NL1010456C2 - Methode en inrichting voor signaalbewaking in een optisch netwerk voorzien van WDM-apparatuur. - Google Patents

Description

Titel: Methode en inrichting voor signaalbewaking in een optisch netwerk voorzien van WDM-apparatuur A. Achtergrond van de uitvinding

De uitvinding ligt op het gebied van het bewaken ("monitoring") van optische netwerken. Meer in het bijzonder betreft zij een werkwijze en een inrichting voor signaalbewaking in een optisch 5 transmissiesysteem of netwerk voorzien van WDM-apparatuur.

WDM betekent "Wavelength Division Multiplexing" en duidt op een algemeen bekende techniek die toepassing vindt in optische netwerken ter verhoging van de transmissie-capaciteit van optische transmissielijnen. Volgens die techniek vindt over een afzonderlijke 10 optische transmissielijn transmissie plaats van optische signalen van verschillende golflengten, WDM-kanalen genoemd. Voor het management van een optisch WDM-netwerk is bewaking van dergelijke WDM-kanalen, zowel in totaliteit als elk afzonderlijk, van cruciaal belang.

Derhalve zal op essentiële punten in een WDM-netwerk relevante 15 informatie verkregen moeten worden over de WDM-kanalen, zoals bijvoorbeeld met betrekking tot het vermogen en de signaal/ruisverhouding van het optische signaal in elk WDM-kanaal afzonderlijk, en met betrekking tot afwijkingen in vooraf ingestelde golflengten van de WDM-kanalen. Bestaande bewakingstechnieken maken 20 wel gebruik van "pilot"-tonen, optische golflengte-filtering, arrays van photodiodes, en van optische "spectrum analyzers". Een belangrijk nadeel van deze bekende bewakingstechnieken is, dat ze duur zijn en daardoor een groot-schalige toepassing in de weg staan.

Een van de goedkoopste manieren van bewaking van een optisch 25 signaal is de directe detectie met behulp van een photodiode. Een dergelijke directe detectie heeft echter de nadelen, dat een photodiode een beperkte bandbreedte bezit en dat met een photodiode geen optische trekwenties, maar slechts vermogensvariaties, zoals die bijvoorbeeld optreden bij gemoduleerde data, kunnen worden 30 gedetecteerd in het electrische domein. Dit betekent dat als een optisch signaal dat verscheidene WDM-kanalen bevat, wordt gedetecteerd met behulp van een photodiode, weliswaar de gemoduleerde data van alle in een WDM-signaal aanwezige kanalen naar een electrisch signaal worden omgezet, maar de signalen in de verschillende WDM-kanalen in 35 het verkregen electrische signaal niet afzonderlijk identificeerbaar zijn. Voor signaalbewaking bij WDM-transmissie is het noodzakelijk 1010456 2 over informatie te beschikken met betrekking tot de signalen in de afzonderlijke WDM-kanalen.

Gezien het voorgaande bestaat er behoefte aan een bewakingssysteem voor optische transmissiesystemen of netwerken 5 voorzien van WDM-apparatuur, dat verhoudingsgewijs goedkoop is en gebruik kan maken van de eenvoud van de directe detectie.

B. Samenvatting van de uitvinding

De uitvinding beoogt aan genoemde behoefte tegemoet te komen.

10 Daartoe voorziet de uitvinding in een werkwijze en een inrichting voor signaalbewaking in een optisch transmissiesysteem of netwerk voorzien van WDM-apparatuur voor het verzenden van optische signalen bevattende een aantal data-kanalen van verschillende golflengte, welke optische signalen en data-kanalen hierna respectievelijk worden aangeduid met 15 WDM-signalen en WDM-kanalen, welke werkwijze de stappen omvat volgens conclusie 1, en welke inrichting de middelen omvat volgens conclusie 6.

De uitvinding maakt gebruik van het feit dat verschillende discrete golflengte-componenten in een aanvankelijk enkelvoudig 20 pulsvormig optisch signaal dat propageert in een dispergerend medium, na verloop van tijd door looptijdverschillen uiteenvallen en als het ware een pulstrein gaan vormen. Bij geschikte afstemming van de pulsduur en de looptijd in het dispergerende medium zijn bij directe detectie de verschillende discrete golflengte-componenten 25 identificeerbaar. Anders gezegd, de spectrale informatie van een WDM-kanaal, i.e. het optische vermogen als functie van de golflengte, wordt met behulp van het dispersieve element, waarin de doorlooptijd van het optische signaal afhangt van de golflengte, getransformeerd naar tijdsafhankelijke informatie, die met een eenvoudige 30 vermogensmeting kan worden "uitgelezen". Op deze wijze komt de spectrale informatie van het WDM-signaal als een "tijd-ontbonden" (Engels: time-resolved) electrisch signaal ter beschikking, waaruit de relevante informatie over de WDM-kanalen kan worden verkregen.

Voorkeursuitvoeringen van het optische circuit volgens de 35 uitvinding zijn samengevat in de onderconclusies.

Uit US-A-5,680,247 is een bewakings-apparaat van een optische versterker bekend, waarin het aantal golflengte-componenten of -kanalen in een WDM-signaal wordt bepaald. In een van de beschreven : 1010456 3 uitvoeringen wordt een dispersief element toegepast om een niet-lineaire menging van de golflengte-componenten te bewerkstelligen, waarbij intermodulatie-producten ontstaan, die vervolgens worden gedetecteerd om daaruit het aantal aanwezige golflengte-componenten af 5 te leiden. Deze bekende techniek beperkt zich tot slechts twee golflengte-kanalen, en lijkt niet of nauwelijks uitbreidbaar tot een groter aantal. Het dispersieve element wordt niet gebruikt om de verschillende golflengte-componenten in de tijd "uit elkaar te rafelen" zoals bij de onderhavige uitvinding.

10 Uit WO-A-96/13104 is nog een inrichting voor optische signaalbewerking bekend voor communicatiesystemen, waarin een dispersief element wordt toegepast ten behoeve van conversie van een WDM-signaal naar een OTDM-signaal.

15 C. Referenties [1] US-A-5,680,247; [2] WO-A-96/13104.

De referenties worden beschouwd als geïncorporeerd in de onderhavige specificatie.

20 D. Korte beschrijving van de tekening

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht onder verwijzing naar een tekening die de volgende figuren omvat: FIG. 1 toont een inrichting volgens de uitvinding; 25 FIG. 2a t/m 2d tonen geïdealiseerde diagrammen van het signaalvermogen als functie van de tijd of van de golflengte op diverse plaatsen in de inrichting van FIG. 1.

30 E. Beschrijving van een uitvoeringsvoorbeeld FIG. 1 toont een transmissielijn 1 van een optisch netwerk of een optisch transmissiesysteem, waarover de transmissie plaats vindt van een n-tal WDM-kanalen van verschillende golflengten Xj,...Xn. Met behulp van een optische vermogenssplitser 2, bijvoorbeeld een algemeen 35 bekende 1-2 splitser (90/10), wordt een deel (bijv. 10%) van het optische vermogen, aanwezig op de transmissielijn 1, afgekoppeld en toegevoerd aan de ingang 3 van een optische poort-schakelaar 4. Een uitgang 5 van de poort-schakelaar 4 is via een dispersief element 6 '10 10 4 5 8 4 gekoppeld met een ingang 7 van een photo-diode 8. Een uitgang 9 van de photo-diode 8 is gekoppeld met een electrische signaalprocessor 10 voorzien van een uitgang 11 voor bewakingssignalen.

De poortschakelaar 4 heeft een, bij voorkeur instelbare, 5 sluitertijd AT. Als poortschakelaar kan een algemeen bekende optische aan/uit-schakelaar worden toegepast, zoals optische modulatoren die werken met korte schakeltijden op basis van electro-optische effecten. Ook kan een optische 1-2 schakelaar worden toegepast, waarvan slechts één uitgang wordt gebruikt. Als dispersief element kunnen een of meer 10 op zich bekende standaard dispersie-compensatie modules, zoals bijvoorbeeld de modules DK-40, DK-60 en DK-80 van Lucent Technologies, worden toegepast, nu niet om optredende dispersie te compenseren, maar juist om een gewenste mate van dispersie te veroorzaken. Het voordeel van dergelijke modules is dat ze een goed gedefinieerde dispergerende 15 werking bezitten.

De werking van de inrichting wordt nu toegelicht aan de hand van een voorbeeld waarin het aantal WDM-kanalen n=4 is, en waarin van het geïdealiseerde geval wordt uitgegaan dat in ongestoord operationeel bedrijf elk WDM-kanaal gemiddeld een constant en gelijk optisch 20 vermogen bevat. Het middels de optische splitser uitgekoppelde deel van het totaal aanwezige optische vermogen P van een over de transmissielijn 1 aanwezig WDM-signaal staat continue op de ingang 3 van de poortschakelaar 4. In FIG. 2a is dit vermogen P weergegeven als functie van de tijd. Wordt de poortschakelaar 4 gedurende de 25 sluitertijd AT geopend, dan verschijnt aan de uitgang 5 een pulsvormig optisch signaal 12 met een pulsduur die gelijk is aan de sluitertijd AT en met een maximum vermogen dat gelijk is aan P. In FIG. 2b is het vermogen van dit pulsvormig signaal uitgezet als functie van de tijd. Het totale vermogen van het pulsvormige signaal is echter (in dit 30 voorbeeld gelijkelijk) verdeeld over de vier verschillende golflengte-kanalen. Dit is in FIG. 2c weergegeven. Het pulsvormig signaal propageert vervolgens via het dispersieve element 6 naar de photodiode 8. Als gevolg van een golflengte-afhankelijke dispersie in het dispersieve element 6 ondergaan de verschillende golflengte-35 componenten in het pulssignaal looptijdverschillen. Als de sluitertijd AT klein genoeg is, en de dispersie groot genoeg, komen de verschillende golflengte-componenten als een rij van afzonderlijke pulsen na elkaar aan op de ingang van de photodiode, en is 1010456 5 afzonderlijke detectie mogelijk. De afzonderlijke pulsen hebben elk een breedte die overeenkomt met de sluitertijd ΔΤ, en een pulsseparatie At^ gegeven door de volgende formule: 5 Attj - - D^)^ (1)

Formule (1) geldt voor een dispersief element waarin twee discrete golflengten en Xj respectievelijk de dispersies D(Xi) en D(Xj) ondergaan. FIG. 2d toont voor i,j - 1,..,4 schematisch de rij van 10 pulsen met hun pulsseparaties, zoals deze tijdvolgordelijk het dispersieve element verlaten en aankomen aan de ingang 7 van de pho todiode 8. In de photodiode worden de afzonderlijke pulsen van de verschillende golflengte-componenten omgezet in een overeenkomstig electrisch signaal. Het electrische signaal wordt voor verdere 15 verwerking in de signaalprocessor 10 bij voorkeur eerst ge-"sampled".

Om alle opeenvolgende afzonderlijke pulsen van n kanalen te kunnen detecteren moet de photodiode tenminste gedurende het tijdsinterval tussen de voorflank van de eerste puls en de achterflank van de n-de puls open staan. Bij een constante pulsseparatie At tussen 20 de opeenvolgende pulsen is dit tijdsinterval minimaal gelijk aan (n-l)*At+AT seconden.

Bij voldoende pulsseparatie correspondeert elk in het WDM-signaal aanwezig WDM-kanaal met een uniek pulsvormig deelsignaal in het electrische signaal, dat op bekende wijze afzonderlijk is te 25 analyseren op vermogen en signaalruisverhouding. Door meting van de diverse pulsseparaties At^j in het electrische signaal kunnen steeds de momentane relatieve onderlinge golflengte-afstanden tussen de diverse WDM-kanalen worden bepaald. Aangezien er bij chromatische dispersie een directe relatie bestaat tussen looptijd en golflengte is het 30 voorts mogelijic, bijvoorbeeld tijdens een initialisatieprocedure, aan bepaalde signalen ook absolute golflengten toe te kennen.

Door vergelijking van de gemeten waarden voor vermogen en signaalruisverhouding per kanaal, voor de relatieve golflengte-afstanden tussen de kanalen onderling, en voor hun eventuele absolute 35 ligging, met in geheugens van de signaalprocessor opgeslagen referentie-waarden kunnen ongewenste afwijkingen worden geconstateerd en gesignaleerd. Ook afwezigheid van een of meer bepaalde pulsen, hetgeen duidt op uitval van de corresponderende WDM-kanalen, kan : ii f 0 4 5 6 6 worden geconstateerd en gesignaleerd. De wijze waarop de signaalprocessor het door de photodiode gedetecteerde signaal verwerkt, kan geschieden volgens op zich bekende techniek die als zodanig geen deel uitmaakt van de onderhavige uitvinding. De door 5 analyse van het door de photodiode gedetecteerde signalen verkregen informatie met betrekking tot het WDM-signaal en de afzonderlijke WDM-kanalen daarin, kan in gecodeerde vorm als bewakingssignalen op de uitgang 11 van de signaalprocessor 10 worden afgegeven, bijvoorbeeld aan een managementsysteem van het optische netwerk.

10

Voorbeeld:

Een realistische waarde voor de chromatische dispersie in het (1500 nm)-gebied is een constante dispersie-factor D - 2500 ps/nm. Deze is te realiseren bijvoorbeeld met twee van de hierboven genoemde 15 standaard modules DK-80. Voor twee kanalen met golflengten en Xj in het (1500 nm)-gebied en met een onderlinge kanaal-separatie (golflengte-afstand) van 0,8 nm volgt uit formule (1) een pulsseparatie At^ - 2 ns. Om bij een dergelijke pulsseparatie de pulsen daadwerkelijk afzonderlijk te kunnen detecteren moet tenminste 20 gelden, dat de sluitertijd ΔΤ < Aty - 2 ns. Om bovendien afwijkingen in relatieve en/of absolute golflengte-positie van de kanalen goed te kunnen detecteren, is bij voorkeur AT s lO'^Atjj - 0,2 ns. De hele rij van pulsen, zoals die op de photodiode treft, heeft bijvoorbeeld voor n=4 een duur van tenminste 6 ns, en voor n-32 een duur van tenminste 25 62 ns.

In principe is de methode onafhankelijk van het aantal kanalen. Zij is in feite slechts gelimiteerd door de breedte van de spectrale doorlaatband van het dispersieve element. Verder moet de signaalprocessor voldoende geheugencapaciteit bezitten om van de rij 30 van afzondelijke pulsen, die de photo-diode detecteert, en die een duur heeft, die lineair toeneemt met het aantal WDM-kanalen, voldoende "samples" te kunnen opslaan.

De poortschakelaar 4 kan voor een meting eenmalig worden geopend, of ook repeterend met gelijke of ongelijke tijdsintervallen 35 die minimaal gelijk zijn aan het product van het aantal kanalen n en de minimale pulsseparatie tussen twee kanalen. De poortschakelaar 4 kan daartoe bijvoorbeeld worden gestuurd met door de signaalprocessor 10 afgegeven stuursignalen.

1 t v ^ 'J

7

De beschreven methode en inrichting is niet beperkt tot signaalbewaking van WDM-signalen waarvan een deel van het optische vermogen met behulp van uitkoppelmiddelen uit een transmissielijn worden afgekoppeld. In feite kan elk optisch WDM-signaal, dat aan een 5 of andere optische poort in een netwerk of een transmissiesysteem met WDM-apparatuur beschikbaar is, er mee worden bewaakt.

Door geschikte aanpassing van de signaalprocessor kan de werkwijze en inrichting eveneens worden gebruikt om een willekeurig optisch signaal aan een spectraal-analyse te onderwerpen, en om dit 10 vervolgens bijvoorbeeld als WDM-signaal te identificeren.

/ 10 1 0 4 5 6

Claims (11)

1. Werkwijze voor signaalbewaking in een optisch netwerk of transmissiesysteem voorzien van WDM-apparatuur voor het verzenden van optische signalen bevattende een aantal data-kanalen van verschillende 5 golflengte, welke optische signalen en data-kanalen hierna respectievelijk worden aangeduid met WDM-signalen en WDM-kanalen, welke werkwijze de volgende stappen omvat: a) het uitkoppelen uit het optische netwerk of transmissiesysteem van optisch vermogen van een WDM-signaal, 10 b) het nemen van een optisch signaalmonster ("sample") van het onder stap a) uitgekoppelde optische vermogen, c) het onderwerpen van het in stap b) verkregen optische signaalmonster aan een chromatische dispersie voor het verkrijgen van een gedispergeerd optisch signaal, 15 d) het detecteren en analyseren van het gedispergeerde optische signaal in het electrische domein voor het verkrijgen van informatie over afzonderlijke WDM-kanalen in het WDM-signaal.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin het vormen van het pulsvormige signaal geschiedt met behulp van een optische poort welke 20 een sluitertijd heeft, die is bepaald in afhankelijkheid van de mate van chromatische dispersie waaraan het pulsvormige signaal in stap c) wordt onderworpen.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarin voor het verkrijgen van het gedispergeerde optische signaal het pulsvormige signaal door een 25 dispersieve optische vezel wordt geleid.

4. Werkwijze volgens conclusie 3 of 4, waarin voor het verkrijgen van het gedispergeerde optische signaal het signaalmonster door een of meer standaard dispersie-compensatie modules wordt geleid.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarin met 30 behulp van een optische vermogenssplitser vermogen wordt uitgekoppeld uit een optische WDM-transmissielijn.

6. Inrichting voor het bewaken van een optisch netwerk of transmissiesysteem voorzien van WDM-apparatuur voor het verzenden van optische signalen bevattende een aantal data-kanalen van verschillende 35 golflengte, welke optische signalen en data-kanalen hierna respectievelijk worden aangeduid met WDM-signalen en WDM-kanalen, welke inrichting omvat: a) middelen voor het uitkoppelen uit het optische netwerk of 10 10 4 5 6 transmissiesysteem van optisch vermogen van een WDM-signaal, b) pulsvormingsmiddelen voor vormen van een pulsvormig optisch signaal uit het uitgekoppelde optische vermogen, c) een optisch dispersief element voor het onderwerpen van het 5 pulsvormige optische signaal aan een chromatische dispersie voor het verkrijgen van een gedispergeerd optisch signaal, d) middelen voor het detecteren en analyseren van het gedispergeerde optische signaal in het electrische domein voor het verkrijgen van informatie over afzonderlijke WDM-kanalen in het WDM- 10 signaal.

7. Inrichting volgens conclusie 6, waarin de optische pulsvormingsmiddelen een optische poort omvatten, welke een sluitertijd heeft, die is bepaald in afhankelijkheid van de mate van chromatische dispersie van het dispersieve element.

8. Inrichting volgens conclusie 7, waarin het optisch dispersieve element een dispersieve optische vezel omvat.

9. Inrichting volgens conclusie 7 of 8, waarin het optisch dispersieve element een of meer standaard dispersie-compensatie modules omvat.

10. Inrichting volgens een der conclusies 6-9, waarin de uitkoppelmiddelen een optische vermogenssplitser insluiten, welke is opgenomen in een optische WDM-transmissielijn.

11. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies 7-10, waarin de optische poort een electro-optische modulator insluit. / I ö 1 0 4 5 6