CN100525162C - 直接光放大器 - Google Patents

Abstract

本发明的直接光放大器不仅监控导频音信号，而且监控主信号，并在导频音信号失去与主信号的关系时，重新建立导频音信号的电平与主信号的平均电平之间的关系，使导频音信号再次起到主信号的参考光的作用。通过波长分析器确定已经消除了噪声分量的实际主信号的平均电平。使所确定的实际主信号的平均电平与监控到的导频音信号的电平相关联，借此导频音信号再次起到主信号的参考光的作用。然后，控制监控的导频音信号，以获得实际主信号的想要的平均电平。

Description

直接光放大器

技术领域

本发明涉及波分复用(WDM)光传输系统中的一种直接光放大器。

背景技术

在WDM光传输系统中，将主信号控制在固定的电平(fixed level)是关键的问题。针对将主信号的电平控制在固定电平，可以考虑的第一种解决方案包括监控主信号本身的电平，然后将此信号控制在固定的电平(例如，与日本专利申请公开No.103013/01和日本专利申请公开No.144692/01中公开的一样)。

但是，主信号的调制频率很高，因此主信号易于受到噪声的影响。将主信号直接用于控制使其中主信号是稳定的固定输出控制的实现变得复杂。

但是，已经发明出新的方法(例如，日本专利申请公开No.275530/92和日本专利申请公开No.257646/01)，用于通过将光信号(导频音信号)控制在固定电平，将主信号的输出保持在固定电平，所述光信号具有与主信号的波长不同的波长，此外，具有等于具有多个信道的主信号的平均电平的电平。

用在这些方法中的导频音信号具有比主信号的调制频率低得多的调制频率。因此，导频信号相对不容易受到噪声的影响，从而可以提供比直接采用主信号来控制的方法中更为稳定的主信号的固定输出控制。

然而，在导频音一致控制中，通过使导频音信号的电平等于主信号的平均电平，然后只监控导频音信号，来实现控制。这样，当直接光放大器的增益依赖于波长时，存在的危险是，导频音信号将失去其作为主信号的参考光的意义。换句话说，在导频音信号的电平等于主信号的平均电平的假设下，控制是有效的。但是，由于导频音信号与主信号具有不同的波长，直接光放大器的增益对波长的依赖性将导致应当相等的导频音信号的电平和主信号的平均电平的背离，而导频音信号不再能起到作为参考光以将主信号控制在固定的输出的作用。

当如上所述，导频音不再起到用于主信号的固定输出控制的参考光的作用时，应当清楚的是，即使盲目地将导频音信号控制在固定电平，仍然不能将主信号控制在固定电平。相反，存在的危险是，假定等于导频音信号的电平的主信号的平均电平将失去控制，并升到过分地高或降到过分地低。输出电平的过度增加导致在传输光纤中非线性的出现，而输出电平的过度下降导致信噪比(S/N ratio)的恶化。

下面，我们讨论给出此问题的示意图的图1A和1B。图1A示出了主信号的平均电平过度高于导频音信号的电平的情况，而图1B示出了主信号的平均电平过度低于导频音信号的电平的情况。为了简化说明，假设图1A和1B中的三个直接光放大器具有相同的增益特性。

在图1A中，主信号的净增益大于导频音信号的净增益(由于导频音信号被控制在固定电平，在导频音信号的波长，直接光放大器的增益和损耗处于平衡状态，净增益为0，而输出是固定的)，作为中继传输的结果，应当等于导频音信号电平的主信号的平均电平逐渐变大。

相反，在图1B中，主信号的净增益小于导频音信号的净增益，因此，作为中继传输的结果，应当等于导频音信号电平的主信号的平均电平逐渐变小。

尽管可以通过其中结合了多组具有不同增益特性的直接光放大器的多中继连接方案，来调整增益，但不能认为这种方案是针对此问题真正的解决办法。

发明内容

本发明的目的是提供一种直接光放大器，在WDM光传输系统中，当通过导频音固定控制来有效控制主信号时，该直接光放大器能够可靠地防止主信号的平均电平变得过度高或过度低。

为了获得上述目的，本发明的直接光放大器不仅监控导频音信号，而且监控主信号，而且在导频音信号电平和主信号的平均电平失去相关性时，重新建立这两个电平之间的相关性，从而使导频音信号能够再次起到参考光的作用。

利用波长分析器来确定主信号的实际平均电平，以减少噪声分量。将获得的主信号的实际平均电平与被监控的导频音信号电平相关联。以这种方式，导频音信号可以再次起到主信号的参考光的作用。控制监控的导频音信号，以获得想要的实际主信号的平均电平。

如上面的解释中所描述的那样，即使直接光放大器的增益依赖于波长，本发明仍然能够恒定控制在固定数值，或控制在固定的范围内，而不使组信号过度地上升和下降。

通过下面参照描述了本发明的示例的附图所进行的描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1A示出了现有技术中的缺点(主信号的平均电平变得比导频音信号电平过分地高)；

图1B示出了现有技术中的缺点(主信号的平均电平变得比导频音信号电平过分地低)；

图2A相比于现有技术的直接光放大器，示出了用于解释本发明的直接光放大器的模型(在现有技术的直接光放大器中，未考虑直接光放大器的增益对波长的依赖性的模型)；

图2B相比于现有技术的直接光放大器，示出了用于解释本发明的直接光放大器的模型(在现有技术的直接光放大器中，考虑了直接光放大器的增益对波长的依赖性的模型)；

图2C相比于现有技术的直接光放大器，示出了用于解释本发明的直接光放大器的模型(在本发明的直接光放大器中，考虑了直接光放大器的增益对波长的依赖性的模型)；

图3是示出了本发明第一实施例的直接光放大器的方框图；

图4是示出了本发明第二实施例的直接光放大器的方框图；

图5是示出了本发明第三实施例的直接光放大器的方框图；以及

图6是示出了本发明第四实施例的直接光放大器的方框图。

具体实施方式

我们首先讨论图2A、2B和2C，其中相比于现有技术的直接光放大器，示出了用于描述本发明的直接光放大器的模型。这些模型基于以下一些假设。第一，忽略了光纤的损耗色散。换句话说，假设主信号波长中与导频音信号波长中的损耗相等。第二，只在主信号中考虑由光纤传输所引起的噪声。导频音信号的调制频率比主信号的调制频率低得多，因此忽略噪声在导频音信号中的影响。

在每幅图中，S0表示在入射端的主信号，S1表示刚好在入射直接光放大器之前已经衰减的主信号，以及S2表示刚好在直接光放大器放大之后的主信号。类似地，P0表示在入射端的导频音信号，P1表示刚好在入射直接光放大器之前已经衰减的导频音信号，以及P2表示刚好在直接光放大器放大之后的导频音信号。N1是刚好在入射直接光放大器之前的主信号的噪声，而N2是刚好在直接光放大器放大之后的主信号的噪声。在入射端，假设S0＝P0。由于忽略了光纤的损耗色散，S0/P0＝S1/P1。

现在参照图2A，它示出了在现有技术的直接光放大器中，未考虑直接光放大器的增益对波长的依赖性的模型。由于不考虑直接光放大器的增益对波长的依赖性，S1/P1＝S2/P2，由此，S2/P2＝S0/P0。由于在直接光放大器中将导频音信号控制在固定电平，P2＝P0，因此，S2＝S0＝P0。换句话说，如果不考虑直接光放大器对波长的依赖性，则主信号被保持在固定的电平，此外，主信号与导频音信号的电平保持匹配。

接下来，我们参考图2B，它示出了在现有技术的直接光放大器中，考虑了直接光放大器的增益对波长的依赖性的模型。因为考虑了直接光放大器的增益对波长的依赖性，S1/P1与S2/P2不相等，因此，S2/P2和S0/P0也不相等。由于在直接光放大器中，将导频音信号控制在固定的电平，P2＝P0，但由于S2/P2与S0/P0不相等，S2与S0或S2与P0都不相等。换句话说，当考虑直接光放大器的增益对波长的依赖性时，主信号将不被保持在固定电平，此外，主信号与导频音信号的电平不匹配。此外，如果只监控导频音信号，则失去了主信号电平与导频音信号电平之间的相关性，从而，将导频音信号持续控制在固定的电平对于将主信号保持在固定的电平是无效的。

我们接下来参照图2C，它示出了在本发明的直接光放大器中，考虑了直接光放大器的增益对波长的依赖性的情况下的模型。由于考虑直接光放大器的增益对波长的依赖性，S1/P1与S2/P2不相等，由此，S2/P2与S0/P0也不相等。

但是，在本发明的直接光放大器中，不是通过只监控导频音信号，将导频音信号控制在固定的电平。利用波长分析器确定已经消除了噪声N2的实际主信号S2，并在导频音信号P2和实际主信号S2之间建立相关性。相关性的建立恢复了导频音信号作为主信号的参考光的功能。例如，为了控制主信号S2变为S0，应当控制导频音信号P2变为P2S0/S2。

因为主信号的高频调制易于增加噪声分量，而且如果将仍然包含噪声分量的主信号控制在固定的电平，随着每次中继，将发生实际主信号分量的损耗，因此利用波长分析器来消除噪声N2，以获得实际主信号S2。

现在，参照图3，本发明第一实施例的直接光放大器包括用于放大光信号的光模块1和用于控制光模块1的电子控制单元2。

光模块1包括：掺铒光纤(EDF)3，作为直接光放大器的介质；泵浦激光二极管(LD)5，用于产生泵浦光；WDM耦合器4，用于将来自泵浦LD5的泵浦光注入到EDF3中；分支耦合器6，用于监控被认为要从输出端口供应的主信号和导频音信号；波长分析器17(例如，已经商用的光谱分析器)；导频音信号监控器7，用于监控在波长分析器17处分析的导频音信号；以及主信号监控器9，用于监控在波长分析器17处已经消除了噪声的实际主信号的平均电平。

电子控制单元2包括：运算处理器10，包括比较运算处理器11，用于根据来自导频音信号监控器7的输出和来自主信号监控器9的输出，确定泵浦LD5中导频音信号电平的目标值；以及LD控制单元12，用于控制泵浦LD5，使得由导频音信号监控器7监控的导频音信号与由比较运算处理器11确定的导频音信号的目标值相匹配。

导频音信号监控器7向比较运算处理器11提供所监控的导频音信号的电平；而主信号监控器9向比较运算处理器11提供已经消除了噪声分量的实际主信号。比较运算处理器11找到实际主信号的平均电平对导频音信号的倍数。通过确定此倍数，恢复了导频音信号作为主信号的参考光的功能，而且在主信号中，对导频音信号的使用恢复有效。确定导频音信号电平，与要保持在固定电平的实际主信号的想要的平均电平相对应，并向LD控制单元12提供此导频音信号电平，作为控制的目标值。LD控制单元12实现控制，从而由导频音信号监控器7所监控的导频音信号的电平变为此目标值。

下面，我们参照图4，它示出了本发明第二实施例的直接光放大器。在本实施例中，在图3中的第一实施例的直接光放大器中，额外提供了ASE监控器19和减法处理器20，ASE监控器19用于监控包含在输出光中的放大的自发辐射(ASE)光。

由主信号监控器9所监控的主信号的平均电平包括ASE光分量，而且类似于噪声的情况，将主信号和ASE光分量的平均电平作为主信号的平均电平进行控制，导致随着每次重复地中继，实际主信号的平均电平被逐渐地损耗。但是，由ASE监控器19监控包含在输出光中的ASE光电平，并在运算处理器10中的减法处理器20中确定ASE光电平与由主信号监控器9所监控的主信号的平均电平之间的差，以获得从中已经消除了ASE光的实际主信号的平均电平。ASE光是自发辐射光，因此具有很宽的频谱，而且可以分别从主信号的电平中进行测量。类似于第一实施例执行随后的处理。可以认为本实施例能够有效地抑制在包含大量ASE光分量的主信号受到光放大时所发生的主信号输出电平的下降。

接下来，我们参考图5，它示出了本发明第三实施例的直接光放大器。在本实施例中，以ASE数据存储器21代替第二实施例中的ASE监控器19。事先，针对主信号的每个信道数目，测量ASE光电平，并将这些电平存储在ASE数据存储器21中。通过测量在无信号状态下操作直接光放大器时的输出光，来实现ASE光电平的测量。由外部输入向运算处理器10提供关于信道数目的数据作为输入，并从ASE数据存储器21中读取与关于信道数目的数据相对应的关于ASE光电平的数据。与第二实施例的直接光放大器中一样，进行随后的处理。本实施例回避了ASE监控器19，从而可以有效地实现更紧凑的控制系统，并降低放大器的成本。

下面，参考图6，示出了本发明第四实施例的直接光放大器。在本实施例中，提供主信号范围存储器22，用于存储主信号的平均电平的最大值和最小值。由外部输入向运算处理器10输入主信号的信道数目数据，并从主信号范围存储器22中读取关于与信道数目数据相对应的主信号的平均电平的范围(最大值和最小值)的数据。当由主信号监控器9所监控到的主信号的实际平均电平高于存储在主信号范围存储器22中的最大值时，利用与此最大值相对应的导频音信号电平作为目标值来实现控制。当由主信号监控器9所监控到的主信号的实际平均电平低于存储在主信号范围存储器22中的最小值时，利用与此最小值相对应的导频音信号电平作为目标值来实现控制。当由主信号监控器9所监控到的主信号的实际平均电平高于存储在主信号范围存储器22中的最小值并低于存储在主信号范围存储器22中的最大值时，不进行控制，按照原样，作为输出提供此光。

尽管已经利用特定的术语描述了本发明的优选实施例，这些描述只是为了示例性的目的，而且可以理解的是，在不偏离所附权利要求的精神或范围的前提下，可以进行修改和变化。

Claims (4)

1、一种直接光放大器，用于建立具有多个信道的主信号的平均电平与用于将所述主信号的平均电平控制在想要的电平的导频音信号的电平之间的相关性，所述直接光放大器包括：

光放大装置，用于放大主信号和导频音信号；

泵浦光发生装置，用于产生光泵浦所述光放大装置的泵浦光；

波长分析装置，用于分析包括主信号和导频音信号的光传输信号的频谱强度，并提取导频音信号的电平和已经消除了噪声分量的主信号的平均电平；

导频音信号监控装置，用于监控由所述波长分析装置提取出的导频音信号的电平；

主信号监控装置，用于监控由所述波长分析装置提取出的已经消除了噪声分量的主信号的平均电平；

处理装置，用于建立由所述导频音信号监控装置监控的导频音信号的电平与由所述主信号监控装置监控的已经消除了噪声分量的主信号的平均电平之间的相关性，确定与已经消除了噪声分量的主信号的想要的平均电平相对应的导频音信号的电平；并将此导频音信号电平作为目标电平；以及

泵浦光控制装置，用于控制由所述泵浦光发生装置产生的泵浦光的强度，并调整所述光放大装置的放大因数，使由所述导频音信号监控装置监控的导频音信号的电平变为在所述处理装置处确定的所述目标电平。

2、一种直接光放大器，用于建立具有多个信道的主信号的平均电平与用于将所述主信号的平均电平控制在想要的电平的导频音信号的电平之间的相关性，所述直接光放大器包括：

光放大装置，用于放大主信号和导频音信号；

泵浦光发生装置，用于产生光泵浦所述光放大装置的泵浦光；

波长分析装置，用于分析包括主信号和导频音信号的光传输信号的频谱强度，并提取导频音信号的电平和已经消除了噪声分量的主信号的平均电平，而且在主信号中包含放大的自发辐射光的电平；

导频音信号监控装置，用于监控由所述波长分析装置提取出的导频音信号的电平；

主信号监控装置，用于监控由所述波长分析装置提取出的已经消除了噪声分量的主信号的平均电平；

放大的自发辐射光监控装置，用于监控包含在主信号中并由所述波长分析装置提取出的放大的自发辐射光的电平；

处理装置，用于建立由所述导频音信号监控装置监控的导频音信号的电平与从由所述主信号监控装置监控的已经消除了噪声分量的主信号的平均电平中减去由所述放大的自发辐射光监控装置监控并包含在主信号中的放大的自发辐射光的电平所获得的电平之间的相关性，确定与已经消除了噪声分量和自发辐射光分量的主信号的想要的平均电平相对应的导频音信号的电平；并将此导频音信号电平作为目标电平；以及

泵浦光控制装置，用于控制由所述泵浦光发生装置产生的泵浦光的强度，并调整所述光放大装置的放大因数，使由所述导频音信号监控装置监控的导频音信号的电平变为在所述处理装置处确定的所述目标电平。

3、一种直接光放大器，用于建立具有多个信道的主信号的平均电平与用于将所述主信号的平均电平控制在想要的电平的导频音信号的电平之间的相关性，所述直接光放大器包括：

光放大装置，用于放大主信号和导频音信号；

泵浦光发生装置，用于产生光泵浦所述光放大装置的泵浦光；

波长分析装置，用于分析包括主信号和导频音信号的光传输信号的频谱强度，并提取导频音信号的电平和已经消除了噪声分量的主信号的平均电平；

导频音信号监控装置，用于监控由所述波长分析装置提取出的导频音信号的电平；

主信号监控装置，用于监控由所述波长分析装置提取出的已经消除了噪声分量的主信号的平均电平；

放大的自发辐射光数据存储器装置，用于存储已经事先针对主信号的每个数目的信道进行测量的、包含在主信号中的放大的自发辐射光的电平，并提供与作为输入提供的信道数目相对应的放大的自发辐射光的电平的数值作为输出；

处理装置，用于建立由所述导频音信号监控装置监控的导频音信号的电平与从由所述主信号监控装置监控的已经消除了噪声分量的主信号的平均电平中减去由所述放大的自发辐射光数据存储器装置作为输出提供并包含在主信号中的放大的自发辐射光的电平所获得的电平之间的相关性，确定与已经消除了噪声分量和自发辐射光分量的主信号的想要的平均电平相对应的导频音信号的电平；并将此导频音信号电平作为目标电平；以及

泵浦光控制装置，用于控制由所述泵浦光发生装置产生的泵浦光的强度，并调整所述光放大装置的放大因数，使由所述导频音信号监控装置监控的导频音信号的电平变为在所述处理装置处确定的所述目标电平。

4、一种直接光放大器，用于建立具有多个信道的主信号的平均电平与用于将所述主信号的平均电平控制在想要的范围内的电平的导频音信号的电平之间的相关性，所述直接光放大器包括：

光放大装置，用于放大主信号和导频音信号；

泵浦光发生装置，用于产生光泵浦所述光放大装置的泵浦光；

波长分析装置，用于分析包括主信号和导频音信号的光传输信号的频谱强度，并提取导频音信号的电平和已经消除了噪声分量的主信号的平均电平；

导频音信号监控装置，用于监控由所述波长分析装置提取出的导频音信号的电平；

主信号监控装置，用于监控由所述波长分析装置提取出的已经消除了噪声分量的主信号的平均电平；

主信号范围存储器装置，用于存储针对主信号的每个信道数目事先确定的主信号的平均电平的最大电平和最小电平，并用于提供与作为输入提供的信道的数目相对应的最大电平和最小电平的数值作为输出；

处理装置，用于建立由所述导频音信号监控装置监控的导频音信号的电平与由所述主信号监控装置监控的已经消除了噪声分量的主信号的平均电平之间的相关性；确定与由所述主信号监控装置监控的已经消除了噪声分量的主信号的平均电平相对应的导频音信号的电平，并在已经消除了噪声分量的主信号的平均电平处于由所述主信号范围存储器装置作为输出提供的所述最大电平和所述最小电平之间时，将导频音信号的这个电平作为目标电平；确定与所述最大电平相对应的导频信号的电平，并在已经消除了噪声分量的主信号的平均电平超过由所述主信号范围存储器装置作为输出提供的所述最大电平时，将将导频音信号的这个电平作为目标电平；以及确定与所述最小电平相对应的导频信号的电平，并在已经消除了噪声分量的主信号的平均电平低于由所述主信号范围存储器装置作为输出提供的所述最小电平时，将导频音信号的这个电平作为目标电平；以及

泵浦光控制装置，用于控制由所述泵浦光发生装置产生的泵浦光的强度，并调整所述光放大装置的放大因数，使由所述导频音信号监控装置监控的导频音信号的电平变为在所述处理装置处确定的所述目标电平。

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