CN101895345A - 突发光信号放大方法、突发光放大器及系统和通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种突发光信号放大方法、突发光放大器及系统和通信系统。其中，突发光信号放大方法包括：合波器将辅助光和信号光合波成混合光后输出，其中，所述辅助光是非突发光，所述信号光是突发光，且辅助光的功率设定独立于信号光的功率大小；产生泵浦光；光波分复用器将泵浦光与混合光合波后输入增益介质，得到放大后的混合光。上述突发光信号放大方法、突发光放大器及系统和通信系统，由于辅助光一直存在，突发光放大器一直工作在放大状态，增益介质中有泵浦光，这些泵浦光可以直接对进入的信号光进行放大，减少了突发光放大器打开的延迟时间，提升了突发光放大器的瞬态响应速度，避免产生浪涌现象，避免产生信号失真。

Description

突发光信号放大方法、突发光放大器及系统和通信系统

技术领域

本发明实施例涉及通信技术，特别涉及一种突发光信号放大方法、突发光放大器及系统和通信系统。

背景技术

随着通信技术的快速发展，无源光网络(Passive Optical Network，PON)技术是接入网中目前应用最广泛的光纤到户技术之一。各种体制的PON，其网络架构基本相同，包括光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)、光网络单元(Optical Network Unit，ONU)和光分配网(Optical Distribution Network，ODN)；其中，OLT位于中心局，ONU位于用户家庭、路边或大楼，OLT和ONU之间由无源的ODN相连。OLT和ODN之间由主干光纤相连，ODN实现点对多点的光功率分配，通过多个分支光纤连接到多个ONU；从OLT到ONU的方向称为下行方向，从ONU到OLT的方向称为上行方向。

PON的点对多点的树型拓扑结构决定了各个ONU之间必须以共享媒质方式与OLT通信。OLT的下行信号通过时分复用(Time Division Multiplex，TDM)的方式广播发送给所有ONU，用特定的标识指示各时隙是属于哪个对应的ONU。载有所有ONU全部信息的光信号功率在ODN处被分成若干份经各分支光纤到达各ONU，各ONU根据相应的标识收取属于自己时隙的数据，其他时隙的数据则丢弃。

ONU的上行信号通过时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)的方式接入，各ONU在OLT指定的时隙发送自己的上行光信号，各ONU的时隙在ODN处汇合后再发送到OLT。系统通过测距和多址接入控制保证各ONU的上行光信号不发生时隙冲突。为了避免信号时隙冲突，不同ONU上行光信号之间时间上不连续，存在一定无光时间间隔，相邻两个ONU的上行信号之间的保护间隔一般大于25ns，这样的存在无光时间间隔的信号称为突发光信号。

由于各ONU沿不同分支光纤到达ODN，不同分支光纤的距离不同(例如GPON(Gigabit-Capable PON)规定ONU之间的最大距离差达到20km)，对上行信号光功率的衰减也就不同，再加上各个ONU中光发射机的发送光功率也不一致，不同ONU的上行信号到达ODN的光功率相差可达10dB。这样经ODN汇合后的信号光功率是快速变化的，所以突发光信号不仅时间上不连续，功率幅度上往往也是不连续的。

下一代光接入网络的兴起提出了将PON拉远的需求，需要系统的光传输距离达到100km。上行信号为突发光信号，如果使用普通光放大器，例如，目前采用的基于自动增益控制(Automatic Gain Control，AGC)、自动电流控制(Automatic Current Control，ACC)、自动功率控制(Automatic Power Control，APC)和补光法技术的光放大器，则由于普通光放大器的典型瞬态效应响应时间常数为微秒量级，突发光信号经过普通光放大器放大后会产生浪涌现象，导致信号失真。并且，在非PON的其它光传输技术中，当需要对突发光进行放大时，也存在同样的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种突发光信号放大方法、突发光放大器及系统和通信系统，以避免产生浪涌现象，从而避免产生信号失真。

本发明实施例提供了一种突发光信号放大方法，该方法包括：

合波器将辅助光和信号光合波成混合光后输出，其中，所述辅助光是非突发光，所述信号光是突发光，且所述辅助光的功率设定独立于所述信号光的功率大小；

产生泵浦光；

光波分复用器将所述泵浦光与所述混合光合波后输入增益介质，得到放大后的混合光。

本发明实施例提供了一种突发光放大器，该突发光放大器包括：

辅助光源，用于提供辅助光；

合波器，用于将所述辅助光源提供的辅助光和信号光合波成混合光后输出，其中，所述辅助光是非突发光，所述信号光是突发光，且所述辅助光的功率设定独立于所述信号光的功率大小；

泵浦源，用于产生泵浦光；

光波分复用器，用于将所述泵浦源产生的泵浦光和所述合波器输出的混合光合波后输入增益介质，得到放大后的混合光。

本发明实施例提供了一种光通信系统，该系统包括上述突发光放大器，还包括：

传输光纤，用于传输光信号；

突发光发射机，用于发射突发光，通过传输光纤将突发光发往所述突发光放大器；

突发光接收机，通过传输光纤与所述突发光放大器相连，用于接收经所述突发光放大器放大后的光信号。

本发明实施例提供了一种通信系统，该系统包括：

传输光纤，用于承载光信号的传输；

突发光发射机，用于发射突发光；

非突发光源，用于产生非突发光，且所述非突发光的功率设定独立于所述突发光的功率大小；

合波器，用于接收通过传输光纤传输的突发光和来自非突发光源的非突发光，将所述突发光和非突发光合波生成混合光；

光放大器，通过传输光纤与合波器相连，用于接收并放大所述混合光；

突发光接收机，通过传输光纤与光放大器相连，用于接收来自所述光放大器的放大后的突发光。

上述突发光信号放大方法、突发光放大器及系统和通信系统，由于辅助光或非突发光一直存在，突发光放大器或光放大器一直工作在放大状态，增益介质中有泵浦光，这些泵浦光可以直接对进入的信号光进行放大，减少了突发光放大器或光放大器打开的延迟时间，提升了突发光放大器或光放大器的瞬态响应速度，减少或避免产生浪涌现象，避免产生信号失真。辅助光的功率不随信号光的功率大小而发生变化，因此可以避免烧孔现象发生。

附图说明

图1为本发明突发光信号放大方法实施例的流程图；

图2为本发明强突发光信号的信号帧结构实施例的示意图；

图3为本发明弱突发光信号的信号帧结构实施例的示意图；

图4为本发明两路突发光信号汇合后的信号的信号帧结构实施例的示意图；

图5为本发明辅助光的信号帧结构实施例的示意图；

图6为本发明混合光的信号帧结构实施例的示意图；

图7为本发明突发光放大器实施例一的结构示意图；

图8为本发明光通信系统实施例的结构示意图；

图9为本发明通信系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

现有技术中，普通掺杂光放大器的典型瞬态效应响应时间常数较大，突发光经过普通光放大器放大时会产生浪涌或者光放大器开启过慢现象，导致传输信号失真。本发明实施例提出一种方法，通过对光放大器输入的光信号加入辅助光，使光放大器中始终有非突发光通过，避免浪涌同时也规避了启动过慢现象。由于辅助光的功率设定独立于信号光的功率大小，所以可以设置得很低，避免了烧孔效应的影响，满足突发光放大的要求。进一步的，在加入独立的辅助光的同时，还可以进行AGC控制，对光放大器的增益进行控制，实现增益恒定。相比于现有补光法中通过维持输入的总信号光功率恒定来稳定光放大器增益的技术，本发明实施例的技术方案中，辅助光或非突发光不必随着突发光不断变化，从而能够避免形成强的单波输入功率的非突发光，进而能够避免发生强烈的烧孔效应，也减少了对非突发光波长等参数的配置限制。所支持的输入光信号可以是单波也可以是多波。

具体而言：本发明实施例中，通过对进入光放大器增益介质的输入信号光增加一定功率的辅助光，辅助光功率小于光放大器最大总输入光功率，且辅助光的功率设定独立于信号光的功率大小，辅助光与信号光一起合波后作为光放大器的总输入信号。由于该辅助光的存在，使得光放大器增益介质中始终处于有光输入的状态，光放大器同时采用自动增益控制模式。由于辅助光的存在，不存在输入无光和关泵的情况。

如图1所示，为本发明突发光信号放大方法实施例的流程图，该方法包括：

步骤101、合波器将辅助光和信号光合波成混合光后输出；

本实施例中的辅助光源在系统工作时始终打开，用于产生辅助光，辅助光是非突发光，且辅助光的功率设定独立于信号光的功率大小，即辅助光的功率不随信号光的功率大小而变化。辅助光的波长与信号光的波长不同，但都同处于增益介质的放大波长范围内。辅助光与信号光的波长不同可以避免占用通信波长资源。辅助光源始终打开代表辅助光源始终有光输出。信号光和来自辅助光源的辅助光经合波器合波成混合光后输出，若辅助光的功率恒定不变，则混合光功率随输入信号光功率变化而变化；该信号光可以为单波长光或多波长光；该辅助光可以为没有调制的连续光或调制光，所谓调制光是指经过某种方式调制后得到的辅助光，该辅助光包括：经过一定调制方法得到的，与信号无关的连续时间信号光；使用某个或多个通道的信号将信号调制到连续光载波上进行传输的数字信号光。上述辅助光的光功率保持不变且小于放大器最大输入光功率的一半；

其中，该合波器可以是没有波长选择性的功率耦合器件，如50∶50分光比的功率耦合器，也可以是有波长选择性的波长复用合波器件。

随后，可以产生泵浦光来输入光波分复用器进行放大，优选的是根据混合光功率大小获得控制信号驱动泵浦源来产生泵浦光，即泵浦光随着混合光功率的大小进行调整，这样，使得光放大器对突发信号的放大可以转化为常规的AGC控制放大。

具体的，根据混合光功率大小获得控制信号驱动泵浦源来产生泵浦光可以执行如下步骤：

步骤102、耦合器接收来自合波器的混合光；

步骤103、光探测器根据耦合器输出的部分混合光检测混合光功率大小，并根据所述混合光功率大小进行信号处理后，获得控制信号驱动泵浦源来产生泵浦光；

光探测器根据耦合器输出的小部分混合光检测混合光功率大小，放大器根据上述混合光功率大小进行信号处理后，获得控制信号驱动泵浦源；

步骤104、光波分复用器将泵浦源产生的泵浦光和所述混合光合波后输入增益介质，得到放大后的混合光。

其中，泵浦光的大小可以采用电流直接控制或可调式光衰减器(VOA)方式控制泵浦光的大小；上述增益介质可以为掺铒光纤、掺镨光纤、掺铥光纤或平面掺铒波导；光波分复用器(WDM)将上述泵浦光和混合光合波后输入增益介质，得到放大后的混合光；放大后的混合光在突发光放大器的输出端经滤波器滤掉辅助光后得到放大后的信号光。

另外，上述步骤102和步骤103为可选步骤，即泵浦源只要能产生泵浦光即可，至于获得驱动泵浦源控制信号的方式除上述方式外，还可以采用其他方式。

波长不同的信号光和辅助光共同进入突发光放大器中得到放大，辅助光功率可以不因信号光的大小变化而发生改变，突发光放大器的泵浦源功率随输入混合光功率的变化进行调整，保证突发光放大器的增益基本不变。由于辅助光功率一直存在，使得光探测器始终检测到有待放大的光输入，因而突发光放大器一直工作在放大状态。当输入的信号为突发光，从无光到有光变化时，由于增益介质中存在着一直对辅助光进行放大的泵浦光，使得突发光放大器对突发光信号的放大转化为常规的AGC(自动增益控制)放大，减少了瞬态响应的时间，满足突发光的放大要求。其中，将突发光的放大转化为常规的AGC控制放大过程中，信号的帧结构的变化过程如图2-图6所示；假设图2中的强突发信号由第一光网络单元(ONU)产生，图3中的弱突发信号由第二光网络单元产生，经过ODN后两路ONU信号汇合成如图4所示的信号。信号之间的保护间隔由间隔时间(Guard time)和前导时间组成。图5中的信号为产生的辅助光，图6为辅助光与图4中的信号光合波后的混合光。由于辅助光的存在，信号间的间隔时间由辅助光填充了，突发光转换为了非突发光，从而可以采用常规的AGC控制方式对合波光信号进行放大，合波信号中的突发光从而也得到稳定放大。

上述突发光信号放大方法，通过引入辅助光，信号间的时间间隔由辅助光填充了，使突发信号转换为非突发信号，避免了浪涌现象的产生，因而有效地避免了信号失真；另外，由于辅助光的功率较小，因而可以避免产生烧孔现象。辅助光的功率优选的是小于或等于设定的最大输入光功率的二分之一，设定的最大输入光功率可以是突发光放大器的最大输入光功率。

如图7所示，为本发明突发光放大器实施例一的结构示意图，这种突发光放大器可以支持对突发光的放大，该突发光放大器包括：辅助光源11，用于提供辅助光；合波器12，用于将所述辅助光源11提供的辅助光和信号光合波成混合光后输出，其中，所述辅助光是非突发光，所述信号光是突发光，且所述辅助光的功率设定独立于所述信号光的功率大小；泵浦源13，用于产生泵浦光；光波分复用器(WDM)14，用于将所述泵浦源13产生的泵浦光和所述合波器12输出的混合光合波后输入增益介质15，得到放大后的信号光。

其中，该信号光可以为单波长光，也可以为多波长光；上述辅助光在突发光放大器工作时始终处于打开，即可以在放大器工作时一直提供辅助光；该辅助光可以为没有调制的连续光，也可以为调制光，且上述辅助光的光功率可以保持不变，且优选的是小于或等于上述突发光放大器最大输入光功率的一半。上述增益介质可以根据需要进行设置，例如可以为掺铒光纤、掺镨光纤、掺铥光纤或平面掺铒波导等。

为了获得驱动泵浦源13的驱动信号，上述突发光放大器还可以包括：耦合器16，增设于所述合波器12与所述光波分复用器14之间，用于接收来自所述合波器12的混合光，将混合光分成两部分，一部分输出至所述光波分复用器14；光探测器17，用于接收所述耦合器16输出的另一部分混合光，并根据这部分混合光检测混合光功率大小；泵浦光驱动单元18，用于根据上述混合光功率产生泵浦源驱动信号，驱动上述泵浦源13；且上述泵浦光驱动单元18可以采用电流直接控制或VOA方式控制泵浦光的大小。

另外，为了滤除放大后的辅助光，上述突发光放大器还可以包括：滤波器，用于对经增益介质放大后的混合光进行过滤，过滤掉其中的辅助光，得到放大后的信号光。

波长为λs的信号光经合波器与波长为λa的辅助光合波，λa和λs的波长不同，但都处在突发光放大器的放大波长范围内；合波后的混合光再经过耦合器分出小部分混合光进入光探测器，突发光放大器根据检测到的混合光功率大小，进行信号处理得到一个控制信号，驱动泵浦源产生泵浦光λpump，泵浦光λpump的大小可使用电流直接控制或使用VOA控制。泵浦光λpump与混合光经WDM合波后，进入增益介质，使信号光得到放大。

上述突发光放大器，由于辅助光一直存在，突发光放大器一直工作在放大状态，增益介质中有泵浦光，这些泵浦光可以直接对进入的信号光进行放大，减少了突发光放大器打开的延迟时间，提升了突发光放大器的瞬态响应速度，减少或避免产生浪涌现象，从而减少或避免产生信号失真；另外，由于辅助光的功率不随信号光的功率发生变化，不用在没有信号光的时候被调整至很大，因而可以避免产生烧孔现象。

如图8所示，为本发明光通信系统实施例的结构示意图，该系统包括如图7所示的突发光放大器1，该系统还包括：传输光纤5，用于传输光信号；突发光发射机2，用于发射突发光，通过传输光纤5将突发光发往所述突发光放大器1；突发光接收机3，通过传输光纤5与所述突发光放大器1相连，用于接收经所述突发光放大器1放大后的光信号。

其中，该系统中的突发光放大器的结构与本发明突发光放大器实施例中的放大器结构相同，在此不赘述。

上述突发光发射机发射波长为λs的信号光，该信号光经合波器与波长为λa的辅助光合波，λa和λs的波长不同，但都处在突发光放大器的放大波长范围内。合波后的混合光进一步可以再经过耦合器分出小部分混合光进入光探测器，突发光放大器根据检测到的混合光功率大小，进行信号处理得到一个控制信号，驱动泵浦源，泵浦光的大小可使用电流直接控制或使用VOA控制。泵浦光与混合光经WDM合波后，进入增益介质，得到放大后的混合光；在突发光放大器的输出端或者该系统的后段接收端可以经滤波器滤掉波长为λa的辅助光后，只输出放大后的信号光λs，该突发光接收机接收该放大后的信号光λs。

上述光通信系统，由于辅助光一直存在，突发光放大器一直工作在放大状态，增益介质中有泵浦光，这些泵浦光可以直接对进入的信号光进行放大，减少了突发光放大器打开的延迟时间，提升了突发光放大器的瞬态响应速度，避免产生浪涌现象，避免产生信号失真，因而突发光接收机可以接收到正确的信号。

如图9所示，为本发明通信系统实施例的结构示意图，该系统包括：传输光纤5，用于传输光信号；突发光发射机2，用于发射突发光；非突发光源4，用于产生非突发光，且所述非突发光的功率设定独立于所述突发光的功率大小；合波器12，用于接收通过传输光纤5传输的突发光和来自非突发光源4的非突发光，将所述突发光和非突发光合波生成混合光；光放大器6，通过传输光纤5与合波器12相连，用于接收并放大所述混合光；突发光接收机3，通过传输光纤5与光放大器6相连，用于接收来自所述光放大器6的放大后的突发光。

其中，上述突发光可以为单波长光，也可以为多波长光；上述非突发光源在系统工作时始终打开，即系统在工作时，非突发光一直存在，该非突发光是经过调制的信号光或不带业务的连续光；上述非突发光的功率保持不变，且非突发光的光功率小于光放大器最大输入光功率的一半。且本实施例中使用的光放大器为具有放大功能的普通光放大器。

另外，上述合波器和非突发光源可以不位于所述光放大器中，也可以任一位于或均位于所述光放大器中，若二者均位于该光放大器中时，该光放大器的结构就与本发明突发光放大器的结构相同，在此不赘述。

进一步地，上述光放大器可以根据混合光功率大小来控制光放大器中泵浦光输出的泵浦光大小，从而实现增益锁定功能，即该放大器放大混合光后，使得混合光增益保持锁定。则光放大器具体可以包括如下结构：耦合器、光探测器、泵浦光驱动单元、泵浦源和光波分复用器。其中，耦合器用于接收来自所述合波器的混合光，将混合光分成两部分，一部分输出至光波分复用器，另一部分输出至光探测器；光探测器用于根据接收到的部分混合光检测混合光功率大小；泵浦光驱动单元用于根据所述混合光功率产生泵浦源驱动信号；泵浦源用于在所述泵浦光驱动单元的驱动信号驱动下产生泵浦光；光波分复用器用于将所述泵浦源产生的泵浦光和所述合波器输出的混合光合波后输入增益介质进行放大。

该通信系统中，还可以包括滤波器，过滤器与光放大器相连，用于对放大后的混合光进行过滤，过滤掉其中的非突发光，得到放大后的突发光。或者，过滤非突发光的操作也可以由突发光接收机来完成。

上述通信系统，由于非突发光一直存在，光放大器一直工作在放大状态，减少了光放大器打开的延迟时间，提升了光放大器的瞬态响应速度，避免产生浪涌现象，避免产生信号失真，因而突发光接收机可以接收到正确的信号。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种突发光信号放大方法，其特征在于包括：

合波器将辅助光和信号光合波成混合光后输出，其中，所述辅助光是非突发光，所述信号光是突发光，且所述辅助光的功率设定独立于所述信号光的功率大小；

产生泵浦光；

光波分复用器将所述泵浦光与所述混合光合波后输入增益介质，得到放大后的混合光。

2.根据权利要求1所述的突发光信号放大方法，其特征在于，产生泵浦光包括：

根据所述混合光功率大小获得控制信号驱动泵浦源来产生泵浦光。

3.根据权利要求2所述的突发光信号放大方法，其特征在于，根据所述混合光功率大小获得控制信号驱动泵浦源来产生泵浦光包括：

耦合器接收来自所述合波器的混合光；

光探测器根据耦合器输出的部分混合光检测混合光功率大小，并根据所述混合光功率大小进行信号处理后，获得控制信号驱动泵浦源来产生泵浦光。

4.根据权利要求3所述的突发光信号放大方法，其特征在于，所述光波分复用器将所述泵浦光与所述混合光合波后输入增益介质，得到放大后的混合光之后，还包括：

过滤掉所述混合光中的辅助光，得到放大后的信号光。

5.根据权利要求1-4任一所述的突发光信号放大方法，其特征在于：所述辅助光为调制光或没有调制的连续光。

6.根据权利要求1-4任一所述的突发光信号放大方法，其特征在于：所述辅助光的功率小于或等于设定最大输入光功率的二分之一。

7.一种突发光放大器，其特征在于包括：

辅助光源，用于提供辅助光；

合波器，用于将所述辅助光源提供的辅助光和信号光合波成混合光后输出，其中，所述辅助光是非突发光，所述信号光是突发光，且所述辅助光的功率设定独立于所述信号光的功率大小；

泵浦源，用于产生泵浦光；

光波分复用器，用于将所述泵浦源产生的泵浦光和所述合波器输出的混合光合波后输入增益介质，得到放大后的混合光。

8.根据权利要求7所述的突发光放大器，其特征在于还包括：

耦合器，增设于所述合波器与所述光波分复用器之间，用于接收来自所述合波器的混合光，将混合光分成两部分，一部分输出至所述光波分复用器；

光探测器，用于接收所述耦合器输出的另一部分混合光，并根据这部分混合光检测混合光功率大小；

泵浦光驱动单元，用于根据所述混合光功率产生泵浦源驱动信号，驱动所述泵浦源。

9.根据权利要求7或8所述的突发光放大器，其特征在于：

所述辅助光源输出的辅助光的功率小于或等于所述突发光放大器的最大输入光功率的二分之一。

10.一种包含权利要求7-9任一所述突发光放大器的光通信系统，其特征在于还包括：

传输光纤，用于传输光信号；

突发光发射机，用于发射突发光，通过传输光纤将突发光发往所述突发光放大器；

突发光接收机，通过传输光纤与所述突发光放大器相连，用于接收经所述突发光放大器放大后的光信号。

11.一种通信系统，其特征在于包括：

传输光纤，用于传输光信号；

突发光发射机，用于发射突发光；

非突发光源，用于产生非突发光，且所述非突发光的功率设定独立于所述突发光的功率大小；

合波器，用于接收通过传输光纤传输的突发光和来自非突发光源的非突发光，将所述突发光和非突发光合波生成混合光；

光放大器，通过传输光纤与合波器相连，用于接收并放大所述混合光；

突发光接收机，通过传输光纤与光放大器相连，用于接收来自所述光放大器的放大后的突发光。

12.根据权利要求11所述的通信系统，其特征在于，所述光放大器包括：

耦合器，用于接收来自所述合波器的混合光，将混合光分成两部分，一部分输出至光波分复用器，另一部分输出至光探测器；

光探测器，用于根据接收到的部分混合光检测混合光功率大小；

泵浦光驱动单元，用于根据所述混合光功率产生泵浦源驱动信号；

泵浦源，用于在所述泵浦光驱动单元的驱动信号驱动下产生泵浦光；

光波分复用器，用于将所述泵浦源产生的泵浦光和所述合波器输出的混合光合波后输入增益介质进行放大。

13.根据权利要求11或12所述的通信系统，其特征在于：

所述合波器和非突发光源均与所述光放大器集成在一起；或者

任一与所述光放大器集成在一起；或者

均不与所述光放大器集成。

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