CN100420174C - 光学放大装置的管理方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于光学放大装置的自动增益控制方法，所述光学放大装置包括一个可变光学衰减器和一个连接在所述光学衰减器下游的光学放大器，该方法包括下列步骤：测量在放大装置输入端的功率；根据测量的功率，知道装置上游的间隔衰减，确定放大装置输入端的频道数量，并根据如此确定的频道数量，修改放大器的增益。

Description

光学放大装置的管理方法
技术领域
本发明涉及光学放大装置，特别涉及要用于波分多路复用光纤传输系统的均匀增益光学放大装置。这类放大装置用于规则间隔以补偿线路衰减。这类放大装置在整个通信线路上最好是一样的，并且相对于一个给定的输入功率，在传输系统使用的整个波长范围内，具有一个尽可能恒定的增益。
背景技术
放大装置的增益随待放大信号的波长而变化。在一个具有多个放大器的网络中，不同频率间的增益差相累加。这样，一些频道性能恶化。对于性能恶化的频道，为了提供高质量的工作，第一个方案在于缩短相继放大器间的距离。因而，加大了放大器的使用数量，结果，提高了网络的成本。
对于在1530到1560纳米的频谱获得均匀增益的技术已为人们所熟知。采用增益补偿滤波器、改变纤维掺杂分布或使用特殊材料的纤维包层，对于1530-1560纳米的频谱，可使增益的均匀度达到大约1分贝以内。然而，采用这些不同的技术只有在额定输入功率时才能达到这个增益值。当输入功率偏离额定值时，增益的均匀度迅速下降。放大装置输入功率变化的因素包括：造成放大器间衰减的纤维老化或修补、放大装置上游网络结构改变、放大装置输入频道数量改变或增加/放弃光学复用器(add and dropmulitiplexer)上游纤维断裂。
在US-B-6257329中所描述的光学放大装置包括一个光学放大器、一个配置在光学放大器输入端的可变光学衰减器(VOA)及一个控制可变光学衰减器和光学放大器的控制器(CONT)。控制器连接在一个高速信息网(IN)上，因此，网络的每个节点都能存储网络拓扑结构。高速信息网向控制器发送有关网络工作参数的数据，如放大器间衰减，也称为“间隔衰减”，以下简称“间隔”。控制器特别监视放大器的输入功率(PIN)和输出功率(POUT)。
放大器间衰减变化或光学放大器上游网络拓扑结构改变(频道数量不变)由信息网(IN)向控制器说明。则控制器知道输入功率的变化幅度。控制器对可变光学衰减器进行调整旨在将光学放大器输入端的功率维持在其额定值上。这样，光学放大器提供近于恒定的输出功率、噪声指数和增益均匀度。高速信息网向控制器报告光学放大器输入端频道的分配或数量的改变时。控制器则对光学放大器做出反应以保持其增益恒定。
上述光学放大装置及其工作方法具有缺陷，即控制过程慢。它依赖高速信息网传送给控制器的信息。当频道数量突然改变时，例如：由于光纤意外断裂或增加/放弃光学复用器失效(因而实质上是不可预测的)，控制器对光学放大器的调整只能在收到高速信息网发出的信息之后进行。那末，在大于好几百个微秒的时间里，光学放大器用与其额定功率相差甚远的输入功率工作。频道数量已改变的所有光学放大器在这段时间里的累加一个增益误差。这造成服务质量过渡性下降。控制器对可变光学衰减器进行调整前，要等待来自高速信息网的确认信息以确定变化是由频道数改变造成的。
再则，光学衰减器输入端频道数量减少造成放大装置输入端功率下降。例如，在这类光学放大装置输入端的频道数由32变为1时，输入功率下降15分贝。在功率如此下降时，维持光学放大器的增益均匀性损害光学放大器的噪声指数(NF)、光学信噪比(OSNP)以及增益均匀性。
此外，一旦可变光学衰减器实施了调整，可变光学衰减器便在光学放大器的输入端维持一个恒定的功率。这使放大器输出端的信/噪比降级，并且特别是在可变光学衰减器必须在光学放大器的输入端前降低功率时，情况更是如此，因为信/噪比S/B(用分贝表示)满足如下规律：S/B＝PIN-Nf+C(PIN为用DBm表示的放大器输入端的功率、Nf为外噪声指数、C为常数)。这样，就意味着不得不增加相关成本用以缩短相继放大装置间的距离。
因此，需要一个能够克服上述一个或多个缺陷的放大装置的工作方法。
发明概述
本发明涉及用于波分多路复用光纤传输系统的光学放大装置的管理方法，配置这种第一级光学放大装置为了接收由多个频道形成的多路信号，它包括：
-一个可变光学衰减器；
-一个连接在光学衰减器下游的第一级光学放大器；
所述方法，其特征是它包括如下阶段：
-测量在第一级光学放大装置输入端接收的信号的功率；
-根据上述测量功率，依照为考虑上述测量功率仅由第一级光学放大装置输入端频道数量变化引起的变化而相匹配的放大曲线，不断地控制第一级放大器的增益；
-确定在第一级光学放大装置和连接在第一级光学放大装置上游的第二级光学放大装置之间的光衰减AttSpan；
-在控制衰减器的衰减值AttVOA的同时，维持如下关系式：AttSpan+AttVOA＝k，AttSpan为所述各级放大装置之间的衰减；AttVOA为第一级光学放大装置的光学衰减器的衰减；k为预定常数。
一般来说，在传输网和传输系统中，旨在被各级放大装置放大的频道数是一个已知信息。所以，在第一级光学放大装置输入端的频道数可通过控制器从信息网得知。在这种情况下，已知每个频道的光功率也是一个可确定的恒定数据，根据第一级光学放大装置接收的信号的功率值和这已知频道数将很容易算出光衰减值AttSpan。
附图说明
现在参照附图详细描述本发明，附图中：
-图1为运用本发明的光学放大装置的结构示意图；
-图2为图1装置的放大器的放大曲线图；
-图3为运用本发明的另一个光学放大装置的结构示意图；
-图4为图3装置的输入放大器的放大曲线图；
-图5为图3装置的输出放大器的放大曲线图。
具体实施方式
本发明建议在一个装备有可变衰减器和光学放大器的光学放大装置的输入端实施功率测量。输入端的频道数依据测量的功率值确定。放大器的增益值根据频道数改变。这样，当光学放大装置上游的频道数突然变化时，该装置迅速适应输入功率的变化以避免过渡传输问题。此后，相对于在光学网络的传输方向定义上游和下游。
图1所示为可运用本发明的光学放大装置的第一实施例的结构。该装置包括一个可变光学衰减器4，其输入端与通信网的光纤8相连。光学放大器3的输入端连接在可变光学衰减器4的输出端的下游。光学放大器3的输出端连接到通信网的光纤9上。
光学放大装置1还包括一个可控制可变光学衰减器4和光学放大器3的增益的控制器5。所以，控制器5连接在可变光学衰减器4和光学放大器3上。控制器5还测量可变光学衰减器4输入端的光功率Pin1以及光学放大器3输入端和输出端的光功率Pin2和Pout2。控制器5最好还通过一通信网6连接在一控制单元7上。
控制器根据网6接收的或本地测量的AttSpan值调整可变光学衰减器4的衰减值AttVOA(用分贝表示)，以便满足关系式AttSpan+AttVOA＝k。
控制器不间断地测量光学放大装置1输入端的功率，即，图1例子中的功率Pin1。根据如下适用于波长准均匀频谱情况的已知关系式：10*In(Nch)＝Pin1+AttSpan+常数，光学放大装置1输入端接收的频道数Nch为测量的输入功率Pin1(用DBm表示)和间隔衰减AttSpan(用分贝表示并假设要知到)的函数。那末，控制器5依据构成频道数的测量值的Pin1(基于极其可能的假设，即控制器已知的衰减值AttSpan一直准确)改变光学放大器3的增益值。
这样，光学放大装置可迅速适应光学放大器3的增益，不必等待光通信线路的频道数已改变的确认信息。这样，避免了在光学放大装置1输入端频道数改变时的过渡传输问题。造成输入端频道数改变的最常见的情况是光学放大装置1上游的增加/放弃光学复用器上游的纤维断裂。所以，频道数可能突然减少，这造成光学放大装置1上输入功率Pin1下降。则调整放大器3以补偿输入功率Pin1的下降和保持诸频道中的每个频道的功率与纤维断裂前每个频道的功率相比较不变。下游的所有放大器通过菊花链效应进行上述同样的增益调整工作。除了反应迅速外，该装置无须高速信息网，这可以降低通信网的成本和总体复杂性。
如果控制器已知的衰减值AttSpan不准确，无论如何，网6随后会发送一个新的AttSpan值。可变光学衰减器4的衰减值AttVOA将不断地被调整以满足关系式AttSpan+AttVOA＝k。这将引起输入功率Pin1变化和增益的即刻调整，将重建理想的工作状态(基于极其可能的假设，即频道数量的改变不同时发生)。
图2所示为光学放大器3的放大曲线，表示输出功率Pout2(用DBm表示)随输入功率Pin2(用DBm表示)变化。光学放大器3的增益G为通过下列关系式定义的线性值：
G＝Pout2/Pin2
如图2所示，增益最好具有一个当输入功率在第一输入功率范围内加大时下降的第一增益和一个在第二输入功率范围内基本上恒定的第二增益。第一范围内的输入功率小于第二范围内的输入功率，第一范围内的增益大于第二范围内的增益。在曲线图上，第一范围对应于部分10，而第二范围对应于部分11。
这样，当第二范围内的输入功率变化时，增益在没有间隔衰减改变的确定信息的情况下保持基本上恒定。从而光学放大器3输出端每个频道的功率保持基本上恒定。
当输入功率从第二范围减小到第一范围时，增益增加。这样，输出功率应为一个在输入功率下降时足以维持良好信噪比的数值。在这种情况下，每个频道的功率不再保持恒定，而是增加。如图所示，可以在第一范围内提供增益致使放大器的输出功率Pout2在这个范围内几乎不变。
图3所示为运用本发明的光学放大装置1的第二实施例的结构。装置1包括一个光学放大器2，其输入端连接在光纤8上；一个可变光学衰减器4，其输入端连接在光学放大器2的输出端的下游。光学放大器3的输入端连接在可变光学衰减器4的输出端的下游。光学放大器3的输出端连接到光纤9上。
光学放大装置1包括一个与图1的控制器类似的控制器5。所以，该控制器可以控制可变光学衰减器4及光学放大器2和3。因此，控制器5连接在可变光学衰减器4及光学放大器2和3上。控制器5测量光学放大器2输入端的光功率Pin1、光学放大器2输出端的光功率Pout1、光学放大器3输入端的光功率Pin2和光学放大器3输出端的光功率Pout2。控制器5最好也用类似于图1的方法连接在一控制单元7上。
将可变光学衰减器4置于光学放大器2的下游，可以减少光学放大装置1输入端信号的衰减，因为，加到光学放大装置1输入端的信号在传输给可变光学衰减器4之前已由光学放大器2放大。因此，只有在前置预先放大阶段之后，可变光学衰减器4的固有信号才会衰减。所以，光学放大装置1能够放大具有小输入功率的信号，这可以加大传输网中光学放大装置1之间的距离。通过光学放大器2放大，最好能使功率Pin1大于功率Pin2至少1分贝。这样，光学放大装置1的信噪比以同样的比例改善。
采用两个光学放大器2和3，可以保持光学放大装置1增益的频谱均匀。这是因为，当控制器检测到放大装置1上游的间隔衰减变化(Pin1改变而频道数不变)时，便改变可变光学衰减器4的数值以满足：
AttVOA+AttSpan＝常数
这可以确保光学放大器2输出端的增益的频谱均匀。换句话说，放大器2的增益均匀差正好被放大器3增益均匀差补偿，从而赋予整个放大装置1一个最佳均匀度。
现在，参照图4和图5描述在光学放大器2和3中有效使用的几个放大曲线。这些曲线表示光学放大器2和3的输出功率Pout2和Pout1(用DBm表示)随在其输入端分别接收的功率Pin2和Pin1(用DBm表示)的变化而变化。控制器可根据光学放大装置1输入端的频道数的变化改变光学放大器2和3的增益。光学放大器2和3的(线性)增益分别由：F＝Pout1/Pin1和G＝Pout2/Pin2定义。
图4和图5的放大曲线fi和gi最好满足下列规则：
1)对于光学放大装置1输出端的给定功率，如果AttSpan1≥AttSpan2，相对于给定的Pin1范围，fspan1(Pin1)大于或等于fspan2(Pin1)，AttSpan1和AttSpan2为两个间隔衰减值，fspan1和fspan2为放大曲线。最好在对不同曲线共同有效的输入功率范围Pin1中对上述等式进行验证。图4的曲线被表示为fspan加后缀，后缀数对应于放大器2之前的间隔。
2)对于光学放大装置1输入端的给定功率，如果AttSpan1≥AttSpan2，在给定Pin1范围内，gspan1(Pin1)大于或等于gspan2(Pin1)，AttSpan1和AttSpan2为两个间隔衰减值，gspan1和gspan2为放大曲线。最好在对不同曲线共同有效的输入功率范围Pin1中对上述等式进行验证。图5的曲线被表示为fspan加后缀，后缀对应于放大器2之前的间隔。采用这样的放大曲线可以在不同频道，甚至在频道数量改变时保持一个均匀的增益。
当功率Pin1在第一功率范围内加大时，光学放大器2的增益曲线最好具有一个下降的增益。光学放大器2的增益曲线在第二功率范围Pin1内最好还有一个基本上恒定的增益，第二范围的功率大于第一范围的功率。第一范围的增益大于第二范围的增益。如同图2的增益曲线，第一功率范围对应于一个基本上恒定的Pout1功率，而第二功率范围对应于一个基本上恒定的增益。
当功率Pin2在第一功率范围内加大时，光学放大器3的增益曲线最好具有一个下降的增益。光学放大器3的增益曲线在第二功率范围Pin2内最好还有一个基本上恒定的增益，第二范围的功率大于第一范围的功率。第一范围的增益大于第二范围的增益。如同图2的增益曲线，第一功率范围对应于一个基本上恒定的Pout2功率，而第二功率范围对应于一个基本上恒定的增益。
借助于适用于波长准均匀频谱的关系式：10*In(Nch)＝Pin+AttSpan+常数，得知光学放大装置1输入端的频道数，可以确定光学放大装置1上游的放大器间衰减。
放大器间衰减可以由外部部件，如：配置在放大装置上游并向装置1提供衰减值AttSpan的控制单元7来确定，或者由光学放大装置1本身根据信息网6提供的频道数确定。在后一种情况下，光学放大装置1可以通过测量Pin1，然后运用上游放大装置输出功率的基准值或者通过网6获得该基准值来确定放大器间衰减。这个方案容易实施，因为应用的频道数通常在一个传输系统或传输网中总是可使用的。
放大器间衰减值随后被用于满足如下关系式：
AttSpan+AttVOA＝k，
其中，AttSpan为间隔衰减(用分贝表示)，AttVOA为可变光学衰减器中的衰减(用分贝表示)，k为常数。如果确定了新的AttSpan值，控制器改变AttVOA值。这样，就产生了一个在不同频道都均匀的光学放大装置1的增益曲线。的确，在没有频道数改变信息的情况下，可变光学衰减器输出端的功率也基本上恒定。因此，光学放大器3在其正常工作的过程中可以具有一个额定输入功率，相对于该额定输入功率，其增益在各个不同频道都均匀。
在没有改变放大器间衰减的情况下，Pin1的变化由5作为频道数变化来检测，2的增益按照图4的曲线即刻调整。而3的增益根据对Pin2变化的检测按照图5的曲线调整。这样，每个频道的功率在高Pin1范围保持恒定，总功率在低Pin1范围保持恒定。
在改变放大器间衰减(线路纤维老化或修补)的情况下，例如通过COM(7)得知1的输入端的频道数，可以按照AttSpan+AttVOA＝k关系式自动调整AttVOA，随后，放大器重新处于均匀增益的条件下，并随时重新对Pin1的变化(即频道数的变化)作出反应。
值得注意的是，存在第三种可能性，即将图1的方案和图3的方案(位于二级放大器输入端的可变光学衰减器)相结合，在这种情况下，级间衰减值(AttIE)是恒定的，并被设定为一个例如AttSpan+AttVOA+AttIE＝k的值。

Claims (5)

1. 一种用于波分多路复用光纤传输系统的第一光学放大装置的管理方法，所述第一光学放大装置用于接收由多个频道形成的多路复用信号，并包括一个可变光学衰减器和一个连接在所述光学衰减器下游的第一光学放大器；所述方法包括下列步骤：
当所述第一光学放大装置输入端频道数改变而光衰减AttSpan不变时，
-测量在所述第一光学放大装置输入端接收的信号的功率，
-根据上述测量功率并且根据放大曲线，借助于适于改变所述放大器增益的控制器来连续地控制所述第一放大器的增益，其中所述放大曲线适于考虑上述测量功率仅由于所述第一光学放大装置输入端频道数量的变化而引起的变化，
-当所述光衰减AttSpan改变而所述输入端频道数不变时，
-确定在所述第一光学放大装置和连接在该第一光学放大装置上游的第二光学放大装置之间的光衰减AttSpan，
-通过控制衰减器的衰减值AttVOA，满足如下关系式：AttSpan+AttVOA＝k，其中AttSpan为用分贝表示的所述放大装置之间的衰减，AttVOA为用分贝表示的所述第一光学放大装置的光学衰减器的衰减，k为预定常数。
2. 根据权利要求1的方法，其中通过一信息网得知所述第一光学放大装置输入端的频道数，并且根据被所述第一光学放大装置接收的信号的功率值的变化和所述已知频道数计算出所述光衰减AttSpan。
3. 根据权利要求1的方法，其中所述放大器的放大曲线具有一个第一段和一个第二段，在所述第一段，在其输入端的第一功率范围内，当输入功率增加时增益下降，在所述第二段，在其输入端的第二功率范围内，增益基本上恒定，所述第一范围的功率小于所述第二范围的功率。
4. 根据权利要求1的方法，其中所述第一光学放大装置包括一个连接在可变光学衰减器上游的第二光学放大器，所述第一光学放大器的放大曲线具有一个第一段和一个第二段，在所述第一段，在其输入端的第一功率范围内，当输入功率增加时增益下降，在所述第二段，在其输入端的第二功率范围内，增益基本上恒定，所述第一范围的功率小于所述第二范围的功率；在该方法中，控制所述第二光学放大器以使其增益曲线具有一个第一段和一个第二段，在所述第一段，在其输入端的第一功率范围内，当输入功率增加时增益下降，在所述第二段，在其输入端的第二功率范围内，增益基本上恒定，所述第二范围的功率大于所述第一范围的功率。
5. 根据权利要求4的方法，其中所述放大器的放大曲线表示其输出功率随着在其输入端接收的功率而变化，并且
-所述第一光学放大器具有这样的放大曲线以使：对于Span1≥Span2，至少在Pin2数值范围内，gspan1(Pin2)≤gspan2(Pin2)；其中gspan1和gspan2为第一光学放大器相对于分别为span1和span2的间隔衰减的放大曲线，且Pin2为第一光学放大器输入端的功率；
-第二光学放大器(2)具有这样的放大曲线以使：对于Span1≥Span2，至少在Pin1数值范围内，fspan1(Pin2)≥fspan2(Pin2)；其中fspan1和fspan2为第二光学放大器相对于分别为span1和span2的间隔衰减的放大曲线，Pin1为第二光学放大器输入端的功率。
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