CN101145878B - Wdm系统级瞬态优化控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种WDM系统级瞬态优化控制方法和系统，该方法包括以下步骤：根据系统配置，获取瞬态控制参数；将瞬态控制参数下发给各级放大器；WDM发送端接收到瞬态模拟发生指令后，产生实际功率转换波形，并输出到WDM传输系统的首级放大器；实际功率转换波形经过各级放大器到达WDM接收端，在WDM接收端获得实际瞬态响应波形；将实际瞬态响应波形与接收机实际设置工作点进行比较，以得到各级放大器的瞬态控制参数，并将控制调整参数下发给各级放大器；以及重复以上步骤，直到获得目标瞬态控制波形。本发明可以优化WDM系统级瞬态控制效果，同时工程应用方便、灵活，具有比较大的应用价值。

Description

WDM系统级瞬态优化控制方法和系统

技术领域

本发明涉及一种在光传输系统中的光放大器瞬态控制的系统级优化控制方法，尤其涉及在实现长距离多跨段光传输系统中，多级光放大器级联情况下的系统级瞬态控制效果最优化。

背景技术

光放大器，尤其是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，EDFA自身一些固有特性所导致的不利因素，也给设计人员提出了挑战。其中的一个主要问题就是EDFA增益瞬态响应的问题。如果通过EDFA的光通道数增加或减少、无源损耗变化、网络保护倒换，那么通道功率就会产生亚微秒量级的扰动。特别是在光通道数减少时，这个问题尤为严重。如果不能对功率波动进行足够的控制和补偿，累积效应会随着传输线路上放大器数目的增加而增大，这有可能会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，同时过大的光功率还会引起非线性效应，如自相位调制和四波混频。

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

图1中由上至下第一条曲线为使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。第二条曲线是对应该输入，EDFA输出的剩余信道的光功率变化曲线。第三条线是0电平基准。

上冲(overshoot)＝Mn/Bn

下冲(undershoot)＝mn/Bn

其中，n代表输入信号的N次扰动，Mn代表在此过程中，剩余信道光功率的最大值。mn代表在此过程中，剩余信道光功率的最小值。Bn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，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±0.5dB之内。建立时间表明EDFA瞬态响应对剩余信道影响的时间指标。

波分复用(WDM)系统的一个显著的难点就是如何克服EDFA(掺饵光纤放大器)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Long-haul及UltraLong-haul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。综上所述，提高EDFA瞬态响应指标已经称为EDFA的主要研究方向。

为了解决WDM系统中的瞬态效应问题，众多的研究机构已经提出了各自的解决方案，归纳起来主要有以下两种方案：提高单级EDFA的瞬态控制能力，达到单级瞬态指标的最优化；和提高光接收机对于瞬态冲击的承受能力，包括提高接收机的过载点和降低灵敏度点两个方面。

目前，两种方案都得到了许多具体应用实现。其中单级EDFA的瞬态控制效果可以达到过冲幅度(overshoot)小于1dB，建立稳定时间(settling time)小于1ms。接收机的过载点和灵敏度点之间间隔可以达到20dB以上。

但是现有方案比较复杂，成本很高。尤其是对于单级EDFA的瞬态控制方面，由于应用环境复杂，很难满足所有工作条件下的瞬态指标要求，比如不同增减波幅度、不同的增减波速度、不同的增减波波长、不同的剩余工作波长(surviving channel)、不同的入光信噪比等等，很难达到各种条件下同时达到最优的控制效果。

而同时，WDM系统的最终应用也不是单级放大这么简单，在长距离传出系统中，单向传输可以包括20级以上的光放大单元级联，光放大器级联以后的瞬态效应问题更加复杂。

目前单级EDFA瞬态控制的主要困难在于：增减波幅度；增减波速率；增减波过程发生很难快速、准确判决；以后的技术大多采用快速采样、判决的方法，判决延时取决于采样的速度和判决的门限。从瞬态发生到判决，往往会有几十微秒的延时；输入信号信噪比，在WDM系统中，每级EDFA正常工作情况下的输入信号信噪比不同；级联效果未知，只能依赖于单级控制效果。

针对上述问题，为了实现真正的瞬态控制，需要提供一种简化单级控制难度，优化系统级瞬态控制效果的方案。

发明内容

本发明的目的在于从WDM系统级因素考虑，通过配置各级EDFA控制参数，简化单级控制难度，优化系统级瞬态控制效果的方法，实现真正的瞬态控制。

根据本发明的一个方面，提供了一种WDM系统级瞬态优化控制方法，该方法包括以下步骤：瞬态响应系统优化管理模块根据系统配置，获取瞬态控制参数；瞬态响应系统优化管理模块将瞬态控制参数下发给各级放大器；WDM发送端接收到来自瞬态响应系统优化管理模块的瞬态模拟发生指令后，产生实际功率转换波形，并输出到WDM传输系统的首级放大器；实际功率转换波形经过各级放大器到达WDM接收端，在WDM接收端获得实际瞬态响应波形；瞬态响应系统优化管理模块将实际瞬态响应波形与接收端实际设置工作点进行比较，以得到各级放大器的控制调整参数，并将控制调整参数下发给各级放大器；以及重复以上步骤，直到获得目标瞬态控制波形。

在上述方法中，各级放大器为掺饵光纤放大器，而瞬态控制参数包括：增减波幅度、增减波速率、各级放大器在系统中的位置、各级放大器之间的传输时延、以及输入信号信噪比。

根据本发明的另一个方面，提供了一种WDM系统级瞬态优化控制系统，包括瞬态响应系统优化管理模块、WDM发送端、各级放大器、以及WDM接收端，其中，

瞬态响应系统优化管理模块，用于根据系统配置，获取瞬态控制参数，将瞬态控制参数下发给各级放大器，以及将来自WDM接收端的实际瞬态响应波形与接收端实际设置工作点进行比较，以得到各级放大器的控制调整参数，并将控制调整参数下发给各级放大器；

WDM发送端，用于在接收到来自瞬态响应系统优化管理模块的瞬态模拟发生指令后，产生实际功率转换波形，并输出到WDM传输系统的首级放大器；

各级放大器，用于将来自WDM发送端的实际功率转换波形传送到WDM接收端；以及

WDM接收端，用于获得实际瞬态响应波形，并将实际瞬态响应波形上报给瞬态响应系统优化管理模块。

本发明是从WDM系统级参数考虑，能够根据实际的WDM系统配置，计算出每级EDFA的最优增益瞬态控制参数下发给各级EDFA，同时根据接收机瞬态波形测试结果，调整每级EDFA的控制方向，配置不同的单级控制效果，以实现WDM系统级的瞬态优化控制。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是示出了现有技术中EDFA瞬态响应参数定义的示意图；

图2是根据本发明的WDM系统级瞬态优化控制方法的流程图；

图3是根据本发明的WDM系统级瞬态优化控制系统的框图；

图4是示出根据本发明的第一实施例的WDM系统级瞬态优化控制方法的示意图；

图5是根据本发明第一实施例的基于系统配置参数计算和下发的实现的示意图；以及

图6是根据本发明第二实施例的基于接收机瞬态实际效果反馈控制的实现的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

图2是根据本发明的WDM系统级瞬态优化控制方法的流程图。参照图2，该方法包括以下步骤：步骤S202，根据系统配置，获取瞬态控制参数；步骤S204，将瞬态控制参数下发给各级放大器；步骤S206，WDM发送端接收到瞬态模拟发生指令后，产生实际功率转换波形，并输出到WDM传输系统的首级放大器；步骤S208，实际功率转换波形经过各级放大器到达WDM接收端，在WDM接收端获得实际瞬态响应波形；步骤S210，将实际瞬态响应波形与接收机实际设置工作点进行比较，以得到各级放大器的瞬态控制参数，并将控制调整参数下发给各级放大器；以及步骤S212，重复以上步骤，直到获得目标瞬态控制波形。

在上述方法中，各级放大器为掺饵光纤放大器，而瞬态控制参数包括：增减波幅度、增减波速率、各级放大器在系统中的位置、各级放大器之间的传输时延、以及输入信号信噪比。

图3是根据本发明的WDM系统级瞬态优化控制系统的框图。参照图3，根据本发明的WDM系统级瞬态优化控制系统300包括：瞬态响应系统优化管理模块302、WDM发送端304、各级放大器306、以及WDM接收端308，其中，

瞬态响应系统优化管理模块302，用于根据系统配置，获取瞬态控制参数，将瞬态控制参数下发给各级放大器，以及将来自WDM接收端308的实际瞬态响应波形与接收机实际设置工作点进行比较，以得到各级放大器306的瞬态控制参数，并将控制调整参数下发给各级放大器；

WDM发送端304，用于在接收到来自瞬态响应系统优化管理模块302的瞬态模拟发生指令后，产生实际功率转换波形，并输出到WDM传输系统的首级放大器；

各级放大器306，用于将来自WDM发送端的实际功率转换波形传送到WDM接收端；以及

WDM接收端308，用于获得实际瞬态响应波形，并将实际瞬态响应波形上报给瞬态响应系统优化管理模块。

图4是示出根据本发明的第一实施例的WDM系统级瞬态优化控制方法的示意图。在该实施例中，对技术方案进行了简化。单级EDFA由于工作条件的多样化，使得控制起来非常复杂。同时多级EDFA级联后，级联的效果并不是单级效果的简单叠加，就能达到最终的瞬态控制要求。

EDFA瞬态响应

可以描述为如下表达式：

其中R为高低光功率比值，τ为脉冲沿变化时间，OSNR为输入光信号信噪比，N为EDFA在系统中顺序位置，t为时间参数。

从系统级考虑，一方面可以通过具体的参数配置，简化每一级的EDFA控制难度；另一方面，可以通过最后接收机的实际接收瞬态控制效果，来调整每一级的瞬态控制方向。

因此，参照图4，本实施例的基于WDM系统级的瞬态优化控制方法包括以下步骤：

步骤S402，瞬态响应系统优化管理模块根据系统配置，获取瞬态控制参数；

步骤S404，瞬态响应系统优化管理模块向各级放大器模块下发瞬态控制参数；

步骤S406，瞬态响应系统优化管理模块向WDM发送端发送瞬态模拟发生指令，后者产生实际功率转换波形，输出到WDM传输系统首级EDFA输入端；

步骤S408，光信号到达WDM接收端，获得实际的瞬态相应波形，上报给瞬态响应系统优化管理模块；

步骤S410，瞬态响应系统优化管理模块通过实际的瞬态波形和接收机实际设置工作点进行比较，得出各级EDFA瞬态控制调整方向，将控制调整参数下发给各级EDFA；以及

步骤S412重复执行步骤S406至S410，直到获得目标瞬态控制波形。

通过该实施例，可以实现如下技术效果：通过瞬态相应系统管理平台，向各级EDFA下发控制参数，同时根据接收机瞬态波形测试结果，调整每级EDFA的控制方向，配置不同的单级控制效果，实现最终级联瞬态效果的最优化。

图5是根据本发明第一实施例的基于系统配置参数计算和下发的实现的示意图。参照图5，可下发参数包括：

(1)增减波幅度，这包括高电平的光功率P1和高、低电平功率比值R，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，所以对于不同的类型的EDFA，P1参数也不相同。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，可计算出低电平的光功率P0。用对数单位表示P0(dBm)＝P1(dBm)-R(dB)。在一定的系统配置情况下，可能出现的增减波情况固定，将此参数下发给各级EDFA瞬态控制处理单元；

(2)增减波速率，该参数也称为脉冲沿变化时间，它的定义是从入光信号电平从＝脉冲高电平×5％上升到脉冲高电平×95％之间的时间间隔，其中，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；

(3)各级EDFA在系统中所处位置，实际表明，WDM传输系统的EDFA级联链中，第一级EDFA对于上下冲影响最大，后续级EDFA对于建立时间更为重要，因此，各级EDFA在系统中所处位置也是每级瞬态控制的重要参数；

(4)增减波过程发生很难快速、准确判决，目前以后技术大多采用快速采样、判决的方法，判决延时取决于采样的速度和判决的门限，从瞬态发生到判决，往往会有几十微秒的延时，通过WDM系统中各级EDFA相隔传输距离，从而获知每级之间的传输时延，作为下级EDFA的控制参数，可以作为预处理参数配置；

(5)输入信号信噪比，在WDM系统中，每级EDFA正常工作情况下的输入信号信噪比不同，通过理论计算，可以获知每级EDFA的输入信号信噪比。

图6是根据本发明第二实施例的基于接收机瞬态实际效果反馈控制的实现的示意图。参照图6，基于接收机瞬态实际效果反馈控制的实现方法包括以下步骤：

步骤S602，瞬态响应系统优化管理模块向WDM发送端发送瞬态模拟发生指令，后者产生实际功率转换波形，输出到WDM传输系统首级EDFA输入端；

步骤S604，光信号经过多级EDFA和传输光纤传输；

步骤S606，光信号到达WDM接收端，获得实际的瞬态相应波形，上报给瞬态响应系统优化管理模块；

步骤S608，瞬态响应系统优化管理模块通过实际的瞬态波形和接收机实际设置工作点进行比较，得出各级EDFA瞬态控制调整方向，将控制调整参数下发给各级EDFA；以及

步骤S610，重复执行步骤S602至步骤S608，直到获得目标瞬态控制波形。

本发明从WDM系统级参数考虑，能够根据实际的WDM系统配置，计算出每级EDFA的最优增益瞬态控制参数下发给各级EDFA，同时根据接收机瞬态波形测试结果，调整每级EDFA的控制方向，配置不同的单级控制效果，以实现WDM系统级的瞬态优化控制。

利用本发明可以优化WDM系统级瞬态控制效果，同时工程应用方便、灵活，具有比较大的应用价值。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种波分复用系统级瞬态优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

瞬态响应系统优化管理模块根据系统配置，获取瞬态控制参数；

所述瞬态响应系统优化管理模块将所述瞬态控制参数下发给各级放大器；

波分复用发送端接收到来自所述瞬态响应系统优化管理模块的瞬态模拟发生指令后，产生实际功率转换波形，并输出到所述波分复用系统的首级放大器；

所述实际功率转换波形经过所述各级放大器到达波分复用接收端，在所述波分复用接收端获得实际瞬态响应波形；

所述瞬态响应系统优化管理模块将所述实际瞬态响应波形与接收端实际设置工作点进行比较，以得到所述各级放大器的控制调整参数，并将所述控制调整参数下发给所述各级放大器；以及

重复以上步骤，直到获得目标瞬态控制波形。

2.根据权利要求1所述的波分复用系统级瞬态优化控制方法，其特征在于，所述各级放大器为掺饵光纤放大器。

3.根据权利要求1所述的波分复用系统级瞬态优化控制方法，其特征在于，所述瞬态控制参数包括：增减波幅度、增减波速率、所述各级放大器在系统中的位置、所述各级放大器之间的传输时延、以及输入信号信噪比。

4.一种波分复用系统级瞬态优化控制系统，其特征在于，包括瞬态响应系统优化管理模块、波分复用发送端、各级放大器、以及波分复用接收端，其中，

所述瞬态响应系统优化管理模块，用于根据系统配置，获取瞬态控制参数，将所述瞬态控制参数下发给各级放大器，以及将来自所述波分复用接收端的实际瞬态响应波形与接收端实际设置工作点进行比较，以得到所述各级放大器的控制调整参数，并将所述控制调整参数下发给所述各级放大器；

所述波分复用发送端，用于在接收到来自所述瞬态响应系统优化管理模块的瞬态模拟发生指令后，产生实际功率转换波形，并输出到所述波分复用系统的首级放大器；

所述各级放大器，用于将来自所述波分复用发送端的所述实际功率转换波形传送到所述波分复用接收端；以及

所述波分复用接收端，用于获得实际瞬态响应波形，并将所述实际瞬态响应波形上报给所述瞬态响应系统优化管理模块。

5.根据权利要求4所述的波分复用系统级瞬态优化控制系统，其特征在于，所述各级放大器为掺饵光纤放大器。

6.根据权利要求4所述的波分复用系统级瞬态优化控制系统，其特征在于，所述瞬态控制参数包括：增减波幅度、增减波速率、所述各级放大器在系统中的位置、所述各级放大器之间的传输时延、以及输入信号信噪比。

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