用于光放大器链路通信的泵调制

技术领域

本发明涉及光通信网络，且更特别地涉及利用泵信号调制以在网络中的节点之间传输监管(supervisory)和控制信号。

发明背景

光通信网络通常采用光放大器作为直列(in-line)放大器，以在光沿着超长(longlengths)光纤(或其他类型的光介质)从网络中的一点行进到另一点时增强(boost)信号功率。特别地，放大器节点可以沿着网络终端点之间的链路设置，其中每个节点被构造成提供终端点之间的双向通信，因此包括一对光放大器来增强在两个方向上传播的信号。大多数放大器节点利用一对基于光纤的光放大器，该基于光纤的光放大器要么是与共同定位的二极管激光器一起被“泵浦(pumped)”的稀土掺杂的光纤放大器，要么是拉曼(Raman)放大器，在拉曼放大器中，高功率泵浦通过光纤中的受激拉曼散射生成增益。

为了链路的正常操作，放大器需要与光链路损耗、参数和控制软件管理以及其参数的监控相关的配置信息(provisioning information)，统称为“操作、管理和配置(OAM&P)”。这些基于光纤的光放大器的性能会受到诸如部件老化、温度引起的变化等因素的影响。各种监控技术通常用于检测和报告异常，以便能够采取纠正措施。单独的监管光通道(例如，遥测通道)通常用于监控目的，并且需要在放大器节点之间创建单独的通信链路(有时也称为“控制平面(Control Plane)”)。该监管通道的其他常规用途包括网络监控功能、消息传递、维护等。

对于在每个节点处需要一个具体通道(波长)专用于这些监管功能增加了通信网络的规模、成本和复杂性。

发明概述

本发明涉及光通信网络，且更具体地涉及利用泵信号调制以在网络中的放大器节点之间传输监管消息。

也就是说，我们已经发现了一种替代的、成本有效的解决方案，用于在光通信网络中放大光信号并传送状态。更具体地，根据本发明原理的光传输系统包括一个或更多个光放大器节点，该光放大器节点提供用户信号(customer signals)的放大和监管信号的双向传输，而不需要单独的监管通道。相反，所包括的用于提供放大的泵源由监管消息数据以不影响正在通过的用户信号的方式进行调制。监管消息传递数据被叠加在放大的用户信号的包络(envelope)上，并以这种方式传播到位于下游的下一个放大器。该下游节点包括成对的解调器，其用于从用户信号的包络恢复监管消息数据。

根据本发明的原理，先前在单独的监管通道上传输的监管消息数据反而被用来调制用于激励放大器的泵源的驱动电流。调制被叠加在从一个节点传播到另一个节点的放大的用户信号的包络上，并且被缩放，使得用户信号的完整性不受影响。在接收放大器节点处，成对的解调器用于恢复监管消息数据，并以与现有技术相同的方式使用该信息。有利地，调制和解调功能优选地在信号处理软件元件中实现，以最小化对放大器节点自身尺寸的影响。

放大器节点被特别地构造成包括泵调制器(用于将监管消息数据施加(impress)到输出的放大用户信号上)和解调器(用于恢复接收的放大信号上存在的输入监管消息数据)，从而提供放大器节点之间网络控制信号的双向传输。有利地，使用泵调制来传输这些信号允许放大器节点在安装时基于第一次激励时在一对节点之间传输的信号(即，提供适当的增益/功率电平)来执行自配置(self-provisioning)。

在示例性实施例中，使用二进制FSK调制，其中基于软件的调制器采用以不同频率操作的两个正弦波，这两个正弦波根据要传输的监管消息(数字)数据值被施加在泵上。相关解调器利用包络检测来恢复传输的数字监管消息数据。

进一步根据本发明的原理，在泵驱动器的输入端，在FSK调制器中可以包括缩放元件，以确保放大的用户数据的调制深度(功率包络)保持低于阈值，否则将会在传输的用户数据中引入差错。由于稀土掺杂的放大器中的放大是频率相关的，并且所包括的判定电路使用的输出包络可能呈现非常不同的峰值，所以在下游节点处的FSK解调器中优选地还包括缩放元件。因此，在解调器中使用缩放元件来均衡两个包络检测信号的峰值幅度，并降低检测电路的输出端出错的可能性。

考虑了泵调制可以用于在放大器节点之间传输各种类型的数据，不仅是监管信息，还包括协议的改变；例如，在数据链路级传输的信息。

此外，在没有用户信号流量的情况下(例如在网络中放大器节点的初始安装中)，由放大部件本身产生的放大自发辐射(amplified spontaneous emission，ASE)可以用作在其上传输监管消息数据的“信号”。在放大器节点的初始配置的这种情况下，监管消息可以特别地与确定对于给定节点位置的最佳泵参数相关联。

本发明的一个特定实施例采取包括在光放大器节点内的装置的形式，用于在光通信网络内的光放大器节点之间提供网络信息的双向通信。光放大器节点内的每个放大器被形成为基于光纤的光放大器，其利用泵源将增益赋予到用户信号上。特别地，本发明的装置包括：调制器，其响应于监管消息数据，用于生成调制输出信号，该调制输出信号作为输入被施加到光放大器节点内的第一基于光纤的光放大器的泵驱动器，以形成用于放大用户信号的调制的泵输出(其中调制以包络的形式出现在放大的用户信号上)；以及解调器，其耦合到光放大器节点内的第二基于光纤的光放大器的输出端，该解调器接收所接收的光信号的电版本作为输入，并从中恢复叠加在接收到的用户信号上的监管消息数据。

本发明的另一个实施例被定义为从第一基于光纤的光放大器节点向第二基于光纤的光放大器节点传送监管消息数据的方法。该发明方法包括以下步骤：(1)接收数字形式的监管消息数据；(2)用接收的监管消息数据调制泵驱动器电路，以产生调制输出；(3)将调制输出施加到泵源，以生成具有调制光功率的泵输出；(4)将调制光功率与作为输入提供给第一基于光纤的光放大器的用户信号组合；(5)从第一基于光纤的光放大器节点产生调制的、放大的光输出；以及(6)将调制的、放大的光输出传输到第二基于光纤的光放大器节点。

在下面的讨论过程中，并且通过参考附图，本发明的其他和另外的实施例和方面将变得明显。

附图简述

现在参考附图，

图1示出了使用光监管通道在光通信系统中的放大器之间提供链路到链路监控的示例性现有技术；

图2是根据本发明原理的一对光放大器节点的框图，该一对光放大器节点被构造成使用泵调制进行双向监管通信；

图3示出了根据本发明的调制器布置的示例性构造，该调制器布置可用于控制泵源，以将监管消息数据叠加到用户信号上；

图4示出了与图3的调制器布置结合使用的解调器布置的示例性构造，该解调器布置用于恢复已经从第一光放大器节点发送到第二光放大器节点的监管消息数据；

图5示出了与解调器布置相结合的使用有源滤波的示例性构造；以及

图6包含光通信网络的一部分的简图，该光通信网络利用根据本发明的教导的泵调制从第一网络接入点经过一个或更多个光放大器节点向第二网络接入点传输高级协议信息。

详细描述

图1示出了典型地在光通信网络1中发现的一对光节点A、B的说明性现有技术构造，其中一对光纤2、3用于提供节点A和节点B之间的双向通信。在该示例中，光通信网络1被构造成经由光纤2提供西向东(west-to-east)的通信，经由光纤3提供东向西(east-to-west)的通信。

节点A包括第一光放大器4，用于接收承载信息的光信号I

类似地，节点B包括光放大器7和8，用于分别在沿着光纤路径2和3的相应方向上接收、放大和提供光信号。更具体地，节点B接收承载信息的光信号I

如前所述，监管信号通常用于节点A和节点B之间的消息传递、报警报告等。例如，节点A中的光放大器4可以接收反向传播的监管信号，将其从承载信息的用户信号中过滤出来，并将其提供给监管单元6，以便于(与控制器(未示出)相结合)控制节点A。相同的操作原理适用于涉及节点A和节点B的相应部件的光纤路径3中的通信。

如图1所示，常规系统需要在每个光放大器位置处理监管信号。由于光放大器中需要额外的部件，并且传输系统中可能有大量的光放大器，所以各个放大器的成本通常是整个系统的成本驱动动因。

图2是光通信网络10的一部分的高级图，特别地，示出了根据本发明形成的一对放大器节点12、14，以利用泵调制进行放大器节点之间监管消息数据(以及可能的其他非用户网络管理命令和消息)的双向信号发送(signaling)。第一光纤16用于支持光信号从第一放大器节点12到第二放大器节点14的“西向东”传输，第二光纤18用于支持光信号从第二放大器节点14到第一放大器节点12的“东向西”传输。出于本发明的目的，术语“双向”指的是为监管消息在给定的一对放大器节点之间的每个方向上行进建立信号路径。应当理解，这些“双向”监管消息沿着(单向)光纤16和18传播；光纤16和18的组合因此形成了在一对相邻节点之间传输监管消息的双向链路。

与以上讨论的放大器节点的常规操作一样，进入第一节点12的用户信号I

根据本发明的原理，调制器30被包括在第一光放大器节点12内，并被用于调制由泵驱动器26提供的驱动电流。调制基于将从第一节点12传输到第二光放大器节点14的监管消息数据(被示为“数据输入(DATA IN)”)(即，先前在单独的带外监管通道上传输的数据)。特别地，调制器30接收监管信息数据作为输入，并利用该数据来调制泵驱动信号。结果，用户信号所经历的放大根据该调制而变化，调制可以采取叠加在放大的用户信号上的包络的形式，如将在下文详细描述的。

调制的、放大的用户信号随后沿光纤16传播，并由第二光放大器节点14接收，如在常规的节点到节点传输过程中那样。然而，根据本发明的原理，接收信号的一部分被分接出来，并由包括的光电二极管32转换成电当量(electrical equivalent)E。电信号E随后作为输入被施加到解调器34(被构造成匹配调制器30的功能)，以恢复从第一节点12传输到第二节点14的实际的监管消息数据。

大部分接收到的用户信号传递通过包括在第二节点14内的第一光放大器36，以在作为输出信号O

为了提供完整的双向通信路径，第二节点14包括调制器38，该调制器38响应于将被传输回第一节点12的其自身的“本地”监管消息数据。与上面讨论的构造一样，调制器38使用该监管消息作为“数据输入”来调制用于激励所包括的泵源42的泵驱动器40。这里，一组输入用户信号I

第一光放大器节点12中包括光电探测器49和相关联的解调器50，以响应光纤18上该输入信号的耦合输出部分(out-coupled portion)，并恢复从第二光放大器节点14传输到第一光放大器节点12的特定监管消息信息。如图2所示，大部分输入用户信号I

图3示出了调制器的示例性构造，该调制器可用于将监管消息数据施加在用于以上述方式放大用户信号的泵信号上。特别地，图3示出了特别适用于该应用的示例性频移键控(FSK)调制器30F，其将正弦调制叠加在传递通过放大器的用户信号的包络上。如以下将描述的，控制施加在用户信号上的调制功率的幅度，以确保(调制的)放大的用户信号的功率包络不超过阈值，否则将会在用户数据中引入比特差错。例如，已经发现0.5dB的调制深度在准确传输监管消息数据时是令人满意的，同时保持了用于支持该监管信息传输的用户信号的完整性。

特别地，调制器30F采用二进制FSK调制器的形式，其利用存储在片上存储器元件54中的一对基于正弦的波形W

图3中示出了合适的切换布置的特定构造，包括数据接口56，该数据接口56以原始监管流SMD和补码流(complement stream)

因此，根据二进制FSK调制的原理，逻辑值为“1”的输入SMD信号将由第一频率f

在本发明的优选实施例中，FSK调制器30F还包括缩放元件，如图3中的缩放元件64所示。如上所述，缩放元件64用于控制调制信号的幅度，使得调制的用户信号的包络不超过给定阈值。已经发现0.5dB的调制深度是可接受的。

图4中示出了被特别构造用于与FSK调制器30F一起使用的示例性解调器34F。在这种布置中，使用非同步FSK解调器34F来处理在放大器节点处接收的调制的、放大的用户信号的转换后的电版本。也就是说，参考图2，在第二光放大器节点14处接收的输入调制用户信号的一部分首先被包括的光电二极管32转换成电信号版本E，此后电信号E作为输入被施加到FSK解调器34F。

转到FSK解调器34F的细节，经FSK调制的电信号E使用FSK调制中典型的常规带通滤波来确定用于具体的接收数据比特的适当频率(即，f

如上所述，泵调制消息信号发送的一个显著优点是能够使用这种类型的消息传递来实现新放大器节点安装的自配置。也就是说，使用一对节点之间的消息传递和本地测量，放大器可以被构造成根据泵功率电平来执行设置(set-up)。由于还没有用户流量通过这些节点，因此由泵激光二极管的激活和光放大器部件的响应生成的放大自发辐射(ASE)被用作“信号”，配置消息数据被叠加在该“信号”上。被认为是“噪声”的ASE仍然是一种信号，其是这样一种形式，其中监管消息传递数据可以用来调制泵驱动器，以便将数据叠加在ASE本身的包络上。除了典型放大器节点已有的硬件外，不需要附加的硬件。因此，本发明的泵调制方案可以用于在放大器节点之间传输监管消息，执行动态链路建立，并且可能还传输更高级别的消息协议，允许这种信息在从给定网络接入点到另一个接入点的一个方向上从一个放大器节点被发送到另一个放大器节点。

在本发明的各种应用中，预期在一对放大器节点之间传输的某些消息不需要继续沿着信号路径传播到其他下游放大器节点(或其他网络元件)，上面讨论的自配置是这种类型的“本地”消息传递的一个示例。在这些情况下，在将传播用户信号重新引入网络信号路径之前，利用对调制的、放大的(接收的)用户信号的有源滤波来去除SMD调制包络可能是优选的。在没有某种方法来去除叠加的SMD的情况下，它将在用户信号在网络中传播时，作为伪像保留在用户信号上。实际上，这种剩余的调制可能随后受到特定放大器节点希望向下游传输到序列中下一个节点的“新”的监管消息的影响。显然，在没有任何类型的滤波的情况下，这些监管消息将继续沿着光通信网络内的信号路径积累。

图5示出了光通信网络90的一部分，该光通信网络90使用有源滤波来最小化被认为只需要在定义的一对节点之间传输的SMD的连续传播。特别地，图5示出了示例性光放大器节点92的一部分，该光放大器节点92被认为是“接收”节点，类似于上述第二光放大器节点14，其中节点92接收的光输入是用户信号I

根据本发明的这个实施例，与恢复的SMD相关的信息被用于有源滤波模式，以消除传递通过节点92的实际用户信号上这种调制包络的存在。在图5所示的实施例中，该恢复的数据流作为输入被提供给所包括的调制器98。调制器98可以例如使用恢复数据的逆来提供调制信号，该调制信号将基本上抵消位于传播的用户信号包络上的SMD信号。调制器98的输出被用作泵驱动器电路100的输入，该泵驱动器电路100然后以与以上所讨论的相同方式向所包括的泵激光二极管102提供调制控制信号。

然后，调制泵输出在基于光纤的光学放大部件106内的WDM 104中与接收到的用户信号I

在希望注入“新的”监管消息以传输到下一个节点的布置中，“数据输入”被施加到调制器98，然后调制器98处理这个新数据和去除旧数据的需求，且以使得叠加在输出用户信号O

图6示出了本发明的又一个实施例，在这种情况下，希望沿着沿一对网络接入点之间的链路设置的一组级联放大器节点继续传输相同的“监管”消息。因此，与图5所示的接收/恢复的监管数据被有意地从传播的用户信号中去除的构造相反，在这种情况下，当用户信号传播经过网络时，相同的叠加调制被保持。

特别地，图6示出了一种布置，其中假设第一网络接入点110需要更新设置在第一网络接入点110和第二网络接入点130之间的多个放大器节点120

前述实施例仅仅是对本发明原理的说明。本领域的技术人员将能够设计出许多布置，尽管在此没有明确示出或描述，但是这些布置体现了本发明的精神和范围。因此，通过本文的教导，这种修改被认为不限制由所附权利要求限定的本发明的范围。