CN105471498A - 一种全光通信调配网络中edfa无干扰控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全光通信调配网络中EDFA无干扰控制装置及方法，设置输入端双采样支持电路、输出端双采样支持电路，模数转换器ADC1、ADC2、ADC3、ADC4，以及控制器，所述控制器包括Pump控制器，先入先出队列FIFO1、FIFO2、FIFO？3、FIFO4，FIFO控制器1、FIFO控制器2，输入档位控制模块、输出档位控制模块，以及边沿控制器；用两个ADC采样不同的档位，当档位切换时，将两个档位的数据拼接成完整的数据输出；根据瞬态的快边沿和慢边沿，采用不同方式读取FIFO中的数据，计算出合适的泵浦电流，抑制瞬态。本发明可以适用于同一系统硬件下同时满足瞬态快边沿和慢边沿的控制要求。

Description

一种全光通信调配网络中EDFA无干扰控制装置及方法

技术领域

本发明涉及光通信中的实时光信噪比监测技术领域，特别涉及一种掺铒光纤放大器实时检测系统。

背景技术

掺铒光纤放大器EDFA作为密集型光波复用DWDM系统及未来高速系统、全光网络不可缺少的重要器件，必然需要适应光网络的新需求。例如在DWDM系统中，当输入EDFA的光信号强度放生较大变化，比如发生16dB的掉波或者上波，并且瞬态持续时间在微秒级时，铒纤中的能量会瞬间转移到剩余的信号波长中，使该剩余信号波长产生过冲或者欠冲。过冲和欠冲在多级EDFA级联时会严重影响网络的稳定性，所以必须在每一级EDFA中进行控制。

目前，EDFA的前端探测电路多采用基于对数运放的对数放大电路和基于跨导电路的换挡电路，对数放大电路的优点是电路结构简单，控制方法简单，缺点是输入光很低时探测不准确，探测范围不够大。换挡电路的优点是电路响应快，多个档位切换可以扩大探测范围，缺点是档位切换时电路需要重新建立，这期间探测不稳定，由探测不稳定引起的控制误操作会影响放大器的输出，导致输出光的波动，严重的会导致下级接收机误码。

EDFA的瞬态特性是衡量EDFA性能的一个重要指标。对于动态范围大的瞬态，会引起电路换挡，换挡的处理会影响EDFA的瞬态特性。根据光网络系统的设计要求不同，EDFA的瞬态指标要求也不同，主要分为快边沿瞬态和慢边沿瞬态。对于相同幅度的输入光强变化，输入光在十微妙级以内完成变化的定义为快边沿瞬态，输入光在百微秒级以上完成变化的定义为慢边沿瞬态。电路的电气特性以及光路的传输延迟决定了同一个电路参数或光路参数并不能让快边沿瞬态和慢边沿瞬态指标同时达到最优，因此后续的数据处理阶段采用的方法决定了不同边沿的瞬态特性，现实中通常会根据客户要求在快边沿和慢边沿瞬态特性上取舍。为了弥补换挡电路的缺陷，正确的处理采样数据，兼顾快边沿和慢边沿瞬态特性，本领域亟待出现更适合实用的技术方案。

发明内容

为了弥补换挡电路的缺陷，正确的处理采样数据，兼顾快边沿和慢边沿瞬态特性，提高系统的稳定性，本发明提出了一种高速全光通信调配网络中EDFA无干扰控制装置和方法。

本发明技术方案提供一种全光通信调配网络中EDFA无干扰控制装置，包括泵浦装置Pump和数模转换器DAC，泵浦装置Pump连接掺铒光纤EDF，数模转换器DAC连接泵浦装置Pump，设置输入端双采样支持电路、输出端双采样支持电路，模数转换器ADC1、ADC2、ADC3、ADC4，以及控制器，所述控制器包括Pump控制器，先入先出队列FIFO1、FIFO2、FIFO3、FIFO4，FIFO控制器1、FIFO控制器2，输入档位控制模块、输出档位控制模块，以及边沿控制器；

输入端双采样支持电路分别连接模数转换器ADC1、ADC2，输入档位控制模块连接输入端双采样支持电路，输入光经过输入端双采样支持电路，进入模数转换器ADC1和ADC2，输入档位控制模块输出档位选择信号到输入端双采样支持电路中的档位选择器，档位选择器将ADC1和ADC2连接在档位选择信号指定的档位，

输出端双采样支持电路分别连接模数转换器ADC3、ADC4，输出档位控制模块连接输出端双采样支持电路，输出光经过输出端双采样支持电路，进入模数转换器ADC3和ADC4，输出档位控制模块输出档位选择信号到输出端双采样支持电路中的档位选择器，档位选择器将ADC3和ADC4连接在档位选择信号指定的档位；

边沿控制器分别连接FIFO控制器1和FIFO控制器2，输出控制信号到FIFO控制器1和FIFO控制器2；

模数转换器ADC1连接先入先出队列FIFO1，模数转换器ADC2连接先入先出队列FIFO2，FIFO控制器1连接先入先出队列FIFO1和先入先出队列FIFO2，模数转换器ADC1的采样数据存入先入先出队列FIFO1，模数转换器ADC2的采样数据存入先入先出队列FIFO2；输入档位控制模块连接FIFO控制器1，FIFO控制器1输出数据到输入档位控制模块，输入档位控制模块输出档位选择信号到FIFO控制器1，FIFO控制器1读取先入先出队列FIFO1和先入先出队列FIFO2中的采样数据，当档位切换时，根据档位选择信号将所读取的数据拼接成完整的采样序列；

模数转换器ADC3连接先入先出队列FIFO3，模数转换器ADC4连接先入先出队列FIFO4，FIFO控制器2连接先入先出队列FIFO3和先入先出队列FIFO4，模数转换器ADC3的采样数据存入先入先出队列FIFO3，模数转换器ADC4的采样数据存入先入先出队列FIFO4；输出档位控制模块连接FIFO控制器2，FIFO控制器2输出数据到输出档位控制模块，输出档位控制模块输出档位选择信号到FIFO控制器2，FIFO控制器2读取先入先出队列FIFO3和先入先出队列FIFO4中的采样数据，当档位切换时，根据档位选择信号将所读取的数据拼接成完整的采样序列；

FIFO控制器1和FIFO控制器2分别连接边沿控制器，FIFO控制器1和FIFO控制器2输出数据到边沿处理器，边沿处理器根据当前瞬态边沿类型向FIFO控制器1和FIFO控制器2发出标志信号，通知FIFO控制器1和FIFO控制器2输出数据到Pump控制器；

FIFO控制器1和FIFO控制器2分别连接Pump控制器，Pump控制器连接数模转换器DAC，Pump控制器接收来自FIFO控制器1和FIFO控制器2的数据，将采用反馈控制计算所得Pump电流的电流值输出给数模转换器DAC。

本发明还基于上述装置提供了一种全光通信调配网络中EDFA无干扰控制方法，边沿处理器根据当前瞬态边沿类型向FIFO控制器1和FIFO控制器2发出标志信号，实现方式如下，

对于瞬态快边沿变化，输入光快速减小的情况，由边沿处理器发送标志信号给FIFO控制器2，FIFO控制器2将FIFO中的数据延迟输出给Pump控制器，FIFO控制器1将实时的数据输出给Pump控制器，

对于瞬态慢边沿变化，输入光慢速减小的情况，设输出端在延时T后探测到由输入光引起的变化，由边沿处理器发送标志信号给FIFO控制器1，FIFO控制器1将延迟T之后的数据输出给Pump控制器，FIFO控制器2将实时的数据输出给Pump控制器。

本发明提供一种高速全光通信调配网络中EDFA无干扰控制装置和控制方法，设置有输入端双采样支持电路，输出端双采样支持电路，模数转换器，数模转换器，泵浦激光器，控制器。并且换挡电路采用双采样结构，用两个ADC采样不同的档位，当档位切换时，将两个档位的数据拼接成完整的数据输出；根据瞬态的快边沿和慢边沿，采用不同方式读取FIFO中的数据，计算出合适的泵浦电流，抑制瞬态。本发明可以适用于同一系统硬件下同时满足瞬态快边沿和慢边沿的控制要求。

附图说明

图1是本发明实施例的系统结构图。

图2是本发明实施例的输入端双采样支持电路原理图。

图3是本发明实施例的FIFO队列示意图。

图4是本发明实施例的采样序列拼接示意图。

图5是本发明实施例的有效数据调整示意图。

图6是本发明实施例的边沿控制流程图。

图7是本发明实施例的档位切换状态图示例图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案、优点更加清晰，下面将结合本发明实施例和附图来介绍本发明的技术方案。

现有的掺铒光纤放大器EDFA的控制装置通常包括泵浦装置Pump、数模转换器DAC和Pump控制器，Pump控制器根据当前的工作状态计算出控制Pump所需要的电流，输出给DAC，由DAC来驱动Pump，输出到掺铒光纤EDF。参见图1，本发明实施例提供的EDFA无干扰控制装置，包括输入端双采样支持电路、输出端双采样支持电路，模数转换器ADC1、ADC2、ADC3、ADC4，以及控制器，所述控制器除Pump控制器外，还包括先入先出队列FIFO1、FIFO2、FIFO3、FIFO4，FIFO控制器1、FIFO控制器2，输入档位控制模块、输出档位控制模块，以及边沿控制器。

本发明的换挡电路采用双采样结构，用两个ADC采样不同的档位，当档位切换时，将两个档位的数据拼接成完整的数据输出。

参见图2，输入端双采样支持电路分别连接模数转换器ADC1、ADC2，输入档位控制模块连接输入端双采样支持电路，本发明实施例提供的输入端双采样支持电路中设置有档位选择器，档位选择由档位选择信号来实现，该信号由控制器发出，控制器根据ADC的采样数据来决定当前的工作档位。具体实施时，可在控制器中的输入和输出档位控制模块，根据ADC的数据决定当前所处的档位，例如将ADC所得采样数据和预定门限比较，满足条件就换挡；并把档位选择信号输出给档位选择器，档位选择器作出档位切换。输出端双采样支持电路和输入端双采样支持电路相似，输出端双采样支持电路分别连接模数转换器ADC3、ADC4，输出档位控制模块连接输出端双采样支持电路。

输入光经过输入端双采样支持电路，进入ADC1和ADC2，由输入端双采样支持电路中的档位选择器将ADC1和ADC2连接在不同的档位，即档位选择信号指定的档位。具体实施时，档位根据实际情况而定，实施例中有三个档位，分别记为档位1、档位2、档位3。ADC1和ADC2同时工作，当ADC1处于有效采样时，ADC2处于备选状态。输入光发生变化并通过输入档位控制模块触发换挡后，ADC2处于有效采样状态，ADC1处于备选状态。当输入光再次变化时，以此类推。参见图7，具体实施时换挡方式可以为：

起始状态时，ADC1有效，处于档位1，即当前工作档位是档位1，ADC2备选，处于档位2；

输入光减小时，换挡后ADC2有效，处于档位2，即当前工作档位是档位2，下一个预期的档位是档位3，ADC1备选，处于档位3；

当输入光继续减小，满足档位2向档位3切换的条件时，换挡后ADC1有效，工作在档位3，即当前工作档位是档位1，因为输入光增加时，下一个预期档位是档位2，ADC2备选，处于档位2；

当输入光增加，满足档位3向档位2切换的条件时，换挡后ADC2有效，工作在档位2，即当前工作档位是档位2，因为当输入光继续增加，下一个预期档位是档位1，ADC1备选，处于档位1；

当输入光继续增加，满足档位2向档位1切换的条件时，换挡后ADC1有效，工作在档位1，即当前工作档位是档位1，和起始状态相同，ADC2备选，处于档位2。

同理，输出光经过输出端双采样支持电路，进入ADC3和ADC4，由输出端双采样支持电路的档位选择器将ADC3和ADC4连接在不同的档位。ADC3和ADC4同时工作，当ADC3处于有效采样时，ADC4处于备选状态。输入光发生变化并触发换挡后，ADC4处于有效采样状态，ADC3处于备选状态。当输出光再次变化时，以此类推。

模数转换器ADC1连接先入先出队列FIFO1，模数转换器ADC2连接先入先出队列FIFO2，FIFO控制器1连接先入先出队列FIFO1和先入先出队列FIFO2。ADC1的采样数据存入先进先出数据缓冲器（FIFO）FIFO1，ADC2的采样数据存入FIFO2，由FIFO控制器1控制FIFO1，FIFO2的数据读写操作。

模数转换器ADC3连接先入先出队列FIFO3，模数转换器ADC4连接先入先出队列FIFO4。ADC3的采样数据存入FIFO3，ADC4的采样数据存入FIFO4，由FIFO控制器2控制FIFO3，FIFO4的数据读写操作。

参见图3，设FIFO中的数据排列依次为Dm、…、D3、D2、D1，

其中，D1为队列的尾部，表示最先进入队列的数据，Dm为队列的头部，表示最后进入队列的数据，以此类推，m为队列的长度。

输入档位控制模块连接FIFO控制器1，FIFO控制器1输出数据到输入档位控制模块，输入档位控制模块输出相应档位选择信号到输入端双采样支持电路的同时，也输出到FIFO控制器1，FIFO控制器1读取FIFO1和FIFO2中的采样数据，根据输入档位控制模块发出的档位选择信号将所读取的数据拼接成正确的采样序列。如图4所示，其中阴影部分的数据表示有效数据。在换挡之前，FIFO1中的有效数据为An-3,An-2,An-1,An,An+1，换档之后FIFO2中的有效数据为Bn，Bn+1,Bn+2,Bn+3，换挡时刻FIFO1和FIFO2中都有一部分有效数据，这样，拼接才能做到无缝连接，拼接后的数据为An-3,An-2,An-1,An,Bn+1,Bn+2,Bn+3。

由Pump控制器接收来自FIFO控制器1和FIFO控制器2的数据，采用反馈控制计算出合适的Pump电流，将电流值输出给DAC，DAC再将数模转换结果输出到Pump，进而输出到掺铒光纤EDF。具体反馈控制计算实现可采用现有技术实现，本发明不予赘述。

在一些极端情况下，如输入光过大或输入光过小时，可能存在换挡时刻两个FIFO中的数据并没有同时有效，下一档位的数据短时间内并不是有效采样数据，而此时上一挡位的数据仍然有效，这时需要采用上一挡位的数据作为有效数据。如图5所示，换挡之前，FIFO1中的有效数据为An-3,An-2,An-1,An,An+1,An+2，换档之后FIFO2中的有效数据为Bn+2,Bn+3，在换挡时刻FIFO2中尚未存在有效采样数据，因此拼接后的数据为An-3,An-2,An-1,An,An+1,An+2,Bn+3。

同理，输处档位控制模块连接FIFO控制器2，FIFO控制器2输出数据到输出档位控制模块，输出档位控制模块输出相应档位选择信号到输出端双采样支持电路的同时，也输出到FIFO控制器2；FIFO控制器2读取FIFO3和FIFO4中的采样数据，根据输出档位控制模块发出的档位选择信号将所读取的数据拼接成正确的采样序列。

FIFO控制器1和FIFO控制器2分别连接边沿控制器，FIFO控制器1和FIFO控制器2输出数据到边沿处理器，边沿处理器根据当前瞬态边沿类型向FIFO控制器1和FIFO控制器2发出标志信号，通知FIFO控制器1和FIFO控制器2输出数据到Pump控制器。本发明进一步提出，由边沿处理器给FIFO控制器1和FIFO控制器2发出标志信号，根据不同的边沿类型（瞬态的快慢边沿两种类型）控制FIFO中的数据读取和处理。

电路的电气特性以及光路的传输延迟决定了同一个电路参数或光路参数并不能让快边沿瞬态和慢边沿瞬态指标同时达到最优，本发明能够很好的解决这个问题。

本发明实施例中的实现方式采用电路特性和光路特性中的一种作为例子，其他的电路特性会有类似的处理方式（这里是指同一种电路，光路结构，不同的电路参数和光路参数的组合，因为不同的参数对于快慢边沿的响应特性是不一样的，有时候需要提前处理，有时候需要延迟处理，这里是指例子中采用了其中一组参数组合来说明），本发明所提供技术方案也能适用。本发明的实施例采用的输入输出采样电路具有相同的电路参数，EDFA的工作模式采用自动增益控制。

根据输入端的ADC数据，边沿处理器可知当前是快边沿还是慢边沿，边沿处理器根据当前瞬态边沿类型向FIFO控制器1和FIFO控制器2发出标志信号，判断当前瞬态的边沿，如果是快边沿，将输入FIFO中的数据正常读取，输出FIFO中的数据延迟读取，读取的数据由Pump控制器计算出合适的Pump电流输出；如果是慢边沿，将输入FIFO中的数据延迟读取，输出FIFO中的数据正常读取，读取的数据由反馈控制计算出合适的Pump电流输出。参见图6，具体实现方式为：

对于瞬态快边沿变化，输入光快速减小的情况。由于输入光减小，为了维持自动增益控制，预期的输出光也应该减小，此时Pump控制器应该减小Pump电流以实现减小输出光。为了加速输出光的减小，当检测到输入光快边沿变化时，由边沿处理器发送标志信号给FIFO控制器2，FIFO控制器2将FIFO中的数据延迟输出给Pump控制器（FIFO控制器1正常处理，FIFO控制器2延迟处理，这样输入端和输出端的数据时间间隔加大，反馈控制的效果不一样，为适应快边沿变化，具体实施时本领域技术人员可以根据经验预设一个延时t），这样预期的输出光功率与实际输出光功率之间的差值会维持相对长的时间，为Pump控制器中的反馈计算单元提供了更大的收敛参数，输出光会更快的达到预期目标。

对于瞬态慢边沿变化，输入光慢速减小的情况。同样，输入光的减小会导致预期的输出光减小，由于输入光的慢速变化不会引起输出光的剧烈变化，因此只需要将输入输出数据同步，就能保证慢边沿瞬态特性。当瞬态慢边沿变化时，由于光路延迟，设输出端在延时T后探测到由输入光引起的变化。由边沿处理器发送标志信号给FIFO控制器1，FIFO控制器1将延迟T之后的数据输出给Pump控制器，FIFO控制器2将实时的数据输出给Pump控制器，这样输入端和输出端的数据进入Pump控制器时已经同步，Pump控制器计算出正确的结果输出。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种全光通信调配网络中EDFA无干扰控制装置，包括泵浦装置Pump和数模转换器DAC，泵浦装置Pump连接掺铒光纤EDF，数模转换器DAC连接泵浦装置Pump，其特征在于：设置输入端双采样支持电路、输出端双采样支持电路，模数转换器ADC1、ADC2、ADC3、ADC4，以及控制器，所述控制器包括Pump控制器，先入先出队列FIFO1、FIFO2、FIFO3、FIFO4，FIFO控制器1、FIFO控制器2，输入档位控制模块、输出档位控制模块，以及边沿控制器；

输入端双采样支持电路分别连接模数转换器ADC1、ADC2，输入档位控制模块连接输入端双采样支持电路，输入光经过输入端双采样支持电路，进入模数转换器ADC1和ADC2，输入档位控制模块输出档位选择信号到输入端双采样支持电路中的档位选择器，档位选择器将ADC1和ADC2连接在档位选择信号指定的档位，

输出端双采样支持电路分别连接模数转换器ADC3、ADC4，输出档位控制模块连接输出端双采样支持电路，输出光经过输出端双采样支持电路，进入模数转换器ADC3和ADC4，输出档位控制模块输出档位选择信号到输出端双采样支持电路中的档位选择器，档位选择器将ADC3和ADC4连接在档位选择信号指定的档位；

边沿控制器分别连接FIFO控制器1和FIFO控制器2，输出控制信号到FIFO控制器1和FIFO控制器2；

模数转换器ADC1连接先入先出队列FIFO1，模数转换器ADC2连接先入先出队列FIFO2，FIFO控制器1连接先入先出队列FIFO1和先入先出队列FIFO2，模数转换器ADC1的采样数据存入先入先出队列FIFO1，模数转换器ADC2的采样数据存入先入先出队列FIFO2；输入档位控制模块连接FIFO控制器1，FIFO控制器1输出数据到输入档位控制模块，输入档位控制模块输出档位选择信号到FIFO控制器1，FIFO控制器1读取先入先出队列FIFO1和先入先出队列FIFO2中的采样数据，当档位切换时，根据档位选择信号将所读取的数据拼接成完整的采样序列；

模数转换器ADC3连接先入先出队列FIFO3，模数转换器ADC4连接先入先出队列FIFO4，FIFO控制器2连接先入先出队列FIFO3和先入先出队列FIFO4，模数转换器ADC3的采样数据存入先入先出队列FIFO3，模数转换器ADC4的采样数据存入先入先出队列FIFO4；输出档位控制模块连接FIFO控制器2，FIFO控制器2输出数据到输出档位控制模块，输出档位控制模块输出档位选择信号到FIFO控制器2，FIFO控制器2读取先入先出队列FIFO3和先入先出队列FIFO4中的采样数据，当档位切换时，根据档位选择信号将所读取的数据拼接成完整的采样序列；

FIFO控制器1和FIFO控制器2分别连接边沿控制器，FIFO控制器1和FIFO控制器2输出数据到边沿处理器，边沿处理器根据当前瞬态边沿类型向FIFO控制器1和FIFO控制器2发出标志信号，通知FIFO控制器1和FIFO控制器2输出数据到Pump控制器；

FIFO控制器1和FIFO控制器2分别连接Pump控制器，Pump控制器连接数模转换器DAC，Pump控制器接收来自FIFO控制器1和FIFO控制器2的数据，将采用反馈控制计算所得Pump电流的电流值输出给数模转换器DAC。

2.根据权利要求1所述全光通信调配网络中EDFA无干扰控制装置实现的EDFA无干扰控制方法，其特征在于：边沿处理器根据当前瞬态边沿类型向FIFO控制器1和FIFO控制器2发出标志信号，实现方式如下，

对于瞬态快边沿变化，输入光快速减小的情况，由边沿处理器发送标志信号给FIFO控制器2，FIFO控制器2将FIFO中的数据延迟输出给Pump控制器，FIFO控制器1将实时的数据输出给Pump控制器，

对于瞬态慢边沿变化，输入光慢速减小的情况，设输出端在延时T后探测到由输入光引起的变化，由边沿处理器发送标志信号给FIFO控制器1，FIFO控制器1将延迟T之后的数据输出给Pump控制器，FIFO控制器2将实时的数据输出给Pump控制器。