CN103684606B - 一种提升光纤放大器动态工作性能的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种提升光纤放大器动态工作性能的系统及方法，系统有将光纤放大器输入端的光信号转换为电信号的光电探测二极管，接收光电探测二极管的信号的跨导电路或对数放大器，将跨导电路输出的模拟信号转换为数字信号的模数转换器，对模数转换器转换后的数字信号进行数据处理的数字处理器，将数字处理器处理后的数字信号转换成模拟信号的数模转换器，使数模转换器输出的模拟信号产生光能量耦合进掺铒光纤的泵浦激光器，数字处理器：产生记录输入光特征的两种汉明重量的输入光汉明重量判决模块，以及由输入光汉明重量判决模块判断光纤放大器对应进入的三种不同的工作模式：静态模式、噪声模式和瞬态模式。本发明能够有效的抑制光纤放大器的瞬态效应及各种恶劣噪声的影响。

Description

一种提升光纤放大器动态工作性能的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种光纤放大器，特别是涉及一种提升光纤放大器动态工作性能的系统及方法。

背景技术

通信技术的迅捷发展，已然使光网络成为信息社会的主要通信网络。在此过程中，传统的静态光网络也悄然演进为动态光网络。对于新一代光网络中不断涌现的对于动态特性的新要求，需要业界在相关技术上提供强有力的支撑，以构建更快速、更稳定、更可靠的网络。

光纤放大器，作为动态光网络中的关键组成部分，也必然需要适应这种新的要求。

一方面，动态的光网络会将更多的光浪涌、光波动、光电转换噪声引入到光纤放大器中；另一方面，频繁的上下波成为动态光网络的主题，这种特性也将瞬态带入到光纤放大器中。这两方面的应用特点，对于光纤放大器的控制提出了更高的要求。为了使前述这两方面的动态不稳定性得到必要的抑制，至少是不使之进一步劣化，必然要求光纤放大器具有更好的动态工作性能，以使光网络的稳定性得到一定程度的保障。

在已知技术中，对于光纤放大器的动态工作性能的研究，集中在于光纤放大器的瞬态抑制上。光纤放大器制造商及系统设备商提出了多种瞬态抑制方法，比如光迅科技、中兴通信、华为技术等均提出多项用于抑制瞬态的专利。如前所述，瞬态只是光网络对于放大器动态特性要求的一种，仅仅解决瞬态问题，并不能满足网络对于光纤放大器的技术需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于对光纤放大器输入光的特征进行识别，进而进行相应控制的提升光纤放大器动态工作性能的系统及方法。

本发明所采用的技术方案是：一种提升光纤放大器动态工作性能的系统，包括有将光纤放大器输入端的光信号转换为电信号的光电探测二极管，接收光电探测二极管的信号的跨导电路或对数放大器，将跨导电路输出的模拟信号转换为数字信号的模数转换器，对模数转换器转换后的数字信号进行数据处理的数字处理器，将数字处理器处理后的数字信号转换成模拟信号的数模转换器，使数模转换器输出的模拟信号产生光能量耦合进掺铒光纤的泵浦激光器，所述的数字处理器包括有：按预先设定的步骤对输入光特征进行识别，产生记录输入光特征的两种汉明重量的输入光汉明重量判决模块，以及由输入光汉明重量判决模块判断光纤放大器对应进入的三种不同的工作模式：静态模式、噪声模式和瞬态模式。

所述的数字处理器采用DSP或FPGA或者具有相同数据处理功能的数字处理芯片。

当采用跨导电路接收光电探测二极管的信号时，所述的输入光汉明重量判决模块包括有：对模数转换器转换的光强信号采样值产生D1，D2，…，Dn的数据序列的第一先进先出数据队列；存储对第一先进先出数据队列中的预定位置的数据进行求差运算的结果的专用差值数据寄存器；按照时间先后，根据一种预设的差值门限，与专用差值数据寄存器中的数据进行比较，输出由“0”或者“1”构成的判决结果的第二先进先出数据队列；按照时间先后，根据另一种预设的差值门限，与专用差值数据寄存器中的数据进行比较，生成由“0”或者“1”构成的判决结果的第三先进先出数据队列；写入对第二先进先出数据队列或第三先进先出数据队列中的数据计算汉明重量的结果的第一汉明重量寄存器；以及写入对第三先进先出数据队列或第二先进先出数据队列中的数据计算汉明重量的结果的第二汉明重量寄存器。

当采用对数放大器接收光电探测二极管的信号时，所述的输入光汉明重量判决模块包括有：将模数转换器(103)转换的对数关系的数字信号转换为线性关系的信号的对数查找表；对经对数查找表转换的线性关系的信号产生D1，D2，…，Dn的数据序列的第一先进先出数据队列；存储对第一先进先出数据队列中的预定位置的数据进行求差运算的结果的专用差值数据寄存器；按照时间先后，根据一种预设的差值门限，与专用差值数据寄存器中的数据进行比较，输出由“0”或者“1”构成的判决结果的第二先进先出数据队列；按照时间先后，根据另一种预设的差值门限，与专用差值数据寄存器中的数据进行比较，生成由“0”或者“1”构成的判决结果的第三先进先出数据队列；写入对第二先进先出数据队列或第三先进先出数据队列中的数据计算汉明重量的结果的第一汉明重量寄存器；以及写入对第三先进先出数据队列或第二先进先出数据队列中的数据计算汉明重量的结果的第二汉明重量寄存器。

一种用于提升光纤放大器动态工作性能的系统的方法，包括有如下步骤：

1）由模数转换器转换的光数字信号按采样时间先后依次进入第一先进先出数据队列；

2）根据预先设定，取出第一先进先出数据队列中D₁及D_m两个数据，m<=n，n>=2，并对这两个数据进行求差运算，求差结果进入专用差值数据寄存器中；

3）根据一种预设的差值门限P1，对专用差值数据寄存器中的数据进行判决，生成由“0”或者“1”构成的判决结果，按照时间先后，将判决结果依次进入第二先进先出数据队列，同时根据另一种预设的差值门限P2，对专用差值数据寄存器中的数据进行判决，生成由“0”或者“1”构成的判决结果，按照时间先后，将判决结果依次进入第三先进先出数据队列中；

4）分别对第二先进先出数据队列及第三先进先出数据队列中的数据计算汉明重量，对应第二先进先出数据队列中的统计结果写入第一汉明重量寄存器中，对应第三先进先出数据队列中的统计结果写入第二汉明重量寄存器中；

5）提取第一汉明重量寄存器及第二汉明重量寄存器中的值，分别与预设的第一汉明重量门限H1及第二汉明重量门限H2比较，进而判决光纤放大器进入三种不同工作模式：静态模式、噪声模式和瞬态模式中的一种。

步骤1）所述的第一先进先出数据队列是深度为n的先进先出数据队列，其中n>=2，进入第一先进先出数据队列的光数字信号，在第一先进先出数据队列内产生D1，D2，…，Dn的数据序列。

步骤5）所述的三种不同工作模式是互斥的工作模式，光纤放大器总是处于三种工作模式中的一种，并且也只能处于其中的一种，无论在哪种工作模式下，均实时监测第一汉明重量寄存器及第二汉明重量寄存器中的值，并根据比较结果及时进行工作模式转换，即，根据比较结果，当满足进入其中一种工作模式的条件时，则进入所述的该种工作模式；而当不满足停留在当前工作模式的条件时，则退出当前工作模式。

实时监测第一汉明重量寄存器及第二汉明重量寄存器中的值：当第一汉明重量寄存器的值小于第一汉明重量门限H1，并且第二汉明重量寄存器中的值小于第二汉明重量门限H2，认为目前输入到光纤放大器的光信号是平稳的，则光纤放大器停留在静态模式；

当第一汉明重量寄存器中的值大于第一汉明重量门限H1，则不论第二汉明重量寄存器中的值是否大于第二汉明重量门限H2，均认为目前输入到光纤放大器的光信号是有较大噪声的，相应地，光纤放大器进入噪声模式；若不满足所述的该条件，则退出噪声模式；

当第一汉明重量寄存器中的值小于第一汉明重量门限H1，且第二汉明重量寄存器中的值大于第二汉明重量门限H2，则认为目前输入到光纤放大器的光信号具有瞬态特征，相应地，光纤放大器进入瞬态模式；若不满足所述的该条件，则退出瞬态模式。

本发明的一种提升光纤放大器动态工作性能的系统及方法，可以在现有的硬件水平下，极大的提高对光强变化的捕捉和预测，并结合在不同工作模式下，使用不同的控制方法，确定控制泵浦电流值的数字量Ipump，提升光纤放大器的动态响应性能，有效的抑制光纤放大器的瞬态效应及各种恶劣噪声的影响。本发明具有如下特点：

1、通过算法设计实现，不增加材料成本；

2、噪声抑制及瞬态抑制效果显著，尤其在光纤放大器级联使用时，避免了动态性能的逐级劣化；

3、算法简单，性能稳定可靠，具有较好的自适应性及收敛性；

4、配置灵活。在算法上预留出充裕的用户接口，给不同的用户需求及规模生产提供了极大地方便。

附图说明

图1是本发明的提升光纤放大器动态工作性能的系统结构框图；

图2是提升光纤放大器的动态工作性能的装置第二实例的结构框图；

图3是一种对输入光进行汉明重量判决工作机制示意框图；

图4是本发明所述光纤放大器控制方法的程序实现流程图。

其中：

101：光电探测二极管102：跨导电路

103：模数转换器104：数字处理器

105：输入光汉明重量判决模块106：第一先进先出数据队列

107：第二先进先出数据队列108：第三先进先出数据队列

109：专用差值数据寄存器110：第一汉明重量寄存器

111：第二汉明重量寄存器112：静态模式

113：噪声模式114：瞬态模式

115：数模转换器116：泵浦激光器

117：掺铒光纤202：FIFO1队列的尾数据D₁

203：FIFO1队列的头数据D_n204：专用寄存器数据D_m-D₁

205：FIFO2队列数据206：FIFO3队列数据

207：HREG1存储数据W1208：HREG2存储数据W2

402：对数放大器405：对数查找表

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种提升光纤放大器动态工作性能的系统及方法做出详细说明。

如图1、图2所示，本发明的一种提升光纤放大器动态工作性能的系统，包括有将光纤放大器输入端的光信号转换为电信号的光电探测二极管101，接收光电探测二极管101的信号的跨导电路102或对数放大器402，将跨导电路102输出的模拟信号转换为数字信号的模数转换器103，对模数转换器103转换后的数字信号进行数据处理的数字处理器104，将数字处理器104处理后的数字信号转换成模拟信号的数模转换器115，使数模转换器115输出的模拟信号产生光能量耦合进掺铒光纤117的泵浦激光器116，所述的数字处理器104包括有：按预先设定的步骤对输入光特征进行识别，产生记录输入光特征的两种汉明重量的输入光汉明重量判决模块105，以及由输入光汉明重量判决模块105判断光纤放大器对应进入的三种不同的工作模式：静态模式112、噪声模式113和瞬态模式114。

所述的数字处理器104采用DSP或FPGA或者具有相同数据处理功能的数字处理芯片。

其工作过程具体如下：光纤放大器输入信号光的部分能量进入光电探测二极管101，转换为电流信号，再经过电流电压转换电路，例如跨导电路102转换为电压信号后，由模数转换器103将模拟电压信号转换为数字电压量。模数转换器103与数字处理器104相连接，在数字处理器104中对数据进行处理，最终将处理结果输出给数模转换器115，以驱动泵浦激光器116，产生光能量耦合进掺铒光纤117，实现光纤放大器对输入光信号的放大功能。

所述输入光汉明重量判决模块105的详细构成如图3所示。该模块由第一先进先出数据队列106、第二先进先出数据队列107、第三先进先出数据队列108、专用差值数据寄存器109、第一汉明重量寄存器110及第二汉明重量寄存器111构成。作为数字处理器104的一个计算模块，其功能是实现光强变化实时监测及输入光特征的实时识别。

如图1所示，当采用跨导电路102接收光电探测二极管101的信号时，所述的输入光汉明重量判决模块105包括有：对模数转换器103转换的光强信号采样值产生D1，D2，…，Dn的数据序列的第一先进先出数据队列106；存储对第一先进先出数据队列106中的预定位置的数据进行求差运算的结果的专用差值数据寄存器109；按照时间先后，根据一种预设的差值门限，与专用差值数据寄存器109中的数据进行比较，输出由“0”或者“1”构成的判决结果至第二先进先出数据队列107；按照时间先后，根据另一种预设的差值门限，与专用差值数据寄存器109中的数据进行比较，生成由“0”或者“1”构成的判决结果的第三先进先出数据队列108；写入对第二先进先出数据队列107或第三先进先出数据队列108中的数据计算汉明重量的结果的第一汉明重量寄存器110；以及写入对第三先进先出数据队列108或第二先进先出数据队列107中的数据计算汉明重量的结果的第二汉明重量寄存器111。

在数字处理器104中，可以将数据处理流程分解为两个工作模块：首先，依据对输入光特征进行识别的思想，设计了一种对输入光产生汉明重量判决的输入光汉明重量判决模块105，该模块按预先设定的步骤对输入光特征进行识别，产生了记录输入光特征的两种汉明重量；然后，实时监控前述这两个汉明重量结果，并与两种预设的汉明重量门限分别进行比较，判决光纤放大器进入三种不同的工作模式：静态模式112，噪声模式113，瞬态模式114；最后根据具体的工作模式，对应产生控制泵浦电流值的数字量Ipump，将其写入数模转换器115。

如图2所示，当采用对数放大器402接收光电探测二极管101的信号时，所述的输入光汉明重量判决模块105包括有：将模数转换器(103)转换的对数关系的数字信号转换为线性关系的信号的对数查找表405；对经对数查找表405转换的线性关系的信号产生D1，D2，…，Dn的数据序列的第一先进先出数据队列106；存储对第一先进先出数据队列106中的预定位置的数据进行求差运算的结果的专用差值数据寄存器109；按照时间先后，根据一种预设的差值门限，与专用差值数据寄存器109中的数据进行比较，输出由“0”或者“1”构成的判决结果的第二先进先出数据队列107；按照时间先后，根据另一种预设的差值门限，与专用差值数据寄存器109中的数据进行比较，生成由“0”或者“1”构成的判决结果的第三先进先出数据队列108；写入对第二先进先出数据队列107或第三先进先出数据队列108中的数据计算汉明重量的结果的第一汉明重量寄存器110；以及写入对第三先进先出数据队列108或第二先进先出数据队列107中的数据计算汉明重量的结果的第二汉明重量寄存器111。

图2所示系统的工作过程与图1所示系统的工作过程基本相同，不同之处在于：当光电探测二极管（PD）101将光信号转换为电流信号后，进入对数放大器（LogAmp）402，其反映的光强变化呈对数关系，为保证光强判决的快速及准确度，在数字处理器404中加入对数查找表405。具体实现时可以利用对数关系来判决光强变化，而用查找表将对数关系数据快速转变为线性数据。

本发明的用于提升光纤放大器动态工作性能的系统的方法，包括有如下步骤：

1）由模数转换器103转换的光数字信号按采样时间先后依次进入第一先进先出数据队列106；所述的第一先进先出数据队列106是深度为n的先进先出数据队列，其中n>=2，进入第一先进先出数据队列106的光数字信号，在第一先进先出数据队列106内产生D1，D2，…，Dn的数据序列，其中尾数据D1为当前采样周期的光强大小值，头数据Dn为n-1个采样周期前的光强大小值。

2）根据预先设定，取出第一先进先出数据队列106中D₁及D_m两个数据，m<=n，n>=2，并对这两个数据进行求差运算，求差结果进入专用差值数据寄存器（109）中；

3）根据一种预设的差值门限P1，对专用差值数据寄存器109中的数据进行判决，生成由“0”或者“1”构成的判决结果，按照时间先后，将判决结果依次进入第二先进先出数据队列107，同时根据另一种预设的差值门限P2，对专用差值数据寄存器109中的数据进行判决，生成由“0”或者“1”构成的判决结果，按照时间先后，将判决结果依次进入第三先进先出数据队列108中；

4）分别对第二先进先出数据队列107及第三先进先出数据队列108中的数据计算汉明重量，对应第二先进先出数据队列107中的统计结果写入第一汉明重量寄存器110中，对应第三先进先出数据队列108中的统计结果写入第二汉明重量寄存器111中；

5）提取第一汉明重量寄存器110及第二汉明重量寄存器111中的值，分别与预设的第一汉明重量门限H1及第二汉明重量门限H2比较，进而判决光纤放大器进入三种不同工作模式：静态模式112、噪声模式113和瞬态模式114中的一种。

所述的三种不同工作模式是互斥的工作模式，光纤放大器总是处于三种工作模式中的一种，并且也只能处于其中的一种，无论在哪种工作模式下，均实时监测第一汉明重量寄存器110及第二汉明重量寄存器111中的值，并根据比较结果及时进行工作模式转换，即，根据比较结果，当满足进入其中一种工作模式的条件时，则进入所述的该种工作模式；而当不满足停留在当前工作模式的条件时，则退出当前工作模式。

在本发明的用于提升光纤放大器动态工作性能的系统的方法中，光纤放大器默认工作在静态模式。在此模式下，首先根据模数转换器（ADC）的采样频率，选取适当的时间跨距建立一个深度为n（n>=2）的第一先进先出数据队列；按照预先设定，从第一先进先出数据队列取出预定位置的两个数据，比如D₁和D_m（其中D₁为最新进入队列的数据，而D_m为较早周期之前的数据,m<=n），并对D1、Dm两个数据进行求差运算，将运算结果实时写入专用差值数据寄存器中；将专用差值寄存器中的数据同时分别与设定的差值门限P1及P2进行比较，比较结果以二进制“0”或者“1”的形式分别进入深度为N1的第二先进先出数据队列及深度为N2的第三先进先出数据队列，即第二先进先出数据队列存储的是连续N1（N1<n）个专用差值寄存器中的值与差值门限P1的比较结果，第三先进先出数据队列存储的是连续N2（N2<n）个专用差值寄存器中的值与差值门限P2的比较结果；然后，计算第二先进先出数据队列及第三先进先出数据队列中所有数据的汉明重量，将这两个汉明重量计算结果分别写入第一汉明重量寄存器及第二汉明重量寄存器。

实时监测第一汉明重量寄存器110及第二汉明重量寄存器111中的值：当第一汉明重量寄存器110的值小于第一汉明重量门限H1，并且第二汉明重量寄存器111中的值小于第二汉明重量门限H2，认为目前输入到光纤放大器的光信号是平稳的，则光纤放大器停留在静态模式；所述P1和P2，存在P1>P2的关系；所述N1和N2，存在N1>N2的关系。

当第一汉明重量寄存器110中的值大于第一汉明重量门限H1，则不论第二汉明重量寄存器111中的值是否大于第二汉明重量门限H2，均认为目前输入到光纤放大器的光信号是有较大噪声的，相应地，光纤放大器进入噪声模式；若不满足所述的该条件，则退出噪声模式；

当第一汉明重量寄存器110中的值小于第一汉明重量门限H1，且第二汉明重量寄存器111中的值大于第二汉明重量门限H2，则认为目前输入到光纤放大器的光信号具有瞬态特征，相应地，光纤放大器进入瞬态模式；若不满足所述的该条件，则退出瞬态模式。

作为本发明的一种工作机制，光纤放大器总是处于三种工作模式中的一种，并且也只能处于其中的一种。无论在哪种工作模式，均实时监测第一汉明重量寄存器及第二汉明重量寄存器中的值，并根据比较结果及时进行工作模式转换。

本发明的核心在于，使用多FIFO多点连续监测方法对输入光进行实时监测，并设计了一种汉明重量检测机制，对输入光的具体特征进行判别，并根据判决结果，进而将光纤放大器区分为三种工作模式，使得光纤放大器可以及时响应输入光的变化，并且能够区分开噪声环境和瞬态环境，对于不同特征的应用环境能够进行细分处理。采用本发明的控制方法，可以在现有的硬件水平下，极大的提高对光强变化的捕捉和预测，并结合在不同工作模式下，使用不同的控制方法，确定控制泵浦电流值的数字量Ipump，提升光纤放大器的动态响应性能，有效的抑制光纤放大器的瞬态效应及各种恶劣噪声的影响。

作为一种较佳的应用实例，以下选取以前馈+反馈构成的闭环控制方法为例，进一步说明本发明如何跟具体的闭环控制方法相结合，以充分提升光纤放大器的动态性能。

本发明中使用的数字式闭环控制模型可以表示如下：

Ipump=I_FF+I_FB←（501）

I_FF=R1*K_F*x+B_F←（502）

$I_{\mathrm{FB}}=R2*K_P*\mathrm{error}\left(n\right)+R3*K_1*\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{error}\left(i\right)+K_D*(\mathrm{error}\left(n\right)-\mathrm{reeor}(n-1))\&LeftArrow;\left(503\right)$

其中：式501为泵浦电流值数字量Ipump的计算公式；式502中，K_F为前馈比例因子，x为当前采样周期输入光强量，B_F为偏差调节量；式503中，error项表示闭环控制功率误差；K_P、K_I、K_D分别为数字式PID控制器之比例项、积分项、微分项因子；R1、R2、R3为响应因子，其具体值根据算法判决结果及系统要求配置，是至少由当前采样周期输入光强量、当前闭环控制增益设置值及当前工作模式所确定的。作为具体实践，这种关系可以以表格或是函数的关系呈现。典型的，在静态模式下，可以设置R1=R2=R3=1。

本发明的用于提升光纤放大器动态工作性能的系统的方法用于图1所示的系统中时，如图4所示，首先是步骤301，对ADC进行采样，得到ADC采样值。进入步骤302，将ADC采样数据按采样时间先后依次进入FIFO1队列。进入步骤303，对FIFO1中预定位置的两个数据进行求差运算，将结果送入专用差值数据寄存器中。完成步骤303后，同时启动步骤304和步骤305的判决流程。在步骤304，将步骤303所得数据与预设差值门限P1进行比较；在步骤305中，将步骤303所得数据与预设差值门限P2进行比较。步骤306，将步骤304的判决结果以0/1形式进入FIFO2队列中。步骤308，计算FIFO2队列中的汉明重量。步骤310，将FIFO2的汉明重量值与汉明重量设定门限值H1进行比较。比较结果以0/1形式进入步骤312中。在与步骤304同步的步骤305判决流程，在步骤305，将步骤303所得数据与预设差值门限P2进行比较；步骤307，将步骤305的判决结果以0/1形式进入FIFO3队列中。步骤309，计算FIFO3队列中的汉明重量。步骤310，将FIFO2的汉明重量值与汉明重量设定门限值H1进行比较，比较结果以0/1形式进入步骤312中。与步骤310同步的步骤311，将FIFO3的汉明重量值与汉明重量设定门限值H2进行比较，比较结果以0/1形式进入步骤313中。进入步骤315，取得步骤312、313的结果及步骤314中设定的程序运行时默认工作模式，进行模式判决。进入步骤316，根据模式判决结果，确定R1、R2、R3的值。进入步骤317，按式501计算Ipump。在步骤318，将Ipump值输出到DAC中。然后，程序再次从步骤301开始，取得新的采样ADC数据，如此循环往复运行，光纤放大器在此控制流程下工作，以及时响应系统的变化。

通常，在运行前对第一先进先出数据队列106确定一个深度，假设为n，其中n不小于2；专用差值数据寄存器109中保存的值为相邻设定周期模数转换器转换的数字信号求差产生的差值，参与此处求差运算的两个数字信号从第一先进先出数据队列106中抽取，此处所述的相邻设定周期是由设定的数值m所确定，其中m为大于1的整数，即抽取第一先进先出数据队列的尾部数据及第m个周期的数据进行求差运算，将求差结果存放于专用差值数据寄存器109中。

所述的第一先进先出数据队列106中的数据构成按如下特征排列：

D1D2……Dn

其中，D1为队列的尾部，表示最新进入队列的数据；Dn为队列头部，表示最早进入队列的数据，以此类推。

所述的判决具体是采用如下计算公式进行判决：

Δdiff计算：Δdiff=D_m-D₁(2<=m<=n)←(504)

判决条件1：Δdiff>=P1←(505)

判决条件2：Δdiff>=P2←(506)

判决条件3：FIFO2队列数据的汉明重量>=H1←(507)

判决条件4：FIFO3队列数据的汉明重量>=H2←(508)

其中：式504为专用差值数据寄存器中所存储数据Δdiff的计算公式，D_m及D₁表示第一先进先出数据队列中存储的相邻设定周期的数据；式505为判决条件1，P1为可配置的门限；式506为判决条件2，P2为可配置的门限；式507为判决条件3，H1为可配置的门限；式508为判决条件3，H1为可配置的门限。所述的公式中选取的m大于1。

本发明的用于提升光纤放大器动态工作性能的系统的方法用于图2所示的系统中时，同样的，在运行前通常对第一先进先出数据队列106确定一个深度，假设为n，其中n不小于2；专用差值数据寄存器109中保存的值为相邻设定周期模数转换器转换的数字信号求差产生的差值，参与此处求差运算的两个数字信号从第一先进先出数据队列106中抽取，此处所述的相邻设定周期是由设定的数值m所确定，其中m为大于1的整数，即抽取第一先进先出数据队列的尾部数据及第m个周期的数据进行求差运算，将求差结果存放于专用差值数据寄存器109中。

所述的第一先进先出数据队列106中的数据构成按如下特征排列：

D1D2……Dn

其中，D1为队列的尾部，表示最新进入队列的数据；Dn为队列头部，表示最早进入队列的数据，以此类推。

所述的判决具体是采用如下计算公式进行判决：

Δdiff计算：Δdiff=D_m-D₁(2<=m<=n)←(504)

判决条件1：Δdiff>=P1←(505)

判决条件2：Δdiff>=P2←(506)

判决条件3：FIFO2队列数据的汉明重量>=H1←(507)

判决条件4：FIFO3队列数据的汉明重量>=H2←(508)

其中：式504为专用差值数据寄存器中所存储数据Δdiff的计算公式，D_m及D₁表示先进先出数据队列一中存储的相邻设定周期的数据；式505为判决条件1，P1为可配置的门限；式506为判决条件2，P2为可配置的门限；式507为判决条件3，H1为可配置的门限；式508为判决条件3，H2为可配置的门限。所述的公式中选取的m大于1。

Claims (7)

1.一种提升光纤放大器动态工作性能的系统，包括有将光纤放大器输入端的光信号转换为电信号的光电探测二极管（101），接收光电探测二极管（101）的信号的跨导电路（102）或对数放大器（402），将跨导电路（102）或对数放大器（402）输出的模拟信号转换为数字信号的模数转换器（103），对模数转换器（103）转换后的数字信号进行数据处理的数字处理器（104），将数字处理器（104）处理后的数字信号转换成模拟信号的数模转换器（115），使数模转换器（115）输出的模拟信号产生光能量耦合进掺铒光纤（117）的泵浦激光器（116），其特征在于，所述的数字处理器（104）包括有：按预先设定的步骤对输入光特征进行识别，产生记录输入光特征的两种汉明重量的输入光汉明重量判决模块（105），以及由输入光汉明重量判决模块（105）判断光纤放大器对应进入的三种不同的工作模式：静态模式（112）、噪声模式（113）和瞬态模式（114），当采用跨导电路（102）接收光电探测二极管（101）的信号时，所述的输入光汉明重量判决模块（105）包括有：对模数转换器（103）转换的光强信号采样值产生D1，D2，…，Dn的数据序列的第一先进先出数据队列（106）；存储对第一先进先出数据队列（106）中的预定位置的数据进行求差运算的结果的专用差值数据寄存器（109）；按照时间先后，根据一种预设的差值门限，与专用差值数据寄存器（109）中的数据进行比较，输出由“0”或者“1”构成的判决结果的第二先进先出数据队列（107）；按照时间先后，根据另一种预设的差值门限，与专用差值数据寄存器（109）中的数据进行比较，生成由“0”或者“1”构成的判决结果的第三先进先出数据队列（108）；写入对第二先进先出数据队列（107）或第三先进先出数据队列（108）中的数据计算汉明重量的结果的第一汉明重量寄存器（110）；以及写入对第三先进先出数据队列（108）或第二先进先出数据队列（107）中的数据计算汉明重量的结果的第二汉明重量寄存器（111）。

2.根据权利要求1所述的一种提升光纤放大器动态工作性能的系统，其特征在于，所述的数字处理器（104）采用DSP或FPGA或者具有相同数据处理功能的数字处理芯片。

3.根据权利要求1所述的一种提升光纤放大器动态工作性能的系统，其特征在于，当采用对数放大器（402）接收光电探测二极管（101）的信号时，所述的输入光汉明重量判决模块（105）包括有：将模数转换器(103)转换的对数关系的数字信号转换为线性关系的信号的对数查找表（405）；对经对数查找表（405）转换的线性关系的信号产生D1，D2，…，Dn的数据序列的第一先进先出数据队列（106）；存储对第一先进先出数据队列（106）中的预定位置的数据进行求差运算的结果的专用差值数据寄存器（109）；按照时间先后，根据一种预设的差值门限，与专用差值数据寄存器（109）中的数据进行比较，输出由“0”或者“1”构成的判决结果的第二先进先出数据队列（107）；按照时间先后，根据另一种预设的差值门限，与专用差值数据寄存器（109）中的数据进行比较，生成由“0”或者“1”构成的判决结果的第三先进先出数据队列（108）；写入对第二先进先出数据队列（107）或第三先进先出数据队列（108）中的数据计算汉明重量的结果的第一汉明重量寄存器（110）；以及写入对第三先进先出数据队列（108）或第二先进先出数据队列（107）中的数据计算汉明重量的结果的第二汉明重量寄存器（111）。

4.一种用于权利要求1～3任意一项所述的提升光纤放大器动态工作性能的系统的方法，其特征在于，包括有如下步骤：

1）由模数转换器（103）转换的光数字信号按采样时间先后依次进入第一先进先出数据队列（106）；

2）根据预先设定，取出第一先进先出数据队列（106）中D₁及D_m两个数据，m<=n，n>=2，并对这两个数据进行求差运算，求差结果进入专用差值数据寄存器（109）中；

3）根据一种预设的差值门限P1，对专用差值数据寄存器（109）中的数据进行判决，生成由“0”或者“1”构成的判决结果，按照时间先后，将判决结果依次进入第二先进先出数据队列（107），同时根据另一种预设的差值门限P2，对专用差值数据寄存器（109）中的数据进行判决，生成由“0”或者“1”构成的判决结果，按照时间先后，将判决结果依次进入第三先进先出数据队列（108）中；

4）分别对第二先进先出数据队列（107）及第三先进先出数据队列（108）中的数据计算汉明重量，对应第二先进先出数据队列（107）中的统计结果写入第一汉明重量寄存器（110）中，对应第三先进先出数据队列（108）中的统计结果写入第二汉明重量寄存器（111）中；

5）提取第一汉明重量寄存器（110）及第二汉明重量寄存器（111）中的值，分别与预设的第一汉明重量门限H1及第二汉明重量门限H2比较，进而判决光纤放大器进入三种不同工作模式：静态模式（112）、噪声模式（113）和瞬态模式（114）中的一种。

5.根据权利要求4所述的提升光纤放大器动态工作性能的方法，其特征在于，步骤1）所述的第一先进先出数据队列（106）是深度为n的先进先出数据队列，其中n>=2，进入第一先进先出数据队列（106）的光数字信号，在第一先进先出数据队列（106）内产生D1，D2，…，Dn的数据序列。

6.根据权利要求4所述的提升光纤放大器动态工作性能的方法，其特征在于，步骤5）所述的三种不同工作模式是互斥的工作模式，光纤放大器总是处于三种工作模式中的一种，并且也只能处于其中的一种，无论在哪种工作模式下，均实时监测第一汉明重量寄存器（110）及第二汉明重量寄存器（111）中的值，并根据比较结果及时进行工作模式转换，即，根据比较结果，当满足进入其中一种工作模式的条件时，则进入该种工作模式；而当不满足停留在当前工作模式的条件时，则退出当前工作模式。

7.根据权利要求6所述的提升光纤放大器动态工作性能的方法，其特征在于，实时监测第一汉明重量寄存器（110）及第二汉明重量寄存器（111）中的值：当第一汉明重量寄存器（110）的值小于第一汉明重量门限H1，并且第二汉明重量寄存器（111）中的值小于第二汉明重量门限H2，认为目前输入到光纤放大器的光信号是平稳的，则光纤放大器停留在静态模式；

当第一汉明重量寄存器（110）中的值大于第一汉明重量门限H1，则不论第二汉明重量寄存器（111）中的值是否大于第二汉明重量门限H2，均认为目前输入到光纤放大器的光信号是有较大噪声的，相应地，光纤放大器进入噪声模式；若不满足该条件，则退出噪声模式；

当第一汉明重量寄存器（110）中的值小于第一汉明重量门限H1，且第二汉明重量寄存器（111）中的值大于第二汉明重量门限H2，则认为目前输入到光纤放大器的光信号具有瞬态特征，相应地，光纤放大器进入瞬态模式；若不满足该条件，则退出瞬态模式。