CN102571213B - 一种实现光放大器增益控制的装置和方法 - Google Patents

一种实现光放大器增益控制的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光放大器增益控制方法，包括：在波长信号合波前，在该波长信号上加载波长标签；获取光放大器的输入光和输出光中各波长标签的幅度，根据所述输入光和输出光中各波长标签的幅度得到各波长信号的幅度，从而得到各波长信号的增益；根据各波长信号的增益得到所述光放大器的整体增益；将所述整体增益与预设的目标增益进行比较，根据比较结果对所述光放大器的工作增益进行控制。本发明还提供一种光放大器增益控制装置。本发明排除了放大自发辐射噪声的影响，可以实现光放大器增益的精细控制，保证了波分复用系统性能的优化。

Description

一种实现光放大器增益控制的装置和方法
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种实现光放大器增益控制的装置和方法。
背景技术
掺铒光纤放大器(简称光放大器)是波分复用系统的重要器件，光放大器在光信号放大过程中会产生放大自发辐射噪声，尤其当输入光功率较小或输入通道数较少时，输出光功率中放大自发辐射噪声占了很大的比例。传统的光放大器增益控制设计是通过输入光功率和输出光功率的监测来实现的，因为输出光功率中放大自发辐射噪声有时不能忽略，这将可能导致实际的信号功率得不到预期的放大增益，并且这种效应会随着传输线路上光放大器的增加而不断累积，从而影响系统的整体性能，使传输参数偏离设计值，降低系统的最终光信噪比。
中兴通讯股份有限公司的专利公开号CN101141201“光放大器增益噪声补偿方法和装置”涉及光放大增益控制中噪声分量问题，提供了一种光放大器增益噪声补偿方法和装置，它基于理论推导的结论，通过对入光检测电路的修正，达到噪声功率补偿，实现真正的信号功率增益控制的目的。
专利CN101141201的缺点在于认为放大自发辐射噪声功率仅与增益有关，事实上，还与其他因素有关，因此，现有增益控制相对粗放，需要改进。
波长标签技术可参考中国邮电行业标准YD/T 2003-2009“可重构的光分插复用(ROADM)设备技术要求”的附录D，介绍了ROADM应用中的波长踪迹监控(波长标签)技术。在波长路径的源端点，在波长信号进入波分网络之前使用编码器进行调制编码，为每个波长信号附加一个全网唯一的标识(波长标签)；在波长路径经过的各个节点的各个参考点上，都可以通过嵌入的波长标签检测器来监测和识别经过该点的各个波长的标签。
波长标签涉及到的调顶技术介绍如下：波分复用系统中为每个波长加载一个调顶(pilot tone)信号，可以实现多种特殊的应用，这在业界早有研究。调顶信号有时也叫低频微扰(low-frequency dither)信号，波长信号加载调顶信号对传输性能的影响几乎可以忽略不计。例如1993年英国BT实验室、瑞典Ericsson等多家单位在光波技术学报上联合发表的“A transport network layer based on optical network elements (一种基于光网络网元的传送网络层)”，提出了利用调顶信号实现波分复用系统中故障管理所需的波长通道的确认和功率管理。还有1994年加拿大Nortel公司的Kim B.Roberts申请的专利“methodand apparatus for monitoring performance of optical transmission systems”(光传输系统的性能监测的方法和装置)，专利公开号为US005513029，提出了一种监测光放大器性能的方法，即监测已知调制深度的调顶信号，实现光放大器的信号和噪声分量的预估。此外还有1996年美国贝尔实验室的Fred Heismann等人在ECOC’96会议上发表了“signaltracking and performance monitoring in multi-wavelength optical networks”(多波长光网络的信号跟踪和性能监测)，论文编号为WeB2.2，公开了一种波分复用网络实现在线式波长路由跟踪的方案，即每个波长调制一个独一无二的调顶信号，并通过频移键控方式进行数字信息的编码，在光网络中的任意站点监测调顶信号，从而可以获知全网的波长路由信息。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供种实现光放大器增益控制的装置和方法，克服现有技术中的光放大器增益控制中对放大自发辐射噪声没有考虑或考虑不全面的缺点。
为了解决上述问题，本发明提供了一种光放大器增益控制方法，包括：
在波长信号合波前，在该波长信号上加载波长标签；
获取所述光放大器的输入光和输出光中各波长标签的幅度，根据所述输入光和输出光中各波长标签的幅度得到各波长信号的幅度，从而得到各波长信号的增益；
根据各波长信号的增益得到所述光放大器的整体增益；
将所述整体增益与预设的目标增益进行比较，根据比较结果对所述光放大器的工作增益进行控制。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述根据所述输入光和输出光中各波长标签的幅度得到各波长信号的幅度包括：
根据所述输入光和输出光中各波长标签的幅度，以及各波长标签与波长信号的分光比，得到所述输入光和输出光中各波长信号的幅度。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述根据比较结果对所述光放大器的工作增益进行控制包括：
判断所述整体增益和目标增益的差值的绝对值是否小于等于预设的阈值，如果不是，则调整所述光放大器的工作增益，如果是，则维持当前工作增益不变。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，调整所述光放大器的工作增益后，重新获取所述光放大器的整体增益，根据新的整体增益对所述光放大器的工作增益进行控制。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述整体增益为所述各波长信号的增益的平均值。
本发明还提供一种光放大器增益控制装置，包括：
波长标签加载单元，用于在波长信号合波前，在该波长信号上加载波长标签；
波长标签分析单元，用于获取所述光放大器的输入光和输出光中各波长标签的幅度；
增益分析控制单元，用于根据所述输入光和输出光中各波长标签的幅度得到各波长信号的幅度；根据输入光和输出光中各波长信号的幅度得到各波长信号的增益，根据各波长信号的增益得到所述光放大器的整体增益；将所述整体增益与预设的目标增益进行比较，根据比较结果对所述光放大器的工作增益进行控制。
进一步的，上述装置还可具有以下特点，所述增益分析控制单元根据所述输入光和输出光中各波长标签的幅度得到各波长信号的幅度包括：
根据所述输入光和输出光中各波长标签的幅度，以及各波长标签与波长信号的分光比，得到所述输入光和输出光中各波长信号的幅度。
进一步的，上述装置还可具有以下特点，所述增益分析控制单元根据比较结果对所述光放大器的工作增益进行控制包括：
判断所述整体增益和目标增益的差值的绝对值是否小于等于预设的阈值，如果不是，则调整所述光放大器的工作增益，如果是，则维持当前工作增益不变。
进一步的，上述装置还可具有以下特点，所述增益分析控制单元还用于：调整所述光放大器的工作增益后，重新获取所述光放大器的整体增益，根据新的整体增益对所述光放大器的工作增益进行控制。
进一步的，上述装置还可具有以下特点，所述增益分析控制单元根据如下方式获取所述整体增益：将所述各波长信号的增益的平均值作为所述整体增益。
采用本发明所述装置和方法，由于利用了波长标签技术，采用简单的数字信号处理算法，便可以获得波长标签的幅度信息，从而获得各波长信号的实际增益信息，排除了放大自发辐射噪声的影响，可以实现光放大器增益的精细控制，保证了波分复用系统性能的优化。
附图说明
图1是光放大器的增益与波长的关系；
图2是本发明实施例实现光放大器增益控制的装置图；
图3是本发明实施例实现光放大器增益控制的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。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任意组合。
光放大器不同波长处的增益和噪声系数均不同，并且输入通道数越少，输出光功率中放大自发辐射功率所占分量越多。如图1所示，光放大器在不同波长处的增益不同，而且增益在不同输入光功率下也有所不同，通道增益差异的部分原因是由光放大器采用增益斜度设计机制造成的。
本发明实施例基于利用波长标签技术的波分复用系统，实现光放大器增益的精细控制。
本发明实施例提供一种光放大器增益控制的装置，包括波长标签加载单元、波长标签分析单元和增益分析控制单元，其中：
波长标签加载单元位于对波长信号进行合波操作的单元之前，比如位于发送端光转发板的发送部分和光合波单元之间，或者，位于发送端光转发板的发送部分和光分插复用单元之间，用于在波长信号合波前，在该波长信号上加载波长标签；可利用调顶技术加载波长标签；
波长标签分析单元和增益分析控制单元与光放大器相连，光放大器的输入光和输出光分别分出一小部分作为监测光信号提供给波长标签分析单元。
波长标签分析单元分别监测光放大器的输入光和输出光的波长标签，获取所述光放大器的输入光和输出光中各波长标签的幅度，根据所述输入光和输出光中各波长标签的幅度得到各波长信号的幅度，并将各波长标签的幅度发送给增益分析控制单元。
增益分析控制单元用于根据输入光和输出光中各波长标签的幅度，考虑到分光比，得到各波长信号的增益，根据各波长信号的增益得到所述光放大器的整体增益；将所述整体增益与预设的目标增益进行比较，根据比较结果对所述光放大器的工作增益进行控制。其中，波长标签与波长信号之间的幅度存在比例关系，该比例关系通过分光比指示。
其中，所述增益分析控制单元根据比较结果对所述光放大器的工作增益进行控制包括：
判断所述整体增益和目标增益的差值的绝对值是否小于等于预设的阈值，如果不是，则调整所述光放大器的工作增益，如果是，则维持当前工作增益不变。
所述增益分析控制单元还用于：调整所述光放大器的工作增益后，重新获取所述光放大器的整体增益，根据新的整体增益对所述光放大器的工作增益进行控制。
所述增益分析控制单元根据如下方式获取所述整体增益：将所述各波长信号的增益的平均值作为所述整体增益。当然，也可以采取其他方式计算所述整体增益。
本发明实施例所述光放大器的增益控制的方法包括以下步骤：
在波长信号合波前，在该波长信号上加载波长标签；
步骤A，监测光放大器输入光和输出光各波长标签的幅度信息；
步骤B，计算出每个波长信号增益，根据每个波长信号的增益得到整体增益；
具体的，根据输入光和输出光各波长标签的幅度得到各波长信号的幅度，根据输入光和输出光各波长信号的幅度得到各波长信号的增益，根据各波长信号的增益得到所述光放大器的整体增益；
步骤C，比较整体增益和预设的目标增益，根据比较结果对所述光放大器的工作增益进行控制，具体的，包括：
判断所述整体增益和目标增益的差值的绝对值是否小于等于预设的阈值，如果不是，则调整所述光放大器的工作增益，返回步骤A，重新计算当前的整体增益，并根据新的整体增益调整工作增益，最终达到整体增益和目标增益的差值的绝对值小于等于预设的阈值，如果是，则维持当前工作增益不变。
具体的，可以调整工作增益为：当前工作增益+所述目标增益-整体增益；当然，也可以根据比较结果增加或减少工作增益，经过多次调整达到整体增益与目标增益的差值小于等于所述预设的阈值。
下面结合图2，基本按照附图的顺序对技术方案的实施作进一步的详细描述。
图2给出了现有波分复用系统单纤单向的框图，包括光转发单元11、12、13、14、15、16；光合波单元21；光分插复用单元22；光分波单元23；光放大器31、32；传输光纤81、82、83、84。
该实施例中，仅对光放大器32进行了增益控制，当然，也可以将本发明的增益控制方法应用于光放大器31。
本发明实施例所述的实现光放大器增益控制的装置包括波长标签加载单元(41、42、43)、波长标签分析单元2和增益分析控制单元3。
每个光转发单元结合一个波长标签加载单元，利用调顶技术实现每个波长信号加载一个波长标签。波长标签技术属于现有技术，在此不再赘述。例如波长标签加载单元41位于光转发单元的发送部分11和光合波单元21之间，波长标签加载单元43位于光转发单元的发送部分15和光分插复用单元22之间。图2仅示例性地给出了3个波长通道。
每个光放大器配置一个波长标签分析单元和一个增益分析控制单元来实现增益控制。在产品具体实现时增益分析控制单元可以集成在光放大器中。波长标签分析单元2分别监测光放大器32的输入光和输出光，即从主光信号中分出一小部分作为监测光信号光给波长标签分析单元，分光比可以是1％或5％或其他数值，波长标签分析单元2分析其中的波长标签信息，比如，利用数字信号处理的方法进行分析，具体数字信号处理方法可以是调频Z变换(Chirped Z Transform，CZT)或快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)算法，得到波长标签的频率信息及幅度信息，频率信息对应于波长信号的波长，幅度信息对应于波长信号的光功率。波长标签分析单元2将光放大器32输入信号和输出信号对应的上述幅度信息发送给增益分析控制单元3。
增益分析控制单元3考虑到光放大器32输入端和输出端的分光比，则得到每个波长信号的增益。增益分析控制单元3对所有波长信号的增益进行处理得到整体增益，并结合光放大器32的目标增益和当前设置的工作增益，视需要设置光放大器32的合适的工作增益。
实现光放大器增益控制的方法的流程图如图3所示，包括：
步骤A，监测波长标签的幅度信息。光放大器32的输入光和输出光分出一小部分光作为监测光信号供波长标签分析单元2处理，波长标签分析单元2利用数字信号处理技术得到输入光和输出光中监测光信号的波长标签的幅度。
步骤B，计算出每个波长信号增益和整体增益。增益分析控制单元3利用波长标签的幅度变化以及分光比，计算出每个波长信号的增益。例如输入信号和输出信号中某个波长的波长标签幅度数值分别为A1和A2，输入端和输出端监测光信号的分光比分别为a1和a2，则该波长的增益值为10×log10(A2×a1/A1/a2)。对所有增益数据进行数据处理得到光放大器32的整体增益，例如整体增益G1为所有波长信号的增益平均值。
步骤C，如果整体增益和目标增益接近，则结束；否则设置光放大器的工作增益，并返回步骤A重新执行流程。增益分析控制单元3判断整体增益和目标增益是否接近由设计阈值决定，视需要重新设置光放大器32的工作增益。例如系统设计中光放大器32的目标增益为G，工作增益当前设置值为G2，如果G1-G的绝对值超过特定的设计阈值，例如0.2dB，则应重新设置光放大器32的工作增益为G2+G-G1。
本发明实施例中，波长标签用于区别各波长信号，除使用波长标签外，也可使用其他能区别波长信号的方法。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

Claims (10)

1.一种光放大器增益控制方法，包括：在波长信号合波前，在该波长信号上加载波长标签；其特征在于，还包括：
获取光放大器的输入光和输出光中各波长标签的幅度，根据所述输入光和输出光中各波长标签的幅度得到各波长信号的幅度，从而得到各波长信号的增益；
根据各波长信号的增益得到所述光放大器的整体增益；
将所述整体增益与预设的目标增益进行比较，根据比较结果对所述光放大器的工作增益进行控制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述输入光和输出光中各波长标签的幅度得到各波长信号的幅度包括：
根据所述输入光和输出光中各波长标签的幅度，以及各波长标签与波长信号的分光比，得到所述输入光和输出光中各波长信号的幅度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据比较结果对所述光放大器的工作增益进行控制包括：
判断所述整体增益和目标增益的差值的绝对值是否小于等于预设的阈值，如果不是，则调整所述光放大器的工作增益，如果是，则维持当前工作增益不变。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，调整所述光放大器的工作增益后，重新获取所述光放大器的整体增益，根据新的整体增益对所述光放大器的工作增益进行控制。
5.如权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，所述整体增益为所述各波长信号的增益的平均值。
6.一种光放大器增益控制装置，包括波长标签加载单元，所述波长标签加载单元用于在波长信号合波前，在该波长信号上加载波长标签；其特征在于，还包括：
波长标签分析单元，用于获取光放大器的输入光和输出光中各波长标签的幅度；
增益分析控制单元，用于根据所述输入光和输出光中各波长标签的幅度得到各波长信号的幅度；根据输入光和输出光中各波长信号的幅度得到各波长信号的增益，根据各波长信号的增益得到所述光放大器的整体增益；将所述整体增益与预设的目标增益进行比较，根据比较结果对所述光放大器的工作增益进行控制。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述增益分析控制单元根据所述输入光和输出光中各波长标签的幅度得到各波长信号的幅度包括：
根据所述输入光和输出光中各波长标签的幅度，以及各波长标签与波长信号的分光比，得到所述输入光和输出光中各波长信号的幅度。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述增益分析控制单元根据比较结果对所述光放大器的工作增益进行控制包括：
判断所述整体增益和目标增益的差值的绝对值是否小于等于预设的阈值，如果不是，则调整所述光放大器的工作增益，如果是，则维持当前工作增益不变。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述增益分析控制单元还用于：调整所述光放大器的工作增益后，重新获取所述光放大器的整体增益，根据新的整体增益对所述光放大器的工作增益进行控制。
10.如权利要求6至9任一所述的装置，其特征在于，所述增益分析控制单元根据如下方式获取所述整体增益：将所述各波长信号的增益的平均值作为所述整体增益。
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