专利名称：光学系统和光学系统中的方法
技术领域：
本发明涉及光通信系统，方法和光通信系统中网络模块的使用。具体地说，本发明涉及反向光系统和WDM光学系统中串音优化的实施方法。
背景技术：
通过环球主干线系统所交换通信业务量的增长是我们很习惯的一种现象。制定解决该问题的一个非常有效原则波分复用技术，WDM。通过并置若干个不同波长的信道以增加相同光纤上信息容量。波长排列得越密集，则传输的信息量就越大。随着容量的短缺变得越来越严重，波长信道的压缩就越来越紧密，从而产生密WDM(DWDM)技术。为了使DWDM切实可行，重要的是不同信道之间互不干扰。随着信道密集排列，这个问题变得越来越困难它称之为非相干串音。为了解决这个问题，所有重要的元件(激光器，滤波器)必须是不随温度变化并安装到恒温装置内。这使得DWDM元件十分昂贵。开发掺铒光纤(EDFA)在某些情况下使得DWDM解决方案在经济上是可行的。它允许通过长距离传输大量信息。放大器是昂贵的，但它相对于系统的总体成本很小。这种解决方案并不经济，但与其他的方案比较，开辟新的基地或在海底铺设新的光纤，它仍然是非常优选的。
在城市环境中，问题是不同的。首先，带宽瓶颈是更加近代的传统的铜基或较简单光纤基的解决方案被认为能够应付可见未来的增长业务。因此，很少考虑以城市带宽瓶颈为具体目标的策略发展。在理解到业务增长超过可用带宽时，第一个措施是采取按比例缩小的成熟DWDM技术。然而，一些矛盾很快地出现。在城市环境中对信息分布的要求是具有许多分布节点的非常灵活网络。此外，所有信道可能不是在相同的节点终止。这种复杂性往往意味着增大的光损耗，因为每个节点添加插入损耗到系统中。其问题是，与远程WDM相反，城市市场是非常昂贵的，这意味着EDFA实际上不是一种可取方案。而且，EDFA的发展增加系统管理的困难，这是在已经很复杂系统中的一个主要挑战。事情更糟的是，即使系统的容量减小，与远程密WDM系统相关的许多成本并不真正按比例下降。由于要求波长随温度的稳定性，激光源仍然是非常昂贵的。无源滤波器的设计是在信道隔离与插入损耗之间一种微妙的平衡，对材料和结构有特殊的要求以保证温度稳定性。最后，虽然大多数主要城市配线网的带宽要求在不断增长，仍不能接近DWDM可以解决业务量。很显然，对于大多数城市市场，DWDM的外壳是太大和太昂贵。
需要不同的方法以构成城市市场特有的策略，组合以下的特征·平滑的带宽升级路径·灵活的分布节点数目·光透明性，允许从旧型数据业务的无缝转移(旧协议)·没有放大器·良好的保护水平·低成本从这些要求中出现新的概念，和在以前的瑞典专利申请SE0101416-6[1]中描述这个新的概念。这个策略提到上述的所有方面。如在DWDM的情况下，通过添加新的波长或信道增大带宽。按照这个新的概念，这些信道的间隔是20nm，而不是几分之一纳米。例如，波长可以固定在1470nm，1490nm，1510nm，1530nm，1550nm，1570nm，1590nm和1610nm。在这个例子中确定8个信道，若总的带宽允许更多的信道，则增大信道数目是没有问题的。这意味着，可以大大放松波长控制的要求，从而降低有源部件的成本。也可以放松对无源滤波器的技术要求，例如，OADM(光分插复用器)滤波器。
基于若干层材料涂敷的小片晶体，可以把标准的OADM设计成薄膜滤波器，制成选择性反射镜。利用这种性质，可以反射传播通过晶体的光束波段。相反地，根据反向路径射线定律，还可以插入这个波段。通过级联两个隔离滤波器或改进滤波器的设计并选择滤波器，可以增大反射信道与透射信道之间的隔离。在第一种情况下，增大总的插入损耗和价格，因为涉及较多的元件。在第二种情况下，产量下降而使价格上升。目前，OADM是串联两个薄膜滤波器构成一个滤波器用于从环中分出信道，而另一个滤波器用于插入相同的信道回到该环中。
在[1]所建议的解决方案中，每个信道支持有若干个OADM的逻辑环，这意味着，可以在许多点接入环。与此同时，每个OADM增加它的插入损耗到网络的总功率预算。利用对系统性能没有影响的终端用户设备确定协议。这种环结构提供良好的保护水平，CWDM(粗WDM)的成本通常远远低于对应DWDM系统的成本。
光学系统设计的主要约束是传播通过OADM的不同信道之间隔离。在CWDM的情况下，信道之间的间隔通常是20nm。这意味着，就隔离而言，直接近邻之外任何信道的贡献是非常小的。若隔离太低，则在OADM中从相邻信道分出一些光以及这个节点的波长。在最差的情况下，若信号已经很弱，则来自相邻信道的寄生光可以在检测器中引起严重的干扰(非相干串音)。
另一个重要参数是各种传输通过OADM的插入损耗，所有的信道必须经过它们自己的两个分插节点。若这些损耗太大，则必须减小环的范围以避免使用放大器。
或者，必须减少传输通过OADM的数目，它降低分插配置的灵活性。要解决的难题是平衡隔离和插入损耗，在抑制串音的同时优化系统的到达范围。
解决该问题的最普通方法是级联两个或多个滤波器。可以达到高的隔离值，因为总的隔离是所有单个滤波器的隔离之和。然而，插入损耗也增加。在DWDM的情况下，这是无关紧要的，因为通常可以使用放大器。在城市CWDM系统的情况下，如上所述，放大器是不经济的。这意味着，额外的插入损耗是非常有害的。
发明内容
本发明描述光通信系统，方法和光通信系统中网络分插模块的使用。
所以，本发明的目的是提供一种通过光通信系统发射信息的方法和光通信系统。所述本发明的方法和系统抑制相邻信道之间串音效应，改进传播通过OADM的不同信道之间隔离和改进各种传输通过OADM的插入损耗，所有的信道必须经过它们自己的两个分插节点。
按照本发明实现这个目的是相邻信道进行反向传播。按照本发明，利用反向光分插复用器模块，可以实现基于这种通信业务模式的系统。
按照本发明方法和系统的一个优点是，与现有技术比较，它提供更有效和效能价格更合算的抑制相邻信道之间串音效应。
另一个优点是，分插模块的设计可以放松由它组成滤波器的隔离要求。这对于减小滤波器插入损耗有正面效应。
结合附图更详细地描述本发明。
图1表示用于光信息传输的光通信网络系统示意图。
图2表示按照本发明光通信网络系统中信道方向和分布示意图。
图3描述按照本发明光通信系统中网络分插模块的原理。
图4更详细地描述按照本发明光通信系统中的网络分插模块。
图5表示按照现有技术的光通信系统示意图。
图6是光通信系统中不同信道的理论分布和每个信道上信号光功率的光信号图。
图7是按照现有技术光通信系统中相邻信道上串音效应的光信号图。
图8表示按照本发明光通信系统的网络分插模块中相邻信道串音效应的示意图。
图9是按照本发明光通信系统中相邻信道上串音效应的光信号图。
图10是复用环结构的示意图。
图11是逻辑环结构的示意图。
图12表示本发明另一个实施例的混合型CWDM-DWDM系统的逻辑环结构图。
图13表示图12所示基于混合型CWDM-DWDM系统技术的传输系统光谱图。
根据以下的详细描述并结合附图，可以更充分地理解本发明，给出这些附图仅仅用于说明，而不能看成是对本发明范围的限制。
具体实施例方式
以下，引用瑞典专利申请SE0101416-6[1]。充分结合上述的申请内容作为参考。
图1是光信息传输系统10的示意图，其中所述系统包括光纤网络。所述网络安排在两个地理位置之间，例如，在哥德堡与斯德哥尔摩之间。这个长距离部分的系统称之为核心网12，有时甚至称之为干线网。核心网包含信息传输的光纤干线。来自核心网12的是传输进入城域网(MAN)环14的信息。至少一个主节点16连接到所述MAN。主节点16是MAN 14和接入环18的公共节点。接入环18可以至少包括一条光纤。连接到所述光纤的是一系列OADM节点20。用于接收和/或发射信息的用户/客户装置经用户/客户接线连接到每个OADM节点。
图2是按照本发明光通信网络系统中信道方向和分布示意图。光通信系统包括至少有一条光纤22的网络。每条光纤的总带宽分成若干个波段。每个波段有能够传输信息的信道λ1-λn。除了最低信道λ1和最高信道λn之外，所有的信道有两个相邻信道作为它最近邻的信道。例如，信道λ2有两个相邻信道λ1和λ3，但λ1只有一个相邻信道λ2。在本发明光学系统的光纤中，如图2所示，信道是反向传输交叉信道。“奇数”信道(λ1，λ3，…)上的信息沿一个方向传输，而相邻的“偶数”信道(λ2，λ4，…)上的信息在相同光纤中沿相反方向传输。因此，按照本发明通过光通信系统发射信息的方法包括以下的步骤在一个信道上沿一个方向发射信息，而在相同光纤的相邻信道上沿相反方向发射信息。本发明方法和系统的一个优点是，它抑制相邻信道之间的串音效应，因为从相邻信道传输的光功率显著地减小。
图3是按照本发明光通信系统10中反向光分插复用器模块24的示意图。模块24包括两个光分插滤波器26和28，一个滤波器26用在一个信道上分出信息，例如，λ2信道，而另一个滤波器28用在插入信息回到光纤22的相同信道上。滤波器中的反射镜元件30插入或分出信息，该反射镜元件适用于选取信道的某个光波长。借助于分出滤波器26分出的信息传输到接收器32。与预定的波长比较，反射镜元件30对于光纤22的信道上其他波长或多或少地透明。对于最接近的光波长是不太透明。换句话说，与较远距离的信道比较，相邻信道与预定信道的隔离较少。然而，在按照本发明的系统中，使相邻信道λ1和λ3上的信息沿与中间信道λ2相反方向传输，可以大大改进隔离。以下结合图8和9更详细地描述这种方法相对于现有技术的优点。在传输通过插入复用器28时，相邻信道的一些光功率被损耗和分出，但这个功率不引起任何麻烦，因为它传输到发射器34的输出端。发射器34能够插入信息到预定信道上，即，发射信息到预定信道上。
作为例子，滤波器可以基于薄膜的滤波器，但也可以利用其他的技术，例如，熔融耦合器，因为隔离与插入损耗之间关系对于滤波器理论是通用的。基于若干层材料涂敷的小片晶体，标准的OADM可以设计成薄膜滤波器，制成选择性反射镜。利用这个性质，可以从传播通过晶体的光束中反射一个波段。
在[1]的情况下，系统是基于光纤对。这种类型系统的OADM是由两个并行的这种网络元件构成。
图4是按照本发明光通信系统10中反向光分插复用器模块40的实施例。这个光分插复用器(OADM)40安排在系统10的网络节点。复用器40经东触点接口42和西触点接口44连接到接入环(图1中的18)的光纤对46a，46b。信息是沿光纤对上的两个方向传输。模块40包括四个光分插滤波器48，50，52，54，滤波器48用于分出光纤46b的一个信道上信息，例如，信道λ2，而滤波器50用于插入信息回到相同光纤46b的相同信道。模块40还包括两个接收器56，66和两个发射器64，68，一个客户西接口58和一个客户东接口62以及有处理器61的信息处理单元60。
OADM 40的功能如下所述。当前节点分出光纤对46a，46b的λ2信道信息。借助于分出滤波器48，分出光纤46a上λ2信道的信息。所述信息传输到接收器56，接收器56转发该信息到客户西接口58的低成本收发信机58a，再到处理单元60的低成本收发信机58b。每个收发信机58a，58b，62a，62b是处理单元60的光连接或电接口，处理单元60包括能够处理所述分出信息的信息处理器61。该信息经信息处理单元60的低成本收发信机62b通过客户东接口62回到对应的收发信机62a。借助于相同光纤46a和相同信道λ2上的插入滤波器50，连接到收发信机62a的发射器64发射信息到λ2信道。
在相应的路径上，借助于分出滤波器52，分出光纤46b上λ2信道的信息。所述信息传输到接收器66，接收器66转发该信息到客户东接口62的低成本收发信机68a，再到处理单元60的低成本收发信机62b。该信息经信息处理单元60的低成本收发信机58b通过客户西接口58回到对应的收发信机58a。借助于相同光纤46b和相同信道λ2上的插入滤波器54，连接到收发信机58a的发射器68发射信息到λ2信道。
现在借助于图5-9描述本发明相对于现有技术系统的优点。每个附图6，7和9表示这样的曲线图，其中横坐标是光波长λ[nm]，而纵坐标是光功率[dBm]。在基于CWDM(粗波分复用)技术的传输系统中，若干个光传输波段扩展成一个光谱段。图6，7和9展示4个光传输波段，每个传输波段包含一个信道λn(n＝1，2，3，4，…)。不同的波长信道是分开的以避免互相干扰。典型的信道间隔是20nm(对应于频带中的2400GHz)。图8是包括反射镜元件30和输出光纤23的分出滤波器26示意图。滤波器26连接到光纤22，而反射镜元件适合于分出与信道λ2相邻的信道λ1。滤波器26接收的所有或几乎所有λ1光功率被分出，并传输通过输出导体23。按照本发明，λ2与λ1是反向传播的，所以，仅仅小部分的接收光功率因反射而损耗。这个损耗远远小于λ2与λ1是同向传播时的损耗。滤波器26分出的整个光功率是用Ptot，C表示。这个输出功率的定义和计算如下所示。
Ptot，C＝IL·Pλ1，A+IR·IS·Pλ2，B
其中系数IL是插入损耗，反射系数IR是反射引起的损耗，和IS是滤波器中的隔离损耗。以下进一步讨论本发明方法和系统的结果和优点，图9表示形成的光谱曲线图。
图5表示按照现有技术的光通信系统中的一段光纤环80，例如，接入环。在节点70，光功率为Pλ1，A的信息插入到信道λ1。这个信息发射到节点76，节点76的位置可能与节点70隔开很长的距离。在它传输到节点70的路径中，信息可能传输经过大量插入的节点72和74。在到达节点76之前，该信息在每个节点72和74中将丢失一些光功率。在节点74，光功率为Pλ2，B的信息插入到相同光纤的信道λ2。如上所述，在CWDM的情况下，我们只需考虑相邻信道之间的串音。在图5-7所示的情况中，λ1的功率预算等于30dB(IL＝-30dB)。我们假设Pλ1，A＝Pλ2，B，λ2的隔离损耗IS必需等于45dB以保证λ2相对于λ1的15dB抑制。图6表示正好在OADM之前的光谱。在这个附图曲线中，λ1约为1550nm和λ2约为1530nm。由于插入损耗使λ1很弱，而λ2很强。图7表示单级滤波器情况下的结果，其中隔离为30dB。λ1信号很少强于λ2的寄生信道。如上所述，由于插入损耗，串接两个滤波器不是最佳的。
然而，若λ2是与λ1反向传播的，如图8所示，则λ2在分出端口对总输出的贡献间接地通过滤波器的第一反射终端。图9表示形成的光谱。若反射是在玻璃/玻璃结点，则IR＝-30dB。若反射是在玻璃/空气结点，则IR＝-15dB。这意味着，即使在单个滤波器的情况下，有效隔离IR*IL是在45dB与60dB之间。实际上，在不降级插入损耗的条件下，这去掉CWDM薄膜设计中隔离的约束。现在，λ1与λ2之差大于15dB，并可避免串音问题。
图10表示按照本发明的复用环结构示意图。在这个实施例中，接入环18包括构成光纤对22的两条光纤22a，22b。若干个节点20中的一个节点是主节点16，这些节点连接到所述接入环18和光纤对22。主节点16连接接入环18到城域网MAN 14。所有的节点物理上连接到一条光纤或光纤对，但这些节点逻辑上连接到不同的逻辑环/信道λn(n＝1，2，3，4，…)。这意味着，物理上相邻的OADM节点，即，邻近节点，不必是逻辑上邻近节点。主节点的特征是作为所有逻辑环的公共点，所以，它允许从一个逻辑环转移信息到另一个逻辑环。通过级联若干个节点建立一个主节点16，其中每个节点属于与主节点16相交的一个环。每个主节点元素171，172，173，174在下一个主节点元素中馈送一个波长，因此插入一个新的波长，直至全部所需的波长被复用。
图11是按照本发明的逻辑环结构示意图。这个实施例提供这样一种复用环结构，它在相同的物理光纤环上组合若干个逻辑光环。每个逻辑光环作用到不同的波段上。每个环是由一系列OADM节点构成，例如，一个波长被分出和/或插入，而其他波长以最小的串音通过。每个节点在确定它属于的逻辑环波长上检索所有的业务。与所处情况有关，业务可以被终止或完全地再生和/或处理，然后，发送回到逻辑环。所有的逻辑环至少有一个称之为主接点的公共点。这个主接点16相交所有的逻辑环，并通过波长转换可以从一个环转移业务到另一个环。它的作用是复用逻辑环与较大的核心系统之间网关，例如，宽域网(WAN)或城域网(MAN)。如图10所示，一个主节点16是通过级联若干个节点201，202，203，204建立的，每个节点属于与主节点16相交的一个环λ1，λ2，λ3，λ4。每个主节点单元171，172，173，174在下一个主节点单元馈送一个波长，从而插入一个新的波长，直至全部所需的波长被复用。
这种网络结构与其他网络结构之间的差别是如下所述。与仅仅TDM环比较，接入节点的最大数目现在增大到网络中使用波长数目的倍数。每个波长接入节点以相同的波长与相邻的节点通信，而不是与物理/地理相邻的节点通信。与WDM枢纽环比较，仍然存在逻辑业务模式流。
如在[1]中所建议的，一个CWDM信道可以由若干个DWDM信道代替，所有的DWDM信道包含在对应的CWDM波段容限内。按照本发明的另一个实施例，这些DWDM信道都是同向传播的，但反向传播到相邻的CWDM波段。CWDM波段定义为从CWDM网格确定的中心波长延伸13nm的波长间隙。
图12是本发明另一个实施例的混合型CWDM-DWDM系统的逻辑环结构示意图。由于CWDM信道利用约13nm带宽的波段，它可以建立一个混合型系统。一个信道波段用在多信道DWDM系统，在这个情况下是16个信道(λ5-λ20)。而DWDM系统的分插配置是枢纽配置，因此，有特别宽带接入需要的一些节点可以由这个系统支持。DWDM系统没有逻辑环结构，它作为从主节点16到节点20的点对点结构。这就构成可以有图13所示光谱图的混合系统。
图13是它的光谱图，其中横坐标是光波长λ，而纵坐标是光学效应Popt。这个基于混合型CWDM-DWDM系统技术的传输系统有在光谱带中扩展的若干个光传输波段。第三CWDM信道λ3被若干个DWDM信道λ5-λ20所代替。
本发明不受上述优选实施例的限制。可以利用各种选择，改进和等效方案。所以，以上的实施例不应当看成是对本发明范围的限制，本发明的范围是由所附权利要求书所确定。
权利要求
1.一种通过光通信系统发射信息的方法，该系统包括至少有一条光纤的网络，其中每条光纤的总带宽分成若干个波段，每个波段有能够传输信息的信道，其特征是以下的步骤-在一个信道上沿一个方向发射信息，而在相同光纤的相邻信道上沿相反方向发射信息。
2.按照权利要求1的方法，其特征是以下的步骤-借助于反向光分插复用器模块，在至少一个信道上插入和/或分出信息。
3.按照权利要求1的方法，其特征是，该网络包括第二光纤，它确定对应于第一光纤中信道的信道，从而构成光纤对，其中该方法包括以下的步骤-在第一光纤和第二光纤的对应信道上沿相反方向发射信息。
4.按照权利要求1的方法，其特征是，通信系统是基于粗波分复用(CWDM)系统技术。
5.按照权利要求1的方法，其特征是，通信系统是基于复用逻辑环结构技术。
6.按照权利要求1的方法，其特征是，通信系统是基于粗波分复用(CWDM)系统和复用逻辑环结构技术。
7.一种光通信系统，该系统包括至少有一条光纤的网络，其中每条光纤的总带宽分成若干个波段，每个波段有能够传输信息的信道，其特征是，信道是反向传输交叉信道，其中在一个信道上沿一个方向发射信息，而在相同光纤的相邻信道上沿相反方向发射信息。
8.按照权利要求7的光通信系统，其特征是，该系统至少包括一个反向光分插复用器模块，它至少能够在一个信道上插入和/或分出信息。
9.按照权利要求7的光通信系统，其特征是，该系统是基于粗波分复用(CWDM)系统技术和/或复用逻辑环结构技术。
10.按照权利要求7的光通信系统，其特征是，该系统是基于混合型CWDM-DWDM系统技术。
11.按照权利要求7的光通信系统，其特征是，该系统包括第二光纤，它确定对应于第一光纤中信道的信道，从而构成光纤对，但安排成沿与其相反方向发射信息。
12.光通信系统中反向光分插复用器模块的应用，该系统包括至少有一条光纤的网络，其中每条光纤的总带宽分成若干个波段，每个波段有能够传输信息的信道，其特征是，信道是反向传输交叉信道，其中在一个信道上沿一个方向发射信息，而在相同光纤的相邻信道上沿相反方向发射信息。
全文摘要
本发明涉及光通信系统，方法和光通信系统中网络模块的应用。光通信系统包括至少有一条光纤的网络。每条光纤的总带宽分成若干个波段。每个波段有能够传输信息的信道？1－？n。按照本发明光学系统的特征是，信道是反向传输的交叉信道，其中在一个信道上沿一个方向发射信息，而在相同光纤的相邻信道上沿相反方向发射信息。因此，按照本发明通过光通信系统发射信息的方法包括以下的步骤在一个信道上沿一个方向发射信息，而在相同光纤的相邻信道上沿相反方向发射信息。本发明方法和系统的一个优点是，它抑制相邻信道之间的串音效应。
文档编号H04B10/02GK1541461SQ02815845
公开日2004年10月27日 申请日期2002年7月12日 优先权日2001年7月13日
发明者拉尔斯·伯登, 拉尔斯 伯登 申请人:传送模式系统股份公司