專(zhuān)利名稱(chēng)：實(shí)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(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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(dòng)增益鎖定的控制方式下，在輸入光強(qiáng)變化或設(shè)定增益改變時(shí)，能夠快速實(shí)現(xiàn)目標(biāo)增 益的鎖定，從而有效保證整個(gè)光通信系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的實(shí)現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制 裝置。
背景技術(shù)：
EDFA(摻鉺光纖放大器)是光通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵器件之一，對(duì)傳輸在光纖中的信 號(hào)進(jìn)行放大，從而有效提升了光信號(hào)的傳輸距離。隨著光網(wǎng)絡(luò)的容量不斷提升，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn) 一步復(fù)雜化，對(duì)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(shí)現(xiàn)目標(biāo)增益仍然是一個(gè)技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)。 EDFA的控制方式分為自動(dòng)電流控制模式(ACC)，自動(dòng)功率控制模式(APC)和自動(dòng) 增益控制模式(AGC)三種。前兩種都較容易實(shí)現(xiàn)，而AGC模式的實(shí)現(xiàn)則較為復(fù)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?cè)鲆娣糯笃?VGA)，需要在輸入 光強(qiáng)變化、設(shè)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(shí)，快速的調(diào)整泵浦電流 (Ipmp)，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)增益的鎖定。 傳統(tǒng)的控制方式為前饋和反饋結(jié)合的控制方式，如美國(guó)專(zhuān)利《Variable Gain OpticalAmplifiers》(專(zhuān)利號(hào)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(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種在傳統(tǒng)的控制算法基礎(chǔ)上，結(jié)合前 饋和反饋的控制模式，能夠有效保證整個(gè)光通信系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的實(shí)現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速 收斂的控制裝置。 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種實(shí)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(qiáng)的依次相連的輸入光電探測(cè)二極管、輸入光探測(cè) 跨導(dǎo)電路和輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及接收摻鉺光纖放大器輸出光強(qiáng)的依次相連的輸出光電 探測(cè)二極管、輸出光探測(cè)跨導(dǎo)電路和輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述的輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器和輸出 光模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出均連接計(jì)算單元，所述的計(jì)算單元輸出經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器和泵浦激光器至 摻鉺光纖。 所述的計(jì)算單元是由數(shù)字處理器構(gòu)成。 本實(shí)用新型所采用的另一種實(shí)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(qiáng)的依次相連的輸入光電探測(cè)二極管、輸入光探測(cè)對(duì)數(shù)放大電 路和輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及接收摻鉺光纖放大器輸出光強(qiáng)的依次相連的輸出光電探測(cè)二 極管、輸出光探測(cè)對(duì)數(shù)放大電路和輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述的輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器和輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出均連接計(jì)算單元，所述的計(jì)算單元輸出經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器和泵浦激光器至摻 鉺光纖。 所述的計(jì)算單元是由數(shù)字處理器構(gòu)成。 本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置，當(dāng)光強(qiáng)變化時(shí)，采用本 實(shí)用新型的調(diào)節(jié)K因子，可以快速實(shí)現(xiàn)高精度的收斂控制。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)就在于結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單；響應(yīng)速度快；實(shí)現(xiàn)增益鎖定準(zhǔn)確度高。相對(duì)于前饋控制方式，解決了增益鎖定精度的 問(wèn)題；相對(duì)于的反饋控制模式，解決了相應(yīng)速度慢的問(wèn)題，成功的將反饋和前饋控制有機(jī)的 結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)快速收斂。

圖1是采用調(diào)K實(shí)現(xiàn)EDFA快速收斂的結(jié)構(gòu)框圖；[0012]圖2是采用PID算法實(shí)現(xiàn)EDFA快速收斂的結(jié)構(gòu)框圖；[0013]圖3是基于對(duì)數(shù)放大電路算法實(shí)現(xiàn)EDFA快速收斂的結(jié)構(gòu)框圖[0014]圖4是前饋因子K與增益之間的關(guān)系圖；[0015]圖5是計(jì)算K的流程圖。其中101 :摻鉺光纖102:輸入光電探測(cè)二極管103:輸入光探測(cè)跨導(dǎo)電路104 :輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器105 :設(shè)定增益值106 :泵浦激光器107 :數(shù)模轉(zhuǎn)換器108 :Kx+B計(jì)算模塊109 :調(diào)節(jié)后的K值111 :輸出光電探測(cè)二極管112:輸出光探測(cè)跨導(dǎo)電路113:輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器114 :ASE計(jì)算模塊208 :PID計(jì)算模塊209 :調(diào)節(jié)后的P值210 :Error的計(jì)算模塊303 :輸入光探測(cè)對(duì)數(shù)放大電路308 :對(duì)數(shù)查找表312 :輸出光探測(cè)對(duì)數(shù)放大電路
具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)摻鉺光纖放大器快速收斂的控制裝置 做出詳細(xì)說(shuō)明。 在PID控制中，如果僅有P，那么會(huì)引入靜差，即調(diào)節(jié)量和目標(biāo)值之間存在一個(gè)固 定的差值。反饋控制中，我們能夠獲得目標(biāo)值與實(shí)際值的差值，但如何通過(guò)這個(gè)差值進(jìn)行計(jì) 算輸出量才是關(guān)鍵。當(dāng)P的大小無(wú)法準(zhǔn)確得出，可以才加入I來(lái)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的一種模 式，而D則是為了加快這個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程而加入的。 如果在計(jì)算誤差的同時(shí)，還進(jìn)行P值大小的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快速的收斂控制， 就可以擺脫P(yáng)ID算法的模式了。這種計(jì)算方式可以簡(jiǎn)單的描述為將調(diào)節(jié)前饋的Kx+B的K 因子，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的目標(biāo)增益鎖定。 這種將前饋和反饋結(jié)合的調(diào)K控制模式的關(guān)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(dāng)K較為線性的話，則利用線性插值調(diào)節(jié)方式時(shí)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(guān)系圖中看出。 所用的計(jì)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(jì)算，(502)為調(diào)K的增益因子Gaink的計(jì)算 公式，(503)為K因子的計(jì)算公式，內(nèi)插法從表中插值計(jì)算得出對(duì)應(yīng)Gaink的K值，(504)為 K因子的另一種計(jì)算公式，利用比例積分微分法(PID)得出對(duì)應(yīng)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(shè)定量(Gain)之間的單 調(diào)關(guān)系和實(shí)際操作中K的計(jì)算公式。 本實(shí)用新型的核心在于改進(jìn)傳統(tǒng)的前饋Kx+B和反饋PID算法的振蕩收斂方式，引 入動(dòng)態(tài)可調(diào)節(jié)K因子，實(shí)現(xiàn)快速的目標(biāo)功率收斂。為此提供一種實(shí)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(shí)用新型的實(shí)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(qiáng)Pin的依次相連的輸入光電探測(cè)二極管(PinPD)102、輸 入光探測(cè)跨導(dǎo)電路(PinTIA)103和輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器(PinADC)104，以及接收摻鉺光纖放 大器輸出光強(qiáng)P。ut的依次相連的輸出光電探測(cè)二極管(P。utPD)lll、輸出光探測(cè)跨導(dǎo)電路 (P。utTIA) 112和輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器(P。ut ADC) 113，所述的輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器104和輸出光模 數(shù)轉(zhuǎn)換器113的輸出均連接計(jì)算單元A，所述的計(jì)算單元A輸出經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器107和泵浦激 光器(PUMP) 106至摻鉺光纖101。其中所述的計(jì)算單元A是由數(shù)字處理器構(gòu)成。 如圖3所示，本實(shí)用新型的實(shí)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(qiáng)Pin的依次相連的輸入光電探測(cè)二極管(PinPD) 102、 輸入光探測(cè)對(duì)數(shù)放大電路(Pinlog Amp)303和輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器(PinADC) 104，以及接收摻
鉺光纖放大器輸出光強(qiáng)P。ut的依次相連的輸出光電探測(cè)二極管(P。utPD)lll、輸出光探測(cè)對(duì)
數(shù)放大電路(P。ut log Amp)312和輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器(P。ut ADC)113，所述的輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換 器104和輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器113的輸出均連接計(jì)算單元B，所述的計(jì)算單元B輸出經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn) 換器107和泵浦激光器106至摻鉺光纖101。所述的計(jì)算單元B是由數(shù)字處理器構(gòu)成。 參考圖1、圖2，用于本實(shí)用新型的實(shí)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(qiáng)Pin和輸出光強(qiáng)P。ut按設(shè)定比例分別對(duì)應(yīng)進(jìn)入輸 入光電探測(cè)二極管102和輸出光電探測(cè)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(duì)應(yīng)的通過(guò)輸入光探測(cè)跨導(dǎo)電路103和輸出光探測(cè)跨導(dǎo)電路112轉(zhuǎn)換為電壓信 號(hào)；將所轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)分別經(jīng)輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器104和輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器113生成輸入 光強(qiáng)值和輸出光強(qiáng)值；將輸入光強(qiáng)值和輸出光強(qiáng)值分別輸入到計(jì)算單元B計(jì)算出PUMP輸出 結(jié)果并傳遞給模轉(zhuǎn)換器107，驅(qū)動(dòng)泵浦激光器106，產(chǎn)生泵浦光并進(jìn)入摻鉺光纖IOI，實(shí)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(jì)算單元B包括有已存入的系統(tǒng)設(shè)定增益量105和自發(fā)輻射 量114，所述計(jì)算單元B中的計(jì)算過(guò)程是將所述的輸入光強(qiáng)值、輸出光強(qiáng)值、系統(tǒng)設(shè)定增益量105和自發(fā)輻射量114代入增益偏差量Gain^的計(jì)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(jì)算公式503或者504計(jì)算得到實(shí)際的 K值109 ;將實(shí)際的K值109和輸入光強(qiáng)值代入前饋計(jì)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(guò)定標(biāo)得到，x為輸入光，從而計(jì)算出PUMP(泵浦激光器)輸出結(jié)果。 如圖2所示，所述的計(jì)算單元B包括有已存入的系統(tǒng)設(shè)定增益量105和自發(fā)輻射 量114，所述計(jì)算單元B中的計(jì)算過(guò)程是將輸入光強(qiáng)值、輸出光強(qiáng)值、系統(tǒng)設(shè)定增益量105 和自發(fā)輻射量114代入Error(系統(tǒng)誤差)計(jì)算模塊210 (Error (mW) = (P。ut(實(shí)際輸出， mW)-ASE(mW)-(P。ut(目標(biāo)輸出，mW)))，得出系統(tǒng)偏差的絕對(duì)功率值并根據(jù)該偏差的絕對(duì)功 率值來(lái)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(duì)功率值代入PID(比例積分微分) 計(jì)算模i央208(PID(mW) =PXError+IX E Error+DX AError)得出反饋調(diào)節(jié)量，同時(shí)將輸 入光強(qiáng)值代入前饋計(jì)算公式Kx+B(其中的K、 B為前饋控制因子，通過(guò)定標(biāo)得到，x為輸入 光)得出前饋調(diào)節(jié)量；將經(jīng)PID計(jì)算模塊208計(jì)算的值反饋調(diào)節(jié)量與經(jīng)前饋計(jì)算公式Kx+B 計(jì)算的值前饋調(diào)節(jié)量相加，從而計(jì)算出PUMP(泵浦激光器)輸出結(jié)果。 參考圖3，用于本實(shí)用新型的實(shí)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(qiáng)Pin和輸出光強(qiáng)P。ut按設(shè)定比例分別對(duì)應(yīng)進(jìn) 入輸入光電探測(cè)二極管102和輸出光電探測(cè)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(duì)應(yīng)的通過(guò)輸入光探測(cè)對(duì)數(shù)放大電路303和輸出光探測(cè)對(duì)數(shù)放大電路312 轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；將所轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)分別經(jīng)輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器104和輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器 113生成輸入光強(qiáng)值和輸出光強(qiáng)值；將輸入光強(qiáng)值和輸出光強(qiáng)值分別輸入到計(jì)算單元B計(jì) 算出PUMP輸出結(jié)果并傳遞給模轉(zhuǎn)換器107，驅(qū)動(dòng)泵浦激光器106，產(chǎn)生泵浦光并進(jìn)入摻鉺光 纖101，實(shí)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(jì)算單元B包括有已存入的系統(tǒng)設(shè)定增益量105和自發(fā)輻射量114，所 述計(jì)算單元B中的計(jì)算過(guò)程是將所述的輸入光強(qiáng)值、輸出光強(qiáng)值、系統(tǒng)設(shè)定增益量105和 自發(fā)輻射量114代入增益偏差量GainOT的計(jì)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(jì)算公式503或者504的計(jì)算得到實(shí)際的K值 109 ;將輸入光強(qiáng)值通過(guò)對(duì)數(shù)查找表308得到輸入光功率值；將實(shí)際的K值109和輸入光功 率值代入前饋計(jì)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(guò)定標(biāo)得 到，x為輸入光，從而計(jì)算出PUMP(泵浦激光器)輸出結(jié)果。 圖5是計(jì)算K的流程圖。其中601是數(shù)據(jù)采集模塊，602為誤差計(jì)算模塊，603為 增益因子的Gaink計(jì)算模塊，604為K因子計(jì)算模塊，605為Kx+B的計(jì)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(dāng)數(shù)據(jù)采集601完成后，計(jì)算系統(tǒng)的誤差602，通過(guò)誤差 得出增益調(diào)節(jié)因子603并計(jì)算K值的調(diào)節(jié)量604，更新后的K因子作用于輸入光強(qiáng)值x，計(jì) 算得到輸出量605，并通過(guò)數(shù)據(jù)輸出模塊606輸出。在該流程中，通過(guò)對(duì)輸入光強(qiáng)和輸出光 強(qiáng)的實(shí)時(shí)變化進(jìn)行比對(duì)，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(quán)利要求一種實(shí)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(qiáng)(Pin)的依次相連的輸入光電探測(cè)二極管(102)、輸入光探測(cè)跨導(dǎo)電路(103)和輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器(104)，以及接收摻鉺光纖放大器輸出光強(qiáng)(Pout)的依次相連的輸出光電探測(cè)二極管(111)、輸出光探測(cè)跨導(dǎo)電路(112)和輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器(113)，所述的輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器(104)和輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器(113)的輸出均連接計(jì)算單元(A)，所述的計(jì)算單元(A)輸出經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(107)和泵浦激光器(106)至摻鉺光纖(101)。
2 . 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)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(jì)算單元(A)是由數(shù)字處理器構(gòu)成。
3. —種實(shí)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(qiáng)(Pin)的依次相連的輸入光電探測(cè)二極管(102)、輸入光探測(cè)對(duì)數(shù)放大 電路(303)和輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器(104)，以及接收摻鉺光纖放大器輸出光強(qiáng)(P。ut)的依次 相連的輸出光電探測(cè)二極管(111)、輸出光探測(cè)對(duì)數(shù)放大電路(312)和輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (113)，所述的輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器(104)和輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器(113)的輸出均連接計(jì)算單元 (B)，所述的計(jì)算單元(B)輸出經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(107)和泵浦激光器(106)至摻鉺光纖(101)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)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(jì)算單元(B)是由數(shù)字處理器構(gòu)成。
專(zhuān)利摘要一種實(shí)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(qiáng)的依次相連的輸入光電探測(cè)二極管、輸入光探測(cè)跨導(dǎo)電路和輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及接收摻鉺光纖放大器輸出光強(qiáng)的依次相連的輸出光電探測(cè)二極管、輸出光探測(cè)跨導(dǎo)電路和輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器，輸入光模數(shù)轉(zhuǎn)換器和輸出光模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出均連接計(jì)算單元，計(jì)算單元輸出經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器和泵浦激光器至摻鉺光纖。計(jì)算單元是由數(shù)字處理器構(gòu)成。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；響應(yīng)速度快；實(shí)現(xiàn)增益鎖定準(zhǔn)確度高。相對(duì)于前饋控制方式，解決了增益鎖定精度的問(wèn)題；相對(duì)于的反饋控制模式，解決了相應(yīng)速度慢的問(wèn)題，成功的將反饋和前饋控制有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)快速收斂。
文檔編號(hào)H04B10/17GK201550125SQ20092025041
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者何俊, 印新達(dá), 李春雨, 江毅, 龍浩 申請(qǐng)人:武漢光迅科技股份有限公司