CN101174903B - 基于双cpu的掺铒光纤放大器控制装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于双CPU的掺铒光纤放大器控制装置，其包括：配置模块，用于将用户配置的控制参数传送到主功能CPU模块并输出主功能CPU模块的运算结果；主功能CPU模块，用于接收来自配置模块的控制参数并将控制参数和控制算法下发到运算CPU模块，并且实现掺铒光线放大器的辅助功能；算法CPU模块，用于根据由主功能CPU模块下发的控制参数和控制算法以及由检测控制模块提供的掺铒光纤放大器的输出来进行控制算法的计算，并将控制算法的计算结果提供给检测控制模块；以及检测控制模块，用于根据控制算法的计算结果来驱动掺铒光纤放大器，检测掺铒光纤放大器的输出，并将所检测的输出提供给算法CPU模块。从而，提高了系统灵活性，同时大幅度提升了控制性能。

Description

基于双CPU的掺铒光纤放大器控制装置和系统
技术领域
本发明涉及一种在光传输系统中掺铒光纤放大器(EDFA)的控制架构。
背景技术
在长途光传输系统中普遍使用了利用EDFA的光放大器，由于EDFA具有直接光放大功能，无需光-电-光转换从而成本低、增益大噪声小、以及很宽的增益带宽，使得EDFA得以在WDM系统中广泛应用。
EDFA的控制一直是光放大单元中一个比较关键的组成部分。由于EDFA是电流控制型的光器件，因此如何实现用电流对EDFA信号增益进行精确的控制就是一个需要关注的问题。
对于大多数无法使用精确模型来描述EDFA的厂家而言，采用通用的单CPU处理方案由于结构简单成为首选。但是随着光传输系统向更多波长以及更高速率的技术进步，对于EDFA的控制指标也日渐严格。不仅要求能够完成系统的增益控制功能，还对信号增益、噪声、增益谱斜率、瞬态响应、大范围增益可调整等方面提出了更严格的要求。这对单CPU系统提出了严峻的挑战：不仅在软件设计的复杂度还包括后续的平滑升级等方面均存在一系列问题。
综上所述，目前单CPU系统主要存在以下几个方面的不足：
性能差，无法满足日益提升的EDFA控制指标的需求；
非模块化设计，主控部分与EDFA控制算法混合设计，不利于平滑升级，不支持单板软件与控制算法的并行设计；
兼容性不足，不能针对不同的EDFA模块实现广泛的兼容性。
因此，需要一种功能划分清晰的双CPU系统，来实现EDFA的复杂控制功能，实现功能配置与控制算法分开设计，提高系统应用的灵活性，同时高性能算法CPU的加入使得控制性能大幅度提升且可支持算法升级设计。
发明内容
考虑到上述问题而做出本发明，为此，本发明的主要目的在于，提供一种基于双CPU的掺铒光纤放大器控制装置，其包括：
配置模块，用于将用户配置的控制参数传送到主功能CPU模块并输出主功能CPU模块的运算结果；
主功能CPU模块，用于接收来自配置模块的控制参数并将控制参数和控制算法下发到运算CPU模块，并且实现掺铒光线放大器的辅助功能；
算法CPU模块，用于根据由主功能CPU模块下发的控制参数和控制算法以及由检测控制模块提供的掺铒光纤放大器的输出来进行控制算法的计算，并将控制算法的计算结果提供给检测控制模块；以及
检测控制模块，用于根据控制算法的计算结果来驱动掺铒光纤放大器，检测掺铒光纤放大器的输出，并将所检测的输出提供给算法CPU模块。
配置模块可以通过I/O设备或者客户端来实现。
配置模块可以是专用的协议接口。
主功能CPU模块可以通过加载软件功能模块的处理器或者专用集成电路芯片来实现。
辅助功能可以包括强制关闭掺铒光纤放大器的功能。
算法CPU模块可以通过数字信号处理器芯片、高速通用CPU、专用集成电路芯片、和现场可编程门阵列器件中的一种来实现。
当算法CPU模块由现场可编程门阵列器件实现时，算法CPU模块可以包括：
通信/配置模块，用于将来自主功能CPU模块的控制参数和控制算法下发到内置算法模块；
内置算法模块，用于根据来自主功能CPU模块的控制参数和控制算法以及来自检测控制模块的掺铒光纤放大器的输出来进行控制算法计算，并将计算结果传送到驱动模块；以及
驱动模块，用于将计算结果传送到检测控制模块。
检测控制模块可以包括光功率检测电路和电流驱动电路。
根据本发明的另一方面，提供了一种基于双CPU的掺铒光纤放大器控制系统，其包括：
配置模块，用于将用户配置的控制参数传送到主功能CPU模块并输出主功能CPU模块的运算结果；
主功能CPU模块，用于接收来自配置模块的控制参数并将控制参数和控制算法下发到运算CPU模块，并且实现掺铒光线放大器的辅助功能；
算法CPU模块，用于根据由主功能CPU模块下发的控制参数和控制算法以及由检测控制模块提供的掺铒光纤放大器的输出来进行控制算法的计算，并将控制算法的计算结果提供给检测控制模块；
检测控制模块，用于根据控制算法的计算结果来驱动掺铒光纤放大器，检测掺铒光纤放大器的输出，并将所检测的输出提供给算法CPU模块；以及
掺铒光纤放大器，用于根据检测控制模块的驱动来完成对增益的控制。
掺铒光纤放大器为普通掺铒光纤放大器、电控接口掺铒光纤放大器、或功能增强型掺铒光纤放大器中的一种。
通过上述技术方案，实现了EDFA的复杂控制功能，实现了功能配置与控制算法分开设计，提高了系统应用的灵活性，同时高性能算法CPU的加入使得控制性能大幅度提升且可支持算法升级设计，从而能够将现有光放大单元性能做有效的提升，满足当前及未来对基于EDFA的光放大单元的各种性能及功能需求。
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
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示出了根据本发明的基于双CPU的掺铒光纤放大器控制装置的方框图；
图2示出了根据本发明的基于双CPU的掺铒光纤放大器控制系统的方框图；
图3示出了根据本发明的基于DSP的双CPU的掺铒光纤放大器控制系统的方框图；以及
图4示出了根据本发明的基于FPGA的CPU的掺铒光纤放大器控制系统的方框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了根据本发明的基于双CPU的掺铒光纤放大器控制装置的方框图。
参照图1，提供一种基于双CPU的掺铒光纤放大器控制装置，其包括：
配置模块10，用于将用户配置的控制参数传送到主功能CPU模块20并输出主功能CPU模块20的运算结果；
主功能CPU模块20，用于接收来自配置模块10的控制参数并将控制参数和控制算法下发到算法CPU模块30，并且实现掺铒光线放大器的辅助功能；
算法CPU模块30，用于根据由主功能CPU模块20下发的控制参数和控制算法以及由检测控制模块40提供的掺铒光纤放大器的输出来进行控制算法的计算，并将控制算法的计算结果提供给检测控制模块40；以及
检测控制模块40，用于根据控制算法的计算结果来驱动掺铒光纤放大器，检测掺铒光纤放大器的输出，并将所检测的输出提供给算法CPU模块30。
配置模块10可以通过I/O设备或者客户端来实现。
配置模块10可以是专用的协议接口。
主功能CPU模块20可以通过加载软件功能模块的处理器或者专用集成电路(ASIC)芯片来实现。
辅助功能可以包括强制关闭掺铒光纤放大器的功能。
算法CPU模块30可以通过数字信号处理器(DSP)芯片、高速通用CPU、专用集成电路芯片、和现场可编程门阵列器件(FPGA)中的一种来实现。
当算法CPU模块30由现场可编程门阵列器件实现时，算法CPU模块30可以包括：
通信/配置模块，用于将来自主功能CPU模块的控制参数和控制算法下发到内置算法模块；
内置算法模块，用于根据来自主功能CPU模块的控制参数和控制算法以及来自检测控制模块的掺铒光纤放大器的输出来进行控制算法计算，并将计算结果传送到驱动模块；以及
驱动模块，用于将计算结果传送到检测控制模块。
检测控制模块40可以包括光功率检测电路和电流驱动电路。
图2示出了根据本发明的基于双CPU的掺铒光纤放大器控制系统的方框图。
参照图2，提供了一种基于双CPU的掺铒光纤放大器控制系统，其包括：
配置模块10，用于将用户配置的控制参数传送到主功能CPU模块20并输出主功能CPU模块20的运算结果；
主功能CPU模块20，用于接收来自配置模块10的控制参数并将控制参数和控制算法下发到算法CPU模块30，并且实现掺铒光线放大器的辅助功能；
算法CPU模块30，用于根据由主功能CPU模块20下发的控制参数和控制算法以及由检测控制模块40提供的掺铒光纤放大器的输出来进行控制算法的计算，并将控制算法的计算结果提供给检测控制模块40；
检测控制模块40，用于根据控制算法的计算结果来驱动掺铒光纤放大器，检测掺铒光纤放大器的输出，并将所检测的输出提供给算法CPU模块30；以及
掺铒光纤放大器50，用于根据检测控制模块40的驱动来完成对增益的控制。
掺铒光纤放大器为普通掺铒光纤放大器、电控接口掺铒光纤放大器、或功能增强型掺铒光纤放大器中的一种。
如图3所示，算法CPU基于DSP的双CPU控制架构包括配置模块10、主功能CPU模块20、DSP模块30、检测控制模块40及EDFA模块50构成。
图3中各功能模块功能如下：
配置模块10从用户或者协议处理接口处获取配置信息，并将配置信息传递到主功能CPU模块20；
主功能CPU模块20实现光放大单元板的相关功能处理，并将算法相关的信息通过通用协议接口或者用户自定义接口下达给DSP模块30；
DSP模块30根据从主功能CPU模块20处获取的算法配置信息执行相应的算法，将检测控制模块40检测到的信号作为算法输入执行运算，并根据运算结果对检测控制模块40实施控制；
检测控制模块40完成对EDFA模块各性能量的检测并上报给DSP模块30，同时将DSP模块30输出的控制信号转换为对EDFA模块50的驱动电流信号；
EDFA模块50接受检测控制模块40的驱动，并根据驱动完成增益的控制。
下面结合图4所示，描述通用CPU+FPGA构成的双CPU控制架构方案。
配置模块10从用户或者协议处理接口处获取配置信息，并将配置信息传递到主功能CPU模块20；
主功能CPU模块20实现光放大单元板的相关功能处理，并将算法相关的信息通过通用协议接口或者用户自定义接口下达给FPGA模块30；
FPGA模块30根据功能可以从内部划分为通信/配置模块31，内置算法模块32，驱动模块33。通信/配置模块31从主功能CPU模块20处获取的算法配置信息并下发给内置算法模块32，内置模块算法32根据配置及检测控制模块40的检测信息执行相应算法，并将结果传递给驱动模块33，驱动模块33将计算结果传递到检测控制模块40；
检测控制模块40完成对EDFA模块各性能量的检测并上报给FPGA模块30，同时将FPGA模块30输出的控制信号转换为对EDFA模块50的驱动电流信号；
EDFA模块50接受检测控制模块40的驱动，并根据驱动完成增益的控制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于双CPU的掺铒光纤放大器控制装置，其特征在于，包括：
配置模块，用于将用户配置的控制参数传送到主功能CPU模块并输出所述主功能CPU模块的运算结果；
所述主功能CPU模块，用于接收来自所述配置模块的所述控制参数并将所述控制参数和控制算法下发到算法CPU模块，并且实现所述掺铒光纤放大器的辅助功能；
所述算法CPU模块，用于根据由所述主功能CPU模块下发的所述控制参数和控制算法以及由检测控制模块提供的所述掺铒光纤放大器的输出来进行所述控制算法的计算，并将所述控制算法的计算结果提供给所述检测控制模块；以及
所述检测控制模块，用于根据所述控制算法的计算结果来驱动所述掺铒光纤放大器，检测所述掺铒光纤放大器的输出，并将所检测的输出提供给所述算法CPU模块。
2.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器控制装置，其特征在于，所述配置模块通过I/O设备或者客户端来实现。
3.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器控制装置，其特征在于，所述配置模块是专用的协议接口。
4.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器控制装置，其特征在于，所述主功能CPU模块通过加载软件功能模块的处理器或者专用集成电路芯片来实现。
5.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器控制装置，其特征在于，所述辅助功能包括强制关闭所述掺铒光纤放大器的功能。
6.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器控制装置，其特征在于，所述算法CPU模块通过数字信号处理器芯片、高速通用CPU、专用集成电路芯片、和现场可编程门阵列器件中的一种来实现。
7.根据权利要求6所述的掺铒光纤放大器控制装置，其特征在于，当所述算法CPU模块由所述现场可编程门阵列器件实现时，所述算法CPU模块包括：
通信/配置模块，用于将来自所述主功能CPU模块的所述控制参数和所述控制算法下发到内置算法模块；
所述内置算法模块，用于根据来自所述主功能CPU模块的所述控制参数和所述控制算法以及来自检测控制模块的所述掺铒光纤放大器的输出来进行控制算法计算，并将计算结果传送到驱动模块；以及
所述驱动模块，用于将所述计算结果传送到所述检测控制模块。
8.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器控制装置，其特征在于，所述检测控制模块包括光功率检测电路和电流驱动电路。
9.一种基于双CPU的掺铒光纤放大器控制系统，其特征在于，包括：
配置模块，用于将用户配置的控制参数传送到主功能CPU模块并输出所述主功能CPU模块的运算结果；
所述主功能CPU模块，用于接收来自所述配置模块的所述控制参数并将所述控制参数和控制算法下发到算法CPU模块，并且实现所述掺铒光纤放大器的辅助功能；
所述算法CPU模块，用于根据由所述主功能CPU模块下发的所述控制参数和所述控制算法以及由检测控制模块提供的所述掺铒光纤放大器的输出来进行所述控制算法的计算，并将所述控制算法的计算结果提供给所述检测控制模块；
所述检测控制模块，用于根据所述控制算法的计算结果来驱动所述掺铒光纤放大器，检测所述掺铒光纤放大器的输出，并将所检测的输出提供给所述算法CPU模块；以及
所述掺铒光纤放大器，用于根据检测控制模块的驱动来完成对增益的控制。
10.根据权利要求9所述的掺铒光纤放大器控制系统，其特征在于，所述掺铒光纤放大器为普通掺铒光纤放大器、电控接口掺铒光纤放大器、或功能增强型掺铒光纤放大器中的一种。
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