CN106299992B - 光纤放大器增益控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光纤放大器增益控制方法及装置，通过本发明，该方法用数字器件代替原有的闭环模拟控制单元，按当前的控制模式，根据增益或输出光功率设置值，并结合ASE补偿功率，计算出最终的输出光功率。对输入的光功率做了平滑处理，起到消除离散噪声的作用；同时还对输入的信号做了一定补偿。采用的微分控制算法和积分控制算法改善了系统的动态性能，整个闭环控制系统完成一次控制的周期为1us左右，能有效地实现增益和功率锁定，满足用户的动态和稳态指标，解决了光纤放大器的ASE补偿精度不高、微分控制速率慢的问题，提高了光纤放大器的ASE补偿精度和微分控制速率。

Description

光纤放大器增益控制方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种光纤放大器增益控制方法及装置。

背景技术

掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier，简称为EDFA)作为新一代光通信系统的关键部件，具有增益高、输出功率大、工作带宽较宽、与偏振无关、噪声系数低、放大特性与系统比特率和数据格式无关，它是大容量波分复用(Dense Wavelength DivisionMultiplexing，简称为DWDM)系统中必不可少的关键部件。EDFA的有效工作范围是针对DWDM系统的C波段，中心频率是193.1THz，波长范围是1528—1561nm，通道间隔是100GHz(约0.8nm)的整数倍，共包含40波。

因为DWDM系统是一个多波长的工作系统，又由于掺饵光纤放大器EDFA具有饱和特性，处于饱和区的波长功率保持稳定，当某些波长信号失去时，由于增益竞争，其能量会转移到那些未丢失的信号上，使其他波长的信号功率变高。在接收端，由于电平的突然提高可能会引起误码，而且在极限情况下，如果8路波长中有7路丢失时，所有的功率都集中到所剩的一路波长上，功率可能会达到17dBm左右，这将带来强烈的非线性或导致接收机的接收功率过载，会带来大量的误码。

因此要求光放大器具有自动增益控制功能，使得EDFA在实际的系统级联使用中，对输入光功率具有很宽的动态变化范围，确保DWDM系统中输入光功率不论如何变化，其余信道的光功率不受影响。

在相关技术中，图1是根据相关技术的一种掺饵光纤放大器增益控制装置示意图，如图1所示，该装置包括Pin光电转换模块、Pin程控增益放大或DAC模块、Pout光电转换模块、Pout放大模块、比例积分控制模块、比例微分控制模块、叠加电路和驱动电路；Pin光电转换模块用于将输入光功率转换为电信号，该信号经过Pin程控增益放大或DAC模块，实现调整增益锁定值和进行输入小信号时的增益补偿控制；Pout光电转换模块将输出光功率转换为电信号，Pout放大模块用于放大Pout所检测信号幅值；Pin检测信号和Pout检测信号作为差动输入信号，同时接在比例积分控制模块和比例微分控制模块的输入端，叠加电路取比例积分和比例微分这两个控制模块的电压输出之和Vc作为电压控制信号，通过驱动电路将该电压控制信号转变为满足泵浦激光器驱动要求的驱动电流信号。

该方案存在以下缺点：

1，增益不可调，因为控制单元是由模拟电路构成，控制单元的传递函数是由各种电子元器件的拉普拉斯变换模型构成的，所以传递函数不可变，开环增益和闭环增益即不可变。

2，控制模式单一，无法根据入光功率的变化选择不同的控制模式，以达到不同的控制结果。

3，无法避免超调量的产生，由于模拟电路的固有性质，在给系统输入阶跃信号时，即相当于EDFA泵浦开泵时，会产生一定幅度的超调量，这会造成输出的光功率抖动。

4，不能设置光功率输出门限值。虽然EDFA的采用提高了光功率，但是这个光功率并非越大越好。当功率大到一定程度时，光纤将产生非线性效应(包括拉曼散射和布里渊散射)，非线性效应会极大地限制EDFA的放大性能和长距离无中继传输的实现。

在相关技术中，图2是根据相关技术中一种用DSP实现EDFA中的增益和功率锁定装置的示意图，如图2所示，用DSP，A/D，D/A代替原有的闭环模拟控制单元，并在DSP内用软件的方式实现高效和灵活的控制算法。整个控制流程包括，4片14位TI的A/D采样芯片，分2级分别采样输入输出光功率，TI的DSP读取输入输出光功率后，按当前的控制模式，根据增益或输出光功率设置值，并结合ASE补偿功率，计算出最终的输出光功率。通过前馈补偿式的数字比例积分微分(PID)控制算法，计算出驱动泵浦激光器的控制电压，用1片14位TI双通道的D/A芯片控制2个泵浦激光器。整个闭环控制系统完成一次控制的周期为2us左右，配合整定过的控制参数，能有效地实现增益和功率锁定，满足用户的瞬态和稳态指标。

该方案存在以下缺点：

1，比例微分控制算法是根据将入光当做扰动量再进行补偿进行的，补偿的进程需要持续2us，导致在处理EDFA光功率输入瞬态变化时不够快速。

2，EDFA泵浦开泵时输出抖动过大。

3，ASE补偿精度不够高。因为ASE与增益呈非线性关系，所以直接在程序代码中进行ASE补偿计算是不够精确的。

针对相关技术中，光纤放大器的ASE补偿精度不高、微分控制速率慢的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种光纤放大器增益控制方法及装置，以至少解决相关技术中光纤放大器的ASE补偿精度不高、微分控制速率慢的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种光纤放大器增益控制方法，包括：

采集光纤放大器的输入光功率和输出光功率；

测量所述输出光功率并根据所述输出光功率生成所述光纤放大器的放大自发辐射ASE噪声功率；

目标增益根据所述ASE噪声功率和预设增益的对应关系确定对应的ASE补偿功率值；

根据所述输入光功率、所述ASE补偿功率值和所述目标增益计算并输出标准输出光功率。

进一步地，所述目标增益根据所述ASE噪声功率和预设增益的对应关系确定对应的ASE补偿功率值包括：

所述目标增益在ASE补偿功率值表查找所述目标增益对应的ASE补偿功率值，其中，所述ASE补偿功率值表是根据所述ASE噪声功率和预设增益的对应关系生成的。

进一步地，采集光纤放大器的输入光功率和输出光功率之后，该方法包括：

对采样得到的所述输入光功率进行有限长单位冲激响应FIR滤波。

进一步地，该方法还包括：在所述光纤放大器处于关泵的状态下，不输出所述输出光功率。

进一步地，该方法还包括：在所述光纤放大器开泵时，设置缓开泵状态，其中，在处于所述缓开泵状态时，根据所述输入光功率和所述目标增益设置进阶，根据所述进阶完成所述光纤放大器的开泵。

进一步地，所述测量所述输出光功率并根据所述输出光功率生成所述光纤放大器的放大自发辐射ASE噪声功率包括：

测量所述输出光功率峰值预设范围处的功率谱密度，采集所述范围内多个点的输出光功率，将所述多个点输出光功率取平均值，生成所述ASE噪声功率。

进一步地，所述ASE补偿功率值表是根据所述ASE噪声功率和预设增益的对应关系生成的包括：

采用多段式补偿法拟合所述ASE噪声功率与预设增益的关系曲线，生成所述ASE补偿功率值表。

进一步地，所述根据所述输入光功率、所述ASE补偿功率值和所述目标增益计算并输出标准输出光功率包括：

根据延迟预定时间的变化后的所述输入光功率，结合所述目标增益和所述ASE补偿功率值，计算并输出标准输出光功率。

进一步地，所述根据所述输入光功率、所述ASE补偿功率值和所述目标增益计算并输出标准输出光功率之后包括：

将输出的所述标准输出光功率减去所述目标增益、所述ASE补偿功率值以及所述输入光功率，得到光功率误差，根据所述光功率误差以及预设的稳态积分速率控制参数对所述标准输出光功率进行积分控制，输出最终输出光功率。

进一步地，所述根据所述输入光功率、所述ASE补偿功率值和所述目标增益计算并输出标准输出光功率之后包括：

进一步地，该方法包括：

在没有所述输入光功率的情况下，输出最低钳位功率，其中，该最低钳位功率为所述光纤放大器正常工作的最小功率值。

进一步地，该方法包括：

在所述输入光功率低于预设最小输入光功率的情况下，生成无输入光功率告警或者硬件中断指示。

进一步地，该方法包括：

在所述标准输出光功率高于预设最大钳位输出光功率的情况下，禁止输出所述标准输出光功率，并仅输出最大钳位输出光功率。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种光纤放大器增益控制装置，包括：

采集模块，采集光纤放大器的输入光功率和输出光功率；

测量模块，用于测量所述输出光功率并根据所述输出光功率生成所述光纤放大器的放大自发辐射ASE噪声功率；

查找模块，用于目标增益根据所述ASE噪声功率和预设增益的对应关系确定对应的ASE补偿功率值；

输出模块，用于根据所述输入光功率、所述ASE补偿功率值和所述目标增益计算并输出标准输出光功率。

进一步地，所述查找模块还包括以下至少之一：

查表单元，用于所述目标增益在ASE补偿功率值表查找所述目标增益对应的ASE补偿功率值，其中，所述ASE补偿功率值表是根据所述ASE噪声功率和预设增益的对应关系生成的；

生成单元，用于采用多段式补偿法拟合所述ASE噪声功率与预设增益的关系曲线，生成所述ASE补偿功率值表。

进一步地，该装置还包括以下至少之一：

滤波模块，用于对采样得到的所述输入光功率进行有限长单位冲激响应FIR滤波；

关泵模块，用于在所述光纤放大器处于关泵的状态下，不输出所述输出光功率；

缓开泵模块，用于在所述光纤放大器开泵时，设置缓开泵状态，其中，在处于所述缓开泵状态时，根据所述输入光功率和所述目标增益设置进阶，根据所述进阶完成所述光纤放大器的开泵。

进一步地，所述测量模块包括：

测量单元，用于测量所述输出光功率峰值预设范围处的功率谱密度，采集所述范围内多个点的输出光功率，将所述多个点输出光功率取平均值，生成所述ASE噪声功率。

进一步地，所述输出模块还用于根据延迟预定时间的变化后的所述输入光功率，结合所述目标增益和所述ASE补偿功率值，计算并输出标准输出光功率。

进一步地，该装置还包括以下至少之一：

第一积分控制模块，用于将输出的所述标准输出光功率减去所述目标增益、所述ASE补偿功率值以及所述输入光功率，得到光功率误差，根据所述光功率误差以及预设的稳态积分速率控制参数对所述标准输出光功率进行积分控制，输出最终输出光功率；

不关泵模块，用于在没有所述输入光功率的情况下，输出最低钳位功率，其中，该最低钳位功率为所述光纤放大器正常工作的最小功率值；

告警模块，用于在所述输入光功率低于预设最小输入光功率的情况下，生成无输入光功率告警或者硬件中断指示；

禁止输出模块，用于在所述标准输出光功率高于预设最大钳位输出光功率的情况下，禁止输出所述标准输出光功率，并仅输出最大钳位输出光功率。

通过本发明，采集光纤放大器的输入光功率和输出光功率；依据该输出光功率生成放大自发辐射ASE噪声功率；根据目标增益在ASE补偿功率值表查找对应的ASE补偿功率值，其中，该ASE补偿功率值表是根据该ASE噪声功率和预设增益的对应关系生成的；根据该输入光功率、该ASE补偿功率值和该目标增益计算并输出标准输出光功率，解决了光纤放大器的ASE补偿精度不高、微分控制速率慢的问题，提高了光纤放大器的ASE补偿精度和微分控制速率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的一种掺饵光纤放大器增益控制装置示意图；

图2是根据相关技术中一种用DSP实现EDFA中的增益和功率锁定装置的示意图；

图3是根据本发明实施例的一种光纤放大器增益控制方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的一种光纤放大器增益控制装置的结构框图；

图5是根据本发明优选实施例的一种掺饵光纤放大器EDFA稳定快速增益控制装置示意图；

图6是根据本发明优选实施例的ASE噪声功率与EDFA增益关系的曲线示意图；

图7是根据本发明优选实施例的采用直接测量法用光谱仪测量ASE噪声功率的示意图；

图8是根据本发明优选实施例的激光器输出测得的频谱图的示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

在本实施例中提供了一种光纤放大器增益控制方法，图3是根据本发明实施例的一种光纤放大器增益控制方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤S302，采集光纤放大器的输入光功率和输出光功率；

步骤S304，测量该输出光功率并根据该输出光功率生成光纤放大器的放大自发辐射ASE噪声功率；

步骤S306，目标增益根据该ASE噪声功率和预设增益的对应关系确定对应的ASE补偿功率值；

步骤S308，根据该输入光功率、该ASE补偿功率值和该目标增益计算并输出标准输出光功率。

通过上述步骤，直接测量该输出光功率并生成光纤放大器的放大自发辐射ASE噪声功率，并根据目标增益根据该ASE噪声功率和预设增益的对应关系确定对应的ASE补偿功率值，从而根据输入光功率、该ASE补偿功率值和该目标增益计算并输出标准输出光功率，解决了光纤放大器的ASE补偿精度不高、微分控制速率慢的问题，提高了光纤放大器的ASE补偿精度和微分控制速率。

在本实施例中，该目标增益根据该ASE噪声功率和预设增益的对应关系确定对应的ASE补偿功率值包括：

该目标增益在ASE补偿功率值表查找该目标增益对应的ASE补偿功率值，其中，该ASE补偿功率值表是根据该ASE噪声功率和预设增益的对应关系生成的。

在本实施例中，可以对采样得到的该输入光功率进行有限长单位冲激响应FIR滤波，从而对输入的光功率做了平滑处理，起到了消除输入光功率离散噪声的作用。

在本实施例中，可以将光纤放大器的泵浦的工作状态设置为关泵状态，在该光纤放大器处于关泵的状态下，不输出该输出光功率。

在本实施例中，可以将光纤放大器的泵浦的工作状态设置为缓开泵状态，在该光纤放大器开泵时，设置缓开泵状态，其中，在处于该缓开泵状态时，根据该输入光功率和该目标增益设置进阶，根据该进阶完成该光纤放大器的开泵，减少了超调量的发生。

在本实施例中，该测量该输出光功率并生成光纤放大器的放大自发辐射ASE噪声功率包括：

测量该输出光功率峰值预设范围处的功率谱密度，采集该范围内多个点的输出光功率，将该多个点输出光功率取平均值，生成该ASE噪声功率。

在本实施例中，ASE补偿功率值表的生成可以有多种方式，这些方式都是根据预设增益拟合对应的ASE噪声功率，例如，采用多段式补偿法拟合该ASE噪声功率与预设增益的关系曲线，生成该ASE补偿功率值表，该多段式补偿法中每段折线内比例系数都是一致的，这样可以尽量减小ASE补偿带来的不够精确问题。

在本实施例中，根据延迟预定时间的变化后的该输入光功率，结合该目标增益和该ASE补偿功率值，计算并输出标准输出光功率，与该ASE相加，计算并输出标准输出光功率，提高了输入光功率瞬间变化的反应速度，减少了输出的抖动。

在本实施例中，还可以将输出的该标准输出光功率减去该目标增益、该ASE补偿功率值以及该输入光功率，得到光功率误差，根据该光功率误差以及预设的稳态积分速率控制参数对该标准输出光功率进行积分控制，输出最终输出光功率。实现积分的控制，提高了光纤放大器的稳态性能。

在上述实施例中，在没有该输入光功率的情况下，输出最低钳位功率，其中，该最低钳位功率为该光纤放大器正常工作的最小功率值。

在该输入光功率低于预设最小输入光功率的情况下，生成无输入光功率告警或者硬件中断指示。

在该标准输出光功率高于预设最大钳位输出光功率的情况下，禁止输出该标准输出光功率，并仅输出最大钳位输出光功率。

在本实施例中还提供了一种光纤放大器增益控制装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图4是根据本发明实施例的一种光纤放大器增益控制装置的结构框图，如图4所示，该装置包括

采集模块42，采集光纤放大器的输入光功率和输出光功率；

测量模块44，用于测量该输出光功率并根据该输出光功率生成该光纤放大器的放大自发辐射ASE噪声功率；

查找模块46，用于目标增益根据该ASE噪声功率和预设增益的对应关系确定对应的ASE补偿功率值；

输出模块48，用于根据该输入光功率、该ASE补偿功率值和该目标增益计算并输出标准输出光功率。

在本发明的实施例中，该查找模块46还包括以下至少之一：

查表单元，用于该目标增益在ASE补偿功率值表查找该目标增益对应的ASE补偿功率值，其中，该ASE补偿功率值表是根据该ASE噪声功率和预设增益的对应关系生成的；

生成单元，用于采用多段式补偿法拟合该ASE噪声功率与预设增益的关系曲线，生成该ASE补偿功率值表。

在本发明的实施例中，该装置还包括：

滤波模块，用于对采样得到的该输入光功率进行有限长单位冲激响应FIR滤波；

关泵模块，用于在该光纤放大器处于关泵的状态下，不输出该输出光功率；

缓开泵模块，用于在该光纤放大器开泵时，设置缓开泵状态，其中，在处于该缓开泵状态时，根据该输入光功率和该目标增益设置进阶，根据该进阶完成该光纤放大器的开泵。

在本发明的实施例中，该测量模块44包括：

测量单元，用于测量该输出光功率峰值预设范围处的功率谱密度，采集该范围内多个点的输出光功率，将该多个点输出光功率取平均值，生成该ASE噪声功率。

在本发明的实施例中，该输出模块48还用于根据延迟预定时间的变化后的该输入光功率，结合该目标增益和该ASE补偿功率值，计算并输出标准输出光功率。

在本发明的实施例中，该装置还包括：

第一积分控制模块，用于将输出的该标准输出光功率减去该目标增益、该ASE补偿功率值以及该输入光功率，得到光功率误差，根据该光功率误差以及预设的稳态积分速率控制参数对该标准输出光功率进行积分控制，输出最终输出光功率；

不关泵模块，用于在没有该输入光功率的情况下，输出最低钳位功率，其中，该最低钳位功率为该光纤放大器正常工作的最小功率值；

告警模块，用于在该输入光功率低于预设最小输入光功率的情况下，生成无输入光功率告警或者硬件中断指示；

禁止输出模块，用于在该标准输出光功率高于预设最大钳位输出光功率的情况下，禁止输出该标准输出光功率，并仅输出最大钳位输出光功率。

下面结合优选实施例和实施方式对本发明进行详细说明。

本优选实施例提供了一种掺饵光纤放大器EDFA稳定快速增益控制方法与装置，图5是根据本优选实施例的一种掺饵光纤放大器EDFA稳定快速增益控制装置示意图，如图5所示：

该装置包括：

参数配置模块：此模块可以给增益控制算法及通讯接口模块设置不同的控制模式和控制参数；控制模式包括：下钳位模式、标称出光模式、正常出光模式；控制参数包括：标称出光功率、入光无光门限值、稳态积分速率控制参数、标称增益、下箝位安全功率、最高箝位输出功率、新设定目标增益。

增益控制算法及通讯接口模块：此模块不仅负责动态控制和稳态控制，还将EDFA泵浦的工作状态划分为3种，包括关泵状态、缓开泵状态、瞬态状态，每种状态下的控制方式和控制参数都不一致，同时负责与各个器件的通讯，包括模数采集模块、数模转换模块、温度采集模块、存储模块。

模数采集模块：此模块分别采集EDFA的输入光功率、输出光功率，将采集到的数字传送给增益控制算法及通讯接口模块。

数模转换模块：增益控制算法及通讯接口模块计算得到的增益控制数据，传送至此模块，然后通过此模块将离散数据转换成模拟数据，再传送给EDFA。

温度采集模块：此模块负责测量装置的温度，将温度值实时的传送给增益控制算法及通讯接口模块。

存储模块：此模块负责存储AES噪声功率补偿值，并将补偿值传送给增益控制算法及通讯接口模块。

增益控制方法流程如下：

由模数采集模块采集EDFA输入和输出的光功率大小，首先对输入的光功率做了平滑处理，起到消除离散噪声的作用；同时还对输入的小信号做了ASE补偿，而ASE功率补偿值的确定是通过使用光功率计测量输出距离光功率峰值0.1nm或0.4nm处的功率谱密度得来，然后再按照线性拟合的折线系数确定的。将ASE的补偿值按照与增益的对应关系数值存入存储设备里，在系统上电时从存储模块里读出来存储在缓存里，再利用与增益的对应关系，以查找表的方式从缓存读出来，将这个数值加上输入光功率，再加上目标增益大小，得到的就是补偿后的输出电流数值。在这个过程中，要注意计算的过程是有延迟的，因为需要将增益的变化和入光功率的变化延迟1us，这样的好处是减少了超调量的产生。上面这个过程便是微分控制法。然后再根据输出的光功率和当前的控制模式，计算出标出光(标准输出光功率)和出光功率误差，其中标准出光是用来根据是否小于下钳位光功率来判决产生稳态积分速率控制参数的，出光功率(输出光功率)误差是用来控制积分参数一定补偿，以防止入光(输入光功率)阀值过低。然后逐步进行加减运算以达到要求的光功率输出，这便是积分控制法。此算法既改善了系统的动态性能，缩短了调节时间，减小了超调量，适合解决光功率瞬间变化过大的情况，又改善了系统的稳态性能，减小了稳态误差，又减小了ASE产生的误差，提高了增益锁定性能。整个闭环控制系统完成一次控制的周期为1us左右，能有效地实现增益控制和功率锁定，满足用户的动态和稳态指标。

如图5所示，整个装置包括：参数配置模块、增益控制算法及通讯接口模块、模数采集模块、数模转换模块、温度采集模块、存储模块。这种设计取消了由模拟电路组成的微分控制环节和积分控制环节，好处是解决了增益不可变和控制模式单一的问题。

将EDFA泵浦的工作状态划分为3种，包括关泵状态、缓开泵状态、瞬态状态。

在关泵状态下，对外不输出功率。

缓开泵状态是根据EDFA泵浦开泵时会产生一定幅度的超调量，这会造成输出的光功率抖动，所以加入了缓开泵这一环节。原理如下：根据系统的配置要求，在初始功率与目标增益之间设立100步的进阶，这样(目标增益—初始功率)÷100*步数等于每步之间的幅度差值，然后开泵时从第1步开始，一直走到第100步，这样完即成了开泵这一动作。这种方法的好处是在开泵这一环节减少超调量的产生。

开泵完成后，进入瞬态状态，这个环节的作用是：将采集的EDFA输入和输出的光功率大小，按当前的控制模式，根据增益或输出光功率设置值，并结合ASE补偿功率，计算出最终的输出光功率。这里的微分控制算法可以改善系统的动态性能，缩短了调节时间，减小了超调量，适合解决光功率瞬间变化过大的情况；而积分控制算法改善了系统的稳态性能，减小了稳态误差。

对输入的光功率做了平滑处理，将输入的并经过采样后的数值进行FIR滤波，起到消除离散噪声的作用，这样可以保证对不规则的毛刺起到了过滤的效果。采用FIR滤波器的原因是在其通带内，相位延迟是线性的。同时饵离子跃迁约时间为ms级，受激铒离子的荧光时间为10ms，所以激光放大器输出的光脉冲包络变化范围也是ms级别，因此将滤波器的截止频率设定为10KHz。为了换取过渡带带宽和最大旁瓣的衰减幅值之间的平衡，选择过渡带带宽为19.5-21KHz，最大旁瓣赋值-17—-20的dB。而512阶数保证延迟不太大，不影响微分控制的响应速度。

对输入信号添加补偿。EDFA输出的光功率并不是输出纯光功率，还有一部分是ASE噪声，相当于有一部分增益转换成了ASE噪声，所以为了改进增益锁定的精度，需要补偿这些ASE噪声。同时ASE补偿值与EDFA的铒纤长度、铒纤掺杂浓度、EDFA内部光路损耗等都有关，所以在给每个EDFA检测时，都会得到不尽相同的补偿值。

ASE补偿量的计算。一般采用噪声功率近似法来计算ASE功率，噪声系数NC＝10log{(1/G)+Pase/(h*v*G*w)}，其中h为普朗克常数，Pase为ASE功率，v为频率，G为增益，w为频宽。即ASE噪声分量从公式中推导，基本上可以确认放大环节的增益有关。即EDFA的特性是无论输入光功率多少，其输出的ASE噪声只随着增益有所变化。

图6是根据本发明优选实施例的ASE噪声功率与EDFA增益关系的曲线示意图，如图6所示，图中上面的为增益，下面的为噪声功率。在但是经过光谱仪的精确测量发现，ASE噪声分量与增益并不呈现固定系数倍关系，所以在进行ASE补偿计算时不能把ASE当成固定值进行运算。因为经过EDFA级联放大后的信号包含了较大的ASE级联噪声，而现在大多系统为了光纤信号传输的更远，都采用了EDFA泵浦级联的方式，所以此种公式已经不再适用。应该采用直接测量法。

图7是根据本发明优选实施例的采用直接测量法用光谱仪测量ASE噪声功率的示意图，如图7所示，就是通过使用光功率计测量距离输出光功率峰值左右0.1nm或0.4nm处的功率谱密度，选取若干个点，将所得到的值取平均值，即得到ASE功率，这样选取是避免中心波长的影响。

图8是根据本发明优选实施例的激光器输出测得的频谱图的示意图，如图8所示，做出一个统计表，发现这条曲线是有一点弯曲的。所以在进行ASE补偿时，采用多段式补偿法，即用几条折线拟合ASE与增益的曲线，这样在每段折线内比例系数都是一致的。这样可以尽量减小ASE补偿带来的不够精确问题。

在本优选实施例中，微分控制法，将ASE的补偿值按照与增益的对应关系数值存入存储设备里，在系统上电时从存储设备里读出来存储进缓存里，再利用与增益的对应关系，以查找表的方式从缓存读出来，将这个数值加上输入光功率，再加上目标增益大小，得到的就是补偿后的输出电流数值。在这个过程中，要注意计算的过程是有延迟的，因为需要将增益的变化和入光功率的变化延迟1us，这样的好处是减少了超调量的产生，又能提高对入光功率瞬间变化的反应速度。上面这个过程便是微分控制法。它极大的提高了系统的动态性能，同时也不会造成输出的抖动。

积分控制法，由于系统是闭环系统，所以需要跟据实际的出光功率减去当前设置的增益以及入光功率，得到的即是出光功率误差，用这个误差，进行积分控制，按照参数配置模块设定的稳态积分速率控制参数，进行减小误差的运算，即可实现积分控制。根据以上的所有措施，极大地提高了稳态性能。

设置一个入光功率门限，当入光功率低于这个门限时，将产生入光无光告警和硬件中断

由于入光功率可能有时候会不稳定，或者是过高，所以需要对整个系统所能承受的最大出光做一个限制，就是增加一个最大钳位出光功率。

设置一个不关断模式，因为在实际使用中，光缆切断、设备失效等事故会导致光功率丢失甚至是关泵等状态，出于整个系统的冗余性考虑，为了在链路重新连好后系统便与恢复，需要一个即使是入光功率没有也可以不关泵的状态，所以在系统中设置了一个不关断模式，当入光无光时，系统可以输出最低钳位功率，保证不关泵。

通过上述实施例，将EDFA泵浦的工作状态划分为3种，包括关泵状态、缓开泵状态、瞬态状态，作为激光器开关的控制状态，以减小超调量的发生。

对输入的光功率做了平滑处理，将输入的并经过采样后的数值进行FIR滤波，起到消除离散噪声的作用。

采用直接测量法，即通过使用光功率计测量距离输出光功率峰值左右0.1nm或0.4nm处的功率谱密度，在这个范围内采集若干个点，将测得的功率取平均值，此为ASE噪声功率。

在计算ASE补偿值时，采用多段式补偿法，即用几条折线拟合ASE与增益的关系曲线，这样在每段折线内比例系数都是一致的，这样可以尽量减小ASE补偿带来的不够精确问题。

将ASE的补偿值按照与增益的对应关系数值存入存储设备里，在系统上电时从存储设备里读出来存储在缓存中，再利用与增益的对应关系，以查找表的方式从缓存读出来。

增加一个最大钳位出光功率，以防止光功率过大。

微分控制算法是，将变化后的目标增益大小和入光功率延迟1us，然后与ASE的补偿值相加，得到初始输出电流值。

设置不关断模式。保证在实际使用中，光缆切断、设备失效等状态时，系统可以输出最低钳位功率，以便在链路重新连好后系统恢复，提高冗余性。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例该的方法。

本发明的实施例还提供了一种存储介质。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行上述实施例步骤的程序代码，可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

可选地，在本实施例中，处理器根据存储介质中已存储的程序代码执行上述实施例的方法。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种光纤放大器增益控制方法，其特征在于，包括：

采集光纤放大器的输入光功率和输出光功率；

测量所述输出光功率并根据所述输出光功率生成所述光纤放大器的放大自发辐射ASE噪声功率；

目标增益根据所述ASE噪声功率和预设增益的对应关系确定对应的ASE补偿功率值；

根据所述输入光功率、所述ASE补偿功率值和所述目标增益计算并输出标准输出光功率；

在没有所述输入光功率的情况下，输出最低钳位功率，其中，该最低钳位功率为所述光纤放大器正常工作的最小功率值；

在所述输入光功率低于预设最小输入光功率的情况下，生成无输入光功率告警或者硬件中断指示。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标增益根据所述ASE噪声功率和预设增益的对应关系确定对应的ASE补偿功率值包括：

所述目标增益在ASE补偿功率值表查找所述目标增益对应的ASE补偿功率值，其中，所述ASE补偿功率值表是根据所述ASE噪声功率和预设增益的对应关系生成的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集光纤放大器的输入光功率和输出光功率之后，该方法包括：

对采集得到的所述输入光功率进行有限长单位冲激响应FIR滤波。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在所述光纤放大器处于关泵的状态下，不输出所述输出光功率。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在所述光纤放大器开泵时，设置缓开泵状态，其中，在处于所述缓开泵状态时，根据所述输入光功率和所述目标增益设置进阶，根据所述进阶完成所述光纤放大器的开泵。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量所述输出光功率并根据所述输出光功率生成所述光纤放大器的放大自发辐射ASE噪声功率包括：

测量所述输出光功率峰值预设范围处的功率谱密度，采集所述预设范围内多个点的输出光功率，将所述多个点的输出光功率取平均值，生成所述ASE噪声功率。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述ASE补偿功率值表是根据所述ASE噪声功率和预设增益的对应关系生成的包括：

采用多段式补偿法拟合所述ASE噪声功率与预设增益的关系曲线，生成所述ASE补偿功率值表。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述输入光功率、所述ASE补偿功率值和所述目标增益计算并输出标准输出光功率包括：

根据延迟预定时间的变化后的所述输入光功率，结合所述目标增益和所述ASE补偿功率值，计算并输出标准输出光功率。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述输入光功率、所述ASE补偿功率值和所述目标增益计算并输出标准输出光功率之后包括：

将输出的所述标准输出光功率减去所述目标增益、所述ASE补偿功率值以及所述输入光功率，得到光功率误差，根据所述光功率误差以及预设的稳态积分速率控制参数对所述标准输出光功率进行积分控制，输出最终输出光功率。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法包括：

在所述标准输出光功率高于预设最大钳位输出光功率的情况下，禁止输出所述标准输出光功率，并仅输出最大钳位输出光功率。

11.一种光纤放大器增益控制装置，其特征在于，包括：

采集模块，采集光纤放大器的输入光功率和输出光功率；

测量模块，用于测量所述输出光功率并根据所述输出光功率生成所述光纤放大器的放大自发辐射ASE噪声功率；

查找模块，用于目标增益根据所述ASE噪声功率和预设增益的对应关系确定对应的ASE补偿功率值；

输出模块，用于根据所述输入光功率、所述ASE补偿功率值和所述目标增益计算并输出标准输出光功率；

不关泵模块，用于在没有所述输入光功率的情况下，输出最低钳位功率，其中，该最低钳位功率为所述光纤放大器正常工作的最小功率值；

告警模块，用于在所述输入光功率低于预设最小输入光功率的情况下，生成无输入光功率告警或者硬件中断指示。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述查找模块还包括以下至少之一：

查表单元，用于所述目标增益在ASE补偿功率值表查找所述目标增益对应的ASE补偿功率值，其中，所述ASE补偿功率值表是根据所述ASE噪声功率和预设增益的对应关系生成的；

生成单元，用于采用多段式补偿法拟合所述ASE噪声功率与预设增益的关系曲线，生成所述ASE补偿功率值表。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，该装置还包括以下至少之一：

滤波模块，用于对采样得到的所述输入光功率进行有限长单位冲激响应FIR滤波；

关泵模块，用于在所述光纤放大器处于关泵的状态下，不输出所述输出光功率；

缓开泵模块，用于在所述光纤放大器开泵时，设置缓开泵状态，其中，在处于所述缓开泵状态时，根据所述输入光功率和所述目标增益设置进阶，根据所述进阶完成所述光纤放大器的开泵。

14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述测量模块包括：

测量单元，用于测量所述输出光功率峰值预设范围处的功率谱密度，采集所述范围内多个点的输出光功率，将所述多个点输出光功率取平均值，生成所述ASE噪声功率。

15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述输出模块还用于根据延迟预定时间的变化后的所述输入光功率，结合所述目标增益和所述ASE补偿功率值，计算并输出标准输出光功率。

16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，该装置还包括以下至少之一：

第一积分控制模块，用于将输出的所述标准输出光功率减去所述目标增益、所述ASE补偿功率值以及所述输入光功率，得到光功率误差，根据所述光功率误差以及预设的稳态积分速率控制参数对所述标准输出光功率进行积分控制，输出最终输出光功率；

禁止输出模块，用于在所述标准输出光功率高于预设最大钳位输出光功率的情况下，禁止输出所述标准输出光功率，并仅输出最大钳位输出光功率。