CN101179335B - 光传输系统中实现边带平衡的调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光传输系统中实现边带平衡的调节装置及方法，为实现对边带平衡的调节，并保证光电传送系统中传送信号的可靠性而发明。装置包括：激光器，调制器，光学装置，接收机，信号处理器，边带功率比较及反馈控制器。方法包括：(1)对信号进行边带功率检测，比较分布在两个边带上的功率是否相等；(2)若功率相等或其差值小于阈值，则结束；若功率不等或差值大于阈值，则对载波信号的频率进行调整。本发明具有光性能调节能力，实现了边带平衡的自动控制，提高了光信号的性能，并且使得系统可靠性得到保障。

Description

光传输系统中实现边带平衡的调节装置及方法

技术领域

本发明涉及光电设备领域，尤其涉及光传输系统中边带平衡的调节装置及方法。

背景技术

在光强度调制系统中，光信号接收时边带不平衡可能导致的接收信号性能下降。本发明解决光传输过程中由于传输及光滤波器所造成的边带不平衡、或者发射机光波长漂移导致边带不平衡的问题。可以适用于具有光信号调制的各个领域，例如电信光传输系统，医疗设备系统，工业自动化光学检测系统等，但不限于以上的系统。

在光电系统中，有很多因素影响光信号的边带平衡，导致信号的性能下降，这些产生不平衡的因素包括：激光器产生波长漂移、传送过程中的滤波装置漂移、介质谱域散射特征不对称、接收过程产生不对称等等。这些产生不平衡的因素在光电系统中是不可避免的，因此，使用边带调节平衡系统是必要的。

传统光电系统中，对边带平衡的调节办法是通过直接检测载波信号的中心频率并直接调整中心频率来实现的。但是此方法比较复杂，并对光电系统中传送信号的可靠性产生影响。

发明内容

为克服现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种在光传输系统中实现边带平衡的调节装置及方法，以实现对边带平衡的调节，并保证光电传送系统中传送信号的可靠性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

光传输系统中实现边带平衡的调节装置，包括：

激光器，用于产生光传输系统的载波信号；调制器，用于产生光调制信号；光学装置，将多路光信号合成为复用光信号；接收机，用于接收光传输系统传输的复用光信号；

还包括：

信号处理器，用于对接收机接收到的复用光信号进行处理；

边带功率比较及反馈控制器，用于将经信号处理器处理后的信号进行边带功率的比较，并将比较结果反馈给激光器；

经激光器产生的光传输系统载波信号，与要调制的用户信息一起经调制器调制，形成光调制信号；光调制信号在光学装置的作用下合成为复用光信号；此复用光信号经信号处理器进行处理后，送入到边带功率比较及反馈控制器，由边带功率比较及反馈控制器进行边带功率的比较，并通过控制总线对激光器持续发送控制命令，调整激光器产生的载波信号频率，直到系统工作正常为止

其中，所述的信号处理器为，所述的信号处理器为，对电信号检测并调整所述载波信号的光传输系统中的边带过滤器，用于对接收机接收到的复用光信号进行边带滤波处理，并把处理的结果发送给边带功率比较及反馈控制器。

其中，所述的信号处理器为，对光信号检测并调整所述载波信号的光传输系统中光谱检测单元，用于对光学装置产生的复用光信号进行检测，并将检测到的光功率特性传送给边带功率比较及反馈控制器。

光传输系统中实现边带平衡的调节方法，包括：

(1)激光器输出的光信号作为载波信号，激光器输出的载波信号的中心频率、功率受反馈系统控制，载波信号与用户信息通过调制器进行调制形成光调制信号，并通过光学装置将多路光调制信号合成为待传送的复用光信号，复用光信号经过传输被接收端接收，并由边带滤波器进行滤波，并传送给边带功率比较单元对分布在两个边带的光信号进行功率比较；

(2)若功率相等或其差值小于阈值，则结束；若功率不等且差值大于阈值，反馈控制单元记录当前载波信号频率，发送调整控制指令给激光器，触发激光器频率调整电路，调整载波信号频率至初始值；再次在接收端检测边带信号功率并进行比较，然后将本次调整后的系统状态与调整前的系统状态进行比较，判断系统状态是否有优化的趋势；如果系统状态有优化的趋势，调整电路将进一步做与上次调整同向的信号频率的调整；如果系统状态有恶化的趋势，调整电路将做与上次调整反向的信号频率的调整；此过程重复进行，直到接收端收到的载波信号频率调整到了系统要求的范围内为止。

与现有技术相比，本发明具有光性能调节能力，实现了边带平衡的自动控制，提高了光信号的性能，并且使得系统可靠性得到保障。

附图说明

图1是一个对电信号检测并调整光载波信号的光传输系统示意图；

图2是一个对光信号检测并调整光载波信号的光传输系统示意图；

图3是系统载波信号中心频率调整的控制过程示意图；

图4是边带平衡调节的工业自动化光学检测系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明做详细说明。

采用本发明的实现载波信号中心频率自动调整的光传输系统适用于单波长的光传输系统；也可适用于多波长复用的光传输系统，在其中一个或多个光通道应用此装置。

使用电接收方法消除OMU/ODU传输效应影响的边带平衡光传输系统，由激光器(1)、调制器(2)、光学装置或系统(OMU/ODU)(3)、接收机(4)、边带滤波器(5)、边带功率比较及反馈控制器(6)构成。图中，S1、S2、……、SN是从用户处送来的要调制的信号。

激光器(1)，是具有波长可调谐功能的光发生单元，用于系统载波信号的生成。

调制器(2)，用于将激光器(1)输出的光信号，和要调制的用户信息S1、S2、……SN进行调制形成调制信号。

光学装置或系统(OMU/ODU)(3)，可以是复用器、合波器或者具有复用功能的滤波器组，用于将多路光信号合成为待传送的复用光信号，合波滤波器具有的插损为aF[dB]。

C1是符合波分复用系统标准要求的光信号

接收机(4)，接收光通讯系统传输的光信号。

边带滤波器(5)，对接收机接收到的信号进行边带滤波处理，并把处理的结果发送给边带功率比较及反馈控制器(6)。

边带功率比较及反馈控制器，把经过边带滤波器滤波后的信号进行两个边带功率的比较，并根据比较结果发送反馈控制指令调整载波信号的中心频率。

这里使用了带单向箭头的连接线表示各个硬件部分的光纤连接，用带双向箭头的连接线表示控制信号的连接。

图1中激光器输出的光信号作为载波信号，激光器输出的载波信号的中心频率、功率受反馈系统控制。载波信号与用户信息通过调制器进行调制形成光调制信号。调制后的光信号通过光学装置(系统)将多路光信号合成为待传送的复用光信号。光复用信号经过传输被接收机接收，接收到的光信号被边带滤波器进行滤波，并传送给边带功率比较单元对分布在两个边带的光信号进行功率比较，判断系统是否工作正常，并发送反馈控制信号给激光器，调整激光器输出的载波频率。

结合图1所示的实施例，说明系统的工作原理如下：

激光器作为光载波的信号源并受反馈信号控制其输出信号的波长和功率。

输出的光信号作为载波信号与用户信息通过调制器进行调制形成符合WDM(波分复用系统)系统要求的光信号。

调制后的光信号通过光学装置(系统)进行功率调节，使得信号的输出功率在不引起过强的非线性干扰范围内，并通过复用器将多路光信号合成为待传送的复用光信号。

接收机接收经传输的光信号。

在反馈保护状态下，边带滤波器对接收到的光信号进行边带滤波，对光信号进行在线监控。并把监控到的信息传送给边带功率比较单元。

边带功率比较单元对分布在两个边带的信号功率进行比较，判断系统是否工作正常。如果分布在两个边带的光功率相同，则表示系统工作正常；否则为系统工作状态不正常、光信号发生了波长飘移，反馈控制单元将通过控制总线对激光器发送控制指令，调整激光器产生的光信号频率。边带功率比较单元持续接收经边带滤波的边带信号并进行功率比较判断，反馈控制单元持续发送控制命令，调整激光器发送信号的中心频率，直到系统工作正常为止。以上功能是在系统运行过程中依靠本发明方法中的边带滤波单元和功率比较反馈控制单元自动实施的。

本发明实现了在光通讯系统中，输出信号中心频率自动调整的功能。其步骤是：

步骤1：当被检测信号在系统工作状态下出现分布在两个边带的光信号功率不相等时，将通过功率比较单元向系统反馈控制单元发送报警信息。

步骤2：反馈控制单元获得报警后，根据报警情况对系统进行状态分析。并根据分析结果对系统进行控制调整。

步骤3：边带功率比较单元再次比较经边带滤波的分布在两个边带的光功率信号，并发送比较结果到控制单元。控制单元判断系统是否恢复正常工作，并根据新的状态进一步调整系统，直到系统恢复正常。

图2描述了对光信号直接实现检测反馈控制来调整载波信号中心频率的系统。与图1介绍的系统相比较，图1中所示的对接收到的电信号进行处理的边带滤波部分可以替换为图2中所示的对光信号直接进行检测的光谱检测单元(如光谱仪)。光谱检测单元把检测到的光功率特性传送给功率比较单元和反馈控制单元，实现了对光信号的在线时间检测，自动调整载波信号中心频率的功能。

图3详细说明了一个系统载波信号频率调整控制的过程。接收端对信号进行边带功率检测，并比较分布在两个边带上的功率是否相同，或差异小于预先设定的阈值。如果功率相同或差异小于阈值，则认为系统工作正常；反之，系统载波信号频率需要实时在线自动调整。首先反馈控制单元记录当前载波信号频率，发送调整控制指令给激光器，触发激光器频率调整电路，调整载波信号频率至初始值(预设值)。再次在接收端检测边带信号功率并进行比较。然后将本次比较结果(系统状态)与调整前的系统状态进行比较，判断系统状态是否有优化的趋势。如果性能有优化的趋势，调整电路将进一步做与上次调整同向的信号频率的调整；如果性能有劣化的趋势，调整电路将做与上次调整反向的信号频率的调整。此过程重复进行多次，直到接收端接收到的信号调整到了系统要求的范围内为止。

以下结合图4对使用边带平衡调节的工业自动化光学检测系统作如下详述：

使用边带平衡调节的工业自动化光学检测系统，由激光器(1)、调制器(2)、光学装置或系统(即待检测介质)(3)、光滤波器(8)、边带功率比较及反馈控制器(6)、光谱检测单元(7)和光信号比较识别单元(9)构成。

图中，Sr是从用户处送来的要调制的信号。Sf是接收器接收到的光信号。So是光学检测装置的输出信号。

激光器作为光载波的信号源并受反馈信号控制其输出信号的波长和功率。

调制器(2)，用于将激光器(1)输出的光信号，和要调制的数字信号Sf调制成数字信号幅度调制的光信号。

调制后的光信号通过光滤波器后向待测的光介质发送。

光学装置或系统(3)，待测的光介质，可以是各种物品，其位置，温度等外面环境受待测环境系统控制，光信号经光介质散射、折射、或透射后被光电检测仪器接收。

边带滤波器(8)，对接收机接收到的信号进行边带滤波处理，并把处理的结果发送给边带功率比较及反馈控制器(6)。

接收机(7)，接收光通讯系统传输的光信号。

光谱仪实时检测信号的光谱特性。

边带功率比较及反馈控制器(6)，把光谱仪检测到的光谱信号进行两个边带功率的比较，并根据比较结果发送反馈控制指令调整激光器、调制器、边带滤波器、检测物环境控制单元。

这里使用了带单向箭头的连接线表示各个硬件部分的光纤连接，用带双向箭头的连接线表示控制信号的连接。

图中激光器输出的光信号作为载波信号，激光器输出的载波信号的中心频率、功率受反馈系统控制。载波信号与数字信息通过调制器进行调制形成数字信号幅度调制的光信号。调制后的光信号通过光滤波器和放大器发射到待测光介质上。光信号经待检测的光介质散射、折射、或透射后被光电检测仪器接收。接收到的光信号被边带滤波器进行滤波，并传送给边带功率比较单元对分布在两个边带的光信号进行功率比较，判断系统是否工作正常，并发送反馈控制信号给激光器，边带滤波器、调制器、和待测物环境调节系统。

结合图4所示的实施例，说明系统的工作原理如下：

激光器作为光载波的信号源并受反馈信号控制其输出信号的波长和功率。

输出的光信号作为载波信号与数字信息通过调制器进行调制形成符合光电检测系统要求的光信号。

调制后的光信号通过光放大器调节，使得信号的输出功率在不引起过强的非线性干扰范围内。发射到待检测的光介质上。

接收机接收经光介质散射、折射、或透射后的光信号。

在反馈保护状态下，边带滤波器对接收到的光信号进行边带滤波，对光信号进行在线监控。并把监控到的信息传送给边带功率比较单元。

边带功率比较单元对分布在两个边带的信号功率进行比较，判断系统是否工作正常。如果分布在两个边带的光功率相同，则表示系统工作正常；否则为系统工作状态不正常、光信号发生了波长飘移，反馈控制单元将通过控制总线对激光器，边带滤波器、调制器和检测环境控制单元发送控制指令，调整光电检测系统的参数。边带功率比较单元持续接收经边带滤波的边带信号并进行功率比较判断，反馈控制单元持续发送控制命令，调整系统状态，直到系统工作正常为止。

在边带调节反馈状态下，光谱检测单元检测经滤波后的光信号，对光信号进行在线监控。并把监控到的信息传送给边带功率比较单元。

边带功率比较单元对分布在两个边带的信号功率进行比较，判断系统是否边带平衡。如果分布在两个边带的光功率平衡，则表示系统工作正常；否则为系统工作状态不正常、光信号发生了波长飘移，反馈控制单元将通过控制总线对激光器或光滤波器发送控制指令，调整激光器产生的光信号频率或滤波器的工作频率。边带功率比较单元持续接收光谱检测单元检测的光信号并进行功率比较判断，反馈控制单元持续发送控制命令，调整激光器发送信号的中心频率或光滤波器的频率，直到边带平衡为止。

在工业自动化光学检测系统中，以上边带平衡调节功能是通过本发明方法中的光谱检测单元和功率比较反馈控制单元自动实施的。

纵上所述，本发明提出了一种在频域内通过检测边带的功率来判断中心频率是否偏移的方法，并对偏离中心频率的载波信号、滤波器等进行调整。采用本方法的系统，简单易行，实现了信号质量的自动检测和优化。

Claims (4)

1.光传输系统中实现边带平衡的调节装置，包括：

激光器，用于产生光传输系统的载波信号；调制器，用于产生光调制信号；光学装置，将多路光信号合成为复用光信号；接收机，用于接收光传输系统传输的复用光信号；

其特征在于，还包括：

信号处理器，用于对接收机接收到的复用光信号进行处理；

边带功率比较及反馈控制器，用于将经信号处理器处理后的信号进行边带功率的比较，并将比较结果反馈给激光器；

经激光器产生的光传输系统载波信号，与要调制的用户信息一起经调制器调制，形成光调制信号；光调制信号在光学装置的作用下合成为复用光信号；此复用光信号经信号处理器进行处理后，送入到边带功率比较及反馈控制器，由边带功率比较及反馈控制器进行边带功率的比较，并通过控制总线对激光器持续发送控制命令，调整激光器产生的载波信号频率，直到系统工作正常为止。

2.根据权利要求1所述的光传输系统中实现边带平衡的调节装置，其特征在于，所述的信号处理器为，对电信号检测并调整所述载波信号的光传输系统中的边带过滤器，用于对接收机接收到的复用光信号进行边带滤波处理，并把处理的结果发送给边带功率比较及反馈控制器。

3.根据权利要求1所述的光传输系统中实现边带平衡的调节装置，其特征在于，所述的信号处理器为，对光信号检测并调整所述载波信号的光传输系统中的光谱检测单元，用于对光学装置产生的复用光信号进行检测，并将检测到的光功率特性传送给边带功率比较及反馈控制器。

4.光传输系统中实现边带平衡的调节方法，其特征在于，包括：

(1)激光器输出的光信号作为载波信号，激光器输出的载波信号的中心频率、功率受反馈系统控制，载波信号与用户信息通过调制器进行调制形成光调制信号，并通过光学装置将多路光调制信号合成为待传送的复用光信号，复用光信号经过传输被接收端接收，并由边带滤波器进行滤波，并传送给边带功率比较单元对分布在两个边带的光信号进行功率比较；

(2)若功率相等或其差值小于阈值，则结束；若功率不等且差值大于阈值，反馈控制单元记录当前载波信号频率，发送调整控制指令给激光器，触发激光器频率调整电路，调整载波信号频率至初始值；再次在接收端检测边带信号功率并进行比较，然后将本次调整后的系统状态与调整前的系统状态进行比较，判断系统状态是否有优化的趋势；如果系统状态有优化的趋势，调整电路将进一步做与上次调整同向的信号频率的调整；如果系统状态有恶化的趋势，调整电路将做与上次调整反向的信号频率的调整；此过程重复进行，直到接收端收到的载波信号频率调整到了系统要求的范围内为止。

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