УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРАЛИЗИРОВАННОГО МОНИТОРИНГА ДЛИН ВОЛН В СИСТЕМЕ DWDM И СПОСОБ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК H04B10/00 

Область техники, к которой относиться изобретение

Настоящее изобретение посвящено долговременному мониторингу и автоматическому контролю по обратной связи смещения длины волны оптического излучателя в волоконно-оптической системе мультиплексирования сигнала с разделением по спектральной плотности (Dense Wavelength Division Multiplexing, сокращенно - DWDM) и, в частности, устройству и способу централизированного детектирования смещения конкретной длины волны DWDM мультиплексированного сигнала и контролирования обратно смещенных длин волн в системе DWDM в стандартной сетке.

Уровень техники

Технология DWDM используется для одновременной передачи многоканальных сигналов в оптическом волокне посредством разнесения по плотности многочисленных стандартных длин волн, что позволяет увеличить пропускную способность одного волокна.

С целью дальнейшего увеличения пропускной способности, помимо увеличения скорости пропускания одного канала и расширения окна пропускания, можно также уменьшить интервал между каналами, например, интервал между каналами может быть снижен с 200 ГГц/100 ГГц до 50 ГГц или даже 25 ГГц.

С целью предотвращения смещения длин волн, вызванного влиянием окружающей среды и старением лазера во времени, длина волны в целом контролируется путем удерживания постоянной температуры и выходной мощности лазера. Этот способ может удовлетворять требованиям стабильности, когда интервал длин волн составляет 100 ГГц или более, но не может удовлетворять требованиям стабильности длины волны, когда интервал длин волн - 50 ГГц или менее.

Для того, чтобы удовлетворять требованиям стабильности длины волны, когда интервал длин волн составляет 50 ГГц или менее, обычно применяется способ, использующий внешнее устройство синхронизации длин волн для обеспечения стабильности и точности длин волн, который изображен на Фиг.1 следующим образом.

Упомянутое устройство контроля длины волны одного канала, во-первых, определяет оптическую мощность выходного сигнала для регулировки тока лазера, тем самым достигая стабильности выходной мощности, во-вторых, мощность охлаждения или мощность нагрева лазера регулируется посредством контроля температуры лазера по обратной связи так, чтобы температура лазера 5 (а также длина волны) была постоянной, и, наконец, устройством 1 синхронизации длин волн определяется разница между выходной длиной волны и ITU-T сеткой, и процессором 2 обработки сигналов вычисляется величина компенсации, по которой регулируют контролер 3 температуры по обратной связи и контроллер 4 мощности по обратной связи, т.о. осуществляется точный контроль длины волны и компенсация смещения длины волны, вызванной изменением окружающей среды или старением лазера 5.

В системе DWDM этот способ требует, чтобы синхронизатор длин волн и соответствующее звено контроля были встроены в каждый излучатель, поэтому стоимость системы значительно возрастает. Кроме этого плавный переход системы DWDM с 100 ГГц интервалом к системе DWDM с 50 ГГц интервалом не может быть реализован. Другими словами, для того чтобы обеспечить плавный переход (усовершенствование) системы DWDM с 100 ГГц интервалом к системе DWDM с 50 ГГц интервалом, исходная 100 ГГц система должна включать в себя синхронизатор длин волн и соответствующее звено контроля в каждом излучателе, что увеличивает начальную стоимость создания сети DWDM.

Патент Китая CN 1396739 А предлагает мониторинг длины волны и способ контроля системы DWDM, который может обеспечивать централизированное детектирование и распределенный контроль, который показан на Фиг.2 следующим образом.

В этом способе часть выходного оптического излучения каждого излучателя 100 подается на многоканальное устройство 200 синхронизации оптических длин волн; многоканальное устройство 200 синхронизации оптических длин волн имеет множество внутренних оптических переключателей для селекции входных оптических сигналов различных излучателей; при этом внутренние устройства синхронизации длин волн определяют смещение селектированных сигналов и генерируют сигналы подстройки длины волны для соответствующих излучателей для настройки длины волны обратно к стандартной сетке.

Этот способ использует только одно устройство синхронизации длин волн во всей системе для определения смещения длины волны, что снижает стоимость по сравнению со способом, показанным на Фиг.1. Однако этот способ нуждается в большом количестве делителей мощности и дорогостоящих оптических переключателей, и поэтому стоимость системы остается достаточно высокой и, кроме того, проблема постепенного улучшения и расширения системы не решается удовлетворительно.

Раскрытие изобретения

Технической задачей, которую решает данное изобретение, является преодоление недостатков упомянутых выше технологий, таких как высокая стоимость и ограничение возможностей системы для постепенного расширения ее пропускной способности, и предлагает устройство и способ централизированного детектирования длины волны в DWDM мультиплексированном сигнале и реализации компенсации смещения длины волны в системе DWDM.

С целью решения указанных задач данное изобретение предлагает устройство для централизированного мониторинга длин волн в системе DWDM, которое включает в себя:

- множество оптических излучателей для излучения оптических сигналов с различными длинами волн;

- мультиплексор для мультиплексирования оптических сигналов в мультиплексированные оптические сигналы и их передачи;

- дискретизатор мощности для выборки проб оптического мультиплексированного сигнала из оптических мультиплексированных сигналов;

- перестраиваемый полосовой фильтр для приема пробы оптического мультиплексированного сигнала и последовательного фильтрования оптических сигналов с различными длинами волн из пробы оптического мультиплексированного сигнала;

- широкополосное устройство синхронизации длин волн для детектирования смещения длины волны оптического сигнала из перестраиваемого полосового фильтра;

- процессор обработки сигналов для вычисления соответствующей величины компенсации в соответствии со смещением длины волны;

- контроллер для контроля оптических излучателей для подстройки длины волны в соответствии с величиной компенсации.

При этом, в упомянутом выше устройстве для централизированного мониторинга длин волн, перестраиваемый полосовой фильтр может быть выполнен в виде регулируемого резонатора Фабри-Перо или микроэлектромеханического (МЭМ) регулируемого фильтра, управляемого шаговым двигателем или другим фильтром.

При этом, в упомянутом выше устройстве для централизированного мониторинга длин волн, мультиплексор представляет собой тонкопленочный фильтр или волноводную решетку с периодической структурой или фильтр с Брэгговской дифракционной решеткой.

При этом, в упомянутом выше устройстве для централизированного мониторинга длин волн, мультиплексор представляет собой комбинацию тонкопленочного фильтра или волноводной решетки с периодической структурой или фильтра с Брэгговской дифракционной решеткой и канального устройства временного уплотнения импульсных сигналов.

При этом, в упомянутом выше устройстве для централизированного мониторинга длин волн, оптический излучатель включает в себя лазер (который может быть диодным), контроллер мощности по обратной связи, соединенный с лазером для настройки тока лазера, и контроллер температуры по обратной связи, соединенный с лазером для настройки температуры лазера.

При этом, в упомянутом выше устройстве для централизированного мониторинга длин волн, оптические сигналы являются согласованными с требованием ITU-T G.692 по разнесению каналов.

При этом, в упомянутом выше устройстве для централизированного мониторинга длин волн, синхронизатор длин волн состоит из двух внутренних PIN-детекторов и смещение длины волны задается разностным выходным сигналом PIN-детекторов.

С целью наилучшего достижения указанных целей данное изобретение предлагает способ централизированного мониторинга длин волн в системе DWDM, включающий в себя следующие этапы:

а. Оптический мультиплексор мультиплексирует сигналы с различными длинами волн, излучаемые множеством оптических излучателей как оптический мультиплексированный сигнал;

b. Дискретизатор мощности выбирает пробу сигнала из оптического мультиплексированного сигнала;

с. Перестраиваемый полосовой фильтр получает пробу оптического мультиплексированного сигнала и последовательно фильтрует оптические сигналы с различными длинами волн из пробы оптического мультиплексированного сигнала и выводит соответствующий оптический сигнал;

d. Устройство синхронизации длин волн определяет смещение длины волны оптического сигнала из перестраиваемого полосового фильтра;

е. Процессор обработки сигналов вычисляет величину компенсации в соответствии со смещением длины волны;

f. Контроллер управляет оптическими излучателями так, чтобы настроить длину волны в соответствии с величиной компенсации.

При этом, в упомянутом выше способе централизированного мониторинга длин волн, переменным полосовым фильтром может служить резонатор Фабри-Перо или микроэлектромеханический (МЭМ) регулируемый фильтр, управляемый шаговым двигателем.

При этом, в упомянутом выше способе централизированного мониторинга длин волн, мультиплексор может быть тонкопленочным фильтром или волноводной решеткой с периодической структурой или фильтром с Брэгговской решеткой.

При этом, в упомянутом выше способе централизированного мониторинга длин волн, мультиплексор является комбинацией тонкопленочного фильтра или волноводной решетки с периодической структурой или фильтра с Брэгговской решеткой и канального устройства временного уплотнения сигналов.

При этом, в упомянутом выше способе централизированного мониторинга длин волн, оптическим излучателем является лазер, контроллер мощности по обратной связи соединен с лазером для настройки тока лазера, контроллер температуры по обратной связи соединен с лазером для настройки температуры лазера.

При этом, в упомянутом выше способе централизированного мониторинга длин волн, оптические сигналы согласованы с требованием ITU-T G.692 по разнесению каналов.

При этом, в упомянутом выше способе централизированного мониторинга длин волн, устройство синхронизации длин волн включает в себя два внутренних PIN-детектора и смещение длины волны определяется разностью выходных сигналов PIN-детекторов.

Технические эффекты данного изобретения следующие. Настоящее изобретение использует широкополосное устройство синхронизации длин волн, которое слабо подвержено влиянию изменений в окружающей среде и старению, как основу цепи обратной связи для контроля длин волн всех оптических излучателей, так что долговременная стабильность и точность длин волн на выходе оптических излучателей может быть гарантирована.

В данном изобретении осуществляется последовательная выборка сигнала одного канала из многоканальных сигналов посредством перестраиваемого фильтра и используется обычное широкополосное устройство синхронизации длин волн для реализации контроля длин волн по обратной связи. В сравнении со способом, показанным на Фиг.1, этот способ централизированного мониторинга длин волн использует набор устройств для определения смещения длины волны всех каналов, избавляя от использования большого количества устройств синхронизации длин волн. В сравнении со способом, показанным на Фиг.2, предлагаемое изобретение непосредственно использует мультиплексированный сигнал системы DWDM для проведения детектирования и не нуждается в большом количестве оптических переключателей и делителей. Поэтому настоящее изобретение существенно снижает стоимость системы и упрощает ее структуру.

Кроме того, поскольку устройство измерения длины волны в данном изобретении отделено от излучателей и может детектировать различное количество длин волн без изменения устройства измерения длины волны, то, в сравнении со способами, представленными и на Фиг.1 и на Фиг.2, настоящее изобретение имеет большое преимущество в плавном переходе системы DWDM со 100 ГГц разделением к системе DWDM с 50 ГГц разделением.

Настоящее изобретение далее описано более подробно в сочетании с фигурами и вариантами его реализации, что не является ограничением данного изобретения.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 схематически иллюстрирует контролирование DWDM длины волны одного канала.

Фигура 2 схематически иллюстрирует существующий централизированный мониторинг длин волн; и

Фигура 3 схематически иллюстрирует централизированное детектирование DWDM длин волн в соответствии с настоящим изобретением.

Осуществление изобретения

Как показано на Фиг.3 устройство для централизированного мониторинга DWDM длин волн в соответствии с настоящим изобретением, которое имеет низкую стоимость и возможность к постепенному увеличению своей пропускной способности, включает в себя: n оптических излучателей 10, мультиплексор 20, дискретизатор мощности, перестраиваемый полосовой фильтр 30, широкополосное устройство 40 синхронизации длин волн, процессор 50 обработки сигналов и контроллер 60.

Функции элементов, изображенные на Фиг.3, следующие: 1-n оптических излучателей 10 с функцией контроля постоянной мощности и постоянной температуры (см. часть, обозначенную пунктирной рамкой на Фиг.1 в структуре оптического излучателя), генерируют излучение с длинами волн, согласованными с требованием ITU-T G.692 по разнесению длин волн, и могут настроить длины волн в соответствии с выходным управляющим сигналом контроллера 60; мультиплексор 20 объединяет сигналы с различными длинами волн в оптическое волокно как оптический DWDM мультиплексированный сигнал; перестраиваемый полосовой фильтр 30 селективно выделяет определенный канал из проб оптических мультеплексированных сигналов; широкополосное устройство 40 синхронизации длин волн детектирует смещение длин волн (при сравнении с соответствующей ITU-T G.692 стандартной сеткой длин волн) выходного сигнала перестраиваемого полосового фильтра; процессор 50 обработки сигналов вычисляет величину компенсации для каждого канала в соответствии со смещением длин волн всех каналов; и контроллер 60 настраивает длину волны каждого оптического излучателя 10 в соответствии с величиной компенсации по всем каналам.

Ниже описано как система контролирует длину волны, в качестве примера, для канала i (1≤i≤n):

- i-ый оптический излучатель 10 с функцией контроля постоянной мощности и постоянной температуры излучает на длине волны, которая является согласованной с требованием ITU-T G.692 стандартной сетки длин волн;

- сигналы объединяются мультиплексором 20 с сигналами других каналов в одно оптическое волокно как оптический мультиплексированный сигнал;

- основная часть мощности оптических мультиплексированных сигналов передается через волокно, а малая часть мощности направляется на перестраиваемый полосовой фильтр 30;

- перестраиваемый полосовой фильтр 30 настраивает полосу пропускания на длину волны i-ого канала, фильтрует сигналы i-ого канала и отправляет отфильтрованные сигналы на широкополосное устройство 40 синхронизации длин волн;

- широкополосное устройство 40 синхронизации длин волн детектирует смещение длины волны (при сравнении с соответствующей ITU-T G.692 стандартной сеткой длин волн) для i-ого канала;

- процессор 50 обработки сигналов вычисляет величину компенсации для канала i в соответствии со смещением длины волны i-ого канала; и

- в соответствии с величиной компенсации i-ого канала, контроллер 60 подстраивает длину волны оптического i-ого излучателя обратно к ITU-T G.692 стандартной сетке длин волн.

Аналогично перестраиваемым полосовым фильтром выделяются остальные каналы, определяется смещение длины волны для каждого канала и на основании этих результатов выполняется компенсация длины волны для каждого оптического излучателя, и, таким образом, достигается высокая стабильность и согласованное с требованием ITU-Т G.692 по частотному разделению каналов.

Ниже описаны этапы способа для реализации централизированного мониторинга и контроля С-диапазона 80 канальной системы DWDM:

- оптические излучатели 1-80 с функцией контроля постоянства мощности и температуры излучают на длинах волн в соответствии с требованием ITU-T G.692 по частотному разделению, и способны регулировать длины волн в соответствии с управляющим сигналом, вырабатываемым контроллером;

- мультиплексор объединяет сигналы с разными длинами волн в оптическое волокно как оптический мультиплексированный сигнал;

- мультиплексор может быть выполнен в виде тонкопленочного фильтра, фильтра с Брэгговской решеткой или периодической структурой волноводной решетки, или комбинацией тонкопленочного фильтра или фильтра с Брэгговской решеткой или волноводной решетки с периодической структурой и канального устройства временного уплотнения сигналов;

- перестраиваемый полосовой фильтр селективно фильтрует сигналы определенного канала из проб оптических мультиплексированных сигналов; перестраиваемый полосовой фильтр может быть управляемым резонатором Фабри-Перо или микроэлектромеханическим (МЭМ) регулируемым фильтром, управляемым шаговым двигателем;

- широкополосное устройство синхронизации длин волн определяет смещение длин волны (при сравнении с ITU-T G.692 стандартной сеткой длин волн) канала, выделенного перестраиваемым полосовым фильтром. Помимо эталона, широкополосное устройство синхронизации длин волн имеет два внутренних PIN-детектора, которые могут вырабатывать два сигнала для определения смещения длины волны;

- процессор обработки сигналов вычисляет величину компенсации для каждого канала в соответствии со смещением длин волн каналов; и

- контроллер подстраивает длины волн оптических излучателей в соответствии с величиной компенсации всех каналов.

Ниже описано, как система контролирует длину волны, в качестве примера для канала i(1≤i≤80):

- i-ый оптический излучатель с функцией контроля постоянства мощности и температуры излучает на длине волны, согласованной с требованием ITU-T G.692 по разделению длин волн;

- сигналы объединяются мультиплексором с сигналами других каналов в оптическое волокно как оптический мультиплексированный сигнал; большая часть мощности оптических мультиплексированных сигналов проходит через волокно, а небольшая ее часть направляется на перестраиваемый полосовой фильтр;

- перестраиваемый полосовой фильтр настраивает полосу пропускания на длину волны i-ого канала, фильтрует (выделяет) сигналы i-ого канала и отправляет отфильтрованные сигналы на широкополосное устройство синхронизации длин волн; широкополосное устройство синхронизации длин волн определяет смещение длины волны (при сравнении с соответствующей ITU-T G.692 стандартной сеткой длин волн) для i-ого канала;

- процессор обработки сигналов вычисляет величину компенсации для i-ого канала в соответствии со смещением длины волны i-ого канала; и

- в соответствии с величиной компенсации i-ого канала, контроллер подстраивает длину волны оптического излучателя к ITU-T G.692 стандартной сетке длин волн.

Аналогично настройкой перестраиваемого полосового фильтра фильтруются остальные каналы, определяется смещение длины волны каждого канала и, основываясь на этих данных, осуществляется компенсация длины волны каждого оптического излучателя, и, таким образом, достигается высокая стабильность и согласованность с требованием ITU-T G.692 по частотному разделению каждого канала.

Конечно, данное изобретение может иметь много других вариантов реализации, но в обстоятельствах, не отклоняющихся от идеи данного изобретения и соответственно сущности, специалисты в данной области техники могут сделать различные изменения к данному изобретению, хотя такие изменения и усовершенствования будут принадлежать к защищаемой формулой изобретения объему правовой охраны.

Промышленная применимость

Данное изобретение предлагает устройство, которое использует комбинацию перестраиваемого фильтра и широкополосного устройства синхронизации длин волн и обеспечивающее централизированное детектирование смещения длин волн в DWDM мультиплексированном сигнале и реализующее контроль длин волн по обратной связи в системе DWDM. Устройство имеет такие черты, как простая структура, низкая стоимость системы и удобство в постепенном увеличении пропускной способности системы, и хорошо подходит к системе DWDM с высокой пропускной способностью с интервалом между каналами в 50 ГГц или менее.

Изобретение относится к технике оптической связи и может использоваться для контроля длин волн. Технический результат состоит в простоте конструкции, в постепенном расширении пропускной способности системы и хорошо подходит для системы DWDM с высокой пропускной способностью и интервалом каналов в 50 ГГц или менее. Для этого устройство включает в себя множество оптических излучателей для излучения оптических сигналов с различными длинами волн; мультиплексор для мультиплексирования оптических сигналов в качестве оптических мультиплексированных сигналов и передачи оптического мультиплексированного сигнала, дискретизатор мощности для получения проб оптических мультиплексированных сигналов из оптических мультиплексированных сигналов; перестраиваемый полосовой фильтр для фильтрования оптических сигналов с заданными длинами волн из пробы оптического мультиплексированного сигнала; широкополосного устройства синхронизации длин волн для детектирования смещения длины волны выходного оптического сигнала из перестраиваемого полосового фильтра; процессора обработки сигналов для вычисления величин компенсации в соответствии со смещением длины волны; и контроллера для управления оптическими излучателями с целью настройки длины волны в соответствии с величиной компенсации. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для централизированного мониторинга длин волн в системе мультиплексирования сигналов с разделением по спектральной плотности (DWDM), характеризующееся тем, что включает в себя:
множество оптических излучателей для излучения оптических сигналов с различными длинами волн;
мультиплексор для мультиплексирования оптических сигналов как оптических мультиплексированных сигналов и передачи оптических мультиплексированных сигналов;
дискретизатор мощности для осуществления выборки проб оптического мультиплексированного сигнала из оптических мультиплексированных сигналов;
перестраиваемый полосовой фильтр для получения проб оптического мультиплексированного сигнала и последовательного фильтрования оптических сигналов с различными длинами волн из пробы оптического мультиплексированного сигнала и вывод отфильтрованных оптических сигналов;
широкополосное устройство синхронизации длин волн для детектирования смещения длины волны оптического сигнала из перестраиваемого полосового фильтра;
процессор обработки сигналов для вычисления величины компенсации в соответствии со смещением длины волны и
контроллер для управления оптическими излучателями с целью настройки длин волн в соответствии с величиной компенсации.

2. Устройство для централизированного мониторинга длин волн в соответствии с п.1, отличающееся тем, что перестраиваемый полосовой фильтр является регулируемым резонатором Фабри-Перо или микроэлектромеханическим (МЭМ) регулируемым фильтром, управляемым шаговым двигателем.

3. Устройство для централизированного мониторинга длин волн в соответствии с п.1, отличающееся тем, что оптический мультиплексор является тонкопленочным фильтром, волноводной решеткой с периодической структурой или фильтром с Брэгговской дифракционной решеткой.

4. Устройство для централизированного мониторинга длин волн в соответствии с п.1, отличающееся тем, что мультиплексор является комбинацией тонкопленочного фильтра или волноводной решетки с периодической структурой или фильтра с Брэгговской дифракционной решеткой и канальным устройством временного уплотнения сигналов.

5. Устройство для централизированного мониторинга длин волн в соответствии с пп.1-3 или 4, отличающееся тем, что оптический излучатель включает в себя лазер, контроллер мощности по обратной связи для настройки тока лазера, соединенный с лазером, и контроллер температуры по обратной связи для настройки температуры лазера, соединенный с лазером.

6. Устройство для централизированного мониторинга длин волн в соответствии с пп.1-3 или 4, отличающееся тем, что оптический сигнал согласуется с требованием ITU-T G.692 по разделению длин волн.

7. Устройство для централизированного мониторинга длин волн в соответствии с пп.1-3 или 4, отличающееся тем, что устройство синхронизации длин волн содержит два внутренних PIN-детектора и смещение длины волны определяется разностью выходных сигналов PIN-детекторов.

8. Способ централизированного мониторинга длин волн в системе DWDM, характеризующийся выполнением следующих этапов:
а. оптический мультиплексор мультиплексирует оптические сигналы с различными длинами волн, излучаемые множеством оптических излучателей, как оптический мультиплексированный сигнал;
b. дискретизатор мощности выделяет пробу сигнала из оптического мультиплексированного сигнала;
с. перестраиваемый полосовой фильтр получает пробу оптического мультиплексированного сигнала и последовательно селектирует оптические сигналы с различными длинами волн из пробы оптического мультиплексированного сигнала и выводит оптические сигналы;
d. устройство синхронизации длин волн детектирует смещение длин волн оптических сигналов из перестраиваемого полосового фильтра;
е. процессор обработки сигналов вычисляет соответствующую величину компенсации в соответствии со смещением длины волны и
f. контроллер управляет оптическими излучателями для подстройки длины волны в соответствии с величиной компенсации.

9. Способ централизированного мониторинга длин волн в соответствии с п.8, отличающийся тем, что перестраиваемый полосовой фильтр является регулируемым резонатором Фабри-Перо или МЭМ регулируемым фильтром, управляемым шаговым двигателем.

10. Способ централизированного мониторинга длин волн в соответствии с п.8, отличающийся тем, что мультиплексор является тонкопленочным фильтром, волноводной решеткой с периодической структурой или фильтром с Брэгговской дифракционной решеткой.

11. Способ централизированного мониторинга длин волн в соответствии с п.8, отличающийся тем, что мультиплексор является комбинацией тонкопленочного фильтра, или волноводной решетки с периодической структурой, или фильтра с Брэгговской дифракционной решеткой и канальным устройством временного уплотнения сигналов.

12. Способ централизированного мониторинга длин волн в соответствии с пп.8-10 или 11, отличающийся тем, что оптический излучатель включает в себя лазер, контроллер мощности по обратной связи для настройки тока лазера, соединенный с лазером, и контроллер температуры по обратной связи для настройки температуры лазера, соединенный с лазером.

13. Способ централизированного мониторинга длин волн в соответствии с пп.8-10 или 11, отличающийся тем, что оптический сигнал согласуется с требованием ITU-T G.692 по разделению длин волн.

14. Способ централизированного мониторинга длин волн в соответствии с пп.8-10 или 11, отличающийся тем, что устройство синхронизации длин волн содержит два внутренних PIN-детектора и смещение длины волны определяется разностью выходных сигналов PIN-детекторов.