光通信網絡及其組成部件的製作方法
2023-06-14 21:38:56 1
專利名稱：光通信網絡及其組成部件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光通信網絡及其組成部件，例如網絡節點或對在兩個網絡節點之間的光纖上的光通信信號進行再放大的中間放大器。
背景技術：
通常，如圖1示意性示出的網絡組成部件中，在光通信信號從光源(如經過電通信信號調製的雷射器或者雷射放大器6)到與光纖1相連的組件的輸出埠11的通路上，通常具有一個四埠定向耦合器10形式的分接頭，其將源6發出的一小部分光輸出信號分流到輸出信號監控器12，當連接的光纖中的故障導致背向反射(back reflection)時，將部分背向反射的光強分流到背向反射監控器14。定向耦合器中所分流的光強度的比例在兩個傳輸方向是相同的。為了在光纖中饋送具有儘可能高的強度的光通信信號，希望保持儘可能小的分流比例。相應的，通過定向耦合器分流到背向反射監控器的反射光強度的比例也較小。大部分的背向反射強度沿著光源的方向經過定向耦合器，因此在耦合器和光源之間需要設置光隔離器，以便使光源免受可能的反射。
由於存在故障時到達背向反射監控器的光的強度較小，必須使用靈敏且昂貴的監控器，以便可靠地檢測光纖的中斷，以及自動減小光源的功率所必須的可靠性，從而防止光通信信號溢出到自由空間時對眼睛造成傷害。
在美國專利US-A-6,317,255給出的一種光通信網絡部件中，使用光循環器代替定向耦合器和光隔離器，光循環器一方面把光源產生的光通信信號傳輸到部件的輸出埠，另一方面，舉例來說，把從損壞的光纖傳到部件輸出埠的反射光傳輸到光傳感器以便檢測光纖故障。監控光源操作的定向耦合器放置在循環器之後的輸出光纖上。
在現有技術設備中，監控通過光傳感器檢測的光強度從而判斷是否存在故障。如果判斷為存在故障，現有技術設備可以減小輸出埠的光強度，從而防止光從光纖中無控制地發出而對人體造成傷害，但是不能獲得故障的位置信息。
為了定位兩個網絡組成部件之間的光纖的故障位置，已知在一端將光纖與相應的網絡組成部件分離，將其連接到一個光時域反射計(OTDR)。這樣的設備包括一個將短的光脈衝饋送到光纖的光源和具有高時間解析度的光傳感器，光傳感器能夠測量光脈衝的發射和在故障處反射的部分光脈衝到達OTDR設備之間的延遲，並基於該延時計算故障處與連接OTDR的光纖端的距離。這樣的程序費時並比較昂貴，一方面是由於OTDR設備自身的費用，另一方面是由於在使用中付出的勞動，因為在每次檢測光纖故障時，OTDR設備必須連接與光纖兩端連接的兩個網絡部件中的一個，光纖必須與網絡部件分離，並與OTDR設備連接以便執行測量。
發明內容
本發明的目的是提供一種光通信網絡和其部件，當光纖存在故障時可以省時省力地確定故障的位置。
另一方面，另一目的是獲得具有權利要求1特徵的光通信網絡的相應部件。
由於使用光循環器，當發生故障時，在光傳感器的位置有足夠的光可用，以對光強度進行時間分辨測量。一方面通過對光源發出的光信號施加時間標記，並且檢測在故障處反射的光信號中的同一時間標記到達光傳感器的時間，可以測量光信號從相關部件到故障處的傳播延時，從而可以檢測故障處與該部件的距離。
優選的，部件包括將檢測的通信網上的延遲值傳輸到中央權威機構(centralauthority)的裝置，在中央權威機構可以觸發分配人員對故障光纖進行維修。當獲得光纖的地理路線和故障處距離發出信號的部件的距離後，中央權威機構可以準確地得到故障的位置，這樣，在多數情況下對涉及的部件進行觀測變得多餘，可以直接巡視故障位置。
如果光源提供的通信信號為頻域復用信號，優選的光傳感器對頻域復用通信信號的部分頻率分量敏感，優選的，光傳感器對其中一個頻率分量敏感。優選的光傳感器對其敏感的部分頻率分量包括填充信道和OSC信道，因為在這兩種類型的信道中可以使用時間標記進行距離測量而不會惡化在同一時間在其他信道上傳輸的通信信號分量。因此，當光纖的故障不是完全中斷時，儘管通信範圍減小，通信仍保持可能。
優選的，該網絡部件是雙向的，即該部件包括至少一個用於連接光輸入光纖的輸入埠，以及其接收部分。
根據本發明，在接收光纖和接收部件之間配有光開關，在正常工作時任意地連接光接收部分到接收光纖，在存在故障時連接到循環器，以便將接收部分作為如上所述的光傳感器使用。光接收部件的兩種用途並不影響接受部件從接收光纖接收光信號的使用，如果接收光纖和受監控的傳輸光纖延伸到相同的第二網絡部件，因為當傳輸光纖中斷時，在大多數情況下，整個線路中斷，沒有信號到達接收光纖，為了接收，接收部件應與接收光纖保持連接。
這裡，接收部件優選為OSC接收機。
優選的基於從輸出埠傳播回循環器的光強度來控制開關，傳播回的光可以由前面提到的相同光傳感器檢測，也可以由另外的光傳感器檢測。
在本發明的網絡部件中包括已知的諸如在輸出端減少光通信信號功率的裝置也是有益的，如果從輸出埠返回到循環器的光強度超過限度，當存在故障時，輸出埠輸出的光強度可以降到一個水平從而不會對人眼造成損害。至少在開始時，光功率不應該減小到零；相反，減小後的功率應足以根據反射回的部分光實行傳輸延時的測量。當測量成功後，光功率可以減小為零。
用於監控光源發出的通信信號的分接頭優選設置在循環器和輸出埠之間，這樣，在分接頭處產生的反射不會返回到光源。這樣的分接頭有利於在輸出埠輸出的光強度和從輸出埠返回循環器的光強度之間建立一個比例。
另一方面，光通信網絡包括至少一個連接上述部件的光纖，從而實現本發明的發明目的。優選的，兩個這樣的部件連接到雙向光纖的兩端，這樣，即使在最壞的情況下，故障處與可以估計與故障處距離的網絡部件之間的距離不會大於光纖長度的一半。
參考附圖可以從下面的實施方式更清楚地理解本發明的其他特徵和優點。
圖1，已經討論過，是傳統光網絡部件結構的常見示意圖；圖2是本發明第一實施例的網絡部件示意圖；圖3是本發明第二實施例的網絡部件示意圖；圖4是根據本發明的網絡的部分結構。
具體實施例方式
圖2示意性地給出了由兩條光纖構成的傳輸線上的雙向光通信的中間放大器，這裡，兩條光纖分別為西-東光纖1和東-西光纖2。中間放大器，例如放大器3以均勻間隔沿著線路分布，以補償光纖1，2的衰減。在光纖1，2上傳輸的信號為頻分復用信號，該頻分復用信號包括具有相同的頻率間隔的多個負載信道，每個負載信道上傳輸—個通信信號，並且包括至少一個光監控信道OSC和一個填充(filling)信道。監控信道傳輸該連接所在的網絡中的節點所需的控制信息，來控制負載信道和負載信道傳輸的信息。控制信息是該網絡專用的內部信息，並不傳輸到網絡終端，同時以一種不同於負載信道的格式傳輸，一般的，使用更強(robust)的調製和編碼。通常，在填充信道沒有信息傳輸；其光功率由負載信道的功率控制，以保持復用信號的總功率恆定從而避免在光纖1，2中由非線性效應引起的強度的波動，該強度的波動會降低信噪比。
下面介紹負責從西向東傳輸的中間放大器部件的主要結構和功能，可以理解，在必要修正後也可同樣適用於由東向西傳輸。由東向西的傳輸部件具有與從西向東傳輸的對應部件相同的參考符號，只是附加了(『)。
在西-東光纖1上從西側達到中間放大器3的波分復用信號首先經過光解復用器4，在那裡OSC信道與其他信道分離，並端接光傳感器5，如光電二極體。負載信道和填充信道通過放大器級，例如摻鉺光纖放大器6(EDFA)，並且在放大後與由發射雷射器8新發出的OSC在復用器7復用。現在再次完整的波分復用信號從三埠光循環器9的第一埠91到第二埠92然後到達定向耦合器10。定向耦合器10將波分復用的強度的99％耦合進中間放大器的輸出埠11，其中輸出埠11連接西-東光纖1的東側分支。在定向耦合器10分流的1％的光強度到達監控光電二極體12，監控光電二極體12提供一個與所接收的光功率成比例的信號到控制電路13。控制電路13將監控光電二極體12的信號用於多種用途；其中一個用途是控制泵浦功率(pump power)，也就是EDFA 6的放大從而監控光電二級管12的輸出信號被保持在恆定電平。
如果光纖1的東側分支被中斷或受到妨礙，該波分復用的光在出現故障的位置被反射，然後通過輸出埠11返回到光循環器9的第二埠92。相似的，如果沒有光纖與輸出埠11連接，光也同樣在輸出埠11直接被反射回。反射回的光線在循環器的第三段口93輸出，因而到達反射光電二極體14，反射光電二極體的輸出信號同樣被控制電路13接收。控制電路13連續地比較光電二極體12，14的信號電平，並且當反射光電二極體的信號與監控光電二極體12的信號比率超過預定界限時判定光纖1存在故障。當發生故障時，控制電路13減小EDFA 6的泵浦功率和/或發射雷射器8的功率到一定的值，從而保證在故障處溢出到自由空間的波分復用信號不再對人眼造成傷害。
至少發射雷射器8的OSC功率不是一直保持在零。相反的，控制電路13在選定的時刻使用時間標記來調製發射雷射器8，如通過產生強度不為零的信號脈衝。通常在OSC上傳輸的信息不需要在發射雷射器8調製，因為必須假定波分復用信號並不到達位於傳輸線東側更遠的網絡部件。
控制電路13測量在發射雷射器8發射時間標記和反射光電二極體14反射信號的時間標記被接收之間的時間。通過控制電路13從它計算出的到故障處的傳播時間或距離被調製到發射雷射器8』作為要被傳輸的信息。雷射器8』以與雷射器8成鏡像對稱的方式設置在東-西光纖2上，用來在正常工作條件下產生用於在東-西光纖2上傳輸的OSC。這樣，故障信息和它與中間放大器3的距離可以傳輸到設置在沿著傳輸線西側更遠的網絡部件，並且被其轉換到中央權威機構，該中央權威機構收集多個網絡部件的故障信息。基於上述信息和對傳輸線路的地理路線的認識，中央權威機構可以界定故障的位置並讓維修人員到確定的故障位置。由於這樣的故障多數發生在建築的挖掘處，通常建築位置不難發現，故障定位的精確度在幾十米甚至超過100米也足以快速發現故障位置和修復故障。
一般的，對於上述傳播時間的測量，可以使用波分復用的任何信道，如填充信道甚至負載信道。然而，這需要在節點處設置相應波長的發射雷射器。由於重新產生OSC的發射雷射器8，8』通常位於中間放大器內，使用OSC測量傳播時間是最經濟的解決方案。
圖3給出了中間放大器3的第二實施例，其中與圖2中的部件相同的部件具有相同的參考符號，在此不再重新介紹。在圖3的實施例中，圖2中從西側到達的OSC的接收光電二極體5和反射光電二極體14被光電二極體15代替，光電二極體15可以在控制電路13的控制下有選擇地連接到復用器7的OSC輸出埠或者循環器9的第三埠。從循環器9到光電二極體15的開關16的透光率並不嚴格的為零，即使在光電二極體15通過開關16連接到復用器7的情況下，因此，從輸出埠11反射回的信號即使在正常工作條件下也可以由光電二極體15檢測，引起光電二極體15輸出信號的上升和/或光電二極體15接收的OSC信號的惡化，這會被控制電路13記錄並識別為在光纖1的東部存在故障的指示。於是控制電路13通過以下方式作出反應如圖2中所述減少波分復用信號在埠11的輸出功率，和切換開關16使光電二極體15隻接收通過光循環器9的反射信號。如圖2所述，執行到故障處並返回的信號傳播時間的測量和在東-西光纖2的OSC上獲得的信息的傳輸。
圖4給出了應用本發明的網絡的部分結構。中間放大器3被表示為一個單獨的模塊，並且光纖1，2經過中間放大器3，網絡節點17形成光纖1，2在向東方向上的終端。網絡節點17的結構與中間放大器3類似；上面所述的中間放大器的部件也同樣在網絡節點17中存在，兩者可以互換；主要的不同是在解復用器4和EDFA 6之間或者EDFA 6和復用器7之間存在一個開關結構。
因此，中間放大器3和網絡節點17都可以彼此獨立地檢測光纖1，2的故障18，並且檢測與故障18的距離。在本實施例中，故障18與節點17的距離比與中間放大器3的距離近的多。因此，中間放大器3的發射雷射器8發出的時間標記信號在達到故障18並由光纖1返回後衰減太大，當重新到達中間放大器3時，其強度不足以準確的測量傳播時間，因為傳播距離比中間放大器3與網絡節點17之間的光纖部分長很多。在這種情況下，網絡節點17可以測量其與故障18的距離，因此在任何情況下，可以對故障18的位置進行有用的測量。
權利要求
1.一種光通信網絡的部件(3，17)，包括源(6)，用於產生光信息信號，輸出埠(11)，用於將光通信信號輸出到光傳輸光纖(1)上，光傳感器(14；15)，和光循環器(9)，用於將源(6)產生的光信息信號傳輸到輸出埠(11)並傳輸反射光或者由外部到達輸出埠(11)的光到光傳感器(14；15)，其特徵在於光傳感器(14；15)具有與其相連接的估計電路(13)，用於檢測從源(6)輸出的光信號的時間標記和到達光傳感器(14；15)的信號的相應時間標記之間的延時。
2.根據權利要求1所述的部件，其特徵在於用於在通信網中傳輸所檢測的延時數值的裝置(8』)。
3.根據權利要求1或2所述的部件，其特徵在於源(6)提供頻分復用通信信號並且光傳感器(14；15)有選擇地對頻分復用通信信號的部分頻率分量敏感，優選的對單個頻率分量敏感。
4.根據權利要求3所述的部件，其特徵在於光傳感器(14；15)對其敏感的部分頻率分量包括填充信道。
5.根據權利要求3或4所述的部件，其特徵在於光傳感器(14；15)對其敏感的部分頻率分量包括OSC信道。
6.根據上述任一權利要求所述的部件，其特徵在於進一步包括用於連接到光接收光纖的輸入埠，光開關(16)和接收部分(15)，接收部分(15)可以有選擇地連接到接收光纖(1)或者作為光傳感器連接到循環器(13)。
7.根據權利要求5所述的部件，其特徵在於接收部分是OSC接收機。
8.根據權利要求5或6所述的部件，其特徵在於開關(15)是基於從輸出埠(11)返回到循環器(9)的光的強度而被控制的。
9.根據上述任一權利要求所述的部件，其特徵在於還包括用於在由循環器(9)的輸出埠返回的光強度超過界限時，減少輸出埠(11)的光通信信號的功率的裝置(13，8，6)。
10.根據權利要求9所述的部件，其特徵在於估計電路(13)只有在光通信信號的功率減少的情況下，才確定延時。
11.根據上述任一權利要求所述的部件，其特徵在於在循環器(9)和輸出埠(11)之間設置分接頭(10)來監控由源(6)發射的通信信號。
12.一種光通信網絡，包括至少一個雙向光纖(1，2)，其特徵在於在光纖(1，2)的兩端連接有一個根據上述任一權利要求的部件(3，17)。
全文摘要
光通信網絡的組成部件包括光通信信號的源(6)，輸出埠(11)，用於將光通信信號輸出到光傳輸光纖(1)上，光傳感器(14，15)和光循環器(9)，光循環器(9)用於將從源(6)輸出的光通信信號傳輸到輸出埠(11)並且將反射的光或在輸出埠(11)從外部接收的光傳輸到光傳感器(14，15)。光傳感器(14，15)具有與之連接的估計電路(13)，用於確定來自源的光信號的時間標記和到達光傳感器(14，15)的光的相應時間標記之間的延遲。
文檔編號H04B10/071GK1934807SQ200480038643
公開日2007年3月21日 申請日期2004年12月14日 優先權日2003年12月23日
發明者S·I·佩格, J·N·V·普瓦裡耶, R·R·帕克哈姆, H·S·富斯 申請人:特倫特有限責任公司