抑制EDFA中瞬态效应的装置和控制方法转让专利
申请号 : CN200910228983.3
文献号 : CN101729186A
文献日 : 2010-06-09
发明人 : 何俊 , 李春雨 , 印新达 , 龙浩 , 江毅
申请人 : 武汉光迅科技股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种抑制EDFA中瞬态效应的装置，其特征在于，包括有：接收EDFA输入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)，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(109)，使数模转换器(109)输出的模拟信号产生光能量耦合进掺铒光纤(111)的泵浦激光器(110)。
2.根据权利要求1所述的抑制EDFA中瞬态效应的装置，其特征在于，所述的数字处理器(104)采用数字处理芯片。
3.一种抑制EDFA中瞬态效应的装置，其特征在于，包括有：接收EDFA输入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)的信号的对数运放器(402)，将对数运放器(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(109)，使数模转换器(109)输出的模拟信号产生光能量耦合进掺铒光纤(111)的泵浦激光器(110)。
4.根据权利要求3所述的抑制EDFA中瞬态效应的装置，其特征在于，所述的数字处理器(404)采用数字处理芯片。
5.一种用于权利要求1所述的抑制EDFA中瞬态效应的装置中的控制方法，其特征在于，包括有：先进先出数据队列(105)，正常阶段模式(106)，预调阶段模式(107)和过调阶段模式(108)，具体工作过程是：由模数转换器(103)转换的数字信号依次进入先进先出数据队列(105)，在队列中进行光强变化的捕捉；首先在正常阶段模式(106)下，先进先出数据队列(105)的头尾数据进行比较，在变化大于一已设定的比例时，进入预调阶段模式(107)；此时锁定先进先出数据队列(105)的头数据，继续进行头尾数据比较，在变化大于设定比例后，进入过调阶段模式(108)；在过调阶段模式(108)，对模数转换器(109)的输出进行预设或者超过正常比例的设置，最终使EDFA的泵浦激光器(110)控制电流在光强突发变化时快速调整，从而抑制瞬态效果。
6.根据权利要求5所述的抑制EDFA中瞬态效应的控制方法，其特征在于，在正常阶段模式(106)下设计与系统要求相对应的深度，比较头尾数据来判决光强变法幅度；当进入预调阶段模式(107)后，锁定尾数据，保证光强比较在一个长的时间跨度进行，并且不用扩展先进先出数据队列(105)的深度；当进入过调阶段模式(108)后通过头两位数据的变化来判决光强是否稳定。
7.根据权利要求5所述的抑制EDFA中瞬态效应的控制方法，其特征在于，方法中是采用如下的计算公式进行判断：
正常下输出：Ipump＝Kx+B←(501)
过调下输出：Ipump＝K×F(x)+B←(502)
判决条件1：(Dn-D1)/D1＞P1←(503)
判决条件2：(Dn-D1)/D1＞P2←(504)
判决条件3：(Dn-Dn-1)/Dn-1＞P3←(505)
其中：式(501)为正常状况下Ipump的计算公式，K为前馈比例因子，x为输入光强量，B为偏差调节量；式(502)为过调下Ipump的计算公式，F(x)为对输入光强量进行放大或缩小的函数，放大或缩小比例由系统要求配置；式(503)为判决条件1，D1和Dn分别为先进先出数据队列(105)中第一位数据和最后一位数据，P1为可配置的比例；式(504)为判决条件2，P2为可配置的比例；式(505)为判决条件3，Dn-1和Dn为先进先出数据队列(105)中最后两位数据，P3为可配置的比例。
8.一种用于权利要求3所述的抑制EDFA中瞬态效应的装置中的控制方法，其特征在于，包括有：对数查找表(105)，先进先出数据队列(406)，正常阶段模式(407)，预调阶段模式(408)和过调阶段模式(409)，具体工作过程是：由模数转换器(103)转换的对数关系的数字信号，先通过对数查找表(105)后转换为线性关系，然后，依次进入先进先出数据队列(406)，在队列中进行光强变化的捕捉；首先在正常阶段模式(407)下，先进先出数据队列(406)的头尾数据进行比较，在变化大于一已设定的比例时，进入预调阶段模式(408)；此时锁定先进先出数据队列(406)的头数据，继续进行头尾数据比较，在变化大于设定比例后，进入过调阶段模式(409)；在过调阶段模式(409)，对模数转换器(109)的输出进行预设或者超过正常比例的设置，最终使EDFA的泵浦激光器(110)控制电流在光强突发变化时快速调整，从而抑制瞬态效果。
9.根据权利要求8所述的抑制EDFA中瞬态效应的控制方法，其特征在于，在正常阶段模式(407)下设计与系统要求相对应的深度，比较头尾数据来判决光强变法幅度；当进入预调阶段(408)后，锁定尾数据，保证光强比较在一个长的时间跨度进行，并且不用扩展先进先出数据队列(406)的深度；当进入过调阶段(409)后通过头两位数据的变化来判决光强是否稳定。
10.根据权利要求8所述的抑制EDFA中瞬态效应的控制方法，其特征在于，方法中是采用如下的计算公式进行判断：
正常下输出：Ipump＝Kx+B←(501)
过调下输出：Ipump＝K×F(x)+B←(502)
判决条件1：(Dn-D1)/D1＞P1←(503)
判决条件2：(Dn-D1)/D1＞P2←(504)
判决条件3：(Dn-Dn-1)/Dn-1＞P3←(505)
其中：式(501)为正常状况下Ipump的计算公式，K为前馈比例因子，x为输入光强量，B为偏差调节量；式(502)为过调下Ipump的计算公式，F(x)为对输入光强量进行放大或缩小的函数，放大或缩小比例由系统要求配置；式(503)为判决条件1，D1和Dn分别为先进先出数据队列(105)中第一位数据和最后一位数据，P1为可配置的比例；式(504)为判决条件2，P2为可配置的比例；式(505)为判决条件3，Dn-1和Dn为先进先出数据队列(105)中最后两位数据，P3为可配置的比例。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种抑制EDFA中瞬态效应的装置和控制方法。特别是涉及一种能有效抑制EDFA的瞬态效应，从而提高EDFA的性能，保证整个光通信系统稳定可靠的抑制EDFA中瞬态效应的装置和控制方法。
背景技术
瞬态抑制可从光学、硬件及软件三个方面进行研究，前两者都需要成本上的提高。光学上一般需要通过增加部件实现，例如专利Optical amplifier with power dependentfeedback(US6339495)中提出增加一个光学反馈装置实现瞬态抑制；硬件上一般通过采用性能较高的电子器件保证足够快的响应速度和精度，例如Optical amplifiertransient control apparatus(US6678088)中提出一种通过增益可设的电路反馈装置实施瞬态抑制。而软件上的改进则可以在材料成本不增加的基础上提升EDFA的整体性能。本发明正是基于软件算法的改进，提出一种有效控制EDFA的结构和算法流程。
发明内容
本发明所采用的技术方案是：一种抑制EDFA中瞬态效应的装置，包括有：接收EDFA输入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，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。
所述的数字处理器采用数字处理芯片。
本发明所采用的另一技术方案是：一种抑制EDFA中瞬态效应的装置，包括有：接收EDFA输入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对数运放器，将对数运放器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。
所述的数字处理器采用数字处理芯片。
本发明的一种用于抑制EDFA中瞬态效应的装置中的控制方法，包括有：先进先出数据队列，正常阶段模式，预调阶段模式和过调阶段模式，具体工作过程是：由模数转换器转换的数字信号依次进入先进先出数据队列，在队列中进行光强变化的捕捉；首先在正常阶段模式下，先进先出数据队列的头尾数据进行比较，在变化大于一已设定的比例时，进入预调阶段模式；此时锁定先进先出数据队列的头数据，继续进行头尾数据比较，在变化大于设定比例后，进入过调阶段模式；在过调阶段模式，对模数转换器的输出进行预设或者超过正常比例的设置，最终使EDFA的泵浦激光器控制电流在光强突发变化时快速调整，从而抑制瞬态效果。
在正常阶段模式下设计与系统要求相对应的深度，比较头尾数据来判决光强变法幅度；当进入预调阶段模式后，锁定尾数据，保证光强比较在一个长的时间跨度进行，并且不用扩展先进先出数据队列的深度；当进入过调阶段模式后通过头两位数据的变化来判决光强是否稳定。
方法中是采用如下的计算公式进行判断：
正常下输出：Ipump＝Kx+B←(501)
过调下输出：Ipump＝K×F(x)+B←(502)
判决条件1：(Dn-D1)/D1＞P1←(503)
判决条件2：(Dn-D1)/D1＞P2←(504)
判决条件3：(Dn-Dn-1)/Dn-1＞P3←(505)
其中：式(501)为正常状况下Ipump的计算公式，K为前馈比例因子，x为输入光强量，B为偏差调节量；式(502)为过调下Ipump的计算公式，F(x)为对输入光强量进行放大或缩小的函数，放大或缩小比例由系统要求配置；式(503)为判决条件1，D1和Dn分别为先进先出数据队列(105)中第一位数据和最后一位数据，P1为可配置的比例；式(504)为判决条件2，P2为可配置的比例；式(505)为判决条件3，Dn-1和Dn为先进先出数据队列(105)中最后两位数据，P3为可配置的比例。
本发明的另一种用于抑制EDFA中瞬态效应的装置中的控制方法，包括有：对数查找表，先进先出数据队列，正常阶段模式，预调阶段模式和过调阶段模式，具体工作过程是：由模数转换器转换的对数关系的数字信号，先通过对数查找表后转换为线性关系，然后，依次进入先进先出数据队列，在队列中进行光强变化的捕捉；首先在正常阶段模式下，先进先出数据队列的头尾数据进行比较，在变化大于一已设定的比例时，进入预调阶段模式；此时锁定先进先出数据队列的头数据，继续进行头尾数据比较，在变化大于设定比例后，进入过调阶段模式；在过调阶段模式，对模数转换器的输出进行预设或者超过正常比例的设置，最终使EDFA的泵浦激光器控制电流在光强突发变化时快速调整，从而抑制瞬态效果。
在正常阶段模式下设计与系统要求相对应的深度，比较头尾数据来判决光强变法幅度；当进入预调阶段后，锁定尾数据，保证光强比较在一个长的时间跨度进行，并且不用扩展先进先出数据队列的深度；当进入过调阶段后通过头两位数据的变化来判决光强是否稳定。
方法中是采用如下的计算公式进行判断：
正常下输出：Ipump＝Kx+B←(501)
过调下输出：Ipump＝K×F(x)+B←(502)
判决条件1：(Dn-D1)/D1＞P1←(503)
判决条件2：(Dn-D1)/D1＞P2←(504)
判决条件3：(Dn-Dn-1)/Dn-1＞P3←(505)
其中：式(501)为正常状况下Ipump的计算公式，K为前馈比例因子，x为输入光强量，B为偏差调节量；式(502)为过调下Ipump的计算公式，F(x)为对输入光强量进行放大或缩小的函数，放大或缩小比例由系统要求配置；式(503)为判决条件1，D1和Dn分别为先进先出数据队列(105)中第一位数据和最后一位数据，P1为可配置的比例；式(504)为判决条件2，P2为可配置的比例；式(505)为判决条件3，Dn-1和Dn为先进先出数据队列(105)中最后两位数据，P3为可配置的比例。
本发明的抑制EDFA中瞬态效应的装置和控制方法，具有如下特点：
1、不增加硬件成本。相对于其他改进方式，算法上的优化不需要增加材料成本；
2、瞬态抑制效果显著。实验证明：通过本发明的EDFA瞬态抑制效果控制在1dB以内；
3、工作方式灵活。基于算法上的各个参数设置，可以对不同型号，不同需求的EDFA在硬件不变的基础上进行调整，极大的提高了生产效率及灵活度。
附图说明
图2是抑制EDFA中瞬态效应的装置第二实例的结构框图；
图3是FIFO队列工作框图；
图4是过调机制的实现流程图；
其中：
101：光电二极管 102：跨导电路
103：模数转换器 104：数字处理器
105：先进先出数据队列 106：正常阶段模式
107：预调阶段模式 108：过调阶段模式
109：模数转换器 110：泵浦激光器
111：掺铒光纤 203：正常阶段FIFO工作模块
204：预调和过调阶段FIFO工作模块 205：FIFO队列的尾数据Dn
206：FIFO队列的次尾数据Dn-1 207：FIFO队列的头数据D1
402：对数放大器 405：对数查找表
406：先进先出数据队列 407：正常阶段模式
408：预调阶段模式 409：过调阶段模式
具体实施方式
如图1所示，本发明的抑制EDFA中瞬态效应的装置，包括有：接收EDFA输入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，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109，使数模转换器109输出的模拟信号产生光能量耦合进掺铒光纤111的泵浦激光器110。所述的数字处理器104采用数字处理芯片，可采用DSP或者FPGA芯片。
其工作过程具体如下：EDFA的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，再经过电路，例如跨导电路TIA 102转换后，通过模数转换器103，将模拟信号转换为数字采集值。模数转换器103与数字处理芯片104相连接，在数字处理器中对数据进行处理，最终将输出结果传递给数模转换器109，并驱动泵浦激光器110，产生光能量耦合进掺铒光纤111，实现EDFA对输入光信号的放大功能。而在数字处理器104中，可以将算法流程分解为几个工作模块：首先模数转换器103的转换结果按照先入先出机制依次推入FIFO队列(先进先出数据队列)105中，FIFO队列105中通过对不同时间点的采集值进行比较，判决输入光强的变化幅度，从而进入三个不同工作阶段模式：正常阶段模式106，预调阶段模式107，过调阶段模式108。根据正常阶段模式106，预调阶段模式107，过调阶段模式108这三种工作模式的状态选择控制泵浦电流值Ipump，将其写入数模转换器109。
如图2所示，本发明的抑制EDFA中瞬态效应的装置，还可以是包括有：接收EDFA输入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的信号的对数运放器402，将对数运放器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109，使数模转换器109输出的模拟信号产生光能量耦合进掺铒光纤111的泵浦激光器110。所述的数字处理器404采用数字处理芯片，可采用DSP或者FPGA芯片。
其工作过程与图1所示的装置基本相同，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(Log Amp)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快速转变为线性数据计算输出输出Ipump。
图3是FIFO队列工作框图，作为图1框图中数字处理器104的一个计算模块，其功能是实现光强变化监测和模式判决。当模数转换器103将光强信号采样值送入数字处理芯片104后，按先入先出的原则依次推入深度为N的FIFO队列中后，产生了(Dn，Dn-1，…，D1)的数据序列，其中尾数据Dn205为最新的光强大小值，次尾数据Dn-1206为1个采样周期前的光强大小值，头数据D1207为N-1个采样周期前的光强大小值。在正常工作阶段FIFO工作方式203下，FIFO中的数据按先入先出的机制不断更新；当光强开始发生变化时，工作方式发生改变，FIFO进入预调阶段和过调阶段工作模式204，此时头数据D1207被锁定，仅更新尾数据Dn205和次尾数据Dn-1206，相当于将深度为N的队列变化为深度为2。
如图1所示，本发明所述的抑制EDFA中瞬态效应的控制方法，包括有：先进先出数据队列105，正常阶段模式106，预调阶段模式107和过调阶段模式108，具体工作过程是如图4所示：由模数转换器103转换的数字信号依次进入先进先出数据队列105，在队列中进行光强变化的捕捉；首先在正常阶段模式106下，先进先出数据队列105的头尾数据进行比较，在变化大于一已设定的比例时，进入预调阶段模式107；此时锁定先进先出数据队列105的头数据，继续进行头尾数据比较，在变化大于设定比例后，进入过调阶段模式108；在过调阶段模式108，对模数转换器109的输出进行预设或者超过正常比例的设置，最终使EDFA的泵浦激光器110控制电流在光强突发变化时快速调整，从而抑制瞬态效果。
首先根据硬件模数转换器(ADC)的采样频率，选用适当的时间跨距建立一个深度为N(N＞2)的先入先出队列(FIFO)，实时比较队列中的头尾采样数据(D1，Dn)变化(其中D1为最先进入队列的数据，而Dn为最新的数据)，这一阶段我们称之为正常工作阶段；
当(D1，Dn)变化大于设定的比例P1时，认为光强开始处于变化趋势，此时锁定FIFO中的第一位数据D1，仅更新最后两位数据Dn和Dn-1，相当于深度为N的FIFO变化为深度为2，同时比较(D1，Dn)和(Dn-1，Dn)这一阶段我们称之为预调阶段。在这一阶段认为光强变化为小幅变化，IPUMP仍然按照正常的计算方式进行，但可以对EDFA系统中的敏感数据进行锁定，防止系统抖动；
当(D1，Dn)变化大于设定的比例P2时，认为光强开始处于跳变状态，这一阶段我们称之为过调阶段。这一阶段光强变化为剧烈变化，对IPUMP实现非正常调节(502)，可以通过预设或者放大比例的方式对泵浦电流实施过调，从而有效抑制过冲或欠冲的发生。
当(Dn-1，Dn)变化小于设定的比例P3时，认为光强趋于平稳，此时FIFO返回正常状态。
本发明的核心在于FIFO机制能实时监测光强变化，并在光强变化时锁定最先进入的数据，加大数据比较的时间跨度，从而有效的判决大幅度的光强变化。在实际的光电探测二极管(PD)电流中，无论是线性变化的跨导电路(TIA)或者对数放大器(LOG AMP)，受其带宽的限制，光强的变化趋势都会被减弱，特别是小信号的时候。采用本发明的计算和控制方法，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，并通过IPUMP过调方式，有效的抑制EDFA的瞬态效应。
整个程序处理流程如图4所示，首先是进入数据采集模块301，将采样数据推入FIFO队列，数据更新的方式取决于工作模式。初始状态为正常阶段模式，所有数据均需要更新；FIFO队列的数据进入比较模块302，执行|Dn-D1|与比例P1比较判决，当变化大于设定比例则进入预调阶段处理模块303，否则返回最初的状态；在303中，实施锁定D1的操作，此时FIFO的更新仅Dn和Dn-1，由于该阶段探测到光强小幅变化，可以对系统敏感部件，如可变光衰减器VOA等实施锁定或者其他操作；锁定D1后继续在一定时间长度内进行|Dn-D1|与比例P2比较判决模块304，当变化大于设定比例则进入过调阶段处理模块305，否则重新返回最初的状态；305为过调阶段处理模块，具体实施按照预设的电流值或者放大比例的设置Ipump；完成设置后进入|Dn-Dn-1|与比例P3比较判决模块306，该判决模块判决光强变化是否趋于平稳，如果仍然在瞬间快速变化，则将设置值传递到数模转换处理模块307，否则返回初始状态。当采用数据并行处理机制时，以上模块都是同步运行，已保证数据处理的及时性。
在正常阶段模式106下设计与系统要求相对应的深度，比较头尾数据来判决光强变法幅度；当进入预调阶段模式107后，锁定尾数据，保证光强比较在一个长的时间跨度进行，并且不用扩展先进先出数据队列105的深度；当进入过调阶段模式108后通过头两位数据的变化来判决光强是否稳定。
上述方法中是采用如下的计算公式进行判断：
正常下输出：Ipump＝Kx+B←(501)
过调下输出：Ipump＝K×F(x)+B←(502)
判决条件1：(Dn-D1)/D1＞P1←(503)
判决条件2：(Dn-D1)/D1＞P2←(504)
判决条件3：(Dn-Dn-1)/Dn-1＞P3←(505)
其中：式501为正常状况下Ipump的计算公式，K为前馈比例因子，x为输入光强量，B为偏差调节量；式502为过调下Ipump的计算公式，F(x)为对输入光强量进行放大或缩小的函数，放大或缩小比例由系统要求配置；式503为判决条件1，D1和Dn分别为先进先出数据队列105中第一位数据和最后一位数据，P1为可配置的比例；式504为判决条件2，P2为可配置的比例；式505为判决条件3，Dn-1和Dn为先进先出数据队列105中最后两位数据，P3为可配置的比例。
如图2所示，本发明所述的抑制EDFA中瞬态效应的控制方法，还可以是包括有：对数查找表105，先进先出数据队列406，正常阶段模式407，预调阶段模式408和过调阶段模式409，具体工作过程是：由模数转换器103转换的对数关系的数字信号，先通过对数查找表105后转换为线性关系，然后，依次进入先进先出数据队列406，在队列中进行光强变化的捕捉；首先在正常阶段模式407下，先进先出数据队列406的头尾数据进行比较，在变化大于一已设定的比例时，进入预调阶段模式408；此时锁定先进先出数据队列406的头数据，继续进行头尾数据比较，在变化大于设定比例后，进入过调阶段模式409；在过调阶段模式409，对模数转换器109的输出进行预设或者超过正常比例的设置，最终使EDFA的泵浦激光器110控制电流在光强突发变化时快速调整，从而抑制瞬态效果。
在正常阶段模式407下设计与系统要求相对应的深度，比较头尾数据来判决光强变法幅度；当进入预调阶段408后，锁定尾数据，保证光强比较在一个长的时间跨度进行，并且不用扩展先进先出数据队列406的深度；当进入过调阶段409后通过头两位数据的变化来判决光强是否稳定。
上述方法中是采用如下的计算公式进行判断：
正常下输出：Ipump＝Kx+B←(501)
过调下输出：Ipump＝K×F(x)+B←(502)
判决条件1：(Dn-D1)/D1＞P1←(503)
判决条件2：(Dn-D1)/D1＞P2←(504)
判决条件3：(Dn-Dn-1)/Dn-1＞P3←(505)
其中：式501为正常状况下Ipump的计算公式，K为前馈比例因子，x为输入光强量，B为偏差调节量；式502为过调下Ipump的计算公式，F(x)为对输入光强量进行放大或缩小的函数，放大或缩小比例由系统要求配置；式503为判决条件1，D1和Dn分别为先进先出数据队列105中第一位数据和最后一位数据，P1为可配置的比例；式504为判决条件2，P2为可配置的比例；式505为判决条件3，Dn-1和Dn为先进先出数据队列105中最后两位数据，P3为可配置的比例。