用于提供导频音的方法和装置与流程

本公开一般涉及光通信，更具体地，涉及一种用于光信道监测的方法和装置。

背景技术

在密集波分复用(dwdm)系统中，用数字信息流调制多个波长的光，然后将不同波长的调制光束(称为“波长信道”)组合以在光纤中进行联合传播。

为了识别dwdm系统中的波长信道，可以将导频音应用于光通信系统内的通信信道。导频音通常是信道光功率电平的低频调制。导频音可以用于信道光性能监测，并且还可以携带与信道相关的信息，例如但不限于其波长、波特率、调制格式和用于监督、控制、均衡、连续、同步或参考目的其他识别信息。

通过提供该导频音，信道功率可以通过低成本、低速导频音检测器进行监测。

在许多当前系统中，导频音受到由传输光纤中的光信号的相互作用和叠加引起的降级的影响。

因此，需要一种改进的基于导频音的光性能监测的系统和方法。

技术实现要素：

本公开涉及一种通过使用双频导频音进行光通信性能监测的方法和系统。通过将双频导频音应用于波长信道或信道，可以自适应地选择导频音频率中的一个以提高波长信道监测功率精度。在一实施例中，从低频带中选择第一导频音频率，从高频带中选择第二导频音调频率。双频导频音可同时或交替地应用于系统。通过应用双频导频音，可以减少受激拉曼散射(srs)和色散(cd)问题或对波长信道的性能监测产生的不利影响。

在本公开的一方面，提供了一种光通信性能监测方法，包括检测与波长信道相关联的导频音，该导频音包括第一频率范围内的第一频率和第二频率范围内的第二频率。然后选择导频音的一个频率以获得波长信道信息。在另一方面，导频音的每个频率携带相同的信道信息。在本公开的一方面，第一频率范围在30mhz和60mhz之间，第二频率范围在125mhz和155mhz之间。

在另一方面，提供了另一种光通信性能监测方法，包括将双频导频音应用于信道。在本公开的另一方面，双频导频音包括第一频率范围中的第一频率和第二频率范围中的第二频率。在本公开的另一方面，第一频率范围被选择以减少色散效应，第二频率范围被选择以减少受激拉曼散射(srs)效应。

在又一方面，提供了一种调制到波长信道上的导频音，该导频音包括第一频率范围内的第一频率和位于第二频率范围内的第二频率。

附图说明

以下附图示出了本文公开的系统、方法和装置的各个方面和实施例：

图1a是光通信系统的示意图；

图1b是图1a的光通信系统内的信道的示意图；

图2是导频音的示意图；

图3是反映受激拉曼散射(srs)如何影响具有多个信道的光通信系统的示意图；

图4a是示出基于大有效面积光纤(leaf)的传输链路的srs的频率依赖性的曲线图；

图4b是示出基于ssmf光纤的传输链路的srs的频率依赖性的曲线图。

图5a是光信道频谱的示意图；

图5b是示出色散(cd)引起的导频音功率下降与导频音频率的曲线图；

图6是实现双频导频音的方法；

图7a是示出在低频带和高频带中srs引起的串扰与导频音频率的曲线图；

图7b是示出在低频带和高频带中cd引起的导频音功率衰落与导频音频率的曲线图；

图8a是为光通信系统应用双频导频音的实施例的示意图；

图8b是为光通信系统应用双频导频音的另一实施例的示意图；以及

图9是概述双频导频音的频率选择方法的流程图。

具体实施方式

本公开涉及一种在光通信系统内执行信道监测的方法和系统。本公开的方法和系统使用双频导频音。双频率中的一个是从低频带或范围中选择的，而另一个是从高频带或范围中选择的。在一实施例中，低频带在30mhz和60mhz之间，高频带在125mhz和155mhz之间。使用双频导频音有助于系统减轻光通信系统内的不利操作条件。

为了减少受激拉曼散射(srs)的问题，优选高频导频音。为了减少累加的色散问题，优选低频导频音。因此，本公开涉及为波长信道提供双频导频音，由此两个导频音频率可以携带相同或同一的数据或波长信道信息。

转到图1a，示出了光通信系统的示意图。光通信系统或光网络100包括一组节点102a-102g，其通过各个光传输光纤103相互连接。节点102可以通过一个以上的传输光纤103相互连接。信号沿着这些单独的传输光纤103产生多个波长信道或信道104传输，每个波长信道包括用高速数字信息流或数据调制的特定波长的光。为了便于理解，将传输节点视为正在传送数据的节点102a，而将目的地或接收节点102g视为正在接收数据的节点。在某些情况下，两个节点之间的通信可能不是直接的。举例来说，传输节点102a和目的节点102g之间的通信使得数据通过其他节点，例如传输节点102a和目的节点102g之间的102b和102e。

使用导频音以监测通过传输光纤103传输的波长信道104。导频音通常是信道的光功率电平的低频调制。不同的导频音可以与网络100内的每个特定波长信道相关联。导频音可以包括例如相关波长信道的特性的信息。这些特性可包括但不限于功率、源/目的地识别(id)、波长、调制格式或波特率或任何其他特性或那些特性的组合。

将导频音调制到在传输节点102a-102g传输的波长信道104上。这些导频音的检测提供了信道104通过网络100内的任何时间的传输光纤103传输的标识，这当多个信道104在同一传输光纤103上传输时特别有用。

在网络100内有一组导频音检测器106，其检测这些导频音。在一实施例中，导频音检测器106包括低速光电二极管和数字信号处理器(dsp)。

转到图1b，提供了示出图1a的光通信系统的一部分的示意图。图1b示出了由传输光纤103连接的两个节点102a和102b之间的连接。提供光放大器105以放大信道104。在图1b中，节点102a中的一个可以被视为源或传输节点；可以将节点102b中的第二个节点视为目的节点。在图1b的实施例中，尽管在两个节点102之间的传输光纤103内的特定位置处示出了各个导频音检测器106，但是导频音检测器106可以位于网络100内的任何位置。取决于节点102a或者102b的类型。节点102a或102b可以包括可重新配置的光分插复用器(roadm)107，其耦合到接收器110和发射器112，用于丢弃和添加信道。例如，如果节点102是放大器节点，那么节点102将不包括任何接收器或传输器，然而，如果节点102是接入节点，则可以存在0个、一个或多个接收器110和发射器112。因此，波长信道104可以在目的节点102b处终止或进一步传播，如节点102b右侧的箭头所示。

转到图2，提供了光信号的示意图。光信号包括高速数据200，其被调制到特定波长的光上。光的调制产生波长信道。波长信道的数据调制频率通常在ghz范围内。光信号还包括导频音202。导频音可用于光通信系统100的监督、控制、均衡、连续、同步或参考目的。导频音202的频率优选小于波长信道的数据调制频率。例如，导频音202的频率可以是几十或几百mhz或更低。

目前，单频导频音用于传输与相关波长信道有关的信息，以辅助监测通信系统的性能。在多信道光通信系统或网络中，经历了受激拉曼散射(srs)引起的串扰。srs串扰对单频导频音的使用产生不利影响。为了克服这个问题，通过增加单频导频音的频率来抑制srs串扰。

在这些光通信系统中，沿光传输光纤传输不同的波长信道，以允许节点102在其间传输信息。srs是非线性光效应，其中，来自较短波长信道的能量部分地转移到较长波长信道。尽管这种效应在相邻信道之间更明显，但这种效应可以发生在任何两个信道之间。

当用导频音调制第一波长信道时，由于srs效应，该第一导频音部分地转移到另一波长信道。这会在另一个信道上产生一个重影音。在没有重影音的情况下，为该另一个信道检测到的导频音与其相应的信道功率成比例。在srs引起重影音的情况下，另一个信道检测到的导频音具有来自其他波长信道的导频音的贡献，例如，第一波长信道的导频音。由于一个或多个重影音，其他信道的功率测量精度降低。

转到图3，示出了反映srs如何影响具有多个光信道的光通信系统的示意图。由于srs效应，最初施加在波长1(λ1)上的导频音频率f1也将出现在波长2(λ2)和3(λ3)上。类似地，最初施加在波长2(λ2)上的导频音频率f2也可出现在波长1(λ1)和波长3(λ3)上。最初应用于波长3(λ3)的导频音频率f3也可出现在波长1(λ1)和波长2(λ2)上。srs引起的串扰取决于许多因素。这些因素包括传输光纤中的信道数、信道波长、信道的光功率、光纤跨度的数量、光纤类型、光纤长度等。srs串扰可以在基于导致导频音的光性能监测中引起显著功率测量误差。在某些情况下，误差很大之大使得基于导频音的光性能监测无益的并且可能无用。

转到图4a和图4b，示出了概述相对于导频音频率的srs串扰值的曲线图。这些图表反映了srs串扰对导频音频率的依赖性。在图4a中，该图反映了对于色散未补偿的leaf系统的y轴上的srs串扰值与x轴上的导频音频率(以mhz为单位)，而图4b示出了对于色散未补偿的标准单模光纤(ssmf)系统的相同系统的y轴上的srs串扰值与x轴上的导频音频率(以mhz为单位)。跨度长度为80km。在每个srs串扰场景中，c波段中有80个信道，信号信道是第一个信道。

关于图4a，包括leaf光纤的光传输链路具有色散，该色散在80km跨度上未补偿，具有-1dbm信道光纤(或单个光纤)输入功率。包括ssmf光纤(图4b)的光传输链路具有色散，该色散在80km跨度上也未补偿，每信道光纤输入功率为+1dbm。

对于系统内的80个信道，与其中一个信道相关联的导频音的能量被部分地传送到其他79个信道并被视为重影音。以这种方式，以某种形式，在每隔一个信道上看到一个波长信道的导频音频率。当这些重影音通过网络传播时，不同的相位被添加到不同的重影音，这可能导致这些重影音在被检测时部分地相互抵消。为了使重影音不同相位，优选更高频率的导频音。

从当前示例可以看出，随着导频音频率增加，相对于导频音频率的srs串扰水平降低。优选较高频率的导频音以减少或最小化srs串扰效应。尽管仅示出了单个跨度长度，但是应当理解，即使跨度长度不同，仍然存在一般趋势，其中，具有较高频率的导频音导致信道之间的较小srs串扰效应。然而，当使用较高频率的导频音时，可能引入其他不利影响，例如色散(cd)衰落，其涉及取决于其频率的波长的相速度的现象。

关于cd效应，图5a提供了示出光信道频谱的示意图，而图5b提供了示出在某些累加的色散中导频音电功率变化与导频音频率的曲线图。在图5b中，导频音电功率变化(以db为单位)显示在y轴上，导频音频率(以mhz为单位)显示在x轴上。

当调制应用于连续波(cw)光时，其光谱变宽。换句话说，这导致信道频谱变宽。具有加宽频谱的信道可以被视为包括无限数量的频率分量的信道。

然后，在每个频率分量上应用导频音。最初，与所有频率分量相关联的导频音的相位是相同的，使得总导频音功率处于初始值。当频率分量通过传输光纤传播时，每个相关联的导频音经历不同的相位变化，使得总导频音功率降低。这种微分相变是由色散引起的。通过色散，总导频音功率从初始值减小。这会影响导频音检测器的读取或检测。

将可以理解，这种cd衰落效应的建模涉及无限数量的频率分量。为了简化这种建模，可以认为加宽的信道频谱仅具有如图5a中的箭头500和箭头502所示的两个离散的频率分量。左箭头500表示左侧的光谱，右箭头502表示右侧的光谱。距离δλeff可以取近似等于信号频谱宽度的一半。虽然这张照片是高度简化的，但通过仿真和实验，它可能被认为是一个非常好的近似。

例如，如图5a所示，当由左箭头500表示的波长的光和由右箭头502表示的波长的光被相同的频率调制时，相位差被引入到沿着传输光纤(或光信道)传播两个信号之间。这是因为由箭头500和502表示的光频率的光沿着传输光纤以不同的速度传播。不同的速度是由色散引起的。当使用相同的导频音调制两个频率500和502的光部分，由于频率为500和502的光部分的导频音波形之间的相消干涉，导频音可能变得褪色或失去功率，从而降低了信道导频音功率的初始值。cd引起的衰落效应通常随着导频音频率的增加而增加。在δλeff、cd幅度和光纤长度的某些组合中，不同的导频音频率可以抵消自身，导致导频音完全消失。

大cd可能导致低信噪比(snr)和/或导频音的大功率测量误差，这对通信系统内基于导频音的信道监测有不利的影响。

为了补偿cd衰落，需要累加的cd值。累加的cd值可以是系统已知的，也可以是计算出来的。在一实施例中，累加的cd值是光纤跨度长度和色散系数的乘积，而可以将总累加色散可以视为来自所检测的信道传播的所有光纤跨度的累加cd的总和。由于cd衰落取决于光信号频谱，因此，cd衰落取决于波长特性，例如，波特率和频谱形状。

当累加的cd衰落增加时，导频音内的功率减小，这导致低snr和功率测量误差。功率变化可用等式表示：

δpdb＝10log10[(1+cos(2πfptcdδλeff)/2]

其中，fpt是导频音频率，cd是传输器和导频音检测器之间的累加色散，δλeff是拟合参数或被感测信道的有效频谱宽度(通常是频谱宽度的一半)。基于系统的设计已知导频音频率，计算累加的cd(如上所述)，并且通过比较测量结果和/或来自等式的理论结果来获得拟合参数。

从图5b的曲线图中可以看出，当导频音的频率处于较低值(例如，低于60mhz)时，功率变化较小，建议优选较低频率的导频音以降低cd效应。因此，不同于用于降低srs的优选导频音频率(其在更高频率下更需要)，优选较低频率的导频音用于减少cd衰落或用于补偿cd效应。

因此，为了克服当前系统中的一些缺点和问题，公开了一种通过双频导频音进行光性能监测的新方法和系统。通过提供双频导频音，导频音检测器106可以基于网络100的特性，自适应地选择优选频率导频音。双频导频音可以同时或替代地应用于信道。

本公开的一个优点是通过在两个不同频率处具有导频音，减少或减轻了单频导频音系统的当前问题。由于每个信道用两个导频音频率(均携带相同或同一的信道信息)进行调制，因此，可以自适应地选择高频带中的导频音以减少或抑制srs效应，同时可以自适应地选择频带中的导频音以减少cd衰落效应。

对于具有小的累加色散的信道，例如，色散补偿信道或具有低色散光纤的色散未补偿信道，优选地选择高频带中的导频音。这种系统的一个示例是大有效面积光纤(leaf)系统。对于色散未补偿信道，优选地选择低频带中的导频音。

转到图6，示出了概述为光通信系统提供双频导频音的方法的流程图。最初，为双频导频音选择第一频率和第二频率600。第一频率优选地选自低频带，而第二频率选自高频带。基于系统的srs串扰和cd衰落特性确定频带。在优选实施例中，这些srs串扰和cd衰落特性是通过在系统执行的实验研究或基于系统参数执行的仿真来确定的。以这种方式，在安装或操作系统之前，可以确定低频带和高频带。选择低频带中的导频音频率是为了在检测到导频音频率时减少色散效应。选择高频带中的导频音频率是为了在检测到导频音频率时减轻srs效应。然后，这些双频导频音与在网络内传播的不同波长相关联。

然后，在操作中，将相关联的双频导频音应用602到光通信系统100中的它们的相关联的波长信道。对于具有双偏振的信道，所选频率可以同时(并发)应用于波长信道内的x/y偏振，或交替地(连续地)应用于通信信道内的x/y偏振。

转到图7a，示出了示出串扰与导频音频率的曲线图。在图的y轴上是串扰水平(以db为单位测量)，在x轴上是导频音频率(以mhz为单位)。从当前示例中可以看出，在低频带(例如，30mhz和60mhz之间)内，对于具有一到八个跨度的系统，串扰水平约为-20db到-25db。在高频带(例如，130mhz和155mhz之间)内，对于具有一到八个跨度的每个系统，串扰大约为-40db。在高频带中，抑制了srs效应。

转到图7b，示出了示出导频音电功率变化与导频音频率的曲线图。在该图的y轴上，示出了导频音电功率变化(以db为单位)；在x轴上，示出了导频音频率(以mhz为单位)。在低频带(例如，30mhz和60mhz之间)，对于5000ps/nm和30000ps/nm之间的累加的色散值，电功率变化约为0至-2。在较高频带(例如，在130mhz和155mhz之间)，对于5000ps/nm和30000ps/nm之间的累加的色散值，电功率变化是相不同的。

因此，对于如图7a和7b显示的当前系统，优选高频带中的导频音以降低srs效应，优选低频带中的导频音以降低cd效应。换句话说，多个导频音频率中的一个是从30mhz和60mhz之间的范围中选择的，而多个导频音频率中的第二个是从125mhz到155mhz之间的范围中选择的。应当理解，对于不同的系统，频带或范围可以不同。

转到图8a，示出了反映双频导频音如何应用于波长信道的实施例的示意图。在现代光通信系统中，例如，相干系统，两个偏振均用于携带信息。在当前实施例中，同时将双频导频音应用于x/y偏振信道，由此两个频率携带相同的信道信息。可以看出，对于x和y偏振信道，高频导频音和低频导频音均在每个信道上同时传输。在当前实施例中，在切换到其他频率导频音之前，针对单导频音比特传输每个导频音频率。在该实施例中，双频导频音的两个频率始终存在于每个偏振信道内。然后，基于网络的特性，导频音检测器106可以自适应地选择两个导频音频率中的一个，以获得由导频音传输的信息。

转到图8b，示出了反映双频导频音如何应用于信道的另一实施例的示意图。在当前实施例中，导频音的双频率交替地应用于x和y偏振信道。双频导频音的两个频率均携带相同的数据。

在操作中，如图8b中示意性地示出，对于x偏振信道，针对一个导频音比特传输低频导频音，然后，用高频导频音替换一个比特。相反的传输发生在y偏振信道内，其中，高频导频音被传送一个导频音比特，然后，用低频导频音替换一个导频音比特。在该实施例中，虽然在任何给定时间对于每个偏振信道仅存在一个频率，但两个频率始终存在于系统中。当多个频率中的一个频率在一个偏振信道中传输时，另一个频率在其他偏振信道中传输。然后，导频音检测器106可以基于系统的特性，自适应地选择两个导频音频率中的一个，以获得由导频音传输的信息。

转到图9，示出了自适应导频音检测或选择的方法。在图9的方法中，该流程图示出了导频音检测器如何确定使用双频导频音的哪个导频音以便检索信道信息。

最初，导频音检测器检测双频导频音900的至少一个频率。在检测到至少一个频率之后，确定902与导频音检测器106相关联的信道的光路。该光路信息通常是已知的并且可以从网络管理软件中检索。在一实施例中，可以经由中央或分布式控制器或处理单元来检索信息。光路信息还可以是基于由控制器确定的最优光路。然后，计算、累加或获得904波长信道的色散。在一实施例中，可以在节点内的传输器和导频音检测器之间计算色散。这可以看作累加的色散值。如上所述，累加的cd值被视为传播的光纤跨距(或光信道)的长度与色散系数的乘积。在确定累加的色散值之后，计算906由累加的色散衰落引起的光导频音功率误差。可以使用与信道特性有关的特定值，基于上面公开的等式，计算导频音功率误差。然后，将该导频音功率误差与例如1db或2db的阈值进行比较，以确定908所计算的光导频音功率误差是否小于阈值。如果认为由cd引起的光导频音功率误差大于阈值，自适应地选择低频导频音，如果认为光导频音功率误差小于阈值，自适应地选择高频导频音。如果光导频音功率误差等于阈值，可以选择导频音频率。然后，如果可用或必要，使用所选择的导频音频率来导出信道的功率以及任何其他特性。

在前面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多细节以便提供对实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可能并不需要这些具体细节。在其他情况下，可以以框图形式示出公知的结构，以免混淆理解。例如，没有提供关于本文描述的实施例的元件是否实现为软件例程、硬件电路、固件或其组合的具体细节。

本公开的实施例或其组件可被提供为或表示为存储在机器可读介质(也称为包含可读程序代码的计算机可读介质、处理器可读介质或计算机可用介质)中的计算机程序产品。机器可读介质可以是任何合适的有形非暂时性介质，包括磁性、光或电子存储介质，包括磁盘、光盘只读存储器(cd-rom)、存储器设备(易失性或非易失性)或类似的存储机制。机器可读介质可以包含各种指令集、代码序列、配置信息或其他数据，其在被执行时，使处理器或控制器执行根据本公开的实施例的方法中的步骤。本领域普通技术人员将理解，实现所描述的实现方式所必需的其他指令和操作也可以存储在机器可读介质上。存储在机器可读介质上的指令可以由处理器、控制器或其他合适的处理设备执行，并且可以与电路连接以执行所描述的任务。

上述实施例仅是示例。本领域技术人员可以在不脱离仅由所附权利要求限定的范围的情况下，对特定实施例进行改变、修改和变更。