改善基于音调的光通道监测对受激喇曼散射的容忍度的装置和方法

摘要

针对波分复用(WDM)通信，提供了用于执行基于音调的光通道监测的装置和方法，其对于受激喇曼散射(SRS)较不敏感。在基于音调的光通道监测(其中WDM通道利用一个或多个音调进行调制)中，通常将对音调功率的检测和测量用作每个通道的信号功率的测量。然而，在具有长光纤跨度和高信号功率的WDM系统中，SRS倾向于将能量从较短波长向较长波长转移，由此音调不再能够准确指示个体波长通道的信号功率。提供了装置和方法，其可以通过将监测的WDM信号过滤到子波段中并独立检测每个子波段来减小SRS的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及光通信领域，并且更具体地，涉及与基于音调(tone)的光通道监测有关的装置和方法。

背景技术

对于波分复用(WDM)通信系统中基于音调的通道监测，利用特定于波长的一个或多个音调来调制每个波长。授予Wan等人的美国专利号NO.7,054,556描述了一种机制，其中利用两个或更多交替颤音来调制光WDM系统中的每个通道，使得在任何时刻，每个通道利用至少一个颤音进行调制。如其中所描述的，通过检测颤音而实施的通道监测利用了快速傅里叶变换(FFT)过程，该过程可以对在WDM通道上编码的颤音进行解码和测量。

在实施这种非侵入式实时通道监测时，使用音调解码子系统(也称为波长跟踪器)。在波长跟踪器中，通常使用光电二极管将光WDM信号转换成电信号。经转换的电信号中的音调及其相应的水平提供了与WDM信号中存在哪些波长通道以及存在的通道的光功率水平有关的信息。这一信息对于WDM系统进行通道监测和功率管理而言是至关重要的。例如，可以例如经由光放大级中的增益均衡来放大(衰减)其功率水平被监测到低于(高于)期望水平的波长通道，以便实现所有通道的良好传输性能。

为了监测WDM系统中的波长通道功率，常规波长跟踪器检测器的操作以向不同WDM通道指派的不同频率音调的功率进行的同时测量为基础。然而，在光纤传输期间的受激喇曼散射(SRS)具有从较短波长通道向较长波长通道转移能量的效果，尤其在这些通道的功率较高和/或传输距离较长时更是如此。这种能量转移也称为SRS诱发的通道串扰，其会引起本来向给定波长通道指派的频率音调的可观的部分转移给了其他WDM通道。这会使常规波长跟踪器在报告每个通道的功率水平时不够准确，并且随后引起功率倾斜和光信噪比(OSNR)的降级，从而负面影响了系统性能。在有些情况下，该不准确性可能大到波长跟踪器将会错误地报告波长通道的存在或不存在这种程度。

由此，期望改善基于音调的波长跟踪对SRS的容忍度，使得即使在具有较高信号功率和系统范围的情况下，也可以实现准确的光通道监测。

针对上述问题不存在已知的解决方案。用来补救这一问题的可能方式在于：估计每个光纤跨度中的WDM通道间的音调转移，以及校准针对每个频率音调测量的功率，以便反映向其指派音调频率的波长通道的实际功率。然而，这一方式需要与在每个光纤跨度中传输的通道有关的知识，诸如，通道的输入功率和位置，目前在每个通道中携带的音调分量，以及光纤非线性和损耗系数。继而需要计算光纤跨度中的音调转移，这需要高强度计算。

而且，需要记录因SRS而施加在给定通道上的频率音调的功率，并且需要利用该通道传递这一信息，以用于在下一波长跟踪器处的进一步计算。这在使用可重配置的光分插复用器(ROADM)的透明WDM系统(其中，波长通道可以按需进行添加、丢弃(drop)或重路由)中是不能实现的。

发明内容

本发明涉及在存在SRS诱发的串扰的情况下、显著提高基于音调的光通道监测的准确性的装置和方法。基于这样的理解，即，SRS诱发的串扰的大部分发生在远离的通道之间，本发明的示例性实施方式使用WDM滤波器来将WDM通道分成至少两个组，例如，短波长组和长波长组，并针对每个通道组单独测量音调功率。由于每个通道组中的波长范围显著减小，以及最坏情况下SRS诱发的串扰近似与波长范围的平方成比例，所以极大地改善了波长跟踪器对SRS诱发的串扰的容忍度。

本发明由此提供了成本有效的波长跟踪器技术，其可以用于具有扩展范围和增大的信号功率的WDM系统。

在下文中将更详细地描述本发明的前述和其他特征和方面。

附图说明

图1是示例性波长跟踪器系统的框图，其中抽头的光WDM信号的所有通道使用单个光电二极管进行电转换。

图2A是波长跟踪器系统的示例性实施方式的框图，其中抽头的光WDM信号被过滤至红波段和蓝波段中，每个波段由相应的光电二极管进行电转换；以及，图2B示出了用于在图2A的示例性系统中使用的红/蓝滤波器设备的透射率特征。

图3是波长跟踪器系统的另一示例性实施方式的框图，其中抽头的光WDM信号被过滤至四个波段中，其中每个波段由相应的光电二极管进行电转换。

图4是波长跟踪器系统的又一示例性实施方式的框图，其中抽头的光WDM信号被过滤至多个波段，其中每个波段由分时的光电二极管进行电转换。

具体实施方式

图1是示例性波长跟踪器系统100的框图。该系统包括光抽头101，其抽取被监测的光通路10上的光WDM信号的小部分(例如，功率上≤10％)。光抽头的信号由光检测器102(诸如，光电二极管、PIN检测器等)转换成电信号。在示例性实施方式中，可以针对这一目的使用相对低速(～1MHz)的光电二极管。

电信号被提供至音调检测器120。在音调检测器120中，该电信号被提供至可变增益放大器(VGA)121，其增益由数字信号处理(DSP)单元110来控制，这将在下文中更详细描述。VGA 121的输出耦合至低通滤波器(LPF)122和高通滤波器(HPF)123。HPF123的输出耦合至放大器125，该放大器125的输出耦合至高速模数转换器(ADC)127。LPF 122的输出耦合至低速ADC 128。ADC 127和128的输出由DSP单元110进行监测。

LPF 122和低速ADC 128向DSP单元110提供WDM信号的DC水平的表征，而HPF 123、放大器125和高速ADC 127提供位于可能已经施加在WDM信号的通道上的任何颤音的频带内的任何信号的表征。DC水平可以用于估计WDM信号的平均总功率。在示例性实施方式中，音调可以在从782kHz到814kHz的频带内。因此，HPF 123和高速ADC 127被设计用于传递和转换该频带内的信号。例如，LPF 122和HPF 123的截止频率可以分别约为1kHz和2kHz。

DSP单元110包括处理器111，其耦合至包含快速傅里叶变换(FFT)数据的存储器112。处理器111例如可以用微处理器、数字信号处理器等来实现。

在操作时，处理器111根据ADC 128提供的低频信号来控制放大器121的增益，使得在高速ADC 127和低速ADC 128的输入处的信号功率水平针对ADC的动态范围进行优化。处理器111以公知方式使用存储器112进行操作，以便对ADC 127和128提供的数字信号执行FFT处理，以检测光通路10上的光WDM信号的任何颤音调制。这确定了相应的颤音，并且因此确定了光WDM通道标识，从而提供关于光通路10中存在哪些通道的指示。另外，DSP单元110可以测量检测的音调水平，从而提供光通路10上的WDM信号中每个通道的相应光信号功率水平的指示。

图2A是根据本发明用于监测WDM信号的波长跟踪器系统200的示例性实施方式的框图。该系统包括光抽头201，其抽取被监测的WDM信号的小部分。在此实施方式中，WDM信号位于波长范围在1,529nm到1,562nm的C波段，当然，本发明不限于任何特定波段，并且还可以在具有不止一个波段的应用中使用。

红-蓝WDM滤波器220将抽头的信号分成两组，即，范围在1,529nm到1,543nm的蓝波段组，和范围在1,547nm到1,562nm的红波段组。这两个组继而同时由相应的检测器221和222(其后分别跟随音调检测器223和224)检测，与上述类似。

基于音调检测器223和224的输出，数字信号处理(DSP)单元210计算存在于蓝波段组中的每个WDM通道的功率和存在于红波段组中的每个WDM通道的功率。

通过将WDM通道分成红波段组和蓝波段组以及单独检测这两个组，预期波长跟踪器200相较于上述波长跟踪器100能在针对受激喇曼散射(SRS)的容忍度方面带来约6dB的改进。在针对SRS的容忍度方面的6dB改进意味着：针对相同的监测准确度可以允许四倍大的信号功率或四倍长的传输距离。

红/蓝WDM滤波器220可以使用各种常规的现成光滤波设备实现，诸如，例如这样的设备，其具有接收WDM信号的一个输入端口和两个输出端口，即，输出具有在1,529nm和1,543nm之间1-dB通带的所谓“蓝”波段的“蓝”输出，和输出具有在1,547nm和1,562nm之间1-dB通带的所谓“红”波段的“红”输出。这种设备的透射率特征在图2B中示出，其中250表示蓝输出的透射率，而260表示红输出的透射率。蓝输出的1-dB通带255被定义为这样的区域，其中透射率250位于距峰值透射率1-dB的范围内，以及类似地，红输出的1-dB通带265被定义为这样的区域，其中透射率260位于距峰值透射率1-dB的范围内。这在红波段和蓝波段之间留下了“中间”波段275，即，由红输出端口和蓝输出端口以不同程度进行部分衰减和传递的1,543-1,547nm。该中间波段275也可以携带WDM通道，并且也期望监测这些通道的功率。在常见的红/蓝WDM滤波器中，红通带的透射率和蓝通带的透射率是互补的(归因于能量守恒)。由此，位于1,543nm-1,547nm中的中间波段中的WDM通道的通道功率可以通过将从与该WDM通道对应的音调频率的红波段输出和蓝波段输出测量的功率相加而得到。此相加可以由DSP单元210执行。

图3是波长跟踪器系统300的另一示例实施方式的框图，其中红波段和蓝波段进一步由相应的WDM滤波器321和322分成四个波长子波段。滤波器321和322优选的是波长非跳跃(non-skipping)的滤波器。

在示例性实施方式中，四个波长子波段的范围在1,529nm到1,536nm、1,536nm到1,543nm、1,547nm到1,554.5nm和1,554.5nm到1,562nm。这四个波长组继而同时由相应的PIN检测器323-326(其后分别跟随音调检测电路327-330)检测，与上述类似。

注意，在此实施方式中，WDM滤波器321和322可以利用常规的现成光滤波设备实现，以避免在红波段和蓝波段的每一个中的子波段之间提供间隙。这要归因于子波段的较窄带宽。红波段和蓝波段之间的中间波段，即，1,543nm-1,547nm可以如上所述进行处理。

数字信号处理(DSP)单元310计算每个波长子波段中的每个波长通道的功率，并控制音调检测器327-330的增益，其方式与上述DSP单元210类似。期待的波长跟踪器300相较于上述波长跟踪器100的SRS容忍度改进约为12dB。

在另一示例性实施方式(未示出)中，图3的实施方式的四个波长子波段可以被进一步细分为8个子波段，其继而可以进一步细分为16个子波段，以此类推，以便提供更好的SRS容忍度。

图4是波长跟踪器系统400的又一示例性实施方式的框图，其中没有使用多个PIN检测器和多个音调检测器，而是使用一个PIN检测器422和一个音调检测器423来顺序处理由1×N WDM滤波器420分开的N(≥2)个波长子波段中多个的每一个。1×N光开关421用于在给定时刻将N个波长子波段之一与PIN检测器422相连。这可以在DSP单元410的控制下完成。DSP单元410如上所述进行操作，以确定目前由1×N光开关421选择的波长子波段的通道功率。一旦完成这一操作，DSP单元410可以控制1×N光开关421，以选择另一波长子波段，等等，直到处理了N个波长子波段中的每一个为止。

应当理解，上述实施方式仅示出了若干可能的特定实施方式，其可以代表本发明的应用。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域技术人员可以做出众多变化的其他布置。