten Ausgangsleistung und einer realen Ausgangsleistung hinsichtlich keiner Kompensierung, einer allgemeinen Kompensierung und einer verstärkungsoptimierten Kompensierung.
6a–d sind schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
7 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels, in welchem die Erfindung zur Kanalleistungsregulierung angewendet wird.
8 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Beispiel in 7 darstellt.
GENAUE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine schematische und synoptische Darstellung eines möglichen Aufbaus eines WDM-Systems (Wavelength Division Multiplex). Sechs Knoten 71 sind über einen bidirektionalen Bus 72 miteinander verbunden. Jeder Knoten enthält zumindest einen Verstärker 51, welcher eine Gesamteingangsleistung P_intot und eine Gesamtausgangsleistung P_outtot hat. Weitere Merkmale in den Knoten 71 können variieren, und sind deshalb nicht gezeigt. Ein Knoten 71 kann mehr als einen Verstärker 51 enthalten, und Verstärker 51 können sich ebenfalls zwischen den Knoten 71 befinden.
Es gibt viele Fälle, bei denen es vorteilhaft ist in der Lage zu sein das ASE-Rauschen (Amplified Spontaneous Emission) in einem WDM-System zu messen oder zu berechnen. Ein Beispiel ist der Wunsch, einfach die Signalqualität zu überprüfen, indem die Rauschpegel im System überwacht werden. Ein weiteres Beispiel ist der Wunsch, in der Lage zu sein Signalrauschen heraus zu kompensieren, oder unterschiedliche Typen an Berechnungen und Steuerungen vorzunehmen.
Es sollte möglich sein das ASE-Rauschen zu messen, obwohl dies möglicherweise teuer sein wird. Es sollte ebenfalls möglich sein das ASE-Rauschen, welches in einem spezifischen Verstärker erzeugt wird, zu berechnen, und zwar auf Basis der Verstärkung und des Rauschfaktors des Verstärkers, obwohl dies nicht funktionieren wird, wenn sich mehrere Verstärker in einer sich gegenseitig ausschließenden sequentiellen Beziehung befinden. Anstelle dessen verwendet die Erfindung ein Verfahren zum Abschätzen des Rauschens.
2 ist ein Schaubild, welches gemessene Kurvenverläufe zeigt, welche die Ausgangsleistung P_outtot vom optischen Verstärker 51 als eine Funktion von unterschiedlichen Wellenlängen λ darstellt, wobei ein Kanal mit einer Wellenlänge von 1550 nm übertragen wird. Die Kurvenverläufe werden mit einer Bandbreite von 0,1 nm gemessen. Der Verstärker enthält einen Filter für Wellenlängen unterhalb von 1530 nm, welches die Anfangserscheinungen der Kurven erklärt, und welches im derzeitigen Kontext tatsächlich nicht relevant ist. Aus Gründen der theoretischen Darstellung wird in 2 und 3 angenommen, dass nur ein Verstärker im System gekoppelt ist.
Von den drei obersten Kurven 1, 2, 3, welche im wesentlichen miteinander übereinstimmen, stellt Kurve 1 eine Eingangsleistung von –15 dBm und eine Ausgangsleistung P_out1 von 11 dBm bei der Wellenlänge von 1550 dar, stellt Kurve 2 eine Eingangsleistung von –25 dBm und eine Ausgangsleistung P_out2 von 1 dBm bei der Wellenlänge von 1550 nm dar und stellt Kurve 3 eine Eingangsleistung von –30 dBm und eine Ausgangsleistung P_out3 von –4 dBm bei der Wellenlänge dar, das heißt, dass in allen drei Fällen eine Verstärkung von 26 dBm erlangt wird. Theoretisch sollten diese drei Kurven 1, 2, 3 nur einen Peak P_out1, P_out2, P_out3 von jeweils 11 dBm, 1 dBm und –4 dBm bei der Wellenlänge von 1550 nm zeigen. Der Rest ist ASE-Rauschen, welches im Verstärker erzeugt wurde, und welches maximal –20 dBm pro 0,1 nm beträgt.
Somit zeigt 2, dass das ASE-Rauschen proportional zur Verstärkung ist. Trotz der Differenzen in jeweiligen Eingangs- und Ausgangsleistungen, welche durch die drei obersten Kurven 1, 2, 3 dargestellt werden, ist der Pegel im Prinzip derselbe, mit Ausnahme der tatsächlichen Peaks. Der Peak-Wert P_out1, P_out2, P_out3, kann einfach aus den Kurven heraus gelesen werden, und wurde daher in der Figur markiert, obwohl im vorliegenden Kontext das Rauschen das wichtige Merkmal ist.
Die Proportionalität ist ebenfalls aus den folgenden Kurven offensichtlich: die folgenden zwei Kurven 4, 5 werden jeweils bei einer Eingangsleistung von –20 dBm und –25 dBm gemessen, und bei einer jeweiligen Ausgangsleistung von +1 dBm und –4 dBm, welches zu einer Verstärkung von G = 21 dB führt. Das nächste Kurvenpaar 6, 7 wurde bei einer jeweiligen Eingangsleistung von –15 dBm und –20 dBm, und einer jeweiligen Ausgangsleistung von +1 dBm und –4 dBm gemessen, welches zu einer Verstärkung von G = 16 dB führt. Die unterste Kurve 8 wurde bei einer Eingangsleistung von 15 dBm und einer Ausgangsleistung von –4 dBm gemessen, welches zu einer Verstärkung von G = 11 dB führt. Es ist deutlich gezeigt, dass das Rauschen mit zunehmender Verstärkung zunimmt, und zwar unabhängig von der Eingangs- und Ausgangsleistung des Signals.
Der Kurvenverlauf von 3 ist im wesentlichen derselbe wie der Kurvenverlauf von 2, obwohl es dem Verstärker an einem Eingangssignal mangelt. Die verschiedenen Kurven 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 wurden bei unterschiedlichen Pumpströmen gemessen, und zwar abgelesen von den Pumpströmen von oben nach unten mit 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 mA, welches unterschiedlichen Verstärkungen entspricht. Die am Beginn der untersten Kurve 17 zu erkennenden Schnörkel rühren von der Tatsache her, dass sie an der Grenze dessen liegen, was gemessen werden kann, und ermangeln in diesem Kontext somit einer Bedeutung.
2 und 3 zeigen beide, dass die Rauschleistung hinsichtlich eines spezifischen Pumpstroms innerhalb eines breiten Wellenlängenbereichs von λ ≈ 1538–1562 nm ungefähr konstant ist. Dies vereinfacht es, den Rauschpegel irgendwo innerhalb dieses Wellenlängenbereichs zu messen, obwohl mit der Ausnahme jener Wellenlängen, welche zur Übertragung von Daten in Kanälen verwendet werden, das heißt die Signalwellenlängen. Beispielsweise kann eine Anzahl an Signalwellenlängen zwischen 1545 und 1559 nm liegen, wobei der Messbereich bei λ_m ≈ 1540–1542 nm liegt. Es ist natürlich möglich, den Rauschpegel irgendwo zwischen den Kanälen zu messen, vorausgesetzt, dass die Kanäle nicht zu dicht gepackt sind.
Daraus folgend kann die gesamte Signalausgangsleistung P_out gemäß der vorliegenden Erfindung mit Hilfe der Formel berechnet werden: Pout = Pouttot – k·Pλ wobei P_out die Gesamtausgangsleistung inklusive Rauschen ist, P_λ die Leistung bei einer vorgegebenen Messwellenlänge λ_m, beispielsweise 1551 nm gemäß 3, und k eine Konstante ist. Die beste Optimierung wird bestimmt, indem die Konstante k für jeden Verstärker experimentell gewählt wird, indem der Verstärker in das System gekoppelt wird, jedoch ohne Übertragung jeglicher Signalleistung, wie im Falle von 3, und einem darauffolgenden Einstellen der Konstanten, bis die Gesamtausgangsleistung P_outtot des Verstärkers minus der Konstanten k multipliziert mit der Verstärkerausgangsleistung P_λ bei der Messwellenlänge λ_m gleich Null ist. Da die Konstante k ebenfalls mit der Verstärkung oder dem Gewinn variiert, ist es am Besten, dies ebenfalls beim Einstellen der Konstanten zu berücksichtigen.
Wird dies ebenfalls bei Verstärkern funktionieren, welche in Kaskade gekoppelt sind, das heißt, in einem System, welches mehr als einen Knoten enthält? Die Antwort ist JA.
Experimente haben gezeigt, dass, wenn Kurven, welche jenen von 2 und 3 entsprechen, für mehr als einen Verstärker aufgestellt werden, die Kurven dann ein ähnliches Aussehen wie die in 2 und 3 haben werden, obwohl natürlich mit höheren Rauschleistungspegeln. Jeder Verstärker fügt ungefähr dieselbe Rauschmenge hinzu, und daraus folgend nimmt die Rauschleistung proportional mit der Anzahl an verwendeten Verstärkern zu. Dies ist anhand von 5 ersichtlich, welche bei der Beschreibung weiter beschrieben werden wird.
4 ist eine Kurvenverlaufsdarstellung der Gesamtausgangsleistung P_outtot als eine Funktion der Wellenlänge λ bei einer Verstärkung von 16 dB und einem Eingangssignal mit einer Eingangsleistung von –15 dBm bei λ = 1550 nm, und welche eine Kompensationsschaltung gemäß der Beziehung (1) hat, welche für eine Verstärkung von 16 dB optimiert ist. Die unterste Kurve 27 wird bei einem einzelnen Verstärker angelegt, die untere vorletzte Kurve 26 wird bei zwei Verstärkern in Kaskadenkopplung angelegt, usw. bei 25, 24, 23, 22, bis hin zur obersten Kurve 21, welche bei sieben Verstärkern in Kaskadenkopplung angelegt wird. Eine Kompensation wird mit Hilfe einer Leistungsmessung bei einer Messwellenlänge λ_m ≌ 1540–1542 nm bewirkt.
Wenn anstelle dessen eine Verstärkung von 25 dB bei jedem Verstärker mit einer für eine Verstärkung von 16 dB optimierten Kompensation verwendet wird, würden die Kurven nicht so horizontal wie jene in 4 sein, und die Abschätzung der Rauschleistung würde somit nicht so zuverlässig sein. Daraus folgend würde die Kompensation nicht so gut wie jene hinsichtlich der Verstärker in 4 sein, obwohl das Ergebnis, welches beim Kompensieren einer fehlerhaften Verstärkung erreicht wird, nichts desto trotz viel besser sein würde als wenn überhaupt keine Kompensation vorgenommen würde.
5 ist eine Kurvenverlaufsdarstellung des Absolutwerts von Fehlern in berechneten Ausgangsleistungen ΔP in dB, als eine Funktion der Anzahl N an seriell verbundenen Verstärkern. Die Kurven werden bei einer Verstärkung von 16 dB und einer Eingangsleistung von –15 dBm für einen Kanal berechnet. Die oberste Kurve 41 zeigt an, wie groß der Fehler beim Nichtvorhandensein einer Kompensationsschaltung wird, das heißt, die Differenz zwischen Ausgangsleistung, zusammen mit Rauschen und ohne Rauschen. Nach sieben Verstärkern ist der Fehler im Bereich von 1 dB. Der Fehler würde sogar größer sein, wenn die Verstärkung größer gewesen wäre.
Die mittige Kurve 42 zeigt an, wie groß der Fehler wird, wenn eine Kompensationsschaltung gemäß der Beziehung (1) mit der Konstanten k verwendet wird, welche auf eine typische oder stereotype Weise für alle Verstärkungen optimiert ist, das heißt, dass die Kurve die Differenz zwischen berechneter Ausgangsleistung, welche rauschkompensiert ist, und wahrer oder realer Ausgangsleistung beim Nichtvorhandensein von Rauschen zeigt. Daraus folgend stellt die unterste Kurve 43 dar, wie groß der Fehler wird, wenn eine Kompensationsschaltung verwendet wird, welche gemäß (1) mit der Konstanten k wirkt, welche für die Verstärkung von 16 dB optimiert ist, das heißt die verwendete Verstärkung. Wie zu erkennen, wird das beste Ergebnis mit einer Kompensation erlangt, welche für die gemäß Kurve 43 verwendete Verstärkung optimiert ist, obwohl das Ergebnis viel besser mit einer allgemeinen Kompensation gemäß Kurve 42 sein wird, als das Ergebnis, welches erlangt wird, wenn keine Kompensation gemäß Kurve 41 verwendet wird.
Es wurde bis hier hin theoretisch gezeigt, wie eine Messwellenlänge innerhalb des übertragenen Wellenlängenbereichs, jedoch außerhalb der Signalwellenlängen, verwendet werden kann, um den Gesamtrauschpegel abzuschätzen, und es wird nun gezeigt, wie diese Theorie in der Praxis implementiert werden kann. Dies ist in 6a–6d dargestellt.
6a–6d zeigen den optischen Verstärker 51 mit der Gesamteingangsleistung P_intot und der Gesamtausgangsleistung P_outtot. Ein Teil des Lichts am Ausgang des Verstärkers 51 wird in einen Optokuppler 52 in einer Kompensationsschaltung 53 herausgeführt. Die Wellenlängenleistung P_λ wird in der Kompensationsschaltung 53 um eine bestimmte Messwellenlänge λ_m, beispielsweise 1541 nm, mit Hilfe beispielsweise eines Reflektionswellenlängen-abhängigen Filters 54a, gemäß 6a und 6b, eines Wellenlängentrennungs-abhängigen Filters 54b, wie in 6c, oder eines Wellenlängenabhängigen Bandpassfilters 54c zusammen mit einem Optokuppler 61, wie in 6b, herausgefiltert. Die Wellenlängenleistung P_λ wird mit einer Photodiode 66 ausgelesen und mit einer Konstanten k multipliziert, und zwar entweder mit einem variablen Verstärker 57, wie in 6a, oder digital, wie in 6b, wobei ein Mikroprozessor 60 oder eine entsprechende Vorrichtung verwendet wird. Die abgeschätzte Rauschleistung k·P_λ wird auf diese Weise erlangt.
Die Rauschleistung kann natürlich an Stellen im System abgeschätzt werden, welche sich vom Verstärkerausgang oder Verstärker unterscheiden. Wenn es nur gewünscht wird die Signalqualität im System zu bestimmen, kann der Rauschpegel k·P_λ im Prinzip irgendwo im System ausgelesen werden. Andererseits wird hingegen, wenn es gewünscht wird Rauschen bei einer Verstärkerausgangsleistung zu kompensieren, die Signalausgangsleistung P_out = P_outtot – k·P_λ natürlich gemäß (1) am Ausgang des Verstärkers berechnet.
In 6a wird die Signalausgangsleistung durch Auslesen der Gesamtausgangsleistung P_outtot mit Hilfe einer Photodiode 55 und Anlegen dieses Ausgelesenen an den positiven Eingang eines Differenzialverstärkers 58 berechnet, während die berechnete Rauschleistung k·P_λ am negativen Eingang desselben Differenzialverstärkers 58 angelegt wird. Dies führt am Ausgang des Differenzialverstärkers 58 zur Signalausgangsleistung P_out = P_outtot – k·P_λ.
In 6b wird andererseits die Gesamtausgangsleistung P_outtot mittels der Photodiode 55 ausgelesen und in den Mikroprozessor 60 eingegeben, wonach die Berechnung gemäß (1) durchgeführt wird. In 6c und 6d können jegliche der in 6a und 6b gezeigten Ausführungsformen die Figuren stromabwärts der Filter 54b, 54c ergänzen.
Es kann ebenfalls wünschenswert sein, eine zuverlässige Berechnung einer mittleren Ausgangsleistung bei jedem Kanal beim Nichtvorhandensein von Rauschen vorzunehmen, welche wir als Kanal-Signalausgangsleistung bezeichnen. Dies kann notwendig sein um eine Verstärkersteuerschaltung bereitzustellen, welche vorhergehend unter der Überschrift zur Beschreibung des Standes der Technik beschrieben ist. Es ist dann möglich, eine Kopplung der beispielsweise in 7 gezeigten Art bereitzustellen. Eine Erbium-dotierte Faser 51, welche als optischer Verstärker wirkt, wird durch einen Pumplaser 62 gesteuert. Ein erster Erfasser 63 erfasst die gesamte optische Leistung P_intot am Eingang der Erbium-dotierten Faser 51 und sendet den erfassten Wert an einen Vorwärtsschub-Block 64. Ein Vorwärtsschubsverarbeitungs-Anforderungssignal PF wird vom Vorwärtsschub-Kopplungsblock 64 gesendet und steuert die Erbium-dotierte Faser 51 durch Steuerung der Ausgangsleistung P_outtot vom Pumplaser 62.
Der Vorwärtsschub-Block 64 wird vorzugsweise eine nicht lineare Funktion hinsichtlich der gesamten optischen Leistung haben, und kann beispielsweise mit Hilfe eines analogen, nicht linearen Netzes implementiert werden. Alternativ kann eine Implementierung digital bewirkt werden, und zwar beispielsweise mittels einer A/D Konvertierung der optischen Eingangsleistung auf beispielsweise ein Acht-Bit Wort. Dieses Acht-Bit Wort kann dann aufgrund des Differenzwertes des Wortes verwendet werden, welches auf unterschiedliche Speicheradressen in einem Speicher zeigt.
Wie in 8 gezeigt, arbeitet die Rückführung durch Messen der Gesamtausgangsleistung P_outtot der Erbiumdotierten Faser 51 in Schritt 101. Die Signalausgangsleistung P_out wird dann durch die erfindungsgemäße Kompensationsschaltung 53 durch ein Herausfiltern der Wellenlängenleistung P_λ bei einer vorgegebenen Wellenlänge, Schritt 102, Multiplizieren der Wellenlängenleistung P_λ mit einer Konstanten k, Schritt 103, und Subtrahieren des Ergebnisses, welches der Gesamtrauschleistung entspricht, von der Gesamtausgangsleistung P_outtot, Schritt 104, berechnet, um eine Signalausgangsleistung P_out zu erlangen. Die Signalausgangsleistung P_out wird an einen Vorwärtsschub-Block 67 angelegt, in welchem die Signalausgangsleistung P_out durch die Anzahl an Kanälen n geteilt wird, Schritt 105, wodurch ein Verarbeitungswert PV in Form der Kanal-Signalausgangsleistung erzeugt wird. Der Verarbeitungswert PV wird in einer Steuerung 65 mit der gewünschten Kanal-Ausgangsleistung verglichen, das heißt mit einem eingestellten Punktwert SP in Schritt 106. Gemäß dieses Programms überträgt die Steuerung 65 ein Rückführverarbeitungs-Anforderungssignal PB, Schritt 107, welches die Ausgangsleistung der Erbium-dotierten Faser 51 durch das Medium des Pumplasers 62 steuert, welches wiederum die Kanalleistungen des Verstärkers beeinflusst, um die mittlere Kanal-Ausgangsleistung näher an die gewünschte Kanal-Ausgangsleistung zu bringen.
Mittels einer äquivalenten Alternative kann die Signalausgangsleistung P_out natürlich als Verarbeitungswert PV verwendet werden, während der eingestellte Punktwert SP als die gewünschte Kanal-Signalausgang-Wirkung, multipliziert mit der Anzahl an Kanälen, erlangt wird.
Es ist verständlich, dass die Einstellung nicht augenblicklich stattfindet. Wenn das Rückführverarbeitungs-Anforderungssignal PB die Kanalausgangsleistung der Erbiumdotierten Faser 51 ändert, ist es möglich, dass sich die Bedingungen bereits geändert haben, und somit eine neue Messung der Kanal-Ausgangsleistung der Erbium-dotierten Faser 51 benötigen, welches wiederum zu einem neuen Rückführverarbeitungs-Anforderungssignal PB führt. Diese Verarbeitung findet kontinuierlich statt, und eine Gegenkopplungs-Steuerschaltung wird erlangt, welche die Ausgangsleistung der Erbium-dotierten Faser 51 mit einem bestimmten Zeitversatz einstellt, so dass die Ausgangsleistung immer in der Nähe des gewünschten Wertes liegen wird.
Die Verwendung einer Vorwärtsschub-Steuerung führt zu einer schnellen Einstellung, da sie eine unmittelbare Einstellung von Interferenz und Störungen ermöglicht. Jedoch erfordert die Verwendung einer Vorwärtsschub-Steuerung ebenfalls eine genaue Kenntnis des Systems, weil das Ergebnis nicht gesehen wird. Dies kann mit dem Fahren eines Autos mit verbundenen Augen verglichen werden, wobei es genau bekannt sein muss, wie das Lenkrad beim Aushandeln jeder Kurve gelenkt werden muss, um nicht in einem Graben zu landen.
Andererseits ist eine Gegenkopplung zuverlässig, weil es möglich ist auf das Ergebnis zu schauen und darauf folgende Änderungen vorzunehmen. Der Nachteil bei einer Gegenkopplung liegt darin, dass die automatische Einstellung nicht bei jeglicher Geschwindigkeit wie auch immer vorgenommen werden kann, da die Einstellung dann die Gefahr läuft instabil zu werden. In diesem Fall enthält der optische Verstärker ebenfalls eine Zeitkonstante von ungefähr 2–3 ms, welches eine Beschränkung der Geschwindigkeit einstellt, bei welcher die Rückführ-Einstellung vorgenommen werden kann. Andererseits kann durch Zusammenfassung einer Gegenkopplung mit einem Vorwärtsschub schnell eine ungefähre Einstellung mit Hilfe der Vorwärtsschub-Verarbeitung vorgenommen werden, und eine Feineinstellung kann mit Hilfe der Rückführ-Verarbeitung vorgenommen werden, obwohl diese Feineinstellung nicht genauso schnell sein wird.
7 zeigt ebenfalls eine Zusammenfassungsvorrichtung 68, welche das Vorwärtsschub-Ausgangssignal PF mit dem Rückführ-Ausgangssignal PB zusammenfasst, und ein Ausgangssignal PD zum Steuern des Pumplasers 62 liefert. Die Zusammenfassungsvorrichtung kann ein Addierer oder ein Multiplizierer sein, obwohl weitere Zusammenfassungsoptionen erdenklich sind.
Der Rückführ-Block 67 kann beispielsweise eine Information von einer Zentraleinheit (nicht gezeigt) empfangen, welche die Anzahl an Kanälen n preisgibt, welche den Verstärker oder die Verstärker 51 durchlaufen, und möglicherweise eine Art an Ansteuerungssignal und/oder Unterdrückungssignal, welches anzeigt, wann die Aktualisierung der Kanalanzahl n erlaubt ist oder nicht erlaubt ist.
Der eingestellte Punktwert SP kann durch die Zentraleinheit (nicht gezeigt) eingestellt werden. Die Rückführ- und Vorwärtsschub-Schaltung kann ebenfalls separat verwendet werden.
Die Messung der Signalqualität und die verbesserte Berechnung der Kanalausgangsleistung, beispielsweise für Einstellungszwecke, sind natürlich nur einige der Anwendungsgebiete, bei welchen die Abschätzung von Rauschleistung vorteilhaft ist. Der Fachmann wird von mehreren Bereichen Kenntnis haben, welche in diesem Kontext anwendbar sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Abschätzen einer Gesamtrauschleistung (kP_λ) bei einem spezifischen Punkt in einem WDM-System, welches eine vorbestimmte Anzahl an Verstärkern (51) enthält, und welches derart entworfen ist, Daten in Kanälen von sich gegenseitig ausschließenden unterschiedlichen Signalwellenlängen innerhalb eines spezifischen Wellenlängenbereichs zu übertragen. Das Verfahren enthält die Schritte: Messen einer gesamten optischen Leistung (P_outtot) am spezifischen Punkt. Herausfiltern der Wellenlängenleistung (P_λ) aus der gesamten optischen Leistung (P_outtot) bei einer vorgegebenen Messwellenlänge (λ_m) innerhalb des übertragenen Wellenlängenbereichs, jedoch außerhalb der Signalwellenlänge. Die Wellenlängenleistung (P_λ) wird mit einer Konstanten (k) multipliziert, welches die Gesamtrauschleistung (kP_λ) am spezifischen Punkt ergibt. 6a

Claims

Verfahren zum Abschätzen einer Gesamtrauschleistung (kP_λ) bei einem vorbestimmten spezifischen Punkt in einem WDM-System, welches eine vorbestimmte Anzahl an Verstärkern (51) enthält, wobei Daten in dem System in Kanälen von sich gegenseitig ausschließenden, unterschiedlichen Signalwellenlängen innerhalb eines spezifizierten Wellenlängenbereichs übertragen werden, wobei das Verfahren die Schritte enthält: Messen einer gesamten optischen Leistung (Pouttot) am spezifischen Punkt im System; Filtern der Wellenlängenleistung (P_λ) aus der gesamten optischen Ausgangsleistung (Pout) bei einer vorgegebenen Messwellenlänge (λ_m) innerhalb des übertragenen Wellenlängenbereichs, jedoch außerhalb der Signalwellenlänge; Multiplizieren der Wellenlängenleistung (P_λ) mit einer Konstanten (k), welches die Gesamtrauschleistung (kP_λ) am spezifischen Punkt ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der spezifische Punkt der Verstärkerausgang ist, und welches ferner den Schritt des Erzeugens einer Signalausgangsleistung (Pout), das heißt die gesamte optische Ausgangsleistung ohne Rauschen, von einem Verstärker enthält, welcher aus der vorbestimmten Anzahl an Verstärkern (51) ausgewählt ist, und zwar als eine Differenz zwischen der Gesamtausgangsleistung (Pouttot) und der Gesamtrauschleistung (kP_λ).
Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner den Schritt des Einstellens der Kanalleistung von einem der Verstärker (51) mit Hilfe eines Ausgangssignals (PB) enthält, wobei der Verstärker (51) zumindest einen Eingang und zumindest einen Ausgang enthält, indem eine Gegenkopplungs-Steuerschaltung, welche eine Steuerung (67) enthält, und eine Kompensationsschaltung (53) verwendet werden, wobei das Verfahren ferner die Schritte enthält: Verwenden der Signalausgangsleistung (Pout) um einen Verarbeitungswert (PV) zu erzeugen, welcher an die Steuerung (65) angelegt wird; Verwenden einer gewünschten Kanalausgangsleistung um einen eingestellten Punktwert (SP) zu erzeugen, welcher an die Steuerung (65) angelegt wird; und Bewirken, dass die Steuerung (65) das Ausgangssignal (PB) ausgibt, welches die Ausgangsleistung des Verstärkers, und somit die mittlere Kanalausgangsleistung des Verstärkers, ändert, so dass die mittlere Kanalausgangsleistung des Verstärkers näher an die gewünschte Kanalausgangsleistung gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Zuweisen des Verarbeitungswerts (PV) an den Wert der Signalausgangsleistung (Pout), und ein Zuweisen des eingestellten Punktwerts (SP) an den Wert der gewünschten Kanalausgangsleistung, multipliziert mit der Kanalanzahl (n).
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Zuweisen des Verarbeitungswerts (PV) an den Wert der Signalausgangsleistung (Pout), geteilt durch die Kanalanzahl (n); und durch ein Zuweisen des eingestellten Punktwerts an den Wert der gewünschten Kanalausgangsleistung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstante (k) bei einem der Verstärker (51) derart eingestellt wird, indem die Übertragung irgendeines der Kanäle im System unterlassen wird, und indem die Konstante (k) derart eingestellt wird, dass die Gesamtausgangsleistung (Pouttot) des Verstärkers (51) minus der Konstanten (k), multipliziert mit der Wellenlängenleistung (P_λ), ungefähr gleich Null ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstante (k) für jeden Verstärker (51) bei einer Verstärkung eingestellt wird, welche genau für diesen Verstärker (51) beabsichtigt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstante (k) für alle Verstärker (51) gleich eingestellt wird, indem auf einen Wert der Konstanten (k) für unterschiedliche Gewinne oder Verstärkungen eingestellt wird.
Anordnung zum Berechnen einer Gesamtrauschleistung (kP_λ) in einem WDM-System, welches eine vorbestimmte Anzahl an Verstärkern (51) enthält, und welches dazu entworfen ist um Daten in Kanälen von sich gegenseitig ausschließenden unterschiedlichen Signalwellenlängen innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs zu übertragen, wobei die Anordnung eine Vorrichtung zum Messen einer gesamten optischen Leistung (Pouttot) an einem spezifischen Punkt im WDM-System enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung ferner einen Filter (54a, 54b, 54c) zum Herausfiltern von einer Wellenlängenleistung (P_λ) aus der gesamten optischen Leistung (Pouttot) bei einer vorgegebenen Messwellenlänge (λ_m) innerhalb des übertragenen Wellenlängenbereichs, jedoch außerhalb der Signalwellenlängen, und eine Vorrichtung (57, 60) zum Multiplizieren der Wellenlängenleistung (P_λ) mit einer Konstanten (k) enthält, welches die Gesamtrauschleistung (kP_λ) am spezifischen Punkt ergibt.
Anordnung nach Anspruch 9, bei welcher der spezifische Punkt der Ausgang des Verstärkers ist, wobei die Anordnung ferner eine Vorrichtung (55) zum Messen einer gesamten optischen Leistung (Pouttot) am Ausgang des Verstärkers und eine Vorrichtung (58, 60) zum Subtrahieren der Gesamtrauschleistung von der Gesamtausgangsleistung (kP_λ) enthält, welches die Signalausgangsleistung (Pout), das heißt die gesamte optische Ausgangsleistung ohne Rauschen, ergibt.
Anordnung nach Anspruch 10, welche ferner ein Mittel zum Einstellen der Kanalausgangsleistung des ausgewählten optischen Verstärkers (51) mit Hilfe eines Ausgangssignals (PB) enthält, wobei der Verstärker zumindest einen Eingang und zumindest einen Ausgang enthält, indem eine Gegenkopplungs-Steuerschaltung verwendet wird, welche eine Steuerung (65) enthält, welche dazu entworfen ist einen eingestellten Punktwert (SP) für eine gewünschte Kanalausgangsleistung und einen Verarbeitungswert (PV) zu empfangen und das Ausgangssignal (PB) auszugeben, wobei die Anordnung ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gegenkopplungs-Steuerschaltung eine Kompensationsschaltung (53) enthält, welche wiederum den Filter (54a, 54b, 54c) enthält, wobei beabsichtigt ist, dass die Signalausgangsleistung (Pout) den Verarbeitungswert (PV) erzeugt.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verarbeitungswert (PV) gleich der Signalausgangsleistung (Pout) ist, und dass der eingestellte Punktwert (SP) gleich der gewünschten Kanalausgangsleistung, multipliziert mit der Anzahl (n) an Kanälen, ist.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verarbeitungswert (PV) gleich der Signalausgangsleistung (Pout), geteilt durch die Anzahl (n) an Kanälen, ist, und dass der eingestellte Punktwert (SP) gleich der gewünschten Kanalausgangsleistung ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipliziervorrichtung ein variabler Verstärker (57) ist, und dass die Subtraktionsvorrichtung ein Differenzialverstärker ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipliziervorrichtung und die Subtraktionsvorrichtung ein Mikroprozessor (60) sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 11–15, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (54a) ein Reflexionswellenlängen-abhängiger Filter ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 11–15, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (54b) ein Wellenlängentrennungs-abhängiger Filter ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 11–15, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (54c) ein Wellenlängen-abhängiger Filter ist.