用於光網絡的網絡管理系統的製作方法
2023-05-30 03:46:41 1
專利名稱：用於光網絡的網絡管理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於光網絡的網絡管理系統，其中該光網絡包括至少一個用於傳送光信號的具有多個光放大器的光纖線路，並且該網絡管理系統包括一個中央管理單元，用於控制這些光放大器。
背景技術：
從US 6,690,505 B1已知這樣一種網絡管理系統。在如上所述的光網絡中，希望在該光傳輸線的末端具有較高的光信噪比(OSNR)。
這種網絡的光纖線路中的可調光放大器(例如，摻鉺光纖型的放大器，EDFA)通常以恆定輸出功率模式或恆定增益操作(AGC)工作。
在恆定輸出功率模式下，每個放大器的總輸出功率可以設置為相同的目標輸出值。這樣，不可能將該光信號的信號功率維持在恆定水平，因為僅該光信號的總功率保持恆定，而該光信號的總功率中的噪聲比率沿傳輸線增加。因此，使用這種操作模式，噪聲功率會遠大於光傳輸線末端的信號功率，尤其當極少的信道進行傳輸時，導致較差的OSNR。當使用恆定輸出功率模式時，總功率的噪聲比例增加時的信號功率的降低可由專家手動地進行調諧，但由於以後升級(增加新信道)較複雜，因此這不是一種實用方式。
以恆定增益操作(AGC)工作的光傳輸系統將廣泛用於未來，而代替當前產品中所使用的以恆定輸出功率工作的光放大器。利用AGC模式的問題是需要準確知道光放大器之間的跨距損耗(spanloss)(包括由於連接器所引起的損耗)，以便於保持每個信道的光信號功率從跨度到跨度的恆定。由於連接器損耗、光纖老化、修補等問題，跨距損耗的精確測量是昂貴、耗時和困難的。此外，這種測量對於測量誤差(每個功率測量0.5dB的誤差會引起1dB的跨距損耗確定，並且在大多數情況下，這些誤差沿20至40個放大器而疊加)非常敏感。
本發明的目的是提供一種用於上述類型的光網絡的網絡管理系統，其能夠在該光纖線路的輸出末端產生具有良好OSNR的信號。
發明內容
通過上述類型的網絡管理系統實現該目的，其中該管理單元考慮該光信號的噪聲功率和信號功率來周期性地確定每個光放大器的輸出功率，並且隨後將每個光放大器的輸出功率設置為目標輸出功率，以使得至少光纖線路輸出末端處的信號功率被設置為預定值。
為了將光纖線路末端處的信號功率設置為例如0dBm，第一方法是估計管理單元內每個放大器的噪聲功率(根據在每個放大器之前的跨距損耗和光纖跨距數目)。這樣，可以在每個放大器的輸出處計算光信號的光信噪比(OSNR)。根據該OSNR，每個放大器的目標輸出功率可以如下設置將每個光放大器輸出處的信號功率設置為標定(nominal)的預定值。因此，也將光纖線路末端處的信號功率設置為該值。
例如，如果希望在每個光放大器的輸出有0dBm的恆定信號功率，則由於噪聲積累，光放大器的輸出功率必須沿光纖線路增加，尤其是如果使用極少信道(這通常為在安裝WDM系統時的情況)。在這種情況下，對於第一個放大器，輸出功率必須設置為例如0dBm(不存在噪聲)，並且由於噪聲積累，對於光纖線路最後的放大器，輸出功率可以設置為例如10dBm。以下描述用於將光纖線路末端處的信號功率設置為一個預定值的第二方法，其可以與第一方法相結合或獨立使用。
在非常優選的實施例中，管理單元調整以恆定增益操作工作的每個光放大器的增益，用於設置每個光放大器的目標輸出功率。在幾乎整個光網絡的生存期間，光放大器的操作模式應為恆定增益模式。以這種方式，放大器使自身適於信道數目的波動(由於光分插復用，OADM)和光纖故障的情況。在系統生存期間，為了考慮系統變化例如由於光纖老化(或當光纖被切斷和再將其接合時)，需要周期性地重新調整增益設置。
可以切換到恆定輸出功率模式，用於確定安裝時以及每日、每周或每月的增益設置。但是，切換到恆定輸出功率模式對於增益的設置並不是必需的，因為可以簡單地監視輸出功率，並且然後可以將增益重新調整到目標輸出功率。增益應慢慢地(＞10ms)設置，以避免過調量(overshoot)，並且不應該同時調整所有放大器的增益。此外，必須按正確地順序進行調整，即從第一個放大器到最後一個放大器，而不是相反順序。
在優選實施例中，管理單元根據光放大器的輸入功率、光放大器的噪聲圖和光放大器的帶寬，確定每個光放大器的噪聲功率。通過計算前面放大器的輸出功率和要估計噪聲功率的放大器的輸入功率之間的差異，可以估計跨距損耗(包括由於附加部件例如色散補償光纖DCF所引起的損耗)。
在優選實施例中，信號功率的預定值適於每個光放大器的跨距損耗。實際上，對於每個光放大器，可以將信號功率調整為不同水平，主要根據跨距損耗(大跨距損耗需要較多功率，小跨距損耗需要較少功率，見G.Charlet和J.-C.Antona的歐洲專利申請04 292 110.3)。以這種方式，對於每個光放大器，將信號功率維持在優選水平，從而可以避免OSNR的降低。
在非常優選的實施例中，管理單元對每個光放大器的增益添加相同的偏移量，從而將在光纖線路末端處的信號功率設置為預定值。這樣，提供了用於設置信號功率的第二方法，其可以有利地與上述的第一方法相結合。
首先使用例如以上方法將每個放大器的增益設置為某個水平(以補償跨距損耗和DCM損耗)。在光纖線路的末端，如果較好地設置了增益來補償損耗，則信號功率與標定的信號功率相對應。如果信號不在正確水平(因為低估或高估了損耗)，則通過向增益添加一個恆定值，來施加對每個放大器增益的校正。如果在該過程之後，線路末端處的信號功率仍不同於預定值，則管理單元可以根據需要對放大器再多次添加恆定增益，直到到達預定值為止。
在優選實施例中，管理單元控制光信號的發射器，用於調整光信號的每個單獨信道的信號功率。通過控制發射器，可以考慮到EDFA的增益不平坦的事實，從而可以單獨調諧每個信道。
在另一個優選實施例中，光放大器是EDFA，並且管理單元考慮EDFA的ASE水平來設置這些EDFA的增益。為了取得標定的、恆定信道功率，即使當EDFA僅加載一個信道時，也必須校準在每個EDFA中產生的ASE。以這種方式，每個EDFA「知道」其產生的依賴於輸入功率和增益的ASE水平。
在另一個有利的實施例中，管理單元以這樣的方式控制布置在兩個連續的光纖線路之間的光分插復用器，使得丟棄(drop)光信號的未使用信道，以便於使噪聲積累最小化。
本發明還涉及一種實施上述網絡管理系統的伺服器。該伺服器可以用作中央管理單元，該網絡管理系統作為在伺服器上運行的軟體操作。
本發明還涉及一種在伺服器和光網絡的光放大器之間的接口。這種接口用來在伺服器和光網絡的放大器之間交換數據。
從描述和附圖可以得到進一步的優點。根據本發明可以單獨地或以任何組合共同地使用以上和以下所涉及的特徵。不應將上述實施例理解為窮盡枚舉，而是對於本發明的描述具有示例性特徵。
本發明在附圖中示出，其中圖1示出了具有多個光放大器的光網絡的光纖線路和用於控制這些光放大器的中央管理單元，圖2示出了通過光分插復用器(OADM)相互連接的兩條連續的光纖線路，圖3a和圖3b示出了依賴於該OADM的輸出處波長的光信號的輸出功率，該OADM的輸出處的波長丟棄(b)未使用的信道，或不丟棄(a)未使用的信道，圖4a和圖4b示出了對於第一仿真，依賴於光放大器(EDFA)數目的信道的信號功率(a)和OSNR(b)的示圖，圖5a和圖5b示出了對於第二仿真，與圖4所示相同的示圖，以及圖6示出了依賴於輸入功率的光放大器的平均增益，該輸入功率用來產生考慮了放大自發輻射(ASE)的23dB信號增益。
具體實施例方式
圖1示出了具有六個連續布置的摻鉺光纖放大器(EDFA)類型的光放大器2的光纖線路1。光放大器2通過光纖跨距3相互連接。光纖線路1用於從發射器向接收器(未示出)傳送光信號。在光纖線路1的發射器側，布置多路復用器4，其將幾個具有單獨波長λ1、...的波長信道相結合，以形成波分復用(WDM)信號，作為光纖線路1的輸入。
為光網絡提供一種網絡管理系統的中央管理單元5，其通過通信路徑6連接到每個光放大器2。管理單元5可以是運行軟體來控制和調整放大器2的伺服器。
管理單元5以這樣的方式操作，使得達到在光纖線路1的輸出末端7處所希望的信號功率。
在用於實現該目標的第一方法中，由管理單元5根據光放大器2的輸入功率、其噪聲圖(在其各自輸出處的放大器2對於噪聲的貢獻)及其帶寬，估計光信號的噪聲功率，以下詳細解釋該計算。
每個放大器2的總輸出功率是在其輸出處的光信號的信號功率和噪聲功率之和。當在光信號中出現相同信道數目Nch時，輸出功率Pout通過以下公式與噪聲功率相關聯Pout＝Nch×標定信道功率+噪聲功率。
例如，如果利用考慮了38nm帶寬放大器的15dB/0.1nm的OSNR來考慮信號信道，則總噪聲功率比信號功率高10dB。因此，為了具有每信道1mW(0dBm)的輸出功率，如果所估計的噪聲功率是10mW(10dBm)，則放大器的輸出功率必須設置為11mW(10.4dBm)。如果考慮兩個信道，則輸出功率必須設置為12mW(10.8dBm)(即僅比單個信道的情況大0.4dB)。
如果認為噪聲譜是平坦的，則極容易估計噪聲功率。如果考慮一個放大器，則以dB/0.1nm(對數尺度)表達的OSNR是OSNR(dB/0.1nm)＝58+Pin-NF。
(Pin對於一個信道的放大器的輸入功率，NF噪聲圖)恆量58不涉及38nm的帶寬，但用於確定0.1nm帶寬內的OSNR，還考慮光頻率和普朗克(Planck)常量。如果帶寬為38nm寬，即比用於OSNR測量(0.1nm)的參考帶寬寬380倍，則由於先前的OSNR確定，可以容易地確定信號功率比。
如果級聯N個相同的放大器，則由以下公式給出OSNROSNR(dB/0.1nm)＝58+Pin-NF-10log(N)。
為了確定信號功率除以噪聲功率之比，很方便將OSNR以線性尺度來表達，計算如下OSNR線性尺度＝10^(OSNR(dB/0.1nm)/10)，即按照線性尺度，15dB/0.1nm的OSNR對應於31.6的比率。則該比率表達為總信號功率/總噪聲功率＝Nch/(10×1/OSNR線性尺度×帶寬(nm))。
則根據以上比率，輸出功率可以表達為Pout＝Nch×標定信道功率(1+總信號功率/總噪聲功率)。
當已知目標輸出功率時，可以調整放大器3的增益，以便於達到該輸出功率，從而即使總噪聲功率沿圖1中的光纖線路增加，每信道的信號功率也可以保持恆定，光放大器2的第一個的輸出功率設置為具有OSNR＞30dB/0.1nm的0dBm輸出功率，而光放大器2的最後一個設置為具有OSNR僅為15dB/0.1nm的10dBm輸出功率。這樣，沿光纖線路的每個光放大器的輸出處的信號功率相同。
圖2示出了具有與圖1的光纖線路1設計相同的兩個光纖線路1a、1b。第一光纖線路1a通過光分插復用器(OADM)8連接到第二光纖線路1b。OADM 8包括用於分/插信道的一個解多路復用器和一個多路復用器。光信號的總噪聲功率依賴於噪聲的帶寬，並且因此受OADM 8的影響，如由在OADM 8之前、緊隨OADM 8之後以及在第二光纖線路1b的輸出末端處表示依賴于波長的噪聲功率的三個小圖形所示。
第一光纖線路1a的噪聲功率可以通過以下公式計算噪聲功率＝噪聲水平×帶寬(考慮白噪聲)。
當應用OADM時，必須考慮圖2所示的各種帶寬上的各種OSNR的總和，以便於計算噪聲功率，即，用於計算噪聲功率的通用公式是噪聲功率＝∑噪聲水平×帶寬。
因此如果OADM 8丟棄所有不使用的信道以去除儘可能多的噪聲，則在使用可重新配置的OADM(ROADM)的WDM系統(城域或長距離)中是有利的。僅當兩個波長(如圖3b所示)進入ROADM8時，應當激活可重新配置的OADM 8的(80個像素中的)78個像素以丟棄噪聲，否則未使用信道的噪聲被加入信號，如圖3a所示，並且噪聲功率遠大於信號功率。
由於OADM 8的調整，可以使噪聲積累最小化，並且因此與信號功率相比，噪聲功率在光放大器的總輸出功率中的比例最小化。即使放大器的輸出功率由該解決方案來計算，也可以通過使用恆定增益模式(從瞬變之前所見的輸入和輸出功率之比來計算的增益)實現光放大器的快速瞬變抑制。
現在參考圖1，為了改善上述方法的結果，可以執行將在以下描述的第二方法。假設設計光纖線路1，使得具有每信道0dBm，這保證達到所計劃的距離。在安裝時，每個EDFA 2的增益設置為由上述方法所估計的值，該上述方法應該在光纖線路1的最後一個EDFA 2的輸出末端7處確保0dBm/信道。如果產生高估或低估(這是可能的)，則在光纖線路的輸出末端7處的每信道的信號功率將比期望的更高或更低。
在第二方法中，提出管理單元5利用相同的偏移量修正所有EDFA 2的增益，以便於達到信道功率(和OSNR)目標值。
為了說明該方法，在圖4中顯示了仿真的幾種配置。該仿真涉及具有二十個EDFA的傳送系統。所有EDFA以恆定增益操作來工作並且將ASE如以下所解釋進行校準(比較圖6)。光纖線路末端處的目標信道功率是0dBm。在系統安裝時進行仿真，即利用一個1530nm的信道。
圖4a示出了在沿線路的EDFA的輸出處的信道功率變化，而圖4b表示對應的OSNR(以dB/0.1nm)。仿真了幾種配置，在圖4中通過用不同符號的繪圖來表示。
●每個跨距損耗是23dB，且EDFA增益是23dB。在這種情況下，信道功率沿該線路維持在正確值。
■每個跨距損耗是22dB，且EDFA增益是23dB，即高估了每個跨距損耗。在這種情況下，信道功率沿線路增加導致較高非線性效應。在仿真中，EDFA的輸出功率被限制為21dBm，從而在EDFA計數十七個之後，信道功率不再增加。在末端，信道功率是～16dBm而不是0dBm。
□為所有EDFA設置了偏移量。該偏移量是-16/20＝-0.8dB。所有EDFA的增益則為22.2dB。在該情況下，信道功率幾乎達到目標信道功率(-3dBm)和OSNR(僅比理想情況低0.5dB)。
◆每個跨距損耗是24dB且EDFA增益是23dB，即每個跨距損耗被低估。在該情況下，信道功率沿線路降低導致較低OSNR。在線路的末端，信道功率是～-16dBm而不是0dBm。
◇向所有EDFA加入偏移量。該偏移量是16/20＝0.8dB。所有EDFA的增益現在是23.8dB。在該情況下，可以清楚地看到信道功率也幾乎達到目標信道功率。
從以上仿真，顯而易見，當對於每個光纖跨距發生相同錯誤時，向所有光放大器添加一個恆定增益會帶來改善的光信號的OSNR。
由於這是不大可能的情況，所以在圖5中以三條曲線示出了在對於跨距5和14(28dB損耗而不是23dB)低估5dB的情況下的仿真結果●每個跨距損耗是23dB，且EDFA增益是23dB。在這種情況下，信道功率沿該線路維持在正確值。
▲除了跨距5和14的損耗是28dB，每個跨距損耗是23dB，且EDFA增益是23dB。在這種情況下，在線路末端處的信道功率是～-8dBm而不是0dBm。
△為所有EDFA設置偏移量。該偏移量是8/20＝0.4dB。所有EDFA的增益現在是23.4dB。很明顯，在這種情況下，信道功率幾乎達到目標信道功率和OSNR。
總之，對於圖4和圖5所示的仿真，所有具有已校正的增益的配置使得能夠達到期望的信道功率和OSNR或至少非常接近這些值。如果需要更準確的調諧，則可以第二次執行相同的方法，或者可以在發射器側精確地調諧信道功率。由於EDFA的增益不平坦，每個信道將必需單獨調諧，所以優選後者。所有放大器的恆定增益的添加可以結合如上所述的噪聲功率的估計來使用，但也可以獨立於第一方法來使用該方法。
現在參考圖6，為了即使當EDFA僅加載一個信道時也獲取恆定信道功率，需要對每個EDFA中所產生的ASE進行校準，使得每個EDFA「知道」其產生的依賴於輸入功率和目標增益的ASE水平。當輸入功率較低時，EDFA能夠確定其需要達到的平均增益，以便於得到目標信號增益。圖6中顯示了這種校準的示例。可以看出在-15dBm的輸入功率之下，EDFA必須考慮其自身的ASE，以便於能夠在信號上取得希望的增益(這裡為23dB)。
總之，根據上述方法之一或者其組合，通過調整放大器的增益使得達到目標輸出功率，可以將光纖線路輸出末端處的信號功率設置為預定值。
僅在光網絡安裝時一次執行上述增益設置仍然是不夠的，因為由於例如光纖老化或當光纖被切斷且然後再接合時可能引起網絡變化，在系統的生存期間還需要重新調整。因此周期性地例如每天、每周或每月重複增益設置的重新調整。在執行增益設置的修正之前，可以監視輸出功率，或者可選地將放大器切換到恆定輸出功率模式。然後將所測量的輸出功率與目標輸出功率相比較，並且如果需要則隨後進行重新調整。
由於上述網絡管理系統，所以優化了EDFA的信號輸出功率，以使信號功率維持在標定功率。而這在其中輸出功率沿線路維持在恆定值的標準配置中是不可能的，因為在線路末端處信號水平可能會極低，這將引起OSNR的大大劣化。
此外，從不將WDM系統安裝為具有全負荷容量。在生存期的開始和更新期間EDFA功率的調整非常重要(以便於避免使技術專家來手動地進行安裝和更新)。當信道計數增加時(例如在系統更新期間)，如上所述的網絡管理系統允許增加放大器的輸出功率。
權利要求
1.一種用於光網絡的網絡管理系統，其中所述光網絡包括至少一個用於傳送光信號的具有多個光放大器的光纖線路，其中所述網絡管理系統考慮所述光信號的噪聲功率和信號功率來確定每個光放大器的輸出功率，其中所述網絡管理系統包括一個中央管理單元，用於控制以恆定增益操作來工作的所述光放大器，並且其中所述管理單元適於通過調整每個光放大器的增益來周期性地將所述輸出功率設置為目標輸出功率，使得將至少在所述光纖線路的輸出末端處的所述信號功率設置為預定值。
2.根據權利要求1的網絡管理系統，其中所述管理單元根據所述光放大器的輸入功率、所述光放大器的噪聲圖和所述光放大器的帶寬，確定每個光放大器的噪聲功率。
3.根據權利要求1的網絡管理系統，其中所述信號功率的所述預定值適於每個光放大器的跨距損耗。
4.根據權利要求1的網絡管理系統，其中所述管理單元對每個光放大器的所述增益添加相同的偏移量，使得將在所述光纖線路的所述輸出末端處的信號功率設置為預定值。
5.根據權利要求1的網絡管理系統，其中所述管理單元控制所述光信號的發射器，用於調整所述光信號的每個單獨信道的所述信號功率。
6.根據權利要求1的網絡管理系統，其中所述光放大器是EDFA，並且所述管理單元考慮所述EDFA的ASE水平來設置所述EDFA的所述增益。
7.根據權利要求1的網絡管理系統，其中所述管理單元以這樣的方式控制布置在兩個連續的光纖線路之間的光分插復用器，使得丟棄所述光信號的未使用信道。
8.一種實施用於光網絡的網絡管理系統的伺服器，其中所述光網絡包括至少一個用於傳送光信號的具有多個光放大器的光纖線路，並且其中所述網絡管理系統考慮所述光信號的噪聲功率和信號功率來確定每個光放大器的輸出功率，其中所述網絡管理系統包括一個中央管理單元，用於控制以恆定增益操作來工作的所述光放大器，並且其中所述管理單元適於通過調整每個光放大器的增益，周期性地將所述輸出功率設置為目標輸出功率，使得將至少在所述光纖線路的輸出末端處的所述信號功率設置為預定值。
9.一種在實施用於光網絡的網絡管理系統的伺服器與該光網絡的多個光放大器之間的接口，其中所述光網絡包括至少一個用於傳送光信號的具有多個光放大器的光纖線路，並且其中所述網絡管理系統考慮所述光信號的噪聲功率和信號功率來確定每個光放大器的所述輸出功率，其中所述網絡管理系統包括一個中央管理單元，用於控制以恆定增益操作來工作的所述光放大器，並且其中所述管理單元適於通過調整每個光放大器的增益，周期性地將所述輸出功率設置為目標輸出功率，使得將至少在所述光纖線路的輸出末端處的所述信號功率設置為預定值。
全文摘要
在一個用於光網絡的網絡管理系統中，其中該光網絡包括至少一個用於傳送光信號的具有多個光放大器(2)的光纖線路(1)，並且該網絡管理系統包括一個中央管理單元(5)，用於控制這些光放大器(2)，該管理單元(5)考慮該光信號的噪聲功率和信號功率，周期性地確定每個光放大器(2)的輸出功率(P
文檔編號H04B10/293GK1855777SQ200610066800
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月13日 優先權日2005年4月21日
發明者加布裡埃爾·沙萊, 克裡斯蒂安·西莫諾 申請人:阿爾卡特公司