[发明专利]通信系统

说明书

本发明涉及光通信系统领域，且尤其涉及这种系统的升级方法。

光通信系统是通信网络的主要的且快速发展的组成部分。本文所用的术语“光通信系统”涉及任何在光学媒质上用光信号传输信息的系统。这种光学系统包括电信系统、局域网、城域网、广域网(LANs、MANs和WANs)但不限于此。在Gowar Ed.的“Optical Communcations Systems”(Prentice Hall,N.Y.)中描述了这些光学系统。目前，大部分光通讯系统都配置为具有单一的光信道。为了在该光信道上传输信号，采用了适当调制的激光，该激光发射出其光谱中心波长未精确限定的光(所谓“灰”光)。因此，该信道处于一个较宽的光谱带。光导被设定为在该较宽光谱带上具有足够低的衰减，以确保接收机处有可接受的信噪比。此处，“光导”用以指任何适当的光通信媒质，包括光纤和光波导。

在可以由环、互连环或网络等组成的通信系统的节点处，需要访问这些光导中所载的信息，以使各种信息可以传输到正确的目的地。为此，每个节点应包含开关电路。比较经济的这类节点开关电路是上线-下线多路复用器(ADM)。ADM可以低成本地接入到沿着通信链路，如光导，按时分复用传输方式传输的数据流的全部或部分中去。通过ADM的通信量，就是通过了连接着载荷线路的“线路端口”。沿着电信载荷线路传输的数据或信息由ADM中的开关电路有选择地时分复用，且选择的信息和信息部分经由所谓的分支端口传输到其目的地。同样地，加入到电信载荷线路中的数据或信息通过该分支端口提供给ADM，并由ADM开关电路时分复用进入信息流。这种开关和复用功能是在电子方式下实现的。为了实现与光通信链路的对接，节点包含光电转换器(即光检测器)和电光转换器(即激光信号发生器)。

电信操作码承载的数据通信量的迅速不断增加，导致了改进现有网络数据载荷能力需求的增加。通过提高链路分支的TDM数据速率，可以简单地对传统的TDM电信系统升级。这可能要求对电子设备进行更新，但可以保持和沿用已安装好的光纤链路，从而节约另外安装光纤的开支(可能很可观)。由于接收机的光学灵敏度所限，为了保护如维修工人等而限制可用发射功率的安全性的限制，以及在接收机的数字信号中引起“闭眼”的色散以及取决于TDM信号发送速率的其他传输损失，使得现行技术在提高TDM数据速率的作用方面受到严重制约。光通信链路通常包括光纤。双光纤线路系统(其中一条光纤用于载荷一个方向的通信量)的传输能力可以通过在每条光纤中引入“单光纤工作”而得到提高。通常，通信量仅仅沿一个方向在光纤中传输。通过在一条光纤的两端引入定向光耦合器，如熔融扭绞光纤对耦合器，可以在一条光纤的两个方向上传输信号。于是，原先通过两条光纤的通信量，可以压缩在一条光纤中，而且第二条光纤可以用作另一条独立的线路。发射组件处和光纤内部本身的后向散射，以及来自两个发射机激光器(每端一个)的信号之间的差拍，将损害该系统，而通过选择不同波长的激光器。可以改进该系统。如果选择发射的信号波长使得接收机可以设计成对“其他”波长不敏感的形式，则还可以提高性能。后一种方法从采用波长选择开始来提高光纤系统传输能力，从而导向波分复用，这在下面将加以讨论。

单光纤线路系统的容量可以通过波分复用而提高。在波分复用系统(WDM)中有多个光信号，每个信号具有一个中心波长限制在一狭窄谱带内的光谱，光纤的容许通过频带被分为多个这种窄小的光谱带。通过将单信号信道系统升级或双通道WDM系统，也即用两个窄带信道代替单个“灰”信道，从而可以提高其容量。虽然，TDM的升级潜力受到了严格的限制，但是多信道WDM的使用，如通过设置8，16，32和更多信道的WDM系统，具有更大的提高数据速率的潜力。

但是，用支持许多不同信道的WDM系统代替单信道光子学系统，需要在每个节点用新的WDM设备大量地替换原设备。这较昂贵，且可能远远超过所需传输能力，考虑到在特定升级场合将传输能力翻倍就足够了。所以，需要有一种逐渐升级光通信系统中通信处理容量的方法。