在波分復用光通信系統中的信道修飾的製作方法
2023-05-19 07:06:11 3
專利名稱：在波分復用光通信系統中的信道修飾的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在波分復用(WDM)光通信系統中修飾(grooming)信道的方法。此外，本發明還涉及採用該方法的一種WDM光通信系統。
背景技術：
傳統的光通信系統包含通過光纖波導互連的兩個或更多個節點。通過利用信息(通信業務)對光輻射(基本為1.3μm到1.5μm的自由空間波長)進行調製，並在節點之間對已調輻射進行適當地引導以傳遞信息，從而在這些節點之間傳送信息。傳統上將光輻射劃分為幾個波長帶(經常被稱為波長信道)，可以利用信息對這些波長帶相互獨立地進行調製。採用這種信道的光通信系統被稱為波分復用(WDM)系統。當信道的頻率間隔接近100GHz或更小時，該系統被稱為密集WDM(DWDM)系統。
現代的光通信系統通常將它們的相應節點配置成環形互連、網形互連或環、網混合互連。而且，這些系統可以傳遞包含32或更多個信道的輻射。例如，Marconi(馬可尼)通信有限公司生產的PMA-32產品被設計成在其節點間傳遞包含至少32個信道的輻射。
很多傳統的光WDM通信系統都可在一定程度上進行重新配置，也就是說，可以利用相關的網絡管理系統指示系統的節點在從這些節點發射輻射和在這些節點上對接收的輻射進行響應時採用特定的波長信道。在這些系統中，在系統節點處分配信道的方式可以是隨機的，這將造成信道分裂(fragmentation)。發明人設計了本發明以解決這樣的分裂問題。
從表面上看，信道分裂似乎是有利的，因為信道被儘可能地在頻率上保持分開並因此在波長上保持分開，從而降低了例如互調失真和在節點中用於隔離並分開信道輻射的光纖中的串擾的影響。實際上，發明者意識到信道分裂可能造成信道控制、信道保護和信道水平測量(channel leveling)之中的一個或多個問題；這些問題將在後面被進一步說明。
發明者認識到，將信道合併在一起以便將它們排成整齊有序的序列是非常有益的，並優選地佔用較小的總體輻射帶寬。
發明內容
因此，根據本發明的第一個方面，提供了一種在波分復用光通信系統中修飾信道的方法，該系統包含通過用於在節點之間引導攜帶通信業務的輻射的引導裝置互連在一起的多個節點，該輻射包含用於傳遞通信業務的多個信道，所述信道在信道波長譜上被隔開，該方法的特徵在於，選擇在此系統中用於傳遞通信業務的波長信道，以便將它們合併為譜的相對更緊湊的一個部分或多個部分。
此光學修飾的方法提供了下列優點中的一個或多個優點(a)系統網絡管理被簡化；(b)使信道水平測量更易於實施；(c)系統重新配置響應時間得到改善，因為在相對更小的範圍調諧系統光纖；(d)系統中的可調諧雷射器可更快地進行重新調諧；和(e)使信道保護更易於實施。
本發明上下文中的合併是這樣一種技術，該技術可以將可能分布在相對較寬的譜上的有效通信信道(即，當前被用於傳遞通信業務的信道)壓縮到此譜的相對緊湊的部分中。此外，這些有效通信信道的合併可以通過很多種不同的方法來實現。
優選地，這些信道被合併成一個或多個合併組。當通信系統包含大量的有效通信信道(例如，1000或更多個有效信道)時，多個合併組是有益的。
在修飾的一個例子中，將信道合併在系統所容納的信道波長譜的一個或多個極端(extreme)處。這樣的合併是有利的，這是因為在實施保護切換的時候更易於管理，並且更為方便。作為第一個例子，這些信道在譜中從一個最低信道號向上進行合併。作為第二個例子，這些信道在譜中從一個最高信道號向下進行合併。
優選地，合併組之一被合併在系統所容納的信道波長譜的中心區域。這種中心成組可以得到這樣的有效信道，這些有效信道被包含在系統組成元件(例如，摻鉺光纖放大器和濾波器)的最佳波長響應範圍附近。
在一些情況下，例如，為了降低潛在的串擾，以交織的方式合併有效信道是有益的。
為了提供增強的通信可靠性，優選地，引導裝置包含多個光纖波導，這些光纖波導被配置成在引導裝置出現局部故障時執行保護切換以提供備用通信。
按照本發明的第二個方面，提供了一種利用有效信道來傳遞系統通信業務的通信系統，這些有效信道按照本發明第一方面的光學修飾方法進行合併。
現在僅以示例的方式參照下面的附圖來描述本發明的實施例。
圖1是包含多個通過環形光纖波導互連的、可從網絡管理系統進行控制的系統節點的傳統光通信系統的示意圖；圖2是包含在每個節點中的元件的圖解；圖3是圖1中所示的系統中的傳統的非合併信道分配的例子；圖4是按照本發明的方法的合併信道分配的第一圖解；圖5是按照本發明的方法的合併信道分配的第二圖解；圖6是按照本發明的方法的合併信道分配的第三圖解；圖7是按照本發明的方法的合併信道分配的第四圖解；圖8是用於提供圖1中的系統中的通信可靠性的優良質量的兩個光纖波導的圖解；以及圖9是圖8中的兩個波導中的工作和保護信道分配的圖解。
具體實施例方式
在圖1中顯示了一種傳統的光通信系統，該系統一般利用10來表示。該系統10呈環形，包含第一、第二、第三和第四節點，分別用20a、20b、20c和20d來指示；這些節點20在它們的元件部分方面相互一致。而且，節點20a、20b、20c和20d通過相關的光纖波導30a、30b、30c和30d進行連接，如圖中顯示的那樣。而且，該系統10包含一個網絡管理系統(NMS)40，該網絡管理系統(NMS)40包含四個輸出，每個輸出被連接到其相應的節點20，用於控制節點的操作。
在操作中，節點20圍繞該環形通過波導30發送作為WDM輻射的信息；節點20被配置成接收通信業務(E1至E8)、在節點20處輸出通信業務(F1至F8)、並圍繞系統10通過波導30傳遞業務，如NMS40所指的。
下面參照圖2描述包含在每個節點20中的元件部分及其之間的互連。
每個節點20包含一個光輸入埠P1、一個光輸出埠P2、一系列電輸入埠E1至E8和一系列電輸出埠F1到F8。埠P1被連接到輸入耦合器100的一個光輸入埠。輸入耦合器100的第一光輸出埠被耦合到第一信道控制單元(CCU1)110的輸入埠，並且耦合器100的第二輸出埠被耦合到第二信道控制單元(CCU2)120的輸入埠。CCU2包含一個連接到光去復用器與檢測器單元130的光輸入埠的輸出埠。檢測器單元130包括八個電輸出，它們形成輸出埠F1至F8。CCU1的光輸出埠被耦合到輸出耦合器140的第一光輸入埠。輸出耦合器140的第二光輸入埠被連接到第三信道控制單元(CCU3)150的光輸出埠。輸出耦合器140的光輸出埠對應於光輸出埠P2。CCU3包含連接到可調諧雷射器陣列和相關光多路復用器單元160的光輸出埠的光輸入埠。多路復用器160包含對應於輸入埠E1至E8的八個電輸入。
CCU1、CCU2和CCU3均包含用於將在那裡接收的輸入光輻射濾波成空間上分離的小射線(raylet)的光學元件，每個小射線對應於一個相關信道。每個CCU還包含液晶單元的陣列，每個單元與一個對應的小射線相關，並因此與一個對應的信道相關。可以從NMS40中對這些單元進行單獨控制，以控制穿過這些單元的傳輸，並因此控制來自那裡的反射。通過該陣列發送的輻射被重新組合，以提供輸出輻射。
現在參照圖2來描述節點20的操作。
經過WDM調製的光輻射傳播到輸入埠P1，並從那裡進入輸入耦合器100，該輸入耦合器100將此輻射的一部分耦合到CCU1。CCU1基本上發送該輻射中存在的所有信道，除了NMS40指示CCU1反射的一個或多個選定的信道。該CCU1將對應於所選信道的輻射分量反射回到輸入耦合器100，並穿過耦合器100到達CCU2。CCU2由NMS40進行編程，以便發射這些分量到檢測器單元130。檢測器單元130中的可調濾波器對在此單元130上接收的輻射分量進行單獨隔離，並將這些分量引導到相應的光輻射檢測器，或在那裡產生相應的電信號，每個檢測器與其相應的電輸出埠F相關。
通過CCU1發送的輻射分量傳播到輸出耦合器140，這些輻射分量通過該輸出耦合器140被傳輸到光輸出埠P2。在埠E1至E8處接收到的電輸入信號在NMS40的控制之下被耦合到八個可調諧雷射器的陣列，以便調製一個或多個雷射器。從雷射器輸出的光輸出被多路復用，以提供被輸出到CCU3的輸入埠的複合輻射。CCU3傳輸該複合輻射中與NMS40指示CCU3傳輸的信道相對應的輻射分量。對應於此複合輻射的從CCU3輸出的輻射傳播到輸出耦合器140，該輸出耦合器140將此輸出輻射耦合到光輸出埠P2。
從上面可以認識到，有關NMS40如何在系統10中分配可用信道來應付通信業務輸入和來自節點20的輸出的方面，NMS40是具備相當大的靈活性的。在沿光纖波導30傳遞的已調輻射中，可以容納例如多達32個的信道波長間距為0.8nm的信道，例如，每個信道能夠以2.5Gbit/sec的速率傳遞串行數據。還將認識到，未來版本的系統10將能夠應付1000或更多個信道，每個信道可被升級以適應10Gbit/sec的數據速率。
現在參照圖1-3來更具體地描述系統10的操作，在圖1-3的例子中，NMS40為節點分配了非合併的信道分布。
在圖3中，用200表示的圖形代表可被容納在系統10中的32個信道。這些信道之中的每一個信道以一個對應的波長為中心，例如，信道1以中心波長λ1為中心，信道2以中心波長λ2為中心，依此類推。中心波長λ1至λ32以頻率進行排列，其波長間隔為0.8nm。此外，這些信道被排列，以使其邊帶在頻率上不重疊。
在圖3中用210表示的圖形對應於從第一節點20a的埠P2輸出的輻射。NMS40指示第一節點20a將在輸入埠E1至E8之中的兩個埠上接收的通信業務調製到分別以λ1和λ2波長為中心的信道1和2上，並輸出這兩個信道的輻射分量，如圖形210中所表示的。
從第一節點20a輸出的輻射在第二節點20b的埠P1處被接收。第二節點20b被NMS40命令傳輸信道1和2。此外，第二節點20b還被指示，以便添加在其埠E1至E8處接收的通信業務並將這些通信業務調製到信道6和7上，而且將這些通信業務添加到從第二節點20b的埠P2輸出的輻射上。在圖3中用220表示的圖形對應於在第二節點20b的埠P2處輸出的輻射。此輻射沿光纖波導30b傳播到第三節點20c的光輸入埠。
NMS40指示第三節點20c丟棄此節點上的信道2和7，並在第三節點20c的埠F1至F8中的一個或多個埠上輸出這些信道的通信業務。此外，NMS40還指示第三節點20c將在該節點上接收的業務調製到信道20和21上。由於信道2和7在第三節點20c處被去除，所以對應於這些信道的輻射分量不被傳輸通過到達節點20c的輸出埠P2。因此，對應於信道1、6、20和21的輻射分量從第三節點20c輸出，如在圖3中用230表示的圖中所畫的。
從第三節點20c輸出到光纖波導30c中的輻射傳播到第四節點20d的輸入P1，該輻射在該輸入P1處被接收。NMS40指示第四節點20d去除信道6和20，並在節點20d的埠F1至F8的一個或多個埠處輸出它們的通信業務。此外，NMS40指示第四節點20d將在其輸入埠E1至E8處接收的業務調製到信道16上，並將對應於此信道的輻射分量添加到被發射到光纖波導30d的輸出輻射。由此，第四節點20d傳輸通過對應於信道1和21的輻射分量，並添加了對應於信道16的輻射分量。在圖3中用240表示的圖中描述了從第四節點20d向環形的第一節點20a輸出的輻射分量。
從圖3中可以意識到，NMS40選擇了在系統10中可利用的32個信道之間基本上是隨機的一種信道分布。發明者理解到，這種基本隨機的分布對於總體的系統10操作是有害的。事實上，發明者理解到，通過合併系統10中的有效信道可獲得相當大的益處。現在說明合併的一些例子。
信道的合併，即將信道在波長上並因此在頻率上合併，從本領域的普通技術人員看來是不理想的。可以預料，信道合併將使信道間串擾和互調的效應惡化，因此是不理想的。此外，如果波導30在特定的波長遭受幹擾，那麼在可用系統帶寬上以非合併的方式來分散有效信道就會使系統10對於這種幹擾更為強壯。
發明者理解，將有效信道合併在一起提供了多個益處。例如，NMS40的複雜性大大降低，特別是在其操作軟體的方面。此外，在節點20中執行的信道水平測量被簡化，這是因為信道被組合到一起，並因此被組合在圖3中所示的輻射譜的一個特定部分中；信道水平測量包含對每個信道的輻射功率進行主動地調節，以便匹配功率來避免系統元件(例如摻鉺光纖放大器(EDFA))中的「功率擾亂」效應。而且，要求節點20中的可調濾波器在相對更小的範圍內進行重調，從而向系統10提供更快的重新配置響應。另外，要求節點20內的可調諧雷射器在一個標稱上更小的範圍內進行調諧，這也能在重新配置時(例如在雷射器被熱調諧的情況中)改善節點響應時間；與被設計成在更有限的波長範圍內操作的雷射器相比，可以在更寬範圍內進行調諧的雷射器趨向於功率更小。最後，當信道被合併時，信道保護也更易於組織和管理。
作為第一個例子，按照本發明從信道1開始的波長合併可能要求(a)第一節點20a通過它的CCU3和輸出耦合器140以每信道Pc的功率電平添加信道1和2；(b)第二節點20b通過它的CCU3和輸出耦合器140添加信道3和4，並通過它的CCU1和輸出耦合器140傳輸信道1和2；(c)第三節點20c通過它的CCU3和輸出耦合器140添加信道5和6，去除信道2和4，並通過它的CCU1和輸出耦合器140傳輸信道1和3；以及(d)第四節點20d通過它的CCU3和輸出耦合器140添加信道7，去除信道3和5，並通過它的CCU1和輸出耦合器140傳輸信道1和6。
通過這樣的合併，在系統10中只使用信道1-7，而不使用信道8-32。在圖4中圖解了這樣的一種信道分配。
在圖4的例子中，以從信道1開始連續上升的順序合併有效信道。按照本發明的其它類型的合併也是可能的。
作為第二個例子，可以以從信道32(即最高號的信道)開始連續下降的順序按照本發明合併有效信道。
從信道32開始的波長合併可能要求(a)第一節點20a添加信道31和32；(b)第二節點20b添加信道29和30，並傳輸信道31和32；(c)第三節點20c添加信道27和28，去除信道29和31，並傳輸信道32和30；以及(d)第四節點20d添加信道26，去除信道28和30，並傳輸信道32和27。
通過這樣的合併，在系統10中只使用信道26-32，而不使用信道1-25。在圖5中圖示了這樣的一種信道分配。
作為第三個例子，可以以從信道16(即中間號的信道)開始的順序按照本發明合併有效信道。從信道16開始的波長合併可能要求(a)第一節點20a添加信道16和17；(b)第二節點20b添加信道14和15，並傳輸信道16和17；(c)第三節點20c添加信道12和13，去除信道14和16，並傳輸信道15和17；(d)第四節點20d添加信道18，去除信道13和15，並傳輸信道17和12。
通過這樣的合併，在系統10中只使用信道12-18，而不使用信道1-11和19-32。在圖6中表示了這樣的一種信道分配。
作為第四個例子，可以從信道1開始以一種交織的方式來合併有效信道。從信道1開始的交織合併可能要求(a)第一節點20a添加信道1和4；(b)第二節點20b添加信道2和5，並傳輸信道1和4；(c)第三節點20c添加信道3和6，去除信道4和5，並傳輸信道1和2；以及(d)第四節點20d添加信道7，去除信道2和6，並傳輸信道1和3。
在圖7中圖示了這樣的一種信道分配。
將會理解，可以通過適當地選擇節點20中的光學元件來擴充系統10以容納1000或更多個信道。在這樣一種擴充的系統中，信道可以同時合併於譜的幾個區域內，例如在最低的信道號、在中間信道號、以及在高信道號上。此外，如果需要的話，信道分配可以在最低信道號、中間信道號和最高信道號之中的一個或多個中交織。此外，當合併時，可以理解在環形的較早節點處去除的信道可以在該環形的較晚節點處毫無爭議地再用，從而將信道進一步合併。
作為緊湊交織合併的一個例子(a)第一節點20a添加信道1和2，並去除信道4；(b)第二節點20b添加信道3和4，並傳輸信道1和2；(c)第三節點20c添加信道5和6，去除信道2和4，並傳輸信道1和3；以及(d)第四節點20d添加信道4，去除信道3和5，並傳輸信道1和6。
通過這種合併，在系統10中只使用信道1-6，而不使用信道7-32。
可以理解，系統10隻是可實施本發明的通信系統的一個例子。本發明也可以同樣地應用於包含幾個環形、網形、線形的系統以及包含這些形的混合物的系統中。
本發明尤其適用於對通信服務要求很高的地方。在圖8中顯示用第一和第二波導300、310連接系統10的第一和第二節點20a、20b。波導300、310先後作用，以便傳遞從第一節點20a到第二節點20b的輻射。優選地是，這兩個波導300、310路由通過分離的通道，這樣可以避免在通道之一損壞(例如由於火災)時使兩個波導同時變得艱難。
將第一節點20a修改成輸出輻射到兩個光纖300、310，並因此將第二節點20b作適應性修改以便接收來自光纖300、310的輻射。將兩個節點20a和20b處的光碟機動器和接收器配置成使光纖300、310的每一個能容納最多32個信道。將節點20a和20b安排成在其間可傳送通信業務的最多32個工作信道，工作信道1-16由第一光纖300的光纖信道1-16傳遞，而工作信道17-32由第二光纖310的光纖信道1-16傳遞。還提供了保護信道，這些保護信道在光纖300或310變得艱難或失效時被調用。使用第一光纖300的信道17-32為通常沿第二光纖310傳遞的工作信道17-32提供保護信道。相似地，使用第二光纖310信道17-32為通常沿第一光纖300傳遞的工作信道1-16提供保護信道。
優選地，按照本發明以一種合併的方式來分配兩個光纖300和310的光纖信道。例如，當分配工作信道來傳遞業務時，首先使用工作信道1，如果要傳遞附加業務，則添加信道2，依此類推。還可以替換地或附加地採用交織方式來進行合併。
合併可以大幅減輕在光纖300和310之一變得艱難或失效時由NMS40執行的保護任務。相反，如果信息在光纖信道上是以基本隨機的方式分布的，那麼在光纖斷裂時解決信道切換的任務將是極為複雜的，有時是NMS40無法承擔的。在容納1000或更多個信道的未來系統中，從工作到保護信道的映射變得更為複雜，並且在光纖故障時可能會減慢系統的恢復響應時間，除非使用了按照本發明的信道合併和由此的光學修飾。
將會理解，可以在不偏離本發明範圍的條件下對本發明的方法進行修改。同樣地，將會理解，所描述的系統10隻是可應用本發明的通信系統的一個例子；本發明還可用於其它配置的通信系統中。
權利要求
1.一種在波分復用光通信系統中修飾信道的方法，所述系統包含通過引導裝置互連在一起的多個節點，所述引導裝置用於在節點之間引導攜帶通信業務的輻射，所述輻射包含用於傳遞通信業務的多個波長信道，所述信道在信道波長譜上被隔開，所述方法的特徵在於，選擇在所述系統中用於傳遞通信業務的波長信道，以便將所述信道合併為所述譜的相對更緊湊的一個部分或多個部分。
2.根據權利要求1所述的方法，其中將所述信道合併成一個或多個合併組。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中將所述信道合併在所述信道波長譜的一個或多個極端處。
4.根據權利要求3所述的方法，其中在所述譜中從最低信道號向上合併所述信道。
5.根據權利要求3所述的方法，其中在所述譜中從最高信道號向下合併所述信道。
6.根據權利要求2所述的方法，其中合併組之一是在所述信道波長譜的中心區域合併的。
7.根據任何一項前面權利要求所述的方法，其中所述信道是以一種交織的方式合併的。
8.根據任何一項前面權利要求所述的方法，其中所述引導裝置包含多個光纖波導，所述光纖波導被配置成執行保護切換，以便在所述引導裝置出現局部故障時提供備用通信。
9.一種波分復用通信系統，利用通信信道來傳遞系統通信業務，按照任何一項前面權利要求所述的光學修飾方法來合併所述信道。
全文摘要
本發明關心的是一種在波分復用(WDM)通信系統(10)中修飾信道的方法，該系統(10)包含通過環形光纖波導(30)互連在一起的多個系統節點(20)，其中的環形光纖波導(30)用於在節點(20)之間引導攜帶通信業務的輻射。該輻射包含用於傳遞通信業務的多個波長信道，所述信道在信道波長譜上隔開。該方法的特徵在於，選擇在系統中用於傳遞通信業務的波長信道(有效信道)，以便將它們合併為波長譜的相對更緊湊的一個部分或多個部分，從而佔用更少的通信帶寬。
文檔編號H04B10/20GK1498477SQ02807173
公開日2004年5月19日 申請日期2002年1月22日 優先權日2001年1月24日
發明者G·A·M·阿巴斯, G A M 阿巴斯 申請人:馬科尼英國智慧財產權有限公司