專利名稱：光學(xué)信號監(jiān)視裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)視波分多路復(fù)用光學(xué)信號的裝置和方法，所述信號包含波分多路復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中的多信道光學(xué)信號。
在WDM系統(tǒng)中，傳輸多條光學(xué)信道，并將它們歸入一條單獨的光纖，通常在各信道被多路分用之后實行信道質(zhì)量監(jiān)視。然而，近來，在監(jiān)視所述信道質(zhì)量之前監(jiān)視WDM狀態(tài)下之光學(xué)信號質(zhì)量的需求愈見增長。
為監(jiān)視多信道光學(xué)信號，需要對每個光信道信號測量有關(guān)光功率、光波長及光學(xué)信號的信噪比(OSNR)。在WDM光傳輸系統(tǒng)中，相鄰信道信號以及本信道信號的傳輸容易有錯誤，因而需要嚴格控制各信道的波長偏差。另外，還需要實時監(jiān)視波長的控制。
采用WDM光學(xué)放大器時，對于每條信道而言，光功率及OSNR都可能變化。于是，就需要對其按道監(jiān)視。通常，可從各信道的OSNR及光功率推斷所有信號的質(zhì)量，因此必須測量OSNR因子和光功率因子，以監(jiān)視信號的質(zhì)量。
美國專利US 5,617,234披露一種采用陣列波導(dǎo)光柵(AWG)和光電二極管陣列的多波長同時監(jiān)視電路，它能監(jiān)視每條推斷的波長。然而，這項公開要求實時控制AWG的溫度，還需要一個參考波長的光學(xué)信號，卻不能實現(xiàn)光功率和OSNR的正確測量。在WDM光傳輸系統(tǒng)的信道監(jiān)視中，必須同時監(jiān)視光功率、波長和OSNR。但該項公開只能測量三個因子中的兩個。也就是說，如果測量兩個任選的因子，則不能測量余下的一個因子。
本發(fā)明的目的在于提供一種在波分多路復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中通過同時測量光功率、波長及光學(xué)信號之信噪比(OSNR)監(jiān)視多條光信道信號的裝置和方法。
本發(fā)明的一個方面提供一種光學(xué)信號監(jiān)視裝置，它包括具有2N個輸出端口的光學(xué)多路分用器，用于按波長接收并分離具有N個波長的波分多路復(fù)用(WDM)信號，并經(jīng)所述2N個端口輸出每個信道的兩個輸出端口信號；信號轉(zhuǎn)換單元，用于接收來自光學(xué)多路分用器的輸出端口信號，并將所接收的光學(xué)輸出端口信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；以及信號處理單元，用于接收所述數(shù)字信號，并利用每個信道的兩個輸出端口信號的損耗特性，計算每個信道的波長和光功率。
本發(fā)明的另一方面提供一種監(jiān)視光學(xué)信號的方法，包括如下步驟(a)將具有N個波長的波分多路復(fù)用(WDM)信號按波長分離成每個信道的兩個光學(xué)信號，以輸出總計2N個光學(xué)信號；(b)將步驟(a)的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；以及(c)接收數(shù)字信號，以便利用相應(yīng)信道的兩個光學(xué)信號的損耗特性計算每個信道的波長和光功率。
通過參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，將使本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點變得愈加清晰，其中

圖1表示在陣列波導(dǎo)光柵(AWG)中多路光信道信號的譜；圖2表示在與所要監(jiān)視的目標信道相應(yīng)的AWG的輸出端口處第i個信道的譜；圖3是本發(fā)明光學(xué)信號監(jiān)視裝置的示例性實施例的方框圖；圖4是本發(fā)明光學(xué)信號監(jiān)視裝置的另一個示例性實施例的方框圖。
在把所要監(jiān)視的波分多路復(fù)用(WDM)信號輸入到光學(xué)信號監(jiān)視裝置時，光學(xué)多路分用器在預(yù)先確定的波長下將多個信道的信號送至它的輸出端口。來自多路調(diào)制器的輸出信號的波長間隙必須比WDM信號的波長間隙密2倍。例如，假設(shè)WDM信號的波長間隙相應(yīng)于100GHz，則所述光學(xué)信號監(jiān)視裝置中所用光學(xué)多路分用器的多路輸出端口需要相應(yīng)于50GHz的波長間隙，即WDM信號波長間隙的一半。
如果WDM信號中包含的波長數(shù)目為N，則所述光學(xué)多路分用器需要2N+2個輸出端口。每個信道的信號需要兩個輸出端口(2N)，并且兩個過量端口(2)需測量兩個最外面的波長之間的頻率范圍之外的光學(xué)噪聲等級，因而所述光學(xué)多路分用器的輸出端口總數(shù)達到2N+2。如表示陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的輸出端口處波長傳輸質(zhì)量的圖1所示，對于每個信道的兩信道信號在它們的中心處被疊加。在此，從所述光學(xué)多路分用器的第2i和第2i+1輸出端口輸出的信道信號測量第i信道的光功率。
為便于說明，以下首先參照圖3描述本發(fā)明光學(xué)信號監(jiān)視裝置的光功率、波長測量、光學(xué)信號的外形。
圖3是本發(fā)明光學(xué)信號監(jiān)視裝置一種具體實施例的方框圖，它測量每個信道的光功率、波長和光學(xué)信號的信噪比(OSNR)。所述光學(xué)信號監(jiān)視裝置包括光學(xué)多路分用器310、信號轉(zhuǎn)換器320和信號處理器330。
光學(xué)多路分用器310將WDM信號按波長分離為多個信道的信號。信號轉(zhuǎn)換器320接收各信道信號，通過計算光強的預(yù)定操作，將這些光學(xué)信道信號轉(zhuǎn)換成電信號，并將這些電信號輸出至信號處理器330。信號處理器330采用下述方程計算每個信道的質(zhì)量，并將其輸出至外部系統(tǒng)，如WDM系統(tǒng)或個人計數(shù)機(PC)。
以下將詳細描述利用具有圖3所示結(jié)構(gòu)之光學(xué)信號計算裝置計算每個信道的光功率、光波長和光學(xué)信號的信噪比(OSNR)。
圖2示出與所要監(jiān)視的目標信道相應(yīng)的光學(xué)信號的譜，這些信號是從AWG的各輸出端口輸出的。例如，若選擇第i個信道為目標信道，傳輸曲線，即關(guān)于相應(yīng)于第i個信道的AWG兩個輸出端口處波長的傳輸損耗曲線Ploss1和Ploss2可接近該信道波長中心的下述公式(1)和(2)(根據(jù)國際通信聯(lián)盟推薦)。
這里的λi表示第i個信道的中心波長，λ1表示第2i個輸出端口的中心波長，λ2表示第(2i+1)個輸出端口的中心波長Ploss1＝α1(λi-λ1)2+b1…(1)Ploss2＝α2(λi-λ2)2+b2…(2)在方程(1)和(2)中，α1和α2是損耗特性系數(shù)，b1和b2是損耗補償系數(shù)。
假設(shè)在第2i個輸出端口測得的光功率是Pout1，在第2i+1個輸出端口測得的光功率是Pout2，并且第i個信道的光功率是Pi，則AWG各輸出端口的光功率Pout1和Pout2被表示為下式(3)和(4)。
Pout1＝Pi+[α1(λi-λ1)2+b1]…(3)Pout2＝Pi+[α2(λi-λ2)2+b2]…(4)如果使方程(3)和(4)兩端彼此相減，然后求解λi，則在α1-α2≠0時，我們可得下式(5)，而在α1-α2＝0時，我們可得下式(6)。λi=-B±B2-ACA---(5)]]>λi=C2B---(6)]]>在方程(5)和(6)中，A＝α1-α2，B＝α1λ1-α2λ2，并且C＝(b1-b2)+(α1λ12-α2λ22)-(Pout1-Pout2)。對于方程(5)而言，作為方程(5)的解，得到λ1和λ2之間的兩個解之一，即為第i個信道的波長λi。
另外，通過將解方程(5)或(6)所得的第i個信道的波長λi代入方程(3)或(4)，得到第i個信道的光功率Pi?？扇缦率龇匠?7)那樣重新安排方程(5)或(6)，表示第i個信道的光功率Pi。
Pi＝Pout1-[α1(λi-λ1)2+b1]或Pi＝Pout2-[α2(λi-λ2)2+b2]…(7)如上所述，利用AWG的兩個相鄰輸出端口的光信道信號一即鄰近的信道，可計算目標信道的光功率。
利用線性方程代替上述二次方程可以約計損耗特性。由方程(8)和(9)給出使用線性方程的損耗特性的簡單近似。
Ploss1＝α11λi+b11…(8)Ploss2＝α22λi+b22…(9)其中Ploss1和Ploss2是與第i個信道的波長λi有關(guān)的兩個輸出端口的損耗特性，α11和α22是線性損耗特性系數(shù)，而b11和b22是損耗特性常數(shù)。
假設(shè)在第2i個輸出端口測得的光功率是Pout1，在第(2i+1)個輸出端口測得的光功率是Pout2，并且第i個信道的光功率是Pi，則各輸出端口的光功率Pout1和Pout2被表示如下式(10)和(11)。
Pout1＝Pi+(α11λi+b11)…(10)Pout2＝Pi+(α22λi+b22)…(11)在方程(10)和(11)中，λi表示第i個信道的波長，α11和α22是線性損耗特性系數(shù)，而b11和b22是損耗特性常數(shù)。
通過對第i個信道的波長λi同時重新安排方程(10)和(11)成為下式(12)，并用各輸出端口測得的光功率值代替Pout1和Pout2，得到第i個信道的波長λi為λi=Pout1-Pout2)+(b22-b11)a11-a22---(12)]]>另外，通過將按方程(12)所得的第i個信道的波長λi代入方程(10)或(11)，得到第i個信道的光功率Pi。
利用高斯函數(shù)附加于上述線性函數(shù)或二次函數(shù)，可以實現(xiàn)接近損耗特性曲線。
以下敘述OSNR的計算。為了計算OSNR，需要光學(xué)信號的第一級光學(xué)噪聲。光學(xué)噪聲等級可由AWG的第一和第(2N+2)個輸出端口的輸出測得(見圖1)。但若光學(xué)多路分用器的干擾程度較高，則由于相鄰信道光學(xué)信號的相互作用，在光學(xué)噪聲測量期間可能發(fā)生誤差。因而，為了精確的光學(xué)信號測量，把帶通濾波器插入到兩個輸出端口。這里，可以根據(jù)光學(xué)多路分用器的類型確定帶通濾波器的種類。
采用預(yù)定程序，通過光學(xué)多路分用器的實際傳輸頻帶將由AWG的第一和第(2N+2)個輸出端口的輸出測得的光學(xué)噪聲等級修正成光譜分析儀測量范圍內(nèi)的值。
利用在兩個最外面的端口測得的光學(xué)噪聲等級和所述修正值，通過插值法計算每個信道的光學(xué)噪聲等級，然后可由通過上述損耗特性的約值計算的相應(yīng)信道的光功率Pi計算OSNR。
圖4表示圖3光學(xué)信號監(jiān)視裝置的一個示例性實施例。該光學(xué)信號監(jiān)視裝置包括AWG410、包含濾波部分422的信號轉(zhuǎn)換單元420、光電轉(zhuǎn)換器424和模擬-數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器(ADC)426；還包括微處理器430。
AWG410是一個接收WDM光學(xué)信號，以輸出具有對應(yīng)于其中波導(dǎo)陣列的長度之位相差的多路信號的裝置。這里的AWG410接收包括N個信道的WDM信號，并從所接收的WDM信號分離并輸出(2N+2)個信道信號。在這(2N+2)個信道信號中間，最外面端口的第一和第(2N+2)個信號被用來測量光學(xué)噪聲等級，這是OSNR測量所需要的，所述第一和第(2N+2)個信號被輸出到濾波部分422。
為了精確的光學(xué)噪聲測量，所述濾波部分422只通過兩個信道信號的預(yù)定波帶，以遏制相鄰信道信號對所述兩個信號的相互作用。所述濾波部分422由帶通濾波器構(gòu)成。
光電轉(zhuǎn)換器424通過所述濾波部分422接收兩個最外面端口的信道信號，還接收AWG4 1 0的第二到第(2N)個輸出端口的其它分離的信道信號，并按正比于各光學(xué)信號強度的方式將所接收的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號。所述光電轉(zhuǎn)換器424最好由光電二極管陣列或電荷耦合器件(CCD)構(gòu)成。
ADC426接收由光電轉(zhuǎn)換器424輸出的電信號，將接收的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將數(shù)字信號輸出給微處理器430。微處理器430利用上述各方程計算多個信道的光功率、波長和OSNR。另外，可將算出的有關(guān)各信道信號的信息提供給外部設(shè)備，如計算機或WDM光傳輸系統(tǒng)。
如上所述，通過使用被構(gòu)成較小模件的光學(xué)信號監(jiān)視裝置，可以同時且精確地得到有關(guān)WDM光學(xué)信號的多信道信號的信息，如光功率、波長和OSNR。
雖然已參照其優(yōu)選實施例特殊表示并描述了本發(fā)明，但對于那些熟悉本領(lǐng)域的人將能理解，可制得形式上和細節(jié)方面的各種變化，而不致脫離有如所附各權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精髓和范圍。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)信號監(jiān)視裝置，其特征在于它包括具有2N個輸出端口的光學(xué)多路分用器，用于按波長接收并分離具有N個波長的波分多路復(fù)用(WDM)信號，并經(jīng)所述2N個端口輸出每個信道的兩個輸出端口信號；信號轉(zhuǎn)換單元，用于接收來自光學(xué)多路分用器的輸出端口信號，并將所接收的光學(xué)輸出端口信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；以及信號處理單元，用于接收所述數(shù)字信號，并利用每個信道的兩個輸出端口信號的損耗特性，計算每個信道的波長和光功率。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)信號監(jiān)視裝置，其特征在于所述光學(xué)多路分用器包括陣列波導(dǎo)光柵(AWG)。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)信號監(jiān)視裝置，其特征在于所述光學(xué)多路分用器包括附加于所述2N個輸出端口的兩個以上輸出端口，用以輸出噪聲光學(xué)信號，其中之一的波長小于所述WDM信號的波長范圍，其它的波長則大于所述WDM信號的波長范圍，從而輸出總計2N+2個信號。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)信號監(jiān)視裝置，其特征在于所述信號轉(zhuǎn)換單元包括光電轉(zhuǎn)換器，用以將來自所述光學(xué)多路分用器的輸出端口的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；模擬-數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器，用以將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)信號監(jiān)視裝置，其特征在于所述信號轉(zhuǎn)換單元還包括專用于通過噪聲光學(xué)信號的濾波部分。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)信號監(jiān)視裝置，其特征在于所述濾波部分包括帶通濾波器。
7.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)信號監(jiān)視裝置，其特征在于所述光電轉(zhuǎn)換器是光電二極管陣列。
8.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)信號監(jiān)視裝置，其特征在于所述光電轉(zhuǎn)換器是電荷耦合器件(CCD)。
9.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)信號監(jiān)視裝置，其特征在于所述信號處理單元包括利用相應(yīng)信道的兩個輸出端口的損耗特性計算每個信道的波長的裝置；利用相應(yīng)信道的兩個輸出端口的損耗特性和光功率和相應(yīng)信道的波長計算每個信道的光功率的裝置。
10.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)信號監(jiān)視裝置，其特征在于所述信號處理單元包括利用相應(yīng)信道的兩個輸出端口的損耗特性計算每個信道波長的裝置；利用相應(yīng)信道的兩個輸出端口的損耗特性和光功率和相應(yīng)信道的波長計算每個信道的光功率的裝置；以相應(yīng)信道的光功率和噪聲光學(xué)信號的光功率計算每個信道光學(xué)信號的信噪比(OSNR)的裝置。
11.一種監(jiān)視光學(xué)信號的方法，其特征在于包括如下步驟(a)將具有N個波長的波分多路復(fù)用(WDM)信號按波長分離成每個信道的兩個光學(xué)信號，以輸出總計2N個光學(xué)信號；(b)將步驟(a)的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；以及(c)接收數(shù)字信號，以便利用相應(yīng)信道的兩個光學(xué)信號的損耗特性計算每個信道的波長和光功率。
12.如權(quán)利要求11述的方法，其特征在于所述步驟(a)包括輸出所述2N個光學(xué)信號之外又輸出兩個噪聲光學(xué)信號，其中之一的波長小于所述WDM信號的波長范圍，其它的波長則大于所述WDM信號的波長范圍，從而輸出總計2N+2個信號。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述步驟(c)包括通過比較相應(yīng)信道的光功率和噪聲光學(xué)信號的光功率計算每個信道光學(xué)信號的信噪比(OSNR)。
14.如權(quán)利要求11述的方法，其特征在于所述步驟(c)包括利用相應(yīng)信道的兩個光學(xué)信號的損耗特性計算每個信道的波長；利用相應(yīng)信道的兩個光學(xué)信號的光功率和相應(yīng)信道的波長計算每個信道的光功率。
15.如權(quán)利要求11述的方法，其特征在于為了監(jiān)視每個信道的光學(xué)信號，所述步驟(c)包括利用方程(1)和(2)接近與其波長有關(guān)的相應(yīng)信道的所述兩個端口處的損耗曲線Ploss1＝α1(λi-λ1)2+b1…(1)Ploss2＝α2(λi-λ2)2+b2…(2)其中，Ploss1和Ploss2是在相應(yīng)信道處兩個端口的損耗曲線，它們作為相應(yīng)信道波長λi的函數(shù)，α1和α2是損耗特性系數(shù)，b1和b2是損耗補償系數(shù)，λi表示相應(yīng)信道的波長，λ1和λ2表示相應(yīng)信道處兩個端口的波長；利用方程(3)和(4)計算相應(yīng)信道處兩個輸出端口的光功率Pout1＝Pi+[α1(λi-λ1)2+b1] …(3)Pout2＝Pi+[α2(λi-λ2)2+b2] …(4)其中Pout1和Pout2表示相應(yīng)信道處兩個輸出端口的光功率，Pi表示相應(yīng)信道的光功率；使方程(3)和(4)兩端彼此相減，然后對λi求解它們，得到相應(yīng)信道的波長，其中相應(yīng)信道的波長λi在兩個輸出端口的波長λ1和λ2之間；將相應(yīng)信道的波長λi代入由相應(yīng)信道光功率Pi的方程(3)或(4)所得的方程(5)，以計算相應(yīng)信道光功率PiPi＝Pout1-[α1(λi-λ1)2+b1]或Pi＝Pout2-[α2(λi-λ2)2+b2]…(5)
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于為了監(jiān)視每個信道的光學(xué)信號，所述步驟(c)包括利用方程(6)和(7)，獲得相應(yīng)信道處兩個輸出端口的近似損耗曲線，它與相應(yīng)信道的波長有關(guān)Ploss1＝α11λi+b11…(6)Ploss2＝α22λi+b22…(7)其中Ploss1和Ploss2是相應(yīng)信道處兩個輸出端口的損耗曲線，作為相應(yīng)信道波長λi的函數(shù)，α11和α22是線性損耗特性系數(shù)，而b11和b22是損耗特性常數(shù)；由方程(8)和(9)計算相應(yīng)信道處兩個輸出端口的光功率Pout1＝Pi+(α11λi+b11) …(8)Pout2＝Pi+(α22λi+b22) …(9)其中Pout1和Pott2表示相應(yīng)信道的兩個信道信號的光功率，Pi表示相應(yīng)信道的光功率；由方程(10)計算相應(yīng)信道的波長λi，它是通過對λi重新安排原方程(8)和(9)得到的λi=Pout1-Pout2)+(b22-b11)a11-a22]]>通過將由方程(10)所得的相應(yīng)信道的波長λi代入方程(8)或(9)，計算相應(yīng)信道的光功率Pi。
全文摘要
一種監(jiān)視WDM系統(tǒng)中波分多路復(fù)用(WDM)信號的多路信號的裝置和方法。所述光學(xué)信號監(jiān)視裝置包括:光學(xué)多路分用器;信號轉(zhuǎn)換單元,用于接收來自光學(xué)多路分用器輸出端口的信號;以及信號處理單元,用于接收所述數(shù)字信號計算每個信道的波長和光功率。于是,通過使用構(gòu)成較小模件的光學(xué)信號監(jiān)視裝置,可以同時且精確地得到有關(guān)多路信號的信息,如光功率、波長和光學(xué)信號的信噪比(OSNR)。
文檔編號H04J14/02GK1260480SQ0010029
公開日2000年7月19日 申請日期2000年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月14日
發(fā)明者姜龍勛, 金昺稙 申請人:三星電子株式會社