專利名稱：光傳輸跨距的功率控制方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及均衡網(wǎng)絡元件輸出處提供的功率的技術(shù)，該網(wǎng)絡元件處理多個光通道而且是電信線路中網(wǎng)絡元件鏈的一部分。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都熟悉一個問題在點到點的光通信線路(包括若干網(wǎng)絡元件，如串聯(lián)連接的光纖放大器OFA，還可能包括一個或多個光分插多路復用器OADM)中，應當注意由一個網(wǎng)絡元件輸出傳送至另一個網(wǎng)絡元件的多個光通道之間的功率均衡。這類放大器可以根據(jù)下面原理中的一個進行工作1.固定輸出功率的原理，其中當固定輸出功率分成所要求數(shù)目的輸出通道時，若通道的數(shù)目最多，容易導致功率不足，而如果輸出通道的數(shù)目較少，又容易導致非常危險的功率過量，也就是說，在OADM之前的光纖切斷情形中，將很少通道添加進OFA。
2.取決于通道數(shù)目的固定功率的原理，其中放大器的輸出功率相對于通道的數(shù)目進行控制，以提供每個通道的固定輸出功率。(例如，1個通道是1mW，15個通道是15mW，40個或更多通道至多是40mW)。在已知技術(shù)中，通道的數(shù)目通常是隨時規(guī)定的(即，由操作員規(guī)定)。
3.固定增益的原理，根據(jù)固定增益的原理，放大器具有固定的增益，以便每個通道(無論其內(nèi)是否存在輸入功率)與其它通道放大相同的增益。為了保持所要求的輸出功率，已知的是設置一個反饋回路來測量輸入功率和輸出功率，而且基于測量的結(jié)果，能夠調(diào)整放大器的輸出功率。在固定增益的方案中，為了在放大器的輸出處獲取通道的相等和固定輸出功率，只可能確保輸入功率相等和固定。為了保持這種狀態(tài)，已知的是向輸入光纖插入VOA(可變光衰減器)，以調(diào)整到達放大器的光通道的輸入功率。
然而，現(xiàn)有技術(shù)沒有包含網(wǎng)絡元件鏈中動態(tài)跨距功率均衡或控制的任何思想，其中的網(wǎng)絡元件鏈包括OFA和OADM。這一問題源于這樣的事實a)沒有提出網(wǎng)絡元件鏈參數(shù)的任何動態(tài)監(jiān)控，和b)網(wǎng)絡元件鏈的元件可以不同，因而性能不同，然而對于這種網(wǎng)絡元件鏈沒有提出光功率控制的任何共同原理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種用于在多通道光傳輸線中進行功率控制的技術(shù)，其至少可以部分地克服上述缺陷。
本發(fā)明的主旨涉及一種實時控制多通道光通信線路中每個光通道的功率的方法，該多通道光通信線路由一組用光纖跨距連接成鏈的光學元件組形成，其特征在于，所述元件組包括一個或多個光纖放大器(OFA)，而且所述每個跨距用其跨距損耗表征，而所述每個OFA用其增益和每個通道的設計輸出功率表征，所述方法包括周期性或連續(xù)性執(zhí)行的下面步驟對于所述線路中的特定光放大器(OFA)，計算預期總輸入功率值(EIP)，在所述特定光放大器處測量實際的總輸入功率(測量的輸入功率MIP)，以及若在所述特定OFA處所述預期總輸入功率與所述實際總輸入功率之間的差超過預定值，就調(diào)整所述OFA的增益以維持每個通道的輸出功率為恒定值。
優(yōu)選地，計算所述預期總輸入功率的步驟用NOC(有效光通道的數(shù)目)和NOA(所述線路中前級光放大器的數(shù)目)的最新數(shù)據(jù)值進行。
NOC可以例如通過在每個特定光學元件處實時地提供光譜分析來確定。在現(xiàn)有技術(shù)中，工業(yè)頻譜分析儀是已知的。
替代地，NOC可以在線路中經(jīng)由監(jiān)測通道傳輸?shù)男畔⒌妮o助下，采用本申請人較早的專利申請IL 145262及其相應的US 09/962,337(優(yōu)先權(quán)為2001年9月4日)中描述的方法來確定，該文獻結(jié)合在此以作參考。
光放大器和無源光學元件如OADM的NOA可以如下確定對于OFANOAout＝[(NOAin+1)and(not LOS)]or(LOS)and1；對于OADMNOAout＝[NOAin and(not LOS)]or(LOS)and 0；其中在光學元件的輸出處NOAout-NOin；NOAin是在光學元件的輸入處的NOA，以及LOS-信號報警的損耗，伴隨著光纖切割的狀態(tài)。
保持每個通道的輸出功率為恒定的步驟意味著保持每個通道的輸出功率基本等于設計的一個輸出功率，即基本等于由線路預先設計(換句話說，由線路配置)規(guī)定的每個通道的輸出功率。
這種方法是混合的，因為它組合了每個通道的固定增益近似和固定功率的近似，即，每個OFA在直至其輸出校正時為止利用固定增益工作。實際上，本發(fā)明人提出連續(xù)監(jiān)控OFA的預期總輸入功率和實際的輸入總功率，以便控制OFA，以維持其輸出功率類似于接收到的預期輸入功率而不是實際的輸入功率。應當注意，當設計線路時，引入可能校正的能力應當加以考慮，也即，在選擇OFA的增益和/和類型時，應當考慮光纖跨距功率損耗的范圍，和一些無源光學元件如OADM的控制電路。
優(yōu)選地，這種方法在線路中所有的光放大器OFA處進行，以在與所述OFA相聯(lián)的光纖跨距處保持恒定的輸出功率，由此通過考慮NOC和NOA的可能變化能夠避免OFA的輸出處的功率過量和功率不足。
當線路中除光放大器外的元件組包括一個或多個光分插多路復用器(OADM)時，這種方法是最有利的。其原因如下首先，這種方法本質(zhì)上適合于考慮NOC的變化，若在OADM前出現(xiàn)光纖切斷，和/或若在OADM內(nèi)進行任何重新配置時，這些變化通常最易發(fā)生。其次，這種方法適合于均衡從OADM輸出的通道的輸出功率，這對于線路的正確操作非常必要。
可以回想一下，任何OADM都適合于接收一個或多個輸入光通道，分離一個或多個接收的光通道，穿過剩余接收的光通道，插入一個或多個新光通道，以及輸出插入的光通道和直通(穿過)的光通道。因此，任何一個OADM都用三個插入損耗值表征第一個，直通通道(ILthrough，從線路輸入至線路輸出)；第二個，分離通道(ILdrop，從線路輸入至線路輸出)；以及第三個，插入通道(ILadd，從線路輸入至線路輸出)。
例如，若OADM接收衰耗的輸入信號而其不應被衰耗(即，通道的數(shù)目沒有變化，而且由于實測的總輸入功率低于預期的總輸入功率而剛好導致光纖惡化)，同時也不采取任何措施來消除這些效應時，輸出的直通通道將基本上弱于輸出的插入通道。對于進一步的傳輸，這種結(jié)果是極其不希望的。為了避免這種結(jié)果，可以相應地進行控制插入通道的輸入功率(即，插入通道的功率)。
根據(jù)上面所述的，這種方法的優(yōu)選方案另外包括周期性或連續(xù)性進行的下面步驟對于所述線路中的特定OADM，計算預期總輸入功率值(EIP)，優(yōu)選地用NOC(有效光通道的數(shù)目)和NOA(所述線路中前級光放大器的數(shù)目)的最新數(shù)據(jù)值進行，在所述特定OADM處測量實際的總輸入功率(MIP)，在所述特定OADM處所述預期總輸入功率與所述實際總輸入功率之間的差超過預定值的情形中，控制所述OADM的每個插入通道的功率遵從所述差，由此均衡從所述OADM輸出的所有光通道的輸出功率。
換句話說，提供調(diào)整插入通道的功率的步驟用以使每個所述插入通道的輸出功率等于所述OADM的直通通道的輸出功率，或者等于直通通道輸出功率的平均值。
優(yōu)選地，線路中的所有OADM都如上面所提出的那樣進行監(jiān)控，以確保與所述OADM相聯(lián)的光纖跨距內(nèi)每個通道的均衡輸出功率。假如與OADM相聯(lián)的跨距也進行控制，則線路中的所有光纖跨距也由此進行控制，以對OFA的每個通道具有恒定的功率以及對OADM的每個通道具有均衡的功率。
如上所述，所述方法形式上包括設計(預配置)光通信線路和從下面非窮盡列表中規(guī)定參數(shù)的預備步驟，該列表包括光放大器的增益，跨距損耗；對線路內(nèi)的任何點，規(guī)定NOC和NOA的初始值；以及對每個光放大器OFA規(guī)定每個通道的預期輸出功率。在這種方法中，每個通道的預期輸出功率進一步地保持恒定。
通常，計算預期總輸入功率(EIP)的步驟包括基于有關(guān)前級放大器增益的信息為任何特定光學元件的輸入確定預期總輸入功率，和由直至該特定光學元件為止的前級放大器確定跨距損耗，以及為所述特定元件確定NOC和NOA的更新值。優(yōu)選地，該計算也將OFA的噪聲系數(shù)或者平均噪聲系數(shù)考慮在內(nèi)。
在本發(fā)明的詳細描述中將說明用于計算EIP所提出的公式。
因此，如果本發(fā)明的主旨是提供可靠的手段來計算網(wǎng)絡中任何點處的實際(最新)預期總光功率和控制線路中的元件，以補償預期值的任何差別，則計算EIP的公式就有助于實施該主旨。
返回至所提出的維持每個通道其預期功率的方法，無論最新的EIP何時計算和與實測的總輸入功率MIP何時相比較，該差別都將指示所需的校正來使光學元件進入用來控制每個通道其輸出功率(例如，如預先設計的那樣，用來確保OFA的每個通道的預期輸出功率)的狀態(tài)。
本發(fā)明的第二重要主旨在于提供一種普遍的方式來為線路中各種類型的光學元件確定所需的校正。
在線路中特定點處的最新預期總功率與實測總功率之間的差別構(gòu)成要施加在光學元件上的所需校正RC(RC＝MIP-EIP[dB])，以確保在其輸出處每個通道的恒定功率(對于OFA)，或者每個通道的均衡功率(對于OADM)。
還應當注意，響應時間(在探測EIP和MIP間的差的時刻與引入補償校正-拖延時間HOT的時刻之間流逝的時間)應當選擇以便線路中的每個元件可以在對NOC和NOA進行更新，而且能夠不同時地校正其輸出功率，但是若在需要時是在前級元件完成校正之后。
如已經(jīng)提到的，該網(wǎng)絡通信線路中的元件可以是兩種類型光放大器OFA和光分插多路復用器OADM。依照本發(fā)明方法的優(yōu)選方案，所提出的功率控制的概念對于線路中的所有元件都是共有的，盡管對于任何一種元件類型，這些元件都具有特定的特征。
該OFA的輸出功率與實測的輸入總功率成反比地進行校正。換句話說，在由于任何原因?qū)崪y的總輸入功率高于預期輸入功率的情形下(MIP＞EIP)，校正應當進行計算來減少OFA的增益，從而減少輸出總功率和避免危險的功率過量。在相反的情形中，若實測(實際)的輸入總功率低于EIP(例如，在光學元件前存在意想不到的額外跨距損耗)，OFA增益應當提高以便補償額外的跨距損耗。
Gainnew＝Gainold-RC[dB]，其中RC＝MIP-EIP[dB]。
應當注意，OADM可以是兩種類型傳統(tǒng)的OADM和所謂的VMUX，該所謂的VMUX是通過組合去多路復用器(DMUX)，多路復用器(MUX)，分離光纖(drop fiber)，直通光纖(through fiber)以及用可變光放大器(VOA)插入通道的光纖而形成的一種OADM。
在OADM和VMUX中，插入通道的功率與實測輸入功率成正比地進行校正。
因此，APPCnew＝APPCold[dB]+RC[dB]，其中RC＝MIP-EIP[dB]，APPC是每個通道的插入功率。
盡管上述均衡OADM其輸出通道的功率的方法由于它的高精度和普遍性而是優(yōu)選的(即，用控制每個OFA其通道的輸出功率所需的大多數(shù)計算)，但是也存在著其它更簡單的方法，這些方法也可以用來控制OADM插入通道的輸出功率。
例如，對于傳輸巨大數(shù)目通道的光通信線路，由放大器產(chǎn)生的噪音相對較低而且較均勻，因而在計算時可以忽略。因此，OADM插入通道的功率可以通過測量MIP和更新NOC來計算，但不考慮NOA和噪音系數(shù)參數(shù)APPC＝[MIP-10log(NOC)]-ILOADM±CO [dBm]，其中APPC是每個通道的插入功率，[MIP-10log(NOC)]給出每一個輸入通道的平均輸入功率，其用作OADM其直通通道的輸出功率的指示；ILOADM是由OADM引入的插入損耗；這個參數(shù)考慮了在輸出功率等于直通通道的輸出功率時由OADM向直通通道和插入通道產(chǎn)生的衰減，其可以估計為ILOADM＝(ILthrough-ILadd)；±CO是人工引入的通道補償(channel offset)，通常為特定通道而選，以使其預加強(pre emphasis)。
本發(fā)明還提供一種能夠?qū)嵤┥鲜龇椒ǖ娜魏畏桨傅南到y(tǒng)。
依照本發(fā)明的另一方面，提出一種適合控制通信線路中光學元件其每個通道的輸出功率的模塊，該通信線路包括至少OFA和用光纖跨距互連的任意OADM，所述模塊能夠?qū)嵤┧岢龇椒ǖ牟僮?，用于相應的光學元件。
例如，該模塊可以是包括光學元件(OFA或OADM)和控制單元的光學模塊，其中的控制單元用于實時地控制光學元件其每個通道的輸出功率，所述光學元件設計成經(jīng)由光纖跨距耦合至光通信線路，而且能夠接收輸入多通道光信號以形成輸出多通道光信號；所述控制單元能夠?qū)崟r地基于所述線路的預先設計所規(guī)定的若干參數(shù)，操作期間可變的若干參數(shù)，以及至少若干有源光通道(NOC)，計算所述光學元件的預期總輸入功率(EIP)的值，獲取所述光學元件的實測總輸入功率(MIP)的值，將所述EIP與所述MIP比較，若兩者間的差超過預定值，則生成要施加給所述光學元件的所需校正的信號，以控制所述光學元件每個通道的輸出功率。
所述可變參數(shù)也包括NOA(前級放大器的數(shù)目)，所述控制單元操作用于獲取所述光學元件的NOC和NOA的更新值。
所述控制單元優(yōu)選能夠依照本發(fā)明方法所提到的公式計算EIP。
該光學模塊可以適合用于OFA或OADM。
然而，OADM可以用第二類型的光學模塊來提供，如包括OADM和控制單元的模塊，該控制單元用于控制OADM其插入通道的功率，OADM插入通道的功率可以通過測量MIP和更新NOC來計算APPC＝[MIP-10log(NOC)]-ILOADM±CO [dBm]。


借助于下面非限制性的附圖，進一步地說明和圖解本發(fā)明，其中圖1A示出包括用光纖跨距連接的若干OFA的電信線路；圖1B示出一個時間圖，說明圖1A所示線路中光功率控制的原理；圖2示出類似于圖1A的線路，但其包括三個是OADM的無源光學元件；圖3是依照本發(fā)明方法的一種方案的流程圖，用于控制線路中的光功率；圖4A示意性示出了OADM的框圖，該OADM具有相對于插入、分離和直通通道的插入損耗特性；圖4B-4D示出在線路的不同狀態(tài)下OADM的各個通道的功率譜；圖5的框圖示出一種控制OADM的插入通道的功率的方式。
具體實施例方式
本申請中描述的方法從設計(預先配制)包括光放大器和OADM的光通信線路的預備步驟開始，包括規(guī)定光放大器的增益，跨距損耗，對線路中的任意點規(guī)定NOC和NOA的初始值，以及對每個光放大器OFA每個通道規(guī)定預期的輸出功率。另外，每個通道的預期輸出功率保持恒定。
該線路被預先設計(配置)和計算，以在其每個點處確保在線路操作的正常(可預測)情況下在線路的每個跨距內(nèi)每個通道都具有均衡(即恒定或平衡)的功率。這些正常或可預測的情況用下組參數(shù)進行表征a)在例行操作期間絕不能變化的配置參數(shù)(放大器的標稱增益；放大器引入的噪聲指數(shù)；跨距損耗，即光纖跨距的衰減值)；b)為特定結(jié)構(gòu)預設但在正常操作期間可以變化、因而應當可更新的線路的參數(shù)，例如線路特定點處的有效光通道的數(shù)目(NOC)由于任何在前OADM的新設置或者由于任何在前跨距的光纖切斷因而可以變化；特定點前的光放大器的數(shù)目(NOA)由于線路任何在前部分內(nèi)的光纖切斷因而可以變化。
依照本發(fā)明，如果出現(xiàn)，這些可更新參數(shù)(b)的變化被用來更新預期的總輸入功率。NOC和NOA的更新可以借助于光學線路中的監(jiān)測通道或者通過元件與元件的(element to element)通信自動地完成，或者借助于為線路中每個元件計算NOC和NOA的中央控制塊自動地完成。換句話說，這些元件中的每一個(或中央控制塊)應當能夠基于輸入的(incoming)NOC、NOA和LOS情況(光纖切割情況)以及每個特定元件處加減通道的信息來計算NOC和NOA。
與放大器和OADM(元件)的硬件以及與光纖跨距的衰減值有關(guān)的配置參數(shù)的變化(如果有)總是隨機的，通常形成在預期最新的總功率與實際測量的總功率之間引起所提及差別的一組因素。這類因素可以是例如光纖彎曲，接觸惡化，放大器內(nèi)部故障等。
圖1A示出最簡單的通信線路10，包括由光纖跨距AB、BC和CD連接成鏈的四個OFA，標記作A、B、C和D。這些跨距用各個跨距損耗值x、y和z來表征，這些跨距損耗值在設計線路時預先是知道的，而且已經(jīng)考慮到。每一個OFA用其增益來表征。為了進一步說明，每個OFA將與下面的功率值相聯(lián)，在附圖中，這些功率值具有對應于適當OFA的符號(symbol)的索引(index)連續(xù)計算的EIP(預期輸入總功率)；連續(xù)測量的MIP(實測的或?qū)嶋H的輸入總功率)；也將連續(xù)測量的MOP(實測的輸出總功率)，用來指示OFA如何反應于線路中的變化。
假設線路在這些OFA之間提供信令信息的連續(xù)通信，從而這就確保對每個特定放大器重新計算NOC和NOA參數(shù)，使每個OFA能夠計算出其適當?shù)腅IP。在該圖中，示意性地示出由各個控制單元12、14和16來執(zhí)行計算NOC、NOA和EIP，與MIP相比較以及發(fā)出所需校正指令這些功能，這些控制單元12、14和16分別服務于放大器B、C和D。
圖1B示出用圖1A所示線路10的一個操作實例說明本發(fā)明要旨的時間圖。放大器“A”假設OFA“A”產(chǎn)生一個恒定的總輸出功率MOPA(圖形1)。
假設在OFA A和B之間通道NOC的數(shù)目沒有變化，而且在跨距AB上沒有光纖切斷；但是，光纖跨距AB的跨距損耗“x”出乎意料地增加，而且目前構(gòu)成“x-3”[dB]。換句話說，NOC和NOA沒有變化，而且預期參數(shù)ELpa保持相同，然而等于(MOPA-X)的MIPB目前發(fā)生變化。
在放大器“B”處由于上面提到的，在OFA“B”處預期輸入總功率(EIPB)保持相同，而實測的總輸入功率(MIPB)將由于光纖跨距惡化(MIPB＝EIPA-X-3dB；圖形2)而減小。假設跨距功率控制的本地控制單元12對EIPB和MIPB之間的差作出反應，而且發(fā)出所需校正(RC)的指令來調(diào)整放大器“B”的增益。由于此，首先對該減小輸入功率MIPB作出反應的放大器“B”(參看圖形3)的輸出功率MOPB將在拖延(hold off)時限HOT1結(jié)束時恢復為其值。假設由于放大器“B”的某種未檢測到的內(nèi)部故障而導致這種恢復不夠完全。
放大器“C”的性能由于在NOC和NOA內(nèi)沒有發(fā)生任何變化，因此預期的輸入功率EIPC保持恒定。然而，MIPC遵從MOPB的形狀，因為MIPC＝MOPB-y(圖形4)。由于放大器“C”比放大器“B”具有更長的響應時間(HOT2＞HOT1)這一事實，因此校正塊14將對MIPC與EIPC之間的差別作出反應，該差別是由放大器“B”處的不完全校正引起的，而且在HOT2時期結(jié)束時，放大器“C”的增益將被調(diào)整以提供與預期總輸入功率EIPC成比例而不與實際總輸入功率MIPC成比例的輸出總功率MOPC(圖形5)。
放大器“D”剛好重復從放大器“C”接收到的波形，因為其響應時間HOT3＞HOT2＞HOT1，即在HOT3結(jié)束時EIPD與MIPD之間沒有差別。響應時間HOT被選擇以便在網(wǎng)絡中能夠確?？焖俚男Ｕ瑫r允許考慮到更新的NOC和NOA。上述實例說明了在出乎意料的故障出現(xiàn)時(光纖跨距AB的惡化，放大器B的內(nèi)部故障)所述方法如何允許在線路的任何光學元件處控制恒定的輸出功率(從而，控制每個通道的恒定輸出功率)。該實例的基礎(chǔ)在于NOC和NOA＝恒定值。盡管對于NOC和NOA＝恒定值，已知的在每個通道維持固定功率的各種方法都提供類似的結(jié)果，但是在NOC動態(tài)變化時這些方法都是沒用的。例如，若圖形2中的MIPB并不是由于光纖跨距AB的增加的衰減而是由于光通道(NOC)數(shù)目的減少而具有所示的形狀，而且沒有計算EIP(如在所有已知的方法中那樣)時，放大器B將進行不必要的校正來補償輸入信號的惡化。與此相反，在本發(fā)明所提出的方法中，計算出的EIP會隨NOC的變化(如果有)而變化，而且在放大器B的輸出處不需要進行不必要的校正。類似的操作將在線路的其他放大器處進行。
圖2示出包括三個光學元件的改進型光通信線路20經(jīng)由一個OADM“F”用光纖跨距“AF”和“FB”連接的兩個光放大器(OFA)“A”和“B”。在線路的任何元件處有關(guān)NOC和NOA的信息都是可用的，例如該信息在OADM處被重新計算，就象在其他任何光學元件處被重新計算一樣。應當提及的是在計算EIPF時，對于F(BLpaF)，ELpa等于跨距AF的跨距損耗。然而，在計算EIPB時，對于B(ELpaB)，ELpa等于整個通道上跨距AF的跨距損耗+跨距FB的跨距損耗+OADM的插入損耗(即從放大器A的輸出到放大器B的輸入的總跨距損耗)。計算NOC、NOA、EIP和RC的功能借助于分別與光學元件A、F和B相聯(lián)的單個控制單元22、24和26來執(zhí)行。
在本發(fā)明申請的構(gòu)架內(nèi)沒有詳細說明確定NOC和NOA的方法。NOC可以用安裝在光學元件卡(card)處、實時地提供通道計數(shù)的頻譜分析儀來確定。產(chǎn)業(yè)上的頻譜分析儀在本領(lǐng)域是已知的?？商娲兀琋OC可以借助于在線路內(nèi)經(jīng)由監(jiān)測信道傳輸?shù)南泶_定，如在US09/962337中提出的那樣。光放大器和諸如OADM之類無源光學元件的NOA可以如下確定對于OFANOAout＝[(NOAin+1)and(not LOS)]or(LOS)and 1；對于OADMNOAout＝[NOAin and(not LOS)]or(LOS)and 0；其中NOAout為光學元件輸出處的NOA；NOAin是光學元件輸入處的NOA，以及LOS-信號報警的損耗，伴隨著光纖切割的狀態(tài)。
參看圖3說明計算EIP的公式。參看圖4和5，說明控制OADM的輸出功率以均衡每個通道輸出功率的方式。
圖3是示意性說明線路20的不同光學元件如何進行調(diào)整，以使能夠控制線路跨距內(nèi)每個通道的光功率的流程圖30。實施該流程圖的控制塊的主要功能是對每個特定光學元件連續(xù)計算EIP，并與連續(xù)實測的實際功率(MIP)作比較，以及獲得所需校正(RC)的指令，以控制元件(OFA或OADM)輸出通道處的功率。
為了得到特定光學元件最新的輸入期望功率EIP，提出借助于有源光通道來獲得從前級光放大器發(fā)出的預期功率的值，并且從中減去由前級放大器到線路中特定元件(放大器或OADM)的跨距損耗(ELpa)的預期(配置)值。除光纖損耗外，該ELpa還可以包括設在兩個放大器之間的無源元件(如OADM)的插入損耗。
因此，特定光學元件的最新預期輸入功率EIP可以被計算作為光通道的功率，加上到前級放大器的輸出為止的線路所生成的噪聲功率，并減去所提及光纖跨距的跨距損耗ELpa的總和，其中這些光通道應當經(jīng)由光纖跨距來自前級光學放大器，EIP[dBm]＝10×log{SignalSpa[mW]+Noisepa[mW]}-ELpa[dB]其中SignalSpa[mW]是前級放大器的輸出處所有有源光通道的功率，單位是mW；Noisepa[mW]是前級放大器的輸出處的噪聲，單位是mW。假定OFA的平均噪聲指數(shù)是6dB，而且在OFA的光譜的C波段上評價噪聲，則得到的系數(shù)是27[dBm]；若OFA的有效帶寬是不同的，而且/或者平均噪聲指數(shù)也是不同的，則該系數(shù)可以進行調(diào)整；
ELpa是前級放大器的預期跨距損耗[dB]；以及SinalSpa[mW]＝NOCin×10(BPPCpa[dBm])/10；NOCin是特定元件的輸入光通道的數(shù)目；EPPCpa是前級放大器每個通道的預期功率(由初步設計規(guī)定)；AVGpa＝直到在其中計算EIP的特定元件處的線路中光放大器的平均增益；Noisepa[mW]＝NOA×10(-27[dBm]+AVGpa[dB])/10；NOA是線路中前級放大器的數(shù)目。
應當注意，其它的參數(shù)和準則例如增益傾斜(gain tilt)也可以引入該公式中，以更加精確地計算EIP。同樣地，在一些實際情形中，該公式也可以例如從考慮噪聲的角度進行簡化。
返回到所提出的對每個通道維持預期功率的方法，無論何時計算最新的EIP并與實測的總輸入功率MIP作比較，所述差別都指示該所需校正以便將光學元件引入用來為每個通道確保預期輸出功率的狀態(tài)(regime)，正如最初所設計的。
在圖3中，塊31用來對特定(第i個)光學元件執(zhí)行EIP計算。塊31指示在第i個元件處獲得輸入總輸入功率的實時測量結(jié)果。若計算出的值和實測的值差別超過預定的閾值(塊33)，則元件的拖延時間HOT應當在任何校正開始(塊34)之前終止。然而，若MIPi在HOTi的整個時段內(nèi)不同于EIPi，則如塊35指示那樣計算所需校正RC。不言而喻，RC應當高于預定值以便開始校正。然而，若RC超過某個最大接受的值(軌跡容差-TT)，則意味著MIP與EIP之間的差別不能或者不得由光學元件來校正。例如，系統(tǒng)可以規(guī)定在輸入信號衰耗10dB的情形中校正是沒用的。在這種情況下，不進行任何校正(塊35a，35b)。
若光學元件(i)是OFA，則施加RC來調(diào)整其增益(塊38)。由于OFA的輸出功率自然與實測的輸入總功率成正比，因此校正應當成反比地施加。換句話說，在由于任何原因?qū)崪y的總輸入功率高于預期輸入功率(MIP＞EIP)的情形中，校正應當進行計算來減小OFA的增益，由此降低輸出總功率和避免危險的超功率。而在相反的情形中，若實測的(實際的)輸入總功率低于EIP(例如，在光學元件之前不存在意外的額外跨距損耗)，則OFA的增益應當增加，以補償該額外的跨距損耗。
Gainnew[dB]＝Gainold[dB]-RC[dB]，其中RC＝MIP-EIP；例如EIP＝10mW；MIP＝5mW，即減小兩倍(MIP＝1/2EIP)，或10log(1/2)＝10log1-10log2＝0-3＝-3[dB]；對于OFA的增益，所需校正(RC)是(×1/2)，或-3dBGainnew＝Gainold-(-3dB)＝Gainold+3dB；從而，放大器將能夠輸出未變化的輸出功率，并因而在每個通道維持恒定的功率。在OFA的一些實施方式中，這種增益調(diào)整可以通過用設在OFA輸入處的所謂可變光衰減器VOA來實施。
若第(i)個光學元件是OADM，則施加所需校正來控制其插入通道的輸出功率(塊39)。在OADM(或VMUX)中，與實測輸入功率成正比地校正插入通道的功率。
應當注意，OADM的輸出光通道包括已經(jīng)通過OADM的通道，和已經(jīng)添加到OADM的通道。存在的問題在于要均衡直通通道(throughchannel)的輸出功率和插入通道的輸出功率，因為它們通過OADM的方式總體上并不相同，而且如果不進行具體調(diào)整，它們的功率不會彼此匹配。因此，在OADM的總輸入功率(作為直通光通道的輸入功率的某種指示)低于預期值時，由于直通(through)插入損耗，直通通道的輸出功率也將降低；這就意味著任何一個插入通道的功率也應當降低，以使每個插入通道的輸出功率都相應地降低，而且等于直通通道的輸出功率。因此APPCnew＝APPCold+RC[dB]，其中APPC是每個通道的插入功率。
實例EIP＝10mW；MIP＝5mW，即MIP＝1/2EIP或者所需校正RC＝-3dB。為了確保該功率等于OADM的輸出通道，任何插入通道的功率也都應當減少(乘以1/2)以等于OADM輸出處的直通通道。用dB來表示APPCnew＝APPCold+(-3dB)＝APPCold-3dB。
圖4說明均衡OADM光通道的輸出功率的目的。其示意性地示出OADM 40的方框圖，該OADM 40接收數(shù)字為1、2、3、4、5、6和7的輸入通道，這些輸入通道具有不同的波長和幾乎相等的輸入功率。假設每個通道的輸入功率設計為0dB，等于每個通道1mW。然而，由于某種原因，這些光通道以0.5mW或(-3dBm)的輸入功率到達。該輸入功率的兩級示出在光譜圖4B上(Pin～λ)?？傒斎牍β蔒IP是在光電二極管42的輔助下在OADM的輸入處測量的。依照OADM 40的這種具體實例，通道1、2、5和7被分離(drop)，而且由于這些分離通道(IL分離)的OADM插入損耗而被衰減。假設其等于3dB。應當理解，這些分離通道將會比預期更弱地獲得，但是它們的放大率可以由各個客戶(customer)來提供。
實際的問題隨著要在線路中進一步傳輸?shù)耐ǖ莱霈F(xiàn)。對于直通通道(IL直通)，通道3、4和6穿過OADM，并被OADM的插入損耗衰減。假設IL直通等于5dB。這些通道的預期輸入功率是1mW或0dB，從而它們的期望輸出功率將是0.33mW或-5dBm(參看光譜圖4C)。通道5’被插入以獲得(catch)分離通道5的位置；插入的信號穿過加法電路44和OADM的插入損耗，直到標記為(ILadd)的插入通道。在本實例中，假設其等于3dB。將該插入通道5’的電路預先調(diào)整為(由光電二極管46測量的)插入通道的功率，以確保在OADM 40的輸出處通道5’的輸出功率等于直通通道3、4和6的預期輸出功率。例如，通道的發(fā)送器48發(fā)出0dBm的信號，該信號被加法電路和ILadd衰減，從而在OADM的輸出處具有相同的輸出功率，正如在預期輸入功率(-5dBm或0.33mW)處獲得的直通通道3、4和6那樣。這就意味著可變光衰減器(VOA)50可以調(diào)節(jié)至2dB，以便和Iladd＝3dB一起使信號達到-5dBm或0.33mW的功率電平。
由于獲得的輸入通道兩倍低于預期的值(0.5mW或-3dBm)，因此直通通道的輸出功率將由于ILthrough＝5dB而被進一步變?nèi)酰易兊玫扔?.166mW或(-8dBm)。然而，插入通道5’保持原樣，即兩倍強于實際的直通通道3、4和6(參看光譜圖4D)。為了補償這種效應，插入通道5’的加法電路應當進行調(diào)整，即通過改變VOA 50的值為5dB，以使插入通道5’其信號的輸出功率變?yōu)?8dBm或0.166mW。然而，這種調(diào)整優(yōu)選是在用光電二極管46預先核對該插入功率，而且僅僅通過改變電路44的參數(shù)來進行。
通過使用所利用的算法，上述的這種調(diào)整能夠獲得每個OADM其輸出通道的預期功率，而且能夠用所謂的所需校正(RC)來校正每個通道的OADM插入功率。這將用圖5做進一步地說明。
然而，OADM插入通道的功率可以較不精確地進行計算，僅通過測量實際的總輸入功率MIP和更新的NOC，而不計算預期功率而且不考慮NOA和噪聲指數(shù)參數(shù)APPC＝[MIP-10log(NOC)]-ILOADM±CO [dBm]，其中APPC是每個通道的插入功率，[MIP-10log(NOC)]給出每一個輸入通道的平均輸入功率，其用作OADM直通通道的輸出功率的指示；ILOADM是由OADM引入的插入損耗；這個參數(shù)考慮了由OADM向直通通道和插入通道產(chǎn)生的衰減，從而能夠?qū)Σ迦胪ǖ赖墓β蔬M行估測；若輸出通道的功率要進行均衡，則([MIP-10log(NOC)])-ILthrough＝(APPC-ILadd)，而且APPC＝[MIP-10log(NOC)]-(ILthrough-ILadd)；因而ILOADM＝(ILthrough-ILadd)；±CO是人工引入的通道補償(channel offset)，通常為特定通道而選，以使其預加強(pre emphasis)。這一習慣做法(practice)是由以下事實引起的任何OFA對于不同波長都具有明顯不同的特定增益。因而，這種通道補償給出一種稍微調(diào)整線路中由上述事實引起的波動的方法。
圖5示出用這種方法的優(yōu)選方案調(diào)整OADM中不同插入通道的插入功率(add power)的系統(tǒng)60的框圖。該系統(tǒng)60的框圖部分地示出為控制OADM的輸出功率而進行的操作，這些操作在圖3的塊24中示意性地示出。
在圖5的框圖中，OADM 62示出作為插入塊，四個光通道1、2、3和4插入在線路中。在OADM的輸入處，用光電二極管64測量實際輸入總功率(MIP)。在OADM的輸出處，用光電二極管66獲取實際(實測)的總輸出功率(MOP)。處理框圖68從前級放大器獲取有關(guān)預期功率損耗(ELpa)的數(shù)據(jù)，從前級放大器獲取有關(guān)每個通道的預期功率(EPPCpa)的數(shù)據(jù)，以及獲取有關(guān)OADM的插入損耗的數(shù)據(jù)。根據(jù)預先設計和由OADM的性質(zhì)，這些值都是已知的?；谶@些值，計算在輸出處每個通道的預期功率(EPPCo)。實際上，操作員可以選擇使用在輸出處每個通道的功率PPCo的恒定預配置值，而不用選擇計算出的EPPCo。所選擇的值被進一步輸送至插入通道的求和塊70，該求和塊70用通道補償CO修改輸出處每個通道的功率(塊72)，對于每個特定光通道，該通道補償CO是獨立的而且取決于線路中每個特定波長所經(jīng)歷(undergo)的衰減的程度。一旦修改每個通道處所選擇輸出功率的參考值，就通過向由70接收的每個修改值添加所需校正從而在求和塊74內(nèi)分別地校正。對于該特定OADM，RC基于MIP(總)與EIP(總)之間的差進行計算，如上面參看圖3所說明的(/RC/＜TT)。塊74為四個插入通道發(fā)出相應的所需插入功率(RAP)值?；谟擅總€插入通道的電路76的光電二極管獲取的實際測量插入功率(MAP)的信息，另外四個處理塊78命令，插入通道的電路76根據(jù)該命令分別進行調(diào)整。這種調(diào)整通過向每個插入通道的電路引入合適的衰減值即通過調(diào)整電路的VOA來實施。結(jié)果，每個插入通道不僅根據(jù)其各自的屬性而且還根據(jù)預期輸出值的精確計算來進行衰減。而且，所提出的系統(tǒng)能夠確保任何插入通道功率的精確調(diào)整，而與每個特定插入通道的功率源的精確度無關(guān)。
盡管已經(jīng)參考具體的實施方式描述了本發(fā)明，但是應當理解，這種方法的修改方案以及這種光學模塊和系統(tǒng)的其它實施方式都是可以提出的，所有的這些都應當認為是本發(fā)明的一部分。
權(quán)利要求
1.一種在多通道光通信線路中實時控制每個光通道的功率的方法，該多通道光通信線路由一組用光纖跨距連接成鏈的光學元件組形成，其特征在于，所述元件組包括一個或多個光纖放大器(OFA)，而且所述每個跨距用其跨距損耗來表征，而所述每個OFA用其增益和每個通道的設計輸出功率來表征，所述方法包括如下周期性或連續(xù)性執(zhí)行的步驟對于所述線路中的特定光放大器(OFA)，計算預期總輸入功率值(EIP)，在所述特定光放大器處測量實際的總輸入功率(MIP)，以及若在所述特定OFA處所述預期總輸入功率EIP與所述實際總輸入功率MIP之間的差超過預定值，就調(diào)整所述OFA的增益以維持每個通道的輸出功率為恒定值。
2.依照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計算所述預期總輸入功率的步驟通過使用NOC(有效光通道的數(shù)目)和NOA(所述線路中前級光放大器的數(shù)目)的最新數(shù)據(jù)值來執(zhí)行。
3.依照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法在所述線路中的所有光放大器OFA處執(zhí)行，以便在與所述OFA相聯(lián)的光纖跨距處維持恒定的輸出功率。
4.依照任一前述權(quán)利要求所述的方法，所述方法適合于所述線路中的所述元件組，其中除所述光放大器外，所述線路包括一個或多個光分插多路復用器(OADM)。
5.依照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，另外包括如下周期性或連續(xù)性執(zhí)行的步驟對于所述線路中的特定OADM，計算預期總輸入功率值(EIP)，在所述特定OADM處測量實際的總輸入功率(MIP)，如果所述特定OADM處所述預期總輸入功率與所述實際總輸入功率之間的差超過預定值，則控制所述OADM的每個插入通道的功率遵從所述差，由此均衡從所述OADM輸出的所有光通道的輸出功率。
6.依照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述計算預期總輸入功率的步驟通過使用NOC(有效光通道的數(shù)目)和NOA(所述線路中前級光放大器的數(shù)目)的最新數(shù)據(jù)值來執(zhí)行。
7.依照權(quán)利要求4至6中任一項所述的方法，其特征在于，監(jiān)控所述線路中的所有OADM，以確保在與所述OADM相聯(lián)的所述光纖跨距內(nèi)均衡每個通道的輸出功率，由此控制所述線路中的所有光纖跨距，從而對于所述OFA，每個通道具有恒定的功率，對于所述OADM，每個通道具有均衡的功率。
8.依照前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述計算EIP的步驟基于在所述線路的預先設計中設定的參數(shù)，所述參數(shù)選自下面的非窮舉列表，包括光放大器的增益，跨距損耗，線路中任一點的NOC和NOA的初值，以及對于每個光放大器OFA每個通道的預期輸出功率。
9.依照前述任一權(quán)利要求所述的方法，包括計算基本接近于下述公式的EIPEIP[dBm]＝10log{SignalSpa[mW]+Noisepa[mW]}-ELpa[dB]，其中，SignalSpa[mW]是在所述前級放大器輸出處所有有效光通道的功率，單位為mW；Noisepa[mW]是在所述前級放大器輸出處的噪聲，單位為mW；ELpa[dB]是所述前級放大器的預期跨距損耗[dB]；并且其中，SignalSpa[mW]＝NOCin×10(EPPCpa[dBm])/10；NOCin是所述特定元件的輸入光通道的數(shù)目；EPPCpa是所述前級放大器每個通道的預期功率；Noisepa[mW]＝NOA×10(-27[dBm]+AVGpa[dB])/10；NOA是所述線路中前級放大器的數(shù)目；AVGpa是所述線路中直到在其中計算EIP的特定元件為止光放大器的平均增益。
10.依照前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在所述線路中的特定點處，所述實測的總功率與所述更新的預期總功率之間的差構(gòu)成所需校正RC(RC＝MIP-EIP[dB])，所需校正RC被施加給所述光學元件以確保在其輸出處每個通道的恒定功率或每個通道的均衡功率。
11.依照前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，包括將拖延時間HOT確定為在檢測所述EIP和MIP之間差的時刻與調(diào)整OFA的增益或校正OADM插入通道的功率的時刻之間流逝的時間；隨傳輸方向的逐漸增加選擇所述光學元件的所述HOT值，以便允許從NOC和NOA點處及時更新每個光學元件；以及在所述前級光學元件在需要時完成其校正之后校正每個特定光學元件的輸出功率。
12.依照權(quán)利要求10所述的方法，包括如下校正OFA增益Gainnew＝Gainold-RC[dB]。
13.依照權(quán)利要求10所述的方法，包括如下校正OADM插入通道的功率APPCnew＝APPCold+RC[dB]，其中APPC是每個通道的插入功率。
14.依照權(quán)利要求4所述的方法，包括根據(jù)測量的MIP和更新的NOC確定OADM插入通道的功率，基本接近于下面的公式APPC＝[MIP-10log(NOC)]-ILOADM±CO[dBm]，其中APPC是每個通道的插入功率，[MIP-10log(NOC)]是每一個輸入通道的平均輸入功率；ILOADM是由OADM引入的插入損耗；±CO是人工引入的通道補償，專門用于特定的光通道。
15.一種能夠執(zhí)行依照前述任一權(quán)利要求的方法的系統(tǒng)。
16.一種用于控制電信線路中特定光學元件的每個通道的輸出功率的模塊，所述電信線路至少包括由光纖跨距互連的光學放大器OFA，所述模塊能夠執(zhí)行依照權(quán)利要求1、2、4、5、6、9至14中任一項所述的方法，由此適合用于所述線路中的所述特定光學元件。
17.一種包括光學元件和控制單元的光學模塊，用于實時控制所述光學元件的每個通道的輸出功率，所述光學元件設計成經(jīng)由光纖跨距耦合至光通信線路，而且能夠接收輸入多通道光信號以形成輸出多通道光信號；所述控制單元能夠?qū)崟r地基于所述線路的預先設計所規(guī)定的若干參數(shù)，操作期間可變的至少包括有效光通道數(shù)目(NOC)的若干參數(shù)，計算所述光學元件的預期總輸入功率(EIP)的值，獲取所述光學元件的實測總輸入功率(MIP)的值，將所述EIP與所述MIP比較，若兩者間的差超過預定值，則生成要施加給所述光學元件的所需校正的信號，以控制所述光學元件每個通道的輸出功率。
18.依照權(quán)利要求17所述的光學模塊，其特征在于，所述可變參數(shù)還包括NOA(前級放大器的數(shù)目)，所述控制單元可操作用于獲取所述光學元件的NOC和NOA的最新值。
19.依照權(quán)利要求17或18所述的光學模塊，其特征在于，所述控制單元能夠計算基本接近于下面公式的EIPEIP[dBm]＝10log(SignalSpa[mW]+Noisepa[mW]}-ELpa[dB]，其中SignalSpa[mW]是在所述前級放大器輸出處所有有效光通道的功率，單位為mW；Noisepa[mW]是在所述前級放大器輸出處的噪聲，單位為mW；ELpa[dB]是所述前級放大器的預期跨距損耗[dB]；并且其中，SignalSpa[mW]＝NOCin×10(EPPCpa[dBm])/10；NOCin是所述特定元件的輸入光通道的數(shù)目；EPPCpa是所述前級放大器每個通道的預期功率；Noisepa[mW]＝NOA×10(-27[dBm]+AVGpa[dB])/10；NOA是所述線路中前級放大器的數(shù)目；AVGpa是所述線路中直到在其中計算EIP的所述特定元件為止的光放大器的平均增益。
20.依照權(quán)利要求17至19中任一項所述的光學模塊，其特征在于，所述光學元件是光纖放大器OFA，而且所述控制單元可操作用于施加所述所需校正的信號，以調(diào)整所述OFA的增益，從而保持每個通道的輸出功率為恒定值。
21.依照權(quán)利要求17或18所述的光學模塊，其特征在于，所述光學元件是光分插多路復用器(OADM)，而且所述控制單元可操作用于施加所述所需校正的信號，以控制所述OADM的每個插入通道的功率，由此均衡從所述OADM輸出的所有光通道的輸出功率。
22.一組光學模塊，包括至少一個依照權(quán)利要求17所述的第一類型模塊，以及至少一個包括OADM和用于控制所述OADM插入通道的功率的控制單元的第二類型模塊，所述第二類型模塊能夠?qū)崟r地獲取所述OADM的實測總輸入功率MIP的值，實時地獲取NOC的最新值，計算所述OADM插入通道的功率，接近于下面的公式APPC＝[MIP-10log(NOC)]-ILOADM±CO[dBm]，其中APPC是每個通道的插入功率，[MIP-10log(NOC)]是每一個輸入通道的平均輸入功率；ILOADM是由OADM引入的插入損耗；±CO是人工引入的通道補償，專門用于特定的光通道。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于實時控制多通道光通信線路中每個光通道的功率的方法和模塊，該多通道光通信線路由以光纖跨距鏈相互連接的一組光學元件形成。該組元件包括一個或多個光纖放大器(OFA)，每個跨距用其跨距損耗表征，而每個OFA用其增益和每個通道的設計輸出功率表征。該方法包括對于線路中的特定光放大器(OFA)，計算預期總輸入功率值(EIP)，在特定光放大器處測量實際的總輸入功率(MIP)，以及比較這些值。若在該OFA處預期總輸入功率EIP與實際總輸入功率MIP之間的差超過預定值，該方法(和該模塊)確保調(diào)整所述OFA的增益以維持每個通道的輸出功率為恒定值。
文檔編號H04B10/293GK1663152SQ03814171
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月20日
發(fā)明者I·哈勒維, T·斯范, M·圖拜, D·哈里斯 申請人:Eci電信公司