专利名称：光通信网络及其组成部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光通信网络及其组成部件，例如网络节点或对在两个网络节点之间的光纤上的光通信信号进行再放大的中间放大器。
背景技术：
通常，如图1示意性示出的网络组成部件中，在光通信信号从光源(如经过电通信信号调制的激光器或者激光放大器6)到与光纤1相连的组件的输出端口11的通路上，通常具有一个四端口定向耦合器10形式的分接头，其将源6发出的一小部分光输出信号分流到输出信号监控器12，当连接的光纤中的故障导致背向反射(back reflection)时，将部分背向反射的光强分流到背向反射监控器14。定向耦合器中所分流的光强度的比例在两个传输方向是相同的。为了在光纤中馈送具有尽可能高的强度的光通信信号，希望保持尽可能小的分流比例。相应的，通过定向耦合器分流到背向反射监控器的反射光强度的比例也较小。大部分的背向反射强度沿着光源的方向经过定向耦合器，因此在耦合器和光源之间需要设置光隔离器，以便使光源免受可能的反射。
由于存在故障时到达背向反射监控器的光的强度较小，必须使用灵敏且昂贵的监控器，以便可靠地检测光纤的中断，以及自动减小光源的功率所必须的可靠性，从而防止光通信信号溢出到自由空间时对眼睛造成伤害。
在美国专利US-A-6,317,255给出的一种光通信网络部件中，使用光循环器代替定向耦合器和光隔离器，光循环器一方面把光源产生的光通信信号传输到部件的输出端口，另一方面，举例来说，把从损坏的光纤传到部件输出端口的反射光传输到光传感器以便检测光纤故障。监控光源操作的定向耦合器放置在循环器之后的输出光纤上。
在现有技术设备中，监控通过光传感器检测的光强度从而判断是否存在故障。如果判断为存在故障，现有技术设备可以减小输出端口的光强度，从而防止光从光纤中无控制地发出而对人体造成伤害，但是不能获得故障的位置信息。
为了定位两个网络组成部件之间的光纤的故障位置，已知在一端将光纤与相应的网络组成部件分离，将其连接到一个光时域反射计(OTDR)。这样的设备包括一个将短的光脉冲馈送到光纤的光源和具有高时间分辨率的光传感器，光传感器能够测量光脉冲的发射和在故障处反射的部分光脉冲到达OTDR设备之间的延迟，并基于该延时计算故障处与连接OTDR的光纤端的距离。这样的程序费时并比较昂贵，一方面是由于OTDR设备自身的费用，另一方面是由于在使用中付出的劳动，因为在每次检测光纤故障时，OTDR设备必须连接与光纤两端连接的两个网络部件中的一个，光纤必须与网络部件分离，并与OTDR设备连接以便执行测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种光通信网络和其部件，当光纤存在故障时可以省时省力地确定故障的位置。
另一方面，另一目的是获得具有权利要求1特征的光通信网络的相应部件。
由于使用光循环器，当发生故障时，在光传感器的位置有足够的光可用，以对光强度进行时间分辨测量。一方面通过对光源发出的光信号施加时间标记，并且检测在故障处反射的光信号中的同一时间标记到达光传感器的时间，可以测量光信号从相关部件到故障处的传播延时，从而可以检测故障处与该部件的距离。
优选的，部件包括将检测的通信网上的延迟值传输到中央权威机构(centralauthority)的装置，在中央权威机构可以触发分配人员对故障光纤进行维修。当获得光纤的地理路线和故障处距离发出信号的部件的距离后，中央权威机构可以准确地得到故障的位置，这样，在多数情况下对涉及的部件进行观测变得多余，可以直接巡视故障位置。
如果光源提供的通信信号为频域复用信号，优选的光传感器对频域复用通信信号的部分频率分量敏感，优选的，光传感器对其中一个频率分量敏感。优选的光传感器对其敏感的部分频率分量包括填充信道和OSC信道，因为在这两种类型的信道中可以使用时间标记进行距离测量而不会恶化在同一时间在其他信道上传输的通信信号分量。因此，当光纤的故障不是完全中断时，尽管通信范围减小，通信仍保持可能。
优选的，该网络部件是双向的，即该部件包括至少一个用于连接光输入光纤的输入端口，以及其接收部分。
根据本发明，在接收光纤和接收部件之间配有光开关，在正常工作时任意地连接光接收部分到接收光纤，在存在故障时连接到循环器，以便将接收部分作为如上所述的光传感器使用。光接收部件的两种用途并不影响接受部件从接收光纤接收光信号的使用，如果接收光纤和受监控的传输光纤延伸到相同的第二网络部件，因为当传输光纤中断时，在大多数情况下，整个线路中断，没有信号到达接收光纤，为了接收，接收部件应与接收光纤保持连接。
这里，接收部件优选为OSC接收机。
优选的基于从输出端口传播回循环器的光强度来控制开关，传播回的光可以由前面提到的相同光传感器检测，也可以由另外的光传感器检测。
在本发明的网络部件中包括已知的诸如在输出端减少光通信信号功率的装置也是有益的，如果从输出端口返回到循环器的光强度超过限度，当存在故障时，输出端口输出的光强度可以降到一个水平从而不会对人眼造成损害。至少在开始时，光功率不应该减小到零；相反，减小后的功率应足以根据反射回的部分光实行传输延时的测量。当测量成功后，光功率可以减小为零。
用于监控光源发出的通信信号的分接头优选设置在循环器和输出端口之间，这样，在分接头处产生的反射不会返回到光源。这样的分接头有利于在输出端口输出的光强度和从输出端口返回循环器的光强度之间建立一个比例。
另一方面，光通信网络包括至少一个连接上述部件的光纤，从而实现本发明的发明目的。优选的，两个这样的部件连接到双向光纤的两端，这样，即使在最坏的情况下，故障处与可以估计与故障处距离的网络部件之间的距离不会大于光纤长度的一半。
参考附图可以从下面的实施方式更清楚地理解本发明的其他特征和优点。
图1，已经讨论过，是传统光网络部件结构的常见示意图；图2是本发明第一实施例的网络部件示意图；图3是本发明第二实施例的网络部件示意图；图4是根据本发明的网络的部分结构。
具体实施例方式
图2示意性地给出了由两条光纤构成的传输线上的双向光通信的中间放大器，这里，两条光纤分别为西-东光纤1和东-西光纤2。中间放大器，例如放大器3以均匀间隔沿着线路分布，以补偿光纤1，2的衰减。在光纤1，2上传输的信号为频分复用信号，该频分复用信号包括具有相同的频率间隔的多个负载信道，每个负载信道上传输—个通信信号，并且包括至少一个光监控信道OSC和一个填充(filling)信道。监控信道传输该连接所在的网络中的节点所需的控制信息，来控制负载信道和负载信道传输的信息。控制信息是该网络专用的内部信息，并不传输到网络终端，同时以一种不同于负载信道的格式传输，一般的，使用更强(robust)的调制和编码。通常，在填充信道没有信息传输；其光功率由负载信道的功率控制，以保持复用信号的总功率恒定从而避免在光纤1，2中由非线性效应引起的强度的波动，该强度的波动会降低信噪比。
下面介绍负责从西向东传输的中间放大器部件的主要结构和功能，可以理解，在必要修正后也可同样适用于由东向西传输。由东向西的传输部件具有与从西向东传输的对应部件相同的参考符号，只是附加了(‘)。
在西-东光纤1上从西侧达到中间放大器3的波分复用信号首先经过光解复用器4，在那里OSC信道与其他信道分离，并端接光传感器5，如光电二极管。负载信道和填充信道通过放大器级，例如掺铒光纤放大器6(EDFA)，并且在放大后与由发射激光器8新发出的OSC在复用器7复用。现在再次完整的波分复用信号从三端口光循环器9的第一端口91到第二端口92然后到达定向耦合器10。定向耦合器10将波分复用的强度的99％耦合进中间放大器的输出端口11，其中输出端口11连接西-东光纤1的东侧分支。在定向耦合器10分流的1％的光强度到达监控光电二极管12，监控光电二极管12提供一个与所接收的光功率成比例的信号到控制电路13。控制电路13将监控光电二极管12的信号用于多种用途；其中一个用途是控制泵浦功率(pump power)，也就是EDFA 6的放大从而监控光电二级管12的输出信号被保持在恒定电平。
如果光纤1的东侧分支被中断或受到妨碍，该波分复用的光在出现故障的位置被反射，然后通过输出端口11返回到光循环器9的第二端口92。相似的，如果没有光纤与输出端口11连接，光也同样在输出端口11直接被反射回。反射回的光线在循环器的第三段口93输出，因而到达反射光电二极管14，反射光电二极管的输出信号同样被控制电路13接收。控制电路13连续地比较光电二极管12，14的信号电平，并且当反射光电二极管的信号与监控光电二极管12的信号比率超过预定界限时判定光纤1存在故障。当发生故障时，控制电路13减小EDFA 6的泵浦功率和/或发射激光器8的功率到一定的值，从而保证在故障处溢出到自由空间的波分复用信号不再对人眼造成伤害。
至少发射激光器8的OSC功率不是一直保持在零。相反的，控制电路13在选定的时刻使用时间标记来调制发射激光器8，如通过产生强度不为零的信号脉冲。通常在OSC上传输的信息不需要在发射激光器8调制，因为必须假定波分复用信号并不到达位于传输线东侧更远的网络部件。
控制电路13测量在发射激光器8发射时间标记和反射光电二极管14反射信号的时间标记被接收之间的时间。通过控制电路13从它计算出的到故障处的传播时间或距离被调制到发射激光器8’作为要被传输的信息。激光器8’以与激光器8成镜像对称的方式设置在东-西光纤2上，用来在正常工作条件下产生用于在东-西光纤2上传输的OSC。这样，故障信息和它与中间放大器3的距离可以传输到设置在沿着传输线西侧更远的网络部件，并且被其转换到中央权威机构，该中央权威机构收集多个网络部件的故障信息。基于上述信息和对传输线路的地理路线的认识，中央权威机构可以界定故障的位置并让维修人员到确定的故障位置。由于这样的故障多数发生在建筑的挖掘处，通常建筑位置不难发现，故障定位的精确度在几十米甚至超过100米也足以快速发现故障位置和修复故障。
一般的，对于上述传播时间的测量，可以使用波分复用的任何信道，如填充信道甚至负载信道。然而，这需要在节点处设置相应波长的发射激光器。由于重新产生OSC的发射激光器8，8’通常位于中间放大器内，使用OSC测量传播时间是最经济的解决方案。
图3给出了中间放大器3的第二实施例，其中与图2中的部件相同的部件具有相同的参考符号，在此不再重新介绍。在图3的实施例中，图2中从西侧到达的OSC的接收光电二极管5和反射光电二极管14被光电二极管15代替，光电二极管15可以在控制电路13的控制下有选择地连接到复用器7的OSC输出端口或者循环器9的第三端口。从循环器9到光电二极管15的开关16的透光率并不严格的为零，即使在光电二极管15通过开关16连接到复用器7的情况下，因此，从输出端口11反射回的信号即使在正常工作条件下也可以由光电二极管15检测，引起光电二极管15输出信号的上升和/或光电二极管15接收的OSC信号的恶化，这会被控制电路13记录并识别为在光纤1的东部存在故障的指示。于是控制电路13通过以下方式作出反应如图2中所述减少波分复用信号在端口11的输出功率，和切换开关16使光电二极管15只接收通过光循环器9的反射信号。如图2所述，执行到故障处并返回的信号传播时间的测量和在东-西光纤2的OSC上获得的信息的传输。
图4给出了应用本发明的网络的部分结构。中间放大器3被表示为一个单独的模块，并且光纤1，2经过中间放大器3，网络节点17形成光纤1，2在向东方向上的终端。网络节点17的结构与中间放大器3类似；上面所述的中间放大器的部件也同样在网络节点17中存在，两者可以互换；主要的不同是在解复用器4和EDFA 6之间或者EDFA 6和复用器7之间存在一个开关结构。
因此，中间放大器3和网络节点17都可以彼此独立地检测光纤1，2的故障18，并且检测与故障18的距离。在本实施例中，故障18与节点17的距离比与中间放大器3的距离近的多。因此，中间放大器3的发射激光器8发出的时间标记信号在达到故障18并由光纤1返回后衰减太大，当重新到达中间放大器3时，其强度不足以准确的测量传播时间，因为传播距离比中间放大器3与网络节点17之间的光纤部分长很多。在这种情况下，网络节点17可以测量其与故障18的距离，因此在任何情况下，可以对故障18的位置进行有用的测量。
权利要求
1.一种光通信网络的部件(3，17)，包括源(6)，用于产生光信息信号，输出端口(11)，用于将光通信信号输出到光传输光纤(1)上，光传感器(14；15)，和光循环器(9)，用于将源(6)产生的光信息信号传输到输出端口(11)并传输反射光或者由外部到达输出端口(11)的光到光传感器(14；15)，其特征在于光传感器(14；15)具有与其相连接的估计电路(13)，用于检测从源(6)输出的光信号的时间标记和到达光传感器(14；15)的信号的相应时间标记之间的延时。
2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于用于在通信网中传输所检测的延时数值的装置(8’)。
3.根据权利要求1或2所述的部件，其特征在于源(6)提供频分复用通信信号并且光传感器(14；15)有选择地对频分复用通信信号的部分频率分量敏感，优选的对单个频率分量敏感。
4.根据权利要求3所述的部件，其特征在于光传感器(14；15)对其敏感的部分频率分量包括填充信道。
5.根据权利要求3或4所述的部件，其特征在于光传感器(14；15)对其敏感的部分频率分量包括OSC信道。
6.根据上述任一权利要求所述的部件，其特征在于进一步包括用于连接到光接收光纤的输入端口，光开关(16)和接收部分(15)，接收部分(15)可以有选择地连接到接收光纤(1)或者作为光传感器连接到循环器(13)。
7.根据权利要求5所述的部件，其特征在于接收部分是OSC接收机。
8.根据权利要求5或6所述的部件，其特征在于开关(15)是基于从输出端口(11)返回到循环器(9)的光的强度而被控制的。
9.根据上述任一权利要求所述的部件，其特征在于还包括用于在由循环器(9)的输出端口返回的光强度超过界限时，减少输出端口(11)的光通信信号的功率的装置(13，8，6)。
10.根据权利要求9所述的部件，其特征在于估计电路(13)只有在光通信信号的功率减少的情况下，才确定延时。
11.根据上述任一权利要求所述的部件，其特征在于在循环器(9)和输出端口(11)之间设置分接头(10)来监控由源(6)发射的通信信号。
12.一种光通信网络，包括至少一个双向光纤(1，2)，其特征在于在光纤(1，2)的两端连接有一个根据上述任一权利要求的部件(3，17)。
全文摘要
光通信网络的组成部件包括光通信信号的源(6)，输出端口(11)，用于将光通信信号输出到光传输光纤(1)上，光传感器(14，15)和光循环器(9)，光循环器(9)用于将从源(6)输出的光通信信号传输到输出端口(11)并且将反射的光或在输出端口(11)从外部接收的光传输到光传感器(14，15)。光传感器(14，15)具有与之连接的估计电路(13)，用于确定来自源的光信号的时间标记和到达光传感器(14，15)的光的相应时间标记之间的延迟。
文档编号H04B10/071GK1934807SQ200480038643
公开日2007年3月21日 申请日期2004年12月14日 优先权日2003年12月23日
发明者S·I·佩格, J·N·V·普瓦里耶, R·R·帕克哈姆, H·S·富斯 申请人:特伦特有限责任公司