专利名称：用于wdm消息传输的输出级以及用于调换这种输出级中的全光源的方法
技术领域：
本发明涉及用于以波分多路复用(WDM)传输光消息信号的光传输网络的节点，更确切地说，涉及这种节点的输出级，该输出级使用全光源(Fuelllichtquelle)以便保持节点的发送功率不变，以及涉及一种用于调换这种输出级中的全光源的方法。
在光纤上传输的衰减消息信号受到衰减，这种衰减在长传输距离时要求每隔一定时间再次放大信号，以便保证所述信号以足够的功率到达接收器。在这种放大器中，同时放大在光纤上传输的所有载频。为此，必要的是，对于所使用的所有载频来说该放大器的增益尽可能精确地相同，使得在该信号经过了多个放大器之后，不同载波的功率比相互不显著偏移。只要载波的功率不随时间变化，那么通过适当选择载波频带和放大器类型就可以解决该问题。然而，如果单个载波的功率突然变化，那么将产生问题。如果例如基于自动保护功能或者基于在网络另一位置上的技术干扰而在分支的光消息网的单个光纤上突然取消一个或者多个载频，那么这会导致剩余载波的放大率的提高。如果光纤包括多个相互连续的放大器，那么这种提高进行自乘。载波的极快、极强的强度跃变可能产生以下结果，即在接收器处分析由相关载波输送的消息信号时该强度跃变可能导致干扰。在最差的情况下，这些干扰可能导致采用自动保护功能并且关断相关的载波。这样，干扰传播到原来与它无关的网络领域，并且可能导致灾难性的毁坏。
为了解决该问题，例如已在US 5 907 420和US 6 275 313中建议，将多个全信道与具有不同载频的多个消息载波信道一起在光纤上进行传输，其中所述全信道一般不被用于传输消息，而基本上用于缓冲在光纤上传输的总光功率的波动，该波动由于接通和关断单个消息载波信道而产生。也就是说，如果消息载波信道发生故障，则识别出该信道，并且如此再次调节全信道的光功率，使得保持消息载波信道和全信道的总光功率不变。消息载波信道的放大率的突然变化因此被避免。
然而，如果必须在网络上进行要求暂时关断或者调换全光源的工作，那么将产生问题。消息载波信道不能补偿可能由于关断全光源而引起的功率损耗。如果在网络的单个节点处没有全光源可供使用，并且由此其输出级的功率调节无效，那么这意味着，能够将从该节点出发的光纤上由关断或者接通消息载波信道引起的强度波动放大到如此程度，使得这些强度波动可能危害到整个网络的功能能力。因此，对于这种通信网来说拥有能够暂时关断全光源而不会导致还暂时中断总功率控制的输出级，具有较大的意义。
本发明的任务是，给出一种用于WDM消息传输的输出级以及一种用于调换满足这些要求的这种输出级中的全光源的方法。
一方面，该任务通过下列方式来解决，即输出级具有用于分别向节点的输出端提供利用消息信号调制的载波的多个消息信道光源、用于根据输入全光源的控制输入端的额定功率信号以一定的功率向相同的输出端提供全光波的全光源、至少一个用于检测输出级输出端上的所有全光波和载波的总功率的光电检测器、以及用于如下产生第一额定功率信号的第一控制电路、即将由所述光电检测器检测的总功率恒定地保持为预定的参考值，在所述输出级中全光源是在第一安装场地处可调换地安装在输出级中的组件的一部分，所述输出级具有可安装与第一组件功能相同的第二组件的第二安装场地，以及所述输出级包括用于将持续减小的第二额定功率信号供应给两个全光源之一的辅助电路。如果为了调换第一全光源而将具有第二全光源的第二组件安装在第二安装场地，那么辅助电路能够实现逐步地减小第一全光源的功率，而同时持续地再次调节第二全光源的功率，使得输出级的总功率不出现突然的跃变。如果按照这种方式使第一全光源的功率为零，那么可以将它拆除或者可以在其上进行工作，而这会不对消息信号的传输质量产生影响。
按照本发明的第一优选实施方案规定，所述辅助电路接收第一控制电路的额定功率信号，并且将其分成所述持续减小的第二额定功率信号和第三额定功率信号，其中所述第二和所述第三额定功率信号分别代表所述两个全光源的额定功率，其和对应于由第一额定功率信号所代表的功率。换句话说，在该实施方案中，由第一控制电路提供的额定功率信号给出为了保持总功率不变所述两个全光源必须共同具有的那个功率，并且所述辅助电路将需要由它产生的光功率分配给每个全光源。
按照本发明的第二优选实施方案，所述辅助电路是第二控制电路，给每个控制电路分配所述全光源之一，该全光源接收由控制电路产生的额定值信号，并且所述控制电路分别具有用于持续减小针对它们单独预定的参考值的装置，所述控制电路尝试将总功率保持为所述参考值。如果在这种输出级中应停止使用两个全光源之一，那么减小分配给该全光源的控制电路的预定参考值就足够了。结果是，参考值减小的控制电路确定，总功率太高，并且与此相应地开始调低所分配的全光源的功率。由此得出的功率下降由所述另一控制电路进行检测，并且该另一控制电路通过提高分配给它的全光源的功率来尝试抵抗所述功率下降。该过程一直继续，直到具有减小的参考值的全光源的功率为零，因此可以将它拆除或者可在其上进行工作，而这不影响输出级的功能。
为了在通过所述两个控制电路相互竞争地调节功率时避免不稳定性，合理的是，所述控制电路可以在两个不同反应速度之间转换以便控制它们的全光源的功率。合理地将功率应该被减小到零的全光源的反应速度调整为较低值并将要调高的全光源的反应速度调整为较高值，以便在其中一个全光源的功率下降过程中将输出级的消息信道和全光信道的总功率尽可能准确地保持为即使在输出级正常运行时也应该保持的值。
也可以规定，下降的全光源的控制电路对由光电检测器检测到的总功率的变化作出反应的速度被设为零，也就是说，控制电路不再对总功率的变化作出反应。在这种情况下必要的是，用于减小参考值的装置能够持续地将参考值减小到零，以便将下降的全光源的功率置为零。
如上所述，如果给每个全光源分配一个控制电路，那么控制电路优选地与该全光源一起被组合在可调换的组件中，使得在有干扰的情况下能够方便地共同调换这两者。
可调换的组件优选地分别以插件的形式实现。
本发明输出级的输出端优选地由功率分配器的两个输出端中的第一输出端构成，其中第二输出端与光电检测器相连。在所述第二输出端上耦合输出的功率分量应该只占总功率的微小百分比。
为了将消息载波和全光波汇聚到输出级的输出端上，设有具有波长选择输入端的光多路复用器。在这些输入端中，第一输入端可与第一全光源的输出端相连，而第二输入端可与第二全光源的输出端相连；在这种情况下，所述第一和所述第二输入端优选地分别对于波分多路复用的相邻频率来说是选择性的，使得全光功率从一个全光源到另一个全光源的转移尽可能小地影响波分多路复用的频谱构成，并且因此尽可能小地影响连接到输出端上的光纤上的可能的Raman倾斜。
另一可能性是，经射束组合器将在相同波长上工作的两个全光源提供给光多路复用器的公共输入端。优选地，3dB耦合器、即在其两个输入端上分别具有相同消耗的耦合器被用作射束组合器。
对于本发明的发送器的正常工作来说，其两个安装场地之一配备有包含全光源的组件就足够了，因为如果应关断或者拆除该组件，那么可以事先在运行的发送器中给第二插接位置配备第二组件。然而，合理的是即使在正常运行时两个安装场地也都配备有组件，因为如果检测到或者估计到其组件的干扰，那么这实现了以下可能性，即无需事先的人为干涉而降低所述两个全光源之一。
本发明的其他特征和优点从以下参考附图的实施例说明中得出。
图1至图4分别示出本发明输出级的实施方案的框图。
图1示出WDM通信网中的网络节点的输出级。它包括具有N个输入端2-1至2-N和一个输出端的波分多路复用器1，其中所述输出端被耦合到通向另一网络节点的光纤3上。输入端2-3至2-N分别接收节点的(没有示出的)交换矩阵的利用消息信号调制的载波。两个全激光器4-1、4-2被连接在输入端2-1和2-2上，所述全激光器与所分配的驱动电路5-1、5-2一起被构建在输出级中可调换地安装的插件6-1、6-2上。位于多路复用器1的输入端上的载波和全激光器的波长都互不相同，并且在预定的频带中均匀地阶梯式排列。全激光器4-1、4-2的波长彼此直接相邻。
光电检测器9被耦合到光纤3的输入端子上，以便检测由消息载波和全激光器的量值组成的输出级总功率。该光电检测器9将代表所检测到的功率的测量信号提供给控制电路7，该控制电路另外还接收预定了总功率的期望值的参考信号REF。该控制电路7由此产生代表为将总功率保持为所述预定值所需的全激光器4-1、4-2的功率的额定值信号。也就是说，只要总功率与参考信号的预定值一致，控制电路7就将由它产生的额定值信号保持不变，如果所检测到的功率低于该预定值，那么它增大该额定值信号，直到重新确定一致性，并且如果所检测到的功率超过该预定值，那么它与此相应地减小该额定值信号。控制电路7例如可以由本身已知的PI控制器构成。
两个并联电位计8-1、8-2分别通过第一固定端子与控制电路7的额定值信号输出端相连。该电位计的第二固定端子接地，并且可变端子与驱动电路5-1或者5-2的控制输入端相连。电位计的可变端子可调节地相互耦合，使得驱动电路5-1、5-2的控制输入上从额定值信号中划分的输入电压在调节电位计时分别相反地并在保持其和不变的情况下变化。也就是说，在电位计的极限位置时，驱动电路5-2的输入端接地，其中在所述极限位置时例如在绕开电位计电阻8-1的情况下驱动电路5-1的控制输入端从控制电路7接收整个额定值信号。因此，当全激光器4-2断开时，全激光器4-1产生用于保持输出级的总功率不变所需的所有全光功率。在这种状态下，也可以缺少插件6-2，而这不会影响输出级的功能。
如果应该拆除插件6-1，那么将电位计移动到它相应的另一极限位置就足够了，由此全激光器4-1的功率逐渐地变为零，而全激光器4-2代替它的位置。
电位计8-1、8-2不位于插件6-1、6-2上，而是位于安装有插件的共有的主板上，因为用这种方式可以更容易实现电位计的机械耦合。
当然，电位计可以由任意的其他控制器代替，所述控制器允许将额定功率信号以可变的比例分配给两个驱动电路，例如由利用反向展开的电压斜坡控制的成对的晶体管代替。
图2的实施方案与图1的实施方案的不同基本上在于，通过耦合器10从光纤3上截取的、输出级总功率的一小部分以平分的方式提供给两个光电检测器9-1或者9-2，所述光电检测器位于插件6-1、6-2上，并且连接在再次安装在插件上的、分别专门分配给全激光器4-1或者4-2的控制电路7-1或者7-2上。这种实施方案的优点尤其在于，通过将控制电路与全激光器安装在共有的插件上而缩短了它们之间的信号路径，并且在总功率波动时能够更快速地跟踪全激光器功率。另外，基于控制电路和光电检测器的冗余度，还能够通过从一个插件转接到另一个插件而截获在这些元件上出现的干扰。
在这种实施方案中可能由于以下事实而产生问题，即当从一个全激光器逐步地转接到另一个全激光器时，两个控制电路7-1、7-2竞相尝试保持总功率不变，并且这时可能激发振荡，使得总功率变得不稳定。然而，如果将两个驱动电路7-1或者7-2之一的反应时间调整成比另一个驱动电路的反应时间要大，那么可以避免该问题，其中该驱动电路以所述反应时间对由其光电检测器所检测到的总功率的变化作出反应。如果两个控制电路的反应时间相差10倍或者更多，那么可以以此为出发点，即总功率的短期波动仅仅由两个控制电路中相应更灵敏的控制电路截获。
如同在图2的实施方案中那样，在图3的实施方案中，在每个插件6-1、6-2上都安装有全激光器4-1或者4-2，用于这些全激光器的驱动电路5-1、5-2，用于给相应的驱动电路提供功率额定值信号的控制电路7-1、7-2以及经由两个耦合器10、11分别接收总功率的相同的一小部分的光电检测器9-1、9-2。另外，规定需由控制电路7-2调节的总功率值的参考信号REF施加在控制电路7-2上。这里，该参考信号REF借助于由电阻R1、R2组成的电压驱动器从电源电压中获得。相同的分压器也被分配给控制电路7-1。两个分压器R1、R2的中点可选择性地经由开关12和另一电阻R3与地相连。在图中示出的开关12的位置中，电阻R3与分配给控制电路7-1的分压器的电阻R2并联连接，结果是，低于REF的电压电平REF′施加在控制电路7-1的参考信号输入端上。如果控制电路7-1识别出比针对其通过REF′预定的总功率更大的总功率，那么它与此相应地减小全激光器4-1的功率。因此，控制电路7-2识别出太低的总功率，并且与此相应地调高全激光器4-2。这一直进行，直到激光器4-1的功率为零。在这种状态下，可以拆除插件6-1，以便调换它，对它采取维护措施等。如果随后再次将它装入，那么它一直保持不工作，直到转接开关12，这导致控制电路7-1接收参考值REF并且调高全激光器41的功率，而控制电路7-2接收REF′并且将全激光器4-2的功率逐步地减小到零。
这里，也合理的是，设定不同的反应时间，控制电路7-1、7-2以该反应时间对由分配给它们的光电检测器9-1或者9-2检测的总功率作出反应。这种不同的反应时间例如可以借助于RC元件或者类似的延迟元件13-1、13-2来实现，所述RC元件或者类似的延迟元件可以分别借助于开关14-1或者14-2嵌入到光电检测器9-1、9-2和控制电路7-1、7-2之间的信号线中。开关14-1、14-2耦合在开关12上，使得接收减弱的参考信号REF′的那个控制电路7-1或者7-2(在图3中也即控制电路7-1)也接收延迟的光电检测信号。因此，通过控制电路7-1调低它的全激光器4-1，只能缓慢地对假定太高的总功率作出反应，而控制电路7-2在显著较短的时间内校正由此引起的总功率与实际通过电平REF预定的值的偏差。因此，总功率微不足道地偏离通过REF预定的值。
图3的实施方案和先前考察的实施方案之间的另一区别在于，全激光器4-1、4-2以相同的波长进行发射，并且它们的光经由3dB耦合器15馈入多路复用器1的唯一的输入端2-1。使用该3dB耦合器导致，全激光器的输出功率分别只有一半到达多路复用器1，这可能需要使用比图1和2的实施方案中更有效率的全激光器。然而，与之相比，具有以下优点，即光纤3上的附加波长可供传输消息信号使用。很明显，在图1和2的实施方案中，可以经由耦合器将相同波长的全激光器供给多路复用器1的公共输入端。
图4示出本发明输出级的另一实施方案。在该实施方案中，控制电路7-1、7-2的参考信号输入端分别连接在分压器的中点上，这些分压器分别由与电源电势相连的固定值电阻R1和接地的控制器、例如电位计16-1、16-2或者晶体管构成。
在光电检测器9-1、9-2和分配给它们的控制电路7-1、7-2的输入端之间布置有开关14-1、14-2，这些开关允许，选择性地将控制电路与光电检测器9-1、9-2或者与采样保持元件17-1、17-2连接。通过与存储所分配的光电检测器以前的输出信号电平的采样保持元件连接，防止相关的控制电路对由它的光电检测器所测量的总功率的变化作出反应；它的反应速度犹如被设为零。
为了在图4的输出级中使全激光器4-1不工作，首先将光电检测器9-1当前的输出信号电平接收到采样保持元件17-1中，然后将开关14-1置于它使采样保持元件17-1与控制电路7-1相连接的图示位置。此时电位计16-1处于最大电阻的位置，在该位置上电势REF作为预定值施加在控制电路7-1的输入端上。电位计16-2处于相同的位置，因此依然从其光电检测器9-2接收测量信号的控制电路7-2可以控制输出级的总功率。现在将电位计16-1的电阻逐步地调整为零(如在该电位计旁边所画出的箭头所示)，结果是，控制电路7-1将全激光器4-1的功率逐步地置为零。相反，控制电路7-2调高全激光器4-2的功率，以便保持总功率不变。一旦全激光器4-1的功率返回到零，那么可以拆除它所在的插件6-1。
权利要求
1.用于WDM消息传输的输出级，具有多个消息信道端子(2-2，2-3，......，2-N)，用于分别向所述输出级的输出端提供利用消息信号调制的载波，全光源(4-1；4-2)，用于根据输入所述全光源(4-1；4-2)的控制输入端的额定功率信号以一定的功率向相同的输出端提供全光波，至少一个光电检测器(9；9-1；9-2)，用于检测所述输出级的输出端上所有全光波和载波的总功率，第一控制电路(7；7-1；7-2)，用于如下产生第一额定功率信号，即将由所述光电检测器(9；9-1；9-2)所检测到的总功率恒定地保持为预定的参考值(REF)，其特征在于，所述全光源(4-1；4-2)是在第一安装场地处可调换地安装在所述输出级中的组件(6-1；6-2)的一部分，所述输出级具有第二安装场地，在该第二安装场地处可安装包含全光源(4-2；4-1)的第二组件(6-2；6-1)，以及所述输出级包括辅助电路(8-1，8-2；7-2；7-1)，用于将持续减小的第二额定功率信号供应给所述两个全光源(4-1；4-2)之一。
2.按照权利要求1所述的输出级，其特征在于，所述辅助电路(8-1，8-2)从所述第一控制电路(7)接收所述额定功率信号，并且将其分成所述第二额定功率信号和第三额定功率信号，其中所述第二和所述第三额定功率信号分别代表所述两个全光源(4-1，4-2)的额定功率，其和对应于由所述第一额定功率信号所代表的功率。
3.按照权利要求1所述的输出级，其特征在于，所述辅助电路是第二控制电路(7-2；7-1)；给每个控制电路(7-1，7-2)分配所述全光源(4-1，4-2)之一，该全光源接收由所述控制电路(7-1，7-2)产生的额定值信号；以及所述控制电路(7-1，7-2)分别具有用于减小针对它们单独预定的参考值(REF)的装置(8-1，8-2；R1，R2，R3，12；R1，16-1，16-2)。
4.按照权利要求3所述的输出级，其特征在于，所述控制电路(7-1，7-2)可以在两个不同的反应速度之间转换，以便控制所述全光源(4-1，4-2)的功率。
5.按照权利要求4所述的输出级，其特征在于，可将所述控制电路(7-1，7-2)之一对由所述光电检测器(9-1，9-2)所检测到的功率的变化作出反应的速度设为零，以及设有用于减小所述参考值的装置(R1，16-1，16-2)，以便将所述参考值持续减小到零。
6.按照权利要求3、4或者5所述的输出级，其特征在于，将每个控制电路(7-1，7-2)与由其控制的全光源(4-1，4-2)组合在所述可调换的组件(6-1，6-2)之一中。
7.按照上述权利要求之一所述的输出级，其特征在于，所述组件(6-1，6-2)是插件。
8.按照权利要求2至6之一所述的输出级，其特征在于，所述输出级的输出端由具有两个输出端的功率分配器(10)的第一输出端构成，所述两个输出端中的第二输出端与所述光电检测器(9；9-1，9-2)相连接。
9.按照上述权利要求之一所述的输出级，其特征在于，所述输出级包括光多路复用器(1)，该光多路复用器(1)的波长选择输入端(2-1，...，2-N)中的第一输入端(2-1)与所述第一全光源(4-1)的输出端相连接，而第二输入端(2-2)与所述第二全光源(4-2)的输出端相连接，以及所述第一和所述第二输入端(2-1，2-2)对于波分多路复用的相邻频率来说分别是选择性的。
10.按照权利要求1至8之一所述的输出级，其特征在于，所述输出级包括光多路复用器(1)，该光多路复用器(1)的波长选择输入端(2-1，...，2-N)中的一个(2-1)经由射束组合器(15)与所述第一全光源(4-1)的输出端和所述第二全光源(4-2)的输出端相连接。
11.按照权利要求10所述的输出级，其特征在于，所述射束组合器(15)是3dB耦合器。
12.按照上述权利要求之一所述的输出级，其特征在于，两个安装场地配备有组件(6-1，6-2)。
13.用于调换尤其按照上述权利要求之一所述的用于WDM消息传输的输出级中的全光源的方法，具有以下步骤a)在所述输出级的安装场地处安装包含新的全光源(4-2)的组件(6-2)；b)调整要拆除的全光源(4-1)和所述新的全光源(4-2)的功率，其目的是保持所述输出级的载波和全光波的总功率不变，以及同时持续地减小要拆除的全光源(4-1)的功率和持续地提高所述新的全光源(4-2)的功率，直到要拆除的全光源(4-1)的功率为零，c)拆下要拆除的全光源(4-2)。
14.按照权利要求13所述的方法，其中从所测量的所述输出级的载波和全光波的总功率推导出所述全光源(4-1，4-2)的功率的额定值，并将该额定值分配给所述全光源(4-1，4-2)。
15.按照权利要求13所述的方法，其中预定所述输出级的载波和全光波的总功率的额定值，并且根据所述总功率的额定值和所测量的实际总功率独立地调整每个全光源(4-1，4-2)的功率，其中所述新的全光源(4-2)的功率调整的目的在于，最小化所测量的总功率和所述额定值之间的差，而要拆除的全光源(4-1)的功率调整的目的在于，最小化所测量的总功率和所述额定值的一小部分(REF′)之间的差。
16.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，要拆除的全光源(4-1)的功率调整以比所述新的全光源(4-2)的功率调整更低的反应速度进行。
17.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，要拆除的全光源(4-1)的功率调整对所述总功率的变化作出反应的反应速度被设为零。
全文摘要
用于WDM消息传输的输出级发送利用消息信号调制的多个载波和一个全光波。第一控制电路(7－1)如下调整确定全光波的功率的额定功率信号，即将由光电检测器(9－1；9－2)所检测到的载波和全光波的总功率恒定地保持为预定的参考值(REF)。全光源(4－1)是在第一安装场地处可调换地安装在输出级e中的组件(6－1)的一部分。在输出级的第二安装场地处，安装有或者可安装包含第二全光源(4－2)的组件(6－2)。设立辅助电路(7－2；7－1)，以将持续减小的第二额定功率信号供应给所述两个全光源(4－1，4－2)之一。
文档编号H04B10/296GK1742453SQ200480002949
公开日2006年3月1日 申请日期2004年1月21日 优先权日2003年1月28日
发明者C·福尔斯特 申请人:马科尼通讯股份有限公司