Способ выравнивания мощности в системе плотного уплотнения каналов связи с разделением по длине волны

Способ выравнивания мощности в системе плотного уплотнения каналов связи с разделением по длине волны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение имеет отношение к оптическому способу выравнивания мощности для каждого канала в системе плотного уплотнения каналов связи с разделением по длине волны (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM), в частности к способу, улучшающему выравнивание спектра мощности канала передачи системы DWDM.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Наряду с быстрым развитием цифровых средств связи современные телекоммуникационные системы предъявляют к сетям жесткие требования более высокой пропускной способности. В сфере оптических средств связи пропускная способность волоконно-оптических кабелей огромна. В традиционных сетях вне зависимости от того, применяют ли для увеличения пропускной способности пространственное уплотнение сигналов (space-division multiplex, SDM) или временное уплотнение сигналов (time-division multiplex, TDM), передают оптические сигналы только на одной длине волны. По сравнению с передачей на одной длине волны полоса пропускания волоконно-оптического кабеля практически не ограничена. С целью использования гигантских ресурсов полосы пропускания волоконно-оптического кабеля и увеличения пропускной способности передачи по волоконно-оптическим кабелям разработана технология нового поколения волоконно-оптических кабелей, взявшая за основу технологию плотного уплотнения каналов связи с разделением по длине волны (DWDM).

Используя такие характеристики одномодового волоконно-оптического кабеля, как широкая полоса пропускания и малые потери технология DWDM, в качестве несущих использует большое количество световых волн различной длины и позволяет световым сигналам различных длин волн одновременно распространяться по волоконно-оптическому кабелю. Условно, технология, называемая уплотнение каналов связи с разделением по длине волны (Wavelength Division Multiplexing, WDM), поддерживает более высокий разнос (большее расстояние между несущими) оптических каналов в различных окнах прозрачности волоконно-оптического кабеля, а технология, называемая плотным уплотнением каналов связи с разделением по длине волны (DWDM), в одном окне прозрачности поддерживает меньший разнос (меньшее расстояние между несущими) каналов. В настоящее время расстояние между волнами может составлять нанометр или даже несколько десятых нанометра. По сравнению с традиционной одноканальной системой технология DWDM не только существенно увеличивает пропускную способность сети и полностью использует полосу пропускания волоконно-оптического кабеля, но и имеет такие преимущества, как простоту расширения пропускной способности, обеспечение надежности и др. И что особенно важно, технология DWDM обладает возможностью непосредственного доступа к множеству сервисов, и поэтому за ней большое будущее.

Появление волоконно-оптических усилителей легированных эрбием (Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA) привело к быстрому развитию технологии уплотнения каналов связи с разделением по длине волны. Используя эту технологию, для увеличения пропускной способности необходимо только увеличивать число мультиплексируемых длин волн. Тем не менее необходим усилитель с широким и равномерным спектром усиления для увеличения количества мультиплексируемых длин волн, однако спектр усиления в усилителе EDFA на настолько равномерен, как ожидалось. В настоящее время увеличение числа мультиплексируемых длин волн в основном ограничено полосой усиления используемого в системе усилителя EDFA. В диапазоне волн 1545˜1560 нм спектр усиления в усилителе EDFA более равномерен, поэтому в общем нет необходимости устанавливать выравнивающий усиление фильтр (Gain Flattened Filter, GFF). Однако для более широкого диапазона волн (такого как диапазон волн 1530˜1560 нм), из-за характеристики спектра усиления в усилителе EDFA, возникает необходимость в выравнивании усиления с помощью фильтра GFF. Для осуществления функций фильтра необходимо, чтобы потери, вносимые фильтром GFF, были различными для различных длин волн. Если кривая спектра потерь в фильтре GFF совпадает с кривой спектра усиления в усилителе EDFA, то можно достичь более широкого и равномерного спектра усиления. Хотя конечно, такое выравнивание приводит к потерям мощности.

На Фиг.1 представлена известная в настоящее время система DWDM, включающая оптический мультиплексор (optical multiplexer) 101, оптический бустерный усилитель (optical booster amplifier) 102, передающий волоконно-оптический кабель (transmission fiber) 103, блок оптического линейного усилителя (optical line amplifier unit) 104, передающий волоконно-оптический кабель 105, блок оптического предварительного усилителя (optical preamplifier unit) 106 и оптический демультиплексор (optical demultiplexer) 107. Причем блок оптического предварительного усилителя 106 и блок оптического линейного усилителя 104 по существу одинаковы и включают оптический предварительный усилитель (optical preamplifier, PA) 108, компенсатор дисперсии (dispersion-compensating module, DCM) 109 и оптический бустерный усилитель (optical booster amplifier, BA) 110. Оптический мультиплексор 101 объединяет многоканальные сигналы, которые затем проходят через оптический бустерный усилитель 102 и поступают в передающий волоконно-оптический кабель 103. Пройдя по волоконно-оптическому кабелю некоторое расстояние, сигнал поступает в блок линейного оптического усилителя 104, предназначенного для компенсации мощности и дисперсии. В целом, блок оптического линейного усилителя состоит из предварительного усилителя РА 108, компенсатора дисперсии DCM 109 и бустерного усилителя BA 110, причем компенсатор дисперсии DCM 109, как правило, представляет собой компенсирующий дисперсию оптико-волоконный кабель и является не обязательным. После того как мощность сигнала усилена и скомпенсирована дисперсия, сигнал поступает на передающий волоконно-оптический кабель 105. Пройдя несколько каскадов подобных линий связи, сигнал поступает в блок оптического предварительного усилителя 106 для усиления мощности и компенсации дисперсии.

Данная технология имеет следующие недостатки: при проектировании фильтра GFF усилителя EDFA, используемого в системе DWDM, учитывают только неравномерность спектра поглощения самим усилителем EDFA, но не учитывают спектр потерь на передающих или компенсирующих дисперсию волоконно-оптических кабелях, используемых в системах со скоростью передачи выше 10 Гб/с. Если спектр потерь в этих волоконно-оптических кабелях имеет большее отличие при различных длинах волн, разница будет аккумулироваться с увеличением длины и станет влиять на выравнивание мощности в системе. Основная причина заключается в том, что разница в оптической мощности каждого канала, на который влияет волоконно-оптический кабель, будет увеличиваться с ростом длины волоконно-оптического кабеля. Без учета этого явления, выравнивание оптической мощности каждого канала будет ухудшаться с увеличением пройденных каналов связей. В качестве примера для измерения возьмем листовое волокно компании Corning Co., получим следующие результаты. На Фиг.2 представлен график спектра потерь, измеренных на 25-километровом одномодовом волоконно-оптическом кабеле. На Фиг.3 представлен график спектра потерь, измеренных на одномодовом волоконно-оптическом компенсирующем дисперсию кабеле длиной 60 км. Как видно из Фиг.2, максимальная разница мощностей каналов, внесенная 25-километровым одномодовым волоконно-оптическим кабелем, превышает 0,3 дБ. Предположим, система с одномодовым волоконно-оптическим кабелем длиной 640 км имеет 8×22 дБ каскадов; для 32 каналов максимальная разница потерь, вносимых 640-километровым одномодовым волоконно-оптическим кабелем, будет составлять 7,68 дБ. На Фиг.3 показано, что для 32 каналов разница потерь, вносимых компенсирующим дисперсию волоконно-оптическим кабелем, используемым для компенсации 60-километрового одномодового волоконно-оптического кабеля G.652, приблизительно равна 1 дБ. Аналогично, для 32 каналов в системе 8×22 дБ разность потерь, внесенных волоконно-оптическим компенсирующим дисперсию кабелем, используемым для компенсации 640-километрового одномодового волоконно-оптического кабеля, достигнет 10 дБ.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предлагает способ, позволяющий эффективно улучшить выравнивание оптической мощности в системе DWDM, предназначенный для гарантированного выравнивания оптической мощности каждого канала.

Способ выравнивания мощности в системе DWDM включает следующие шаги:

а) измерение и расчет характеристической кривой спектра усиления блока оптического усилителя и характеристической кривой спектра потерь устройства, вызывающего потери на соответствующих длинах волн, в системе DWDM.

б) вычитание характеристической кривой спектра потерь из характеристической кривой спектра усиления для получения разностной кривой; затем дополнение разностной кривой для получения дополняющей кривой; использование дополняющей кривой в качестве заданной характеристической кривой потерь для фильтра GFF;

с) установка фильтра GFF, имеющего характеристическую кривую потерь, совпадающую с заданной характеристической кривой потерь в блоке оптического усилителя.

Способ также включает предварительное разделение всей системы DWDM на более чем один независимый блок, включающий, по крайней мере, блок оптического усилителя; затем, соответственно, расчет заданных характеристических кривых потерь фильтра GFF отдельно для каждого независимого блока.

В качестве блока усилителя оптической мощности можно использовать усилитель EDFA; в качестве устройства, вызывающего потери на соответствующих длинах волн, может выступать передающий волоконно-оптический кабель или компенсатор дисперсии, а также их сочетание; компенсатор дисперсии состоит из компенсирующих дисперсию волоконно-оптических кабелей.

Настоящее изобретение рассматривает параметры спектра усиления и спектра потерь комплексно. Изобретение не только рассматривает неоднородность спектра усиления в оптических усилителях, но также и неоднородность спектра потерь в передающих волоконно-оптических кабелях и компенсаторах дисперсии. Изобретение определяет характеристическую кривую потерь для фильтра GFF как дополнение объединенных характеристических кривых усиления и спектра потерь. Изобретение разбивает всю систему DWDM на несколько независимых блоков и, соответственно, определяет характеристические кривые потерь для фильтров GFF в каждом блоке. Таким образом, эффективно гарантируется выравнивание оптической мощности каждого канала в каждом блоке, что также гарантирует однородность передающих каналов связи во всей системе, при этом существенно улучшается качество выравнивания оптической мощности канала всей системы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг.1 представлена общая блок-схема системы DWDM.

На Фиг.2 представлен экспериментальный график спектра потерь в одномодовом волоконно-оптическом кабеле G.652 длиной 25 км.

На Фиг.3 представлен экспериментальный график спектра потерь (в качестве примера взято листовое волокно) в компенсирующем дисперсию волоконно-оптическом кабеле, используемом для компенсации дисперсии в волоконно-оптическом кабеле G.652 длиной 60 км.

На Фиг.4 представлен выходной график оптической мощности предварительного усилителя РА и бустерного усилителя ВА.

На Фиг.5 представлена блок-схема воплощения системы DWDM, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг.6 представлен график спектра потерь, вносимых волоконно-оптическим кабелем G.652 длиной 130 км.

На Фиг.7 представлен график спектра потерь, вносимых волоконно-оптическим кабелем, компенсирующим дисперсию, используемым для компенсации дисперсии в одномодовом волоконно-оптическом кабеле длиной 80 км.

На Фиг.8 представлен график спектра потерь, вносимых фильтром GFF, сконструированным в двух вариантах: с учетом влиянием и без учета влияния волоконно-оптического кабеля.

На Фиг.9 представлены сравнительные графики характеристик выравнивания мощности для каждого канала системы, когда фильтр GFF сконструирован в двух вариантах: под влиянием и без влияния волоконно-оптического кабеля.

На Фиг.10 представлена блок-схема еще одного воплощения системы DWDM, выполненной в соответствии с настоящим изобретением.

КОНКРЕТНЫЕ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее будет представлено более подробное описание настоящего изобретения, выполненное со ссылками на сопровождающие рисунки, на которых приведены предпочтительные воплощения настоящего изобретения. Настоящее изобретение, однако, может быть воплощено во многих других формах, и варианты, приведенные далее, не надо рассматривать как ограничение; эти воплощения представлены для того, чтобы данное описание было всесторонним и завершенным и полностью раскрывало для специалистов формулу изобретения. В данном описании одинаковые номера ссылок соответствуют одинаковым элементам.

На Фиг.5 представлено воплощение настоящего изобретения, которое является системой DWDM без линейного усилителя, в которой связь осуществляют с помощью волоконно-оптического кабеля G.625 длиной 130 км. Система включает оптический мультиплексор 101, компенсатор дисперсии 501, предназначенный для компенсации дисперсии в одномодовом волоконно-оптическом кабеле длиной 20 км, бустерный усилитель оптической мощности (ВА) 502, передающий волоконно-оптический кабель 503, блок оптического предварительного усилителя 504 и оптический демультиплексор 107. Причем блок оптического предварительного усилителя включает: оптический предварительный усилитель (РА) 505, компенсатор дисперсии (DCM) 506, используемый для компенсации дисперсии в одномодовом волоконно-оптическом кабеле длиной 80 км и бустерный усилитель оптической мощности (ВА) 507. Поскольку нет линейного усилителя, для определения параметров потерь каждой части фильтра GFF система может быть разделена на две части: передающий узел 508 и приемный узел 509.

В системе со скоростью 10 Гб/с и выше, с целью внесения некоторой дисперсионной поправки, устанавливают компенсирующий дисперсию волоконно-оптический кабель для компенсации дисперсии в одномодовом волоконно-оптическом кабеле длиной 100 км. В данном воплощении компенсатор дисперсии 501, предназначенный для компенсации дисперсии в одномодовом волоконно-оптическом кабеле длиной 20 км, установлен на передающем узле 508, а компенсатор дисперсии 506, предназначенный для компенсации дисперсии в одномодовом волоконно-оптическом кабеле длиной 80 км, установлен на приемном узле 509.

На передающем узле 508, после объединения многоканальных сигналов в оптическом мультиплексоре, сигнал проходит через компенсатор дисперсии 501, предназначенный для компенсации дисперсии в одномодовом волоконно-оптическом кабеле длиной 20 км, и поступает на бустерный усилитель оптической мощности 502. В данном воплощении, поскольку длина компенсирующего дисперсию волоконно-оптического кабеля, предназначенного для компенсации дисперсии в одномодовом волоконно-оптическом кабеле длиной 20 км, меньше, спектром потерь на нем можно пренебречь. Фильтр GFF, установленный в бустерном усилителе ВА 502, может учитывать только степень своей однородности, влияние передающего кабеля, расположенного после выходного усилителя ВА 502, будет рассмотрено позже. Таким образом, характеристика потерь в фильтре GFF приемного узла 509 может быть определена комплексно, с учетом следующих факторов: конечное состояние выравнивания предшествующего бустерного усилителя ВА 502, передающего волоконно-оптического кабеля длиной 130 км 503, невыровненного предварительного усилителя РА 505, компенсатора дисперсии 506, предназначенного для компенсации дисперсии в одномодовом волоконно-оптическом кабеле длиной 80 км, и невыровненного последующего бустерного усилителя ВА 507 и т.д. В настоящем изобретении вначале рассчитывают и определяют следующие параметры: спектр потерь на передающем волоконно-оптическом кабеле длиной 130 км 503, спектр потерь на невыровненном предварительном усилителе РА 505, потери, вносимые компенсатором дисперсии 506, предназначенным для компенсации одномодового волоконно-оптического кабеля длиной 80 км, спектр потерь на не выровненном выходном усилителе ВА 507 и т.д.

Путем расчетов и измерений можно получить следующие кривые. На Фиг.6 представлен график спектра потерь на передающем волоконно-оптическом кабеле G.652 длиной 130 км 503 в диапазоне волн 1530˜1560 нм, неоднородность приблизительно равна 0,8 дБ. На Фиг.7 представлен график разницы потерь каналов, вносимых компенсатором дисперсии 506, предназначенным для компенсации дисперсии в волоконно-оптическом кабеле длиной 80 км, неоднородность приблизительно равна 0,32 дБ. На Фиг.4 представлена выходная мощность невыровненного предварительного усилителя РА 505, невыровненного бустерного усилителя ВА 507 и выровненного бустерного усилителя ВА 502. На Фиг.4 кривая 401 представляет однородность выходной оптической мощности предварительного усилителя РА 505, кривая 402 представляет однородность выходной оптической мощности невыровненного бустерного усилителя 507, а кривая 403 представляет однородность выходной оптической мощности выровненного бустерного усилителя 502. Затем рассчитывают все параметры на приемном узле 509, а именно - потери, вносимые передающим волоконно-оптическим кабелем 503, выходную оптическую мощность предварительного усилителя РА 505, выходную оптическую мощность бустерного усилителя ВА 507 и потери, вносимые компенсатором дисперсии DCM 506, используемым для компенсации дисперсии в волоконно-оптическом кабеле длиной 80 км. Из характеристической кривой спектра усиления в предварительном усилителе РА 505 и бустерном усилителе ВА 507 вычитают характеристическую кривую спектра потери на передающем волоконно-оптическом кабеле 503 и в компенсаторе дисперсии DCM 506, т.е. выходная оптическая мощность всего приемного узла до выравнивания = выходная оптическая мощность предварительного усилителя РА 505 до выравнивания + выходная оптическая мощность выходного усилителя 507 до выравнивания - потери, вносимые передающим волоконно-оптическим кабелем G.652 длиной 130 км 503, - потери, вносимые компенсатором дисперсии DCM 506, предназначенным для компенсации дисперсии в волоконно-оптическом кабеле длиной 80 км. Рассчитанный набор значений мощности на каждой длине волны является характеристической кривой спектра усиления выходной оптической мощности всего приемного узла до выравнивания.

В это время, как показано на Фиг.8, дополняющую кривую объединенной характеристической кривой усиления спектра берут в качестве кривой спектра потери фильтра GFF приемного узла. На Фиг.8 кривая 801 - это кривая спектра потери фильтра GFF без учета спектра потери на передающем и компенсирующем дисперсию волоконно-оптических кабелях; кривая 802 - это кривая спектра потери фильтра GFF с учетом влияния волоконно-оптических кабелей. Сравнивая эти две кривые, можно видеть, что большее различие наблюдается на коротких волнах. Рассчитанную кривую спектра потерь фильтра GFF используют как заданную характеристическую кривую потерь. Фильтр GFF, имеющий характеристику, совпадающую с заданной характеристической кривой потерь, изготавливают и устанавливают в бустерный усилитель ВА 507, т.е. усилитель EDFA согласно данному варианту воплощения настоящего изобретения. После установки вышеупомянутого фильтра GFF рассчитывают выходные кривые оптической мощности каждого канала, представленные на Фиг.9. На Фиг.9 кривые 902 и 901 соответственно сопоставляют характеристики выравнивания мощности каждого канала до и после внесения оптимизированного фильтра GFF. Очевидно, что учет спектра потери на волоконно-оптических линиях связи и оптимизация характеристической кривой потери фильтра GFF в большей степени улучшает свойства выравнивания оптической мощности канала.

В упомянутом выше воплощении не учитывались повторители. На Фиг.10 показана блок-схема системы DWDM с повторителями. В упрощенном виде система сформирована путем добавления к предыдущему воплощению линейного усилителя 1001 и соответствующего передающего волоконно-оптического кабеля 1002. Линейный усилитель 1001 состоит из предварительного усилителя РА 1003, компенсатора дисперсии DCM 1004 и бустерного усилителя ВА 1005. Другие части системы могут быть подразделены, как и в предыдущем воплощении, на передающий узел 1007 и приемный узел 1008, метод расчета для этих двух блоков такой же, как и описанный выше.

Для повторителя 1006 вначале рассчитывают и определяют следующие параметры: спектр потерь в передающем волоконно-оптическом кабеле 1002, спектр усиления в невыровненном предварительном усилителе РА 1003, потери, вносимые компенсатором дисперсии DCM 1004 для компенсации дисперсии одномодового волоконно-оптического кабеля, спектр усиления в невыровненном выходном усилителе ВА 1005. Затем характеристические кривые спектра потерь в передающем волоконно-оптическом кабеле 1002 и в компенсаторе дисперсии DCM 1004 вычитают из характеристических кривых спектра усиления предварительного усилителя РА 1003 и бустерного усилителя ВА 1005, т.е. выходная оптическая мощность всего повторителя = выходная оптическая мощность предварительного усилителя РА 1003 до выравнивания + выходная оптическая мощность бустерного усилителя ВА 1005 до выравнивания - потери, вносимые передающим волоконно-оптическим кабелем 1002, - потери, вносимые компенсатором дисперсии DCM 1004. Рассчитанный набор значений мощности на каждой длине волны является характеристической кривой спектра усиления выходной оптической мощности всего повторителя до выравнивания. Дополняющую кривую объединенной характеристической кривой спектра усиления используют как заданную кривую спектра потерь фильтра GFF повторителя 1006. Изготавливают фильтр GFF, совпадающий по характеристике с заданной кривой спектра потерь, затем этот фильтр устанавливают в бустерный усилитель ВА 1005 и осуществляют балансировку усиления в повторителе. Совмещая с корректирующей балансировкой усиления передающего узла 1007 и приемного узла 1008 из предыдущего воплощения, можно выполнить балансировку спектра усиления всей системы DWDM. Аналогично может быть сбалансирована система с несколькими повторителями.

Все описанные выше воплощения являются всего лишь предпочтительными воплощениями настоящего изобретения, и они не ограничивают объем правовой охраны по данному изобретению.

1. Способ выравнивания мощности в системе плотного уплотнения каналов связи с разделением по длине волны (DWDM), характеризующийся тем, что содержит следующие шаги: разделение всей системы DWDM на более чем один независимый блок, имеющий, по крайней мере, блок оптического усилителя, измерение и расчет характеристической кривой спектра усиления блока оптического усилителя и характеристической кривой спектра потерь устройства, вызывающего потери на соответствующих длинах волн, в каждом отдельном независимом блоке, вычитание характеристической кривой спектра потерь из характеристической кривой спектра усиления и затем использование дополняющей кривой, полученной с помощью разностной кривой, в качестве заданной характеристической кривой потерь для выравнивающего усиление фильтра (GFF) в каждом отдельном независимом блоке, установку фильтра GFF, имеющего характеристическую кривую потерь, совпадающую с заданной характеристической кривой потерь, в блок оптического усилителя соответствующего независимого блока.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве блока оптического усилителя используют волоконно-оптический усилитель, легированный эрбием.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, характеризующийся тем, что в качестве устройства, вызывающего потери на соответствующих длинах волн, выступает передающий волоконно-оптический кабель, или компенсатор дисперсии, или их сочетание.

4. Способ по п.3, характеризующий тем, что в качестве компенсатора дисперсии выступают компенсирующие дисперсию волоконно-оптические кабели.