WO2000069103A2 - Anordnung zur überwachung der performance von d-wdm mehrwell enlängen- systemen - Google Patents

Anordnung zur überwachung der performance von d-wdm mehrwell enlängen- systemen Download PDF

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    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for monitoring the performance of D-WDM multi-wavelength systems.
  • D-WDM systems are known, for example, from the company publication "Basis Giveaway D-WDM Systeme” by Profile Optician Systeme GmbH, DE, January 1999. Reference is expressly made to this company publication to explain all of the details not described here.
  • D-WDM systems - Dense avelength division multiplex also known as tightly packed WDM systems or dense WDM systems - information or messages about light signals at different wavelengths are transmitted via just one fiber. Each wavelength carries an information signal.
  • the most important parameters include the wavelength and the power, the wavelength drift of the lasers, and the signal / noise ratio in each transmission channel.
  • Typical specification requirements for monitoring are:
  • tunable narrow-band filters are used for wavelength selection.
  • Acousto-optical filters e.g. from Wandel & Golterann
  • piezoelectrically controlled microfilters e.g. from Queensgate
  • Another variant is the grating monochromator technology, in which either the grating is rotated and the spatially resolved signal spectrum is scanned with a single photodiode; alternatively, the grating can be fixed and a scanning deflection mirror can be provided in front of the exit slit of the monochromator (e.g. from Photonetics).
  • a fixed grid can be used together with a photodiode array as a detector unit (e.g. Yokogawa).
  • the spectrum is obtained from the detector signal of a Michelson interferometer with variable path lengths with the aid of the Fourier transformation (e.g. from Hewlett Packard).
  • the aim of the invention is to implement a suitable compact measuring system which enables the channels of a D-WDM system to be permanently and parallel monitored for frequency, power, drift and SNR (signal / noise ratio) with measuring times in the ms range.
  • a special demultiplexer of the D-WDM technology is used combined with an array of photodetectors.
  • phased array demultiplexer The property of a phased array demultiplexer is preferably exploited such that the channel center frequencies of such a demultiplexer can be changed in a defined manner by changing the temperature. If the temperature is changed periodically and measured at the same time, the center frequencies of each separated channel can be clearly assigned.
  • the filter profile of each channel of the demultiplexer is Gaussian.
  • the output signal of the photodetector arranged at each channel output is the time average over the applied spectral function evaluated by the filter function.
  • the system contains no moving parts.
  • the channels to be monitored are separated using an assembly with integrated optics.
  • the parallel data acquisition ensures short measuring times.
  • the modules used are largely insensitive to polarization.
  • the system has negligible repercussions.
  • the measuring system is compact. Influences on the measurement accuracy due to undefined polarization directions of the spectra to be measured are prevented by the upstream connection of a device for polarization manipulation. Devices that statistically change the polarization direction (polarization scrambler) and polarization switches can be used for this.
  • Fig. 1 shows the basic structure of a D-WDM monitor.
  • the D-WDM spectrum to be examined is fed in at the fiber input (1) of a demultiplexer (2).
  • the demultiplexer (2) separates n channels at its output; the number n depends on how many outputs this component is specified for.
  • n photodetectors (4) are attached to the outputs, each of which detects the radiation of an output channel of the demultiplexer (2).
  • the electrical signals are fed through the n-channel (5) to the evaluation unit (6) and the display and control unit (7).
  • a feedback (8) from the display and control unit (7) periodically changes the pass characteristic of the demultiplexer (2) via a modulation device (3).
  • the demultiplexer (2) is a phased array demultiplexer, which is changed in the characteristics by a substrate temperature control (10).
  • the current temperature is measured via an integrated sensor (11), the signal (9) of which is evaluated by the display and control unit (7) and used for sequence control.
  • FIG. 3 shows an arrangement in which the polarization direction of the input signal, which is not necessarily fixed, is statistically distributed by a polarization cambler (12) in order to avoid measurement errors due to polarization.
  • Fig. 4 the scrambler is replaced by a polarization switch (13) which switches periodically and synchronously with the data acquisition and processing between two orthogonal polarization states and provides a defined polarization state to the input of the phased array by a further polarizer. This allows measurement errors due to changing polarization directions of the input signal to be eliminated.

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Abstract

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß die Signale an einem steuerbaren Wellenlängendemultiplexer zur Kanaltrennung anliegen, dem zum Signalnachweis Photodetektoren zugeordnet sind, deren Signale an einer Auswerteeinheit anliegen.

Description

Anordnung zur Überwachung der Performance von D-WDM Mehrwellenlängen-Systemen
B E S C H R E I B U N G
Technisches Gebiet:
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwachung der Performance von D-WDM Mehrwellenlängen- Systemen.
D-WDM-Systeme sind beispielsweise aus der Firmendruckschrift "Basiswissen D-WDM Systeme" der Profile Optische Systeme GmbH, DE, Januar 1999 bekannt. Auf diese Firmendruckschrift wird im übrigen zur Erläuterung aller hier nicht näher beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich Bezug genommen.
Bei D-WDM-Systemen - Dense avelength Division Multi- plex, auch als dicht gepackte WDM-Systeme oder dense WDM Systeme bezeichnet - werden Informationen bzw. Nachrichten über Lichtsignale bei verschiedenen Wellenlängen über nur eine Faser übertragen. Jede Wellenlänge ist Träger eines Informationssignals.
Bei den derzeit erhältlichen Systemen liegen alle Kanäle innerhalb des Wellenlängenbereichs von ca. 1520 nra bis 1565 nm. Weiterführende Entwicklungen sollen die Nutzung eines erweiterten Wellenlängenbereiches von ca. 1390 nm bis 1650 nm ermöglichen. Der Kanalabstand beträgt dabei nur wenige Nanometer bzw. einige hundert Picometer. Von der internationalen ITU-T Arbeitsgruppe wurden dabei zur Standardisierung dieser Telekommunikationssysteme die zu verwendenden Wellenlängen (d. h. Kanäle) mit einem Kanalabstand von 100 GHz (entspricht 0,8 nm) als Standard empfohlen.
Stand der Technik
An vielen Stellen dieses Übertragungssystems werden Anordnungen zur laufenden Überwachung aller charakteristischer Parameter benötigt. Die laufende Überwachung gestattet nach Notwendigkeit eine gezielte Signalregeneration oder -Verbesserung, bzw. die schnelle Reaktion auf Störungen und Ausfälle.
Zu den wichtigsten Parametern gehören dabei die Wellenlänge und die Leistung, die Wellenlängendrift der Laser, sowie das Signal/Rausch-Verhältnis in jedem Übertragungskanal. Typische Spezifikationsanforderungen für die Überwachung sind dabei:
Die Wellenlängenmessung pro Kanal mit 0,08 nm absoluter Genauigkeit und 0,01 nm Auflösung, Die Leistungsmessung pro Kanal mit 0,5 dB absoluter Genauigkeit und 0,1 dB Auflösung, S/N-Messung (Signal-Rausch-Messung) zwischen den Kanälen mit 0,4 dB absoluter Genauigkeit, 0,1 dB Wiederholbarkeit und einer Dynamik von mindestens 33 dB,
Zuverlässigkeit über 1016 Meßzyklen (ca. 20 Jahre), geringe PDL (0,1 dB max.) Messung in Quasi-Echtzeit . Zur Überwachung eignen sich grundsätzlich zwei verschiedene Verfahren: die Filtertechnik und die Interferome- tertechnik. Beide kommen in konventionellen optischen Spektrumanalysatoren zur Anwendung.
Bei der Filtertechnik werden zur Wellenlängenselektion durchstimmbare schmalbandige Filter verwendet. Es kommen akustooptische Filter (z.B. Fa. Wandel & Gol- termann) oder piezoelektrisch gesteuerte Mikrofilter (z.B. Fa. Queensgate) zum Einsatz, die direkt über eine elektrische Größe abstimmbar sind. Eine weitere Variante ist die Gittermonochromatortechnik, bei dem entweder das Gitter gedreht und das räumlich aufgelöste Signalspektrum mit einer einzelnen Photodiode abgetastet wird; alternativ kann das Gitter feststehen und ein scannender Ablenkspiegel vor dem Ausgangsspalt des Monochromators vorgesehen sein (z.B. Fa. Photonetics) . Weiterhin kann ein feststehendes Gitter zusammen mit einer Fotodiodenzeile als Detektoreinheit (z.B. Fa. Yokogawa) verwendet werden.
Bei der Interferometertechnik wird aus dem Detektorsignal eines Michelson-Interferometers mit variablen Weglängen mit Hilfe der Fouriertransformation das Spektrum gewonnen (z. B. Fa. Hewlett Packard).
Alle erwähnten, konventionellen Anordnungen sind nicht geeignet, die hohen Anforderungen, die bezüglich Auflösung, Meßgenauigkeit, ASE-Messung und Dynamik an eine Monitoring-Baugruppe für ein WDM System gestellt werden, gleichzeitig und in geeigneter Weise zu erfüllen und außerdem den Forderungen nach kurzer Meßzeit, Langlebigkeit und geringem Platzbedarf zu entsprechen.
Darstellung der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, ein geeignetes kompaktes Meßsystem zu realisieren, das bei Meßzeiten im ms- Bereich die permanente und parallele Überwachung der Kanäle eines D-WDM Systems nach Frequenz, Leistung, Drift und SNR (Signal/Rausch-Verhältnis) ermöglicht.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 folgende.
Erfindungsgemäß wird ein spezieller Demultiplexers der D-WDM Technik kombiniert mit einem Array von Photodetektoren verwendet.
Bevorzugt wird die Eigenschaft eines Phased-Array- Demultiplexers ausgenutzt, daß die Kanalmittenfrequenzen eines solchen Demultiplexers durch Änderung der Temperatur definiert veränderlich sind. Ändert man zeitlich periodisch die Temperatur und mißt diese gleichzeitig, so können die Mittenfrequenzen jedes separierten Kanals eindeutig zugewiesen werden.
Das Filterprofil jeden Kanals des Demultiplexers ist gaußförmig. Das Ausgangssignal des an jedem Kanalausgang angeordneten Photodetektors ist der zeitliche Mittelwert über die von der Filterfunktion bewertete anliegende Spektralfunktion. In Kenntnis der Bewertungsfunktion (gaußfbrmige Durchlaßkurve über der Wellenlän- ge) und momentaner Mittenfrequenz (zeitlich veränderlich durch Temperatursteuerung) können die Parameter Zentralwellenlänge und zeitliche Drift des optischen Trägers, optische Leistung und zeitliche Veränderung, spektrale Leistungsdichten außerhalb der Nutzbereiche zur Bestimmung des Signal-Rausch- Abstandes ermittelt werden.
Das System enthält keine beweglichen Teile. Die Separation der zu überwachenden Kanäle erfolgt mit einer Baugruppe in integrierter Optik. Die parallele Datenerfassung gewährleistet kurze Meßzeiten. Die verwendeten Baugruppen sind weitgehend polarisationsunempfindlich. Das System weist vernachlässigbare Rückwirkungen auf. Das Meßsystem ist kompakt aufgebaut. Einflüsse auf die Meßgenaugkeit durch Undefinierte Polarisationsrichtungen der zu vermessenden Spektren werden durch die Vorschaltung einer Einrichtung zur Polarisationsmanipulation verhindert. Dafür können Einrichtungen, die die Polarisationsrichtung statistisch verändern (Polarisationsscram- bler) , und Polarisationsschalter zum Einsatz kommen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfüh- rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigen:
Fig. 1 Prinzipieller Aufbau eines D-WDM Monitors, Fig. 2 Aufbau eines D-WDM Monitors mit Phased- Array-Demultiplexer,
Fig. 3 Aufbau eines D-WDM Monitors mit Phased- Array-Demultiplexer mit vorgeschaltetem Polarisationsscrambler,
Fig. 4 Aufbau eines D-WDM Monitors mit Phased-
Array-Demultiplexer mit vorgeschaltetem Polarisationschalter
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines D-WDM Monitors. Am Fasereingang (1) eines Demultiplexers (2) wird das zu untersuchende D-WDM Spektrum eingespeist. Der Demultiplexer (2) separiert an seinem Ausgang n Kanäle; die Zahl n hängt davon ab, für wieviele Ausgänge dieses Bauteil spezifiziert ist. An den Ausgängen sind anstelle der üblicherweise dort vorhandenen n Ausgangsfasern n Photodetektoren (4) angebracht, von denen jeder die Strahlung eines Ausgangskanals des Demultiplexers (2) erfaßt. Die elektrischen Signale werden n-kanalig (5) der Auswerteeinheit (6) sowie der Anzeige- und Steuereinheit (7) zugeführt. Durch eine Rückführung (8) aus der Anzeige- und Steuereinheit (7) wird der Demultiplexer (2) über eine Modulationseinrichtung (3) in seiner Durchlaßcharakteristik periodisch verändert. Diese Änderung wirkt sich ausschließlich auf die Durchlaßwellenlänge jedes einzelnen Kanals aus. In Fig. 2 ist der Demultiplexer (2) ein Phased- Array-Demultiplexer, der durch eine Substrattemperierung (10) in der Charakteristik verändert wird. Die Messung der aktuellen Temperatur erfolgt über einen integrierten Sensor (11), dessen Signal (9) von der Anzeige- und Steuereinheit (7) ausgewertet wird und zur Ablaufsteuerung benutzt wird.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der die nicht zwangsläufig festliegende Polarisationsrichtung des Eingangssignales durch einen Polarisationsscambler (12) statistisch verteilt wird, um so polarisationsbedingte Meßfehler zu vermeiden.
In Fig. 4 ist der Scrambler durch einen Polarisationsschalter (13) ersetzt, der periodisch und synchron mit der Datenerfassung und Verarbeitung zwischen zwei orthogonalen Polarisationszuständen umschaltet und durch einen weiteren Polarisator dem Eingang des Phased-Array einen definierten Polarisationszustand bereitstellt. Damit können Meßfehler durch wechselnde Polarisationsrichtungen des Eingangssignals ausgeschaltet werden.

Claims

PATENTΆNSPRÜCHE
1. Anordnung zur Überwachung der Performance von D- WDM Mehrwellenlängen-Systemen, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale an einem steuerbaren Wellenlängendemultiplexer (2) zur Kanaltrennung anliegen, dem zum Signalnachweis Photodetektoren (4) zugeordnet sind, deren Signale an einer Auswerteeinheit anliegen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Photodetektoren (4) der Zahl n der Kanäle entspricht.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am vielkanaligen Ausgang des Multiplexers eine gleiche Anzahl von Photoempfängern verwendet wird.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wellenlängendemultiplexer eine Polarisationsmanipulationseinrich- tung (12; 13) vorgeschaltet ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Demultiplexer (2) in seiner Durchlaßcharakteristik bezüglich der Wellenlänge periodisch veränderbar ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der Durchlaßcharakteristik durch thermische Modulation der Bauelementeigenschaften erreicht wird.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Demultiplexer -(2) als Phased-Array-Demultiplexer ausgeführt ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Array von Photodioden eingesetzt wird.
9. " Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Photodiodenarray in monolitischer oder in hybrider Bauweise aufgebaut ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polarisations- scrambler (12) dem Demultiplexer vorgeschaltet ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polarisationsschalter dem Demultiplexer vorgeschaltet ist.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Polarisationsmanipula- tionseinrichtung, Datenerfassung und Verarbeitung synchron arbeiten.
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