專利名稱：具有光放大器的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有光放大器的系統(tǒng)，特別是涉及將發(fā)送的信號進行波分復用(WDM)的系統(tǒng)，以及在這種系統(tǒng)中的控制方法。
波分復用(WDM)是這樣的一種技術，即采用不同的分離光波長，使得大量的光信號通過一光纖傳輸。以這種方式，可顯著地增加信息的承載能力。該能力取決于光纖的帶寬，所用的波長信道的數(shù)量，和在實際中這些波長信道彼此如何靠近。在每個波長上的信號與其它信號無關地通過該光纖傳輸，故每個信號代表大帶寬的一個分立信道。
當信號長距離發(fā)送時，必須將信號在重復的間隔上再生或放大。在后種方案中，可使用例如光放大器。光放大器與它的電對應物的不同在于，該光放大器試圖保持輸出功率不變，而電的放大器則具有一個恒定的放大率。
如果有意的或因故障改變信道的數(shù)量，輸出功率的恒定就出現(xiàn)了問題。因此，希望能控制輸出功率，先前已知的是借助于導頻音來控制在光放大器中的放大率(見EP0637148A1)。將標識導頻音調(diào)制到每個復用的波長上。在該系統(tǒng)中的每個放大器從該導頻音確定由該放大器發(fā)送的波長的總數(shù)并提供放大率的對應調(diào)整?？梢圆捎们梆伩刂苹蛘叻答伩刂?。該專利文件還指出，除了對信道的數(shù)量進行計數(shù)之外，還可測量這些信道上導頻音的幅度，以提供更好的調(diào)整。
也是先前已知的(見GB2294170)，通過測量在放大器輸出的總的光功率，并將它與標準電壓比較，來以多種方式控制放大器。這提供了控制該放大器的反饋信號。此外，可計數(shù)信道的數(shù)量并借用它的幫助進行該調(diào)整。
也是已知的(見US4991229)，通過只測量一個波長信道的功率來控制光放大器。通過借助于WDM耦合器的濾波并檢測它，抽出該信道，來完成這種控制。否則如上所述進行反饋控制。
先前已知技術的一個問題是很難做到足夠快速的反饋。
通過只對信道數(shù)量進行計數(shù)來控制白光放大器的輸出功率的問題是，信道的數(shù)量只是放大器輸出功率的粗略量度。
本發(fā)明的目的是通過采用以放大器的總的光輸入功率的讀數(shù)的前饋，來解決這些問題。將輸出信號形成為該輸入功率的非線性函數(shù)。然后該輸出信號控制放大器，例如，通過控制耦合到該光放大器的泵激激光器。
為了增加可靠性，在本發(fā)明的一個實施例中可將該前饋與負反饋結合。這提供了用前饋的粗略調(diào)整和用反饋的精細調(diào)整。
通過測量該光信道輸出功率并將它饋送到控制器實現(xiàn)了該反饋。還表示希望的信道輸出功率的一組值耦合到控制器。該控制器發(fā)射一個加上或乘上前饋輸出信號的信號。
可以用很多方法進行這些信道中的功率的測量。首先，可對信道的數(shù)量進行計數(shù)，測量在所有信道中的總功率，并用信道的數(shù)量除該功率。另一方法是，分配一個或最好兩個信道只用于功率測量。在這些信道中，實質(zhì)上只有某類的已知檢驗信號，比如一導頻音或一個數(shù)字信號。則只測量在這些信道上的功率。另外，可測量該檢驗信號的幅度。如果采用幾個檢驗信號，則采取平均值。
本發(fā)明的優(yōu)點是，該測量在經(jīng)濟和簡單的前提下既快速又可靠。


圖1示意地表示根據(jù)現(xiàn)有技術的5信道最佳化光系統(tǒng)。
圖2示意地表示與圖1中同樣的系統(tǒng)，但只有兩個信道存在。
圖3示意地表示本發(fā)明的一個實施例。
圖4示意地表示本發(fā)明的第二實施例。
圖5表示描述圖4中某些細節(jié)的詳細圖。
圖1表示按照現(xiàn)有技術采用波分多路復用的5信道8a,8b,8c,8d和8e的最佳化光系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以是，例如，電話系統(tǒng)的一部分。在該光系統(tǒng)中，光放大器1具有恒定的輸出功率。由泵激激光器2來控制該放大器。光纖6從系統(tǒng)中的其它節(jié)點導向放大器1，光纖7從放大器1導向系統(tǒng)中的其它節(jié)點。在光纖信道6、7中可以增加或退出。在所示的例子中，將通過第一光纖6到放大器1的四個信道8a,8c,8d,8e放大并輸出到第二光纖7。另一信道8b其后從發(fā)射機3加入。所有的信道8a,8b,8c,8d,8e都是相同強度，可用選擇被選信道8d的特定波長的一濾波器4讀出一個選擇信道8d，并將它發(fā)送到接收機5。在它們進一步傳輸時在強度上所有的信道8a，8b,8c,8d,8e都將減少，但它們?nèi)允堑葟姸鹊墓试谥匦路糯笏鼈冎胁粫袉栴}。
圖2表示與圖1中的同樣系統(tǒng)，在這種情況下，系統(tǒng)仍然是對于5個信道最佳化的，但只將第一信道8a連接到放大器1。這個單一信道8a的強度則將近似為假如有四個被放大的信道時的四倍。這是由于從光放大器的總輸出功率在原則上是恒定的，即該輸出功率實際上主要依賴于耦合到該放大器的泵激激光器2的輸出功率，較少地依賴于對放大器1的輸入功率。
當后來將第二信道8b加入時信道8a,8b將不是如此強，這將引起一些問題。實際上濾波器4不是理想的，故當濾波器4試圖選出第二信道8b時，第一信道8a因為它很強故起主導作用，從而會產(chǎn)生串音。
于是，很希望能夠控制放大器1信道的輸出功率。
因自光放大器的輸出影響主要取決于耦合到該放大器的泵激激光器的輸出功率，根據(jù)本發(fā)明，通過以圖3中所示的方式控制該泵激激光器解決了上述的問題。通過泵激激光器12控制光放大器11。第一光去復用器13在放大器11的輸入讀出總的光功率，并檢測到前饋塊14的值。從前饋塊14發(fā)出一前饋過程命令信號，通過控制泵激激光器12的輸出功率來控制放大器11。
前饋塊14提供一個總光功率的非線性函數(shù)，比如，可借助于模擬非線性網(wǎng)絡來實現(xiàn)。數(shù)字地解決它的另一方案是通過A/D將光輸入功率轉換為，比如，8位的字。該8位字可由表示在存儲器中不同存儲地址該8位字的不同值來使用(見下面結合圖5的描述)。
為了以這種方式使用前饋使得控制快速，因為可以即刻校正干擾。然而，因為不能看到其結果，前饋要求充分了解系統(tǒng)的性能。它可與盲目的駕駛汽車相比，為了最終不掉到象溝中在每個灣道人們必須精確地知道將輪轉多少。
另一問題是，純粹的前饋可要求輸入功率位于很窄的范圍內(nèi)。
圖4表示一種解決這些問題的方法。它與圖3一樣，但具有加入的負反饋。從所觀察的結果和以后進行的調(diào)整，負反饋是可靠的。然而缺點是該自動控制不能如所希望的快速實現(xiàn)，因為其后該控制有危險變?yōu)椴环€(wěn)定。在這種情況光放大器具有也許是5-10ms的時間常數(shù)，它設置了如何快速地進行反饋控制的極限。然而，如果將該反饋與前饋組合，借助該前饋取得快速的粗調(diào)，而借助該反饋達到不是如此快速的細調(diào)。
通過測量光放大器11的輸出功率和提供過程值PV。來實施該反饋。在控制器15中，將該過程值PV與要求的信道輸出功率即設定值比較，根據(jù)控制器15的編程發(fā)射反饋過程命令信號PB，經(jīng)泵激激光器12控制放大器11的輸出功率，以便達到要求的輸出。這種調(diào)整當然不是即時發(fā)生的。當經(jīng)泵激激光器12的該反饋過程命令信號PB改變放大器11的信道輸出功率時，這些狀態(tài)可能已經(jīng)改變，從而需要放大器11的信道輸出功率的新的測量值，提供新的反饋過程命令信號PB。不斷地發(fā)生這個過程并產(chǎn)生一個負饋控制環(huán)路，以一定的時間延遲調(diào)整放大器11的功率輸出，故它總是在所要求值的附近。
控制器15是一個通常的PID控制器[比例-中間-差分(Proportional-intergrating-differentiating)]。簡而言之，可將控制器15的三個不同的項概括如下一個大的比例項導致增加控制器的速度，并通常降低了穩(wěn)定性；引入中間項消除在輸出信號中持久的誤差，但該項降低穩(wěn)定性較大；差分項的引入可改善穩(wěn)定性，但有噪測量信號的差分可能很困難。要求根據(jù)對控制的需要進行仔細加權。
圖4還示出一個將前饋過程命令信號PF與反饋過程命令信號PB相組合的組合裝置18，提供輸出信號PD。在一定的范圍里，通過加法組合前饋和反饋。在這種情況也將工作很好，但在這種情況下使用乘法更具優(yōu)越性，因為干擾主要發(fā)生在信道的數(shù)量改變而放大器11的輸出功率與信道的數(shù)量成比例地改變時。因此組合塊18可以是一加法器或乘法器，但其它組合功能也是可能的。波長信道的數(shù)量通過該放大器11。在至少一個檢驗信號信道中，不發(fā)送數(shù)據(jù)，而只有已知的檢驗信號A，用來表示在放大器11中的信道輸出功率。該檢驗信號可以是導頻音，數(shù)字信號或它的其它可被檢驗的信號?？梢苑奖愕剡x擇一信號A，它也可用于諸如保護信號等的其它目的。
在放大器11之后，通過光去復用器16讀出帶有檢驗信號A的檢驗信道，并傳輸?shù)綑z測器塊17。該去復用器16可以是WDM耦合器，公共光耦合器等。與公共光耦合器相比，WDM耦合器自檢測器塊17給出較好的信噪比，因為中途淘汰了數(shù)據(jù)信道。為了改善使用公共光耦合器時的信噪比，可以在檢測器塊17之前接入一個光濾波器(圖中未示出)。
有不同的讀出檢驗信號A的方法，可測量在檢驗信號信道上的最高功率，或可測量在檢驗信號信道上的幅度。在后一情況，使用幾個檢驗信號的幅度的平均值。另外的方法是使用數(shù)字檢驗信號A并讀出它。當然可在不同的檢驗信號信道發(fā)送不同的檢驗信號。
另一方法可以是將一個或更多檢驗信號A調(diào)制到所有信道中的信號上，然后測量該檢驗信號A的幅度。然而，這可能干擾在信道中的數(shù)據(jù)傳輸，因為在這種情況檢驗信號幅度是比較小的，比起檢驗信號具有它自己的信道更難測量。
作為一個優(yōu)越的改變，可能未檢測到檢驗信號A，例如在故障的情況中，則在檢測到新的檢驗信號A之前采用該反饋過程命令信號PB的最近的值。
作為測量放大器11的信道輸出功率的另一方法，可以完全不使用任何檢驗信號，而具有一個用于對信道計數(shù)的裝置，然后測量自放大器11的總輸出功率。然后用信道的數(shù)量除該總輸出功率。只是對信道的數(shù)量計數(shù)，在此同時不測量輸出功率。只提供放大器11的輸出功率的粗測。
根據(jù)檢測器塊14獲得的關于放大器11的信道輸出功率的信息，將與信道功率相關的過程值信號PV發(fā)送到控制器15，按上述進行控制。
圖5是圖4的細節(jié)，具有同樣的標號，表示如何更詳細地實施本發(fā)明的一例。
以兩個功能塊21和雙實施調(diào)整的某些部分。第一功能塊21包括前饋電路25，存儲器26和組合塊18。在圖4中的前饋塊14對應于圖5中的第一光電二極管23，對數(shù)放大器24，前饋電路25和存儲器26。該對數(shù)放大器24可用線性的替代，但總的光輸入功率可在這種寬范圍中變化，使用對數(shù)放大器更具優(yōu)點。
在圖5中的第二功能塊22包括控制器15，檢測器32和音調(diào)產(chǎn)生器29。圖4中檢測器塊14對應于圖5中的第二光電二極管27，線性放大器28，幅度測量塊31，檢測器32和音調(diào)產(chǎn)生器29。
饋送到功能塊21和22的模擬信號通過A/D轉換器33。以同樣的方式，從功能塊21和22發(fā)送的數(shù)字信號經(jīng)A/D轉換器34處理。
光電二極管23和27可以是，比如，PN型或PIN型的。
在圖5中的前饋按下面方式工作光電二極管23讀出，在放大器11的輸入端分接的因此代表放大器11的總輸入功率的光。
經(jīng)對數(shù)放大器24和A/D轉換器33，將該光轉換成，例如，8位的字，饋給前饋25。究竟采用多少位這是精度(更多位)與速度(更少位)之間的權衡問題。如果前饋是完全有用的，則將產(chǎn)生較快的速度，最好將前饋輸出信號應用在幾十μs之內(nèi)。
前饋電路25調(diào)用存儲器26，存儲器26根據(jù)該8位字告訴前饋電路25，它給出前饋過程命令信號PF。然后將來自第二功能塊的前饋過程命令信號PF和反饋過程命令信號PB送給組合塊18，組合塊18依次發(fā)送輸出信號PD，經(jīng)D/A轉換器34送到泵激激光器12，然后控制放大器。泵激激光器12具有快速控制電路(未示出)以便控制它的輸出功率。成幾種完成此的已知方法。
在圖5中，對兩個檢驗信號測量該幅度，在這種情況該檢測信號是在同樣信道中發(fā)送的導頻音。將從光放大器的輸出分接的光，經(jīng)光電二極管27和線性放大器28轉換為電壓，送到幅度測量塊31。
該導頻音可具有，比如，50-60KHZ，由6KHZ分開。音調(diào)產(chǎn)生器29用于提供幅度測量的參考信號，以兩個正弦波等形式以比導頻音高2KHZ的頻率，即在52-62KHZ范圍內(nèi)，送給幅度測量塊31。導頻音的頻率與它的對應參考信號的頻率之間的頻差則是2KHZ，而產(chǎn)生的其它頻率將被濾出。
幅度測量塊31包括近似2KHZ的兩個帶通濾波器，和兩個幅度計數(shù)器，以這種方式得出兩個導頻音的幅度。將該結果進行A/D轉換并送給檢測器32，在此取兩個幅度的平均值，并將與輸出功率相關的過程值信號PV發(fā)送到控制器15。該控制器按圖4中所述的工作，并發(fā)送反饋過程命令信號PB給組合塊18，組合塊18如上所述地發(fā)送過程命令輸出信號PD，間接地控制光放大器11的輸出功率。
權利要求
1．一種光系統(tǒng)，包括光放大器(11)，具有至少一個輸入端和至少一個輸出端；控制電路，借助于前饋過程命令信號(PF)控制放大器(11)的輸出功率，所述的控制電路包括前饋塊(14)；和第一裝置(13)，用于從放大器(11)的輸入分流光到前饋塊(14)，其特征在于安排前饋塊(14)來測量總的光輸入功率。
2．根據(jù)權利要求1的光系統(tǒng)，其特征在于將前饋過程命命令信號(PF)配置形成為總光輸入功率的一個非線性函數(shù)。
3．根據(jù)權利要求2的光系統(tǒng)，其特征在于由一個模擬非線性網(wǎng)絡來實現(xiàn)該非線性函數(shù)的設計。
4．根據(jù)權利要求2的光系統(tǒng)，其特征在于通過訪問存儲器(26)來實現(xiàn)該非線性函數(shù)的設置。
5．根據(jù)權利要求1-4的光系統(tǒng)，其特征在于所述控制電路還包括控制器裝置(15)，檢測塊(17)和另一裝置(16)，用于從放大器(11)的輸出端分流光到檢測器塊(17)；將過程值信號(PV)安排為從檢測器塊(17)發(fā)送到控制器裝置(15)；安排反饋過程命令信號(PB)從控制器裝置(15)送到組合裝置(18)；安排該前饋過程命令信號(PF)送到組合裝置(18)；和安排該組合裝置(18)發(fā)送一輸出信號(PD)，以控制放大器(11)。
6．根據(jù)權利要求5的光系統(tǒng)，其特征在于所述組合裝置(18)是一乘法器。
7．根據(jù)權利要求5的光系統(tǒng)，其特征在于所述組合裝置(18)是一加法器。
8．根據(jù)權利要求1-7的光系統(tǒng)，其特征在于控制器裝置(15)包括控制器(15)，具有用于過程值信號(PV)的輸入端，用于設定值信號(SP)的輸入端，和用于反饋過程命令信號(PB)的輸出端；安排過程值信號(PV)依賴于放大器(11)的信道輸出功率；安排設定值信號(SP)，以設定從放大器(11)的要求信道輸出功率。
9．根據(jù)權利要求1-7的任一項的光系統(tǒng)，其特征在于所述控制器裝置(25)是非線性的。
10．根據(jù)權利要求1-9的任一項的光系統(tǒng)，其特征在于該光系統(tǒng)包括用于對通過該放大器的信道的數(shù)量進行計數(shù)的裝置；安排檢測器塊(17)測量所有信道上的總的輸出功率；根據(jù)用信道數(shù)除總的功率來形成所述過程值信號(PV)。
11．根據(jù)權利要求1-9的任一項的光系統(tǒng)，其特征在于將至少一個檢驗信號(A)調(diào)制到在至少一個信道中的其它信號上。
12．根據(jù)權利要求1-9的任一項的光系統(tǒng)，其特征在于安排根據(jù)至少一個檢驗信號(A)在檢測器塊(17)中形成過程值信號(PV)，將它在該系統(tǒng)中為此目的分別安排的至少一個波長信道中發(fā)送，并通過放大器(11)發(fā)送。
13．根據(jù)權利要求11-12的任一項的光系統(tǒng)，其特征在于安排檢測器塊(17)來測量這些信道上的總功率。
14．根據(jù)權利要求11-12的任一項的光系統(tǒng)，其特征在于安排檢測器塊(17)來測量這些信道上的幅度。
15．根據(jù)權利要求1-14的任一項的光系統(tǒng)，其特征在于由于安排由泵激激光器(12)控制放大器(11)并安排通過該輸出信號控制該泵激激光器(12)，故安排由該輸出信號(PF,PD)間接地控制光放大器(11)的輸出功率。
16．一種借助于前饋過程命令信號(PF)調(diào)整光放大器的輸出功率的方法，該光放大器包括至少一個輸入端和至少一個輸出端，通過使用包括前饋塊(14)和第一裝置(16)的控制電路，從放大器的輸入分流光到前饋塊(14)，其特征在于從放大器(11)的輸入分流光到前饋塊(14)，測量對放大器(11)的總的光輸入功率；將前饋過程命令信號(PF)構成為這個輸入功率的非線性函數(shù)，該前饋過程命令信號(PF)控制放大器(11)。
17．根據(jù)權利要求16的方法，其中的控制電路還包括控制器裝置(15)，檢測器塊(17)和另一裝置(16)，用于從放大器(11)的輸出分流光到檢測器塊(17)，其特征在于將過程值信號(PV)從檢測器塊(17)發(fā)送到控制器(15)，將反饋過程命令信號(PB)從控制器(15)發(fā)送到組合裝置(18)，將前饋過程命令信號(PF)發(fā)送到組合裝置(18)，組合裝置(18)發(fā)射輸出信號(PD)，來控制放大器(11)。
18．根據(jù)權利要求17的方法，其特征在于該組合裝置(18)進行乘。
19．根據(jù)權利要求17的方法，其特征在于該組合裝置(18)進行加。
20．根據(jù)權利要求17-19的任一項的方法，其特征在于對通過放大器(11)的信道數(shù)量進行計數(shù)；測量總輸出功率；根據(jù)用信道的數(shù)量除總功率來構成該過程值信號(PV)。
21．根據(jù)權利要求17-19的任一項的方法，其特征在于將至少一個檢驗信號在該系統(tǒng)中為此目的分別安排的至少一個波長信道中發(fā)送，并通過放大器(11)發(fā)送；測量在這個(這些)波長信道中的總功率。
22．根據(jù)權利要求17-19的任一項的方法，其特征在于在該系統(tǒng)中為此目的而分別安排的至少一個波長信道中發(fā)送至少一個檢測信號，所述信道通過放大器(11)；測量在這個(這些)波長信道中的幅度。
23．根據(jù)權利要求17-22的任一項的方法，其特征在于通過控制用來控制放大器的泵激激光器(12)，該輸出信號(PD)控制放大器(11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光系統(tǒng),包括:光放大器(11)具有至少一個輸入和至少一個輸出;控制電路,借助于前饋過程命令信號(PF)調(diào)整放大器(11)的輸出功率,所述控制電路包括前饋塊(24)和第一裝置(13),用于從放大器(11)的輸入分流光到前饋塊(14)。根據(jù)本發(fā)明,設置前饋塊(14)以便測量總的光輸入功率。
文檔編號H04B10/294GK1237293SQ9719956
公開日1999年12月1日 申請日期1997年9月11日 優(yōu)先權日1996年9月13日
發(fā)明者D·多恩達爾, G·福斯伯格, B·約翰松, B·拉格爾斯特倫 申請人:艾利森電話股份有限公司