從光纖放大器發送監測消息的製作方法
2023-11-05 10:13:32
專利名稱：從光纖放大器發送監測消息的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用光纖作為其數據傳輸信道的那些放大器間的數據傳輸。
光纖放大器是一種裝置，在沒有將光信號變換成位於其間的電信號的情況下，利用該裝置，光信號可以得到放大。這些放大器可以很高的傳輸速率使用，例如典型的傳輸速率可能是1GHz。現有技術的光纖放大器的工作在
圖1中得到說明。圖中傳送光信號的導體用雙線表示，而傳送電信號的導體用單線表示。放大器的輸入信號1經過一個光隔離器12被引導到波長組合器14的第二輸入。比如，光隔離器12的功能是衰減反射。在光隔離器12後面的一個輸入信號檢測器16檢測出輸入信號的電平，並產生一個相應於此電平的電信號。一個雷射器單元18提供波長組合器14的第二輸入。信號的放大是用以下方式工作。雷射器18產生波長比如是980或1480nm的光，而信號光的波長是1550nm。雷射器18的光子被引導到摻雜鉺的光纖20，它們激勵光纖20的鉺原子。某些鉺原子經過自發發射返回到基態。當信號光的光子被引向由雷射器的光子所調諧的鉺原子時，鉺原子發射一個光子對應於信號光的光子。摻雜鉺的光纖20的後面是一個帶通濾波器22，它使被信號光的光子所取代的光子通過，但阻止主要由它們自發發射產生的光子的移動，並且它的波長不同於信號光的波長。帶通濾波器的輸出信號2是一個已放大的發送到接收站(未示出)的光信號。關於光纖放大器，在以下文獻中已有討論，例如Optical Amplifiers and their Applications，edited byS.Shimada and H.Ishido，John Wiley Sons，1992。
例如根據溫度或是如果系統的其它部件必須更換引起的相當變化，帶通濾波器22的信號波長和特性是變化的。在此情況下，放大器應該能夠通過比如外部的電控制來調節帶通濾波器的通過波長。現有技術方案包含一個控制器26用於此目的。控制器26監視輸入信號的檢測器16和輸出信號的檢測器24，並放大帶通濾波器22的控制信號，使放大器的放大率或輸出和輸入信號間的相關性達到最大。
由於一個光纖放大器通常只放大一個具有確定因素的信號，而不向該信號附加信息，所以與放大器的檢查和控制有關的信令通常必須使用單獨的系統來實現。當使用一個距離發射機和接收機都很遠(例如超過100km)的所謂中間放大器時，這就成為一個特殊的問題。
歐洲專利申請415438公開了一種技術，其中監測消息是通過調製一個雷射器單元的控制信號發送的，它用這樣的方式來自放大器的雷射的多餘量包含要發射的監測信號。可是這個現有技術的解決方案有幾個限制。首先，由于波長為980nm的多餘的雷射將在長數據鏈路上被一個信息發送光纖所吸收，所以現有技術方案只能應用于波長1480nm。此刻，因為對於光纖放大器波長980nm產生更好的噪聲特性，並且放大器的總效率比也會更好，所以看來似乎正在廢棄波長1480nm的使用。第二，現有技術方案要求兩個單獨的光系統，一個用於接收有效負載信號，另一個用於接收監測信號。按照現有技術，監測信號的接收要求一個單獨的WDM部件(波長劃分復用器)。第三，現有技術方案只用於其周期比螢光狀態的壽命更短的那些頻率。
本發明的目的是要以這樣的方式完成與光纖放大器的監測有關的信令，使得能夠解決與現有技術相關的問題。本發明的目的的實現是使用了其特徵已在獨立的權利要求中描述的那些方法和系統。
本發明是基於這樣的概念光帶通濾波器22，除了它的正常功能外，還被用於調製一個通過光纖放大器的信號，它按照這樣低的頻率和幅度使得這個調製不會干擾實際的數據傳輸。這是以這樣的方式實現，即帶通濾波器22的控制信號，在現有技術的光纖放大器中，它只是用來優化信號噪聲比，而在本發明的放大器中，它是用來以監測消息的比率調製光纖放大器的輸出信號。
本發明的方法和系統的一個主要優點就是為了監測放大器不必安排單獨的信令。另一個優點就是為實現本發明要求放大器的變化是很小的。例如，用於接收有用負載信號的同一光部件也可用於接收監測消息。
參考附圖利用優選的實施例，現在可以更詳細地說明本發明，這裡圖1表示現有技術的光纖放大器的方框圖；圖2表示按照本發明的一個基本實施例所完成的一個光纖放大器；圖3表示包含兩個按照本發明所完成的光纖放大器的放大器站；圖4表示光纖放大器的一個輸出信號的幅度調製；以及圖5表示檢查監測消息的一種方法。
圖2表示按照本發明的一個基本實施例所完成的一個光纖放大器。圖1的所有部件也包括在圖2所示的實施例中，雖然圖2隻是示出了其中的控制器26和帶通濾波器22。按照本發明，控制器26由處理器30控制，處理器的結構可能是一個通用計算機，或是一個控制器或是集成在一個印刷板或甚至集成在一個晶片內的類似裝置。假定圖2包含處理器要求的全部附屬設備，例如一個系統時鐘，總線緩衝器等。關於這些附屬設備，圖2隻示出了一個讀/寫存貯器34和一個程序存貯器36。程序存貯器36可能是在供電中斷期間保留程序的任何存貯器，例如是只讀存貯器(ROM)，快速存貯器或是一個硬碟。圖2示出了一種解決方案，這裡處理器通過系統總線32連接到控制器26和存貯器34和36。圖2中所示的部件40包含放大器要傳送的作為監測消息的全部信息。連接到系統總線32的雙向箭頭說明一種安排，在使用上處理器30有著關於控制器26的全部信息，對於控制器26的工作，以及通過它對於帶通濾波器22的工作，處理器30可能具有一種影響作用。同樣地，關於帶通濾波器特性的信息可被存貯在讀/寫存貯器34內，它可從處理器30和控制器26進行存取。
部件40包含放大器要傳送的作為監視消息的全部信息。這個信息可能包含關於光纖放大器的工作，關於狀態，關於從監視攝像機得到的視頻信號等信息。監測消息所包含的如何發射消息的部分對於本發明是不重要的。
按照本發明，處理器30通過系統總線32以這樣的方式來控制控制器26，即控制器26調節帶通濾波器22的控制信號用於按照低的頻率和幅度來調製通過光纖放大器的光信號。這裡低幅度意味著調製電平通常是幾個百分點，而低頻率意味著是比光纖放大器實際業務所使用的頻率低得很多的一個頻率。
當使用帶通濾波器22調製一個光信號時，應該特別注意控制信號22S的精度。這至少是有兩個原因。第一，帶通濾波器22允許發射光信號的信息通過的方式不是控制信號22S的單調函數，而這個函數在控制信號的一個特定值有它的峰值。第二，圖1中所解釋的自發發射是接收機的噪聲，它和信號光的波長處在同樣的波段內。
下面示出圖2光纖放大器中校準幅度調製的一種方案。假設光纖放大器連續地發射和放大光信號。(i)設置帶通濾波器的控制信號22S到其最小值。(ii)，用小跨值(small step)增大帶通濾波器的控制信號22S直到光纖放大器的輸出信號對輸入信號16S之比達到它的最大值為止，並且將這個控制信號22S的值存入讀/寫存貯器(RAM)34。控制信號22S的這個值用S0表示。(iii)改變控制信號22S的值直到光纖放大器的輸出信號對輸入信號16S之比從步驟(ii)測出的峰值減少到一個希望的調製電平，例如2到3％時為止，將取得的控制信號22S的值存入RAM34內。控制信號22S的這個值用S1表示。在步驟(iii)改變控制信號22S的值時，最大衰減自發發射功率的一個值被選作改變的方向(升/降)。
以上假設光纖放大器連續地發射光信號。如果通過光纖放大器的光導體不發射有效負載信號，它可能發射空字符。如果不使用這些空字符，則處理器的校準程序要包含一個步驟，檢測出光信號完全不存在，就不再試圖校準。
當本發明的設備是在光纖放大器內組成來發送監測消息時，即使是在光纖放大器的正常工作狀態，這個設備也可用來調節帶通濾波器22的要素。存貯在程序存貯器36的校準程序可用來響應狀態信息，特別是響應從數據識別部件40獲得的溫度信息。雖然狀態信息要由大氣壓力和/或相對溫度來補充，但它取決於帶通濾波器的特性和期望的安裝位置。此外，存貯在程序存貯器36的校準程序可由經過光纖發送的一個外部命令來起動。在此情況下，光纖放大器被連接到下面圖5將要描述的檢測器，這些信號必須彙編成幀，在此情況下，要校準其帶通濾波器的光纖放大器用接收機表示。
校準可連續地以這種方式交替地進行例如每分鐘進行一次校準，或每當光纖放大器不發送監測消息時校準。校準並不妨礙或幹擾光纖放大器的正常工作。為了校準必須發送空字符，例如數據字節的數目為零的幀。
本發明的光纖放大器的其它部分，對於本領域的技術人員來說，被認為是已知的。精密的部件是電控制的帶通濾波器22，它用於本發明的主要參數是穩定性和建立時間。例如由Queensgate Instruments Ltd inBerkshire，England生產的帶通濾波器是很合適的。
如上述當校準帶通濾波器22時，參考圖4，用以下方法它可用於調製光信號。如簡化起見，假設監測消息採用二進位0和1兩種狀態發送，在此情況，存在幅度調製相應於狀態1，而沒有幅度調製相應於狀態0。相應於監測消息的一個比特的時間T被劃分為4個周期T1到T4。用以下方式發送一個二進位狀態脈衝周期T1控制信號22S的值是S0。
周期T2控制信號22S的值是S1。
周期T3控制信號22S的值是S0。
周期T4控制信號22S的值是S1。
另外用和1狀態脈衝同樣的方式發送二進位0狀態脈衝，但在周期T2，控制信號22S的值還是S0，即幅度和周期T1和T3中的幅度一樣。應該注意到，圖4中光信號的頻率畫得比實際上關於幅度調製的頻率小很多。實際上，成千或上百萬的光信號2周期適配於一個幅度調製序列。此外，為了便於圖示，調製電平畫得比最佳值大很多。
結合圖4解釋的上述調製方法本質上是已知的，它被稱為頻移鍵控(FSK)。簡言之，在FSK中，時鐘脈衝是在特定的時間間隔(周期T4內)連續地被發送。假如有一個數據脈衝在兩個時鐘脈衝之間(周期T2內)，這就說明作為二進位，否則作為二進位0，FSK的一個優點是易於實現，但缺點是它的傳輸速率很慢，這是由於每個1狀態數據要求對於幅度調製狀態的4個變化。很顯然，按照上述解釋，本發明也可以和更高級的調製方法一起使用。
圖5用方框圖表示怎樣在接收站內說明監測消息，其它部分沒有示出。按照圖2光纖放大器的輸出信號2是在接收站被接收到的。光信號在光隔離器後以普通方式得到處理，光隔離器設置在這裡是為了正常通信。為了檢測本發明的監測消息，光信號被檢測器104變換為一個電信號。檢測器104的信號被引到一個互阻抗放大器106。這是利用了事實光纖放大器用於實際業務所使用的頻率比監測消息的頻率約大100,000倍。檢測器104和/或用普通部件實現的互阻抗放大器106隻允許監測消息的頻帶(典型為數十千赫)通過。通過一個電容器108，將DC分量從互阻抗放大器106的輸入信號中除去，此後，該信號被耦合到一個自動調節的放大器110，從那裡再接到一個閾值檢測器112。當一個脈衝出現在發送監測消息的信號中時，閾值檢測器112的輸出信號「1」，否則是「0」。檢測器112的輸出信號可以並行地得到變換，這或是通過使用在數據機和磁碟驅動器中的那些串-並變換器，或是另外通過一個電腦程式。
圖2的電路能夠發送監測消息到光信號的接收機，但不能到它的發送器。圖3表示本發明的方案如何被應用到監測消息的雙向傳輸。從圖2看來，圖3的電路是工作在相反方向的圖1另一光纖放大器的補充。一個方向的工作稱為外出方向，而另一方向的工作稱為返回方向。圖3中外出方向的部件和圖2中外出方向的部件是相同的。返回方向的部分用撇號表示。要返回的消息在此情況下是從返回方向的輸入信號的檢測器16』處得到，檢測器並未單獨示出。
在本發明光纖放大器的監測消息的傳輸中，應該採用特殊的步驟來保證要發送的信息是沒有差錯的。這有幾個原因，例如事實是用作中間放大器的特殊的光纖放大器離先前站或後面站可能有一段很長的距離，因而由一錯誤消息引起的不必要的維修呼叫可能是非常昂貴的。另一原因是必須在無噪聲的消息和放大器實際工作之間作出妥協。通過加大調製電平改善了監測消息的無差錯傳輸。但另一方面，高調製電平會引起對光纖放大器實際工作的難題。有利的妥協是以這樣的方式實現的，在發送監測消息中所用的調製電平相當低，小於10％，並且用一有效的糾錯碼來發送監測消息。由於監測消息的信息量通常很小，所以糾錯所要求的多餘信息通常也不會成為問題。當本發明的監測消息的傳輸例如是用於發送監視攝像機的視頻信號時，就是上述情況的一種例外。在沒有糾錯的情況下，通常也可能發送這類信號。
在發射機和接收機之間只有一個中間放大器時，很清楚，從這個中間放大器發送出監測消息。如果有幾個連續的中間放大器，在後面中間放大器的高放大率的條件下，監測消息的低電平調製就會消失。在那種情況下，最安全的工作方法就是把監測消息彙編成為幀，它們含有該消息的發送器和接收機的標識符。這些幀在後面的中間放大器被檢出並被傳送，就和後面的中間放大器的特定信號一樣，因此該消息的起始發送器自然地被設定為該幀的發送器。在此情況下，就監測信號來說，中間放大器以極為類似於區域網使用的橋那樣的方式工作。監測消息的幀也可以這樣的方式得到簡化。不用特別指明接收機，但接收機總是通路中的最後一站。
結合圖2和圖3已說明了本發明的一個實施例，其中用於發送監測消息的程序被存入一個程序存貯器36內。當然也可在程序存貯器36內存貯某些基本軟體，它可利用發送的數據進行變換和補充作為監測消息。在此情況下，結合圖5說明的一個檢測器應該加到光纖放大器用於所接收的監測消息。程序存貯器36應該補充，例如根據幀的信頭欄位，使光纖放大器檢測出該接收機是討論中的光纖放大器和它的程序存貯器。該程序的修改的參數或部分被存入讀/寫存貯器34內，並且它們取代程序存貯器36中的相應部分。
對於本領域的技術人員來說，很顯然，由於技術發展，本發明的基本概念可以用許多方法來實現。因此，本發明及其實施例並不局限於上述的實例中，在權利要求書的範圍內，它們可能發生變化。
權利要求
1.從發送光信號的一個光纖放大器發送監測消息的方法，光纖放大器包含一個響應於外部控制信號(22S)的帶通濾波器(22)，其特徵在於該方法包含以下步驟形成一個對應於監測消息的調製信號；將調製信號與帶通濾波器的控制信號用這樣的方式組合起來使光纖放大器的光信號將按照調製信號的速率得到調製。
2.按照權利要求1的方法，其特徵在於它還包含以下步驟確定校準信息，它包含帶通濾波器的控制信號(22S)影響到光信號的多大部分將通過帶通濾波器(22)。
3.按照權利要求2的方法，其特徵在於校準信息被確定在預定的時間間隔內。
4.按照權利要求1的方法，其特徵在於幅度調製被應用於調製步驟(ii)中。
5.按照權利要求4的方法，其特徵在於調製水平範圍是2-10％。
6.按照權利要求1的方法，其特徵在於監測消息被編碼成為數字形式。
7.按照權利要求6的方法，其特徵在於檢錯編碼是用於監測消息的數字編碼中。
8.按照權利要求6的方法，其特徵在於糾錯編碼是用於監測消息的數字編碼中。
9.按照權利要求6的方法，其特徵在於在監測消息的編碼階段，將監測消息彙編成為包含發送器標識符的幀。
10.按照權利要求9的方法，其特徵在於傳輸是接收的已編碼監測消息的轉移，該方法包含以下步驟接收監測消息並確定包含其中的起始發送器的標識符；以及進一步發送監測消息，因此發送器的標識符就是監測消息的起始發送器的標識符。
11.按照權利要求9或10的方法，其特徵在於這些幀也包含該接收機的標識符。
12.按照權利要求1到10中任何一項的方法，在至少包含兩個光纖放大器的放大器站中，一個用於外出方向，而另一個用於返回方向，其特徵在於在返回方向上，帶通濾波器(22』)的控制信號是在調製步驟中受到調製。
13.從發送光信號的一個光纖放大器發送監測消息的系統，該光纖放大器包含一個響應於外部控制信號(22S)的帶通濾波器(22)，其特徵在於該方法包含確定監測消息的裝置(40)；存貯裝置(34，36)，用於存貯程序和監測消息；一個處理器裝置(30)，用於處理信息；以及一個第一控制器(26)，響應於處理器裝置(30)，用來控制帶通濾波器(22)。
14.按照權利要求13的一個系統，其特徵在於該系統還包含一個響應處理器裝置(30)的第二控制器(26』)，用來在返回方向上控制帶通濾波器(22』)。
15.按照權利要求13的系統，其特徵在於存貯裝置(34，36)包含一個用於存貯程序的讀取存貯器(36)以及一個用於存貯將要變換的信息的讀/寫存貯器(34)。
16.按照權利要求13的系統，其特徵在於該系統還包含裝置(104到112)，用於接收一個監測消息。
17.一種系統，用來接收疊加在光纖放大器的光通信信號上的監測消息，其特徵在於該系統包含第一裝置(104)，用於將光纖放大器的光信號變換成為一個電信號；第二裝置(106)，工作上連接到第一裝置，用於將監測消息從通信信號中分離出來；以及第三裝置(108到112)，工作上連接到第二裝置，用於將監測消息變換成為數字形式；因而，使用同樣的裝置(104)，監測消息和通信信號可從光形式被變換為電形式。
全文摘要
本發明涉及使用光纖作為其數據傳輸信道的那些放大器間的數據傳輸。因為一個光纖放大器通常只放大具有確定因素的一個信號,而沒有對該信號附加信息,與放大器的監測和控制有關的信令通常必須用單獨的系統來實現。按照本發明,一個電氣控制的光的帶通濾波器(22),除了它的正常功能外,還用於按照一個低的頻率和幅度來調製一個通過光纖放大器的信號,使得這個調製不會干擾實際的數據傳輸。一控制器(26)由處理器(30)控制,一讀/寫存貯器(34)和一程序存貯器(36)通過系統總線(32)連接到控制器。部件(40)包含放大器要傳送的作為監測消息的全部信息。
文檔編號H04B10/00GK1199522SQ96197531
公開日1998年11月18日 申請日期1996年10月8日 優先權日1995年10月9日
發明者西莫·塔邁拉 申請人:諾基亞電信公司