CN102223182A - 驱动电流控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种驱动电流控制方法及装置,该方法包括:获取入光功率和出光功率;根据入光功率和出光功率,控制出光链路的驱动电流。本发明可以解决相关技术中DSP分时地获取入光功率、控制驱动电流并判断出光误差是否满足要求从而导致整个反馈控制过程会耗费大量时间的问题,从而实现快速增益控制,保证线路中光功率平坦和稳定。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域,具体而言,涉及一种驱动电流控制方法及装置。
背景技术
在当前的光通信传输领域中,光放大系统主要用在光链路中实现对光信号的增益控制功能,包括信号增益的放大,衰减,锁定等功能。硬件上光放大系统主要由光放大板构成,主要是利用掺铒光纤放大器(EDFA)实现对光信号的放大,从而补偿光信号链路中光信号传输损耗,保证信号在光链路中能以正常的功率大小进行传输。
在实际光放大系统当中,对系统增益的控制,实际上就是对EDFA的驱动电流的控制。驱动电流的大小决定了EDFA的增益大小。在正常工作环境下,需要保证EDFA的驱动电流恒定,而在各种异常工作环境下,如突然出现掉波和增波情况,需要能保证驱动电流同步的根据变化趋势进行快速调整,并最终根据新的入光功率条件来实现增益锁定。如果调节速度慢,驱动电流没有跟上变化趋势,会使得在过渡过程中光链路的信号出现较大的功率波动,导致出现误码,严重时会导致业务中断,损坏光器件。所以系统要求是调节过程越快越好,控制精度越高越好。
相关技术中,对于驱动电流的控制,通常通过引入数字信号处理器件(DSP)、高速模数转换器件(ADC)和高速数模转换器件(DAC)而实现。
图1是根据相关技术的光放大系统的示意图,如图1所示,光放大系统主要由光功率检测电路、监控单元、DSP控制单元、光功率检测单元ADC、驱动单元DAC以及与光放大相关的电路和EDFA等组成。整个系统的关键部分DSP控制单元属于顺序处理器件。
图2是根据相关技术的光放大系统的增益控制的流程图,如图2所示,包括如下的步骤S202至步骤S212。
步骤S202,采集入光功率信号,其中,光功率相关的模拟部分电路,对光信号的采集和转换时一直在进行的,实现了光信号到模拟电信号的实时转换。
步骤S204,当入光功率发生变化时,判断入光功率的变化趋势是增波状态还是减波状态,然后进行后继的处理。由于DSP本身的限制,其软件功能主要都是在中断中完成,中断是有处理周期的,这样的话本身就会带来时间开销,从而导致对光功率的变化实时响应性能就不会很高。
步骤S206,判断是否进入瞬态处理流程,如果是则进入步骤S208,否则返回步骤S202。
步骤S208,系统进入瞬态处理流程,计算控制变量。由于处理时间会比较长,软件会关闭中断,执行瞬态抑制算法,实现对增益的快速控制。在实现算法的具体过程中,使用的是数字PID算法。
图3是根据相关技术的PID控制器的示意图,如图3所示,r(t)为输入,y(t)为输出,e(t)为误差控制变量,Ti为积分常数,Td为微分常数,K为比例系数,u(t)为控制变量,G(s)为系统的传递函数。
下式(1)为方便计算机运算进行离散化处理的PID计算公式,其中,T为采样周期,e(k)和e(k-1)分别为当前和上一次的出光误差计算值。这种通过求和、求差以及乘法运算的操作便于数字逻辑实现。算法通过判断输入和输出之间的误差值,使用精心设计的控制参数进行计算后得到了u(t)。
步骤S210,设置参数到执行机构。
步骤S212,判断出光误差是否满足要求,如果是则结束,否则返回步骤S202。即,当判断当前的增益控制效果不能满足要求后,DSP进入下一个处理周期。
由此可见,DSP为了计算出控制参数,是顺序进行运算的,即采集到相关数据后,然后保存进行计算,运行多个运算步骤后得到控制参数,最后再设置到DAC中得到最终的控制驱动电流。这中间输入的采集数据发生变化,DSP也不予响应,而最终设置到EDFA中的驱动电流也不是当前输入变化量所对应的控制量,而是存在较大的时间滞后。因此,当系统通过反复多次调整达到最终稳定状态,增益控制调节到位时,此时由于调节时间的滞后,导致了调节次数过多,调节时间过长,最终导致了过冲指标不能满足要求。
发明内容
针对相关技术中DSP分时地获取入光功率、控制驱动电流并判断出光误差是否满足要求从而导致整个反馈控制过程会耗费大量时间的问题而提出本发明,为此,本发明的主要目的在于提供一种驱动电流控制方法及装置,以解决上述问题。
为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种驱动电流控制方法。
根据本发明的驱动电流控制方法包括:获取入光功率和出光功率;根据入光功率和出光功率,控制出光链路的驱动电流。
优选地,根据入光功率和出光功率,控制出光链路的驱动电流包括:根据入光功率和出光功率,计算控制参数;使用控制参数,控制出光链路的驱动电流。
优选地,根据入光功率和出光功率,计算控制参数包括:根据入光功率和出光功率,确定出光误差的变化趋势;根据出光误差的变化趋势,计算控制参数中的比例控制参数、积分控制参数和微分控制参数。
优选地,根据入光功率和出光功率,计算控制参数包括:根据入光功率和出光功率,使用并行处理算法,计算控制参数,其中并行处理算法是使用现场可编程门阵列FPGA实现的。
优选地,使用控制参数,控制出光链路的驱动电流包括:向驱动电路中的数字模拟转换器件DAC发送控制参数;DAC根据控制参数,控制出光链路的驱动电流。
优选地,在获取入光功率和出光功率之前,上述方法还包括:光功率检测器件检测入光功率值和出光功率值,模拟数字转换器件ADC将入光功率值和出光功率值转换为入光采样值和出光采样值;获取入光功率和出光功率包括:获取入光采样值和出光采样值。
优选地,在根据入光功率和出光功率,控制出光链路的驱动电流之前,上述方法还包括:根据入光功率的变化趋势,判断是否进入瞬态;如果判断结果为是,则执行控制出光链路的驱动电流的操作。
为了实现上述目的,根据本发明的另一个方面,提供了一种驱动电流控制装置。
根据本发明的驱动电流控制装置包括:获取模块,用于获取入光功率和出光功率;控制模块,用于根据入光功率和出光功率,控制出光链路的驱动电流。
优选地,控制模块包括:计算子模块,用于根据入光功率和出光功率,计算控制参数;控制子模块,用于使用控制参数,控制出光链路的驱动电流。
优选地,计算子模块包括:确定单元,用于根据入光功率和出光功率,确定出光误差的变化趋势;计算单元,用于根据出光误差的变化趋势,计算控制参数中的比例控制参数、积分控制参数和微分控制参数。
优选地,上述驱动电流控制装置还包括:判断模块,用于根据入光功率的变化趋势,判断是否进入瞬态;执行模块,用于在判断结果为是的情况下,执行控制出光链路的驱动电流的操作。
本发明通过并行地获取入光功率和出光功率,然后根据该入光功率和出光功率控制驱动电流,从而可以实现快速增益控制,保证线路中光功率平坦和稳定。
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是根据相关技术的光放大系统的示意图;
图2是根据相关技术的光放大系统的增益控制的流程图;
图3是根据相关技术的PID控制器的示意图;
图4是根据本发明实施例的驱动电流控制方法的流程图;
图5是根据本发明实施例的光放大系统的增益控制的流程图;
图6是根据本发明实施例的驱动电流控制装置的结构框图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供了一种驱动电流控制方法,图4是根据本发明实施例的驱动电流控制方法的流程图,如图4所示,包括如下的步骤S402至步骤S404。
步骤S402,获取入光功率和出光功率。
步骤S404,根据入光功率和出光功率,控制出光链路的驱动电流。
相关技术中,控制出光链路的驱动电流是通过串行处理器件DSP进行的,DSP分时地获取入光功率、控制驱动电流并判断出光误差是否满足要求,整个反馈控制过程会耗费大量时间,从而导致整个系统的响应速度偏慢。本发明实施例中,通过并行地获取入光功率和出光功率,然后根据该入光功率和出光功率控制驱动电流,从而可以实现快速增益控制,保证线路中光功率平坦和稳定。
优选地,根据入光功率和出光功率,控制出光链路的驱动电流包括:根据入光功率和出光功率,计算控制参数;使用控制参数,控制出光链路的驱动电流。本优选实施例中,将计算操作与控制操作完全分开,保证了处理的实时性。
优选地,根据入光功率和出光功率,计算控制参数包括:根据入光功率和出光功率,确定出光误差的变化趋势;根据出光误差的变化趋势,计算控制参数中的比例控制参数、积分控制参数和微分控制参数。本优选实施例中,FPGA实现关键的控制算法包括数字PID控制算法并行处理算法。这样设计可以在数据采集领域,控制算法领域和控制执行机构都保证实时性和高速性,从而保证关键的设计指标。
优选地,根据入光功率和出光功率,计算控制参数包括:根据入光功率和出光功率,使用并行处理算法,计算控制参数,其中并行处理算法是使用现场可编程门阵列FPGA实现的。
优选地,使用控制参数,控制出光链路的驱动电流包括:向驱动电路中的数字模拟转换器件DAC发送控制参数;DAC根据控制参数,控制出光链路的驱动电流。本优选实施例中,DAC是高速并行DAC器件,所以FPGA的调节量可以实时的设置到DAC中得到最后输出到EDFA的模拟调节电流,最终实现对系统的快速增益控制。
优选地,在获取入光功率和出光功率之前,上述方法还包括:光功率检测器件检测入光功率值和出光功率值,模拟数字转换器件ADC将入光功率值和出光功率值转换为入光采样值和出光采样值;获取入光功率和出光功率包括:获取入光采样值和出光采样值。
优选地,在根据入光功率和出光功率,控制出光链路的驱动电流之前,上述方法还包括:根据入光功率的变化趋势,判断是否进入瞬态;如果判断结果为是,则执行控制出光链路的驱动电流的操作。
需要说明的是,上述优选实施例中的并行操作均可以通过现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array,简称为FPGA)。FPGA本质上是一个可以进行高速并行处理的器件,从而使得FPGA在每个时钟周期都可以进行功率判断,并使得控制单元可以以极低的时延得到控制变量,从而实现减小态过渡过程的时间,降低瞬态过渡过程中光功率的过冲。而能够快速的对增益进行控制在长距离大容量密集波分系统中具有重大意义,防止传输线路中在光功率异常波动时出现业务中断,保证线路中光功率平坦和稳定。
下面将结合实例对本发明实施例的实现过程进行详细描述。
本发明通过使用FPGA器件和并行算法,从而能够大大提高增益控制的快速性能,减小系统在瞬态时的调节时间和过冲指标。
图5是根据本发明实施例的光放大系统的增益控制的流程图,如图5所示,包括如下的步骤S502至步骤S508。
步骤S502,入光功率采集进程与出光误差统计进程,其中,光功率相关的模拟部分电路,对光信号的采集和转换时一直在进行的,实现了光信号到模拟电信号的实时转换。这一部分与传统的处理流程一致。
步骤S504,当入光功率发生变化时,由FPGA来判断入光功率的变化趋势,分析是否进入瞬态以及是增波状态还是减波状态,然后进行后继的处理。FPGA本质上是一个可以进行高速并行处理的器件,所以FPGA每个时钟周期都可以进行功率判断。前端的ADC也是每个时钟都在采样光功率变化数据,这样增益控制单元可以时刻得到最新的入光功率变化信息。
步骤S506,控制变量计算进程。具体地,当FPGA完成了对入光功率的变化趋势的判断后,系统就进入瞬态处理流程,执行瞬态抑制算法,实现对增益的快速控制。在实现算法的具体过程中,同样使用的是数字PID算法,根据出光误差的变化趋势,得到比例,积分,微分控制参数,最后得到负反馈的参数对出光链路的驱动电流进行驱动。由于FPGA本身的特点,算法使用并行方式来实现。并行处理算法主要体现在:首先算法本身涉及到的数值计算和逻辑判断,采用FPGA流水线设计技术,保证每个时钟周期都能输出新的处理数据,这样计算的延迟只有一个时钟周期,FPGA工作时钟都在100M以上,这样处理可以认为几乎无时延。同时驱动电路中的DAC可以实时的接收FPGA的设置数据来改变驱动电流的大小。这样整个处理时延很小。其次在PID控制算法实现过程中,关于控制变量的计算,不是得到输入数据后一步一步按照顺序计算并且对中间数据不加处理而得到最终控制变量的,而是每个时钟周期都能得到新的控制变量,这样控制的速度自然就非常高。通过这样设计,在系统的实际运行过程中,控制单元能实现低延迟的快速输出控制变量,整个反馈调节单元的时延主要是信号采集和驱动单元转换延迟,信号处理的延迟不再是关键因素。信号采集和转换延迟是硬件决定的,同时随着硬件和设计水平的进步,这个指标还可以继续提高。
步骤S508,判断是否完成增益锁定,如果是则结束,否则返回步骤S502。
需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明实施例提供了一种驱动电流控制装置,该驱动电流控制装置可以用于实现上述驱动电流控制方法。图6是根据本发明实施例的驱动电流控制装置的结构框图,如图6所示,包括获取模块62,控制模块64。下面对其结构进行详细描述。
获取模块62,用于获取入光功率和出光功率;控制模块64,连接至获取模块62,用于根据获取模块62获取的入光功率和出光功率,控制出光链路的驱动电流。
优选地,控制模块64包括计算子模块642和控制子模块644。下面对其结构进行详细描述。
计算子模块642,用于根据入光功率和出光功率,计算控制参数;控制子模块644,连接至计算子模块642,用于使用计算子模块642计算的控制参数,控制出光链路的驱动电流。
优选地,计算子模块642包括确定单元6422、计算单元6424。下面对其结构进行详细描述。
确定单元6422,用于根据入光功率和出光功率,确定出光误差的变化趋势;计算单元6424,连接至确定单元6422,用于根据确定单元6422确定的出光误差的变化趋势,计算控制参数中的比例控制参数、积分控制参数和微分控制参数。
优选地,上述驱动电流控制装置还包括判断模块66和执行模块68。下面对其结构进行详细描述。
判断模块66,用于根据入光功率的变化趋势,判断是否进入瞬态;执行模块68,连接至判断模块66,用于在判断模块66判断结果为是的情况下,执行控制出光链路的驱动电流的操作。
需要说明的是,装置实施例中描述的驱动电流控制装置对应于上述的方法实施例,其具体的实现过程在方法实施例中已经进行过详细说明,在此不再赘述。
综上所述,根据本发明的上述实施例,提供了一种驱动电流控制方法及装置。本发明通过并行地获取入光功率和出光功率,然后根据该入光功率和出光功率控制驱动电流,从而可以实现快速增益控制。另外经证明,本发明可以将相关技术中的极限增波和掉波条件下的系统出光过冲由3db降低到1.2db,保证线路中光功率平坦和稳定。
显然,本领域的技术人员应该明白,上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分布在多个计算装置所组成的网络上,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
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 (11)
1.一种驱动电流控制方法,其特征在于,包括:
获取入光功率和出光功率;
根据所述入光功率和所述出光功率,控制出光链路的驱动电流。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述入光功率和所述出光功率,控制出光链路的驱动电流包括:
根据所述入光功率和所述出光功率,计算控制参数;
使用所述控制参数,控制出光链路的驱动电流。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据所述入光功率和所述出光功率,计算控制参数包括:
根据所述入光功率和所述出光功率,确定出光误差的变化趋势;
根据所述出光误差的变化趋势,计算所述控制参数中的比例控制参数、积分控制参数和微分控制参数。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据所述入光功率和所述出光功率,计算所述控制参数包括:根据所述入光功率和所述出光功率,使用并行处理算法,计算所述控制参数,其中所述并行处理算法是使用现场可编程门阵列FPGA实现的。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,使用所述控制参数,控制出光链路的驱动电流包括:
向驱动电路中的数字模拟转换器件DAC发送所述控制参数;
所述DAC根据所述控制参数,控制出光链路的驱动电流。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其特征在于,
在获取入光功率和出光功率之前,所述方法还包括:光功率检测器件检测入光功率值和出光功率值,模拟数字转换器件ADC将所述入光功率值和所述出光功率值转换为入光采样值和出光采样值;
获取入光功率和出光功率包括:获取所述入光采样值和所述出光采样值。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其特征在于,在根据所述入光功率和所述出光功率,控制出光链路的驱动电流之前,所述方法还包括:
根据所述入光功率的变化趋势,判断是否进入瞬态;
如果判断结果为是,则执行控制出光链路的驱动电流的操作。
8.一种驱动电流控制装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取入光功率和出光功率;
控制模块,用于根据所述入光功率和所述出光功率,控制出光链路的驱动电流。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述控制模块包括:
计算子模块,用于根据所述入光功率和所述出光功率,计算控制参数;
控制子模块,用于使用所述控制参数,控制出光链路的驱动电流。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述计算子模块包括:
确定单元,用于根据所述入光功率和所述出光功率,确定出光误差的变化趋势;
计算单元,用于根据所述出光误差的变化趋势,计算所述控制参数中的比例控制参数、积分控制参数和微分控制参数。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的装置,其特征在于,还包括:
判断模块,用于根据所述入光功率的变化趋势,判断是否进入瞬态;
执行模块,用于在判断结果为是的情况下,执行控制出光链路的驱动电流的操作。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20111019 |