Die vorliegende Erfindung betriff ein optisches Netz für die Telekommunikation sowie einen Verstärkerknoten, der in einem derartigen Netz verwendet werden kann. Insbesondere betrifft sie ein Netz und einen Netzknoten zur Wellenlängenmultiplexübertragung.

Ein derartiges optisches Netz besteht im Allgemeinen aus einer Vielzahl von Knoten, die durch Lichtwellenleiter miteinander verbunden sind, auf denen Datenübertragungssignale als ein Wellenlängenmultiplex übertragen werden, d.h. moduliert in eine Vielzahl von Trägerwellen unterschiedlicher Wellenlängen, die sich gleichzeitig in der Faser ausbreiten.

Aufgrund der Dämpfung der Trägerwellen müssen Datenübertragungssignale, die über große Distanzen hinweg übertragen werden sollen, in regelmäßigen Abständen wiederverstärkt werden. Diese Wiederverstärkung kann in Knoten stattfinden, die speziell für diesen Zweck zwischen zwei Faserabschnitten vorgesehen sind, jedoch können die Knoten auch eine größere Anzahl von Faserabschnitten miteinander verbinden und so eine Vermittlungsfunktion bewerkstelligen, d.h. sie können ein eingehendes Wellenlängenmultiplex in dessen Nutzlastkanäle entsprechend unterschiedlichen Trägerwellenlängen trennen und diese an verschiedene ausgehende Faserabschnitte weiterleiten.

Die vorliegende Erfindung betrifft Verstärkerknoten beider Arten.

Es ist üblich, nicht nur die Nutzlastkanäle, d.h. die Trägerwellen, die Nutzlastdaten zwischen Endgeräten des Netzes befördern, auf einem Lichtwellenleiter zu übertragen, sondern auch einen sogenannten optischen Überwachungskanal (optical supervisory channel) OSC, welcher eine Information überträgt, die zum Steuern der Nutzlastkanäle sowie der in diesen innerhalb der Knoten des Kommunikationsnetzes übertragenen Information erforderlich ist.

Die auf dem Überwachungskanal übertragene Information ist eine rein interne Information des Netzes, welche nicht an mit dem Netz verbundene Endgeräte übertragen wird und welche deshalb andere Übertragungsformate als die Nutzlastkanäle verwenden kann und unabhängig von den Nutzlastkanälen in den Knoten des Netzes verarbeitet wird.

In den meisten herkömmlichen Netzen zur Wellenlängenmultiplexübertragung ist unmittelbar am Eingangsport des Knotens ein Demultiplexer zum Demultiplexen des eingehenden Wellenlängenmultiplex in die Nutzlastkanäle und einen Überwachungskanal vorgesehen. Die Verarbeitung der Nutzlastdatenkanäle und des Überwachungskanals innerhalb des Knotens wird vollständig separat voneinander ausgeführt, bevor sie einen Multiplexer unmittelbar vor dem Ausgangsport des Netzknotens erreichen. Der Multiplexer fügt die Nutzlastdatenkanäle und den Überwachungskanal wieder in ein Wellenlängenmultiplex zusammen.

Ein Nachteil dieses herkömmlichen Konzepts besteht darin, dass Einfügungsdämpfungen, die durch die Verwendung des Demultiplexers und des Multiplexers verursacht werden, das eingehende Wellenlängenmultiplex an der Stelle seines Übertragungsweges dämpfen, an der es am schwächsten ist, bzw. dämpfen es, noch bevor es in die Übertragungsfaser eintritt. Um die Einfügungsdämpfungen auszugleichen sowie um über eine ausreichende Signalleistung für die Weiterverarbeitung am Ausgang des Demultiplexers zu verfügen wäre es denkbar, die in den Lichtwellenleiter eingespeiste Übertragungsleistung zu erhöhen. Allerdings misslingt dies in den meisten Fällen, da die meisten Netze bereits eine derart hohe Übertragungsleistung benutzen, dass eine weitere Erhöhung einen beträchtlichen Anstieg nichtlinearer Effekte verursachen würde, welche die Signale verschlechtern. Die einzige Möglichkeit besteht deshalb in der Verringerung des Abstandes zwischen zwei Verstärkerknoten.

In der WO 02/091027 A2 wird ein Verstärkerknoten mit Add-/Drop-Fähigkeit gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen.

In der US 6,411,407 werden ein Verstärkerknoten bzw. ein optisches Netz gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. In diesen Verstärkerknoten ist zwischen dem Eingangsport und dem Demultiplexer ein Vorverstärker angeordnet, sowie ein Nachverstärker zwischen dem Multiplexer und dem Ausgangsport, die jeweils die Einfügungsdämpfungen des Demultiplexers und des Multiplexers überkompensieren. Die Trägerwellenlängen der Nutzlastdatenkanäle werden in einem Wellenlängenbereich von 1530 bis 1560 nm verteilt, was auf diesem Gebiet der Technologie üblich ist und was dem Wellenlängenbereich entspricht, in dem die Verstärkung eines erbiumdotierten Faserverstärkers von der Wellenlänge unabhängig ist. Die Überwachungskanäle sind außerhalb dieses Wellenlängenbereichs angeordnet, mit Wellenlängen, bei denen der erbiumdotierte Faserverstärker eine geringere Verstärkung oder überhaupt keine Verstärkung aufweist. Ein Überwachungskanal, der nach dem Passieren durch den Vorverstärker in dem Demultiplexer abgezweigt wird, endet im Knoten und wird an dessen Ausgangsseite erneut erzeugt, wird mit den ausgehenden Nutzlastkanälen im Multiplexer kombiniert, passiert zusammen mit diesen einen Nachverstärker und wird auf einem ausgehenden Lichtwellenleiter übertragen. Bei der Verwendung des Vorverstärkers ist es möglich, ein eingehendes Wellenlängenmultiplex in den Demultiplexer mit ausreichender Leistung einzuspeisen, so dass an dessen Ausgangsseite eine ausreichende Signalleistung für die weitere Verarbeitung zur Verfügung steht, und aufgrund der Anordnung des Nachverstärkers hinter dem Multiplexer steht die Ausgangsleistung des Nachverstärkers ohne Dämpfung für das Einspeisen in die ausgehende Faser zur Verfügung. Allerdings muss hierfür eine Verminderung der Zuverlässigkeit in Kauf genommen werden. Fällt einer der beiden Verstärker am Anfang und am Ende einer Übertragungsfaser aus, so verhindert dies nicht nur die Übertragung der Nutzlastkanäle, sondern es verringert sich auch die verfügbare Leistung des Überwachungskanals am Empfängerknoten, so dass er nicht länger in zuverlässiger Weise verarbeitet werden kann, was das Erkennen der Störung und ihrer Ursachen sowie deren Behebung sehr viel schwieriger, wenn nicht unmöglich macht.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung dieses Problems anzugeben.

Die erfindungsgemäße Lösung liegt in der vernünftigen Auswahl einer Wellenlänge für den Überwachungskanal.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verstärkerknoten für ein optisches Netz angegeben, wie in Anspruch 1 beansprucht.

Unter Berücksichtigung der Empfängerseite eines Verstärkerknotens sollte die Wellenlänge, die von dem Demultiplexer als der Überwachungskanal aus dem Wellenlängenmultiplex abgezweigt wird, derart gewählt werden, dass ihre Dämpfung zwischen dem Eingangsport und der den Überwachungskanal empfangenden Senke in den gepumpten und ungepumpten Zuständen des Verstärkers im Wesentlichen dieselbe ist.

Berücksichtigt man die Ausgangsseite eines derartigen Verstärkerknotens, so ist ein Kriterium für die Wellenlänge des Überwachungskanals, dass die Dämpfung zwischen der Quelle des Überwachungskanals und dem Ausgangsport in den gepumpten und ungepumpten Zuständen des Verstärkers im Wesentlichen dieselbe sein sollte.

Diese Wellenlänge kann sich geringfügig von der Wellenlänge unterscheiden, bei der die Dämpfung nur des Verstärkers in den gepumpten und ungepumpten Zuständen dieselbe ist, da auf dem Strahlengang zwischen dem Eingangsport und der Senke oder zwischen der Quelle und dem Ausgangsport Komponenten mit wellenlängenabhängiger Dämpfung, z.B. gekrümmte Wellenleiter, vorliegen können. Ist der Aufbau der Sender- und Empfängerseiten der Netzknoten ausreichend symmetrisch, so sind die beiden obigen Kriterien für die Wellenlänge des Überwachungskanals äquivalent.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Netz vorgesehen, wie in Anspruch 6 beansprucht.

Wird nicht nur der isolierte Verstärkerknoten berücksichtigt, sondern stattdessen ein komplettes Netz, in dem ein Senderknoten und ein Verstärkerknoten über einen Lichtwellenleiter verbunden sind, so kann diese Faser ebenfalls eine wellenlängenabhängige Dämpfung aufweisen, die die optimale Wellenlänge für den Überwachungskanal beeinflusst. In diesem Fall sollte die Wellenlänge für den Überwachungskanal so ausgewählt werden, dass eine von dem Überwachungskanal auf dem Weg von einer Quelle zu einer Senke erfahrene Gesamtdämpfung unabhängig davon ist, ob ein entlang des Weges angeordneter Verstärker gepumpt oder ungepumpt ist.

Handelt es sich bei dem Verstärker um einen erbiumdotierten Faserverstärker, so wird die Wellenlänge des Überwachungskanals vorzugsweise zwischen 1600 und 1650 nm ausgewählt, insbesondere zwischen 1610 und 1650 nm.

Um die Bandbreite, die für die Nutzlastdatenkanäle des Wellenlängenmultiplex verwendet werden kann, breiter als den Bereich zu machen, in dem die Verstärkung durch ein aktives Medium des Verstärkers selbst im Wesentlichen von der Wellenlänge unabhängig ist, kann mit dem aktiven Medium ein Verstärkungsausgleichsfilter seriell kombiniert werden. Dieses Filter muss dann bei der Wellenlänge des Überwachungskanals ebenfalls transparent sein, um diesen nicht zu unterdrücken.

Weiter Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform mit Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren hervor.

Die 1A zeigt schematisch einen Abschnitt eines optischen Netzes mit zwei Verstärkerknoten sowie einem Lichtwellenleiter, der diese Verstärkerknoten verbindet, in welchem die Erfindung anwendbar ist;

1B ist eine Variante des Abschnittes nach 1A;

2 zeigt die Dämpfung bzw. Verstärkung eines erbiumdotierten Faserverstärkers in Abhängigkeit der Wellenlänge für unterschiedliche Werte der Pumpleistungen;

3 stellt die Beziehung zwischen den Ausgangsleistungen des Verstärkers in den gepumpten und ungepumpten Zuständen in Abhängigkeit der Wellenlänge dar; und

4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Netzknotens.

Die 1A zeigt schematisch einen Abschnitt eines Netzes umfassend einen Netzknoten 1, der ausschließlich als ein Verstärker wirkt, der ein Wellenlängenmultiplexsignal verstärkt, das über einen Lichtwellenleiter 2 ankommt und auf der Faser 2 gedämpft wird, und der es an einen weiteren Lichtwellenleiter 3 ausgibt, sowie einen Netzknoten 4, der zusätzlich zu der Verstärkerfunktion auch eine Schaltfunktion ausführt und deshalb ein optisches Wellenlängenmultiplexsignal nicht nur von dem Lichtwellenleiter 3 empfängt, sondern von mindestens einer weiteren Faser 5, und dieses an die Fasern 6, 7 ausgibt.

In der Beschreibung wird nur der Fall einer unidirektionalen Übertragung von links nach rechts in der Figur berücksichtigt, jedoch versteht es sich, dass durch Duplizieren der entsprechenden Vorrichtungen der Netzknoten 1, 4 auch eine bidirektionale Übertragung möglich ist.

Die Wellenlängenmultiplexsignale, die auf den Lichtwellenleitern 2, 3, 5, 6, 7 zirkulieren, sind aus einer Vielzahl von Nutzlastdatenkanälen in einem Wellenlängenbereich von ca. 1530 bis 1560 nm und einem optischen Überwachungskanal mit einer Wellenlänge von mindestens 1600 nm gebildet.

In dem Netzknoten 1 passiert ein Wellenlängenmultiplexsignal, das den Netzknoten 1 über die Faser 2 erreicht, zunächst einen Vorverstärker 8.

Dieser Vorverstärker 8 kann als eine erbiumdotierte Faser ausgeführt sein, die von einer Pumplichtquelle 9, z.B. einem Diodenlaser, gepumpt wird, um das Wellenlängenmultiplexsignal im Wellenlängenbereich von ca. 1527 bis 1565 nm zu verstärken. Zusätzlich kann der Verstärker, wie in 1B gezeigt, ein Verstärkungsausgleichsfilter 24 umfassen, das stromabwärts der erbiumdotierten Faser 25 angeordnet ist. Ein Verstärkungsausgleichsfilter, das für ein bestimmtes aktives Lasermedium wie eine erbiumdotierte Faser kennzeichnend ist, besitzt eine Übertragungscharakteristik, welche der Wellenlängenverstärkungscharakteristik des aktiven Mediums entgegengesetzt ist, mit einem Übertragungsminimum beim Verstärkungsmaximum des aktiven Mediums sowie Absorptionsminima außerhalb des Wellenlängenbandes, in dem die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung des aktiven Mediums von sich aus gering ist. Somit besitzt die Gesamtwellenlängenverstärkungscharakteristik des gesamten Vorverstärkers 8 ein Band mit geringer Wellenlängenabhängigkeit, das breiter ist, als das des aktiven Mediums allein und das deshalb in der Lage ist, mehrere Nutzlastkanäle zu übertragen. Das Verstärkungsausgleichsfilter ist bei der Wellenlänge des Überwachungskanals transparent. Vorzugsweise weist es ein Absorptionsminimum auch bei dieser Wellenlänge auf.

Das so vorverstärkte Wellenlängenmultiplexsignal passiert einen Demultiplexer 10, in dem der optische Überwachungskanal, der den Vorverstärker 8 passiert, ohne darin verstärkt zu werden und auch ohne darin im Wesentlichen gedämpft zu werden, aus den Nutzlastkanälen abgezweigt wird, um ihn durch einen Verstärker 11 zu führen, der an seine Wellenlänge angepasst ist. Die Nutzlastkanäle werden von dem Demultiplexer 10 direkt zu einem Multiplexer 12 geführt, in dem sie wieder mit dem im Verstärker 11 verstärkten optischen Überwachungskanal zusammengeführt werden. Das Multiplexsignal, das nun wieder vollständig ist, passiert einen Nachverstärker 13. Auch dieser Verstärker kann, gemäß 1A, aus einer einfachen erbiumdotierten Faser als das aktive Medium gebildet sein, gepumpt von einer Pumplichtquelle 9, oder, gemäß 1B, mit einem Verstärkungsausgleichsfilter 24, wie oben für den Vorverstärker 8 beschrieben. Im Falle des Nachverstärkers befindet sich das Verstärkungsausgleichsfilter 24 stromaufwärts des aktiven Mediums, d.h. der Faser 25, um so die höchstmögliche Ausgangsleistung des Nachverstärkers 13 zu erlangen, ohne das aktive Medium zu sättigen.

Nach dem Passieren durch den Nachverstärker 13 wird das Wellenlängenmultiplex auf dem Lichtwellenleiter 3, der zum Netzknoten 4 führt, ausgegeben.

Am Netzknoten 4 befinden sich an jedem Eingangsport für eine Faser 3, 5 ein Vorverstärker 8 sowie stromabwärts hiervon ein Demultiplexer 14. Während der Demultiplexer 10 des Knotens 1 das Wellenlängenmultiplex lediglich in zwei Komponenten zu demultiplexieren hat – die Nutzlastkanäle und der Überwachungskanal – trennen die Demultiplexer 14 auch die einzelnen Nutzlastkanäle voneinander und führen sie individuell einer Schaltstruktur 15 zu. Die am Demultiplexer 14 abgezweigten Überwachungskanäle enden an einer Steuereinheit 16, welche zwischen Eingängen und Ausgängen der Schaltstruktur 15 geschaltete Verbindungen steuert. Ferner erzeugt die Steuereinheit 16 neue Überwachungskanäle, die in den Multiplexern 17 mit den in der Schaltstruktur 15 geschalteten Nutzlastkanälen kombiniert werden, um so neue Wellenlängenmultiplexsignale zu bilden. Diese passieren die Nachverstärker 13 und werden auf den Fasern 6, 7 ausgegeben.

Die 2 zeigt die Verstärkung eines typischen erbiumdotierten Faserverstärkers ohne Verstärkungsausgleichsfilter in Abhängigkeit der mit Pumpleistungen von 0 mW, 40 mW, 80 mW und 200 mW zu verstärkenden Wellenlänge. Die Verstärkungskurven für positive Pumpleistungen zeigen ein Plateau zwischen 1530 und 1560 nm, was dem für die Übertragung der Nutzlastkanäle verwendeten Band entspricht. Oberhalb und unterhalb dieses Bandes liegen Wellenlängenbereiche vor, in denen die Verstärkung geringer, jedoch im Wesentlichen noch positiv ist. In diesen Wellenlängenbereichen weist die Verstärkerfaser auch eine nicht zu vernachlässigende Absorption auf, wenn die Pumpleistung 0 beträgt, d.h. wenn die Pumplichtquelle 9 des Verstärkers ausfällt.

Die 3 zeigt den Unterschied zwischen den Verstärkungsstufen des Verstärkers bei voller Pumpleistung sowie einer 0-Pumpleistung in Abhängigkeit der Wellenlänge. Bei einer Wellenlänge beispielsweise von 1580 nm, die sich weit außerhalb des für die Nutzlastkanäle verwendeten Frequenzbereiches befindet, beträgt dieser Unterschied noch immer 7,3 dB. Bei 1615 nm ist er bereits unterhalb 3 dB und bei 1620 nm beträgt er ca. 2 dB. Erst ab ca. 1630 nm gibt es praktisch keinen Unterschied. Auf den ersten Blick könnte man denken, dass man eine Wellenlänge von mindestens 1630 nm für den Überwachungskanal wählen müsste, um den Leistungspegel des Überwachungskanals unabhängig vom Betrieb der Verstärker 8 oder 13 zu machen. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass die Übertragung der angewendeten optischen Materialien wellenlängenabhängig ist und dass Krümmungen der Wellenleiter, in denen sich das Multiplexsignal ausbreitet, eine höhere Dämpfung erzeugen, je länger die Wellenlänge ist. Deshalb ist die intrinsische Dämpfung, die von dem Überwachungskanal innerhalb eines Netzknotens auf seinem Weg vom Eingangsport desselben zu einer Senke erfahren wird, welche der Eingang des Verstärkers 11 oder der Steuereinheit 16 sein kann, oder von einer Quelle, d.h. dem Ausgang des Verstärkers 11 oder der Steuereinheit 16, zum Ausgang des Netzknotens, oder zwischen Quelle und Senke von Netzknoten, die durch einen Lichtwellenleiter verbunden sind, z.B. die Faser 3, je stärker, je länger die Wellenlänge ist. Um diesen Einfluss zu berücksichtigen sowie um die Leistung des optischen Überwachungskanals an der Senke oder an einem Ausgangsport eines Netzknotens 1 oder 4 wirklich unabhängig vom Betriebszustand der Verstärker 8 bzw. 13 zu machen, muss für die momentan verfügbaren optischen Komponenten die Wellenlänge des Überwachungskanals in einem Bereich gewählt werden, in dem die Abhängigkeit der Verstärkung in den Verstärkern vom Pumpzustand gering, jedoch noch nicht exakt 0 ist. Eine derartige Wellenlänge hängt offensichtlich von der Konzeption der Netzknoten und den darin verwendeten Materialien ab sowie letztendlich von dem Material des Lichtwellenleiters. Hierbei haben sich Wellenlängen von 1600 nm, insbesondere im Bereich von 1610 bis 1650 nm und insbesondere 1620 bis 1630 nm als geeignet erwiesen. Bei Verwendung eines Verstärkungsausgleichsfilter, möglicherweise in Kombination mit anderen aktiven Medien, können sich andere Wellenlängengrenzen als passend erweisen.

Die 4 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer alternativen Konzeption eines Netzknotens 1 zeigt, der ausschließlich als Verstärker wirkt. Der Demultiplexer 10 und der Multiplexer 12 nach 1 sind hier zu einer kontinuierlichen wellenlängenselektiv reflektierenden Struktur 18 mit vier Gattern zusammengeführt, die das eingehende Wellenlängenmultiplexsignal an einem ersten Gatter 19 vom Vorverstärker 8 empfängt, seinen optischen Überwachungskanal an einem zweiten Gatter 20 an den Verstärker 11 ausgibt, den verstärkten Überwachungskanal am dritten Gatter 21 empfängt und diesen, mit den Nutzlastkanälen erneut kombiniert, an einem vierten Gatter 22 über einen Dispersionskompensator 23 an den Nachverstärker 13 ausgibt. Eine derartige Vier-Gatter-Struktur 18 kann auf einfache Weise, z.B. durch ein optisches integriertes Bragg-Fasergitter gebildet sein, dessen Gitterkonstante so ausgewählt ist, dass sie den Überwachungskanal reflektiert und die Nutzlastkanäle überträgt.