專利名稱：實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種摻鉺光纖放大器。特別是涉及一種用于在摻鉺光纖放大器處
于自動增益鎖定的控制方式下，在輸入光強變化或設定增益改變時，能夠快速實現(xiàn)目標增 益的鎖定，從而有效保證整個光通信系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制 裝置。
背景技術：
EDFA(摻鉺光纖放大器)是光通信網(wǎng)絡中的關鍵器件之一，對傳輸在光纖中的信 號進行放大，從而有效提升了光信號的傳輸距離。隨著光網(wǎng)絡的容量不斷提升，網(wǎng)絡結構進 一步復雜化，對EDFA控制方式也提出了新的要求。傳統(tǒng)的模擬控制方式為數(shù)字控制方式所 取代，在數(shù)字控制方式下，EDFA的配置更加靈活、功能更加完善，但如何保證EDFA快速而穩(wěn) 定實現(xiàn)目標增益仍然是一個技術重點和難點。 EDFA的控制方式分為自動電流控制模式(ACC)，自動功率控制模式(APC)和自動 增益控制模式(AGC)三種。前兩種都較容易實現(xiàn)，而AGC模式的實現(xiàn)則較為復雜。EDFA 按增益控制方式又可劃分為固定增益放大器(FGA)和可變增益放大器(VGA)，需要在輸入 光強變化、設定增益值發(fā)生改變或模式切換等工作條件發(fā)生變化時，快速的調(diào)整泵浦電流 (Ipmp)，從而實現(xiàn)目標增益的鎖定。 傳統(tǒng)的控制方式為前饋和反饋結合的控制方式，如美國專利《Variable Gain OpticalAmplifiers》(專利號7， 317， 570)中提到，前饋采用固定的比例公式，而反饋則采 用PID算法。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種在傳統(tǒng)的控制算法基礎上，結合前 饋和反饋的控制模式，能夠有效保證整個光通信系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速 收斂的控制裝置。 本實用新型所采用的技術方案是一種實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝 置，包括有接收摻鉺光纖放大器輸入光強的依次相連的輸入光電探測二極管、輸入光探測 跨導電路和輸入光模數(shù)轉換器，以及接收摻鉺光纖放大器輸出光強的依次相連的輸出光電 探測二極管、輸出光探測跨導電路和輸出光模數(shù)轉換器，所述的輸入光模數(shù)轉換器和輸出 光模數(shù)轉換器的輸出均連接計算單元，所述的計算單元輸出經(jīng)數(shù)模轉換器和泵浦激光器至 摻鉺光纖。 所述的計算單元是由數(shù)字處理器構成。 本實用新型所采用的另一種實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置，包括有 接收摻鉺光纖放大器輸入光強的依次相連的輸入光電探測二極管、輸入光探測對數(shù)放大電 路和輸入光模數(shù)轉換器，以及接收摻鉺光纖放大器輸出光強的依次相連的輸出光電探測二 極管、輸出光探測對數(shù)放大電路和輸出光模數(shù)轉換器，所述的輸入光模數(shù)轉換器和輸出光模數(shù)轉換器的輸出均連接計算單元，所述的計算單元輸出經(jīng)數(shù)模轉換器和泵浦激光器至摻 鉺光纖。 所述的計算單元是由數(shù)字處理器構成。 本實用新型的實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置，當光強變化時，采用本 實用新型的調(diào)節(jié)K因子，可以快速實現(xiàn)高精度的收斂控制。本實用新型的優(yōu)點就在于結構 簡單；響應速度快；實現(xiàn)增益鎖定準確度高。相對于前饋控制方式，解決了增益鎖定精度的 問題；相對于的反饋控制模式，解決了相應速度慢的問題，成功的將反饋和前饋控制有機的 結合起來，實現(xiàn)快速收斂。
圖1是采用調(diào)K實現(xiàn)EDFA快速收斂的結構框圖；[0012]圖2是采用PID算法實現(xiàn)EDFA快速收斂的結構框圖；[0013]圖3是基于對數(shù)放大電路算法實現(xiàn)EDFA快速收斂的結構框圖[0014]圖4是前饋因子K與增益之間的關系圖；[0015]圖5是計算K的流程圖。其中101 :摻鉺光纖102:輸入光電探測二極管103:輸入光探測跨導電路104 :輸入光模數(shù)轉換器105 :設定增益值106 :泵浦激光器107 :數(shù)模轉換器108 :Kx+B計算模塊109 :調(diào)節(jié)后的K值111 :輸出光電探測二極管112:輸出光探測跨導電路113:輸出光模數(shù)轉換器114 :ASE計算模塊208 :PID計算模塊209 :調(diào)節(jié)后的P值210 :Error的計算模塊303 :輸入光探測對數(shù)放大電路308 :對數(shù)查找表312 :輸出光探測對數(shù)放大電路
具體實施方式下面結合實施例附圖對本實用新型的實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置 做出詳細說明。 在PID控制中，如果僅有P，那么會引入靜差，即調(diào)節(jié)量和目標值之間存在一個固 定的差值。反饋控制中，我們能夠獲得目標值與實際值的差值，但如何通過這個差值進行計 算輸出量才是關鍵。當P的大小無法準確得出，可以才加入I來調(diào)節(jié)，實現(xiàn)自適應的一種模 式，而D則是為了加快這個調(diào)節(jié)過程而加入的。 如果在計算誤差的同時，還進行P值大小的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)簡單快速的收斂控制， 就可以擺脫PID算法的模式了。這種計算方式可以簡單的描述為將調(diào)節(jié)前饋的Kx+B的K 因子，實現(xiàn)準確的目標增益鎖定。 這種將前饋和反饋結合的調(diào)K控制模式的關鍵在于 這種收斂算法基于的前提就是K值的單調(diào)性，而且當K較為線性的話，則利用線性插值調(diào)節(jié)方式時可以獲得較好的效果。K的單調(diào)性和線性度可以從圖4前饋因子K與增益
之間的關系圖中看出。 所用的計算公式如下Gainerr(dB) = (P0Ut_ASE) - (Pin+Gainset) — (501) Gaink = Gainset—Gainerr — (502)K = Inline (Table (K) ， Gaink) — (503) K = PID(Gaink) — (504) 其中(501)為增益誤差值GainOT的計算，(502)為調(diào)K的增益因子Gaink的計算 公式，(503)為K因子的計算公式，內(nèi)插法從表中插值計算得出對應Gaink的K值，(504)為 K因子的另一種計算公式，利用比例積分微分法(PID)得出對應Gaink的K值，。 圖4和上述的公式分別指示了調(diào)K算法中K因子與增益設定量(Gain)之間的單 調(diào)關系和實際操作中K的計算公式。 本實用新型的核心在于改進傳統(tǒng)的前饋Kx+B和反饋PID算法的振蕩收斂方式，引 入動態(tài)可調(diào)節(jié)K因子，實現(xiàn)快速的目標功率收斂。為此提供一種實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速 收斂的控制裝置。 如圖1、圖2所示，本實用新型的實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置，包括 有接收摻鉺光纖放大器輸入光強Pin的依次相連的輸入光電探測二極管(PinPD)102、輸 入光探測跨導電路(PinTIA)103和輸入光模數(shù)轉換器(PinADC)104，以及接收摻鉺光纖放 大器輸出光強P。ut的依次相連的輸出光電探測二極管(P。utPD)lll、輸出光探測跨導電路 (P。utTIA) 112和輸出光模數(shù)轉換器(P。ut ADC) 113，所述的輸入光模數(shù)轉換器104和輸出光模 數(shù)轉換器113的輸出均連接計算單元A，所述的計算單元A輸出經(jīng)數(shù)模轉換器107和泵浦激 光器(PUMP) 106至摻鉺光纖101。其中所述的計算單元A是由數(shù)字處理器構成。 如圖3所示，本實用新型的實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置，還可以是 包括有接收摻鉺光纖放大器輸入光強Pin的依次相連的輸入光電探測二極管(PinPD) 102、 輸入光探測對數(shù)放大電路(Pinlog Amp)303和輸入光模數(shù)轉換器(PinADC) 104，以及接收摻
鉺光纖放大器輸出光強P。ut的依次相連的輸出光電探測二極管(P。utPD)lll、輸出光探測對
數(shù)放大電路(P。ut log Amp)312和輸出光模數(shù)轉換器(P。ut ADC)113，所述的輸入光模數(shù)轉換 器104和輸出光模數(shù)轉換器113的輸出均連接計算單元B，所述的計算單元B輸出經(jīng)數(shù)模轉 換器107和泵浦激光器106至摻鉺光纖101。所述的計算單元B是由數(shù)字處理器構成。 參考圖1、圖2，用于本實用新型的實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置的控 制方法，包括將摻鉺光纖放大器輸入光強Pin和輸出光強P。ut按設定比例分別對應進入輸 入光電探測二極管102和輸出光電探測二極管111產(chǎn)生兩路光生電流；將所產(chǎn)生的兩路光 生電流分別對應的通過輸入光探測跨導電路103和輸出光探測跨導電路112轉換為電壓信 號；將所轉換的電壓信號分別經(jīng)輸入光模數(shù)轉換器104和輸出光模數(shù)轉換器113生成輸入 光強值和輸出光強值；將輸入光強值和輸出光強值分別輸入到計算單元B計算出PUMP輸出 結果并傳遞給模轉換器107，驅動泵浦激光器106，產(chǎn)生泵浦光并進入摻鉺光纖IOI，實現(xiàn)摻 鉺光纖放大器在鎖定增益模式(AGC)下的光放大。 如圖1所示，所述的計算單元B包括有已存入的系統(tǒng)設定增益量105和自發(fā)輻射 量114，所述計算單元B中的計算過程是將所述的輸入光強值、輸出光強值、系統(tǒng)設定增益量105和自發(fā)輻射量114代入增益偏差量Gain^的計算公式501得到增益的偏差量Gain^ 110 ;將得到的增益的偏差量GainOT110經(jīng)K因子的計算公式503或者504計算得到實際的 K值109 ;將實際的K值109和輸入光強值代入前饋計算公式Kx+B 108，其中的K、B為前饋 控制因子，其初始值可以通過定標得到，x為輸入光，從而計算出PUMP(泵浦激光器)輸出結果。 如圖2所示，所述的計算單元B包括有已存入的系統(tǒng)設定增益量105和自發(fā)輻射 量114，所述計算單元B中的計算過程是將輸入光強值、輸出光強值、系統(tǒng)設定增益量105 和自發(fā)輻射量114代入Error(系統(tǒng)誤差)計算模塊210 (Error (mW) = (P。ut(實際輸出， mW)-ASE(mW)-(P。ut(目標輸出，mW)))，得出系統(tǒng)偏差的絕對功率值并根據(jù)該偏差的絕對功 率值來調(diào)節(jié)P值209 ;將調(diào)節(jié)后的P值和系統(tǒng)偏差的絕對功率值代入PID(比例積分微分) 計算模i央208(PID(mW) =PXError+IX E Error+DX AError)得出反饋調(diào)節(jié)量，同時將輸 入光強值代入前饋計算公式Kx+B(其中的K、 B為前饋控制因子，通過定標得到，x為輸入 光)得出前饋調(diào)節(jié)量；將經(jīng)PID計算模塊208計算的值反饋調(diào)節(jié)量與經(jīng)前饋計算公式Kx+B 計算的值前饋調(diào)節(jié)量相加，從而計算出PUMP(泵浦激光器)輸出結果。 參考圖3，用于本實用新型的實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置的控制方 法，還可以是包括將摻鉺光纖放大器輸入光強Pin和輸出光強P。ut按設定比例分別對應進 入輸入光電探測二極管102和輸出光電探測二極管111產(chǎn)生兩路光生電流；將所產(chǎn)生的兩 路光生電流分別對應的通過輸入光探測對數(shù)放大電路303和輸出光探測對數(shù)放大電路312 轉換為電壓信號；將所轉換的電壓信號分別經(jīng)輸入光模數(shù)轉換器104和輸出光模數(shù)轉換器 113生成輸入光強值和輸出光強值；將輸入光強值和輸出光強值分別輸入到計算單元B計 算出PUMP輸出結果并傳遞給模轉換器107，驅動泵浦激光器106，產(chǎn)生泵浦光并進入摻鉺光 纖101，實現(xiàn)摻鉺光纖放大器在鎖定增益模式AGC下的光放大。 所述的計算單元B包括有已存入的系統(tǒng)設定增益量105和自發(fā)輻射量114，所 述計算單元B中的計算過程是將所述的輸入光強值、輸出光強值、系統(tǒng)設定增益量105和 自發(fā)輻射量114代入增益偏差量GainOT的計算公式501得到增益的偏差量GainOT110 ;將 得到的增益的偏差量Gain^llO經(jīng)K因子的計算公式503或者504的計算得到實際的K值 109 ;將輸入光強值通過對數(shù)查找表308得到輸入光功率值；將實際的K值109和輸入光功 率值代入前饋計算公式Kx+B 108，其中的K、 B為前饋控制因子，其初始值可以通過定標得 到，x為輸入光，從而計算出PUMP(泵浦激光器)輸出結果。 圖5是計算K的流程圖。其中601是數(shù)據(jù)采集模塊，602為誤差計算模塊，603為 增益因子的Gaink計算模塊，604為K因子計算模塊，605為Kx+B的計算模塊，606為數(shù)據(jù)輸 出模塊。 圖6為算法的基本流程圖，當數(shù)據(jù)采集601完成后，計算系統(tǒng)的誤差602，通過誤差 得出增益調(diào)節(jié)因子603并計算K值的調(diào)節(jié)量604，更新后的K因子作用于輸入光強值x，計 算得到輸出量605，并通過數(shù)據(jù)輸出模塊606輸出。在該流程中，通過對輸入光強和輸出光 強的實時變化進行比對，不斷刷新系統(tǒng)誤差error，從而調(diào)節(jié)K值，使K值快速收斂后調(diào)整系 統(tǒng)到穩(wěn)定狀態(tài)。
權利要求一種實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置，其特征在于，包括有接收摻鉺光纖放大器輸入光強(Pin)的依次相連的輸入光電探測二極管(102)、輸入光探測跨導電路(103)和輸入光模數(shù)轉換器(104)，以及接收摻鉺光纖放大器輸出光強(Pout)的依次相連的輸出光電探測二極管(111)、輸出光探測跨導電路(112)和輸出光模數(shù)轉換器(113)，所述的輸入光模數(shù)轉換器(104)和輸出光模數(shù)轉換器(113)的輸出均連接計算單元(A)，所述的計算單元(A)輸出經(jīng)數(shù)模轉換器(107)和泵浦激光器(106)至摻鉺光纖(101)。
2 . 根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置，其特征在于，所 述的計算單元(A)是由數(shù)字處理器構成。
3. —種實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置，其特征在于，包括有接收摻鉺光 纖放大器輸入光強(Pin)的依次相連的輸入光電探測二極管(102)、輸入光探測對數(shù)放大 電路(303)和輸入光模數(shù)轉換器(104)，以及接收摻鉺光纖放大器輸出光強(P。ut)的依次 相連的輸出光電探測二極管(111)、輸出光探測對數(shù)放大電路(312)和輸出光模數(shù)轉換器 (113)，所述的輸入光模數(shù)轉換器(104)和輸出光模數(shù)轉換器(113)的輸出均連接計算單元 (B)，所述的計算單元(B)輸出經(jīng)數(shù)模轉換器(107)和泵浦激光器(106)至摻鉺光纖(101)。
4. 根據(jù)權利要求3所述的實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置，其特征在于，所 述的計算單元(B)是由數(shù)字處理器構成。
專利摘要一種實現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置，包括有接收摻鉺光纖放大器輸入光強的依次相連的輸入光電探測二極管、輸入光探測跨導電路和輸入光模數(shù)轉換器，以及接收摻鉺光纖放大器輸出光強的依次相連的輸出光電探測二極管、輸出光探測跨導電路和輸出光模數(shù)轉換器，輸入光模數(shù)轉換器和輸出光模數(shù)轉換器的輸出均連接計算單元，計算單元輸出經(jīng)數(shù)模轉換器和泵浦激光器至摻鉺光纖。計算單元是由數(shù)字處理器構成。本實用新型結構簡單；響應速度快；實現(xiàn)增益鎖定準確度高。相對于前饋控制方式，解決了增益鎖定精度的問題；相對于的反饋控制模式，解決了相應速度慢的問題，成功的將反饋和前饋控制有機的結合起來，實現(xiàn)快速收斂。
文檔編號H04B10/17GK201550125SQ20092025041
公開日2010年8月11日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權日2009年11月17日
發(fā)明者何俊, 印新達, 李春雨, 江毅, 龍浩 申請人:武漢光迅科技股份有限公司