ITMI20010695A1

ITMI20010695A1 - Metodo e dispositivo per la sopravvivenza del traffico in sistemi dwdm con add/drop nel caso di interruzione del collegamento a fibre ottich

Info

Publication number: ITMI20010695A1
Application number: IT2001MI000695A
Authority: IT
Inventors: Roberto Magri; Giovanni Caprino; Andrea Rivolta
Original assignee: Marconi Comm Spa
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-09-30
Also published as: ITMI20010695A0; CA2442120A1; US20040170433A1; CN1309189C; EP1378077A1; JP2004527955A; CN1500321A; CN1255915C; CN1460315A; WO2002080409A1

Description

"Metodo e dispositivo per la sopravvivenza del traffico in sistemi DWDM con ADD/DROP nel caso di interruzione del collegamento a fibre ottiche e sistema di telecomunicazione con essi"

La presente invenzione si riferisce ad un innovativo metodo per consentire la sopravvivenza del traffico aggiunto in una tratta in sistemi di telecomunicazione a fibra ottica nel caso di interruzione del collegamento nella tratta precedente. La presente invenzione si riferisce anche ad un dispositivo secondo tale metodo e ad un sistema di telecomunicazione realizzato con tale metodo o tale dispositivo.

In un sistema WDM con capacità ADD/DROP ottiche un insieme di “n” canali viaggia lungo la tratta n-esima che termina in un sito di amplificazione. Nel sito i segnali sono amplificati da un preamplificatore (PA) e, dopo una attenuazione causata dalla presenza di altri componenti (fibre DCF, attenuatori fissi o variabili, ecc.), raggiunge un filtro ADD/DROP. Qui un sottoinsieme composto da “d” canali è estratto (DROP) e un nuovo sotto insieme composto da “a” canali è aggiunto (ADD) nel sistema. All’uscita dell’ADD/DROP si hanno così “n-d+a” canali, i quali sono amplificati da un amplificatore di potenza (booster) e lanciati nella tratta successiva n+l-esima.

In un tale sistema, il traffico aggiunto in un sito di amplificazione deve sopravvivere in caso di interruzione del collegamento (ad esempio rottura delle fibre) nella tratta precedente.

Se accade una interruzione (ad esempio un taglio della fibra) nella tratta n-esima, gli “n” canali (e, conseguentemente, i “d” canali estratti) vengono persi, ma i nuovi canali aggiunti devono continuare a lavorare senza essere affetti da conseguenze causate dal tale taglio. Quest’ultima condizione si soddisfa però solo se il guadagno dell’ amplificatore di potenza rimane invariato, così che i canali aggiunti non abbiano a subire variazioni di potenza.

Una soluzione di tecnica nota al problema è quella di considerare che, dopo la rottura della fibra, il sistema avrà una differente configurazione (vale a dire un differente numero di canali) e così tutte le schede nel sistema devono venire reimpostate secondo la nuova configurazione.

Questo richiede lo spegnimento dell’amplificatore PA, e la comunicazione dei nuovi valori di impostazione a tutte le schede coinvolte nella trasmissione dei canali sopravvissuti. Queste schede possono essere differenti schede di un singolo sub-rack, ma possono anche essere schede in altri sub-rack o anche in altri siti del sistema. La procedura prende perciò qualche tempo allo scopo di informare tutte le schede del sistema circa la nuova configurazione e per lasciare alle schede il tempo necessario per cambiare le proprie impostazioni. Durante questo tempo il sistema è in una situazione di transizione non controllata e i canali aggiunti (che devono continuare a lavorare) possono esserne influenzati negativamente con perdita del traffico.

Se il tempo necessario per completare la procedura è maggiore del tempo di recupero del traffico che è richiesto dal cliente, questa soluzione di tecnica nota non è realizzabile.

Altre soluzioni di tecnica nota coinvolgono un canale addizionale usato per compensare la potenza dei canali persi, ma questa soluzione richiede sviluppi software e hardware onerosi sia dal punto di vista del tempo di sviluppo che del costo addizionale.

Scopo generale della presente invenzione è ovviare agli inconvenienti sopra menzionati fornendo una soluzione basata su un differente approccio nel quale l’amplificatore PA non viene spento e viene al contrario impiegato per compensare la potenza dei canali persi, senza richiedere comunicazioni fra le schede e tempi di reimpostazione del sistema. Un altro vantaggio della soluzione proposta è quello di non richiedere particolari sviluppi hardware e software aggiuntivi..

In vista di tale scopo si è pensato di realizzare, secondo l'invenzione, un metodo per la sopravvivenza del traffico in sistemi di telecomunicazione a fibra ottica, in particolare DWDM, dotati di siti di amplificazione con ADD/DROP di canali e disposti fra tratte di fibra, nel quale il rumore ASE prodotto in amplificatori nel sito è amplificato in potenza per compensare in uscita la potenza di canali persi per interruzione della tratta di ingresso al sito.

Sempre secondo l’invenzione, si è pensato di realizzare un dispositivo di amplificazione ADD/DROP ottico destinato ad essere disposto in un sito di amplificazione fra tratte di fibra ottica in un sistema di telecomunicazione a fibra ottica, comprendente lungo il percorso dei segnali fra ingresso e uscita un amplificatore di ingresso, un dispositivo di add/drop di canali e un amplificatore di uscita, caratterizzato dal fatto che l’amplificatore di ingresso ha una retroazione che mantiene la potenza di uscita dell’amplificatore sostanzialmente costante ad un valore PoutPA indipendentemente dal segnale di ingresso per amplificare in potenza i canali in ingresso al sito fino alla potenza PoutPA e per amplificare in potenza il rumore ASE interno all’amplificatore fino a una potenza Pe sostanzialmente uguale alla potenza Pout in caso di mancanza di segnale in ingresso, nel senso di compensare con il rumore ASE in uscita la potenza di canali persi per interruzione della tratta di ingresso al sito.

Infine, si è pensato di realizzare un sistema di telecomunicazione a fibra ottica comprendente una pluralità di siti di amplificazione con ADD/DROP di canali e collegati fra loro da tratte in fibra ottica, nel quale almeno un sito comprende un dispositivo e/o applica il metodo sopra detti.

Per rendere più chiara la spiegazione dei principi innovativi della presente invenzione ed i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota si descriverà di seguito, con l'aiuto dei disegni allegati, una possibile realizzazione esemplificativa applicante tali principi. Nei disegni:

-figura 1 rappresenta uno schema a blocchi di un sito di amplificazione con una tratta entrante e una tratta uscente di collegamento a fibra ottica;

-figura 2 rappresenta un grafico esplicativo dei principi di funzionamento secondo l’invenzione.

Con riferimento alle figure, in figura 1 è schematicamente mostrato un sistema di telecomunicazioni a fibra ottica con uno (indicato genericamente con 20) di n siti di amplificazione con ADD/DROP. A ciascun sito 10 arriva una precedente tratta di fibra ottica 11 e da ciascun sito esce una successiva tratta di fibra ottica 12.

Il sito 10 comprende un preamplificatore di ingresso 13 (PA) che riceve il segnale dalla tratta precedente e lo invia, amplificato, a elementi 14 di trattamento del segnale (fibre DCF, attenuatori fissi o variabili, ecc.) di tecnica nota e perciò qui non ulteriormente descritti o mostrati. Il segnale raggiunge poi un dispositivo o filtro ADD/DROP 15 dove un certo numero “d” di canali viene estratto e un nuovo sotto insieme composto da un certo numero “a” canali è aggiunto nel sistema. All’uscita dal dispositivo ADD/DROP si hanno così “n-d+a” canali, i quali sono amplificati da un amplificatore di potenza o booster 16 (BA) e lanciati nella tratta successiva 12. Come tutti i componenti attivi, gli amplificatori ottici sono caratterizzati da un certo grado di rumorosità. La principale fonte di rumore è data da una emissione spontanea della seziona attiva dell’amplificatore ottico che produce un disturbo aleatorio a media nulla. Tale rumore è chiamato in generale rumore ASE (Amplified Spontaneous Emission=emissione spontanea amplificata).

Nella realizzazione di amplificatori ottici si cerca naturalmente di mantenere il rumore ASE a valori trascurabili rispetto al segnale. Nel normale funzionamento dell’amplificatore, vale a dire con segnale in ingresso, il rumore ASE ha perciò potenza molto inferiore alla potenza del segnale. Per contro, quando nessun ingresso è presente nell’amplificatore esso può emettere in uscita solo rumore ASE. Solitamente tale rumore ASE non è di alcun interesse e, anzi, in tecnica nota viene immediatamente eliminato spegnendo l’amplificatore quando esso non riceve segnale in ingresso.

Secondo l’innovativo metodo secondo l’invenzione, quando l’amplificatore non riceve alcun ingresso (ad esempio a causa della rottura della fibra della tratta entrante nel sito) anziché sopprimere il rumore ASE si sostituisce alla potenza di segnale che viene a mancare un rumore ASE con uguale potenza.

Gli amplificatori ottici del sito sono lasciati lavorare con potenza di uscita costante e impostabile (per mezzo di noti anelli elettronici di controllo). Le pompe laser sono anch’esse controllate in modo noto allo scopo di mantenere costante la potenza di uscita senza riguardo alla potenza di ingresso.

Si consideri l’amplificatore di uscita 16 (BA) come un amplificatore ideale con un guadagno piatto. Se si definiscono:

Pa = potenza dei canali aggiunti in ingresso a BA

Pch = potenza dei canali N-D in ingresso a BA prima della rottura della fibra Pase = la potenza di rumore ASE di PA all’ingresso BA dopo la rottura della fibra P outBA = potenza di uscita BA

PoutPA = potenza di uscita PA

G1, G2 = il guadagno di BA prima e dopo il taglio della fibra.

Dato che si impone che la potenza di uscita da BA debba rimanere costante e pari a PoutBA, si avrà

- Gl(Pch Pa) = PoutBA (prima del taglio della fibra) eq.l - G2(Pase Pa) = PoutBA (dopo il taglio della fibra) eq.2 Allo scopo di assicurare la sopravvivenza del traffico dei 1 canalie aggiuntio è necessario che la loro potenza non cambi dopo il taglio della fibra. Una variazione del livello di potenza nel canale aggiunto avrebbe effetto sulle sue prestazioni a causa della limitata gamma dinamica del sistema o degli effetti non lineari. Per avere questa condizione verificata bisogna avere (guardando le equazioni 1 e 2):

G1 = G2 -> Pase = Pch eq.3 L’equazione 3 dice che la potenza del rumore ASE deve essere uguale alla potenza dei canali persi. Supponendo che gli N canali siano equalizzati in potenza, si può scrivere:

Pch/PoutPA = (N-D)/N

E con l’eq.3 diventa:

Pase/PoutPA = (N-D)/N eq.4

Questa relazione richiederebbe una differente impostazione fra la potenza dell’amplificatore PA prima e dopo la rottura della fibra (per controllare indipendentemente PoutPA e Pase)· Questo non è praticabile perché richiederebbe la capacità del PA di rilevare una rottura della fibra nel collegamento e di cambiare le proprie impostazioni, ricadendo negli svantaggi delle soluzioni di tecnica nota sopra accennate.

Per tale motivo si stabilisce la seguente regola:

Pase = PoutPA eq.5

Imponendo, come sopra menzionato, che l’amplificatore sia controllato per avere potenza di uscita costante senza riguardo alla potenza di ingresso, la eq.5 è automaticamente verificata a causa deH’anello di controllo dell’amplificatore. In altre parole, quando non c’è segnale in ingresso l’amplificatore aumenta il proprio guadagno di potenza per amplificare il rumore interno fino a portare la propria potenza di uscita al valore che è stato prestabilito debba essere mantenuto.

Si è trovato che osservare la eq.5 anziché la eq.4 fornisce prestazioni soddisfacenti quando D«N e può dare solo alcuni relativamente piccoli svantaggi quando Ds«N. Questi ultimi consistono in una variazione nella potenza dei canali sopravvissuti dopo la rottura della fibra e devono essere tenuti in conto quando si valuta la flessibilità di un collegamento. Per contro, durante il normale funzionamento del sistema (vale a dire con nessuna fibra rotta) la soluzione descritta non aggiunge alcuno svantaggio, poiché il sistema funziona in modo indistinguibile dal sistema tradizionale.

L’amplificatore booster di uscita ha una retroazione per mantenere sostanzialmente costante la potenza di uscita entro un ragionevole intervallo di potenza in ingresso. In figura 2, è mostrato un grafico che evidenzia il funzionamento del sistema secondo l’invenzione, riportando misure pratiche su un sistema campione nel quale quaranta canali viaggiano nel sistema e raggiungono un sito ADD/DROP. Nel sito un canale è estratto e uno è aggiunto, Lo spettro riportato in figura 2 è misurato dopo l’uscita BA, sia prima che dopo la rottura della fibra causata disconnettendo l’ingresso di PA.

Dallo spettro può essere visto il profilo del rumore ASE dopo la rottura della fibra e che sostituisce i 39 canali persi. Si può anche notare che il canale sopravissuto ha sofferto una trascurabile variazione di potenza (<1 dB) dimostrando la capacità della soluzione qui descritta e rivendicata.

A questo punto è chiaro come si siano raggiunti gli scopi prefissati, fornendo un metodo, un dispositivo e un sistema di telecomunicazione a fibra ottica che permettano una ottima sopravvivenza del traffico in tratte successive ad una tratta interrotta.

Naturalmente, in un sistema reale non ideale il comportamento reale degli amplificatori può aggiungere alcuni piccoli svantaggi, ad esempio a causa della forte amplificazione necessaria per elevare la potenza del rumore ASE fino ad una potenza comparabile a quella dei canali che sono stati persi. L’impatto di ciò sul sistema dipende dalla robustezza del sistema stesso, dal progetto degli amplificatori, dalla configurazione del collegamento, dall’architettura, dall’impostazione dei canali, ecc. Un opportuno progetto può però minimizzare gli eventuali svantaggi, come facilmente immaginabile dal tecnico esperto. Inoltre, sono sufficienti alcune facili misure pratiche sul sistema reale per vedere gli eventuali svantaggi introdotti dall’applicazione della soluzione secondo l’invenzione nei casi peggiori, e poi considerare tali svantaggi aggiunti quando si calcola il bilancio preventivo del sistema.

I vantaggi della soluzione descritta sono comunque molto superiori agli eventuali limitati svantaggi. Tali limitati svantaggi sono oltre tutto minimizzabili o eliminabili con facili scelte di progetto pratico secondo le normali conoscenze del tecnico esperto.

La soluzione descritta permette la sopravvivenza di canali aggiunti in un sistema DWDM con ADD/DROP in una varietà di configurazioni, le quali possono essere realizzate praticamente senza addizionali sviluppi hardware e software.

Ciò permette di rendere disponibile la caratteristica add/drop in tempi brevi e con costi limitati per un grande numero di configurazioni di sistema.

Naturalmente, la descrizione sopra fatta di una realizzazione applicante i principi innovativi della presente invenzione è riportata a titolo esemplificativo di tali principi innovativi e non deve perciò essere presa a limitazione dell'ambito di privativa qui rivendicato.

Ad esempio, l’esatta struttura del sito di amplificazione può essere differente da come schematicamente mostrato e comprendere anche ulteriori elementi per particolari trattamenti dei segnali in ingresso e uscita, sia sui collegamenti con le tratte sia sui collegamenti ADD/DROP.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la sopravvivenza del traffico in sistemi di telecomunicazione a fibra ottica, in particolare DWDM, dotati di siti di amplificazione con ADD/DROP di canali e disposti fra tratte di fibra, nel quale il rumore ASE prodotto in amplificatori nel sito è amplificato in potenza per compensare in uscita la potenza di canali persi per interruzione della tratta di ingresso al sito.
2. Metodo secondo rivendicazione 1, nel quale Γ amplificazione in potenza del rumore è ottenuta imponendo che almeno un amplificatore del sito disposto a monte dell’ADD/DROP dei canali abbia retroazione per mantenere la propria potenza di uscita sostanzialmente costante ad un valore PoutPA prestabilito indipendentemente dal segnale di ingresso, nel senso di amplificare in potenza i canali in ingresso al sito fino alla potenza PoutPA e di amplificare in potenza il proprio rumore ASE interno fino a una potenza Pase sostanzialmente uguale alla potenza PoutpA in caso di mancanza di segnale in ingresso.
3. Metodo secondo rivendicazione 1, nel quale un amplificatore booster di uscita del sito è controllato per mantenere sostanzialmente costante la propria potenza di uscita entro un prestabilito intervallo di potenze in ingresso.
4. Dispositivo di amplificazione ADD/DROP ottico destinato ad essere disposto in un sito di amplificazione fra tratte di fibra ottica in un sistema di telecomunicazione a fibra ottica, comprendente lungo il percorso dei segnali fra ingresso e uscita un amplificatore di ingresso, un dispositivo di add/drop di canali e un amplificatore di uscita, caratterizzato dal fatto che l’amplificatore di ingresso ha una retroazione che mantiene la potenza di uscita dell’amplificatore sostanzialmente costante ad un valore PoutPA indipendentemente dal segnale di ingresso per amplificare in potenza i canali in ingresso al sito fino alla potenza PoutPA e per amplificare in potenza il rumore ASE interno all’ amplificatore fino a una potenza Pase sostanzialmente uguale alla potenza Pout in caso di mancanza di segnale in ingresso, nel senso di compensare con il rumore ASE in uscita la potenza di canali persi per interruzione della tratta di ingresso al sito.
5. Sistema di telecomunicazione a fibra ottica comprendente una pluralità di siti di amplificazione con ADD/DROP di canali e collegati fra loro da tratte in fibra ottica, nel quale almeno un sito comprende un dispositivo e/o applica il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.