专利名称：包括多光缆站和多传输段的海底光传输系统的cotdr装置的制作方法
技术领域：
本发明 一般而言涉及光传输系统，更特别地涉及这样的装置的使 用，所述装置允许相干光时域反射测量法(COTDR) 一皮用来检测在由多 个光纤跨段和光放大器构成的光传输系统的光传输路径中的故障。
背景技术：
典型的长距离光传输系统包括一对支持在相反方向上传播的光信 号的单向光纤。由于光信号在长距离上发生衰减，因此光传输线路通常 将包括中继器，这些中继器恢复由于光纤衰减而引起的信号功率损耗， 并且沿着传输线路以某一适当的距离彼此间隔开。中继器包括光放大 器。中继器还包括将光信号的传播限制在单个方向上的光隔离器。
在长距离光传输链路中，监视系统的正常状况是重要的。例如，监 视可以检测光纤光缆中的故障或中断、由于光缆中的急弯所导致的局部 衰减增大、或者光部件的退化。放大器性能也必须被监视。对于长距离 海底光缆而言，在使用中进行监视有两种基本方法由中继器执行的、 并将结果通过遥测信道发送给传输终端的监视，以及岸基监视，其中将 专用信号沿线路发送，然后接收并且对性能数据进行分析。
相干光时域反射测量法(COTDR )是一种^皮用来远程才企测光传输系 统中的故障的岸基技术。在COTDR中，将光探测脉沖发射到光纤中， 并监视返回到发射端的反向散射信号。倘若在光纤中存在诸如故障或拼 接之类的不连续，则反向散射量通常会发生变化，并且这种变化在监视 信号中被检测到。反向散射和反射还可能由于诸如耦合器之类的分立元 件而出现，这会产生独特的特征。通过比较所监视的COTDR与参考记 录来确定链路的正常状况或性能。所监视的信号电平中的新峰值和其他 变化表示光纤路径中的变化，这通常指示一个故障。
当在各个跨段由中继器串联的多跨段传输线路中使用COTDR时， 一个新增的困难在于，位于每个中继器下游的光隔离器阻止了反向散射 信号沿着光探测脉冲最初被发射在其上的同一根光纤返回。为了克服该 问题，每个中继器均包括将该中继器连接至相反走向光纤中的类似耦合
器的双向耦合器，由此提供反向散射光的光路径，从而它可以返回到传
输终端中的COTDR单元。在使用这种返回路径的大多数DWDM链路 中，在耦合器之后可能还紧跟有滤波器，从而仅将COTDR信号耦合到 返回路径上，由此避免如果来自 一根光纤的信号被耦合到返回路径光纤 上可能会发生的干扰。由此，将由发射到一根光纤上的COTDR光探测 脉沖的反向散射和反射所生成的信号耦合到相反走向的光纤上，以便返 回给COTDR单元进行分析。
可以应用COTDR技术的一种高度专用的光传输网络是海底或水下 光传输系统，其中包含光纤的光缆被敷设在洋底。中继器沿着光缆放 置，它包含为光信号提供放大以克服光纤损耗的光放大器。
陆基终端("干设备")以及海底光缆和中继器("湿设备") 的设计通常基于逐一系统被定制，并且使用高度专用的终端在海底光传 输路径上发送数据。为此，通常由充当系统集成者的单个实体来提供湿 设备和干设备。因此，海底系统的所有元件都可以被高度集成以便一起 发挥作用。例如，所有这些元件都可以交换信息和命令，以便监视服务 质量、检测故障、以及定位有故障的设备。这样，可以保证端到端(即 从一个陆基终端到另一个)的服务质量。而且，由于涉及单个系统集成 者，因此系统操作者总能知道在发生故障时要联系谁。
近来，已经提出其中湿设备可以独立于干设备而被设计的海底光传 输系统。具体而言，湿设备被设计为单独的独立的网络元件，并且对干 设备透明。这样，湿设备可以适应于各种各样不同的陆基终端。为了实 现这种普遍透明性，在湿设备与终端之间提供光接口设备。包括光接口 设备的干设备通常位于坐落在海岸附近的光缆站中。
一些使用光接口设备的海底光传输系统具有多个光缆站，以便互连 多个岛码或者避开不稳定的地质或政治路线。在这些系统中，COTDR 单元通常将需要位于每个光缆站中，以便询问与其相关联的湿设备。由 于COTDR单元通常非常昂贵，因此减少在具有多个包含光接口设备的 光缆站的光传输系统中所需要的单元的数目是有利的。
发明内容
本发明提供一种用于连接海底光传输系统的第 一和第二海底传输 段的陆基光缆站。该光缆站包括光传输终端设备，用于接收和发送在其
中经受光电转换的光信号。第 一接口设备被可操作地耦合至该终端设 备，用于在终端设备与第一海底传输段之间双向传送光信号，并用于对 从终端设备接收到的光信号提供信号调节，以使该光信号适于通过第一 海底传输段来传输。第二接口设备被可操作地耦合至该终端设备，用于 在终端设备与第二海底传输段之间双向传送光信号，并用于对从终端设 备接收到的光信号提供信号调节，以使该光信号适于通过第二海底传输 段来传输。提供至少一条第一旁路光传输路径，以用于有选择地耦合反 射测量探测信号以及从第 一接口设备到第二接口设备的位于指定波长 的反向散射和反射信号。提供至少一条第二旁路光传输路径，以用于有 选择地耦合反射测量探测信号以及从第二接口设备到第 一接口的位于 指定波长的反向散射和反射信号。第一接口设备包括第一回送路径，用 于有选择地耦合来自位于其中的笫 一光传输路径的反向散射和反射信 号，该第 一光传输路径接收从第二旁路路径到位于其中的第二光传输路 径的反射测量探测信号，该第二光传输路径将反射测量探测信号耦合至 第一旁路路径。第二接口设备包括第二回送路径，用于有选择地耦合来 自位于其中的第二光传输路径的反向散射和反射信号，该第二光传输路 径接收来自第 一 旁路路径和位于其中的第 一光传输路径的反射测量探 测信号，该第一光传输路径接收来自第二旁路路径的反射测量探测信
根据本发明的一个方面，第一旁路光传输路径包括多条旁路光传输 路径，分别用于耦合反射测量探测信号以及反向散射和反射信号。
根据本发明的另 一方面，第 一和第二接口设备均包括至少 一个光放 大器。第 一旁路光传输路径有选择地将发射探测信号从位于第 一接口设 备中的光放大器输出端耦合至位于第二接口设备中光放大器输出端。
根据本发明的另 一 方面，第 一和第二接口设备均被配置成执行从由
以下各项组成的组中选择的至少一种信号调节过程增益均衡、体色散 补偿、光放大、拉曼放大、色散斜率补偿、PMD补偿、负载平衡、以及
性能监视。
根据本发明的另 一方面，该光传输终端设备是地面光终端设备。 根据本发明的另 一方面，该光传输终端设备是SONET/SDH终端。 根据本发明的另 一方面，该光传输终端设备是ATM终端。 根据本发明的另 一方面，该光传输终端设备是吉比特以太网终端。
根据本发明的另 一方面，该反射测量探测信号是COTDR信号。 根据本发明的另 一方面，第 一和第二接口设备中的至少 一个包括性
能监视单元。
根据本发明的另 一方面，提供一种用于获得关于海底光传输系统的 第一和第二海底段的状态信息的方法。第一和第二海底段通过陆基光缆
站彼此进行通信。该方法开始于在第一海底段的第一传输路径上接收反 射测量探测信号。该反射测量探测信号从第一海底段的第一传输路径被 传送给第二海底段的第 一传输路径，同时反射测量探测信号保持在光 域。在第二海底段的第一传输路径上接收反向散射和反射信号。该反向 散射和反射信号从第二海底段的第一传输路径被传送给第一海底段的 第二传输路径，同时反向散射和发射信号保持在光域。
图1示出包括两个或更多个海底段的海底光传输系统的一个例子。 图2示出可以用作图1所示的中间光缆站之一的光缆站的一个实施例。
具体实施例方式
图1示出包括两个或更多个海底段120的海底光传输系统100的一 个例子，这些海底段120可以被用来连接岛屿以及避开不稳定的地质或 政治路线。网络端接于位于岛屿等上面的陆基光缆站110。这样的光传 输系统有时被分类为花环(festoon)系统。为了进行说明而非作为对本 发明的限制，图1描绘了具有四个光缆站110!-1104和三条海底段120广 1203的传输系统。当然，本发明包括具有任何数目的通过海底段互连的 光缆站的光传输系统。这些光缆站均包括终端设备130和至少一个光接 口设备140。每个光缆站中所使用的光接口设备140的数目由每个光缆 站110要连接的海底段120的数目来确定。例如，在图1中，光缆站110! 和1104是这样的端接光缆站，其每个接口只有单条海底段。因此，光缆 站110!和1104分别只使用单个光接口设备(光接口设备14012和14043 )。 另一方面，光缆站1102和1103—皮描绘为中间光缆站，它们均与两条海 底段连接，因此它们均使用两个光接口设备。具体而言，光缆站1102 包括用于连接海底段1202的接口设备14022和用于连接海底段12(^的接口设备14021。同样，光缆站1103包括用于连接海底段1203的接口设备 14033和用于连接海底段1202的接口设备14032。
光接口设备140提供终端设备130与海底段120之间的透明性。也 就是，每个光接口设备为终端设备130和与其相关联的海底段120提供 光学级连通性。终端设备130通常将执行任何必需的光电转换、FEC处 理、电光转换和光复用。终端设备130还可以执行为地面光网络设计的 光放大、光监视和网络保护。为了简单起见，将位于端接光缆站110! 和1104和中间光缆站1102和1103中的终端设备130描绘为单个功能才莫 块。当然，中间光缆站中所使用的终端设备130通常将与端接光缆站中 所使用的两个终端设备单元等效，每个单元均用作与中间光缆站连接的 两条海底段之一的发射机和接收机。当前可用并且可以与本发明结合使 用的终端设备的例子包括但不限于Nortel LH1600和LH1400、 Siemens MTS 2、 Cisco 15808和Ciena CoreStream长距离传输产品。终端设备130 还可以是其中除了必需的光功能性外还完成因特网路由的网络路由 器。而且，所使用的终端设备130可以遵循各种不同的协议标准，举例 来说，例如SONET/SDH ATM和吉比特以太网。
光接口设备140提供在海底光传输光缆上发送业务所必需的信号调 节和附加功能。合适的接口设备的例子在顺序号为10/621,028和 10/621,115的美国申请中^皮公开，这些申请的全部内容—皮结合于此以作 参考。如前述参考文献中所讨论的，其中所公开的光接口设备接收来自 诸如SONET/SDH传输终端之类的终端设备的光信号，或者作为各根光 纤上的各自波长，或者作为单根光纤上的WDM信号。该接口设备提供 SONET/SDH终端所不提供的、但对于在海底传输路径上发送光信号所 必需的光学层信号调节。所提供的信号调节可以包括但不限于增益均 衡、体色散补偿、光放大、复用、拉曼放大、色散斜率补偿、偏振模色 散(PMD)补偿、性能监视、信号负载平衡(例如虚拟信道插入)、或 其任何组合。另外，光接口设备140还可以为海底段提供泵浦功率，从 而可以对光信号给予拉曼放大。
海底段120均包括一对单向光纤106和108。也就是，海底段120! 包括单向光纤106!和1081;海底段1202包括单向光纤1062和1082,而 海底段1203包括单向光纤1063和1083。光》文大器112沿着光纤106和 108放置，以便当光信号沿着海底段传播时对其进行放大。光放大器可 以是掺稀土的光放大器，例如使用铒作为增益介质的掺铒光纤放大器。 如图l所示， 一对支持对向传播信号的掺稀土的光放大器常常被放在称
作中继器114的单个单元中。每条海底段120均-故分为两个或更多个传 输跨段，它们由中继器114串联。尽管为了讨论清楚起见，图1中描绘 了每条海底l殳120只有两个中继器114,但是本领域技术人员应当理 解，本发明将在具有许多附加(或更少)组的这种中继器114的各种长 度的海底段中得到应用。光隔离器115位于光放大器112的下游，以便 消除反向传播光并〉'肖除多径干扰。
端接光缆站110!还包括COTDR单元105,用于确定传输系统100 的各个海底段120中的光纤106的状态和正常状况。COTDR单元105 生成输出的光COTDR探测信号，并作为响应来接收输入的反射和反向 散射COTDR信号以进行处理。在本发明的一些实施例中，COTDR单 元105可以;故直接接合到光接口设备14012中。同样，端接光缆站1104 也包括COTDR单元107,用于确定传输系统100的各个海底段120中 的光纤108的状态和正常状况。
每个中继器114均包括提供光路径以便供COTDR使用的耦合器装 置。特别地，由相邻中继器之间的光纤106上的输出COTDR探测信号 的反射和散射所生成的信号进入耦合器118,并通过耦合器122被耦合 到相反走向的光纤108上。COTDR信号接下来与光纤108上的数据一 起传播。COTDR107以类似的方式操作以生成在光纤108上反射和散射 的COTDR信号，从而它们沿着光纤106被返回到COTDR单元107。 接下来，回到OCTDR单元105和107的信号被用来提供有关各条海底 段内各跨段的损耗特性的信息。
如图1所示，在本发明中，COTDR单元仅位于端接光缆站11(^和 1104中。也就是，位于端接光缆站ll(h和1104中的COTDR单元可以询 问沿传输系统100的长度而设置的输出海底段12(h、 1202和1203中的每 一条。这样，中间光缆站1102和1103就避免了结合它们自己专用的 COTDR单元的需求，由此降低了它们的成本，并增大了这些光缆站中 的可用空间。
图2示出可以用作图1所示的中间光缆站1102和1103之一的光缆 站200的一个实施例。中间光缆站200包括面朝西的光接口设备210、 光终端设备220、以及面朝东的光接口设备230。光终端设备220包括 从面朝西的接口设备210接收光信号并将光信号传送给面朝东的光接口 设备230的发射才几和接收机部分222。光终端设备220还包括从面朝东 的接口设备230接收光信号并将光信号传送给面朝西的光接口设备210 的发射沖几和接收才几部分224。
光接口设备210和230中的每一个均包括发射和接收机部分，它们 又均包括各种光信号处理单元。举例来说，对于光接口设备210，这种 光信号处理单元可以包括性能监视器260、增益均衡器262、光放大器 264和270、以及色散补偿器268。在前述同时待审的专利申请中对本发 明可以使用的适当光接口设备的 一些例子进行了更为详细的讨论。
根据本发明，中间光缆站200所接收的COTDR探测信号由接收它 们的光接口设备进行解复用。然后将解复用后的COTDR信号路由给其 他光接口设备，由此避开传输终端220。例如，在图2中，沿着东向光 纤106传播的COTDR探测信号由面朝西向的光接口设备210进行解复 用，并被路由给面朝东向的光接口设备230，在那里它与数据信道被重 新复用。同样，沿着西向光纤108传播的COTDR探测信号由面朝东向 的光接口设备230进行解复用，并被路由给面朝东向的光接口设备 210,在那里它与数据信道被重新复用。通过以这种方式避开传输终端 220,保持了 COTDR探测信号的完整性，因为它们不经受在终端设备 220中的光电转换。
COTDR探测信号可以由位于每个光接口设备中的诸如波长选择耦 合器之类的光耦合器进行解复用。例如，在图2中，与光接口设备210 相关联的光耦合器212有选择地除去沿光纤106接收的COTDR探测信 号，并将它们耦合到旁路光纤240。与光接口设备230相关联的光耦合 器232将来自旁路光纤240的COTDR探测信号耦合回到光纤106。以 类似的方式，在旁路光纤242上路由沿西向光纤108接收的COTDR探 测信号。
在图2所示的本发明的实施例中，除去或解复用探测信号的光耦合 器212位于光放大器264的输出端。也就是，光耦合器212位于信号调 节部件(例如性能监视器260和增益均衡器262 )中所选部件的下游。 然而，更一般而言，光耦合器212可以位于沿通过光接口设备的光路径 上的任何点。然而，在本发明的一些实施例中，如图2所示将光耦合器 212置于光放大器之一的下游可能是有利的。这样，光探测信号在被路
由给光接口设备230之前^C放大，由此克服了它们在穿过先前海底段时 所经历的光损耗。同样，在图2中，添加探测信号或将探测信号重新复 用回到传输光纤106上的光耦合器232被显示为位于光放大器290的输 出端。然而，更一般而言，光耦合器232可以位于沿通过光接口设备的 光路径上的任何点。例如，如果光耦合器212位于光接口设备210中一 个光放大器的输入端，则可能期望将光耦合器232置于光接口设备232 中光放大器的下游，从而COTDR探测信号的增益不会增加过大的量。 通常，当探测信号穿过中间光缆站200时给予它的全部增益应当足以将 其恢复到其初始功率水平。例如，如果放置光耦合器212和232使得给 予探测信号的增益过大，则在旁路光纤240中可以提供光损耗元件以便 必要时降低增益。
与中继器中提供的回送路径类似，在每个光接口设备中提供回送路 径，以便将反射和反向散射COTDR信号路由给相反走向的传输光纤， 从而可以将它返回给位于端接光缆站中的COTDR单元。特别地，光接 口设备210包括回送^各径250，而光4妾口设备230包括回送^各径252。 如图2中的本发明特定实施例所示，回送路径250位于放大器280的输 出端，从而光纤108上的发射和反向散射COTDR信号避开了与光放大 器280相关联的隔离器。同样，回送路径252位于放大器290的输出端， 从而光纤106上的发射和反向散射COTDR信号避开了与光放大器290 相关联的隔离器。在反射和反向散射COTDR信号被路由给相反走向的 传输光纤之后，可以通过旁路光纤240或242将它们耦合至光接口设备 中的另一个，以便避开终端设备220。由于COTDR探测信号与反射和 反向散射信号位于基本上相同的波长，因此用来解复用和重新复用 COTDR探测信号的光耦合器(例如耦合器212和232 )还可以被用来解 复用和重新复用反射和反向散射COTDR信号。当然，在本发明的一些 实施例中，可以为COTDR探测信号与反射和反向散射COTDR信号提 供单独的耦合器和旁路光纤。
尽管在此已经具体说明和描述了各种实施例，但是将会认识到，本 发明的修改和变型由上述教导所覆盖并且在所附权利要求书的范围之 内，而不会脱离本发明的精神和预定范围。例如，尽管依照相干光时域 反射测量法对本发明进行了讨论，但是本发明可以更一般地适用于任何 光时域反射测量技术。
权利要求
1.一种用于连接海底光传输系统的第一和第二海底传输段的陆基光缆站，所述光缆站包括光传输终端设备，用于接收和发送在其中经受光电转换的光信号；第一接口设备，其被可操作地耦合至该终端设备，用于在终端设备与第一海底传输段之间双向传送光信号，并用于对从终端设备接收到的光信号提供信号调节，以使该光信号适于通过第一海底传输段来传输；第二接口设备，其被可操作地耦合至该终端设备，用于在终端设备与第二海底传输段之间双向传送光信号，并用于对从终端设备接收到的光信号提供信号调节，以使该光信号适于通过第二海底传输段来传输；至少一条第一旁路光传输路径，用于有选择地耦合反射测量探测信号以及从第一接口设备到第二接口设备的位于指定波长的反向散射和反射信号；至少一条第二旁路光传输路径，用于有选择地耦合反射测量探测信号以及从第二接口设备到第一接口的位于指定波长的反向散射和反射信号；其中所述第一接口设备包括第一回送路径，用于有选择地耦合来自位于其中的第一光传输路径的反向散射和反射光信号，该第一光传输路径接收从第二旁路路径到位于其中的第二光传输路径的反射测量探测信号，该第二光传输路径将反射测量探测信号耦合至第一旁路路径；以及其中所述第二接口设备包括第二回送路径，用于有选择地耦合来自位于其中的第二光传输路径的反向散射和反射光信号，该第二光传输路径接收来自第一旁路路径和位于其中的第一光传输路径的反射测量探测信号，该第一光传输路径接收来自第二旁路路径的反射测量探测信号。
2. 权利要求1所述的陆基光缆站，其中所述至少一条第一旁路光 传输路径包括多条旁路光传输路径，分别用于耦合反射测量探测信号以 及反向散射和反射信号。
3. 权利要求1所述的陆基光缆站，其中所述第一和第二接口设备 均包括至少一个光放大器，所述第一旁路光传输路径有选择地将反射测 量探测信号从位于第 一接口设备中的光放大器输出端耦合至位于第二接口设备中的光放大器输出端。
4. 权利要求1所述的陆基光缆站，其中所述第一和第二接口设备 均被配置为执行从由以下各项组成的组中选择的至少 一 种信号调节过程增益均衡、体色散补偿、光放大、拉曼放大、色散斜率补偿、PMD 补偿、负载平衡、以及性能监视。
5. 权利要求1所述的陆基光缆站，其中所述光传输终端设备是地 面光终端设备。
6. 权利要求1所述的陆基光缆站，其中所述光传输终端设备是 SONET/SDH终端。
7. 权利要求1所述的陆基光缆站，其中所述光传输终端设备是ATM终端。
8. 权利要求1所述的陆基光缆站，其中所述光传输终端设备是吉 比特以太网终端。
9. 权利要求1所述的陆基光缆站，其中所述反射测量探测信号是 COTDR信号。
10. 权利要求1所述的陆基光缆站，其中所述第一和第二接口设备 中的至少一个包括性能监视单元。
11. 一种用于获得关于海底光传输系统的第 一和第二海底段的状态 信息的方法，所述第一和第二海底段通过陆基光缆站彼此进行通信，该 方法包括在第 一 海底段的第 一传输路径上接收反射测量探测信号；将反射测量探测信号从第一海底段的第一传输路径传送给第二海底段的第一传输路径，同时反射测量探测信号保持在光域；在第二海底段的第一传输路径上接收反向散射和反射信号；并且将反向散射和反射信号从第二海底段的第一传输路径传送给第一 海底段的第二传输路径，同时反向散射和发射信号保持在光域。
12. 权利要求11所述的方法，其中所述反射测量探测信号由第一接口设备接收，而反向散射和发射信号由第二接口设备接收，从而将反 射测量探测信号从第一接口设备传送给第二接口设备，并将反向散射和 反射信号从第二接口设备传送给第 一接口设备。
13. 权利要求10所述的方法，其中所述反射测量探测信号是COTDR探测信号。
全文摘要
提供一种用于连接海底光传输系统的第一和第二海底传输段的陆基光缆站。该光缆站包括光传输终端设备，用于接收和发送在其中经受光电转换的光信号。第一接口设备被可操作地耦合至该终端设备，用于在终端设备与第一海底传输段之间双向传送光信号，并用于对从终端设备接收到的光信号提供信号调节，以使该光信号适于通过第一海底传输段来传输。第二接口设备被可操作地耦合至该终端设备，用于在终端设备与第二海底传输段之间双向传送光信号，并用于对从终端设备接收到的光信号提供信号调节，以使该光信号适于通过第二海底传输段来传输。提供至少一条第一旁路光传输路径，以用于有选择地耦合反射测量探测信号以及从第一接口设备到第二接口设备的位于指定波长的反向散射和反射信号。提供至少一条第二旁路光传输路径，以用于有选择地耦合反射测量探测信号以及从第二接口设备到第一接口的位于指定波长的反向散射和反射信号。第一接口设备包括第一回送路径，用于有选择地耦合来自位于其中的第一光传输路径的反向散射和反射光信号，该第一光传输路径接收从第二旁路路径到位于其中的第二光传输路径的反射测量探测信号，该第二光传输路径将反射测量探测信号耦合至第一旁路路径。第二接口设备包括第二回送路径，用于有选择地耦合来自位于其中的第二光传输路径的反向散射和反射光信号，该第二光传输路径接收来自第一旁路路径和位于其中的第一光传输路径的反射测量探测信号，该第一光传输路径接收来自第二旁路路径的反射测量探测信号。
文档编号H04B10/00GK101208884SQ200680023015
公开日2008年6月25日 申请日期2006年4月27日 优先权日2005年4月27日
发明者M·J·诺伊贝尔特 申请人:红天系统公司