CN101141190A

CN101141190A - Edfa瞬态特性指标测试装置和方法

Info

Publication number: CN101141190A
Application number: CNA2007101076629A
Authority: CN
Inventors: 邓雪松; 朱晓宇; 邹红兵
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2027-05-24
Also published as: CN101141190B

Abstract

本发明提出一种光传输领域中的EDFA瞬态特性指标测试装置和方法，所述方法包括以下步骤：1.选择EDFA瞬态响应特性测试的信号光源的设置参数，并根据所选择的设置参数产生扰动脉冲，用作被测EDFA的输入瞬态激励信号；2.测试装置不失真的记录在该激励信号发生过程中EDFA输出的剩余信号的光功率变化情况；3.根据步骤2所记录的数据，计算出上冲、下冲、建立时间三组参数，获得EDFA的瞬态特性指标。本发明所述的EDFA瞬态响应测试装置和方法有效的规范了一个普遍适用的EDFA瞬态特性的测试和评价方法，并可以对EDFA及其级联系统进行准确的快速的自动测试，提高了EDFA瞬态测试的准确性和便捷性。

Description

EDFA瞬态特性指标测试装置和方法

技术领域

本发明涉及通信领域光传输系统，特别是波分复用(WDM，WavelengthDivision Multiplexing)系统中的掺饵光纤放大器(EDFA，Erbium Doped FiberAmplifier)的测试装置和方法。

背景技术

密集波分复用技术(DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing)是一种宽带光传输技术，它将多路不同波长的光信号复用起来传输，传输后再解复出多路光信号，送入不同的通信终端。即在一根物理光纤上提供多个虚拟的光纤通道，从而节省大量的光纤资源。掺铒光纤放大器(EDFA)的出现使WDM技术能够实现长途及超长途的无电中继宽带传输，满足日益增长的大容量、高性能、低成本网络传输的需求。

掺铒光纤放大器(EDFA)含有泵浦激光器、WDM和掺铒光纤等器件。WDM将泵浦光耦合到掺铒光纤中，巨大的泵浦光能量将掺铒光纤中的铒离子激发到一个亚稳态的高能级，这些铒离子可以被信号光激发形成受激辐射而跃迁到一个稳态的低能级，同时释放出与信号光同频同相的光子。即将驱动泵浦激光器的电能转换为光能，实现信号光的直接放大。EDFA补偿WDM系统中由于器件或光纤损耗带来的信号衰减，使放大后的光信号有足够的功率完成光纤线路的传输。可见，EDFA在DWDM传输系统中的作用举足轻重，其性能也很大程度上影响系统传输性能。

EDFA有一组重要的性能指标，称为瞬态响应。瞬态响应的定义是EDFA输出的剩余信道功率随输入扰动的响应。其指标由上冲、下冲、建立时间3个参数来描述。它们的具体定义如图1所示：

图1中上面的曲线为使EDFA产生瞬态变化的输入扰动信号，其上升沿对应增波或功率突增，下降沿对应减波或功率突降。中间的曲线对应该上述扰动输入，EDFA中剩余信道的输出光功率变化曲线。底下的直线是0电平基准。

上冲(overshoot)＝M_n/B_n

下冲(undershoot)＝m_n/B_n

上面公式中的n代表输入信号的N次扰动激励，M_n代表在此过程中，剩余信道光功率的最大值。m_n代表在此过程中，剩余信道光功率的最小值。B_n代表剩余信道的稳定光功率。上冲和下冲是EDFA瞬态响应的幅度指标，一般情况下增波和减波激励产生的上冲、下冲是不同的。上冲、下冲表明EDFA瞬态响应对剩余信道影响的程度指标。

建立时间(Settling Time)是指输入扰动激励结束到剩余信道输出稳定的时间。输入扰动结束点定义为EDFA输入功率与其稳定值之差在±5％之内；剩余信道输出稳定点定义为剩余信道的功率在其稳定值的±XdB之内(X可根据WDM系统接收机的特性自定义)。建立时间表明EDFA瞬态响应对剩余信道影响的时间指标。图1中的ST1和ST2分别对应增波和减波的瞬态建立时间。

EDFA的瞬态响应指标与激励EDFA瞬态发生的输入扰动信号特性密切相关。一般定义EDFA瞬态指标为其可能遭遇的所有输入扰动情况下产生的最恶劣响应的指标。

WDM系统的一个显著的难点就是如何改善EDFA瞬态响应问题。在WDM光传输系统中EDFA实现对光信号的增益锁定放大，其目的是保证各信道的输出光功率保持为一恒定值。然而由于系统增、减波或者某些信道的光功率突然变化而引起的EDFA的输入光功率发生突变时，会引起WDM系统中剩余信道产生光功率大幅度波动，从而引起误码或其下层设备的保护误动作，甚至引起器件损坏等恶劣影响。在长距及超长距的WDM系统中，复用段由很多级EDFA级联而成，接收端各信道光功率不平坦度会剧烈恶化，进一步限制了各信道光功率的安全工作范围。因而对EDFA的瞬态响应幅度指标要求越来越高；具有自动交换功能的下一代光传送网ASON也是WDM的发展方向，ASON需要实现业务的动态分配，届时主光通道上的光功率变化会更加快速更加频繁，因此对OA瞬态响应的时间指标也提出了更严格的要求。可以看出，提高EDFA瞬态响应指标已经成为EDFA的主要研究方向。

而提高EDFA瞬态响应指标的基本前提是对瞬态响应指标的测量，而业界目前还没有具体的标准和规范定义EDFA瞬态响应的测试方法，也没有专用的测试仪器对此指标进行测试，更不可能准确、便捷的评价出EDFA瞬态响应指标，从而使得提高EDFA瞬态响应指标成为空谈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术存在的无法准确便捷的评价和测量EDFA瞬态响应指标，从而无法有效提高EDFA瞬态响应指标的缺点，以期提出一种能够准确便捷评价和测量EDFA瞬态响应指标的EDFA瞬态特性指标测试装置和方法。

本发明提出一种EDFA瞬态特性指标测试装置，包括上位机界面系统和瞬态特性测试装置，其特征在于，所述瞬态特性测试装置具体包括光滤波器、光电转换器、录波器、数据分析器和中心控制器；

所述光滤波器对被测EDFA的输出信号滤波，滤出剩余信号后，将滤波后信号传输至光电探测器；

所述光电转换器将所述光滤波器输出的所述剩余信号光功率变为电压信号，传输至录波器进行采样和录波；

所述录波器对所述光电转换器的输出信号采样，并将采样数据存储在RAM中；

所述数据分析器对所述录波器记录的数据进行分析，根据上文图参数定义进行计算，获得相应的上冲、下冲和建立时间参数，传送给所述中心控制器；

所述中心控制器通过通信端口获得上位机界面系统下设的命令，获取各可变参量的具体数值下设给光源部分；响应人机界面的启动、停止命令；并将所述数据分析器获得的瞬态特性参数传送给上位机人机界面，并控制、监测所述光电转换器、录波器、数据分析器的协同工作。

本发明所述装置，还包括信号光源，所述信号光源输出周期性的光脉冲信号用作被测EDFA的扰动输入。

在本发明所述装置中，所述信号光源发出的光脉冲占空比为50％，周期为100mS固定。

本发明还提供一种EDFA瞬态特性指标测试方法，包括以下步骤：

步骤一：选择EDFA瞬态响应特性测试的信号光源的设置参数，并根据所选择的设置参数产生扰动脉冲，用作被测EDFA的输入瞬态激励信号；

步骤二：测试装置记录在该激励信号发生过程中EDFA输出的剩余信号的光功率变化情况；

步骤三：根据步骤二的数据，计算出上冲、下冲、建立时间三组参数，获得EDFA的瞬态特性指标。

在本发明所述方法中，在步骤一中，所述设置参数具体包括：光脉冲数N：该参数为对被测EDFA输入的每一种扰动信号重复出现的次数；高电平的光功率和高、低电平功率比值；脉冲沿变化时间；剩余信号的中心波长。

在本发明所述方法中，所述脉冲沿变化时间是信号电平从脉冲高电平×5％上升到脉冲高电平×95％所需要的时间。

在本发明所述方法中，所述光脉冲数N的取值范围是：N＝10～100次。

在本发明所述方法中，所述高电平与低电平功率比例为输入EDFA的扰动幅度，根据高电平的光功率和高、低电平功率比值，可计算出低电平对应的光功率，计算方式为：光功率＝高电平光功率-高电平功率/低电平功率。

在本发明所述方法中，所述高电平的光功率＝饱和输出-标称增益，高、低电平功率比值＝10log(WDM系统最大信道数)。

在本发明所述方法中，还包括扰动脉冲的上升/下降沿形状、剩余信号的波长个数、脉冲高电平时包含的波长数目及波长选择参数。

本发明所述的EDFA瞬态响应测试装置和方法能够产生WDM系统可能发生的各种瞬态变化中具有代表性的一种或几种情况对应的扰动激励信号，分别将几种扰动信号输入给被测EDFA，获得最劣的一组瞬态响应指标，做为被测单级EDFA或者WDM系统中多级EDFA级联后的瞬态响应指标。明确的规范出EDFA瞬态特性各项指标的定义，并且提出了对测试EDFA瞬态特性的输入激励信号的详细要求和定义，有效的规范了一个普遍适用的EDFA瞬态特性的测试和评价方法。本发明所述的EDFA瞬态响应测试装置可以对EDFA及其级联系统进行准确的快速的自动测试，提高了EDFA瞬态测试的准确性和便捷性。

附图说明

图1是EDFA瞬态响应参数定义示意图；

图2是本发明所述EDFA瞬态特性指标测试装置结构图；

图3是EDFA瞬态特性指标测试方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明所述EDFA瞬态特性测试装置和方法做具体描述。同时以一个具体的测试为例说明EDFA瞬态响应特性的测试流程。

本发明的目的就是：定义一种EDFA瞬态响应的标准测试方法，利用该方法能够准确测试出EDFA瞬态响应对WDM系统产生影响的各项指标参数。并依据这种测试方法提出一套EDFA瞬态响应自动测试的装置。

本发明的核心思想是产生WDM系统可能发生的各种瞬态变化中具有代表性的一种或几种情况对应的扰动激励信号，分别将几种扰动信号输入给被测EDFA，获得最劣的一组瞬态响应指标，做为被测单级EDFA或者WDM系统中多级EDFA级联后的瞬态响应指标。

本发明构造的EDFA瞬态特性测试装置由上位机界面系统和瞬态特性测试装置组成，两者通过通信口进行通信，其中上位机界面系统用于人工选择下设各项测试参数和显示瞬态特性测试结果。瞬态特性测试装置包括下6个部分，其内部结构如图2所示，图2中实心连线表示电路连接，空心连线表示光路连接。

第一部分为信号光源60，这部分可内置在EDFA瞬态特性测试装置中，也可采用外置的信号光源60产生激励。

信号光源60能够模拟出WDM系统中EDFA输入的各种瞬态扰动情况。接受中心控制器50的命令，信号光源60的可输出一组周期性的光脉冲信号做为被测EDFA的扰动输入。

信号光源60发出的光脉冲占空比为50％，周期为100mS固定。光脉冲的高电平包括至少两个波长的光信号，其中一个波长为剩余波长，另一个波长为引起扰动的其他波长，本发明所述EDFA瞬态特性测试装置中扰动波波长固定；低电平仅包括一个剩余信号波长，剩余信号的中心波长可在C波段内任意选择。在其高、低电平时，剩余波长信号的幅值不发生变化。光脉冲的组数、高电平的光功率，高电平与低电平功率比例，剩余信号的中心波长，以及其脉冲沿变化时间可根据设置改变以遍历各种瞬态输入扰动的情况。

第二部分为光滤波器10，光滤波器10接在被测EDFA的输出，光滤波器10的目的是滤出剩余信号，给其后面的光电探测器。由于信号光源60发出的剩余信号中心波长可调协，要求光滤波器10的中心波长也可进行相应的调谐。要求经过光滤波器10能够只滤出剩余信号且尽可能多的滤掉EDFA输出的ASE噪声，否则会影响剩余信号功率探测的精度，所以光滤波器10的-20dB带宽指标应在大于剩余信号谱宽的前提下尽可能窄。

第三部分为光电转换器20，将光滤波器10输出的剩余信号光功率变为电压信号，以便于其后面的录波器30进行采样和录波。EDFA的瞬态响应是一个快速变化的信号，为了不失真的探测出剩余信道的瞬态变化，要求光电转换器20的响应速度必须高出现有EDFA瞬态响应至少一个数量级。

第四部分为录波器30，录波器30对光电转换器20的输出信号进行高速采样，并将采样数据存贮在RAM中。RAM中记录一组完整的瞬态响应波形供判决软件进行计算判决。

第五部分为数据分析器40，可用FPGA电路实现也可利用软件来实现，该部分对录波器30记录的数据进行分析，根据上文图参数定义进行计算，获得相应的OVER SHOOT，UNDER SHOOT，SETTLING TIME等参数，传送给中心控制器50。

第六部分为中心控制器50，通过通信口，它可获得上位机界面系统下设的命令，获取各可变参量的具体数值下设给光源部分。也可响应人机界面的启动、停止命令；它也可将数据分析器40获得的瞬态特性参数传送给上位机人机界面。除了上传下达的通信功能外，中心控制器50还控制、监测装置内的几部分电路协同工作。

本发明所述EDFA瞬态特性测试装置的相对光功率监测精度可达到0.2dB。数据分析器40利用3次连续采样数值之差＜±0.4dB做为依据判决瞬态过程的结束。录波器30部分8us完成一次准确采样。因而本发明所述EDFA瞬态特性测试装置对于EDFA瞬态的上、下冲幅度参数的检测误差＜0.4dB，对于EDFA瞬态建立时间参数的检测误差＜16us。

图3是本发明所述的EDFA瞬态特性指标测试方法，包括下列四个步骤：

第一步：选择EDFA瞬态响应特性测试的信号光源的设置参数。包括以下这些内容：

a)光脉冲数N：

该参数为对被测EDFA输入的每一种扰动信号重复出现的次数。N值越大测试数据的样本数越多，结果计算越准确，但是结果计算的时间越长。一般选N＝10～100次。EDFA的瞬态响应指标为N次测试的最劣结果。

b)高电平的光功率P1和高、低电平功率比值R：

被测EDFA根据其标称增益和饱和输出光功率的不同，其保持增益锁定的输入信号的工作范围也不同，所以对于不同的被测EDFA，P1参数需要进行相应的设置。高电平与低电平功率比例R为输入EDFA的扰动幅度，根据P1和R，可计算出低电平对应的光功率P0。用对数单位表示P0(dBm)＝P1(dBm)-R(dB)。P1和R成对设置，可定义出信号光源60输出的扰动脉冲形状。

扰动信号的幅度变化越大，EDFA瞬态响应越恶劣，所以一般情况下可选择P1＝饱和输出-标称增益，R＝10log(WDM系统最大信道数)，对应EDFA满配置波长输入突变到单波输入情况下进行测试。

本发明的测试装置还可根据具体应用的WDM系统情况，定义多组P1 &R，对EDFA的瞬态特性进行全面测试，找出最坏情况。

c)脉冲沿变化时间Te：

该参数的定义是从信号电平＝脉冲高电平×5％上升到脉冲高电平×95％之间的时间间隔。(脉冲下冲变化时间与上冲变化时间相同)。

该参数反映EDFA输入的扰动信号变化的速度。扰动信号变化的速度越快，EDFA瞬态响应越恶劣。WDM系统中引起瞬态扰动的原因可能是光开关切换、某些信道的激光器开关操作、机架掉电引起的部分信道信号瞬间缺失等。根据上述这些原因分析，目前的WDM系统实际可产生的扰动信号沿变化时间＞100us，所以一般可选择100us的上冲、下冲时间进行测试，对应瞬态最坏情况。

本发明的测试装置也可根据具体应用的WDM系统情况，定义不同的脉冲沿变化时间参数，对EDFA的瞬态特性进行全面测试。

d)剩余信号的中心波长Ws：

EDFA增益谱不能保证完全平坦，其各波长点对应的增益不完全相同，瞬态时，不同的剩余信号获得增益的能力不尽相同，所以即便上述a，b，c参数设置完全相同，选择不同的剩余信号波长，其测试结果也会不同。

由于EDFA的烧孔效应，波长1530.33nm处EDFA的增益最低，其瞬态特性也最差，所以一般可选择剩余信号的中心波长为1530.33nm信号，测试EDFA瞬态的最坏情况。

本发明的瞬态测试装置可在C波段范围内按照ITU-T定义的50GHz间隔80波任意设置剩余信号的中心波长，以便根据具体应用的WDM系统情况，对EDFA的瞬态特性进行精确测试。

除了上述4个必备的激励源参数外，还可根据WDM系统的具体应用情况，增加其他的激励源参数，例如扰动脉冲的上升/下降沿形状(例如非单调或多台阶)、剩余信号的波长个数、脉冲高电平时包含的波长数目及波长选择等。

第二步：测试装置根据第一步选择的参数产生扰动脉冲，做为被测EDFA的输入瞬态激励；

第三步：测试装置不失真的记录在该激励信号发生过程中，EDFA输出的剩余信号的光功率变化情况。

第四步根据第三步记录的数据，计算出上冲(overshoot)、下冲(undershoot)、建立时间(settling time)三组参数，获得EDFA的瞬态特性指标。

下面以一个具体的EDFA瞬态测试为例说明如何利用本发明装置进行EDFA瞬态特性测试的方法：

第一步：连接上位机与EDFA瞬态测试装置的通信口，打开装置电源和上位机界面系统。用光纤跳线连接EDFA瞬态测试装置和被测EDFA(增益＝20dB，饱和输出光功率＝20dBm)。

第二步：在上位机界面上设置第一组瞬态测试的激励条件参数：

N＝100次

P1＝0dBm，R＝22dB(模拟80波满配输入突变为1波的瞬态，且剩余1波的功率较弱)

Te＝500us(模拟WDM系统中光开关切换引起的EDFA输入光功率突变)

Ws＝1530.33nm(剩余波的中心波长选择1530.333nm)

第三步：在上位机界面上下发测试开始命令，等待返回测试结果，获得第一次激励条件下的瞬态响应指标。

第四步：获得测试结果后，在上位机界面上设置第二组瞬态测试的激励条件参数：

N＝100次

P1＝0dBm，R＝19dB(模拟80波满配输入突变为1波的瞬态)

Te＝150us(模拟WDM系统中激光器关断引起的EDFA输入光功率突变)

Ws＝1530.33nm(剩余波的中心波长选择1530.33nm)

第五步：在上位机界面上下发测试开始命令，等待返回测试结果，获得第二次激励条件下的瞬态响应指标。

第六步：在上位机界面上设置第三组瞬态测试的激励条件参数：

N＝100次

P1＝-2dBm，R＝19dB(模拟80波满配输入突变为1波的瞬态，满配输入时的光功率稍低)

Te＝100us(模拟WDM系统中部分信号光源60所在机架突然掉电引起的EDFA输入光功率突变)

Ws＝1530.33nm(剩余波的中心波长选择1530.33nm)

第七步：在上位机界面上下发测试开始命令，等待返回测试结果，获得第三次激励条件下的瞬态响应指标。

重复上述二到七步，分别将Ws参数改为Ws＝1529.16nm和Ws＝1560.61nm，再做两组瞬态测试。

第八步：对所有测试结果做分析，选择最差一组参数做为被测EDFA的瞬态特性指标。

本发明明确的规范出EDFA瞬态特性各项指标的定义，并且提出了对测试EDFA瞬态特性的输入激励信号的详细要求和定义，规范了一个普遍适用的EDFA瞬态特性的测试和评价方法。本发明所述的的EDFA瞬态特性测试装置也大大提高了EDFA瞬态测试的准确性和便捷性。

Claims

1.一种EDFA瞬态特性指标测试装置，包括上位机界面系统和瞬态特性测试装置，其特征在于，所述瞬态特性测试装置具体包括光滤波器(10)、光电转换器(20)、录波器(30)、数据分析器(40)和中心控制器(50)；

所述光滤波器(10)对被测EDFA的输出信号滤波，滤出剩余信号后，将滤波后信号传输至光电探测器；

所述光电转换器(20)将所述光滤波器(10)输出的所述剩余信号光功率变为电压信号，传输至录波器(30)进行采样和录波；

所述录波器(30)对所述光电转换器(20)的输出信号采样，并将采样数据存储在RAM中；

所述数据分析器(40)对所述录波器(30)记录的数据进行分析，根据上文图参数定义进行计算，获得相应的上冲、下冲和建立时间参数，传送给所述中心控制器(50)；

所述中心控制器(50)通过通信端口获得上位机界面系统下设的命令，获取各可变参量的具体数值下设给光源部分；响应人机界面的启动、停止命令；并将所述数据分析器(40)获得的瞬态特性参数传送给上位机人机界面，并控制、监测所述光电转换器(20)、录波器(30)、数据分析器(40)的协同工作。

2.根据权利要求1所述的EDFA瞬态特性指标测试装置，其特征在于，还包括信号光源(60)，所述信号光源(60)输出周期性的光脉冲信号用作被测EDFA的扰动输入。

3.根据权利要求2所述的EDFA瞬态特性指标测试装置，其特征在于，所述信号光源(60)发出的光脉冲占空比为50％，周期为100mS固定。

4.一种EDFA瞬态特性指标测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：选择EDFA瞬态响应特性测试的信号光源(60)的设置参数，并+根据所选择的设置参数产生扰动脉冲，用作被测EDFA的输入瞬态激励信号；

5.根据权利要求4所述的EDFA瞬态特性指标测试方法，其特征在于，在步骤一中，所述设置参数具体包括：光脉冲数N：该参数为对被测EDFA输入的每一种扰动信号重复出现的次数；高电平的光功率和高、低电平功率比值；脉冲沿变化时间；剩余信号的中心波长。

6.根据权利要求5所述的EDFA瞬态特性指标测试方法，其特征在于，所述脉冲沿变化时间是信号电平从脉冲高电平×5％上升到脉冲高电平×95％所需要的时间。

7.根据权利要求5所述的EDFA瞬态特性指标测试方法，其特征在于，所述光脉冲数N的取值范围是：N＝10～100次。

8.根据权利要求5所述的EDFA瞬态特性指标测试方法，其特征在于，所述高电平与低电平功率比例为输入EDFA的扰动幅度，根据高电平的光功率和高、低电平功率比值，可计算出低电平对应的光功率，计算方式为：光功率＝高电平光功率-高电平功率/低电平功率。

9.根据权利要求5或8所述的EDFA瞬态特性指标测试方法，其特征在于，所述高电平的光功率＝饱和输出-标称增益，高、低电平功率比值＝10log(WDM系统最大信道数)。

10.根据权利要求4所述的EDFA瞬态特性指标测试方法，其特征在于，还包括扰动脉冲的上升/下降沿形状、剩余信号的波长个数、脉冲高电平时包含的波长数目及波长选择参数。