CN1663152A - 光传输跨距的功率控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于实时控制多通道光通信线路中每个光通道的功率的方法和模块，该多通道光通信线路由以光纤跨距链相互连接的一组光学元件形成。该组元件包括一个或多个光纤放大器(OFA)，每个跨距用其跨距损耗表征，而每个OFA用其增益和每个通道的设计输出功率表征。该方法包括对于线路中的特定光放大器(OFA)，计算预期总输入功率值(EIP)，在特定光放大器处测量实际的总输入功率(MIP)，以及比较这些值。若在该OFA处预期总输入功率EIP与实际总输入功率MIP之间的差超过预定值，该方法(和该模块)确保调整所述OFA的增益以维持每个通道的输出功率为恒定值。

Description

光传输跨距的功率控制方法和系统
技术领域
本发明涉及均衡网络元件输出处提供的功率的技术，该网络元件处理多个光通道而且是电信线路中网络元件链的一部分。
背景技术
本领域的普通技术人员都熟悉一个问题：在点到点的光通信线路(包括若干网络元件，如串联连接的光纤放大器OFA，还可能包括一个或多个光分插多路复用器OADM)中，应当注意由一个网络元件输出传送至另一个网络元件的多个光通道之间的功率均衡。这类放大器可以根据下面原理中的一个进行工作：
1.固定输出功率的原理，其中当固定输出功率分成所要求数目的输出通道时，若通道的数目最多，容易导致功率不足，而如果输出通道的数目较少，又容易导致非常危险的功率过量，也就是说，在OADM之前的光纤切断情形中，将很少通道添加进OFA。
2.取决于通道数目的固定功率的原理，其中放大器的输出功率相对于通道的数目进行控制，以提供每个通道的固定输出功率。(例如，1个通道是1mW，15个通道是15mW，40个或更多通道至多是40mW)。在已知技术中，通道的数目通常是随时规定的(即，由操作员规定)。
3.固定增益的原理，根据固定增益的原理，放大器具有固定的增益，以便每个通道(无论其内是否存在输入功率)与其它通道放大相同的增益。为了保持所要求的输出功率，已知的是设置一个反馈回路来测量输入功率和输出功率，而且基于测量的结果，能够调整放大器的输出功率。在固定增益的方案中，为了在放大器的输出处获取通道的相等和固定输出功率，只可能确保输入功率相等和固定。为了保持这种状态，已知的是向输入光纤插入VOA(可变光衰减器)，以调整到达放大器的光通道的输入功率。
然而，现有技术没有包含网络元件链中动态跨距功率均衡或控制的任何思想，其中的网络元件链包括OFA和OADM。这一问题源于这样的事实：a)没有提出网络元件链参数的任何动态监控，和b)网络元件链的元件可以不同，因而性能不同，然而对于这种网络元件链没有提出光功率控制的任何共同原理。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于在多通道光传输线中进行功率控制的技术，其至少可以部分地克服上述缺陷。
本发明的主旨涉及一种实时控制多通道光通信线路中每个光通道的功率的方法，该多通道光通信线路由一组用光纤跨距连接成链的光学元件组形成，其特征在于，所述元件组包括一个或多个光纤放大器(OFA)，而且所述每个跨距用其跨距损耗表征，而所述每个OFA用其增益和每个通道的设计输出功率表征，所述方法包括周期性或连续性执行的下面步骤：
对于所述线路中的特定光放大器(OFA)，计算预期总输入功率值(EIP)，
在所述特定光放大器处测量实际的总输入功率(测量的输入功率MIP)，以及
若在所述特定OFA处所述预期总输入功率与所述实际总输入功率之间的差超过预定值，就调整所述OFA的增益以维持每个通道的输出功率为恒定值。
优选地，计算所述预期总输入功率的步骤用NOC(有效光通道的数目)和NOA(所述线路中前级光放大器的数目)的最新数据值进行。
NOC可以例如通过在每个特定光学元件处实时地提供光谱分析来确定。在现有技术中，工业频谱分析仪是已知的。
替代地，NOC可以在线路中经由监测通道传输的信息的辅助下，采用本申请人较早的专利申请IL 145262及其相应的US 09/962,337(优先权为2001年9月4日)中描述的方法来确定，该文献结合在此以作参考。
光放大器和无源光学元件如OADM的NOA可以如下确定：
对于OFA：NOAout＝[(NOAin+1)and(not LOS)]or(LOS)and1；
对于OADM：NOAout＝[NOAin and(not LOS)]or(LOS)and 0；其中在光学元件的输出处NOAout-NOin；
NOAin是在光学元件的输入处的NOA，以及
LOS-信号报警的损耗，伴随着光纤切割的状态。
保持每个通道的输出功率为恒定的步骤意味着保持每个通道的输出功率基本等于设计的一个输出功率，即基本等于由线路预先设计(换句话说，由线路配置)规定的每个通道的输出功率。
这种方法是混合的，因为它组合了每个通道的固定增益近似和固定功率的近似，即，每个OFA在直至其输出校正时为止利用固定增益工作。实际上，本发明人提出连续监控OFA的预期总输入功率和实际的输入总功率，以便控制OFA，以维持其输出功率类似于接收到的预期输入功率而不是实际的输入功率。应当注意，当设计线路时，引入可能校正的能力应当加以考虑，也即，在选择OFA的增益和/和类型时，应当考虑光纤跨距功率损耗的范围，和一些无源光学元件如OADM的控制电路。
优选地，这种方法在线路中所有的光放大器OFA处进行，以在与所述OFA相联的光纤跨距处保持恒定的输出功率，由此通过考虑NOC和NOA的可能变化能够避免OFA的输出处的功率过量和功率不足。
当线路中除光放大器外的元件组包括一个或多个光分插多路复用器(OADM)时，这种方法是最有利的。其原因如下：
首先，这种方法本质上适合于考虑NOC的变化，若在OADM前出现光纤切断，和/或若在OADM内进行任何重新配置时，这些变化通常最易发生。其次，这种方法适合于均衡从OADM输出的通道的输出功率，这对于线路的正确操作非常必要。
可以回想一下，任何OADM都适合于接收一个或多个输入光通道，分离一个或多个接收的光通道，穿过剩余接收的光通道，插入一个或多个新光通道，以及输出插入的光通道和直通(穿过)的光通道。因此，任何一个OADM都用三个插入损耗值表征：第一个，直通通道(ILthrough，从线路输入至线路输出)；第二个，分离通道(ILdrop，从线路输入至线路输出)；以及第三个，插入通道(ILadd，从线路输入至线路输出)。
例如，若OADM接收衰耗的输入信号而其不应被衰耗(即，通道的数目没有变化，而且由于实测的总输入功率低于预期的总输入功率而刚好导致光纤恶化)，同时也不采取任何措施来消除这些效应时，输出的直通通道将基本上弱于输出的插入通道。对于进一步的传输，这种结果是极其不希望的。为了避免这种结果，可以相应地进行控制插入通道的输入功率(即，插入通道的功率)。
根据上面所述的，这种方法的优选方案另外包括周期性或连续性进行的下面步骤：
对于所述线路中的特定OADM，计算预期总输入功率值(EIP)，优选地用NOC(有效光通道的数目)和NOA(所述线路中前级光放大器的数目)的最新数据值进行，
在所述特定OADM处测量实际的总输入功率(MIP)，
在所述特定OADM处所述预期总输入功率与所述实际总输入功率之间的差超过预定值的情形中，控制所述OADM的每个插入通道的功率遵从所述差，由此均衡从所述OADM输出的所有光通道的输出功率。
换句话说，提供调整插入通道的功率的步骤用以使每个所述插入通道的输出功率等于所述OADM的直通通道的输出功率，或者等于直通通道输出功率的平均值。
优选地，线路中的所有OADM都如上面所提出的那样进行监控，以确保与所述OADM相联的光纤跨距内每个通道的均衡输出功率。假如与OADM相联的跨距也进行控制，则线路中的所有光纤跨距也由此进行控制，以对OFA的每个通道具有恒定的功率以及对OADM的每个通道具有均衡的功率。
如上所述，所述方法形式上包括设计(预配置)光通信线路和从下面非穷尽列表中规定参数的预备步骤，该列表包括：光放大器的增益，跨距损耗；对线路内的任何点，规定NOC和NOA的初始值；以及对每个光放大器OFA规定每个通道的预期输出功率。在这种方法中，每个通道的预期输出功率进一步地保持恒定。
通常，计算预期总输入功率(EIP)的步骤包括基于有关前级放大器增益的信息为任何特定光学元件的输入确定预期总输入功率，和由直至该特定光学元件为止的前级放大器确定跨距损耗，以及为所述特定元件确定NOC和NOA的更新值。优选地，该计算也将OFA的噪声系数或者平均噪声系数考虑在内。
在本发明的详细描述中将说明用于计算EIP所提出的公式。
因此，如果本发明的主旨是提供可靠的手段来计算网络中任何点处的实际(最新)预期总光功率和控制线路中的元件，以补偿预期值的任何差别，则计算EIP的公式就有助于实施该主旨。
返回至所提出的维持每个通道其预期功率的方法，无论最新的EIP何时计算和与实测的总输入功率MIP何时相比较，该差别都将指示所需的校正来使光学元件进入用来控制每个通道其输出功率(例如，如预先设计的那样，用来确保OFA的每个通道的预期输出功率)的状态。
本发明的第二重要主旨在于提供一种普遍的方式来为线路中各种类型的光学元件确定所需的校正。
在线路中特定点处的最新预期总功率与实测总功率之间的差别构成要施加在光学元件上的所需校正RC(RC＝MIP-EIP[dB])，以确保在其输出处每个通道的恒定功率(对于OFA)，或者每个通道的均衡功率(对于OADM)。
还应当注意，响应时间(在探测EIP和MIP间的差的时刻与引入补偿校正-拖延时间HOT的时刻之间流逝的时间)应当选择以便线路中的每个元件可以在对NOC和NOA进行更新，而且能够不同时地校正其输出功率，但是若在需要时是在前级元件完成校正之后。
如已经提到的，该网络通信线路中的元件可以是两种类型：光放大器OFA和光分插多路复用器OADM。依照本发明方法的优选方案，所提出的功率控制的概念对于线路中的所有元件都是共有的，尽管对于任何一种元件类型，这些元件都具有特定的特征。
该OFA的输出功率与实测的输入总功率成反比地进行校正。换句话说，在由于任何原因实测的总输入功率高于预期输入功率的情形下(MIP＞EIP)，校正应当进行计算来减少OFA的增益，从而减少输出总功率和避免危险的功率过量。在相反的情形中，若实测(实际)的输入总功率低于EIP(例如，在光学元件前存在意想不到的额外跨距损耗)，OFA增益应当提高以便补偿额外的跨距损耗。
Gainnew＝Gainold-RC[dB]，其中RC＝MIP-EIP[dB]。
应当注意，OADM可以是两种类型：传统的OADM和所谓的VMUX，该所谓的VMUX是通过组合去多路复用器(DMUX)，多路复用器(MUX)，分离光纤(drop fiber)，直通光纤(through fiber)以及用可变光放大器(VOA)插入通道的光纤而形成的一种OADM。
在OADM和VMUX中，插入通道的功率与实测输入功率成正比地进行校正。
因此，APPCnew＝APPCold[dB]+RC[dB]，
其中RC＝MIP-EIP[dB]，APPC是每个通道的插入功率。
尽管上述均衡OADM其输出通道的功率的方法由于它的高精度和普遍性而是优选的(即，用控制每个OFA其通道的输出功率所需的大多数计算)，但是也存在着其它更简单的方法，这些方法也可以用来控制OADM插入通道的输出功率。
例如，对于传输巨大数目通道的光通信线路，由放大器产生的噪音相对较低而且较均匀，因而在计算时可以忽略。因此，OADM插入通道的功率可以通过测量MIP和更新NOC来计算，但不考虑NOA和噪音系数参数：
APPC＝[MIP-10log(NOC)]-ILOADM±CO  [dBm]，
其中APPC是每个通道的插入功率，
[MIP-10log(NOC)]给出每一个输入通道的平均输入功率，其用作OADM其直通通道的输出功率的指示；
ILOADM是由OADM引入的插入损耗；这个参数考虑了在输出功率等于直通通道的输出功率时由OADM向直通通道和插入通道产生的衰减，其可以估计为ILOADM＝(ILthrough-ILadd)；
±CO是人工引入的通道补偿(channel offset)，通常为特定通道而选，以使其预加强(pre emphasis)。
本发明还提供一种能够实施上述方法的任何方案的系统。
依照本发明的另一方面，提出一种适合控制通信线路中光学元件其每个通道的输出功率的模块，该通信线路包括至少OFA和用光纤跨距互连的任意OADM，所述模块能够实施所提出方法的操作，用于相应的光学元件。
例如，该模块可以是包括光学元件(OFA或OADM)和控制单元的光学模块，其中的控制单元用于实时地控制光学元件其每个通道的输出功率，
所述光学元件设计成经由光纤跨距耦合至光通信线路，而且能够接收输入多通道光信号以形成输出多通道光信号；
所述控制单元能够实时地：
基于所述线路的预先设计所规定的若干参数，操作期间可变的若干参数，以及至少若干有源光通道(NOC)，计算所述光学元件的预期总输入功率(EIP)的值，
获取所述光学元件的实测总输入功率(MIP)的值，
将所述EIP与所述MIP比较，若两者间的差超过预定值，
则生成要施加给所述光学元件的所需校正的信号，以控制所述光学元件每个通道的输出功率。
所述可变参数也包括NOA(前级放大器的数目)，所述控制单元操作用于获取所述光学元件的NOC和NOA的更新值。
所述控制单元优选能够依照本发明方法所提到的公式计算EIP。
该光学模块可以适合用于OFA或OADM。
然而，OADM可以用第二类型的光学模块来提供，如包括OADM和控制单元的模块，该控制单元用于控制OADM其插入通道的功率，OADM插入通道的功率可以通过测量MIP和更新NOC来计算：
APPC＝[MIP-10log(NOC)]-ILOADM±CO  [dBm]。
附图说明
借助于下面非限制性的附图，进一步地说明和图解本发明，其中：
图1A示出包括用光纤跨距连接的若干OFA的电信线路；
图1B示出一个时间图，说明图1A所示线路中光功率控制的原理；
图2示出类似于图1A的线路，但其包括三个是OADM的无源光学元件；
图3是依照本发明方法的一种方案的流程图，用于控制线路中的光功率；
图4A示意性示出了OADM的框图，该OADM具有相对于插入、分离和直通通道的插入损耗特性；
图4B-4D示出在线路的不同状态下OADM的各个通道的功率谱；
图5的框图示出一种控制OADM的插入通道的功率的方式。
具体实施方式
本申请中描述的方法从设计(预先配制)包括光放大器和OADM的光通信线路的预备步骤开始，包括规定光放大器的增益，跨距损耗，对线路中的任意点规定NOC和NOA的初始值，以及对每个光放大器OFA每个通道规定预期的输出功率。另外，每个通道的预期输出功率保持恒定。
该线路被预先设计(配置)和计算，以在其每个点处确保在线路操作的正常(可预测)情况下在线路的每个跨距内每个通道都具有均衡(即恒定或平衡)的功率。这些正常或可预测的情况用下组参数进行表征：
a)在例行操作期间绝不能变化的配置参数(放大器的标称增益；放大器引入的噪声指数；跨距损耗，即光纤跨距的衰减值)；
b)为特定结构预设但在正常操作期间可以变化、因而应当可更新的线路的参数，例如：线路特定点处的有效光通道的数目(NOC)由于任何在前OADM的新设置或者由于任何在前跨距的光纤切断因而可以变化；特定点前的光放大器的数目(NOA)由于线路任何在前部分内的光纤切断因而可以变化。
依照本发明，如果出现，这些可更新参数(b)的变化被用来更新预期的总输入功率。NOC和NOA的更新可以借助于光学线路中的监测通道或者通过元件与元件的(element to element)通信自动地完成，或者借助于为线路中每个元件计算NOC和NOA的中央控制块自动地完成。换句话说，这些元件中的每一个(或中央控制块)应当能够基于输入的(incoming)NOC、NOA和LOS情况(光纤切割情况)以及每个特定元件处加减通道的信息来计算NOC和NOA。
与放大器和OADM(元件)的硬件以及与光纤跨距的衰减值有关的配置参数的变化(如果有)总是随机的，通常形成在预期最新的总功率与实际测量的总功率之间引起所提及差别的一组因素。这类因素可以是例如光纤弯曲，接触恶化，放大器内部故障等。
图1A示出最简单的通信线路10，包括由光纤跨距AB、BC和CD连接成链的四个OFA，标记作A、B、C和D。这些跨距用各个跨距损耗值x、y和z来表征，这些跨距损耗值在设计线路时预先是知道的，而且已经考虑到。每一个OFA用其增益来表征。为了进一步说明，每个OFA将与下面的功率值相联，在附图中，这些功率值具有对应于适当OFA的符号(symbol)的索引(index)：
连续计算的EIP(预期输入总功率)；
连续测量的MIP(实测的或实际的输入总功率)；
也将连续测量的MOP(实测的输出总功率)，用来指示OFA如何反应于线路中的变化。
假设线路在这些OFA之间提供信令信息的连续通信，从而这就确保对每个特定放大器重新计算NOC和NOA参数，使每个OFA能够计算出其适当的EIP。在该图中，示意性地示出由各个控制单元12、14和16来执行计算NOC、NOA和EIP，与MIP相比较以及发出所需校正指令这些功能，这些控制单元12、14和16分别服务于放大器B、C和D。
图1B示出用图1A所示线路10的一个操作实例说明本发明要旨的时间图。放大器“A”：假设OFA“A”产生一个恒定的总输出功率MOPA(图形1)。
假设在OFA A和B之间通道NOC的数目没有变化，而且在跨距AB上没有光纤切断；但是，光纤跨距AB的跨距损耗“x”出乎意料地增加，而且目前构成“x-3”[dB]。换句话说，NOC和NOA没有变化，而且预期参数ELpa保持相同，然而等于(MOPA-X)的MIPB目前发生变化。
在放大器“B”处：由于上面提到的，在OFA“B”处预期输入总功率(EIPB)保持相同，而实测的总输入功率(MIPB)将由于光纤跨距恶化(MIPB＝EIPA-X-3dB；图形2)而减小。假设跨距功率控制的本地控制单元12对EIPB和MIPB之间的差作出反应，而且发出所需校正(RC)的指令来调整放大器“B”的增益。由于此，首先对该减小输入功率MIPB作出反应的放大器“B”(参看图形3)的输出功率MOPB将在拖延(hold off)时限HOT1结束时恢复为其值。假设由于放大器“B”的某种未检测到的内部故障而导致这种恢复不够完全。
放大器“C”的性能：由于在NOC和NOA内没有发生任何变化，因此预期的输入功率EIPC保持恒定。然而，MIPC遵从MOPB的形状，因为MIPC＝MOPB-y(图形4)。由于放大器“C”比放大器“B”具有更长的响应时间(HOT2＞HOT1)这一事实，因此校正块14将对MIPC与EIPC之间的差别作出反应，该差别是由放大器“B”处的不完全校正引起的，而且在HOT2时期结束时，放大器“C”的增益将被调整以提供与预期总输入功率EIPC成比例而不与实际总输入功率MIPC成比例的输出总功率MOPC(图形5)。
放大器“D”刚好重复从放大器“C”接收到的波形，因为其响应时间HOT3＞HOT2＞HOT1，即在HOT3结束时EIPD与MIPD之间没有差别。响应时间HOT被选择以便在网络中能够确保快速的校正，同时允许考虑到更新的NOC和NOA。上述实例说明了在出乎意料的故障出现时(光纤跨距AB的恶化，放大器B的内部故障)所述方法如何允许在线路的任何光学元件处控制恒定的输出功率(从而，控制每个通道的恒定输出功率)。该实例的基础在于NOC和NOA＝恒定值。尽管对于NOC和NOA＝恒定值，已知的在每个通道维持固定功率的各种方法都提供类似的结果，但是在NOC动态变化时这些方法都是没用的。例如，若图形2中的MIPB并不是由于光纤跨距AB的增加的衰减而是由于光通道(NOC)数目的减少而具有所示的形状，而且没有计算EIP(如在所有已知的方法中那样)时，放大器B将进行不必要的校正来补偿输入信号的恶化。与此相反，在本发明所提出的方法中，计算出的EIP会随NOC的变化(如果有)而变化，而且在放大器B的输出处不需要进行不必要的校正。类似的操作将在线路的其他放大器处进行。
图2示出包括三个光学元件的改进型光通信线路20：经由一个OADM“F”用光纤跨距“AF”和“FB”连接的两个光放大器(OFA)“A”和“B”。在线路的任何元件处有关NOC和NOA的信息都是可用的，例如该信息在OADM处被重新计算，就象在其他任何光学元件处被重新计算一样。应当提及的是在计算EIPF时，对于F(BLpaF)，ELpa等于跨距AF的跨距损耗。然而，在计算EIPB时，对于B(ELpaB)，ELpa等于整个通道上跨距AF的跨距损耗+跨距FB的跨距损耗+OADM的插入损耗(即从放大器A的输出到放大器B的输入的总跨距损耗)。计算NOC、NOA、EIP和RC的功能借助于分别与光学元件A、F和B相联的单个控制单元22、24和26来执行。
在本发明申请的构架内没有详细说明确定NOC和NOA的方法。NOC可以用安装在光学元件卡(card)处、实时地提供通道计数的频谱分析仪来确定。产业上的频谱分析仪在本领域是已知的。可替代地，NOC可以借助于在线路内经由监测信道传输的消息来确定，如在US09/962337中提出的那样。光放大器和诸如OADM之类无源光学元件的NOA可以如下确定：
对于OFA：NOAout＝[(NOAin+1)and(not LOS)]or(LOS)and 1；
对于OADM：NOAout＝[NOAin and(not LOS)]or(LOS)and 0；其中NOAout为光学元件输出处的NOA；
NOAin是光学元件输入处的NOA，以及
LOS-信号报警的损耗，伴随着光纤切割的状态。
参看图3说明计算EIP的公式。参看图4和5，说明控制OADM的输出功率以均衡每个通道输出功率的方式。
图3是示意性说明线路20的不同光学元件如何进行调整，以使能够控制线路跨距内每个通道的光功率的流程图30。实施该流程图的控制块的主要功能是对每个特定光学元件连续计算EIP，并与连续实测的实际功率(MIP)作比较，以及获得所需校正(RC)的指令，以控制元件(OFA或OADM)输出通道处的功率。
为了得到特定光学元件最新的输入期望功率EIP，提出借助于有源光通道来获得从前级光放大器发出的预期功率的值，并且从中减去由前级放大器到线路中特定元件(放大器或OADM)的跨距损耗(ELpa)的预期(配置)值。除光纤损耗外，该ELpa还可以包括设在两个放大器之间的无源元件(如OADM)的插入损耗。
因此，特定光学元件的最新预期输入功率EIP可以被计算作为光通道的功率，加上到前级放大器的输出为止的线路所生成的噪声功率，并减去所提及光纤跨距的跨距损耗ELpa的总和，其中这些光通道应当经由光纤跨距来自前级光学放大器，：
EIP[dBm]＝10×log{SignalSpa[mW]+Noisepa[mW]}-ELpa[dB]
其中：SignalSpa[mW]是前级放大器的输出处所有有源光通道的功率，单位是mW；
Noisepa[mW]是前级放大器的输出处的噪声，单位是mW。假定OFA的平均噪声指数是6dB，而且在OFA的光谱的C波段上评价噪声，则得到的系数是27[dBm]；若OFA的有效带宽是不同的，而且/或者平均噪声指数也是不同的，则该系数可以进行调整；
ELpa是前级放大器的预期跨距损耗[dB]；以及
SinalSpa[mW]＝NOCin×10(BPPCpa[dBm])/10；
NOCin是特定元件的输入光通道的数目；
EPPCpa是前级放大器每个通道的预期功率(由初步设计规定)；
AVGpa＝直到在其中计算EIP的特定元件处的线路中光放大器的平均增益；
Noisepa[mW]＝NOA×10(-27[dBm]+AVGpa[dB])/10；
NOA是线路中前级放大器的数目。
应当注意，其它的参数和准则例如增益倾斜(gain tilt)也可以引入该公式中，以更加精确地计算EIP。同样地，在一些实际情形中，该公式也可以例如从考虑噪声的角度进行简化。
返回到所提出的对每个通道维持预期功率的方法，无论何时计算最新的EIP并与实测的总输入功率MIP作比较，所述差别都指示该所需校正以便将光学元件引入用来为每个通道确保预期输出功率的状态(regime)，正如最初所设计的。
在图3中，块31用来对特定(第i个)光学元件执行EIP计算。块31指示在第i个元件处获得输入总输入功率的实时测量结果。若计算出的值和实测的值差别超过预定的阈值(块33)，则元件的拖延时间HOT应当在任何校正开始(块34)之前终止。然而，若MIPi在HOTi的整个时段内不同于EIPi，则如块35指示那样计算所需校正RC。不言而喻，RC应当高于预定值以便开始校正。然而，若RC超过某个最大接受的值(轨迹容差-TT)，则意味着MIP与EIP之间的差别不能或者不得由光学元件来校正。例如，系统可以规定在输入信号衰耗10dB的情形中校正是没用的。在这种情况下，不进行任何校正(块35a，35b)。
若光学元件(i)是OFA，则施加RC来调整其增益(块38)。由于OFA的输出功率自然与实测的输入总功率成正比，因此校正应当成反比地施加。换句话说，在由于任何原因实测的总输入功率高于预期输入功率(MIP＞EIP)的情形中，校正应当进行计算来减小OFA的增益，由此降低输出总功率和避免危险的超功率。而在相反的情形中，若实测的(实际的)输入总功率低于EIP(例如，在光学元件之前不存在意外的额外跨距损耗)，则OFA的增益应当增加，以补偿该额外的跨距损耗。
Gainnew[dB]＝Gainold[dB]-RC[dB]，其中RC＝MIP-EIP；
例如：EIP＝10mW；MIP＝5mW，即减小两倍(MIP＝1/2EIP)，或
10log(1/2)＝10log1-10log2＝0-3＝-3[dB]；
对于OFA的增益，所需校正(RC)是(×1/2)，或-3dB：
Gainnew＝Gainold-(-3dB)＝Gainold+3dB；
从而，放大器将能够输出未变化的输出功率，并因而在每个通道维持恒定的功率。在OFA的一些实施方式中，这种增益调整可以通过用设在OFA输入处的所谓可变光衰减器VOA来实施。
若第(i)个光学元件是OADM，则施加所需校正来控制其插入通道的输出功率(块39)。在OADM(或VMUX)中，与实测输入功率成正比地校正插入通道的功率。
应当注意，OADM的输出光通道包括已经通过OADM的通道，和已经添加到OADM的通道。存在的问题在于要均衡直通通道(throughchannel)的输出功率和插入通道的输出功率，因为它们通过OADM的方式总体上并不相同，而且如果不进行具体调整，它们的功率不会彼此匹配。因此，在OADM的总输入功率(作为直通光通道的输入功率的某种指示)低于预期值时，由于直通(through)插入损耗，直通通道的输出功率也将降低；这就意味着任何一个插入通道的功率也应当降低，以使每个插入通道的输出功率都相应地降低，而且等于直通通道的输出功率。因此：
APPCnew＝APPCold+RC[dB]，
其中APPC是每个通道的插入功率。
实例：EIP＝10mW；MIP＝5mW，即MIP＝1/2EIP或者所需校正RC＝-3dB。为了确保该功率等于OADM的输出通道，任何插入通道的功率也都应当减少(乘以1/2)以等于OADM输出处的直通通道。用dB来表示：
APPCnew＝APPCold+(-3dB)＝APPCold-3dB。
图4说明均衡OADM光通道的输出功率的目的。其示意性地示出OADM 40的方框图，该OADM 40接收数字为1、2、3、4、5、6和7的输入通道，这些输入通道具有不同的波长和几乎相等的输入功率。假设每个通道的输入功率设计为0dB，等于每个通道1mW。然而，由于某种原因，这些光通道以0.5mW或(-3dBm)的输入功率到达。该输入功率的两级示出在光谱图4B上(Pin～λ)。总输入功率MIP是在光电二极管42的辅助下在OADM的输入处测量的。依照OADM 40的这种具体实例，通道1、2、5和7被分离(drop)，而且由于这些分离通道(IL分离)的OADM插入损耗而被衰减。假设其等于3dB。应当理解，这些分离通道将会比预期更弱地获得，但是它们的放大率可以由各个客户(customer)来提供。
实际的问题随着要在线路中进一步传输的通道出现。对于直通通道(IL直通)，通道3、4和6穿过OADM，并被OADM的插入损耗衰减。假设IL直通等于5dB。这些通道的预期输入功率是1mW或0dB，从而它们的期望输出功率将是0.33mW或-5dBm(参看光谱图4C)。通道5’被插入以获得(catch)分离通道5的位置；插入的信号穿过加法电路44和OADM的插入损耗，直到标记为(ILadd)的插入通道。在本实例中，假设其等于3dB。将该插入通道5’的电路预先调整为(由光电二极管46测量的)插入通道的功率，以确保在OADM 40的输出处通道5’的输出功率等于直通通道3、4和6的预期输出功率。例如，通道的发送器48发出0dBm的信号，该信号被加法电路和ILadd衰减，从而在OADM的输出处具有相同的输出功率，正如在预期输入功率(-5dBm或0.33mW)处获得的直通通道3、4和6那样。这就意味着可变光衰减器(VOA)50可以调节至2dB，以便和Iladd＝3dB一起使信号达到-5dBm或0.33mW的功率电平。
由于获得的输入通道两倍低于预期的值(0.5mW或-3dBm)，因此直通通道的输出功率将由于ILthrough＝5dB而被进一步变弱，而且变得等于0.166mW或(-8dBm)。然而，插入通道5’保持原样，即两倍强于实际的直通通道3、4和6(参看光谱图4D)。为了补偿这种效应，插入通道5’的加法电路应当进行调整，即通过改变VOA 50的值为5dB，以使插入通道5’其信号的输出功率变为-8dBm或0.166mW。然而，这种调整优选是在用光电二极管46预先核对该插入功率，而且仅仅通过改变电路44的参数来进行。
通过使用所利用的算法，上述的这种调整能够获得每个OADM其输出通道的预期功率，而且能够用所谓的所需校正(RC)来校正每个通道的OADM插入功率。这将用图5做进一步地说明。
然而，OADM插入通道的功率可以较不精确地进行计算，仅通过测量实际的总输入功率MIP和更新的NOC，而不计算预期功率而且不考虑NOA和噪声指数参数：
APPC＝[MIP-10log(NOC)]-ILOADM±CO  [dBm]，
其中APPC是每个通道的插入功率，
[MIP-10log(NOC)]给出每一个输入通道的平均输入功率，其用作OADM直通通道的输出功率的指示；
ILOADM是由OADM引入的插入损耗；这个参数考虑了由OADM向直通通道和插入通道产生的衰减，从而能够对插入通道的功率进行估测；若输出通道的功率要进行均衡，则([MIP-10log(NOC)])-ILthrough＝(APPC-ILadd)，而且APPC＝[MIP-10log(NOC)]-(ILthrough-ILadd)；因而ILOADM＝(ILthrough-ILadd)；
±CO是人工引入的通道补偿(channel offset)，通常为特定通道而选，以使其预加强(pre emphasis)。这一习惯做法(practice)是由以下事实引起的：任何OFA对于不同波长都具有明显不同的特定增益。因而，这种通道补偿给出一种稍微调整线路中由上述事实引起的波动的方法。
图5示出用这种方法的优选方案调整OADM中不同插入通道的插入功率(add power)的系统60的框图。该系统60的框图部分地示出为控制OADM的输出功率而进行的操作，这些操作在图3的块24中示意性地示出。
在图5的框图中，OADM 62示出作为插入块，四个光通道1、2、3和4插入在线路中。在OADM的输入处，用光电二极管64测量实际输入总功率(MIP)。在OADM的输出处，用光电二极管66获取实际(实测)的总输出功率(MOP)。处理框图68从前级放大器获取有关预期功率损耗(ELpa)的数据，从前级放大器获取有关每个通道的预期功率(EPPCpa)的数据，以及获取有关OADM的插入损耗的数据。根据预先设计和由OADM的性质，这些值都是已知的。基于这些值，计算在输出处每个通道的预期功率(EPPCo)。实际上，操作员可以选择使用在输出处每个通道的功率PPCo的恒定预配置值，而不用选择计算出的EPPCo。所选择的值被进一步输送至插入通道的求和块70，该求和块70用通道补偿CO修改输出处每个通道的功率(块72)，对于每个特定光通道，该通道补偿CO是独立的而且取决于线路中每个特定波长所经历(undergo)的衰减的程度。一旦修改每个通道处所选择输出功率的参考值，就通过向由70接收的每个修改值添加所需校正从而在求和块74内分别地校正。对于该特定OADM，RC基于MIP(总)与EIP(总)之间的差进行计算，如上面参看图3所说明的(/RC/＜TT)。块74为四个插入通道发出相应的所需插入功率(RAP)值。基于由每个插入通道的电路76的光电二极管获取的实际测量插入功率(MAP)的信息，另外四个处理块78命令，插入通道的电路76根据该命令分别进行调整。这种调整通过向每个插入通道的电路引入合适的衰减值即通过调整电路的VOA来实施。结果，每个插入通道不仅根据其各自的属性而且还根据预期输出值的精确计算来进行衰减。而且，所提出的系统能够确保任何插入通道功率的精确调整，而与每个特定插入通道的功率源的精确度无关。
尽管已经参考具体的实施方式描述了本发明，但是应当理解，这种方法的修改方案以及这种光学模块和系统的其它实施方式都是可以提出的，所有的这些都应当认为是本发明的一部分。

Claims (22)

1.一种在多通道光通信线路中实时控制每个光通道的功率的方法，该多通道光通信线路由一组用光纤跨距连接成链的光学元件组形成，其特征在于，所述元件组包括一个或多个光纤放大器(OFA)，而且所述每个跨距用其跨距损耗来表征，而所述每个OFA用其增益和每个通道的设计输出功率来表征，所述方法包括如下周期性或连续性执行的步骤：
对于所述线路中的特定光放大器(OFA)，计算预期总输入功率值(EIP)，
在所述特定光放大器处测量实际的总输入功率(MIP)，以及
若在所述特定OFA处所述预期总输入功率EIP与所述实际总输入功率MIP之间的差超过预定值，就调整所述OFA的增益以维持每个通道的输出功率为恒定值。
2.依照权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述预期总输入功率的步骤通过使用NOC(有效光通道的数目)和NOA(所述线路中前级光放大器的数目)的最新数据值来执行。
3.依照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法在所述线路中的所有光放大器OFA处执行，以便在与所述OFA相联的光纤跨距处维持恒定的输出功率。
4.依照任一前述权利要求所述的方法，所述方法适合于所述线路中的所述元件组，其中除所述光放大器外，所述线路包括一个或多个光分插多路复用器(OADM)。
5.依照权利要求4所述的方法，其特征在于，另外包括如下周期性或连续性执行的步骤：
对于所述线路中的特定OADM，计算预期总输入功率值(EIP)，
在所述特定OADM处测量实际的总输入功率(MIP)，
如果所述特定OADM处所述预期总输入功率与所述实际总输入功率之间的差超过预定值，则控制所述OADM的每个插入通道的功率遵从所述差，由此均衡从所述OADM输出的所有光通道的输出功率。
6.依照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算预期总输入功率的步骤通过使用NOC(有效光通道的数目)和NOA(所述线路中前级光放大器的数目)的最新数据值来执行。
7.依照权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，监控所述线路中的所有OADM，以确保在与所述OADM相联的所述光纤跨距内均衡每个通道的输出功率，由此控制所述线路中的所有光纤跨距，从而对于所述OFA，每个通道具有恒定的功率，对于所述OADM，每个通道具有均衡的功率。
8.依照前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述计算EIP的步骤基于在所述线路的预先设计中设定的参数，所述参数选自下面的非穷举列表，包括：光放大器的增益，跨距损耗，线路中任一点的NOC和NOA的初值，以及对于每个光放大器OFA每个通道的预期输出功率。
9.依照前述任一权利要求所述的方法，包括计算基本接近于下述公式的EIP：EIP[dBm]＝10log{SignalSpa[mW]+Noisepa[mW]}-ELpa[dB]，其中，SignalSpa[mW]是在所述前级放大器输出处所有有效光通道的功率，单位为mW；
Noisepa[mW]是在所述前级放大器输出处的噪声，单位为mW；
ELpa[dB]是所述前级放大器的预期跨距损耗[dB]；
并且其中，SignalSpa[mW]＝NOCin×10(EPPCpa[dBm])/10；
NOCin是所述特定元件的输入光通道的数目；
EPPCpa是所述前级放大器每个通道的预期功率；
Noisepa[mW]＝NOA×10(-27[dBm]+AVGpa[dB])/10；
NOA是所述线路中前级放大器的数目；
AVGpa是所述线路中直到在其中计算EIP的特定元件为止光放大器的平均增益。
10.依照前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在所述线路中的特定点处，所述实测的总功率与所述更新的预期总功率之间的差构成所需校正RC(RC＝MIP-EIP[dB])，所需校正RC被施加给所述光学元件以确保在其输出处每个通道的恒定功率或每个通道的均衡功率。
11.依照前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，包括将拖延时间HOT确定为在检测所述EIP和MIP之间差的时刻与调整OFA的增益或校正OADM插入通道的功率的时刻之间流逝的时间；随传输方向的逐渐增加选择所述光学元件的所述HOT值，以便允许从NOC和NOA点处及时更新每个光学元件；以及在所述前级光学元件在需要时完成其校正之后校正每个特定光学元件的输出功率。
12.依照权利要求10所述的方法，包括如下校正OFA增益：Gainnew＝Gainold-RC[dB]。
13.依照权利要求10所述的方法，包括如下校正OADM插入通道的功率：
APPCnew＝APPCold+RC[dB]，
其中APPC是每个通道的插入功率。
14.依照权利要求4所述的方法，包括根据测量的MIP和更新的NOC确定OADM插入通道的功率，基本接近于下面的公式：
APPC＝[MIP-10log(NOC)]-ILOADM±CO[dBm]，
其中APPC是每个通道的插入功率，
[MIP-10log(NOC)]是每一个输入通道的平均输入功率；
ILOADM是由OADM引入的插入损耗；
±CO是人工引入的通道补偿，专门用于特定的光通道。
15.一种能够执行依照前述任一权利要求的方法的系统。
16.一种用于控制电信线路中特定光学元件的每个通道的输出功率的模块，所述电信线路至少包括由光纤跨距互连的光学放大器OFA，所述模块能够执行依照权利要求1、2、4、5、6、9至14中任一项所述的方法，由此适合用于所述线路中的所述特定光学元件。
17.一种包括光学元件和控制单元的光学模块，用于实时控制所述光学元件的每个通道的输出功率，
所述光学元件设计成经由光纤跨距耦合至光通信线路，而且能够接收输入多通道光信号以形成输出多通道光信号；
所述控制单元能够实时地：
基于所述线路的预先设计所规定的若干参数，操作期间可变的至少包括有效光通道数目(NOC)的若干参数，计算所述光学元件的预期总输入功率(EIP)的值，
获取所述光学元件的实测总输入功率(MIP)的值，
将所述EIP与所述MIP比较，若两者间的差超过预定值，则生成要施加给所述光学元件的所需校正的信号，以控制所述光学元件每个通道的输出功率。
18.依照权利要求17所述的光学模块，其特征在于，所述可变参数还包括NOA(前级放大器的数目)，所述控制单元可操作用于获取所述光学元件的NOC和NOA的最新值。
19.依照权利要求17或18所述的光学模块，其特征在于，所述控制单元能够计算基本接近于下面公式的EIP：
EIP[dBm]＝10log(SignalSpa[mW]+Noisepa[mW]}-ELpa[dB]，其中SignalSpa[mW]是在所述前级放大器输出处所有有效光通道的功率，单位为mW；
Noisepa[mW]是在所述前级放大器输出处的噪声，单位为mW；
ELpa[dB]是所述前级放大器的预期跨距损耗[dB]；
并且其中，SignalSpa[mW]＝NOCin×10(EPPCpa[dBm])/10；
NOCin是所述特定元件的输入光通道的数目；
EPPCpa是所述前级放大器每个通道的预期功率；
Noisepa[mW]＝NOA×10(-27[dBm]+AVGpa[dB])/10；
NOA是所述线路中前级放大器的数目；
AVGpa是所述线路中直到在其中计算EIP的所述特定元件为止的光放大器的平均增益。
20.依照权利要求17至19中任一项所述的光学模块，其特征在于，所述光学元件是光纤放大器OFA，而且所述控制单元可操作用于施加所述所需校正的信号，以调整所述OFA的增益，从而保持每个通道的输出功率为恒定值。
21.依照权利要求17或18所述的光学模块，其特征在于，所述光学元件是光分插多路复用器(OADM)，而且所述控制单元可操作用于施加所述所需校正的信号，以控制所述OADM的每个插入通道的功率，由此均衡从所述OADM输出的所有光通道的输出功率。
22.一组光学模块，包括至少一个依照权利要求17所述的第一类型模块，以及至少一个包括OADM和用于控制所述OADM插入通道的功率的控制单元的第二类型模块，所述第二类型模块能够：
实时地获取所述OADM的实测总输入功率MIP的值，
实时地获取NOC的最新值，
计算所述OADM插入通道的功率，接近于下面的公式：
APPC＝[MIP-10log(NOC)]-ILOADM±CO[dBm]，
其中APPC是每个通道的插入功率，
[MIP-10log(NOC)]是每一个输入通道的平均输入功率；
ILOADM是由OADM引入的插入损耗；
±CO是人工引入的通道补偿，专门用于特定的光通道。
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Open date: 20050831