CN101141203B - 光传输系统中光放大器增益噪声补偿装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光传输系统中光放大器增益噪声补偿装置和方法，所述方法包括：步骤1：增益控制模块根据定标数据，获取当前补偿系数，并将补偿系数传输至入光功率检测模块；步骤2：入光功率检测模块对入光功率进行功率修正；步骤3：增益控制模块根据出入光功率计算增益；若增益锁定，执行步骤2；若增益过强，按步长减小驱动电流，返回步骤2；若增益过弱，按步长增大驱动电流，返回步骤2。采用本发明实现了噪声功率补偿，从而达到真正的信号增益锁定的目的，不仅方案简单、实现成本极低，同时在工程应用上也方便、灵活，具有很大的实际应用价值。

Description

光传输系统中光放大器增益噪声补偿装置和方法

技术领域

本发明涉及光传输系统，尤其是涉及一种在光传输系统中的光放大器增益噪声的补偿装置和方法。

背景技术

光通讯技术的产生和发展，极大的带动了整个通讯行业的发展，从而进一步推动了社会经济的进步。在光通讯技术的发展中，光放大器是一个不可或缺的技术，光放大器能极大的延长传输距离、降低系统成本、并且对信号的格式和速率具有高度的透明性，使得整个系统更加简单、健壮、灵活、高效、低廉。而掺饵光纤放大器(EDFA，Erbium Doped Fiber Amplifier)的研制成功，是光通信发展的一个里程碑。它的出现打破了光纤通信传输距离受光纤损耗的限制，使全光通信距离延长至上千公里，为光纤通信带来了革命性的变化。EDFA自身具有以下优点：对数据格式和速率透明；增益大噪声小，噪声系数接近量子极限；直接对光信号进行放大，省去电再生中继器，节省了成本；增益带宽大，扩大了传输容量。这些优点使得EDFA在光通信中得到了最为广泛的应用。

虽然噪声小是EDFA的优点之一，但是当放大光信号减小到一定程度的时候，EDFA的噪声对信号增益仍然具有较大的影响。在实际的EDFA增益控制中，通常依据对EDFA的输入、输出总光功率的检测，来达到增益控制的目的。但是在长跨距传输等的应用中，入光信号功率非常小，这时EDFA的输出光中，自发辐射(ASE，Amplified Spontaneous Emission)噪声占了相当大的比例。如果仍然按照原有的增益控制方法，将会导致实际的信号功率得不到预期中的放大，这种累积效应会随着传输线路上放大器数目的增加而增大，从而影响系统的整体性能，使传输参数偏离优化值，降低光信号的信噪比。

具体来讲，EDFA的输出功率为：P_Total＝P_Signal+P_ASE，在输入光功率较大信号时，由于P_Signal较大，P_ASE功率所占比例很小，信号增益的偏差并不大，

$G_{\mathrm{Total}}=\frac{{(P_{\mathrm{Signal}}+P_{\mathrm{ASE}})}_{\mathrm{OUT}}}{{\left(P_{\mathrm{Signal}}\right)}_{\mathrm{IN}}}\≈\frac{{\left(P_{\mathrm{Signal}}\right)}_{\mathrm{OUT}}}{{\left(P_{\mathrm{Signal}}\right)}_{\mathrm{IN}}}=G_{\mathrm{Signal}};$

而在小信号时，由于P_Signal较小，P_ASE功率所占比例很大，所以增益的偏差较大，

$G_{\mathrm{Total}}=\frac{{(P_{\mathrm{Signal}}+P_{\mathrm{ASE}})}_{\mathrm{OUT}}}{{\left(P_{\mathrm{Signal}}\right)}_{\mathrm{IN}}}>>\frac{{\left(P_{\mathrm{Signal}}\right)}_{\mathrm{OUT}}}{{\left(P_{\mathrm{Signal}}\right)}_{\mathrm{IN}}}=G_{\mathrm{Signal}}.$

在这种情况下，通常需要提高泵浦输出功率，来补偿ASE造成的增益下降。ASE补偿的量为(以dB为单位)：

$P_{\mathrm{ASE}}\left(\mathrm{dB}\right)=10*\log \left(\frac{P_{\mathrm{Total}}}{P_{\mathrm{Signal}}}\right)=10*\log (1+\frac{P_{\mathrm{ASE}}}{P_{\mathrm{IN}}*G})$

P_ASE(dB)与输入有关，与增益有关，这也是总增益和信号增益的差，因此在单板设计中必须考虑这种差异，进行小信号噪声补偿。

目前实现小信号噪声补偿的主要方法是纯信号控制(SC，Signal Control)方法，通过引入光滤波器(如图1所示)检测实际信号功率，并滤除噪声光，以控制EDFA的增益。在该光滤波器中，含有参考信号源的入光经分光单元10将部分入光分到波长选择器40，波长选择器40将放大前的参考信号功率检出后送到信号功率检测器60，信号功率检测器60检测出参考信号的功率值；与此同时，入光经过功率放大模块20后，分光单元30将放大后的光信号分出部分到波长选择器50，波长选择器50将放大后的参考信号检出后送到信号检测器80，信号功率监测器80检测出放大后的参考信号功率值；计算及控制单元70根据信号功率检测器60和80的检测值执行对功率放大模块20的增益控制，实现信号的锁定。

可以看出，这种通过引入光滤波器来达成小信号噪声补偿的方式虽然有效，但是成本非常高，同时需要有参考波长的信号作为增益锁定用的参考信号，具体实现上难度很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术存在的硬件实现小信号噪声补偿成本高、具体实现难度大的缺点，以期提出一种低成本、容易实现的光传输系统中光放大器增益噪声补偿装置和方法。

本发明提出了一种光传输系统中光放大器增益噪声补偿装置，包括下述模块：

功率补偿模块、增益控制模块、入光功率检测模块、EDFA光增益模块，以及，出光功率检测模块；

所述增益控制模块根据定标数据计算功率补偿系数，并将所述功率补偿系数传输至所述功率补偿模块；

所述入光功率检测模块检测当前入光功率，输出入光功率值至所述功率补偿模块，输出待放大入光至所述EDFA光增益模块；

所述功率补偿模块根据入光功率检测模块的检测值，使用所述功率补偿系数对入光/出光修正，将已修正入光值输出至所述增益控制模块；

所述增益控制模块根据出光功率及已修正入光功率执行计算，并相应地控制所述EDFA光增益模块；

所述EDFA光增益模块根据所述增益控制模块的控制信号对待放大入光进行放大，并输出给所述出光功率检测模块；

所述出光功率检测模块检测当前入光功率，传输出光功率值至所述增益控制模块，并向外输出出光。

在本发明所述装置中，所述功率补偿模块和所述增益控制模块均由软件模块和/或者可编程器件实现。

在本发明所述装置中，所述入光功率检测模块和出光功率检测模块包括，PD检测电路、I/V转换和放大电路。

在本发明所述装置中，所述放大电路包括线性放大器或者对数放大器。

本发明还提出了一种光传输系统中光放大器增益噪声补偿方法，包括以下步骤：

步骤1：增益控制模块根据定标数据，获取当前补偿系数，并将补偿系数传输至功率补偿模块；

步骤2：功率补偿模块对入光功率进行功率修正；

步骤3：增益控制模块根据出入光功率计算增益；若增益锁定，执行步骤2；若增益过强，按步长减小驱动电流，返回步骤2；若增益过弱，按步长增大驱动电流，返回步骤2。

在本发明所述方法中，还包括以下步骤，在功率补偿模块最终完成功率修正后，将修正后的入光功率值送入增益控制模块，增益控制模块在获取出光功率后根据当前增益对EDFA光增益模块执行增益锁定控制。

本发明所述方法通过定标操作，找出对应增益的补偿系数，然后通过对出/入光检测电路的检测结果做出修正，实现了噪声功率补偿，从而达到真正的信号增益锁定的目的。采用本发明不仅方案简单、实现成本极低，同时在工程应用上也方便、灵活，具有很大的实际应用价值。

附图说明

图1是作为现有技术纯信号补偿方案结构图；

图2是本发明所述光传输系统中光放大器增益噪声补偿装置结构图；

图3是本发明所述光传输系统中光放大器增益噪声补偿方法流程。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明所述方法和装置主要基于以下分析：

EDFA噪声(线性单位)： $\mathrm{NF}\left(v\right)=\frac{\mathrm{Pase}}{\mathrm{Ghv}{B}_0}+\frac{1}{G}$

式中NF为噪声指数，Pase为ASE功率，G为增益，h为普朗克常数，v为频率，可以取中心频率，B₀为带宽。

一般EDFA增益在10dB以上，1/G可以忽略，对于不同波长，认为NF不变。

那么ASE功率为：

Pase＝NF*G*hvB₀

对于NF，如果增益一定，可以认为是常数，而对于hvB₀，也可以认为是常数，这样EDFA的ASE功率将只与增益有关，如果增益是固定的，ASE功率同样也就是固定的。

上述分析的结果说明：可以通过定标操作，找出对应增益的补偿系数，通过对出/入光检测电路的检测结果做出修正，就能够达到噪声功率补偿，实现真正的信号增益锁定的目的。

本发明即是根据上述分析，采取有效措施对光功率进行补偿的，本发明所述方法可以有效满足通信设备标准(《光波分复用系统》系列标准YDN120，YD1274等)要求。

本发明中所述光传输系统中光放大器增益噪声补偿装置(如图2所示)包括功率补偿模块12、增益控制模块22、入光功率检测模块32、EDFA光增益模块42以及出光功率检测模块52。

所述功率补偿模块12可以使用软件模块或者可编程器件实现。

所述增益控制模块22可以使用软件模块或者可编程器件实现。

所述入光功率检测模块32可以采用常见的PD检测电路和I/V转换及放大电路实现，其中，放大部分可以采用线性或者对数放大器。

所述出光功率检测模块52可以采用常见的PD检测电路加I/V转换及放大电路实现，其中，放大部分可以采用线性或者对数放大器。

下面以正常工作的增益锁定情况来加以说明系统如何进行小信号增益锁定及相关处理的情况：

所述增益控制模块22根据定标数据计算功率补偿系数，并将此参数下发给所述功率补偿模块12；

所述入光功率检测模块32检测当前入光功率，输出入广功率值给所述功率补偿模块12，输出待放大入光给所述EDFA光增益模块42；

所述功率补偿模块12根据入光功率检测模块32的检测值，使用补偿系数对入光/出光执行修正，将修正入光值输出到所述增益控制模块22；

所述增益控制模块22根据出光功率及修正后的入光功率执行计算，并执行对所述EDFA光增益模块42的相应控制。

所述EDFA光增益模块42根据所述增益控制模块22输入的控制信号，对待放大入光进行放大，并输出给所述出光功率检测模块52；

所述出光功率检测模块52检测当前入光功率，输出出光功率值给所述增益控制模块22，同时向外输出出光。

根据本发明所述的上述装置，可以看出，在光传输系统中光放大器增益噪声补偿方法中，包括了以下几个步骤(如图3所示)：

步骤1：增益控制模块22根据定标数据，获取当前补偿系数；

步骤2：增益控制模块22将补偿系数传递给功率补偿模块12；

步骤3：功率补偿模块12对入光功率进行功率修正；

步骤4：增益控制模块22根据出入光功率计算增益；

步骤5：若增益锁定，执行步骤3；否则执行步骤6；

步骤6：若增益过强，按步长减小驱动电流，回到步骤3；否则执行步骤7；

步骤7：若增益过弱，按步长增大驱动电流，回到步骤3。

上述步骤可以归纳为以下三个步骤：

步骤1：增益控制模块根据定标数据，获取当前补偿系数，并将补偿系数传输至入光功率检测模块；

步骤2：功率补偿模块对入光功率进行功率修正；

步骤3：增益控制模块根据出入光功率计算增益；若增益锁定，执行步骤2；若增益过强，按步长减小驱动电流，返回步骤2；若增益过弱，按步长增大驱动电流，返回步骤2。

本发明所述方法在入光功率检测模块32检测入光功率并由功率补偿模块12执行功率补偿后，将补偿后的入光功率值送入增益控制模块22，增益控制模块22在获取出光检测后即可根据当前增益对EDFA执行增益锁定控制。

本发明是基于理论推导的结论，通过对出/入光检测电路的修正，达到噪声功率补偿，实现真正的信号功率增益控制的目的。

利用本发明所述装置和方法，真正实现信号增益控制的目的，同时工程应用方便、灵活，具有比较大的应用价值。

参照本发明所述方法的流程图，上述过程循环执行即可对当前输入的噪声功率进行增益补偿，从而达到在允许范围内无论输入光信号如何变化，均能够执行正确的增益锁定的要求。

Claims (6)

1.一种光传输系统中光放大器增益噪声补偿装置，其特征在于，包括：

功率补偿模块(12)、增益控制模块(22)、入光功率检测模块(32)、EDFA光增益模块(42)，以及，出光功率检测模块(52)；

所述增益控制模块(22)根据标称增益计算功率补偿系数，并将所述功率补偿系数传输至所述功率补偿模块(12)；

所述入光功率检测模块(32)检测当前入光功率，输出入光功率值至所述功率补偿模块(12)，输出待放大入光至所述EDFA光增益模块(42)；

所述功率补偿模块(12)根据入光功率检测模块(32)的检测值，使用所述功率补偿系数对入光修正，将已修正入光值输出至所述增益控制模块(22)；

所述增益控制模块(22)根据出光功率及已修正入光功率执行计算，并相应地控制所述EDFA光增益模块(42)；

所述EDFA光增益模块(42)根据所述增益控制模块(22)的控制信号对待放大入光进行放大，并输出给所述出光功率检测模块(52)；

所述出光功率检测模块(52)检测当前入光功率，传输出光功率值至所述增益控制模块(22)，并向外输出出光。

2.根据权利要求1所述的光传输系统中光放大器增益噪声补偿装置，其特征在于，所述功率补偿模块(12)和所述增益控制模块(22)均由软件模块和/或者可编程器件实现。

3.根据权利要求1所述的光传输系统中光放大器增益噪声补偿装置，其特征在于，所述入光功率检测模块(32)和出光功率检测模块(52)包括PD检测电路、I/V转换和放大电路。

4.根据权利要求3所述的光传输系统中光放大器增益噪声补偿装置，其特征在于，所述放大电路包括线性放大器或者对数放大器。

5.一种光传输系统中光放大器增益噪声补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：增益控制模块(22)根据标称增益，获取当前补偿系数，并将补偿系数传输至功率补偿模块(12)；

步骤2：功率补偿模块(12)对入光功率进行功率修正；

步骤3：增益控制模块(22)根据出入光功率计算增益；若增益锁定，执行步骤2；若增益过强，按步长减小驱动电流，返回步骤2；若增益过弱，按步长增大驱动电流，返回步骤2。

6.根据权利要求5所述的光传输系统中光放大器增益噪声补偿方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在功率补偿模块(12)最终完成功率修正后，将修正后的入光功率值送入增益控制模块(22)，增益控制模块(22)在获取出光功率后根据当前增益对EDFA光增益模块(42)执行增益锁定控制。

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