专利名称：光通信系统中的线路监测的制作方法
技术领域：
本发明涉及设计得以备用方式工作的光纤通信线路，其衰减或基本上以致信号传输，但仍然能够监测电缆断裂或其它故障。本发明尤其涉及光系统，其中为增加保护而提供冗余光纤电缆，还特别涉及波分复用系统。本发明进一步涉及适合于在设计得工作在备用状态光通信线路中使用的光纤放大器，和监测设计得工作在备用状态的光通信线路工作的一种方法。
背景技术：
在许多光通信应用中，至少临时阻止通过各个线路的信号传输是重要的。一个应用是连接终端站光链路的重复，以便在线路之一故障之后能够使工作继续。这种设计对于其中由单一光纤承载大量业务的光波分复用(WDM)系统特别重要。
在已知的点对点系统中多个信号在发射终端上被复用到单一光纤电缆上，然后使用光耦合器分配到两个线路上。在每个线路上的信号在发射端由一个光纤放大器放大并且在接收端由光纤前置放大器放大。包括掺杂光纤的光纤放大器在本领域是共知并且例如在PUrqhart的“稀土掺杂光纤激光器和放大器评论”IEEE Proceeding J,vol.135,no.6,1988 pp385-407中的402到404页中所公开，向该掺杂光纤中耦合了激励激光器所激励出的光辐射。然后在接收终端多路分路之前利用光纤耦合器重新合并两个线路。如果终端站之间的距离太大，沿该线路上可以一个另外的光放大器以弥补信号衰减。
任何时候都只有这些线路之一在使用，以防止在接收机上各信号之间的交调干扰。可是，如果保持冗余，不使用的线路必须工作正常。因此希望连续地监测不使用或备用线路的状态，以便发现任何可能的故障和如果可能进行修理。
在公知系统中通过保持所有光纤放大器工作而不是最后的光纤放大器工作在有限程度上这样做。最后放大器，通常为前置放大器几乎被关闭由此阻塞该信号。如果激励能量足够低，基本上使用输入到放大器中的光能被吸收。由于在冗余线路上的信号被传播到前置放大器，该放大器线路上游的校验工作可以通过监测所传播光消耗以正常方式校验。
可是还希望监测前置放大器和多路分路器之间的光纤发表以及前置放大器自身的工作。一种可行的方案是使前置放大器“发光”，即以低功率驱动激励激光器，以便在该放大器中产生由被放大自发辐射(ASE)引起的信号通过该光纤部分传播。功率应当低得使该信号基本上被衰减而不在接收器中引起交调损失，但足够大以便在接收器输入端作为光线被监测。该设计的问题是出现在各种设备接口上的工作部分产生的光信号反射可能比来自“发光”前置放大器的低功率光要强。结果，确定是否该前置放大器发出光线或由工作线路发出很困难。因此，在该光纤部分中的破损光纤可能监测不到。
因此，本发明的目的是提供一种光通信线路，它可以被可靠、完整地监测，即使设计得阻塞信号。
本发明概述在设计得利用光纤放大器阻塞信号的光通信线路中，通过提供至少当放大器设计得衰减所接收信号时适合于在放大器输出信号中附加一个控制色调的调制装置，和通过提供放大器下游的监测装置用于检测该控制色调而实现按照本发明的目的。在优选实施例中，光放大器的激励辐射被调制，在放大器输出端上产生被调制放大的自发辐射。
通过利用控制频率调制放大器输出信号，即使驱动放大器衰减任何所接收信号也可以产生一个可识别的区别信号。由于该调制装置特别检测该控制频率而非简单地检测光能量预定电平，通过检查该控制色调出现或缺少可以简单可靠地确定校验功能。
按照本发明的另一个方面，该设计被应用于具有发射装置和接收装置的光通信系统，该发射装置和接收装置通过至少两个平行安置的光纤电缆相互连接。在一个线路上的光纤放大器包括调制装置，用于至少当放大器设计得衰减信号时在放大器光输出信号上附加一个控制色调。该控制色调由安置在放大器下游的监测装置检测。当系统设计得利用一个线路工作而在另一个线路中由光纤放大器阻塞信号时，可可靠地检查不工作电缆的校验功能。实际上，基本上消除了由工作电缆的反射与备用电缆光放大器产生的低功率光线搞错的可能性，因为控制色调频率的出现是确定放大器与接收装置之间功能连接的准则。在本发明的另一个实施例中，该设计被应用于波分复用系统。
本发明的另一个方面在于光纤放大器适合于在光通信线路中使用，该线路具有适合于在放大器输出信号中附加一个控制色调的调制装置。该放大器能够发射区别和可识别信号，即使在低功率上工作阻塞输入光信号时，因此能够实现自身功能并且保证需要可靠校验的任何后继光纤的完整性。
按照本发明的另一个方面，用于监测光通信线路工作的方法包括在光放大器输出信号幅度上调制一个控制色调并且通过确定所述光纤电缆上所述控制色调的强度检查线路状态。
附图简要说明根据下列描述本发明优选实施例的说明并且参照附图，本发明的进一步目的和优点将更明显，在图中
图1示意性表示了具有包括工作线路和防备线路的重复线路的光波分复用点对点系统，和图2示意性表示了具有工作线路和防备线路的光WDM点对点系统的接收端，防备线路按照部分设计。
图3以方框图表示了在图1和2的系统中使用的光纤前置放大器。
附图详细说明图1中的WDM点对点系统包括WDM发射器10，每个发射器在载波波长上将调制后的载荷数据信号发送给多路复用器11，该多路复用器随后将信号合并到单一光纤12上。光纤12然后通过1X2或2X2光纤耦合器被分成两个线路20,20｀。在每个线路上的多路复用信号因此分别通过第一光放大器、功率放大器13和13｀、通过光纤放大器14和14｀和通过末级放大器或前置放大器15和15｀平行传播，为举例方便只表示了每个线路中的这些放大器中之一。然后两个线路20和20｀的光纤在输入多路分路器16之前被重新合并，该多路服用器按照波长将信号分开并且将信号传递给WDM接收器17。光功率放大器13和13｀和线路放大器14和14｀可以由任何适合的放大器构成，包括但不限于在上述参考文献中所公开的再生型光转发器或光纤放大器。
图2表示点对点WDM系统的接收端。根据该图，很明显光纤抽头18和18｀和有关检测器19和19｀安装在两个线路20和20｀上前置放大器15和15｀之前和之后。检测器优选地采用监测PIN二极管接收器的形式，尽管应当理解任何能够将抽头的光信号转换为电能的合适设备都可以利用。尽管在图1中没有表示，类似的光纤抽头和相连的检测器也安装在两个线路20和20｀的每个放大器之前和之后，用于提取一小部分入射光能量保证在每一级能监测线路的连接和功能。另外，其它的光纤抽头18和18｀和相连的检测器21和19｀被直接连接到光组合器22中两个线路20和20｀重新合并的上游每个光纤上。
在点对点系统中，该信号从多路服用器11仅仅通过工作路线20｀传播到多路分路器16。因此，在该线路上的所有放大器13｀、14｀、｀5｀正常工作放大光信号。在备用线路20中，信号通过功率放大器13和线路放大器14传播到前置放大器15。备用线路20的功率放大器13和线路放大器14的正常工作是保证通过相连接前置放大器15上游的检测器19检测任何由于光纤破损或连接故障引起的传输中断所必须的。可是为防止到达多路服用器双重信号之间的交调干扰，备用线路上的末端放大器15设计得阻断输入信号。
图3表示了在备用线路20中用作前置放大器15的光纤放大器15工作原理。该放大器包括一个掺杂稀土离子或类似荧光物质的和其中耦合光输入信号的光纤部分30。来自激励激光器31的光激励能量通过一个光耦合器32同样耦合到掺杂光纤部分30。激励激光器31由驱动电路33提供的驱动电流驱动。驱动电路33最后由控制电路34控制。该控制电路可以安置在光放大器单元内或位于远离放大器15处并且通过单独和可能专用监测或控制信道连接。该控制电路可以包含专用电路但最好结合一个微处理器或类似的具有有关存储器的数据处理装置。
如果前置放大器15将防止在前置放大器15和光合并器22之间的最后光纤部分中传播输入信号，驱动电路33由控制电路34控制以为激励激光器31提供低功率，因此该激光器向掺杂光纤30提供低光激励能量。当提供给掺杂光纤部分30的光激励能量下降到低于某个水平时，基本上所有的输入光信号的光能被吸收和该信号被衰减而不是被放大。在此状态下放大器15称为“发光”。可是，尽管来自激光器的光能被交给掺杂光纤部分但总是出现被放大的自发辐射。因此将在前置放大器15的输出上防止低能量光信号。
工作在预定低频率上的调制发生器同样连接到驱动电路33并且由控制电路34控制。当放大器15设计得衰减输入光信号时，调制发生器35调制激励激光器驱动电流。假设调制频率足够低，即低于在掺杂光纤30中所激励电子的自发寿命，产生的激励激光器光调制引起放大的自发辐射(ASE)调制。起导频和控制色调作用的调制后ASE然后被直接安置在光合成器22上游上的最后的PIN二极管接收器21检测。
尽管在上述光纤放大器15的设计中，通过调制激励激光器电流实现在放大器输出信号上附加控制色调，应当理解该调制可以在光纤放大器15的其它地方实现。例如，调制后的光线可以与激励辐射一起直接耦合到工作光纤中，或另一个方式利用光耦合器直接耦合到光放大器的输出光纤上。
因为前置放大器15发射一个色调而不是简单的低直流功率电平，PIN二极管接收器21可以可靠地区别备用线路发出的光能与由于在光组合器22或多路分路器16上不完美连接产生通过工作线路传播信号的反射。最好，PIN二极管接收器21包括一个调谐到ASE调制频率上的同步接收器以增强检测敏感性。这使激励激光器的发光功率减少恰好进一步补偿了在接收器16、17上控制色调和传播信号之间交调的任何细微潜在危险。
选择工作部分前置放大器15｀与保护部分前置放大器15输出功率比以使交调最小，但仍然使每个线路上的PIN二极管接收器21、19｀清楚地区别工作部分光信号和备用部分光信号，以便可以可靠地检测到工作部分或保护部分中的功率损耗。30dB左右的比值证明适合该目的。
在前置放大器的另一个可行设计中，调制发生器35设计得持久地干预用低频率信号调制激励激光器驱动电流，即甚至在放大器15以正常功率工作放大输入信号时。当备用线路工作时，前置放大器15工作在减少功率上对于保证PIN二极管接收器21检测所必须的该低调制电平将在传播数据信号上产生基本上细微的波纹，因此不会不利地一向正常业务流通。
该系统工作如下在正常工作期间，图1和2所示的上面光纤线路20｀工作而下面线路20为备用。由WDM发射器10发射并且被多路服用器11多路复用到单一光纤部分12上的信号通过工作线路20传播到多路分路器16和WDM接收器17，和也通过保护线路20以及前置放大器15。在其备用状态，放大器15设计得衰减输入信号，即后者放大器15的激励激光器31以低功率被驱动(“发光”)。该激励激光器光线也被产生附加在掺杂光纤30中产生的ASE上控制色调的信号发生器35产生的低频率信号调制。PIN二极管接收器19｀沿工作线路检测传输信号的电平以确定工作线路是否正常工作。保护线路中前置放大器PIN二极管接收器19的上游同样检测光功率电平以检查该线路这部分的完整性。在光合成器22输入端的PIN二极管接收器21也监测该线路，但特别检测控制色调的出现或缺少。
如果在工作线路20｀上出现问题，可以被一个或几个PIN二极管接收器19｀检测到。工作部分的前置放大器15｀然后被关闭，或设计得“发光”，而备用线路20的前置放大器15被切换到工作状态以保证被数据所调制的传输光信号通过整个备用线路20传播到接收器17。
可是，如果在备用线路上出现光纤破损而该线路在备用状态，可以由前置放大器15的一个或几个PIN二极管接收器19上游检测出，或者另一个方式由PIN二极管接收器21检测出缺少控制色调，这表示问题位于前置放大器15和多路分路器16之间。在任何情况下，将禁止在工作线路功率损耗情况下将业务中继从工作线路切换到备用线路。
根据上述说明应当清楚，工作部分20｀的前置放大器15｀也可以装备至少在线路切换之后放大器设计得阻止光输入信号时用于调制ASE的装置。在此情况下，工作线路20｀的末级PIN二极管接收器19｀和保护线路20的PIN二极管接收器21可以都设计得选择性检测传输信号的功率损失或缺少控制色调。以此方式，可以提供全部冗余，其中任何一个线路可以设计得作为工作线路而其它为备用。
应当清楚本发明不限于提供冗余的系统。具体地本发明也可以应用在其中两个或几个线路承载来自不同信号源而到达单一接收机的系统中。为防止交调干扰，任何时刻所有而不是一个线路工作是必须的，因此其余线路的前置放大器和末级线路放大器设计得阻止传输信号。利用按照本发明的设计，这些线路可以直到接收部分都被连续监测，以便任何发生的故障可以被检测并且如果可能在线路进行服务之后被修复。可以清楚地利用不同调制频率调制每个备用线路的激励光辐射，以便可以检查每个线路的条件。
在进一步想象的应用中，按照本发明的设计可以用于光系统，该系统可以是波分复用，具有包括串联连接多个线路的网络中心，其中各个部分可以关闭，即驱动有关光纤放大器“发光”，保证进出网络中心线路之间不同的线路配置。最后，在该设计中通过允许完全监测任何备用部分，系统的可靠性可以使用按照部分的设计和方法明显改善。
权利要求
1．一种光通信线路，包括至少一个具有光纤放大器(15)的光纤电缆(20)以及于所述光纤放大器(15)下游耦合到所述光纤电缆(20)的接收装置(16,17)用于接收来自所述光纤放大器(15)的光输出信号，所述光纤放大器(15)包括至少一个光激励辐射源(31)和设计得衰减通过所述光纤电缆(20)接收的信号，特征在于调制装置(35)连接到所述光纤放大器(15)用于在至少当上述光纤放大器(15)设计得衰减所接收信号时在所述光纤放大器(15)的输出信号上附加一个控制色调，和监测装置(18,21)安置在所述光纤放大器(15)与所述接收装置(16,17)之间用于监测所述控制色调的强度。
2．权利要求1中所要求的一种光通信线路，特征在于所述调制装置(35)连接到所述光激励辐射源(31)用于调制所述光纤放大器(15)的输出。
3．权利要求1或2中所要求的一种光通信线路，特征在于至少另一个光纤放大器(13,14)被安置在所述光纤放大器(15)上游的所述光纤电缆(20)上。
4．权利要求1到3中任何一个所要求的一种光通信线路，特征在于连接所述接收装置(16,17)以接收来自至少另一个光纤电缆(20｀)的光信号。
5．权利要求4中所要求的一种光通信线路，特征在于所述光纤电缆(20,20｀)通过光组合器(22)耦合到所述接收装置(16,17)的输入端上。
6．权利要求5中所要求的一种光通信线路，特征在于所述监测装置(18,21)安置在所述光组合器(22)上游。
7．权利要求4到6中任何一个所要求的一种光通信线路，特征在于光纤放大器(15｀)安置在所述至少一个另一个光纤电缆(20｀)上。
8．权利要求7中所要求的一种光通信线路，特征在于在所述至少一个另一个光纤电缆(20｀)上的所述光纤放大器(15｀)设计得衰减所接收信号，和调制装置(35)连接到所述光纤放大器(15｀)用于至少当所述光纤放大器设计得衰减所传输信号时将控制色调附加到所述光纤放大器(15｀)的输出信号上，和监测装置(19｀)安置在所述光纤放大器(15｀)和所述接收装置(16,17)输入端之间用于监测所述控制色调的强度。
9．权利要求8中所要求的一种光通信线路，特征在于所述调制装置(35)连接到所述光纤放大器(15｀)的光激励辐射源(31)
10．权利要求1到9中任何一个所要求的一种光通信线路，特征在于所述控制色调是一个非常低频率信号。
11．权利要求1到10中任何一个所要求的一种光通信线路，特征在于所述监测装置包括一个PIN二极管接收器(21)。
12．权利要求1到11中任何一个所要求的一种光通信线路，特征在于所述监测装置(21)包括一个对所述控制色调敏感的同步接收器。
13．一种光通信系统包括通过平行安置的至少两个光纤电缆(20,20｀)相互连接的发射装置(10,11)和接收装置(16,17)，至少一个所述光纤电缆(20)包括一个光纤放大器(15)和包括至少一个光激励辐射源(31)，至少一个线路(20)的光纤放大器(15)设计得衰减相应光纤线路(20)上的所接收信号，特征在于调制装置(35)连接到至少一个线路(20)的光纤放大器(15)上用于至少当所述放大器设计得衰减所述传输信号时在所述光纤放大器(15)的输出信号上附加一个控制色调，和监测装置(18,21)安置在所述光纤放大器(15)与所述接收装置(16,17)输入端之间用于监测所述至少一个线路(20)上所述控制色调的强度。
14．权利要求13中所要求的一种光通信线路，特征在于所述调制装置(35)连接到所述光激励辐射源(31)以调制该光激励辐射。
15．一种波分多路复用光通信系统，包括发射装置(10,11)和包含多路分路器(16)和接收器(17)的接收装置，所述发射装置和接收装置通过至少两个平行安置的光纤线路(20,20｀)相互连接，至少一个光纤线路(20)包括连接到多路分路器(16)输入端的光纤放大器(15)和包括至少一个光激励辐射源(31)，其中任何时刻至少一个线路的光纤放大器(15)设计得衰减从所述发射装置发射到所述接收装置的信号，特征在于调制装置(35)连接到所述至少一个线路(20)的光纤放大器(15)用于至少当所述放大器设计得衰减所述传输信号时在所述光纤放大器(15)的输出信号上附加一个控制色调，和监测装置(21)安置在所述光纤放大器(15)与所述多路分路器(16)的输入端之间用于监视所述控制色调的强度。
16．权利要求15所要求的一种波分多路复用光通信系统，特征在于所述调制装置(35)连接到所述至少一个线路的所述光纤放大器的所述光激励辐射源(31)上以调制光激励辐射。
17．一种用于光通信线路的光纤放大器，该线路包括至少一个掺杂荧光物质的光纤部分(30)和至少一个耦合到所述掺杂光纤部分(30)的光激励辐射源(31)，和设计得选择性地衰减或放大所接收信号，特征在于所述光纤放大器包括调制装置(35)以至少当所述光纤放大器设计得衰减传输信号时在所述光纤放大器(15)的输出信号上附加一个控制色调。
18．权利要求17所要求的一种光纤放大器，特征在于所述调制装置(35)连接到所述光激励辐射源(31)以调制所述光激励辐射。
19．权利要求18所要求的一种光纤放大器，特征在于所述调制装置(35)设计得调制光激励辐射源(31)的驱动电流。
20．一种监测光通信线路工作的方法，该线路包括一个具有光纤放大器(15)的光纤电缆(20)，该光纤放大器具有光激励辐射源(31)并设计得衰减所接收信号，所述方法包括利用一个控制色调调制光纤放大器输出信号的幅度，通过确定所述光纤电缆上所述控制色调的强度检查该线路的状况。
21．权利要求20中所要求的一种方法，包括利用一个控制色调调制光激励辐射的幅度以调制所述光纤放大器的自发辐射。
全文摘要
一种具有包含激励激光器的光纤放大器的光通信线路,可以设计得例如当用于冗余重复线路时通过减少激励激光器的功率而抑制光信号传输。为可以监测放大器线路下游部分的只引起平行工作线路细微交调的光纤破损和消除备用放大器辐射光在工作线路上错误反射的危险,用一个低频控制色调调制备用放大器辐射光。最好用低频信号调制激励激光器。被调制的激光器光使放大器中产生的ASE调制以产生一个控制色调。安置在光线路末端的监测装置检测该控制色调并且使用它作为放大器下游有效连接的标准。
文档编号H04B10/032GK1314036SQ99809938
公开日2001年9月19日 申请日期1999年8月5日 优先权日1998年8月14日
发明者F·利登, J·桑德尔, S·温斯特兰德, M·厄贝里 申请人:艾利森电话股份有限公司