CN1430370A - 一种掺铒光纤放大器增益控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种掺铒光纤放大器增益控制装置，涉及光传输系统中的EDFA的增益控制技术，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，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的电压输出之和Vc，通过驱动电路将Vc转变为满足要求的驱动电流信号；本发明解决了EDFA增益瞬态响应和稳态响应问题，提高其性能指标。
Description
技术领域
本发明涉及一种掺铒光纤放大器增益控制的实现方式，尤其涉及光通讯领域的DWDM(密集波分复用)光传输系统中的EDFA(掺铒光纤放大器)的增益控制技术。
背景技术
随着EDFA技术的成熟，DWDM光传输系统得以广泛的应用。DWDM系统中的EDFA要求具有信号增益锁定功能，以保证无论上、下几路信号，原有通道的光功率值保持不变。
现有技术之一如图1所示：图中实芯线均为电路连接，空芯线为光路连接；Pin表示EDFA的总输入光功率；Pout表示EDFA的总输出光功率；前PIN和后PIN分别指EDFA内部的两个光电检测PIN管，前PIN检测的光来自于EDFA输入光的分光；后PIN检测的光来自于EDFA输出光的分光；由于PIN管检测和信号放大都是线性电路，所以比例积分控制电路的两个差动输入信号Vin和Vout分别与Pin和Pout成正比，分别用两个比例系数K1，K2描述它们之间的放大倍数，则有：
Vin＝K1*Pin
Vout＝K2*Pout
当比例积分控制电路达到平衡时：Vin＝Vout
即：K1*Pin ＝K2*Pout
，K1、K2在电路标定时选取的两个固定值，即通过带反馈的比例积分控制电路去控制EDFA的驱动电流，以实现EDFA总增益锁定。这里需要澄清几个概念：
EDFA总输入光功率＝总输入信号光功率+线路噪声
一般系统中，线路噪声＜＜总输入信号光功率，故这一项可忽略。
EDFA总输出光功率＝总输出信号光功率+ASE噪声 
由于EDFA的前向PIN管和后向PIN管都是宽谱接收的，这种控制方案实际上是实现了EDFA总增益锁定，而非信号增益锁定，因而存在以下两个问题：1.EDFA在小信号输入时，信号增益小于锁定值。
这是由于大输入信号时，总输出信号光功率＞＞ASE噪声，所以信号增益几乎等于EDFA总增益，该控制电路能保证信号增益锁定；当小信号输入时，ASE噪声占EDFA总输出光功率的比例增大，信号增益＜EDFA总增益，虽然EDFA总增益还保持锁定值，信号增益却与锁定值之间出现误差，该误差称为稳态响应。2.当系统中出现很多路信号下路或上路时，剩余信号的增益在瞬间出现很大波动，称为瞬态响应。
由于控制电路中采用了比例积分放大，故控制信号Vc总是滞后于输入信号Vin的变化，当很多路信号下路时，Vin瞬间减小，而Vc仍保持不变，即EDFA的泵浦驱动功率不变，所有被泵到高能级的粒子只能被剩下的信号光激励，所以此时剩下的信号光瞬时出现很大的增益，直到Vc开始下降为止。反之同样推理。
随着城域网DWDM应用的普及，对EDFA的要求越来越高，稳态响应和瞬态响应问题必须得到妥善解决，这种技术方案显然需要改进。
现有技术之二如图2所示：此技术方案回避了模拟反馈环路控制中环路稳定与瞬态特性之间的矛盾，采用由模数转换器(ADC)，数字信号处理器(DSP)与数模转换器(DAC)组成数字化的采集、判决和控制方案，利用ADC快速采集前、后PIN管的信号，经过DSP实时采样输入光功率和输出光功率，根据一定的算法计算出需要的控制电压，通过数据线设置DAC输出满足要求的控制信号Vc，进而控制EDFA的驱动电流。数字化控制能够利用软件算法实现非线性的精确控制，从而解决了现有技术一中提到的两个问题。但是成本比较高，此外，把ADC，DSP和DAC等复杂器件引入控制环路，增加了控制环路的复杂度，会降低EDFA工作的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有各种技术方案的缺点，在不增加成本和不改变可靠性指标的条件下，解决稳态响应和瞬态响应的问题。
本发明的技术方案如下：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；比例积分控制模块、比例微分控制模块和叠加电路一起构成EDFA增益的控制部分，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。
其中，所述的Pin程控增益放大或DAC模块的工作过程如下：
1.首先在不加软件补偿的情况下，测量不同输入光功率情况下的实际信号增益值，并计算出不同输入光功率下，信号增益与设定增益的差值；
2.根据差值换算出需要补偿的程控增益放大值或DA数据，制定一张输入光功率—补偿值对应表；
3.软件循环中，根据采样Pin光电转换模块的值确定当前的输入光功率，再通过查所述的输入光功率—补偿值对应表，得到相应的数值去控制程控增益放大器或DAC，实现稳态响应控制；
4.当系统情况或EDFA参数发生变化时，只需重新配置该表，控制流程不变。
采用本发明的装置，在稳态信号输入时，比例微分差动放大电路的输出为0，Vc来自于比例积分差动放大电路；瞬变信号输入时，比例积分差动放大电路的输出为0，Vc来自于比例微分差动放大电路的输出，使EDFA增益控制即能满足稳定的要求，又具有瞬态快速抑制的功能；在不增加成本的前提下，解决了EDFA增益瞬态响应和稳态响应问题，提高了EDFA的性能指标，使EDFA能够满足更多用户的要求。
附图说明图1是现有技术方案之一的结构框图；图2是现有技术方案之二的结构框图；图3是本发明的结构框图；图4是本发明实施例的结构框图；图5是带补偿的增益控制软件流程图。
具体实施方式
图1、图2已在背景技术部分做了详细说明。
结合图3、图4对本发明的技术方案和具体实施例做进一步的说明：本发明的技术方案如下：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；比例积分控制模块、比例微分控制模块和叠加电路一起构成EDFA增益的控制部分，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。
具体实施时，所述的Pin程控增益放大或DAC模块、Pout光电转换模块、叠加电路可以分别通过EDFA内部的两个光电检测PIN管及加法器实现。
其中，所述的Pin程控增益放大或DAC模块的工作过程如下：
1.首先在不加软件补偿的情况下，测量不同输入光功率情况下的实际信号增益值，并计算出不同输入光功率下，信号增益与设定增益的差值；
2.根据差值换算出需要补偿的程控增益放大值或DA数据，制定一张输入光功率—补偿值对应表，如下表所示：
| 输入光功率(dBm) | 增益补偿值(dB) | 程控增益放大倍数或DA数值 |
3.软件循环中，根据采样前PIN的值确定当前的输入光功率，再通过查所述的输入光功率—补偿值对应表，得到相应的数值去控制程控增益放大器或DAC，实现稳态响应控制；
4.当系统情况或EDFA参数发生变化时，只需重新配置该表，控制流程不变。
具体控制流程如图5所示：
首先启动AD转换，检测Pin的值，以此值为依据查所述的输入光功率—补偿值对应表，得到在该输入光功率下的程控增益放大值或DAC数值；然后调用程控增益放大或DAC驱动程序，至此完成EDFA增益控制和补偿；再进行常规的性能量采集处理和报警量处理，并将处理结果上报上层网管；程序循环执行上述操作，以保证对EDFA增益的实时控制和对于性能、报警的实时检测。
具体的说，本发明的功能实现具体如下：
首先，实现稳态时的EDFA增益锁定控制：
本发明通过电路设计，使稳态(即无通道上/下，Vin较稳定)时，比例微分差动放大电路的输出为0，Vc来自于比例积分差动放大电路，由现有技术方案一的分析可知，能够实现EDFA的总增益锁定控制。由于有积分环节，利于提高反馈环路的稳定性；
其次，实现瞬态抑制：
在瞬态(即Vin有较大的波动)时，比例积分差动放大电路的输出为0，Vc来自于比例微分差动放大电路的输出，使Vc能够随Vi迅速变化，从而抑制瞬态波动。当瞬态输入消失以后，比例微分差动放大电路的输出恢复为0，仍由比例积分差动放大电路实现稳态增益的控制；
第三，实现稳态响应控制：
当连续检测到Pin较小时(这个阈值要根据系统中具体参数决定，可做成一个动态可配置量)，认为噪声信号在Pout中已不能忽略，利用软件提高程控增益放大器的放大倍数或使DAC输出增大，提高了K1(参见附图1说明4)，从而补偿了增益锁定值。具体软件控制值可依据经验公式，也可根据实际系统测出一组数据制成表格，软件查表得出控制量。
在某系统中的OA(光放大)板采用发明的技术方案，在全信号输入范围内(即输入1波至32波)，能够达到增益锁定要求，稳态响应＜0.1dB。瞬态响应时间＜1ms，瞬态响应幅度＜1dB；稳态时比例积分环节起作用实现稳定的控制和增益锁定；瞬态时比例微分环节起作用实现瞬态抑制；本发明成本低廉，控制简单可靠，且实现了瞬态抑制和稳态响应控制。
Claims (1)
1、一种掺铒光纤放大器增益控制装置，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。
Priority Applications (1)
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| CN01145384A CN1430370A (zh) | 2001-12-29 | 2001-12-29 | 一种掺铒光纤放大器增益控制装置 |
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| CN01145384A CN1430370A (zh) | 2001-12-29 | 2001-12-29 | 一种掺铒光纤放大器增益控制装置 |
Publications (1)
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