CN102449938B - 用于调整功率放大的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调整光网络的光链路(7)中的信道(15)的功率电平的方法，所述光链路(7)包括至少一个光放大器(9)，其中，根据下述因素实现所述光链路(7)的信道(15)之间的功率分配：基于对应的连接的特征以及链路的物理特征的目标功率电平，所述至少一个放大器(9)中的总可用功率，进行所述功率分配的控制装置的特征，并且其中，对于与具有较高脆弱性特征参数的连接对应的信道，实际信道功率电平和目标功率电平之间的容忍差值比针对与具有较低脆弱性特征参数的连接对应的信道的容忍差值低。

Description

用于调整功率放大的方法和装置

技术领域

本发明涉及通信网络领域，并且更具体地，涉及光通信网络。

背景技术

在这种网络中，沿着连接1在给定信道上通过多个链路7和交换节点8，将信号从入口节点3传输到出口节点5，每个链路包括至少一个放大器9，如图1中示意性示出的。此外，在链路中，将多个信道15一起传输和放大，每个信道15对应于一个波长，如图2中示意性呈现的。

必须对链路中的放大功率进行调整，以便针对链路中包含的连接，优化目的地处的信号质量。在现有技术中，实现不同信道上的均衡，从而使得链路的所有信道接收相同量的功率。

然而，调整功率电平的已知方式不是最优的。

发明内容

因此，本发明的目的是相对于现有技术改进功率调整，以及提供一种用于对光链路中的信道的功率电平调整进行优化的方法。

因此，本发明涉及一种对光网络的光链路中的信道的功率电平进行调整的方法，该光链路包括至少一个光放大器，其中，根据下述因素实现所述光链路的信道之间的功率分配：

-基于对应的连接的特征以及链路的物理特征的目标功率电平，

-所述至少一个放大器中的总可用功率，

-进行所述功率分配的控制装置的特征，

并且其中，对于与具有较高脆弱性特征参数的连接对应的信道，实际信道功率电平和目标功率电平之间的容忍差值比与具有较低脆弱性特征参数的连接对应的信道的容忍差值低。

根据一个实施方式，按照光链路的信道之间的功率分配趋于使得与具有较高脆弱性特征参数的连接对应的信道的实际信道功率电平和目标功率电平之间的容忍差值最小化的方式，来实现所述调整。

根据又一方面，脆弱性特征参数包括对应的连接的长度参数，从而使得较长的连接具有较高的脆弱性特征参数。

根据其它方面，脆弱性特征参数包括对应的连接的比特率参数，从而使得具有较高比特率的连接具有较高的脆弱性特征参数。

根据另一方面，脆弱性特征参数包括对应的连接的纠错码的格式参数，从而使得脆弱性特征参数根据所述连接的纠错码的格式而改变。

根据又一方面，脆弱性特征参数包括对应的连接的调制格式参数，从而使得脆弱性特征参数根据所述连接的调制格式而改变。

根据其它方面，功率电平的调整包括在考虑所述信道的目标功率电平和与所述信道对应的连接的脆弱性特征参数的情况下，使得代价函数最小，所述代价函数受限于总可用功率条件。

根据另一实施方式，要被最小化的代价函数对应于函数f(P)，使得

$f\left(P\right)=\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(P_i-m_i)}^2}{{\left({\mathrm{\σ}}_i\right)}^2},$

其中，i是信道索引，L是信道的数目，P_i是信道i中的实际功率电平，m_i是信道i的目标功率电平(两个功率以对数尺度表示)，以及1/(σ_i)²是与信道i对应的连接的脆弱性特征参数，并且受限于总可用功率条件

$\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{a{P}_i}\≤C,$

其中，C是以线性尺度表示的总可用功率，并且a是常数。

根据又一方面，所述代价函数还受限于针对所述信道的功率调整的有限范围条件：

${\mathrm{\β}}_i^{\min \mathrm{us}}\≤P_i\≤{\mathrm{\β}}_i^{\mathrm{plus}}$

其中，和分别是信道i的功率范围的上限阈值和下限阈值。

根据其它方面，所述信道的功率电平的调整利用收敛迭代方法实现。

根据另一方面，实际功率值根据对应的连接中的其它链路的状态而改变。

根据又一方面，实际功率值的修改用于补偿对应的连接中的其它链路中的功率缺少或功率过剩。

本发明还涉及光链路，该光链路包括：

-至少一个光放大器，

-接收装置，用于接收关于与信道对应的连接的信息，

-处理装置，用于根据下述因素以及下述事实来确定所述光链路中的信道功率电平，其中下述因素为：

-基于对应的连接的特征以及链路的物理特征的目标功率电平，

-所述至少一个放大器中的总可用功率，

-进行功率分配的控制装置的特征，

并且下述事实为：对于与具有较高脆弱性特征参数的连接对应的信道，实际信道功率电平和目标功率电平之间的容忍差值比与具有较低脆弱性特征参数的连接对应的信道的容忍差值低，以及

-控制装置，用于根据所述处理装置所确定的功率电平值，来调整功率电平。

根据另一方面，所述处理装置用于执行对功率电平的调整，所述调整包括：在考虑所述目标功率电平和与所述信道对应的连接的脆弱性特征参数的情况下，使得代价函数最小，所述代价函数受限于总可用功率条件。

根据又一实施方式，所述处理装置用于执行与函数f(P)对应的代价函数的最小化，使得

$f\left(P\right)=\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(P_i-m_i)}^2}{{\left({\mathrm{\σ}}_i\right)}^2},$

其中，i是信道索引，L是信道的数目，P_i是信道i中的功率电平，m_i是信道i的目标功率电平(两个功率以对数尺度表示)，以及1/(σ_i)²是与信道i对应的连接的脆弱性特征参数，所述代价函数受限于总可用功率条件

$\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{a{P}_i}\≤C,$

其中，C是以线性尺度表示的总可用功率。

根据又一方面，所述处理装置还用于在考虑针对所述信道的功率电平调整的下述有限范围条件的情况下最小化所述代价函数f(P)：

${\mathrm{\β}}_i^{\min \mathrm{us}}\≤P_i\≤{\mathrm{\β}}_i^{\mathrm{plus}},$

其中，和分别是信道i的功率范围的上限阈值和下限阈值。

根据另一方面，所述处理装置还用于基于收敛迭代方法，在确定所述信道功率电平时执行调整。

附图说明

图1示出了光网络中的连接的示意性图示；

图2示出了光链路的示意性图示；

图3示出了用于表示以输入功率为函数的、链路的输出处的误码率的图表；

图4是图示“注水”解决方案的示意图；

图5是图示具有虹吸管的“注水”解决方案的示意图；

图6是光链路的功率分配装置的示图。

具体实施方式

如同本文中所使用的，术语连接的“脆弱性特征参数”指的是相对于信号沿着连接所经历的降级或损失而言的该连接的鲁棒性的缺乏。不同的参数可能影响所述脆弱性特征参数，比如

-连接的长度，

-沿着连接的调制格式，

-连接的比特率，

-沿着连接的纠错码的格式，

-链路的物理特征，比如光纤的类型。

本发明的实施方式的思想在于根据对应的连接1的特征来单独地调整链路7的不同信道15的功率电平。

通过针对链路的每个信道，确定与在所关注的信道上产生最低信号降级的功率电平对应的目标功率电平来实现该调整。

根据链路7的物理特征来估计沿着与所关注的信道对应的连接1从所关注的功率电平调整到下一功率电平调整的降级。

实际上，图3示出了以光链路7的信道15上的功率电平(P_1，n)为函数表示的误比特率(BER)的曲线，BER和功率电平以分贝(dB)来表示。在该曲线中，我们可以区分出三个分段。

首先是线性分段S1。当功率电平太低(即低于P1)时，噪声产生损失，并且误比特率随着功率电平降低而线性增加。

功率电平P1和P2之间的第二分段S2具有抛物线形式。该分段S2是误比特率保持在可接受界限内的分段。

可以注意到，误比特率在与目标功率电平对应的功率值P3处具有最小值。

从功率电平P3开始的第三分段S3随着功率电平增加而指数上升。这是由于下述事实：当功率电平太高时，光的非线性效应产生信号中的损失，从而导致信号降级，并且因此导致误比特率增加。

对于所有信道和链路，具有线性分段S1、抛物线分段S2和指数分段S3的曲线的大体形状是相同的。然而，误比特率的总值，特别是P3处的最小BER以及分段S2的宽度，根据上述影响降级的参数而改变。

还可以认识到的是，例如具有更宽的S2分段的链路中的信道受到损失的影响可以比具有陡峭限定的S2分段的信道更小。这意味着在第一种情况下，调整功率电平的范围比第二种情况更大，而不会冒受损的风险。

因此，在理想的情况下，所有信道15被设置到它们的目标功率电平，以便在目的地处获得最好的信号质量。这还将意味着达到光网络的最优透明度，因为可以实现具有最低再生需求的优化连接。

然而，其他约束可能阻碍这种调整。实际上，链路中可用的总功率是有限的，并且链路7的功率分配装置也具有技术限制，从而通常需要折中。

取决于技术约束，为每个信道设置的实际功率电平可能与目标功率电平不同。此外，与其它连接相比，一些连接可能因功率电平的修改而遭受更多的损失。

实际上，对于具有低脆弱性特征参数的连接1，该连接的链路中的功率电平的修改与具有较高降级参数的连接1相比影响更小。

根据本发明的一个方面，对于与具有高降级参数的连接1对应的信道15，功率电平变化的可接受范围相对于具有低降级参数的信道减小了。

例如，对于链路7的两个信道15，一个具有高脆弱性特征参数，一个具有低脆弱性特征参数，在具有高脆弱性特征参数的信道15上将仅仅容忍1dB的调整范围，而在具有低脆弱性特征参数的信道7上将容忍5dB的调整范围。

脆弱性特征参数取决于连接1的特征以及沿着连接1穿过的链路7的特征，所述特征产生信号沿着连接1的降级或损失。例如，与较短的连接1相比，较长的连接1将可能经受更多的降级。

必须注意的是，连接1的长度可以指它的物理长度(例如，以km为单位)，但是也可以指沿着连接1的链路7或区段(span)的数目或者链路7或区段的数目与它们的物理长度的组合。调制格式、比特率和纠错码的格式也可能影响信号沿着连接1的可接受的降级的量，并且因此可以将其考虑在脆弱性特征参数内。

因此，脆弱性特征参数允许在调整链路的不同信道的功率电平时考虑对应的连接1的脆弱性，以及允许偏向与更“脆弱的”连接1对应的信道15，也就是说，目的地处的信号可能被更多降级的信道。

为了在调整在链路7中传输的不同信道15的功率电平时优化所述折中，本发明的实施方式涉及在考虑不同信道15的不同约束的情况下最小化代价函数。

代价函数可以由下述函数描述：

$f\left(P\right)=\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(P_i-m_i)}^2}{{\left({\mathrm{\σ}}_i\right)}^2},$

其中，i是信道索引，L是信道的数目，P_i是信道i中的实际功率电平，m_i是信道i的目标功率电平(两个功率都以对数尺度表示)，以及1/(σ_i)²是与信道i对应的连接的脆弱性特征参数。

所述代价函数受限于总可用功率条件

$\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{a{P}_i}\≤C,$

其中，C是以线性尺度表示的链路中的总可用功率，并且a是常数。

此外，代价函数还受限于针对信道的功率调整的下述有限范围条件：

${\mathrm{\β}}_i^{\min \mathrm{us}}\≤P_i\≤{\mathrm{\β}}_i^{\mathrm{plus}}$

其中，和分别是信道i的功率范围的上限阈值和下限阈值。

为了实现所述代价函数的最小化，解决方案是确定对应的拉格朗日算符的驻点：

$L(P,\mathrm{\λ},\mathrm{\μ},\mathrm{\ν})=\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(P_i-m_i)}^2}{{\left({\mathrm{\σ}}_i\right)}^2}+\mathrm{\ν}(\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{a{P}_i}-C)+{\mathrm{\λ}}^{\′}(P-{\mathrm{\β}}^{\mathrm{plus}})+{\mathrm{\μ}}^{\′}({\mathrm{\β}}^{\mathrm{moins}}-P)$

其中，λ，μ和ν是变量。

所述拉格朗日算符的驻点由下述等式给出：

$\frac{\∂L(P,\mathrm{\λ},\mathrm{\μ},\mathrm{\ν})}{\∂P_i}=2\frac{(P_i-m_i)}{{\left({\mathrm{\σ}}_i\right)}^2}+\mathrm{\νa}{e}^{a{P}_i}+({\mathrm{\λ}}_i-{\mathrm{\μ}}_i)=0$

其中，ν≥0且 $\mathrm{\ν}(\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{a{P}_i}-C)=0.$

问题在于它对应于一组非线性等式。

如果所有连接都是相同的：m_i＝m且σ_i＝σ，假设所有P_i都在它们的边界内(λ_i＝μ_i＝0)，则对于所有P_i，所述等式都相同：

$2\frac{(P_i-m)}{{\left(\mathrm{\σ}\right)}^2}+{\mathrm{\νae}}^{a{P}_i}=0$

其解对应于在数学上公知为图4中示出的经典“注水”问题的解，其中B+和B-对应于不同信道的功率电平的范围边界。(关于通常的“注水问题”及其解，可以参见Eitan Altman等在2007年10月22日在法国的Nantes召开的GameComm 2007上发表的论文“Closed form solutions for water-filling problems in optimization andgame frameworks。”)

在图4中，上面的水平点状线表示由于链路中缺少功率而不能达到的目标电平，下面的水平点状线表示可用的功率预算C，并且对应于信道可达到的功率电平。因此，功率电平被设置为这个电平。在信道达到它们的边界的情况下，所述问题仍然是如图5中描述的具有虹吸管的注水问题。

如果目标功率电平和脆弱性特征参数不同，并且假设所有P_i都在它们的边界内(λ_i＝μ_i＝0)，则要求解的非线性系统是 $\frac{\∂L(P,\mathrm{\λ},\mathrm{\μ},\mathrm{\ν})}{\∂P_i}=2\frac{(P_i-m_i)}{{\left({\mathrm{\σ}}_i\right)}^2}+\mathrm{\ν}{\mathrm{ae}}^{a{P}_i}=0,$ 其中 $\left(\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{a{P}_{\mathrm{ki}}}\right)-C=0,$ 其中k是信道索引。

因此，可以消除ν： $\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}2\frac{(P_i-m_i)}{{\left({\mathrm{\σ}}_i\right)}^2}+\mathrm{\νaC}=0,$ 则

$\frac{(P_i-m_i)}{{\left({\mathrm{\σ}}_i\right)}^2}=\left(\frac{1}{C}\right){\mathrm{Se}}^{a{P}_i},$ 其中 $S=\underset{k=1}{\mathrm{\Σ}}\frac{(P_k-m_k)}{{\left({\mathrm{\σ}}_k\right)}^2}.$

在S固定时，可以针对每个P_i进行求解(正割法)，随后S被更新，并且重复所述方法。此外，所述方法向最优解收敛。

因此，根据本发明的实施方式，利用收敛迭代方法实现信道的功率电平调整。

此外，所述方法是动态的，以便考虑到在所述链路中发生的任何修改，比如在所述链路中增加或删除连接。

此外，链路7中的信道15的功率电平的调整可能受到其它链路中的所述功率电平的调整的影响。实际上，如果在连接1的链路7(图1)中，由于技术限制，实际功率电平在容忍范围之外，则可以在连接1的其它链路7中实现补偿。因此，可以修改信道15的实际功率电平，以补偿对应的连接1的另一链路7的功率缺少或功率过剩。

在实践中，光链路7包括至少一个光放大器9以及控制装置，所述控制装置允许对每个单独信道的功率电平进行设置。实际上，链路7可以包括若干区段，每个区段包括光放大器9，从而链路7包括若干个光放大器9。如图6中描述的，所述控制装置可以是任何单独的波长衰减系统12，比如波长选择开关(WSS)或波长阻断器(WB)，所述系统12通常包括解复用系统11、一组光衰减器13(例如，一组可变光衰减器(VOA))以及复用系统17，该组光衰减器13允许为不同的信道15设置单独的衰减。实际上，在通过链路7传输之前，对不同的信道15进行复用。解复用器11因此允许将与不同波长对应的不同信道15分开。然后，对每个信道15的功率电平进行调整。最后在复用器17中对不同信道15进行再复用，以便通过下面的链路7传输。在一个实施方式中，波长衰减系统12集成在光交换节点8内。

此外，关于与链路7的不同信道15对应的连接1的信息被传输给链路7。因此，基于这个信息，链路7的处理装置可以实现与上述优化对应的计算，以便在允许考虑所有约束的情况下，确定对不同信道15的功率电平的调整。接下来，由处理装置确定的值随后被至少一个光放大器9以及控制装置应用。

因此，本发明的实施方式允许单独地调整链路7的不同信道15的功率电平，并且允许优化所述调整，从而使得与具有高脆弱性特征参数的连接1对应的信道15的调整范围相对于与具有低脆弱性特征参数的连接1对应的信道15减小。在光网络中应用这种调整有助于更好的功率分配，并且因此有助于在所请求的功率量内，优化出口节点5处的信号质量的比率。

另外，本发明的实施方式使得能够降低再生需求，并且增加网络的透明度。

Claims (17)

1.一种用于调整光网络的光链路(7)中的信道(15)的功率电平的方法，所述光链路(7)包括至少一个光放大器(9)，其中，根据下述因素实现所述光链路(7)的信道(15)之间的功率分配：

基于对应的连接(1)的特征以及链路(7)的物理特征的目标功率电平，

所述至少一个光放大器(9)中的总可用功率，

进行所述功率分配的控制装置的特征，

并且其中，对于相对于信号沿着连接所经历的降级或损失而言具有较高脆弱性特征参数的连接对应的信道，实际信道功率电平和所述目标功率电平之间的容忍差值比针对相对于信号沿着连接所经历的降级或损失而言具有较低脆弱性特征参数的连接对应的信道的容忍差值低。

2.如权利要求1所述的用于调整功率电平的方法，其中，所述光链路(7)中的信道之间的功率分配趋于使得与具有较高脆弱性特征参数的连接对应的信道的实际信道功率电平和目标功率电平之间的容忍差值最小化。

3.如权利要求1或2所述的用于调整功率电平的方法，其中，所述脆弱性特征参数包括所述对应的连接(1)的长度参数，从而使得较长的连接(1)具有较高的脆弱性特征参数。

4.如权利要求1或2所述的用于调整功率电平的方法，其中，所述脆弱性特征参数包括所述对应的连接(1)的比特率参数，从而使得具有较高比特率的连接(1)具有较高的脆弱性特征参数。

5.如权利要求1或2所述的用于调整功率电平的方法，其中，所述脆弱性特征参数包括所述对应的连接的纠错码的格式参数，从而使得所述脆弱性特征参数根据所述连接(1)的纠错码的格式而改变。

6.如权利要求1或2所述的用于调整功率电平的方法，其中，所述脆弱性特征参数包括所述对应的连接(1)的调制格式参数，从而使得所述脆弱性特征参数根据所述连接(1)的调制格式而改变。

7.如权利要求1或2所述的用于调整功率电平的方法，其中，所述功率电平的调整包括：在考虑所述信道(15)的目标功率电平和与所述信道(15)对应的连接(1)的脆弱性特征参数的情况下，使得代价函数最小，所述代价函数受限于总可用功率条件。

8.如权利要求7所述的用于调整功率电平的方法，其中，要被最小化的代价函数对应于函数f(P)，使得

$f\left(P\right)=\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(P_i-m_i)}^2}{{\left({\mathrm{\σ}}_i\right)}^2},$

其中，i是信道索引，L是信道的数目，P_i是信道i中的实际功率电平，m_i是信道i的目标功率电平，以及1/(σ_i)²是与信道i对应的连接的脆弱性特征参数，并且受限于总可用功率条件

$\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{{\mathrm{aP}}_i}\≤C,$

其中，C是总可用功率，并且a是常数。

9.如权利要求8所述的用于调整功率电平的方法，其中，所述代价函数还受限于针对所述信道的功率调整的有限范围条件：

${\mathrm{\β}}_i^{\min \mathrm{us}}\≤P_i\≤{\mathrm{\β}}_i^{\mathrm{plus}}$

其中，和分别是信道i的功率范围的上限阈值和下限阈值。

10.如权利要求1或2所述的用于调整功率电平的方法，其中，所述信道(15)的功率电平的调整利用收敛迭代方法实现。

11.如权利要求1或2所述的用于调整功率电平的方法，其中，实际功率值根据所述对应的连接(1)中的其它链路(7)的状态而改变。

12.如权利要求11所述的用于调整功率电平的方法，其中，所述实际功率值的修改用于补偿所述对应的连接(1)的其它链路(7)中的功率缺少或功率过剩。

13.一种光链路(7)，包括：

-至少一个光放大器(9)，

-接收装置，用于接收关于与信道(15)对应的连接(1)的信息，

-处理装置，用于根据下述因素以及下述事实来确定所述光链路(7)中的信道(15)的功率电平，其中下述因素为：

基于对应的连接(1)的特征以及链路(7)的物理特征的目标功率电平，

所述至少一个光放大器(9)中的总可用功率，

进行功率分配的控制装置的特征，

并且下述事实为：对于相对于信号沿着连接所经历的降级或损失而言具有较高脆弱性特征参数的连接对应的信道，实际信道功率电平和所述目标功率电平之间的容忍差值比针对相对于信号沿着连接所经历的降级或损失而言具有较低脆弱性特征参数的连接对应的信道的容忍差值低，以及

控制装置，用于根据所述处理装置所确定的功率电平值，调整所述功率电平。

14.如权利要求13所述的光链路，其中，所述处理装置用于执行对所述功率电平的调整，所述调整包括在考虑所述目标功率电平和与所述信道对应的连接的脆弱性特征参数的情况下，使得代价函数最小，所述代价函数受限于总可用功率条件。

15.如权利要求14所述的光链路，其中，所述处理装置用于执行对与函数f(P)对应的代价函数的最小化，使得

$f\left(P\right)=\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(P_i-m_i)}^2}{{\left({\mathrm{\σ}}_i\right)}^2},$

其中，i是信道索引，L是信道的数目，P_i是信道i中的功率电平，m_i是信道i的目标功率电平，以及1/(σ_i)²是与信道i对应的连接的脆弱性特征参数，所述代价函数受限于所述总可用功率条件

$\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{{\mathrm{aP}}_i}\≤C,$

其中，C是总可用功率。

16.如权利要求15所述的光链路，其中，所述处理装置还用于在考虑针对所述信道功率电平的调整的下述有限范围条件的情况下最小化所述代价函数f(P)：

${\mathrm{\β}}_i^{\min \mathrm{us}}\≤P_i\≤{\mathrm{\β}}_i^{\mathrm{plus}},$

其中，和分别是信道i的功率范围的上限阈值和下限阈值。

17.如权利要求15所述的光链路，其中，所述处理装置用于基于收敛迭代方法，在确定所述信道功率电平时执行调整。