Оптический усилитель и оптическая линия передачи

Изобретение относится к регулируемым оптическим усилителям (РОУ) в оптических линиях передачи. Технический результат заключается в сохранении уровня приема при изменении количества каналов с мультиплексированием длин волн (МДВ). РОУ (V) для передачи сигналов с МДВ содержат соответственно первое регулирующее устройство (ОЕ1, ОЕ2, R1) для регулировки усиления и второе доминирующее регулирующее устройство (ОЕ2, R2, R1) с существенно более медленно действующей характеристикой регулирования для регулировки выходной мощности (Р_OUT), соответственно поданной задающей величине (p_soll). В линии передачи, оснащенной такими усилителями, могут компенсироваться как быстрые изменения уровня, так и медленные изменения затухания в линии передачи. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к регулируемым оптическим усилителям и к оптическим линиям передачи, в которых могут использоваться такие усилители.

В оптических сетях передачи данных для компенсации затухания в оптическом волокне используются оптические усилители. Стабильный режим работы в линиях передачи большой длины возможен, однако, лишь в том случае, если изменения параметров системы компенсируются с помощью регулирования. В используемых в настоящее время системах передачи с мультиплексированием длин волн регулируются суммарные значения выходной мощности усилителей. В одноканальных системах или в линиях передачи с постоянным числом каналов с использованием этого принципа регулирования относительно хорошо компенсируются медленные изменения параметров системы, например, обусловленные колебаниями температуры или старением.

Устройство для усиления оптических сигналов с мультиплексированием длин волн (МДВ) посредством оптического волокна (например, EDFA - волоконно-оптический усилитель на основе эрбия) описан в реферате к патентной заявке Японии JP-A-05063643. Усилитель имеет два фотоэлектрических элемента, которые измеряют оптическую мощность перед усилителем и после него. С использованием разности двух фотоэлектрических сигналов относительно постоянного опорного напряжения мощность источника накачки регулируется таким образом, что усиление усилителя настраивается на определенное значение.

Оптическая система передачи с улучшенным отношением сигнал/шум описана в патенте США US-A-5446812. Несколько усилителей в линии передачи включены друг за другом и селективно управляются статически или динамически с помощью блока управления таким образом, что получаемое отношение сигнал/шум (С/Ш) на выходе линии передачи становится максимальным.

В реферате к патентной заявке Японии JP-A-04293025 описана система передачи с включенными друг за другом усилителями. Как и в вышеупомянутом патенте США US-A-5446812, управляющий сигнал подается на все усилители для управления коэффициентом усиления. Согласно реферату к вышеуказанной патентной заявке Японии, для установки усиления в качестве опорного сигнала применяется изменяющийся пилот-сигнал.

Однако ни одна из вышеупомянутых трех систем не обеспечивает возможность поддержания постоянной мощности, приходящейся на канал, при различных количествах каналов.

Если, однако, количество каналов в процессе функционирования изменяется, то такое регулирование суммарной выходной мощности изменяет уровень отдельных каналов передачи с МДВ. Такого изменения уровня в принципе можно избежать, если определить количество действующих каналов и сообщить эти данные устройствам регулирования отдельных оптических усилителей. Устройства регулирования соответствующим образом согласуют номинальное значение для выходного уровня усилителя. Ввиду различных постоянных времени, такое согласование уровней обычно реализуется не без кратковременных колебаний, с которыми связаны значительные потери качества передачи.

Другая возможность решения состоит в регулировании отдельных усилителей для получения постоянного коэффициента усиления (см., например, "Electronic Letters", 26 March, 1991, Vol.27, No.7, pp.560-561 и "Electronic Letters", 29 June, 1994, Vol.30, No.12, pp.962-964). В таких схемах при изменении количества действующих каналов подавляют колебания уровней остальных каналов путем поддержания усиления постоянным. Однако в качестве принципа регулирования для линии передачи с множеством усилителей и этот принцип регулирования не подходит, так как медленные изменения параметров линии суммируются, и вследствие этого качество передачи ухудшается.

Задачей изобретения является создание усилителей, пригодных для оптических сетей передачи данных. Кроме того, линии передачи следует выполнять таким образом, чтобы и при изменении количества каналов уровень приема отдельных каналов с МДВ сохранялся постоянным.

Указанная задача решается с помощью регулируемого оптического усилителя согласно пункту 1 формулы изобретения. Вариант усилителя приведен в независимом пункте 3 формулы изобретения.

Линии передачи, оснащенные указанными усилителями, описаны в пунктах 6 и 7 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.

Преимущество соответствующего изобретению оптического усилителя состоит в том, что регулировка усиления в первом контуре регулирования осуществляется с малой постоянной времени. Поэтому изменения в количестве действующих каналов с МДВ оказывают минимальное влияние на выходной уровень. Второй контур регулирования обеспечивает отработку медленных изменений. При изменении количества действующих каналов происходит соответствующее изменение номинального значения для второго контура регулирования с помощью включенного в линию передачи на стороне передачи локального или включенного на стороне приема терминалов (сетевых узлов), так что регулировка выходного уровня, если она вообще происходит, осуществляется лишь кратковременно и воспринимается лишь в минимальной степени. Если во втором контуре регулирования предусмотрено запоминающее устройство, то этот контур регулирования можно приводить в действие только в определенные моменты времени, чтобы изменить уровень приема, или во время изменения количества каналов деактивировать его.

В альтернативном решении регулировка выходной мощности производится либо совместно для всех усилителей линии передачи от приемного терминала, либо при соответствующем индивидуальном контроле выходного уровня отдельно через соответственно выполненный канал контроля.

При применении регулировки выходного уровня усилителям необходимо только еще получать информацию о количестве каналов МДВ или о соответствующем номинальном значении.

Линии передачи, оснащенные этими усилителями, могут также выравнивать медленные изменения усиления, обусловленные процессами старения.

Принцип и пример реализации усилителя, а также линии передачи описаны ниже со ссылкой на чертежи, на которых представлено следующее:

фиг.1 - структурная схема соответствующего изобретению усилителя с регулировкой выходной мощности,

фиг.2 - структурная схема с волоконным усилителем,

фиг.3 - линия передачи с множеством усилителей.

Пример выполнения изобретения представлен на структурной схеме, показанной на фиг.1. Оптический усилитель V служит для усиления сигнала MS, мультиплексированного по длинам волн, передаваемого по оптическому волноводу LWL. На входной стороне предусмотрен первый измерительный элемент связи К1, который ответвляет часть сигнала. Ответвленный сигнал преобразуется первым оптоэлектронным преобразователем ОЕ1 в электрический измеренный сигнал р_IN, соответствующий входному уровню (входной суммарной мощности), подаваемый на первый регулятор R1. Точно так же посредством второго измерительного элемента связи К2 и второго оптоэлектронного преобразователя ОЕ2 получают измеренный сигнал р_OUT, соответствующий выходному уровню (мощности) Р_OUT, который также подается на первый регулятор. Полученные Р_OUT и Р_IN сравнивают между собой и в соответствии со сравнением регулируют усиление, в зависимости от установленного соотношения Р_OUT к p_IN, например, в случае волоконного усилителя регулируется ток накачки I_PUMP или в случае полупроводникового усилителя регулируется управляющий ток. Также могут использоваться и другие принципы регулирования усиления, которые описаны, например, в цитированных источниках.

Помимо показанного в упрощенном виде первого регулирующего устройства (контура регулирования К1, ОЕ1, К2, ОЕ2, R1, V), служащего для быстрой регулировки усиления, предусмотрено второе доминирующее устройство регулирования (контур регулирования К2, ОЕ2, R2, R1, V), которое регулирует выходную мощность (выходной уровень) Р_OUT путем сравнения соответствующего измеренного значения P_OUT с заданной величиной, т.е. с номинальным значением p_SOLL. Медленные изменения затухания в линии передачи, обусловленные, например, температурным изменением или старением, компенсируются посредством этого второго контура регулирования. Выданная вторым регулятором R2 регулирующая величина G_SOLL путем воздействия на первый контур регулирования определяет ток накачки и тем самым усиление оптического усилителя. При изменении количества каналов передачи усиление не должно изменяться. Регулирование уровня также не может подействовать мгновенно, что достигается за счет, как правило, намного большей постоянной времени второго контура регулирования по сравнению с постоянной времени первого контура регулирования.

На фиг.2 более детально представлена схема усилителя, включающая в себя волоконный усилитель VFA, усиление которого определяется током накачки I_PUMP, вырабатываемым управляемым лазером накачки PL и ответвляемым посредством ответвителя накачки РК. Первый регулятор R1 может содержать звено затухания DG, которое подключено ко второму оптоэлектронному преобразователю ОЕ2, и первый компаратор СОМ1. Если второй контур регулирования не учитывается, то усиление может быть установлено с помощью звена затухания. Возможность регулирования выходной мощности путем изменения усиления могла бы быть обеспечена непосредственным изменением затухания, вносимого звеном затухания DG, с помощью задающей величины P_SOLL.

В рассматриваемом примере осуществления во втором устройстве регулирования (во втором контуре регулирования К2, ОЕ2, COM2, MU, IN, COM1, PL, PK, VFA), как выше описано в принципе, осуществляется сравнение во втором компараторе COM2 между выходной мощностью и задающей величиной P_SOLL. Результат этого сравнения изменяет посредством перемножителя MU входной сигнал первого компаратора COM1 и управляет таким образом током накачки и тем самым регулирует усиление волоконного усилителя VFA. От звена затухания можно отказаться, так как второй контур регулирования определяет усиление посредством перемножителя.

Как упомянуто выше, постоянная времени второго контура регулирования должна быть достаточно большой, чтобы в случае изменения количества каналов нейтрализовать его влияние путем соответствующего введенного извне изменения задающей величины. Этому также может способствовать накопительный элемент SH. Он может быть включен между интегратором и перемножителем. В качестве постоянной времени при высоких скоростях передачи данных в диапазоне Мбит/с для первого контура регулирования целесообразно выбрать величину в диапазоне от 1 мкс до 1 мс, а для второго устройства регулирования - в диапазоне от 0,1 с до нескольких секунд, минут и даже часов. Постоянная времени может также переключаться для различных рабочих состояний.

Так при вводе в действие выбирается малая постоянная времени, например 100 мкс, при изменении количества каналов - постоянная времени порядка 1 с и при изменении уровня, отслеживающего изменения в потребностях, - постоянная времени порядка нескольких минут.

Для второго регулятора представляется возможной интегральная характеристика или по меньшей мере интегральная составляющая, которая еще может быть дополнена временем запаздывания. При схемной реализации второй компаратор и интегратор могут быть объединены.

Усилительные схемы с соответствующими контурами регулирования могут, естественно, строиться самым различным образом.

На фиг.3 представлена линия передачи с несколькими оптическими усилителями VT, от VI до Vn. В передающем терминале Т1, содержащем передающее устройство TR с подключенным к нему мультиплексором длин волн WDM, вырабатывается сигнал MS с уплотнением по длинам волн, который затем усиливается в усилителе VT и вводится в линию передачи. Усилители установлены таким образом, что они выдают выходные уровни, соответствующие условиям конкретного участка линии передачи, которые сохраняются за счет второго контура регулирования и при медленном изменении свойств линии передачи.

Если количество каналов МДВ изменяется, то выходной уровень прежде всего в каждом канале продолжает поддерживаться постоянным с помощью первого контура регулирования. Ввиду большой постоянной времени и запаздывания, регулирование выходного уровня сначала не вводится в процесс регулирования. Так как одновременно посредством канала контроля ОСH от терминала к усилителям передается информация об изменении заданной величины, которая служит для выработки нового выходного уровня, то второй контур регулирования практически не оказывает влияния на процесс регулирования. В противоположность этому, снабжение каждого усилителя отдельным средством контроля количества каналов привело бы к большим затратам.

Необходимо также добавить, что посредством канала контроля значения выходной мощности можно также устанавливать индивидуально.

1. Регулируемый оптический усилитель (V, V1,...) для передачи сигналов с мультиплексированием по длинам волн с первым контуром (V, OE1, OE2, R1) регулирования, у которого измеряют входной уровень (Р_IN) и выходной уровень (Р_OUT), сравнивают их между собой и в соответствии со сравнением регулируют усиление, отличающийся тем, что предусмотрен доминирующий второй контур (V, OE1, OE2, R2, R1) регулирования с существенно более медленнодействующей характеристикой регулирования, у которого выходной уровень (Р_OUT) сравнивают с подаваемой задающей величиной (P_SOLL) и полученный из этого сравнения регулирующий сигнал (G_SOLL) через умножитель (MU) воздействует на первый контур (V, OE1, OE2, R1) регулирования и определяет выходной уровень (Р_OUT).

2. Регулируемый оптический усилитель (V, V1,...) по п.1, отличающийся тем, что первый контур регулирования образован, в основном, оптическим усилителем (PL, PK, VFA), подключенным к его входу первым оптоэлектронным преобразователем (ОЕ1), который выдает соответствующий входному уровню (Р_IN) измеренный сигнал (Р_IN), подключенным к выходу усилителя вторым оптоэлектронным преобразователем (ОЕ2), который выдает соответствующий выходному уровню (Р_OUT) измеренный сигнал (Р_OUT), и первым компаратором (СОМ1), к которому через умножитель (MU) от первого оптоэлектронного преобразователя (ОЕ1) и от второго оптоэлектронного преобразователя (ОЕ2) подают измеренные сигналы (Р_IN, Р_OUT), и выходной сигнал которого управляет усилением, при этом второй контур регулирования образован, в основном, оптическим усилителем (PL, PK, VFA), подключенным к его выходу вторым оптоэлектронным преобразователем (ОЕ2), вторым компаратором (COM2), к которому подают выходной сигнал второго оптоэлектронного преобразователя (ОЕ2) и задающую величину (P_SOLL), а его выходной сигнал подают через интегрельный регулятор (IN), и он в качестве регулируемой величины (G_SOLL) через умножитель (MU) воздействует на первый контур регулирования и определяет выходной уровень (Р_OUT) усилителя.

3. Регулируемый оптический усилитель (V, VV,...) по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанный усилитель выполнен в виде волоконного усилителя (PL, PK, VFA), при этом с помощью контуров регулирования осуществляют управление током накачки (Ipump).

4. Регулируемый оптический усилитель (V,VV) по п.1 или 2, отличающийся тем, что второй контур регулирования (ОЕ1, ОЕ2, R2, R1, RE, DAW, MU, COM1, PL, VFA) имеет интегральный компонент или содержит интегральный регулятор.

5. Регулируемый оптический усилитель (V, V1...) по п.1 или 2, отличающийся тем, что второй контур регулирования (ОЕ1, ОЕ2, R2, R1, RE, DAW, MU, COM1, PL, VFA) имеет компонент с запаздыванием.

6. Регулируемый оптический усилитель (V, V1...) по п.1 или 2, отличающийся тем, что постоянная времени второго контура регулирования (ОЕ1, ОЕ2, R2, R1, RE, DAW, IN, MU, COM1, PL, VFA) имеет возможность переключения.

7. Линия передачи с несколькими включенными цепочкой усилителями (V, VV1,...) по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что на усилители (V, VV1,...) в качестве задающей величины подается задающая величина (P_SOLL), определяющая соответственно требуемый выходной уровень (Р_OUT).

8. Линия передачи по п.7, отличающаяся тем, что в качестве задающей величины передается цифровое заданное значение (P_SOLL), содержащее совокупность активных мультиплексированных по длинам волн сигналов.