專利名稱：用于確定光傳輸線路的色散的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分所述的方法和一種按獨立權(quán)利要求9的前序部分所述的裝置。
背景技術(shù)：
長途通信技術(shù)的光傳輸線路的有效距離和容量其中也受到由于傳輸光纖中的色散而造成的信號失真的限制。經(jīng)常使用的標準單模光纖(SSMF)在1550nm左右的波長窗中具有約17ps/(nm*km)的色散系數(shù)。在2.5GBit/s的信道數(shù)據(jù)速率的情況下，無需補償措施就可以實現(xiàn)約1000km的受色散限制的再生器間隔。因為有效距離與信道數(shù)據(jù)速率的平方成反比地減小，所以在10GBit/s和40GBit/s的情況下相應(yīng)地產(chǎn)生約70km和約3km的再生器間隔。因此對于大多數(shù)10GBit/s系統(tǒng)和實際上所有40GBit/s系統(tǒng)來說，為避免信號失真而采取色散補償措施是絕對必要的。
常常借助于在傳輸線路中有利地被安置在光放大器內(nèi)的補償光纖來實現(xiàn)光傳輸線路中的色散補償。另一種可能性在于，在傳輸線路的末端上引入色散補償元件。在Tsuda等人的公開文獻“Second-and Third-Order DispersionCompensator Using a High-Resolution Arrayed-Waveguide Grating”(IEEEPhotonics Technology Letters，(1999)第11卷，第5期，第569頁)中使用一種波導(dǎo)光柵(Arrayed Waveguide Grating，AWG)，以補償數(shù)據(jù)信號的由色散造成的傳播時間差。從K.-M.Feng，V.Grubsky，D.S.Starodubov，J.-X.Cai，A.E.Willner，J.Feinberg所著的“Tunable nonlinearly-chirped fiber Bragg grating for use as adispersion compensator with a voltage-controlled dispersion”(OFC TechnicalDigest(1998)，paper TuM3，第72頁)和P.L.Maso，J.A.J.Fells，R.V.Penty和I.H.White所著的“Optical communication system performance using fibre Bragg gratingdispersion compensators”(ECOC Technical Digest(1994)，第435頁)以及K.O.Hill，S.Thériault，B.Malo，F(xiàn).Bilodeau，T.Kitagawa，D.C.Johnson，J.Albert，K.Takiguchi，T.Kataoka和K.Hagimoto所著的“Chirped in-fibre Bragg grating dispersioncompensatorsLinearisation of dispersion characteristic and demonstration ofdispersion compensation in 100km，10Gbit/s optical fibre link”(ElectronicsLetters，(1994)，第30卷，第21期，第1755頁)中公開了用于色散補償?shù)牟祭窆饫w光柵。
對于色散補償元件的標注尺寸來說，特別是在設(shè)計具有高數(shù)據(jù)速率的光傳輸線路時，重要的是準確了解整個傳輸線路的色散。
為確定一個光傳輸線路的總色散，在M.Tomizawa，Y.Yamabayashi，Y.Sato和T.Kataoka的文獻“Nonlinear influence on PM-AM conversion measurement ofgroup velocity dispersion in optical fibres”(Electronics Letters，(1994)，第30卷，第17期，第1434頁)中提到，信號例如通過外部的調(diào)相器(PM)進行調(diào)制。該PM信號通過光纖線路的色散被轉(zhuǎn)換為調(diào)幅(AM)(PM-AM轉(zhuǎn)換)。通過轉(zhuǎn)換的程度可以作出關(guān)于所要求的補償跟蹤的論斷。
在美國專利申請US 2002/0044322 A1中公開了一種用于確定光傳輸線路的色散的方法，該方法以光副載波的多路復(fù)用為基礎(chǔ)(“optical subcarriermultiplexing”)。在此情況下，在發(fā)射側(cè)，基帶信號和副載波信號借助于一個雙臂的馬赫曾德調(diào)制器被調(diào)制到載波信號上。在這種情況下確定兩個副載波的各自的頻率。隨后測量在第一和第二副載波頻率處的信號功率。根據(jù)所測量的功率之比確定一個數(shù)據(jù)信道的色散，而無需對基帶進行解調(diào)。
在US專利5033846中公開了一種用于確定單模光纖中的色散的裝置。在這種情況下cw信號利用調(diào)制信號被調(diào)制成具有可調(diào)頻率的相應(yīng)的干擾信號。改變調(diào)制信號的頻率，以測定傳輸線路的傳輸函數(shù)(“AM frequency response”)。根據(jù)傳輸函數(shù)最小值時的頻率來計算色散。
相同的方法在WO 98/57138中用于確定非線性折射率n2，其中色散也作為線路參數(shù)被測定。在此，將激光器的光利用干擾信號進行調(diào)幅。在改變調(diào)制頻率期間，在傳輸線路的末端上利用網(wǎng)絡(luò)分析器和分析單元來測定不同輸入光功率的傳輸特性曲線|S12|的偏移。根據(jù)取決于調(diào)制頻率的|S12|最小值的偏移來計算非線性折射率n2。通過傳輸特性曲線最小值的分析，在已知光波長的情況下也可以確定總色散。但所描述的方法的缺點是，測量不能在光網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸期間進行。測量只能在一個單獨的光傳輸線路中利用帶有網(wǎng)絡(luò)分析器和附加的分析單元的接收機進行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，提供一種方法和一種盡可能簡單的測量裝置，用于在進行數(shù)據(jù)傳輸時測定光傳輸線路的色散。
解決該任務(wù)的方法通過權(quán)利要求1的特征來描述。
一種適合的裝置在獨立權(quán)利要求9中予以說明。
本發(fā)明帶來的優(yōu)點是，不僅能夠在傳輸線路上而且能夠在運行中的光網(wǎng)絡(luò)中測量總色散或未補償?shù)氖Ｓ嗌ⅰ?br> 本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，在所有波長的點到點連接的情況下在發(fā)射側(cè)僅需一個調(diào)制單元。同樣的內(nèi)容適用于任何方位的PXC(光交叉連接)。
該方法提供的其他優(yōu)點是，在接收側(cè)僅需讀出誤差率或通過前向糾錯(FEC)校正的誤差的數(shù)量。關(guān)于信號質(zhì)量的其他論斷例如通過使用眼圖和直方圖方法來產(chǎn)生。
本發(fā)明的一個額外優(yōu)點在于，所有有效波長的測量過程提供剩余色散。
本發(fā)明帶來的其他優(yōu)點是，在不使用像網(wǎng)絡(luò)分析器和功率測量單元這樣的附加部件的情況下也能測量光傳輸線路的非線性相位(公式3，第6頁)，這可以得出關(guān)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量的結(jié)論。因此例如可以借助非線性相位來說明，在傳輸由于非線性而重新變差之前，有多少無再生器的線路段能夠集成到該系統(tǒng)中以及功率電平可以多劇烈地向更大值變化。
本發(fā)明的其他優(yōu)點在于，在使用誤差校正編碼的情況下不出現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的附加誤差，數(shù)據(jù)信號的信息不受測量的影響，而且同時信號質(zhì)量與測量值并行地被檢驗。


現(xiàn)根據(jù)實施例借助附圖對本發(fā)明進行說明。其中圖1示出本發(fā)明針對光傳輸線路的點到點連接的一種可能的實施方式；圖2示出取決于輔助信號的調(diào)制頻率的傳輸函數(shù)。可以明顯看出產(chǎn)生的最小值。
具體實施例方式
在像圖1中示意性示出的光傳輸線路中，所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號Di首先在FEC編碼器FECi中受到保護。然后多個光載波信號在調(diào)制器MOi內(nèi)利用編碼后的數(shù)據(jù)信號DSi進行調(diào)制，并將光數(shù)據(jù)信號DSOi通過多路復(fù)用器MUX匯編成一個發(fā)射側(cè)的多路復(fù)用信號DSS。由多路復(fù)用器MUX輸出的所有光數(shù)據(jù)信號DSS在調(diào)制單元ME內(nèi)共同被調(diào)制(優(yōu)選地調(diào)幅)成一個正弦形的干擾信號STS。概念“調(diào)制”在這里也應(yīng)包括由疊加造成的起相同作用的效應(yīng)。由此信號質(zhì)量變差，而且需由FEC校正的比特誤差的數(shù)量增加。干擾信號STS不僅在頻率fSTS上而且在振幅ASTS上均可改變。兩個調(diào)制參數(shù)利用系統(tǒng)控制裝置S來調(diào)整。在通過帶有多個光放大器OV的光傳輸線路FI并且調(diào)制后的多路復(fù)用信號通過一個多路分用器DMUX分成單個光數(shù)據(jù)信號DSOi并再轉(zhuǎn)換成電數(shù)據(jù)信號DSEi后，在接收側(cè)有選擇地為單個信道或者為所有信道并行檢驗信號質(zhì)量。信號質(zhì)量的檢驗在使用誤差校正的情況下通過測量誤比特率(BER)在一個FEC解碼器FECDi中進行。如果不使用誤差校正，那么信號質(zhì)量可以通過測量眼圖或者通過直方圖測量方法進行。這些方法都用于確定對數(shù)據(jù)信號的干擾影響。在此方面，BER具有特別重要的意義。它直接由FEC所校正的比特數(shù)量產(chǎn)生，并從解碼器繼續(xù)傳輸?shù)揭罁?jù)標準被安裝用于質(zhì)量監(jiān)測的系統(tǒng)控制裝置S。
為確定色散，記錄取決于調(diào)制頻率fSTS的所接收的數(shù)據(jù)信號DSEi的BER。在此原則上適用如果利用頻率f調(diào)幅的光被引導(dǎo)通過色散的元件，那么對于確定的不連續(xù)的頻率fk，傳輸函數(shù)|S12|以dB為單位的數(shù)值在對數(shù)地描繪的情況下具有表示特征的最小值，正如圖2中所示那樣。如果假設(shè)不存在非線性，那么可以通過第k個最小值的位置借助于下列公式(參見例如M.Schiess，H.Carlden，Evaluation of the chirp parameter of a Mach-Zehnder intensity modulator，Electronic Letters，(1994)30，18，第1524頁)來計算總色散Dtotπλ2c·Dtot·fk2=(2k-1)π2---(1)]]>c為以m/s為單位的真空光速，λ為以m為單位的真空光波長，k＝1，...，n為最小值的循環(huán)變量，Dtot大多以單位ps/nm給出。適用Dtot[ps/nm]＝1000*Dtot[s/m]。
借助公式(1)可以看出，通過在最小值k的位置上使用調(diào)制頻率fSTS，在已知光波長λ的情況下可以確定色散元件或者色散傳輸線路的總色散Dtot。由信號STS引起的干擾在BER最小時的頻率fk消失。因此，比特誤差的最小值或所校正的誤差之間的直接關(guān)系作為調(diào)制頻率和總色散的函數(shù)而產(chǎn)生。
下面簡要介紹色散測量的實施。
在發(fā)射側(cè)，或者在多路復(fù)用器MUX前面對單個光數(shù)據(jù)信號DSOi進行調(diào)制，或者通過在多路復(fù)用器MUX后面安裝調(diào)制單元ME而同時對所有信道進行調(diào)制。為防止對該數(shù)據(jù)信號的附加干擾影響，調(diào)制器不應(yīng)有線性調(diào)頻，因為通過色散已經(jīng)進行了PM-AM轉(zhuǎn)換。
測量可以或者以明顯大于傳輸網(wǎng)數(shù)據(jù)速率的調(diào)制頻率fSTS開始，或者以非常小的調(diào)制頻率開始(處于幾十MHz范圍內(nèi))，因為對低調(diào)制頻率來說，正弦形干擾頻率實際上未被衰減(參見圖2)。在測量開始時這樣選擇調(diào)制幅度ASTS，使得誤差率BER不超過所有信道的例如10-3-10-5的可容許的值。
如果進行單個信道的測量，那么按信道將調(diào)制頻率fSTS根據(jù)起始條件(典型地處于100MHz-1GHz光柵內(nèi))降低或提高并測量該信道的誤比特率。這樣匹配調(diào)制幅度ASTS，使得所選擇的信道的BER保持基本不變。同時檢驗在其他信道之一中是否超過臨界的BER。如果是，那么測量過程以整體上更小的調(diào)制幅度ASTS從頭開始。如果不是，那么繼續(xù)降低或提高調(diào)制頻率fSTS(根據(jù)所選擇的起始條件)并在匹配其他信道的調(diào)制幅度期間將所選擇的信道的調(diào)制幅度ASTS保持不變。將該方法一直重復(fù)，直至找到BER的最小值。
如果所有信道的測量并行進行，那么對所有信道共同進行調(diào)制并將調(diào)制頻率fSTS如在單個測量時那樣根據(jù)起始條件降低或提高。同時測量所有信道的誤比特率。針對所有信道始終這樣來匹配調(diào)制幅度ASTS，使得其不超過BER上限。一直重復(fù)這一步驟，直至找到BER的最小值。
如果記錄取決于調(diào)制頻率fSTS的BER的多個最小值，如圖2中所示的那樣，那么也可以根據(jù)頻率最小值的偏移仿照WO 98/57138中的測量方法來確定非線性相位。從至少兩個最小值的頻率偏移可以推斷出非線性相移chirp，如在下面的公式中可看到的那樣 以及
tan(chirp)＝2·Leff·γ·Pmean(3)和γ=2·π·n2λ·Aeff---(4)]]>其中tan(chirp)表示所測量的偏移，Leff表示以m為單位的玻璃纖維的有效長度，Aeff表示以m2為單位的光波導(dǎo)的有效橫截面積，以及Pmean表示以W為單位的平均功率，和n2表示以m2/W為單位的非線性折射率，γ在這里為輔助參數(shù)。
此外，對非線性相位以及因此對乘積Leff·γ·Pmean的認識允許對總系統(tǒng)的功率特性作出論斷。如果乘積Leff·γ·Pmean在給定的數(shù)據(jù)速率和光纖類型的情況下超過極限值(非線性相位的最大值chirpmax)，那么非線性效應(yīng)的干擾影響變得過大，而且光傳輸線路中的數(shù)據(jù)傳輸受影響。因此，非線性相位的測量給出具體說明，傳輸線路中的功率電平可以被提高到何種程度而不超過chirpmax。
對非線性的測量在一個信道中在已知光纖參數(shù)的情況下使用網(wǎng)絡(luò)分析器和功率測量設(shè)備來進行并可以在運行期間進行。n2的確定精度可以通過測量多個功率值Pmean得到提高。
在將本發(fā)明用于光網(wǎng)絡(luò)時，光交叉連接(XC)的每個輸出端可以配備一個調(diào)制單元ME。因此能夠確定各個交叉連接(XC)和端點(通過接收機RXi(i＝1，...，n)來表征)之間或直至各個鏈路的下個再生器的所有有效波長上的色散。該方法因此可以在建立光網(wǎng)絡(luò)時用于確定色散補償元件的尺寸或者也可以用于檢查測量任意線路段的色散。在技術(shù)方面為此僅需將調(diào)制單元引入未被占用的安裝位置(英語‘slot’)內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于確定光傳輸線路(FI)的色散的方法，在該光傳輸線路中從發(fā)射機向接收機傳輸數(shù)據(jù)信號(DSS)，其特征在于，在發(fā)射側(cè)利用具有可調(diào)頻率(fSTS)的可調(diào)干擾信號(STS)對所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(DSS)進行調(diào)制；在接收側(cè)測定所接收的數(shù)據(jù)信號(DSEi)的信號質(zhì)量；改變所述干擾信號(STS)的頻率(fSTS)并重新測量所述信號質(zhì)量(SQ)；重復(fù)這一過程，直至在所述干擾信號(STS)的最佳頻率(fM)的情況下確定最大的信號質(zhì)量(SQ)或者所述干擾信號(STS)的最小干擾影響；以及根據(jù)所述干擾信號(STS)的最佳頻率(fM)計算色散。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述信號質(zhì)量(SQ)借助所接收的數(shù)據(jù)信號(DSEi)的比特誤差或者借助所接收的數(shù)據(jù)信號(DSEi)的眼圖或者通過記錄所接收的數(shù)據(jù)信號(DSEi)的直方圖來測定。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(DSi)通過校正誤差的和/或識別誤差的編碼(FECi)來保護，并在接收側(cè)借助校正誤差的和/或識別誤差的編碼(FECDi)來測定誤比特率(BER)。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，僅將所述干擾信號(STS)的振幅(ASTS)并因此將調(diào)制指數(shù)改變到這種程度，使得不超過所使用的校正誤差的編碼的校正能力。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述色散(在假設(shè)缺少非線性的情況下)根據(jù)πλ2c·Dtot·fSTS,k2=(2k-1)π2]]>來計算，而且fSTS，k表示以Hz為單位的所述干擾信號的頻率，c為以m/s為單位的真空光速，λ為以m為單位的真空光波長，和k＝1，...，M，...n為所記錄的BER的最小值的循環(huán)變量，以s/m為單位的Dtot為所述光傳輸線路的總色散。
6.按權(quán)利要求2-5所述的方法，其特征在于，記錄取決于所述干擾信號(STS)的頻率(fSTS)的誤比特率(BER)的多個最小值；以及根據(jù)這些最小值的偏移來測定所述光傳輸線路中的非線性相移。
7.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在發(fā)射側(cè)，波長多路復(fù)用器(MUX)的所有輸出信號的調(diào)制在調(diào)制器(ME)中共同進行。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述干擾信號(STS)的頻率(fSTS)和/或振幅(ASTS)由接收側(cè)的分析單元通過系統(tǒng)控制裝置(S)的業(yè)務(wù)信道來控制。
9.用于確定光傳輸線路(FI)的色散的裝置，具有在發(fā)射側(cè)的波長多路復(fù)用器(MUX)，在該裝置中，在發(fā)射側(cè)設(shè)置有調(diào)制單元(ME)，該調(diào)制單元利用干擾信號(STS)對數(shù)據(jù)信號(DSS)進行調(diào)幅，其特征在于，所述調(diào)制單元(ME)這樣被構(gòu)造，使得其在頻率(fSTS)和振幅(ASTS)上可以被調(diào)整；而且在接收側(cè)布置有用于檢測所述數(shù)據(jù)信號(DSEi)的信號質(zhì)量的測量單元和分析單元；而且所述分析單元通過系統(tǒng)控制裝置(S)的業(yè)務(wù)信道與所述調(diào)制單元(ME)相連接，以便控制和調(diào)節(jié)所述干擾信號(STS)的頻率(fSTS)和/或振幅(ASTS)。
10.按權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)制單元(ME)被實施為可插式組件，該調(diào)制單元可在所述光傳輸線路的開端處的多路復(fù)用器前面或者后面的任意位置上被引入。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于確定光傳輸線路的色散的方法和裝置。通過測定信號質(zhì)量，為所調(diào)制的數(shù)據(jù)信號測量取決于干擾信號(STS)的調(diào)制頻率的誤比特率。根據(jù)得出的誤比特率的不連續(xù)的最小值計算傳輸線路的色散系數(shù)。這些測量可以有利地在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪\行期間進行。此外，該方法通過測定非線性相移提供關(guān)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量的附加的論斷。
文檔編號H04B10/08GK1758041SQ20051011654
公開日2006年4月12日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月28日
發(fā)明者E·戈特瓦德 申請人:西門子公司