專利名稱：多波長自適應(yīng)光功率均衡的光分插復(fù)用器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及光網(wǎng)絡(luò)中分插復(fù)用器的設(shè)計。
背景技術(shù)：
隨著全球通信業(yè)務(wù)需求的迅速增加，特別是以互聯(lián)網(wǎng)(Internet)業(yè)務(wù)為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速增長，迫切要求建立新型高速、大容量、支持多種傳輸業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)。光纖通信目前已經(jīng)成為最主要的通信傳輸手段，各種信道復(fù)用方式為充分利用光纖巨大的帶寬資源提供了有效手段，特別是光波分復(fù)用(WDM)技術(shù)使得大容量光纖通信系統(tǒng)進入了一個嶄新時代，WDM鏈路系統(tǒng)在一根光纖上實現(xiàn)了多路波長信道的傳輸，使光纖的傳輸容量得到幾倍～百倍量級的提高。在成功地應(yīng)用到點一點的光纖傳輸系統(tǒng)后，WDM正向更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、功能和更大地域跨度發(fā)展。但是，由于現(xiàn)有電信網(wǎng)中的電子交換、續(xù)接和分接/復(fù)接系統(tǒng)存在著固有的“電子瓶頸”，使整個網(wǎng)絡(luò)速率和容量的提高受到極大限制。
WDM光網(wǎng)絡(luò)利用不同的光波長標識不同的信息通道，在光交叉互連(OXC)及光上/下路節(jié)點上，通過識別光波波長完成信息的路由選擇及上下路，極大地簡化了傳統(tǒng)電子設(shè)備的分插復(fù)用和交叉互連功能信息的傳輸及交換全部在光域中進行，避免了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上繁雜的光/電、電/光轉(zhuǎn)換設(shè)備以及由此引入的信號衰減、失真、系統(tǒng)功率損耗及成本提高等缺點。光網(wǎng)絡(luò)對信息傳輸速率、調(diào)制方式、傳送協(xié)議等透明，而且具有擴展靈活、重構(gòu)方便等突出的優(yōu)點。
光分插復(fù)用器(也稱為光上下路復(fù)用器，即OADM，Optical Add/drop Multiplexer)是光網(wǎng)絡(luò)中必不可少的設(shè)備。OADM節(jié)點的功能是從傳輸系統(tǒng)中選擇性地取下、或并入路、或僅僅通過某個波長信號，同時不影響其它波長信道的傳輸。也就是說，OADM在光域內(nèi)實現(xiàn)了傳統(tǒng)的SDH電分插復(fù)用器在時域內(nèi)完成的功能，而且具有透明性，可以處理任何格式和速率的信號，這一點比電ADM更優(yōu)越，是克服傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的電子瓶頸問題的關(guān)鍵之一。
通常，光分插復(fù)用器都要求具有同時處理多個波長上下路的能力，所以，多波長光分插復(fù)用器的研究顯得更加重要。
光分插復(fù)用器的使用會引入附加的功率水平不均衡，使光波分復(fù)用信號中各個波長的功率水平不一致，原因是本地上下路的波長信號和直通的波長經(jīng)過的是不同的光路，所受的損耗不一致。特別是多波長上下路的情況下，各波長的功率水平的不均衡性更加嚴重。通常，在設(shè)計OADM時(例如分立的光開關(guān)器件+集成光學(xué)復(fù)用/解復(fù)用器件的OADM方案)，對所有波長信道都先解復(fù)用，單獨進行功率均衡，然后再復(fù)用到一根光纖上，也就是說，無論是直通的波長還是上下路的波長，都要單獨進行功率均衡，需要使用單獨的均衡器，這樣，成本很高。此外，目前通常使用的功率均衡方案中，對于WDM信號的各個波長來說，均衡后的功率水平基準是通過硬件預(yù)先鉗定的，是不能實時變化的，這給實際使用帶來很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種多波長自適應(yīng)的功率均衡的光分插復(fù)用器(OADM)，使其不但有波長上下路功能，還有實時自適應(yīng)功率均衡能力，同時具有高穩(wěn)定性、低泄漏、低串擾、低損耗、模塊化、智能化功率均衡、均衡精度高等特點。
本發(fā)明提出一種多波長自適應(yīng)的功率均衡的光分插復(fù)用器，包括多波長上下路單元、其特征在于該多波長上下路單元中的每個下路波長均設(shè)置由一個光耦合器和與該光耦合器的輸出端相連的光探測器及其驅(qū)動電路組成的光功率實時監(jiān)測單元、每個上路波長均設(shè)置由電可調(diào)諧光衰減器構(gòu)成的功率均衡單元，還包括功率均衡控制單元；所說的各光功率實時監(jiān)測單元連接到所說的多波長上下路單元的信號下路端，所說的各功率均衡單元的光輸入端與所說的多波長上下路單元的上路端相連；所說的功率均衡控制單元的電控制信號輸出端與各功率均衡單元的電控制信號輸入端相連，所說的功率均衡控制單元的輸入端連于所說的下路端的各光功率實時監(jiān)測單元。
本發(fā)明還可包括另外兩組由一個光耦合器和與該光耦合器的輸出端相連的光探測器及其驅(qū)動電路組成的光功率實時監(jiān)測單元，其中一組光功率實時監(jiān)測單元連于線路信號輸入光纖和多波長上下路單元的輸入端之間；另一組光功率實時監(jiān)測單元連于所說的多波長上下路單元的輸出端和線路信號輸出光纖之間。
本發(fā)明的技術(shù)特征在于1)功率均衡單元跟蹤線路輸入光功率水平的變化情況，實時地對多波長上路光功率進行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，實現(xiàn)智能化的功率均衡，其功率均衡單元的工作點可以自適應(yīng)實時調(diào)節(jié)；2)僅通過對上路光功率進行監(jiān)控和調(diào)節(jié)就能達到功率均衡目的，無需對直通波長信號分別進行均衡，同時，不會引入附加的功率不均衡性。
本發(fā)明具有如下效果第一，本發(fā)明具有同時處理多個波長上下路的能力。
第二，本發(fā)明只需對上路光波長信號進行功率均衡，對直通光波長無需進行均衡，從而實現(xiàn)不增加附加不均衡性的目的。這樣大大降低設(shè)備復(fù)雜性，成本也大大降低。
第三，本發(fā)明采用的功率均衡單元不會引入附加的噪聲和串擾，均衡范圍可達20dB以上，功率均衡精度可達0.5dB，均衡時間可以限制在百毫秒，穩(wěn)定性好，從而使整個OADM具有良好的性能和可用性。
第四，本發(fā)明可以實現(xiàn)自適應(yīng)的智能化功率均衡功能。功率均衡單元和功率均衡控制單元可以跟蹤線路輸入光功率水平的變化情況，實時地對上路光功率進行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，實現(xiàn)智能化的功率均衡。本發(fā)明克服了目前通常使用的功率均衡方案中功率水平基準需預(yù)先鉗定且不能實時變化的缺點，大大地改善了設(shè)備的靈活性，更加有利于滿足實際應(yīng)用需要。
第五，本發(fā)明具有完善的監(jiān)控功能，能實時監(jiān)測線路輸入總光功率、下路光功率、上路光功率和線路輸出總光功率。同時，功率均衡控制單元能準確有效地控制功率均衡單元的動作。這些監(jiān)控功能配合微機控制單元，可以實現(xiàn)對OADM的監(jiān)控，并支持網(wǎng)元管理系統(tǒng)，為本發(fā)明的實際應(yīng)用提供有力的保證。
第六，本發(fā)明的具有自適應(yīng)的功率均衡的光分插復(fù)用器(OADM)具有高穩(wěn)定性、低泄漏、低串擾、低損耗、模塊化、智能化功率均衡、均衡精度高等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)及工作原理圖。
圖2(a)、圖2(b)為本發(fā)明的多波長上下路單元的二種實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3(a)、圖3(b)為本發(fā)明的功率均衡單元的二種實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的均衡控制單元實施例結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖5為本發(fā)明的均衡控制單元實施例的控制流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的一種多波長自適應(yīng)的功率均衡的光分插復(fù)用器結(jié)合附圖及實施例詳細說明如下本發(fā)明實施例的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括多波長上下路單元，功率均衡控制單元；連于多波長上下路單元的下路與功率均衡控制單元之間的多個由一個光耦合器CP12和與之相連的光探測器DT22及其驅(qū)動電路組成的光功率實時監(jiān)測單元；連于多波長上下路單元的上路與功率均衡控制單元之間的多個功率均衡單元PE41；連于多波長上下路單元的信號輸入端和輸出端的兩個光耦合器和光探測器CP11、DT21，CP12、DT23。
本發(fā)明的工作原理結(jié)合圖1說明如下WDM線路信號從A點輸入，包括n個波長(λ1，λ2，…，λn)，進入光耦合器CP11，再接到多波長上下路單元的輸入端。需要下路的多個波長從多波長上下路單元的下路端輸出到達C點，然后經(jīng)過光耦合器CP12輸出到OADM的下路端(E點)，完成信號波長下路功能，不需要下路的波長信號是直通信號，即直接通過多波長上下路單元。與此同時，相應(yīng)的多個上路波長信號從OADM的上路端(G點)輸入，分別進入各自的功率均衡單元PE41，進行光功率的監(jiān)控和調(diào)節(jié)，均衡后的上路信號經(jīng)由D點進入多波長上下路單元的上路端。上路信號與直通的WDM線路波長信號一起，從多波長上下路單元的輸出端(B點)輸出，到達光耦合器CP13的輸入端，經(jīng)由CP13的輸出端輸出后，這n個波長信號作為WDM線路信號從OADM輸出。
另外，光耦合器CP11從WDM線路輸入信號光中分出一小部分(如2％)送到光探測器DT21，這樣，就可以測出A點的WDM線路輸入信號的總光功率Pln。同理，光耦合器CP12和光探測器DT22配合，可以測出C點相應(yīng)的下路波長的光功率PC和OADM下路端E點相應(yīng)的下路波長的光功率PDrop。光耦合器CP13和光探測器DT23配合，可以測出B點的總光功率PB和OADM的輸出信號總光功率POut。同時，光功率均衡控制單元可以跟蹤C點下路波長的光功率PC，實時監(jiān)測和調(diào)節(jié)該波長相對應(yīng)的上路信號在D點的光功率水平PD，還能監(jiān)測OADM上路端G點的光功率PAdd。
本發(fā)明的功率均衡單元和功率均衡控制單元的工作原理說明如下(由于參與上下路的各個波長信號的功率均衡原理都是相同的，以其中一路上下路波長λi(1≤i≤n)為例)首先，需要確定上路波長信號λi(1≤i≤n)在D點要求調(diào)節(jié)到的光功率水平PD，以滿足功率均衡的要求，即保證輸出WDM信號的功率均衡性。在光路確定之后，根據(jù)預(yù)先的實際測量和器件插損特性，可以得到直通信號從A點到B點所經(jīng)歷的損耗SA→B，下路波長信號λi(1≤i≤n)從A點到C點的損耗SA→C，以及上路波長信號λi(1≤i≤n)從D點到B點所經(jīng)歷的損耗SD→B。那么，有如下公式PD＝PC+SA→C-SA→B+SD→B(1)也就是說，功率均衡單元和均衡控制單元必須保證D點的功率水平為式(1)計算出的值。其中，SA→C、SA→B和SD→B是可以預(yù)先測定的已知量，PC可以由耦合器CP12和探測器DT22及其驅(qū)動和采集電路實時地測出。這樣，均衡控制單元可以根據(jù)這些值，計算出D點均衡后所需達到的功率值PD。同時，功率均衡單元可以實時監(jiān)測到D點當前的功率值PCurrent，這樣就通過下面的公式可以得出功率均衡單元所需的均衡量PEQ，并控制其進行動作PEQ＝PD-PCurrent(2)本發(fā)明設(shè)計的多波長上下路單元的兩種實施例如圖2所示多波長上下路單元實施例1的結(jié)構(gòu)如圖2(a)所示，包括由兩個光環(huán)行器CL31、CL32和一組光纖布拉格光柵FBG組成的光濾波單元，由一個解復(fù)用器DMUX和一個復(fù)用器MUX組成的分波/合波單元。各部分的連接關(guān)系如下WDM信號從環(huán)行器CL31的(1)端輸入，CL31的(2)、(3)端分別接一組光纖布拉格光柵FBG的輸入端和解復(fù)用器DMUX的輸入端，其中，各FBG采用首尾相連的串聯(lián)連接方式；解復(fù)用器DMUX的輸出端C點與前述的下路功率監(jiān)測單元的輸入端相連；FBG組的輸出端與光環(huán)形器CL32的(2)端相連，CL32的(1)、(3)端分別接復(fù)用器MUX的輸出端和前述的耦合器CP13的輸入端；復(fù)用器MUX的輸入端D點與前述的功率均衡單元的輸出端相連。
實施例2的結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示，包括由一個解復(fù)用器DMUX和一個復(fù)用器MUX組成的分波/合波單元。各部分的連接關(guān)系如下WDM信號從解復(fù)用器DMUX的輸入端輸入，各個波長信道被DMUX分開，各波長從DMUX的輸出端輸出，其中，直通的各個波長信道直接與復(fù)用器MUX的輸入端相連，參與下路的各個波長信道通過C點從DMUX輸出并與前述的下路功率監(jiān)測單元的輸入端相連；參與上路的各個波長信道通過D點輸入到MUX的相應(yīng)輸入端并與前述的功率均衡單元的輸出端相連。
在上述兩實施例中，兩個光環(huán)行器采用JDS-Uniphase公司制造的，其型號是CR5500P-CS1；光纖布拉格光柵(FBG)采用JDS-Uniphase公司制造的帶溫度補償?shù)腇BG(FBG Series Custom Fiber Bragg Gratings，thermally compensated package)；解復(fù)用器和復(fù)用器均采用JDS-Uniphase公司制造的解復(fù)用器和復(fù)用器。
本實施例中，多波長上下路單元也可采用其他已知的方案實現(xiàn)。
本發(fā)明設(shè)計的功率均衡單元的兩個實施例如圖3所示該功率均衡單元采用基于電可調(diào)諧衰減器VCB的方案，可以使用不帶功率監(jiān)測(Tag)輸出的電可調(diào)諧衰減器VCB和帶Tag輸出的VCB。圖3(a)和(b)分別給出了這兩種實施例的示意圖。
其中，實施例1如圖3(a)所示，采用JDS-Uniphase公司制造的不帶Tag輸出的VCB，其型號為VCB0+1NC1.0NC1.0NC，耦合器CP14和探測器DT24的作用是實時監(jiān)測D點的當前光功率值；實施例2如圖3(b)所示，采用JDS-Uniphase公司制造的帶Tag輸出的VCB，其型號為VCB2+1NC1.0NC1.0NC，Tag的作用是實時測出D點當前光功率值PCurrent。
本發(fā)明設(shè)計的均衡控制單元實施例的組成結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD和微處理器CPU及存儲在其中的控制程序。多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD負責(zé)把來自多個光探測器的電信號轉(zhuǎn)化為CPU可以識別的數(shù)字量，CPU負責(zé)計算出所需向功率均衡單元輸出的控制信號。
本實施例的控制流程對于每一個參與上下路的波長信道都是相同的，圖5以其中的一個波長為例，說明功率均衡控制單元的控制程序的工作流程，具體敘述如下1) 對來自下路監(jiān)測探測器的電信號進行A/D變換，變換成CPU可以識別的數(shù)字量，得出下路波長在C點的功率值PC；2) CPU根據(jù)式(1)，計算出均衡后D點所需達到的功率值PD，這樣，根據(jù)來自功率均衡單元的當前D點功率值PCurrent，由公式(2)，計算出當前所需均衡控制量PEQ，產(chǎn)生控制信號；3) 把控制信號傳送到功率均衡單元，控制其可調(diào)諧衰減器的動作(即增加或者減少衰減量)；4) 得到功率均衡單元反饋的當前D點功率值PCurrent；5) 根據(jù)公式(2)，比較PCrrent和計算出的PD，算出差值PEQ，看是否達到均衡要求和均衡精度，均衡精度可以根據(jù)要求設(shè)定，本實施例的均衡精度要求為0.5dB；6) 如果得到均衡精度要求，則均衡結(jié)束，否則，再根據(jù)5)得出的當前均衡控制量PEQ，重復(fù)2)到5)的步驟，知道達到均衡精度要求為止。
本實施例的中央處理器(CPU)及其相關(guān)電路完成對功率均衡控制單元的控制、監(jiān)測輸入和輸出功率、提供外部通信接口，均采用共知技術(shù)實現(xiàn)，在此不贅述。
本發(fā)明設(shè)計的均衡控制單元還可以采用比較器加上相應(yīng)的反饋電路來實現(xiàn)，如把下路功率監(jiān)測單元的電輸出直接和功率均衡單元檢測到的相應(yīng)上路波長的當前功率值通過硬件進行比較，加上反饋電路預(yù)設(shè)的根據(jù)公式(1)和(2)確定的補償值，就可以實現(xiàn)均衡控制。
本實施例所用光耦合器采用JDS-Uniphase公司制造的，其型號是AC019-A3；所用光探測器采用深圳飛通公司制造的產(chǎn)品，其驅(qū)動電路均采用共知技術(shù)實現(xiàn)。
本發(fā)明的實施例中，連接于線路輸入光纖的一組光功率監(jiān)測單元和連接于輸出光纖的一組光功率監(jiān)測單元的功能是實現(xiàn)對輸入、輸出線路光纖中光功率的監(jiān)測，對功率均衡單元以及功率均衡控制單元沒有影響，可以省略。
權(quán)利要求
1.一種多波長自適應(yīng)的功率均衡的光分插復(fù)用器，包括多波長上下路單元、其特征在于該多波長上下路單元中的每個下路波長均設(shè)置由一個光耦合器和與該光耦合器的輸出端相連的光探測器及其驅(qū)動電路組成的光功率實時監(jiān)測單元、每個上路波長均設(shè)置由電可調(diào)諧光衰減器構(gòu)成的功率均衡單元，還包括功率均衡控制單元；所說的各光功率實時監(jiān)測單元連接到所說的多波長上下路單元的信號下路端，所說的各功率均衡單元的光輸入端與所說的多波長上下路單元的上路端相連；所說的功率均衡控制單元的電控制信號輸出端與各功率均衡單元的電控制信號輸入端相連，所說的功率均衡控制單元的輸入端連于所說的下路端的各光功率實時監(jiān)測單元。
2.如權(quán)利要求1所述的多波長自適應(yīng)的功率均衡的光分插復(fù)用器，其特征在于還包括另外兩組由一個光耦合器和與該光耦合器的輸出端相連的光探測器及其驅(qū)動電路組成的光功率實時監(jiān)測單元，其中一組光功率實時監(jiān)測單元連于線路信號輸入光纖和多波長上下路單元的輸入端之間；另一組光功率實時監(jiān)測單元連于所說的多波長上下路單元的輸出端和線路信號輸出光纖之間。
3.如權(quán)利要求1所述的多波長自適應(yīng)的功率均衡的光分插復(fù)用器，其特征在于所說的多波長上下路單元包括兩個光環(huán)行器，連接于該兩個光環(huán)行器之間的由多個首尾相接的光纖布拉格光柵組成的光濾波單元，分別與該兩個光環(huán)行器的端口相連的一個解復(fù)用器和一個復(fù)用器。
4.如權(quán)利要求1所述的多波長自適應(yīng)的功率均衡的光分插復(fù)用器，其特征在于所說的多波長上下路單元由一個解復(fù)用器和一個與其相連的復(fù)用器。
5.如權(quán)利要求1所述的多波長自適應(yīng)的功率均衡的光分插復(fù)用器，其特征在于所說的均衡控制單元包括多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器及存儲在其中的控制程序。
全文摘要
本發(fā)明屬于光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。包括:多波長上下路單元、由一個光耦合器和與該光耦合器的輸出端相連的光探測器及其驅(qū)動電路組成的光功率實時監(jiān)測單元、由電可調(diào)諧光衰減器構(gòu)成的功率均衡單元和功率均衡控制單元;所說的光功率實時監(jiān)測單元連接到所說的多波長上下路單元的信號下路端,所說的功率均衡單元的光輸入端與上路端相連;所說的功率均衡控制單元的電控制信號輸出端與功率均衡單元的電控制信號輸入端相連,所說的功率均衡控制單元的輸入端連于下路端的光功率實時監(jiān)測單元。本發(fā)明的OADM具有高穩(wěn)定性、低泄漏、低串擾、低損耗、模塊化、智能化功率均衡和均衡精度高等優(yōu)點,具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號G02B6/26GK1339891SQ0113657
公開日2002年3月13日 申請日期2001年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月19日
發(fā)明者徐志根, 張漢一, 李艷和, 郭奕理, 鄭小平, 周炳琨 申請人:清華大學(xué)