CN1263661A - 光纤通信波长多路复用网络的信号化控制信息(附加信息)的传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以数字化形式传送光纤信息传输的通信波长多路复用网络(1)所用的附加信息的方法。按照本发明,所述的附加信息是通过相同的光信道传输而作为有用信息的,特别是具有相同波长的信息。然而,附加信息是独立于有用信息而编、译码的,从而它可以独立于所述的用信息而被访问。采用时分多路复用方法使得可以对有用信息和附加信息进行不同的编码,可以大大减小与附加信息的传输相关的无源光网络的技术复杂性。所以,本发明提供了一种在光学WDM网中简单、经济和透明传输附加信息的方法。

Description

光纤通信波长多路复用网络的信号化 控制信息(附加信息)的传输方法

根据权利1的主概念概念，本发明涉及光纤通信波长多路复用(WDM)网络所用的附加信息的数字式传输方法。

传输技术已知有多种方式，例如传送数据、话音、文本或图象的几个独立信号可通过一共用的媒质传输。这是可以做到的，因为基于有用信息的信号可根据其时间机频率的位置或其编码给以区分开来。这时经常需要给有用信息也加上所谓的信号化控制信息(附加信息)一起传送。此附加信息可用来控制参与的网络元件，以便鉴别被传输的信号或确定传输质量。对惯用的数字传输方法而言，例如PDH和SDH时分多址方法，可通过使用相应预约的时隙，很容易将附加信息加到有用信息中而被传送出去。用电子数字技术，可以低成本实现该方法。

在光传输技术中，众所皆知经过一共用的媒体—光纤来传输多个信号，其方法是在光调制之前用传统的传输技术手段将多个信号多路复用。该方法的缺点是，不能用光的方法接续到各个信号或所包含的附加信息上。只有在恢复成电气信号之后才可读出附加信息，然后将各个分信号互相独立地传送下去。

本文在首批参考线路中试用一种光频或波长多路复用方法是比较普通的。因此采用不同载波频率的激光束调制有用信息。这样可以用简单的无源光滤波器来选择与其频率相应的经光纤传输的信号。借助此种称为波长多路复用(WDM)网络可以按照编码透明地传输各个信号。因此，许多在不同终端设备(TE)或终端机中编码不同的信号能同时经过一条传输线路传输出去，只要所采用的波长各不相同。

对于WDM网络，传输信号化控制信息的附加信道尚未得到满意解决。对光传输WDM信号而言，根据目前的技术水平不可能用例如PCM或SDH技术来传送与有用信息一起的附加信息。失败的原因是，与电子传输系统规定的帧结构不同，对于有用信号WDM网络可采用任意编码方式。但也有另外一种观点，认为缺少光信号处理的有效数字元件。因此目前考虑，通过WDM网络接通带有固定载频的固定附加信道。而采用此方法的问题是，传输附加信息与有用信息是分开的。因此同样难识别出频率选择干扰，例如有用信号的错误传送。此外无源光耦合元件会出现两个附加信号可能重叠的问题。解决此问题的技术费用与此种元件的低廉成本也不成比例。

本发明涉及用光纤传输数字化信息的网络。称为光波长多路复用(WDM)网络的特点是，有用信息以信号的形式采用不同的光波长互相独立地经过一条光纤传输。网络元件中有用信息的分别传送可用纯光学方法进行，系以不同的信号波长为基础。

为了技术上实现这种传输网络，除了通过媒质传输有用信息外，还需要传输称为“附加”的信号化控制信息。对于WDM光网络，已知有几个解决原则，下面作一简短说明：

从Chawki，M.J.，Tholey，V Le Gac I：使用SDH附加字节重组WDM环形网络的管理规约；由OFC 96技术文摘FD3可知，对于有用信息的编码，必须备有信号化控制信息所用的附加传输容量。WDM光网络可存取到备用的带宽上，其方式是将有用信号解码，然后加入信号化控制信息或读出。但这种方法要求技术费用较高。每当要存取附加信息时，则必须在完整的有用信号光和电编码之间转换。如果具有不同编码型式的各种终端机(TE)利用WDM光网络时，连接到附加信息的许多不同技术相应的可同时实现。

1996年6月，在日内瓦的ITU-T G.MCS草案建议中提出，通过同样或另一媒体来传输特有控制信道中的信号化控制信息。“光波技术杂志”1996年6月14期1341～1349页由S.Johaansson撰写的“包含再组成WDM层的传送网络”一文中提出，借助一未被利用的光纤频段中的所谓导音来传输信号化控制信息。但借助这两种方法均不能获得所希望的几个功能。因而不能推论出附加信息的传输质量到有用信道的传输质量情况。此外无法识别出由于分立地传送控制信号化信息所造成的例如信道互换等一切组态差错。

本发明的任务基于，提供一种传送信号化控制信息的方法，该方法由于无需在光网络上进行结构变化就能既省费用又能透明地传输信号化控制信息，这样对其信息可用任意编码方法进行编码，并且可以由相关的网络接续点和网络组件分别作出评价以及推断出有用信道的传输质量。这样就会使有关传送信号化控制信息的无源光网络元件的技术费用能够降低。

本发明所要解决的是，在进行光纤数字化通信时为波长多路复用网络(WDM网络)传输信号化控制信息的一种方法。该方法为有用信息用一终端机进行光编码或解码，并作为网络接续点(Network Terminator)上固定基波长的光信号馈入光网络或取出，使不同波长的n个信号一起在一条光纤中传输，这时在网络接续点或另外一网络元件中产生和分析信号化控制信息，并馈入网络或取出，解决办法为采用时分多址方法，经过与相应有用信息信号相同的网络元件来传输具有相同基波长的信号化控制信息，这时可调制信号化控制信息，与有用信息不发生关系。

本发明也有这样的特征，即在与有用信号相同的光WDM信道中传输信号化控制信息。为此，不同于在一特殊信道中传输附加信息，例如用另一波长可识别出光网络的组态差错，因为控制信号占用经过与有用信号相同网络成分的相同光路。此外这种多址接续方法的主要组成部分为可以采用有用信号和附加信息不同的调制/编码方法。

在固定的时间点上经过媒体传输附加信息，以替代有用信号。附加信道可通过一具有特性的信号串在有用信号的信号电流中按时间识别出来。通过附加信道周期性重复可以在发生同步之后阻止有用信号错判为具有特性的信号串。为此，WDM网各种终端机的有用信号而言，本专利方法对光信道关于透明度的要求是适合的。

本发明的主要优点是，WDM光网络中的附加信息传输不必在频率技术上与有用信号分开。对于不必接续到附加信息上的有源或无源组件，传送附加信息绝对不需要增加技术费用。由此，其媒质相同的技术传输特征如同适用于有用信号那样也适用于信号化控制信息的信道，因而在附加信息中产生误码率时能直接推断到有用信号的信道传输质量。尽管如此，用这种方法对于有用信号的编码方式没有明显的限制，编码方法是通过WDM网络的终端机(TE)进行的。

由于可能用另外一种技术方法对信号化控制信息作为有用信息编码，其存取信号化控制信息可用简单的技术方案进行。因此对控制信号进行编码和解码时不需要像有用信号那样因功能上的要求而需要如此高的技术成本。

信号化控制信息最好以一定的时间间隔T，时长为Ts时传输。如果T为有用信息的特性脉冲时间的信数，则为最有利。这表明，为了使附加信道的时分多路复用方法同步，要利用有用信号的发射脉冲，其办法是在WDM网络中为与附加信道同步采用来自有用信号的脉冲信息。这样，时分多路复用方法与有用信号的任意发射脉冲发生了动态匹配。在此，与有用信号同步可在学习阶段进行，在此阶段中以很短的时间间隔传输特性信号。发生同步之后，以一次间隔或多次间隔逐渐地提高特性曲线信号的时间间隔。

为了在传输附加信息时因短时利用而造成影响有用信道尽可能可能减小，对附加信息各个时隙之间的时间间隔尽可能要选择得大。为了维持发射机和接收机之间的同步，必须在附加信道传输间歇时使脉冲偏差尽可能小。如果利用有用信号的脉冲信息与附加信息的发射机和接收机中设计的振荡器同步，则技术实施明显简化。这是可以做到的，因为以目前所采用的光载波调制来看，有用信号的发射脉冲位于明确规定的频段之内，因此，可能会通过最少的技术电路费用，而使附加信号与有用信号的定时达到相匹配。

此外，本发明方法还有两种可选方案，诸如用于传输附加信息，尽管有用信号随时间会消退，但是，可避免有用数据传输中的干扰。

附加信息在相应的时间点上替代有用信号被传输，其时有用信号可重新修改或被消退。有用信号编码的发射终端设备是不知道未传送出去本身信号的时间点。这种情况会带来影响，从接收终端设备来看如同干扰信号产生重叠。通过采用对可见干扰最佳化的容差线路电码，可使接收终端设备尽管由附加信道引起这种干扰，而仍能恢复原来的有用信号。

通过采用例如经过长的光缆海底电缆传送数据时使用的纠差方法，也能纠正因附加信道时隙而引起的差错。为了能保证这种方法的有效性，必须对附加信息进行时分，从而使其不超过规定的有用信道的平均干扰率。另外，也可采用一种纠错算法，这种算法对因附加信号引起的阻塞干扰类型最有效。

另一种方案是，根据发射信号的时隙技术规范预留附加信道的带宽。附加信息代替有用信号被传输。在动态方法中，经过可以传送附加信息的时间点时发射终端机和后接的网络接续时间点保持一致性。这时可发生的，因终端机突出必要的时隙，并将其时间位置发信号给网络接续点。另一种可能性是，网络接续点发信号给终端机，何时插入附加信号，以便当光通道被利用来传输附加信息时，需发射的数据能及时地被短暂存储起来。

本发明方法由于有用信息在发射附加信息限定的传输间歇时及时地存储在发射机之间，因而就避免了干扰有用信号。为此使用滑阀式记录式，这同在通讯交换技术中的数字耦合场时为使输入信号同步所采用的那种滑阀式记录器一样。

如果通过终端机替代网络接续点传输附加信息时，还有另一种技术上简化的方法。这时，附加信息不是从网络接续点插入到终端机的有用信号中，而是终端机自身接受这个任务。为了进行光调制，附加信息是由发射机方面的网络接续点传输给发射终端机。接收终端机从有用信号中选出附加信息，并将它传输给前接的网络接续点。

原来在终端机中有一只激光器还需另加一只激光器用作网络接续点中调制和传输附加信息之用，而本发明的优点则可给以免去。相应的是，附加信息的解码不需要通过对面网络接续点上的附加解码器，而可通过置于后面的终端机来进行。此外，存在这种可能性，如果在光WDM网络中不必直接存取到附加信息上的话，则可由终端机来选择附加信息的编码。

下面为插图的简单说明：

图1光WDM网络的主要功能元件。

图2根据本发明的信号传输时的时间运行原理图。

图3 WDM网络中被发射和接收的有用信号以及编码的时间运行图例。

图4编码前有用信号以及在经WDM网络传输时有用和附加信号的另一时间运行图例。

图1说明光波长多路复用(WDM)网络1的主要功能元件。终端机2经过光纤9用一固定波长发射和接收有用信息，在此，以下仅描述信息的方向，在该信息流向中终端机2起到发射机作用。在终端机2中，例如可作为电气信号存在的有用信号被光编码。在网络接续点3进行监督，并视情况将光信号与WDM网络的要求相匹配。光多路复用器4按照不同波长，可以经过一根光纤传送多个信号。光交叉连接处(OXC)5能够根据光波长度在空间上灵活地传送信号。接在OXC后面的光多路复用器6将不同波长的编码信号分配到各条出去的光纤上。接收边的网络接续点7起到对发射端网络接续点3的模拟功能，并将信号传送到接收端的终端机8。终端机将光信号解码，再度换成光信号，这样就可被继续利用。

在采用本发明方法时，网络接续点3经同一光路发射信号化控制信息(附加信息)，也就是说具有相同的波长，同于前接的终端机2用来控制和监视的、由终端机2发出的有用信号传输那样。这时被发射的附加信息要么在外部作为电气信号馈送给网络接续点3，要么直接根据设备的内部情况局部地产生。为了将附加信息编码成光信号，网络接续点3如同终端机2，备有一激光器。所采用的调制方法不受任何限制，尤其是与终端机2中有用信号的编码方法没有关系。因此可选择比有用信号传输时技术费用小的编码方法。在经与有用信息同一光路传送附加信息时，采用时分多路复用方法：发射终端机2可让有用信号中的时隙空出来，向网络接续点3发出其所在位置的信号，这样它就可将附加信息插入到时隙中。另外，网络接续点3可以用附加信息来修改有用信息。

在接收端，将网络接续点7上的附加信息解码和分析。这时网络接续点7在有用信号的数据流中识别出附加信息典型的信号序，从而使发射端和接收端的网络接续点3和7达到同步。在发生了同步之后，接收端的网络接续点7按一定时间间隔分析出由附加信息和有用信息组成的光信号。这样它能识别出附加信息，并能继续加工，例如在回复到电气信号之后，转换控制信号和检查传输质量。由附加信息和有用信息组成的所有光信号被网络接续点7传送到接收端终端机，现在这种光信号就转换成有用信息并得到应用。在有用信号中因传输附加信息所产生的干扰最好通过适当的纠差算法来消除或通过采用与干扰方式相匹配的线路码来调制有用信息而使之减小。

图2说明本发明方法的信号传输的时间运行原理图。有用信号的传输在时延为T_OB+2δ时以一定的时间间隔T被中断，在时延为T_OB时传送信号化控制信息。变量δ这时表示有用信号消除与附加信息传输之间的时间间隔。为了提高此方法的有效性，δ和T_OB的值必须尽可能选得小，T值尽可能选得大，这样有用信号的干扰就减小。

有用信号和附加信号的编码相互之间无依赖关系。对附加信息编码的网络接续点因而不需要认识前接终端机的调制方法，并且可以采用任意的，尽可能技术费用低的方法对附加信号进行光编码。只是通信用的网络接续点或终端机必须分别采用相同的编码方法。

图3说明被发射和被接收的有用信号(上或下部分时间线束)和WDM网络(平均分时间线束)中编码的时间运行图例。用“A”至“F”表示的有用信息经过媒质，如图1中表示的光网络那样，传输时间上有剩余信息。图上面的分时间线束说明在馈入网络接续点上的光网络之前由终端机发射的有用信号。本发明方法规定，替代有规律时间间隔的有用信息，在某种时间间隔时传输与有用信号相同波长的附加信息，这时将网络接续点上的附加信息插入到信号流中去。存在于任意编码的有用信息就此消隐，并且与编码无关的附加信息被插入。有用信息和附加信息共同经过WDM网络的同一光信道传输。下面的分时线束说明接收端终端机上现有的有用信号。由于插入了附加信息，接收到的有用信息虽然不完全，但算有“？”的传输间隙不会大到使恢复原来的信息成为不可能。

在该图示出现的问题是，以固定的脉冲重复频率在时延To的信息组(这里通过“A，B，C…”表示)中来发送有用的信息，在传输附加信息时，总是会干扰整个的信号组，从而使终端机不能接收到。因而，如果传输附加信息在时间上调谐到与传输有用信息相一致，尤其是每在发射一个完整有用信息组之后才开始，则就有意义了。为了恢复有用信息，对待这种信息组的干扰拟采用最佳的纠差算法。

图4说明在经WDM网传输时编码前有用信号以及有用和附加信号的另一时间运行图例。编码前的有用信号，例如在发射接收机的输入端，表示在上面的分时线束中。它以每个单位时间的恒定位率输送给发射终端机。如果有用信息不会失落的话，则用此时间平均位速率必须也到达接收端终端机。因而本发明方法的一种型式规定，必须也能到当传输附加信息经短暂中间寄存时，用恒定位速率经时间必须发射出去的有用信号这之间必须存储起来，例如存在位移储存器中，以便以后在介于之间的时间内以相应大的位速率传送出去。为此发射终端机和相应的网络接续点在附加信号替代有用信号应传输出去的时间点上统一起来。在传输时间中，发射终端机存储有用信号，并且在结束附加信息之后再重新开始传输有用信息时，要引入一个相对于进入到发射机的信息流较高的位率。

工商业上的可应用性和有效性：

本发明最好应用在通信范围。本方法在采用已知网络组件之下可以在与有用信息的同一光路上透明地传输信号化控制信息，这样尤其在控制传输质量上就得到简化。

Claims (13)

1.以数字化方式进行光纤信息通信传输的波长多路复用(WDM)网络(1)的信号化和控制信息的传输方法，在此，有用信息用一终端机(2或8)进行光编码或解码，作为网络接续点(3或7)上固定基波长的光信号馈入到光网络或由此取出，不同波长的多个信号共同在一条光纤中传输，这时信号化和控制信息在网络接续点(3或7)或在另一网络元件(4，5，6)中产生或分析并馈入网络(1)，其特征在于，采用时分多址方法，其相同波长的信号化和控制信息通过与相应网络信息信号的相同网络元件传输出去，而信号化控制信息的调制可与有用信息不发生关系。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，信号化控制信息包含一特有的信号序，通过此信号序它可在有用信号的信号流中识别出来，这样信号化控制信息的相应发射机和接收机就得到同步。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，信号化控制信息以规则的时间间隔T在时延为T_OB时被传输。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，T是有用信号的特性脉冲时延的倍数。

5.如权利要求3或4的方法，其特征在于，信号化控制信息发射机和接收机之间的同步是通过一短时间间隔被发射的特性信号进行，这时发生同步之后的特性信号逐步增加到终端值T的时间间隔才传输出去。

6.如权利要求3至5中的任何一个所述的方法，其特征在于，当传输信号化控制信息时，在时延T_OB+2δ时中断有用信息传输，这时时间间隔δ处于有用信号消隐和信号化控制信息传输之间。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当由于传输信号化控制信息所形成传输间歇T_OB+2δ时，有用信息储存在发射终端机之间，例如采用移动或存储器，在这之间存在的间隔T-T_OB+2δ是以如此高的位速传输，即平均速率与不间隔传输有用信号相适应。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，发射终端机将宽为T_OB+2δ的时隙预留在有用信号中，并将其在网络接续点上的时间位置发信号给发射信号化控制信息的网络元件。

9.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，网络接续点发信号给发射终端机，何时发射信号化控制信息时应将宽为T_OB+2δ的时隙预留在有用信息中以及何时应将有用信号在之间存储起来。

10.如权利要求3至5中的任何一个所述的方法，其特征在于，信号化控制信息在传输间隔T_OB时修改有用信息。

11.如前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，因传输信号化控制信息造成对有用信号的干扰，用纠错算法来纠正，这是对此种信息组干扰最佳的方法。

12.如前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，在传输有用信息时采用一种线路码，此码在对抗因传输“信号化控制信息”而造成的干扰，特别是面对信息组的干扰中可达到容许误差的。

13.如前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，网络接续点将信号化控制信息传送给发射终端机，将它光编码，并经编码的有用信息的网络传输给接收终端机，接收终端机将信号解码，再从有用信号中滤出“信号化控制信息”，然后将它传送到前面连接的接收端网络接续点。

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