CN103607243A

CN103607243A - 一种不区分模式的前馈控制方法和装置

Info

Publication number: CN103607243A
Application number: CN201310456945.XA
Authority: CN
Inventors: 曾炼; 董婷
Original assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Current assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: CN103607243B

Abstract

一种不区分模式的光放大器的前馈控制装置及其前馈控制方法。该装置由光功率探测装置，光功率放大装置，前馈计算装置三部分组成。其中，前馈装置由输入光功率、期望输出光功率和VOA期望衰减共同计算得到前馈信号。其中输入光功率由光功率探测装置得到，期望输出光功率可根据放大器的状态计算得到或由用户指定，VOA期望衰减也可根据放大器所处状态计算得到或由用户指定。该装置的前馈控制不再区分AGC模式和APC模式，很大程度上降低了EDFA各模式的实现难度，并且提高了前馈在整个输出中的比例，使前馈更准确，有利于在AGC模式下有效抑制过冲，在APC模式下快速达到目标，同时，整个控制过程不区分模式和状态，使设计更加简单。

Description

一种不区分模式的前馈控制方法和装置

技术领域

本发明涉及一种掺铒光纤放大器（EDFA），尤其涉及该掺铒光纤放大器中的前馈装置。

技术背景

EDFA是光通信网络中的重要器件，它可以放大光纤中的信号，提交光信号传输距离。EDFA按控制方式可以分为自动电流控制（ACC）、自动功率控制（APC）和自动增益控制（AGC）。AGC模式是使用最广泛的一种控制方式，它的控制较为复杂，根据增益的控制方式可以分为可变增益放大器（VGA）和固定增益放大器（FGA）。

AGC模式要求在输入光强变化或设置增益变化时，调整泵浦电流，实现目标增益的锁定。目前调整泵浦电流的方式主要采用前馈和反馈结合的方式。前馈根据输入光的变化计算出泵浦电流值，这种控制方式最大的优点是速度快，反馈是将实际输出光不断逼近期望输出光的过程，这种控制方式虽然速度较慢但是精确度很高。

在AGC模式下当输入光功率发生变化时，在多波系统中会产生瞬态。抑制瞬态要求前馈有较高的精确度，这是由于前馈控制速度快，可以迅速调整泵浦电流使输入光变化造成的增益变化的影响降到最小。

APC模式要求无论输入光强如何变化都要实现目标输出功率的锁定。目前APC的实现主要分两类，第一类是通过定时加/减相同大小的电流来实现，这种方式锁定速度慢。第二类是采用AGC的方式来实现APC，通过APC的期望输出功率计算出期望增益，再由这个增益完成AGC控制，这种控制方式存在计算增益的难度比较大精确度有限的问题。

ACC模式要求泵浦电流锁定在期望值，这种模式是最简单的模式，目前已经非常成熟，锁定泵浦电流值即可，不需要特殊的控制和计算，因此一般只考虑AGC和APC模式的控制方法。

前馈目前只用在AGC控制中，在APC下的使用AGC模式下的参数计算出的前馈往往不准，这使得在AGC和APC的模式间变换的过程中会出现较大的过冲影响系统使用。为此本发明设计了一种不区分模式的前馈方法和装置。

发明内容

由于AGC模式和APC模式的最终目的都是为了将输出光功率控制到期望值，所以将AGC模式和APC模式使用相同的处理方式进行控制，为了兼容AGC瞬态的要求和APC控制速度的要求，根据泵浦电流与输出光功率的关系，将前馈的计算由简单的只受输入光功率控制改进为受输入光功率、期望输出光功率和VOA（可变衰减器）期望衰减共同控制，以增加前馈准确性，从而大大提高前馈的比重。

为此，本发明提供了一种不区分模式的前馈控制方法和装置，它由光功率探测装置，光功率放大装置，前馈计算装置三部分组成。其中，光功率探测装置用于将光功率转化为电信号并通过模数变化得以量化用于计算。光功率放大装置实际是一个泵浦激光器的驱动装置，这个装置产生泵浦电流驱动泵浦激光器产生泵浦光激发光纤中的铒离子产生受激辐射实现光功率的放大。前馈计算装置将计算结果驱动泵浦激光器电流大小。

前馈装置包括输入光功率、期望输出光功率和VOA期望衰减，由这三个功率通过计算得到前馈值。其中输入光功率由光功率探测装置得到，期望输出光功率可根据放大器的状态计算得到或由用户指定，VOA期望衰减也可根据放大器所处状态计算得到或由用户指定。

在AGC模式下期望输出功率是由当前输入光功率和当前期望增益值通过计算得到的，在APC模式下期望输出光功率为APC下设置的输出光功率。

与在前馈装置中所使用的VOA期望衰减在不同模式下得到的方法不同，在AGC模式下VOA期望衰减是由当前期望增益通过计算得到，在APC模式下，VOA期望衰减为用户单独设定。

在前馈装置中所使用的VOA期望衰减只对有VOA的VGA使用，对于没有VOA的FGA可以设为0。

本发明的优点就在于：

1、前馈装置采用输入光功率、期望输出光功率和VOA期望衰减共同计算的方式，使前馈控制不再区分AGC模式和APC模式，使得这两种模式的切换过程变得平滑没有过冲。

2、前馈采用这种控制方式大大提高了前馈在整个输出中的比例，使前馈更准确，这在AGC模式下将对抑制过冲做出重大贡献，在APC模式下对快速达到目标也起了积极作用。

3、整个控制过程不区分模式和状态，使设计更加简单。

附图说明

图1改进后的前馈控制框图；

图2改进后的前馈控制流程图；

其中：

101 掺铒光纤

102 光电探测二极管（P_in PD）

103 探测及模数转换电路（P_in ADC）

104 期望输出功率

105 VOA（可变衰减器）期望衰减

106 控制参数

107 前馈计算

108 数模转换器（DAC）

109 泵浦激光器

201 用户控制指令

202 模式确定模块

203 EDFA类型确定模块

204 输入PD数据采集模块

205 输入功率计算模块

206 期望输出功率计算模块

207 VOA期望衰减计算模块

208 控制参数

209 前馈计算模块

210 DAC控制模块

211 PUMP（泵浦）电流驱动

212 前馈控制模块

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做出详细说明。

前馈是EDFA控制的一部分，其基本原理是根据输入光功率、期望输出光功率和VOA期望衰减三个功率通过：

Y=k₁*P_in+k₂*P_out+k₃*A_voa+b （1）

其中，Y是前馈控制值，k₁、k₂、k₃、b是控制参数，P_in是输入光功率的数字表征量，P_out是期望输出光功率的数字表征量，A_voa是VOA期望衰减的数字表征量。

得到前馈控制值Y，再通过数模转换器（DAC）转换成电流信号驱动泵浦激光器使掺铒光纤产生受激辐射实现信号的放大。

P_in是通过耦合器将一定比例（如3%）的输入光由光电探测二极管产生光电流再通过模数转换得到的数字量。

P_out是期望输出功率转换到实际输出功率的数字量的转换值。

实际输出功率的数字量是通过耦合器将一定比例（如3%）的实际输出光由光电探测二极管产生光电流再通过模数转换得到的数字量。

在不同的模式下其期望输出功率的计算方法不同，对于AGC模式，期望输出功率等于输入功率+期望增益+ASE（放大自发辐射），对于APC模式，期望输出功率等于设定输出功率。

A_voa是VOA期望衰减转换到增益的数字量的转换值。

对于FGA为0，对于VGA，在AGC下，VOA期望衰减等于系统设计值，在APC下，在没有特殊设定时，VOA期望衰减等于系统设计值，当有VOA衰减值设置要求时，VOA期望衰减等于设置值。

k₁、k₂、k₃、b这4个控制参数由定标得到，主要使用回归的方式得到，即在不同的输入光、期望输出功率和VOA期望衰减下调节泵浦电流使的实际输出光功率等于期望输出光功率，记录下这时的P_in、P_out、A_voa以及泵浦电流值，使用公式（1）通过回归得到这4个控制参数。

由于前馈计算没有EDFA的类型和EDFA的工作状态的信号输入，只由3个数字表征量和4个控制参数计算得到，因此前馈的计算不区分EDFA的类型和工作状态。

EDFA的类型和状态只用来确定合适的数字表征量，这样的设计使前馈的适应性更强也使前馈更加准确。有了准确的前馈可以简单的实现EDFA在各种工作状态做变换的过程中尽可能的平滑没有过冲，既可以保证信号在通信链路中的稳定，也可以更好的保护EDFA输出端的设备不受损害。

图1为改进后的前馈控制框图。EDFA的输入光经过耦合器分出一定比例（如3%）输入光电探测二极管（PD）102，产生光生电流，通过探测及模数转换电路（ADC）103得到表征输入光功率大小的数字量输入前馈计算模块。根据用户设定的EDFA工作模式得到期望输出功率104的数字量。根据EDFA的类型和用户设定的工作模式得到VOA（可变衰减器）期望衰减105，将上述三个参量和通过定标得到的控制参数106一起输入前馈计算模块107，计算出结果传递给数模转换器DAC108，驱动泵浦激光器PUMP109，产生泵浦光并最终进入掺铒光纤101，实现光信号的放大。

图2为改进后的前馈控制流程图。通过用户控制指令201，经过模式确定模块202确定工作模式是AGC或APC从而得到期望输出功率的计算方法，经过EDFA类型确定模块203确定EDFA是VGA或FGA，再根据工作模式得到VOA期望衰减的计算方法，将两个方法输入前馈控制模块。EDFA输入光通过输入PD数据采集模块204量化后通过计算得到输入功率的数字量，根据期望输出功率计算方法得到期望输出功率的数字量，根据VOA期望衰减计算方法得到VOA期望衰减的数字量，将输入功率的数字量、期望输出功率的数字量、VOA期望衰减的数字量和控制参数一起输入前馈计算模块209计算得到前馈计算结果，将这个结果与给DAC做数模转换，控制泵浦电流。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种光放大器，包括：

光功率探测装置，用于探测输入光功率；

前馈装置，用于计算前馈信号；

光功率放大装置，用于驱动泵浦激光器，产生泵浦光激发光纤中的铒离子产生受激辐射，从而实现光功率放大。

2.根据权利要求1所述的光放大器，其中所述的前馈装置由输入光功率、期望输出光功率和VOA期望衰减共同计算得到前馈信号。

3.根据权利要求1所述的光放大器，其中所述的前馈装置由输入光功率、期望输出光功率共同计算得到前馈信号。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的光放大器，其中所述的期望输出光功率是系统要求的目标输出功率。

5.根据权利要求2或3中任一项所述的光放大器，其中所述的期望输出光功率是由光放大器要求的目标增益和输入功率计算得到的期望输出光功率。

6.根据权利要求2或3中任一项所述的光放大器，其中所述的VOA期望衰减是系统要求的VOA期望衰减。

7.根据权利要求2或3中任一项所述的光放大器，其中所述的VOA期望衰减是用户要求的VOA期望衰减。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的光放大器，其采用自动增益控制模式（AGC）。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的光放大器，其采用自动功率控制模式（APC）。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的光放大器，其是可变增益放大器（VGA）。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的光放大器，其是固定增益放大器（FGA）。

12.一种光放大器的前馈控制方法，其特征在于：包括步骤：

（1）通过用户控制指令（201），由模式确定模块（202）确定工作模式，APC模式中的期望输出光功率是系统要求的目标输出功率，AGC模式中的期望输出光功率是由光放大器要求的目标增益和输入功率计算得到的期望输出光功率，得到期望输出功率；

（2）由类型确定模块（203）确定所述放大器类型以确定有无VOA，对于有VOA的放大器再根据系统要求或者用户要求得到VOA期望衰减，对于没有VOA的放大器，VOA期望衰减为0；

（3）所述放大器将输入光输入PD数据采集模块（204），量化后通过计算得到输入功率；

（4）将输入功率、期望输出功率、VOA期望衰减和控制参数一起输入前馈计算模块（209）计算得到前馈计算结果；

（5）将所述前馈计算结果输入数模转换器（DAC）做数模转换，控制泵浦电流。

13.根据权利要求12所述的光放大器的前馈控制方法，其中模式确定模块（202）确定工作模式是AGC或APC从而得到期望输出功率。

14.根据权利要求12或13所述的光放大器的前馈控制方法，其中由类型确定模块（203）确定所述放大器是可变增益放大器（VGA）或固定增益放大器（FGA），再根据工作模式得到VOA期望衰减。