本發(fā)明涉及光通道監(jiān)測器，尤其涉及帶有光開關功能的光通道監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術：

由于各種高傳輸應用需求，光網絡系統(tǒng)建立起來，并用于提供語音，視頻和數據信號的高效傳輸。其中一些光網絡采用波分復用（WDM）來增加網絡帶寬，在WDM光網絡系統(tǒng)中，多路光通道分別占用不連續(xù)的波長/頻率，復用為一個光信號在單個光纖中傳輸。

長距離WDM光網絡的錯碼率，除其它因素外，取決于每個通道的光功率和光信噪抑制比（OSNR）。例如光放大器模塊用來降低OSNR，但同時在整個通道內會產生光功率波動。為了消除這個問題，WDM光網絡通常會使用光通道功率監(jiān)測器和/或光通道功率校正來保證最佳的光功率和最低的錯碼率。

多種方式的光通道監(jiān)測器（OCMs）被開發(fā)出來實現這個功能，一般都用來配置在WDM系統(tǒng)中用來測量多波長，OCMs被放置在貫穿光網絡的不同的位置上。每個光通道的光功率和從OCM到主機（例如一個網絡管理系統(tǒng)（Network Management System ，NMS））的反饋被同時上報，用來優(yōu)化每個通道的光功率、鑒別性能漂移、核實系統(tǒng)功能。

更復雜的網絡可能采用密集波分復用系統(tǒng)（dense WDM，DWDM），支持大量的分離光纖（端口）通訊，每個端口支持多個光通道。用于這些DWDM系統(tǒng)的監(jiān)控設備變得越來越昂貴，并且越來越耗時，需要多次測量每個信號，因為它們要經過系統(tǒng)中的許多光學元件。此外，在監(jiān)控裝置中可能出現一個或多個功率相對較低的信號，在測量系統(tǒng)存在自身產生的噪聲下，很難精確測量其信號電平。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種光通道監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)控過程的控制方法，在WDM系統(tǒng)中用于監(jiān)測一系列的分離光纖端口，可精確測量每個光纖端口的功率等信息，測量速度快、精度高，且結構簡單，成本較低。

本發(fā)明采用多端口光開關（例如N×1光開關）控制挑選特定的輸入光信號到OCM（光通道監(jiān)測器）進行信號處理。OCM包括一個可調諧光學濾波器和光電探測器，用來測量輸入光信號的光譜，并提取輸入光各個光通道（波長）的信息（比如功率、波長、OSNR等）。OCM還包含一個處理器組件，用來執(zhí)行信息提取，同時會生成一對輸出控制信號：第一控制信號和第二控制信號；第一控制信號用來控制可調諧光學濾波器的波長掃描過程，進行波長通道選擇；第二控制信號用來控制多端口光開關的設置，進行端口選擇。

在本發(fā)明的一個實施例中，處理器組件控制光開關光學阻塞（關閉）所有輸入端口到輸出端口的傳輸（例如，產生一個“暗”通道輸入到OCM）。暗通道輸入用來測量OCM電子模塊內偏移和噪聲的實時水平，從而，提供了一個基線噪聲因子，可用于校正后續(xù)的監(jiān)測操作，并對每個通道的功率進行準確的測量，特別是在低功率情況下非常有用。

本發(fā)明的另一個實施例中，還包括一個單獨的參考波長光源，耦合到多端口光開關的一個選定的輸入端口上，用來執(zhí)行的OCM自校準，必要時，以克服可能發(fā)生在可調諧光學濾波器中的波長漂移。

特別的，利用單處理器組件控制多端口光開關和可調諧光學濾波器的操作，可以執(zhí)行幾個不同的維護/校準操作。例如，除了波長漂移校正，處理器組件還可以用來監(jiān)控可調諧光學濾波器的輸出光功率水平，以及提供調整可調諧光學濾波器的控制信號。類似的，還可以用來監(jiān)控多端口光開關的輸入端口與輸出端口之間的光學對準（耦合），必要時提供一個反饋（控制）信號用于重新對準一個或多個信號路徑，以獲得一個選定的輸入端口與輸出端口之間的最佳耦合。

在一個特定的實施例中，本發(fā)明采用的光通道監(jiān)測系統(tǒng)的結構，包括以下內容：(1)一個多端口光開關，包括多個輸入端口和一個輸出端口，每個輸入端口接收一個光輸入信號（每個光輸入信號包括一個或多個單波長通道），且多端口光開關可以控制從所述多個輸入端口中選擇一個輸入端口耦合到輸出端口；(2)一個可調諧光學濾波器，耦合到多端口光開關的輸出端口，并接收光輸入信號，可調諧光學濾波器配置以在不同的時間點選擇性地通過不同的波長通道；(3)一個光電探測器，耦合到可調諧光學濾波器的輸出端，負責把各個波長通道的光信號轉換為電信號；(4)一個處理器組件，用于接收所述電信號，并從電信號提取光學特性數據以監(jiān)控光信號的性能。處理器組件進一步配置以產生一個第一控制信號作為控制多路光開關輸入端口的選擇，還產生一個第二控制信號作為控制可調諧光學濾波器對波長通道的選擇。

本發(fā)明的另一個實施例，多端口環(huán)境下光通道監(jiān)測過程的控制方法，此方法包括如下步驟：a)在光通道監(jiān)測器輸入端提供一個多端口光開關，多端口光開關包括多個輸入端口和一個輸出端口，多個輸入端口用于接收多個不同的光信號；b)控制多端口光開關將一個選定的輸入端口耦合到輸出端口；c) 將所選擇的光信號導入到光通道監(jiān)測器的輸入端；d)在光通道監(jiān)測器中，可調諧光學濾波器選擇一個中心波長輸出；e)測量所選定的光信號內選定的中心波長的光功率；f)重復步驟d)和步驟e)，以測量所選定的光信號內的一組波長的光功率；g)控制多端口光開關，耦合其它不同的輸入端口到輸出端口；h) 對多端口光開關的一個或多個輸入端口重復步驟b)~g)，。

本發(fā)明的其他的進一步實施例和功能，參照所附圖參考，將在下面討論的過程中說明。

附圖說明

圖1 是本發(fā)明的一種典型結構，包括一個光開關的光通道監(jiān)測器（OCM）；

圖2是圖1結構中的OCM的一種典型的流程圖，說明了一個示例性的工序過程；

圖3是低增益結構中，每通道噪聲誤差(圖(a))和總功率噪聲誤差(圖(b)) 示意圖；

圖4是高增益結構中，每通道噪聲誤差(圖(a))和總功率噪聲誤差(圖(b))示意圖；

圖5是本發(fā)明的另一種OCM結構，在這種情況下還包括一個參考波長光源。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，對本發(fā)明做進一步說明。

圖1是本發(fā)明一種典型的光通道監(jiān)測系統(tǒng)10的表現形式，包含一個多端口光開關12，位于光通道監(jiān)測器（OCM）14的輸入端，在更復雜的光網絡中，使OCM有著高效的性能，如支持DWDM和使用多個光信號路徑。OCM 14包含第一模塊16，用于接收輸入光信號并提供與輸入光信號相關的電信號輸出。輸入的光信號被認為是支持多個光通道的傳輸，每個通道工作在不同的波長。第一模塊16包含可調諧光學濾波器18，用于接收輸入的光信號，并掃描整個與該光信號相關一組光通道的預定的波長范圍（或者，可能其透過中心波長被調節(jié)在與選定的光信號相關的特定波長上–如果有與通道相關的需要注意的問題/錯誤，也許“停滯”在一個特定的波長）。

從可調諧光學濾波器18輸出的光信號作為輸入信號傳輸到光電二極管（或其它類型的光電探測器20），它把光信號轉換為相應的電信號。該電信號為原始數據頻譜的形式，然后作為電信號輸入到信號處理模塊22上，信號處理模塊在處理器組件24內。按照光通道監(jiān)測器的常規(guī)操作，信號處理模塊22是用來分析這個原始數據的頻譜，并確定相關的光信號的特性（例如，輸入光信號不同通道的功率、水平、波長OSNR等）。OCM 14把這些信息輸出到終端控制模塊，典型的如網絡管理系統(tǒng)（network management system，NMS），用于控制/校正每個單獨通道的特性。

本發(fā)明通過在OCM 14的輸入端加入了多端口光開關12，利用處理器組件24控制多端口光開關12和OCM 14的操作，在某種程度上，提高了監(jiān)控過程的效率，提高了傳統(tǒng)OCM的操作性能。

多端口光開關有各種各樣不同的形式，其中大多可以用于本發(fā)明的設備中。通常，多端口光開關12優(yōu)選采用N×1光開關，有N個輸入端口26，用于接收通信系統(tǒng)中傳輸的N個光信號，和一個輸出端口28。多端口光開關12將輸入端口28中一個選定輸入端口耦合到輸出端口28。光信號從輸出端口28出來后，作為待測光信號提供給OCM 14的輸入端。然后OCM14以如上所述的傳統(tǒng)方式工作，在第一模塊16中對每個通道進行光譜測量，然后用處理器組件24中的信號處理模塊22從這個光譜數據中提取關于每個通道性能的相關信息。

如圖1所示，OCM14中的處理器組件24還包括一個控制單元30。在本發(fā)明中，控制單元30是和信號處理模塊22相通訊，用來生成兩個輸出控制信號，其中一個控制信號來控制可調諧光學濾波器18的操作，另外一個控制信號來控制多端口光開關12的操作。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，控制單元30設置為，所述兩個輸出控制信號可以以同步的方式運行，使得其可以控制多端口光開關12和可調諧光學濾波器18同時改變狀態(tài)。

在圖1中，控制單元30產生一個“通道選擇”（或者叫“通道掃描”）控制信號S1，用來控制可調諧光學濾波器18，同時產生另外一個“端口選擇”控制信號S2，用來控制多端口光開關12。控制信號S1指示可調諧光學濾波器18的具體操作，初步掃描包含在從可調諧光濾波器18輸入端輸入的光信號內的一系列特定的波長通道。由于可調諧光學濾波器18控制不同的波長組分通過，光電探測器20把接收到的每個通道的信號功率轉換為電信號，讓信號處理模塊22來進一步分析處理（例如，中心波長、信號功率、OSNR等的測量）。這些信息可以存儲在包含在處理器組件內的數據庫內（圖中未顯示），和/或發(fā)送到主機（如網絡監(jiān)控系統(tǒng)（NMS）），作為額外的研究。

一旦一個給定輸入端口的監(jiān)控操作完成后，控制單元30會發(fā)送一個“端口選擇”信號S2給多端口光開關12，命令多端口光開關12選擇另一個輸入端口來進行監(jiān)控。尤其是，“端口選擇”信號S2命令多端口光開關12重新配置，以耦合其他輸入端口到輸出端口28。在本發(fā)明中，控制單元30也被配置用來傳輸一個“通道選擇”控制信號S1到可調諧光學濾波器18，在多端口光開關重新選擇一個輸入端口的情況下，命令可調諧光學濾波器對輸入其輸入端的“新”信號內的各通道相關的一些列波長發(fā)起一個新的掃描/選擇。在一個優(yōu)選實施例中，在多端口OCM環(huán)境中，控制信號S1和S2可以同時運行，以減少延遲，提高操作效率。

有利的是，采用單一的組件（即處理器組件24）來控制多端口光開關12和OCM 14，允許這兩個功能共享計算資源，否則，可能要求他們各自有處理功能，這將使得整個監(jiān)控系統(tǒng)體積增大、增加復雜性和費用（成本）。實際上，通過利用OCM 14的信號處理模塊22來監(jiān)測分析，控制單元30能夠控制多端口光開關12的操作，使其“停滯”在一個可能遇到問題的特定的輸入端口，并允許在較長的時間內對這個輸入端口進行連續(xù)測量。另外，基于從（例如）網絡管理系統(tǒng)接收到的信息，控制單元30可以控制多端口光開關12操作，使其對某些輸入端口比其他輸入端口進行更頻繁的監(jiān)控。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，控制信號S1和信號S2是同步控制的，這樣多端口光開關12從一個選定端口移到另一個選定端口和可調諧光學濾波器18重新設置中心波長是同步的。這樣，使得這些不同步事件之間的延遲最小化，同時使得OCM 14的多端口監(jiān)控能力最大化。

如上所述，單處理器組件結合OCM和多端口光開關的聯合使用，提供了一種反饋裝置，使得多端口光開關和可調諧光學濾波器的運行特性在必要時能夠被監(jiān)測和重新校準和/或調整。例如，將在下面詳細討論，可調諧光學濾波器里的波長漂移能夠被確認，控制信號的輸入用于重新設置波長直至合適的標準數值。同樣的系統(tǒng)可以被用來優(yōu)化可調諧光學濾波器的輸出功率，以確保輸入和輸出信號之間的光學對準保持穩(wěn)定。同樣的，利用本發(fā)明中的處理器組件也可以監(jiān)測多端口光開關的運行性能（在輸出功率效率方面），和使用反饋控制信號重新調整各個光開關元件，必要時重新調整光路，使得多端口光開關輸出最佳功率。

圖2是圖1中光通道監(jiān)測系統(tǒng)10的操作流程圖。過程從步驟100開始，一個特定的端口被選出來進行監(jiān)測（在這種情況下，定義為“端口A”，開始值A=1）。在步驟110，多端口光開關12把特定的輸入端口26-A耦合到輸出端口28，這樣把輸入信號光提供給OCM 14進行監(jiān)測。然后可調諧光學濾波器對這個光信號進行濾波（圖2中的步驟120），這里，通道掃描/選擇控制信號S1控制可調諧光學濾波器18掃描指定的光譜（或將中心波長設定到預定波長/通道上）。下一步操作是130，把可調諧光學濾波器輸出的光信號轉換為電信號。140步驟中，對電信號進行分析處理，然后提取原始光信號的信息，如功率、波長和OSNR等。步驟150，將上述光信號的信息存儲在處理器組件24中，并/或發(fā)送到主機模塊進行進一步分析，以及計算多端口光開關和可調諧光學濾波器所需的優(yōu)化的電氣控制信號。

進行到步驟160，激活控制單元30，產生一個“增加端口選擇”信號。到步驟170時，發(fā)送一個“端口選擇”控制信號S2到多端口光開關12（如“增加端口選擇”），在步驟180時，發(fā)送一個“通道掃描/選擇”控制信號S1到可調諧光學濾波器18。然后監(jiān)測程序返回到步驟110。

圖1中的光通道監(jiān)測系統(tǒng)10擁有提升OCM 14精度的能力，方法是先利用“暗”輸入確定系統(tǒng)的背景電子偏移和噪聲水平，這樣就可以生成一個基線噪聲測量，然后從測量的光信號中去除這些基線噪聲成分，為進一步的光信號的測量特性得到一個校正因子。也就是說，對任何輸入多端口光開關12的輸入端口26的通道進行監(jiān)測之前，控制單元30發(fā)送一個“關閉”控制信號S2給多端口光開關12。多端口光開關12響應該信號，關閉所有輸入端口26到輸出端口28的耦合。結果，使得沒有光信號輸入到OCM14中?？刂茊卧?0也可能會讓關掉可調諧光學濾波器18，那么就繞過了OCM 14的光學濾波特性。在這種情況下，OCM 14中的信號處理模塊22會估算出一個“無光”基線噪聲值。此后，可以從測量出的光信號值中去除該系統(tǒng)的基線噪聲值，以提高光信號的測量精度，特別是對低功率的光信號尤其是這樣。

測量基線噪聲的能力，無需引入一個前端的直流水平，確保了更好的低功率性能。另外，這種“暗”測量方法，允許監(jiān)測系統(tǒng)10在任何時間點進行自校準（取決于環(huán)境條件的改變、組件的老化等）。也就是說，控制單元30可以將“無光”控制信號發(fā)送到多端口光開關12和可調諧光學濾波器18上，定期對基線噪聲測量進行更新測量，為在監(jiān)控過程中保持準確的結果提供了有效的方法。

如圖3，在這個例子中，結合低增益情況（通道功率在-20至-40dBm范圍，ASE光源的功率水平在-40至-70dBm）說明了怎么利用噪聲修正來改善性能。圖3(a)是通道功率的測量誤差示意圖，誤差值在典型的規(guī)格值范圍±0.6dB內。沒有校正過的功率誤差數據（圖中黑色點）和校正過的功率誤差的點（淺色的點）顯示在圖3(a)中。沒有校正過的和校正過的功率誤差值都在行業(yè)極限內，很明顯，隨著功率的降低，沒有校正過的點呈現向兩邊散開狀，但是校正過的功率誤差值基本還是保持在0值附近。

沒有校正過的和校正過的功率測量的差異，在圖3(b)中兩個的總功率點圖更清楚地顯示出來。在沒有任何校正的情況下，很明顯，沒有校正過的功率測量數據誤差呈現非?？斓脑龃?，特別是在總功率降到-30dBm以下。

圖4(a)和圖4(b)和圖3(a)和圖3(b)相似，但這里是指在高增益的情況下（通道功率在-30至-50dBm范圍，同樣的ASE光源功率）。在高增益的情況下，通過噪聲校正的測量值獲得的改善更加明顯。

圖5是本發(fā)明的另外一種實施例方式，在這里，包含了參考波長光源40，它可以被用來檢查OCM 14進行測量操作的準確性。特別是，參考波長光源40給OCM 14提供了一個輸入參考，可用于進行實時的自校準，從而彌補OCM 14中組件（第一模塊16）的光學元件和電學元件引起的變化，這些變化往往由于組件運行環(huán)境的變化和/或老化導致。

有利的是，本發(fā)明中，在OCM14的輸入端包含多端口光開關12，為參考波長光源40耦合到系統(tǒng)中提供了一個簡單的接入點。在多端口光開關12上把一個專用的輸入端口（在這里顯示為端口N）作為參考波長信號的輸入端口，該設計簡化了通常測量常規(guī)的輸入信號和一個獨立的參考波長所需的光學元件。如上面所提到的，利用單處理器組件控制OCM 14的操作和多端口光開關12的操作，使得能夠不斷地監(jiān)測這兩個組件的操作和調整/重新校準其操作參數（例如，功率優(yōu)化）。例如，通過比較多端口光開關給定的輸入端口的光功率和之前同個端口功率（之前的功率測量結果被存儲在處理器組件中的存儲器內），來重新校準多端口光開關12。如果測量到當前的光功率非常弱（太低），控制單元30會發(fā)出“重新校準”的控制信號到多端口光開關，啟動一個在多端口光開關12內的光學調整，以調節(jié)給定的輸入端口到輸出端口之間的信號路徑，直到獲得最大的光耦合效率。可在可調諧光學濾波器18的輸入端和輸出端上使用相似的功率測量過程（方法），使其耦合效率最高。

盡管結合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內，在形式上和細節(jié)上對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。