CN101141204B - 一种光传输系统中光放大器增益控制的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光传输系统中光放大器增益控制的方法，包括：步骤1，增益控制模块根据当前出光功率和入光功率计算当前增益误差，如果当前增益误差大于精度阈值，执行步骤2，否则执行步骤3；步骤2，增益控制模块执行快速增益控制，完成后执行步骤1；步骤3，增益积分调整模块对当前增益误差进行积分，并判断积分值是否达到调整阈值，如果是，进行增益微调，并执行步骤1，否则执行步骤1。本发明能够在基本不增加系统成本的前提下实现系统性能的提升，增强了系统的稳定性和可靠性，具有良好的应用前景和使用价值。本发明能够提高单级系统的控制精度，有效避免多级系统中增益调整的湮没效应。

Description

一种光传输系统中光放大器增益控制的方法及装置

技术领域

本发明涉及光传输系统中的光放大器，尤其涉及一种光传输系统中光放大器增益控制的方法及装置。

背景技术

光放大器，尤其是掺饵光纤放大器(EDFA)的出现加速了光通信的发展，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，省去了电再生中继器，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广泛的应用。

但是，由于EDFA自身属于使用偏置电流控制其增益特性，因而，其控制环路的特性将决定单级、多级系统的增益锁定特性。特别是多级系统的特性，给EDFA控制环路的设计人员提出了新的挑战。

目前广泛使用的电路控制环路虽然有结构简单、跟随速度快等优点，但是在增益控制灵活性方面比较差，同时在多级系统特别是多级环路系统中，容易在外部干扰的情况下发生系统性的震荡，从而限制了其扩展能力。

数字控制系统的出现虽然解决了控制的灵活性问题，但是数字控制系统的精度问题却不容易解决，快速调整精度过高容易造成系统震荡，如果精度稍低则容易造成在多级级联系统中产生增益调整的“湮没”效应：单级的光放大器增益调整精度都满足设计指标，但是在经过若干级光放大器后，增益调整影响消失。具体如图1所示：

入光经过光放大器10后，光放大器10的增益锁定精度为±e(1)，光放大器10的出光经过线路11到达光放大器20，光放大器20的增益锁定精度为±e(2)，光放大器20的出光经过路线21……路线22，n级放大到达光放大器30，光放大器30的增益锁定精度为±e(n)。

在此多级系统中，如果在光放大器10实施增益调整动作，则由于出光功率的调整具有方向性，因此将会导致后续光放大器的增益偏差值偏向同一个方向，最终的增益偏差就可以表达为：

$G_{\mathrm{error}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}e\left(i\right)$

公式中，e(i)为第i级放大器的增益控制允许的误差值。

即使按照e(i)平均为0.1dB的精度而言，在现在的长途传输网络中，20个节点的增益调整误差已经达到了0.1*40＝4dB，这个结果是光传输系统不可接受的结果。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种光传输系统中光放大器增益控制的方法及装置，解决如何提高单级系统的控制精度，以及如何避免多级系统中增益调整的湮没效应。

本发明提供了一种光传输系统中光放大器增益控制的方法，包括：

步骤1，增益控制模块根据当前出光功率和入光功率计算当前增益误差，如果当前增益误差大于精度阈值，执行步骤2，否则执行步骤3；

步骤2，增益控制模块执行快速增益控制，完成后执行步骤1；

步骤3，增益积分调整模块对当前增益误差进行积分，并判断积分值是否达到调整阈值，如果是，增益控制模块进行增益微调，并执行步骤1，否则执行步骤1。

步骤2中，增益误差按照下式计算：

e_(n)＝G_(n)-G_(d)；其中，e_(n)表示当前增益误差，G_(n)表示当前实际增益，G_(d)表示目标增益。

步骤3中，按照下式对当前增益误差进行积分：

I_(n)＝I_(n-1)+e_(n)；I_(n)表示当前增益积分值；I_(n-1)表示历史增益积分值；e_(n)表示当前增益误差。

所述调整阈值包括正调整阈值和负调整阈值。

步骤3中，若积分值达到正调整阈值，则积分值减去阈值，并进行增益微调；若积分值达到负调整阈值，则积分值加上阈值绝对值，进行增益微调。

进行增益微调时，增益积分调整模块根据积分方向，确定精细调整方向并做高精度调整。

本发明提供了一种光传输系统中光放大器增益控制的系统，包括：入光功率检测模块，增益控制模块，增益积分调整模块，光增益模块，以及出光检测模块；

所述增益控制模块，用于根据当前出光功率和入光功率计算当前增益误差，并判断当前增益误差是否大于精度阈值，如果当前增益误差大于精度阈值，则执行快速增益控制；否则触发所述增益积分调整模块；

所述增益积分调整模块，用于对当前增益误差进行积分，并判断积分值是否达到调整阈值，如果是，触发所述增益控制模块进行增益微调；

其中，所述入光功率检测模块分别与所述增益控制模块和光增益模块连接，出光功率检测模块分别与所述增益控制模块和光增益模块连接，所述增益控制模块还分别与光增益模块和增益积分调整模块连接，所述入光功率检测模块用于检测入光功率，所述出光功率检测模块用于检测出光功率，所述增益控制模块对所述光增益模块进行所述快速增益控制和增益微调。

所述入光功率检测模块和出光功率检测模块采用PD检测电路加电流/电压转换及放大电路实现。

所述放大电路是线性或者对数放大器。

所述增益控制模块和增益积分调整模块采用软件模块或者可编程器件或者电路实现。

所述光增益模块为EDFA光增益模块。

所述增益控制模块按照下式计算增益误差：

e_(n)＝G_(n)-G_(d)；其中，e_(n)表示当前增益误差，G_(n)表示当前实际增益，G_(d)表示目标增益。

所述增益积分调整模块按照下式对当前增益误差进行积分：

I_(n)＝I_(n-1)+e_(n)；I_(n)表示当前增益积分值；I_(n-1)表示历史增益积分值；e_(n)表示当前增益误差。

本发明能够在基本不增加系统成本的前提下实现系统性能的提升，增强了系统的稳定性和可靠性，具有良好的应用前景和使用价值。本发明能够提高单级系统的控制精度，有效避免多级系统中增益调整的湮没效应。

附图说明

图1是数字控制系统增益控制框图；

图2是增益精确控制流程图；

图3为增益精确控制系统框图；

图4为利用图3所示系统进行增益精确控制的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步的详细描述。

本发明需要解决的问题在于克服数字系统控制中增益逐级湮没的不足，提出了一种采用数字积分校正增益误差的方法，该方法能够精确锁定本级及多级系统的增益偏差，使得长途传输系统中的增益能够准确传递到下一级系统。

为实现上述目的，本发明了提出了一种增益精确控制的方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤201、开始增益控制。

步骤202、增益控制模块根据当前出入光功率计算当前增益是否超过精度阈值，超过则进入步骤203，否则执行步骤204；

步骤202的增益误差计算公式如下：

e_(n)＝G_(n)-G_(d)；

式中：

e_(n)表示当前增益误差；

G_(n)表示当前实际增益；

G_(d)表示目标增益。

步骤203、进行增益锁定控制。增益控制模块执行快速增益控制操作，完成后返回步骤202。

步骤204、增益积分调整模块对增益误差进行积分计算。

步骤204的增益积分调整模块计算实现如下：

I_(n)＝I_(n-1)+e_(n)；

式中：

I_(n)表示当前增益积分值；

I_(n-1)表示历史增益积分值；

e_(n)表示当前增益误差。

步骤205、若积分值达到设定的正调整阈值，则积分值减去阈值，执行步骤206；若积分值达到设定的负调整阈值，则积分值加上阈值绝对值，执行步骤206；否则返回步骤202。

步骤206、根据积分方向，确定精细调整方向并做高精度调整，回到步骤202。

该方法在检测出入光功率并计算误差后，根据误差是否满足设定的最小精度确定是采用快速的增益调整还是执行精细的增益微调整。且最终的增益微调整将使得多级系统的增益微小误差具有随机分布的特性，从而使得整体增益调整的精度大大提高。

图3是本发明中提供的光放大器增益控制系统，包括入光功率检测模块310，增益控制模块320，增益积分调整模块330，EDFA光增益模块340，以及出光检测模块350。

所述入光功率检测部分可以采用常见的PD检测电路加电流/电压(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。

所述增益控制模块可以使用软件模块或者可编程器件或者电路实现。

所述的增益积分调整模块可以采用软件模块或者可编程器件或者电路实现。

所述出光功率检测部分可以采用常见的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。

所述光增益模块，一般基于EDFA来实现。

下面以正常工作中的增益控制情况来加以说明，如何利用图3中的系统进行高精度的增益控制使得系统达到高精度增益控制，如图4所示：

步骤401，入光功率检测模块310检测当前入光功率；

步骤402，出光功率检测模块350检测当前出光功率；

步骤403，增益控制模块320根据当前设定的增益对光增益模块40进行快速控制；

步骤404，增益积分调整模块330根据历次误差积分计算，判定是否产生高精度调整，若产生调整，将调整控制量传递给增益控制模块320；

步骤405，增益控制模块320根据增益积分调整模块330的控制量计算控制结果；

步骤406，增益控制模块320根据计算结果，执行对光增益模块340的相应控制。

参照图2所示的流程，上述过程循环执行即可对本级系统的增益实施高精度的增益控制。由于积分项的存在，使得其控制精度可以达到与理论计算值高度吻合的状态，从而保证了增益锁定的0误差。

本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (13)

1.一种光传输系统中光放大器增益控制的方法，其特征在于，包括：

步骤1，增益控制模块根据当前出光功率和入光功率计算当前增益误差，如果当前增益误差大于精度阈值，执行步骤2，否则执行步骤3；

步骤2，增益控制模块执行快速增益控制，完成后执行步骤1；

步骤3，增益积分调整模块对当前增益误差进行积分，并判断积分值是否达到调整阈值，如果是，增益控制模块进行增益微调，并执行步骤1，否则执行步骤1。

2.如权利要求1所述的光传输系统中光放大器增益控制的方法，其特征在于，步骤2中，增益误差按照下式计算：

e_(n)＝G_(n)-G_(d)；其中，e_(n)表示当前增益误差，G_(n)表示当前实际增益，G_(d)表示目标增益。

3.如权利要求1所述的光传输系统中光放大器增益控制的方法，其特征在于，步骤3中，按照下式对当前增益误差进行积分：

I_(n)＝I_(n-1)+e_(n)；I_(n)表示当前增益积分值；I_(n-1)表示历史增益积分值；e_(n)表示当前增益误差。

4.如权利要求3所述的光传输系统中光放大器增益控制的方法，其特征在于，所述调整阈值包括正调整阈值和负调整阈值。

5.如权利要求4所述的光传输系统中光放大器增益控制的方法，其特征在于，步骤3中，若积分值达到正调整阈值，则积分值减去阈值，并进行增益微调；若积分值达到负调整阈值，则积分值加上阈值绝对值，进行增益微调。

6.如权利要求1至5任意一项所述的光传输系统中光放大器增益控制的方法，其特征在于，进行增益微调时，增益积分调整模块根据积分方向，确定精细调整方向并做高精度调整。

7.一种光传输系统中光放大器增益控制的系统，其特征在于，包括：入光功率检测模块，增益控制模块，增益积分调整模块，光增益模块，以及出光检测模块；

所述增益控制模块，用于根据当前出光功率和入光功率计算当前增益误 差，并判断当前增益误差是否大于精度阈值，如果当前增益误差大于精度阈值，则执行快速增益控制；否则触发所述增益积分调整模块；

所述增益积分调整模块，用于对当前增益误差进行积分，并判断积分值是否达到调整阈值，如果是，触发所述增益控制模块进行增益微调；

其中，所述入光功率检测模块分别与所述增益控制模块和光增益模块连接，出光功率检测模块分别与所述增益控制模块和光增益模块连接，所述增益控制模块还分别与光增益模块和增益积分调整模块连接，所述入光功率检测模块用于检测入光功率，所述出光功率检测模块用于检测出光功率，所述增益控制模块对所述光增益模块进行所述快速增益控制和增益微调。

8.如权利要求7所述的光传输系统中光放大器增益控制的系统，其特征在于，所述入光功率检测模块和出光功率检测模块采用PD检测电路加电流/电压转换及放大电路实现。

9.如权利要求8所述的光传输系统中光放大器增益控制的系统，其特征在于，所述放大电路是线性或者对数放大器。

10.如权利要求7述的光传输系统中光放大器增益控制的系统，其特征在于，所述增益控制模块和增益积分调整模块采用软件模块或者可编程器件或者电路实现。

11.如权利要求7述的光传输系统中光放大器增益控制的系统，其特征在于，所述光增益模块为EDFA光增益模块。

12.如权利要求7述的光传输系统中光放大器增益控制的系统，其特征在于，所述增益控制模块按照下式计算增益误差：

e_(n)＝G_(n)-G_(d)；其中，e_(n)表示当前增益误差，G_(n)表示当前实际增益，G_(d)表示目标增益。

13.如权利要求7述的光传输系统中光放大器增益控制的系统，其特征在于，所述增益积分调整模块按照下式对当前增益误差进行积分：

I_(n)＝I_(n-1)+e_(n)；I_(n)表示当前增益积分值；I_(n-1)表示历史增益积分值；e_(n)表示当前增益误差。 

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