專利名稱：改善基于音調的光通道監測對受激喇曼散射的容忍度的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及光通信領域，并且更具體地，涉及與基于音調(tone)的光通道監測有 關的裝置和方法。
背景技術：
對于波分復用(WDM)通信系統中基于音調的通道監測，利用特定于波長的一個或 多個音調來調制每個波長。授予Wan等人的美國專利號NO. 7，054，556描述了一種機制，其 中利用兩個或更多交替顫音來調制光WDM系統中的每個通道，使得在任何時刻，每個通道 利用至少一個顫音進行調制。如其中所描述的，通過檢測顫音而實施的通道監測利用了快 速傅里葉變換(FFT)過程，該過程可以對在WDM通道上編碼的顫音進行解碼和測量。在實施這種非侵入式實時通道監測時，使用音調解碼子系統(也稱為波長跟蹤 器)。在波長跟蹤器中，通常使用光電二極管將光WDM信號轉換成電信號。經轉換的電信號 中的音調及其相應的水平提供了與WDM信號中存在哪些波長通道以及存在的通道的光功 率水平有關的信息。這一信息對于WDM系統進行通道監測和功率管理而言是至關重要的。 例如，可以例如經由光放大級中的增益均衡來放大(衰減)其功率水平被監測到低于(高 于)期望水平的波長通道，以便實現所有通道的良好傳輸性能。為了監測WDM系統中的波長通道功率，常規波長跟蹤器檢測器的操作以向不同 WDM通道指派的不同頻率音調的功率進行的同時測量為基礎。然而，在光纖傳輸期間的受激 喇曼散射(SRQ具有從較短波長通道向較長波長通道轉移能量的效果，尤其在這些通道的 功率較高和/或傳輸距離較長時更是如此。這種能量轉移也稱為SRS誘發的通道串擾，其 會引起本來向給定波長通道指派的頻率音調的可觀的部分轉移給了其他WDM通道。這會使 常規波長跟蹤器在報告每個通道的功率水平時不夠準確，并且隨后引起功率傾斜和光信噪 比(OSNR)的降級，從而負面影響了系統性能。在有些情況下，該不準確性可能大到波長跟 蹤器將會錯誤地報告波長通道的存在或不存在這種程度。由此，期望改善基于音調的波長跟蹤對SRS的容忍度，使得即使在具有較高信號 功率和系統范圍的情況下，也可以實現準確的光通道監測。針對上述問題不存在已知的解決方案。用來補救這一問題的可能方式在于估 計每個光纖跨度中的WDM通道間的音調轉移，以及校準針對每個頻率音調測量的功率，以 便反映向其指派音調頻率的波長通道的實際功率。然而，這一方式需要與在每個光纖跨度 中傳輸的通道有關的知識，諸如，通道的輸入功率和位置，目前在每個通道中攜帶的音調分 量，以及光纖非線性和損耗系數。繼而需要計算光纖跨度中的音調轉移，這需要高強度計 笪弁。而且，需要記錄因SRS而施加在給定通道上的頻率音調的功率，并且需要利用該 通道傳遞這一信息，以用于在下一波長跟蹤器處的進一步計算。這在使用可重配置的光分 插復用器(ROADM)的透明WDM系統(其中，波長通道可以按需進行添加、丟棄(drop)或重路由)中是不能實現的。
發明內容
本發明涉及在存在SRS誘發的串擾的情況下、顯著提高基于音調的光通道監測的 準確性的裝置和方法。基于這樣的理解，即，SRS誘發的串擾的大部分發生在遠離的通道之 間，本發明的示例性實施方式使用WDM濾波器來將WDM通道分成至少兩個組，例如，短波長 組和長波長組，并針對每個通道組單獨測量音調功率。由于每個通道組中的波長范圍顯著 減小，以及最壞情況下SRS誘發的串擾近似與波長范圍的平方成比例，所以極大地改善了 波長跟蹤器對SRS誘發的串擾的容忍度。本發明由此提供了成本有效的波長跟蹤器技術，其可以用于具有擴展范圍和增大 的信號功率的WDM系統。在下文中將更詳細地描述本發明的前述和其他特征和方面。
圖1是示例性波長跟蹤器系統的框圖，其中抽頭的光WDM信號的所有通道使用單 個光電二極管進行電轉換。圖2A是波長跟蹤器系統的示例性實施方式的框圖，其中抽頭的光WDM信號被過濾 至紅波段和藍波段中，每個波段由相應的光電二極管進行電轉換；以及，圖2B示出了用于 在圖2A的示例性系統中使用的紅/藍濾波器設備的透射率特征。圖3是波長跟蹤器系統的另一示例性實施方式的框圖，其中抽頭的光WDM信號被 過濾至四個波段中，其中每個波段由相應的光電二極管進行電轉換。圖4是波長跟蹤器系統的又一示例性實施方式的框圖，其中抽頭的光WDM信號被 過濾至多個波段，其中每個波段由分時的光電二極管進行電轉換。
具體實施例方式圖1是示例性波長跟蹤器系統100的框圖。該系統包括光抽頭101，其抽取被監測 的光通路10上的光WDM信號的小部分(例如，功率上< 10%)。光抽頭的信號由光檢測器 102(諸如，光電二極管、PIN檢測器等)轉換成電信號。在示例性實施方式中，可以針對這 一目的使用相對低速( IMHz)的光電二極管。電信號被提供至音調檢測器120。在音調檢測器120中，該電信號被提供至可變增 益放大器(VGA) 121，其增益由數字信號處理(DSP)單元110來控制，這將在下文中更詳細描 述。VGA 121的輸出耦合至低通濾波器(LPF) 122和高通濾波器(HPF) 123。HPF123的輸出 耦合至放大器125，該放大器125的輸出耦合至高速模數轉換器(ADC) 127。LPF 122的輸出 耦合至低速ADC 128。ADC 127和128的輸出由DSP單元110進行監測。LPF 122和低速ADC 128向DSP單元110提供WDM信號的DC水平的表征，而HPF 123、放大器125和高速ADC 127提供位于可能已經施加在WDM信號的通道上的任何顫音的 頻帶內的任何信號的表征。DC水平可以用于估計WDM信號的平均總功率。在示例性實施方 式中，音調可以在從782kHz到814kHz的頻帶內。因此，HPF 123和高速ADC 127被設計用 于傳遞和轉換該頻帶內的信號。例如，LPF 122和HPF 123的截止頻率可以分別約為IkHz和 ^Hz。DSP單元110包括處理器111，其耦合至包含快速傅里葉變換(FFT)數據的存儲器 112。處理器111例如可以用微處理器、數字信號處理器等來實現。在操作時，處理器111根據ADC 1 提供的低頻信號來控制放大器121的增益，使 得在高速ADC 127和低速ADC 1 的輸入處的信號功率水平針對ADC的動態范圍進行優 化。處理器111以公知方式使用存儲器112進行操作，以便對ADC 127和1 提供的數字 信號執行FFT處理，以檢測光通路10上的光WDM信號的任何顫音調制。這確定了相應的顫 音，并且因此確定了光WDM通道標識，從而提供關于光通路10中存在哪些通道的指示。另 外，DSP單元110可以測量檢測的音調水平，從而提供光通路10上的WDM信號中每個通道 的相應光信號功率水平的指示。圖2A是根據本發明用于監測WDM信號的波長跟蹤器系統200的示例性實施方式 的框圖。該系統包括光抽頭201，其抽取被監測的WDM信號的小部分。在此實施方式中，WDM 信號位于波長范圍在1，529nm到1，562nm的C波段，當然，本發明不限于任何特定波段，并 且還可以在具有不止一個波段的應用中使用。紅-藍WDM濾波器220將抽頭的信號分成兩組，即，范圍在1，529nm到1，543nm的 藍波段組，和范圍在l，547nm到1，562nm的紅波段組。這兩個組繼而同時由相應的檢測器 221和222 (其后分別跟隨音調檢測器223和224)檢測，與上述類似。基于音調檢測器223和224的輸出，數字信號處理(DSP)單元210計算存在于藍 波段組中的每個WDM通道的功率和存在于紅波段組中的每個WDM通道的功率。通過將WDM通道分成紅波段組和藍波段組以及單獨檢測這兩個組，預期波長跟蹤 器200相較于上述波長跟蹤器100能在針對受激喇曼散射(SRS)的容忍度方面帶來約6dB 的改進。在針對SRS的容忍度方面的6dB改進意味著針對相同的監測準確度可以允許四 倍大的信號功率或四倍長的傳輸距離。紅/藍WDM濾波器220可以使用各種常規的現成光濾波設備實現，諸如，例如這樣 的設備，其具有接收WDM信號的一個輸入端口和兩個輸出端口，即，輸出具有在1，529nm和 l，543nm之間Ι-dB通帶的所謂“藍”波段的“藍”輸出，和輸出具有在l，547nm和1, 562nm 之間Ι-dB通帶的所謂“紅”波段的“紅”輸出。這種設備的透射率特征在圖2B中示出，其中 250表示藍輸出的透射率，而260表示紅輸出的透射率。藍輸出的Ι-dB通帶255被定義為 這樣的區域，其中透射率250位于距峰值透射率Ι-dB的范圍內，以及類似地，紅輸出的1-dB 通帶265被定義為這樣的區域，其中透射率260位于距峰值透射率Ι-dB的范圍內。這在紅 波段和藍波段之間留下了“中間”波段275，即，由紅輸出端口和藍輸出端口以不同程度進行 部分衰減和傳遞的1，543-1, 547nm0該中間波段275也可以攜帶WDM通道，并且也期望監測 這些通道的功率。在常見的紅/藍WDM濾波器中，紅通帶的透射率和藍通帶的透射率是互 補的(歸因于能量守恒)。由此，位于l，543nm-l，547nm中的中間波段中的WDM通道的通道 功率可以通過將從與該WDM通道對應的音調頻率的紅波段輸出和藍波段輸出測量的功率 相加而得到。此相加可以由DSP單元210執行。圖3是波長跟蹤器系統300的另一示例實施方式的框圖，其中紅波段和藍波段進 一步由相應的WDM濾波器321和322分成四個波長子波段。濾波器321和322優選的是波 長非跳躍(non-skipping)的濾波器。
在示例性實施方式中，四個波長子波段的范圍在1，529nm到1，536nmU, 536nm到 1，543nmU, 547nm到1，554. 5nm和1，554. 5nm到1，562nm。這四個波長組繼而同時由相應 的PIN檢測器323-3 (其后分別跟隨音調檢測電路327-330)檢測，與上述類似。注意，在此實施方式中，WDM濾波器321和322可以利用常規的現成光濾波設備實 現，以避免在紅波段和藍波段的每一個中的子波段之間提供間隙。這要歸因于子波段的較 窄帶寬。紅波段和藍波段之間的中間波段，即，1，543nm-l, M7nm可以如上所述進行處理。數字信號處理(DSP)單元310計算每個波長子波段中的每個波長通道的功率，并 控制音調檢測器327-330的增益，其方式與上述DSP單元210類似。期待的波長跟蹤器300 相較于上述波長跟蹤器100的SRS容忍度改進約為12dB。在另一示例性實施方式(未示出)中，圖3的實施方式的四個波長子波段可以被 進一步細分為8個子波段，其繼而可以進一步細分為16個子波段，以此類推，以便提供更好 的SRS容忍度。圖4是波長跟蹤器系統400的又一示例性實施方式的框圖，其中沒有使用多個PIN 檢測器和多個音調檢測器，而是使用一個PIN檢測器422和一個音調檢測器423來順序處 理由IXN WDM濾波器420分開的N(彡2)個波長子波段中多個的每一個。IXN光開關421 用于在給定時刻將N個波長子波段之一與PIN檢測器422相連。這可以在DSP單元410的 控制下完成。DSP單元410如上所述進行操作，以確定目前由IXN光開關421選擇的波長 子波段的通道功率。一旦完成這一操作，DSP單元410可以控制IXN光開關421，以選擇另 一波長子波段，等等，直到處理了N個波長子波段中的每一個為止。應當理解，上述實施方式僅示出了若干可能的特定實施方式，其可以代表本發明 的應用。在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本領域技術人員可以做出眾多變化的其他 布置。
權利要求
1.一種監測光波分復用(WDM)信號的多個波長通道的方法，每個波長通道利用至少一 個音調調制，所述方法包括將所述光WDM信號過濾到至少兩個波段中，所述至少兩個波段包括長波長波段和短波 長波段；將經過濾的光WDM信號的至少兩個波段的每一個波段單獨轉換成電信號； 檢測所述電信號中的至少一個電信號中的音調；以及 根據所檢測的音調來確定波長通道的功率。
2.如權利要求1的方法，其中經過濾的光WDM信號的至少兩個波段的每一個波段使用 相應的光電檢測器進行轉換。
3.如權利要求1的方法，其中所述過濾步驟包括進一步將所述長波長波段和所述短波 長波段中的每一個波段分成至少兩個子波段，并且其中所述子波段被單獨進行轉換。
4.如權利要求1的方法，其中經過濾的光WDM信號的至少兩個波段中的每一個波段使 用分時光電檢測器進行轉換。
5.如權利要求1的方法，包括確定中間波長通道的功率，其中所述中間波長通道位于在所述至少兩個波段之間的中 間波段中。
6.如權利要求5的方法，其中所述中間波長通道的至少一個音調是在所述電信號中的 每一個電信號中檢測的，并且其中確定所述中間波長通道的功率包括將在所述電信號中檢 測的至少一個音調的功率相加。
7.一種用于監測光波分復用(WDM)信號的多個波長通道的裝置，每個波長通道利用至 少一個音調調制，所述裝置包括濾波器，用于將所述光WDM信號過濾到至少兩個波段中，所述至少兩個波段包括長波 長波段和短波長波段；轉換器，用于將經過濾的光WDM信號的所述至少兩個波段的每一個波段單獨轉換成電 信號；音調檢測器，用于檢測所述電信號中的至少一個電信號中的音調；以及 處理器，用于根據所檢測的音調來確定波長通道的功率。
8.如權利要求7的裝置，其中所述轉換器包括相應的光電檢測器，用于轉換經過濾的 光WDM信號的所述至少兩個波段的每一個波段。
9.如權利要求7的裝置，其中所述濾波器包括第一濾波器，用于將所述光WDM信號分成所述長波長波段和所述短波長波段； 第二濾波器，用于將所述長波長波段分成至少兩個子波段；以及 第三濾波器，用于將所述短波長波段分成至少兩個子波段， 其中所述轉換器單獨轉換所述子波段中的每一個子波段。
10.如權利要求7的裝置，其中所述濾波器包括 IXN濾波器，以及IXN光開關，其中所述IXN光開關選擇性地連接所述至少兩個波段中的一個波段與所述轉換器。
11.如權利要求7的裝置，其中所述處理器確定中間波長通道的功率，其中所述中間波長通道位于在所述至少兩個波段之間的中間波段中。
12.如權利要求11的裝置，其中所述中間波長通道的至少一個音調是在所述電信號中 的每一個電信號中檢測的，并且其中所述處理器通過將在所述電信號中檢測的至少一個音 調的功率相加來確定所述中間波長通道的功率。
全文摘要
針對波分復用(WDM)通信，提供了用于執行基于音調的光通道監測的裝置和方法，其對于受激喇曼散射(SRS)較不敏感。在基于音調的光通道監測(其中WDM通道利用一個或多個音調進行調制)中，通常將對音調功率的檢測和測量用作每個通道的信號功率的測量。然而，在具有長光纖跨度和高信號功率的WDM系統中，SRS傾向于將能量從較短波長向較長波長轉移，由此音調不再能夠準確指示個體波長通道的信號功率。提供了裝置和方法，其可以通過將監測的WDM信號過濾到子波段中并獨立檢測每個子波段來減小SRS的影響。
文檔編號H04B10/08GK102077498SQ200980125091
公開日2011年5月25日 申請日期2009年5月13日 優先權日2008年6月30日
發明者C·G·凱利, D·A·雷梅迪奧斯, 劉翔, 姜松 申請人:阿爾卡特朗訊美國公司