專利名稱：基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光通訊領域，更具體地說，涉及一種基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的 分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)。
背景技術：
在光纖通信系統(tǒng)中，光纖放大器的研制成功與應用，促進了真正意義上密集波分 復用技術(DWDM)的發(fā)展，引起了光纖通信領域的重大變革。光纖放大器是DWDM光纖通信 系統(tǒng)的支柱，由于放大器處于飽和狀態(tài)，信道上下路會引起剩余信道功率變化，發(fā)生瞬態(tài)效 應，引起明顯的非線性效應，導致系統(tǒng)信噪比降低而。因此光纖放大器性能與控制是提高 光纖通信系統(tǒng)容量和距離的關鍵技術之一。拉曼放大器(FRA)因為其靈活的增益波段和 IOOnm的增益帶寬而被廣泛應用。分布式拉曼放大器的一大優(yōu)勢是增益帶寬很寬，對于長距 離傳輸，傳輸距離越長，傳輸系統(tǒng)所受環(huán)境和各種不可測因素影響也越大，增益將會產生明 顯的隨機波動；波長數(shù)量的增減也會使得增益波動非常劇烈。光纖放大器信噪比與增益特 性是放大器系統(tǒng)的主要性能指標，增益波動的積累將嚴重地影響信號的誤碼率，所以增益 的平坦就成了一個很重要問題。當較多的光纖信道存在時，由于需要逐個信道處理，控制耗 時的問題就更加突出。在現(xiàn)有的技術中，由于沒有采取實時的增益控制或控制時耗時較長， 其增益的平坦度并不理想。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述由于沒有采取實時的增 益控制或控制時耗時較長，其增益的平坦度并不理想缺陷，提供一種控制時間較短，其增益 平坦度較為理想的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種基于現(xiàn)場可編程邏輯 陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)，包括監(jiān)測所述拉曼放大器輸出功率的輸出功率監(jiān)測單 元，取得所述拉曼放大器泵浦激光器參數(shù)的泵浦參數(shù)監(jiān)測單元，控制所述泵浦激光器功率 的泵浦功率控制單元、與外界連接的接口單元以及接收并運算或處理所述功率監(jiān)測單元、 所述泵浦參數(shù)監(jiān)測單元和所述接口單元輸出的信號并輸出控制信號的控制單元，所述輸出 功率監(jiān)測單元、泵浦參數(shù)監(jiān)測單元和泵浦功率控制單元分別與所述控制單元并行連接；所 述接口單元與所述控制單元連接。在本實用新型所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)中， 所述泵浦參數(shù)監(jiān)測單元包括激光功率監(jiān)測子單元、溫度監(jiān)測子單元以及工作電流監(jiān)測子單 元，所述各子單元分別連接在所述泵浦激光器和所述控制單元之間。在本實用新型所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)中， 所述每個子單元包括由所述泵浦激光器取得參數(shù)值的參數(shù)取得接口電路、放大所述參數(shù)取 得接口電路輸出值的第一放大器以及將所述放大器輸出值進行模數(shù)轉換并輸出到所述控 制單元的模數(shù)轉換電路。
3[0007]在本實用新型所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)中， 所述泵浦功率控制單元包括將所述控制單元輸出的泵浦激光器功率控制信號進行數(shù)模轉 換的數(shù)模轉換電路，將所述數(shù)模轉換電路輸出放大并傳送到所述泵浦激光器控制端的第二 放大器。在本實用新型所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)中， 所述泵浦激光器包括多個，其輸出通過波分復用匯集到光纖。在本實用新型所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)中， 所述輸出功率監(jiān)測單元包括由所述通過波分復用匯集后的光纖處按比例取出所述光信號 功率的耦合器，將所述取得的光信號功率按其信道分開的解復用裝置，多個分別連接在所 述解復用裝置各信道輸出端并將其輸出的光信號轉換為電信號的光電探測器，分別與所述 光電探測器輸出連接并將該信號放大的信道放大器，與所述各信道放大器輸出連接并從其 輸出中選擇輸出的多路選擇器，多個分別與所述多路選擇器輸出連接并將其信號進行模數(shù) 轉換后輸送到所述控制單元的信道功率模數(shù)轉換電路。在本實用新型所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)中， 所述輸出功率監(jiān)測單元中的光電探測器和信道放大器一一對應且分別為多個，其信道功率 模數(shù)轉換電路至少為一個。在本實用新型所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)中， 所述接口單元包括分別與所述控制單元連接的RS232接口和以太網(wǎng)接口。在本實用新型所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)中， 還包括與所述控制單元連接、用于存儲數(shù)據(jù)和程序的存儲模塊，所述存儲模塊包括分別與 所述控制單元連接的閃存存儲器、SRAM和SDRAM。實施本實用新型的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)，具有 以下有益效果由于將每個光纖信道的各種參數(shù)都并行取得或輸出，其能在較多光纖信道 的情況下以較短的時間實現(xiàn)各信道的控制，從而使得其增益平坦度較為理想。
圖1是本實用新型基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)實施 例的結構框圖；圖2是所述實施例的各單元的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型實施例作進一步說明。如圖1所示，在本實用新型基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系 統(tǒng)實施例中，包括如下部分控制單元1、輸出功率監(jiān)測單元2、泵浦功率控制單元3、泵浦參 數(shù)監(jiān)測單元4、拉曼放大器6、接口單元7、存儲模塊8以及傳輸光信號的光纖5。其中，輸出 功率監(jiān)測單元2、泵浦功率控制單元3、泵浦參數(shù)監(jiān)測單元4、接口單元7、存儲模塊8分別與 控制單元1相連，同時輸出功率監(jiān)測單元2、泵浦功率控制單元3、泵浦參數(shù)監(jiān)測單元4還分 別與拉曼放大器6的輸出端或控制端或狀態(tài)輸出端連接，形成控制環(huán)，完成由參數(shù)取得、參 數(shù)處理或運算到輸出控制參數(shù)使得拉曼放大器處于設定或預想的狀態(tài)的整個對拉曼控制 器的控制功能。具體而言，輸出功率監(jiān)測單元2監(jiān)測拉曼放大器6輸出功率，并將其得到的信號經
4過處理、放大、模數(shù)轉換后發(fā)送到控制單元1，使得控制單元1可以得知當前拉曼放大器6的 輸出功率；泵浦參數(shù)監(jiān)測單元4分別取得拉曼放大器泵浦激光器的各個參數(shù)，并分別將這 些參數(shù)處理后傳送到上述控制單元1 ；泵浦功率控制單元3接受上述控制單元1輸出的泵 浦控制信號(這些控制信號是由上述控制單元1在對一個泵浦激光器的參數(shù)進行處理后得 到的)，并處理該控制信號，使其符合泵浦激光器的要求后將其傳送到泵浦激光器；而控制 單元1則接收并運算或處理上述信號，輸出控制信號控制所述泵浦激光器功率；接口單元 7用于將上述各部分通過控制單元1與外界連接，接收外界傳來的信號或數(shù)據(jù)，并將外界所 需要的數(shù)據(jù)傳送出去，例如可以通過上述接口電路取得上一級放大器的輸出功率，使得上 述控制單元1可以得知上一級放大器是否出現(xiàn)異常便于判斷 是否在本級采取措施等等；存 儲模塊8用于上述過程中的參數(shù)和結果的存儲，以及存儲控制單元1進行參數(shù)運算所需的 程序等。在本實施例中，上述各部份都設置在一個現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)上，因此，即 使是在具有多個泵浦激光器或多個拉曼放大器的情況下，上述輸出功率監(jiān)測單元2、泵浦參 數(shù)監(jiān)測單元4和泵浦功率控制單元3也能夠分別與所述控制單元并行連接；此外，上述接口 單元7和存儲模塊8與上述控制單元1連接。參見圖2，泵浦參數(shù)監(jiān)測單元4包括多個子單元，因為即使是一個泵浦激光器，也 需要監(jiān)測其多個參數(shù)，這些子單元相互之間互不相連，而是直接連接在上述泵浦激光器及 控制單元1之間。在本實施例中，這些子單元為激光功率監(jiān)測子單元41、溫度監(jiān)測子單元42 以及工作電流監(jiān)測子單元43，上述各子單元分別連接在泵浦激光器和控制單元1之間。這 些子單元的輸入分別連接在上述泵浦激光器的相應的監(jiān)測端，其輸出分別連接在上述控制 單元1的不同的數(shù)據(jù)輸入端。例如，溫度監(jiān)測子單元42的輸入連接在泵浦激光器的溫度值 輸出端或通過外接的溫度傳感器單元取得該泵浦激光器的溫度值后輸出到上述溫度監(jiān)測 子單元42的輸入端；溫度監(jiān)測子單元42的輸出連接在上述控制單元1的一個數(shù)據(jù)輸入端 上，該數(shù)據(jù)輸入端被定義為該泵浦激光器的溫度輸入端。此外，更進一步地，上述每個子單 元都包括由上述泵浦激光器取得參數(shù)值的參數(shù)取得接口電路(圖中未示出)、放大所述參 數(shù)取得電路輸出值的第一放大器(如圖2中的421)以及將所述放大器(如圖2中的421) 輸出值進行模數(shù)轉換并輸出到上述控制單元1的模數(shù)轉換電路(如圖2中的422)。在本實 施例中，上述每個泵浦參數(shù)監(jiān)測單元4的子模塊都包括上述參數(shù)取得接口電路、放大器及 模數(shù)轉換電路。在本實施例中，上述泵浦功率控制單元3包括將上述控制單元1輸出的泵浦激光 器功率控制信號進行數(shù)模轉換的數(shù)模轉換電路31，將所述數(shù)模轉換電路31輸出放大并傳 送到所述泵浦激光器控制端的第二放大器32。其用于將控制單元1以數(shù)字信號形式輸出的 功率控制信號轉換為適于泵浦激光器的模擬信號，控制泵浦激光器的功率。在本實施例中，泵浦激光器可以包括多個，其輸出通過波分復用匯集到光纖。圖2 示出了在具有兩個泵浦激光器時的情況，值得一提的是，每個泵浦激光器都分別具有其對 應的泵浦參數(shù)監(jiān)測單元4和泵浦功率控制單元3，而且每個泵浦參數(shù)監(jiān)測單元4都包括上述 的各子單元。同時，不管多少個泵浦激光器，其泵浦參數(shù)監(jiān)測單元4 (包括多個子單元)與 泵浦功率控制單元3的輸出或輸入，都是分別被連接在控制單元1的不同數(shù)據(jù)輸入/輸出 端的。由于在光纖中存在各種波長的信號(具體而言是多個信道)，因此，在監(jiān)測拉曼放大器的輸出功率時，需要將上述各種波長(信道)的光單獨測量其功率，以判斷某一信道的 增益是否合適。因此，在本實施例中，輸出功率監(jiān)測單元2包括由所述通過波分復用匯集后 的光纖處按比例取出所述光信號功率的耦合器21，將所述取得的光信號功率按其信道分開 的解復用裝置22，多個分別連接在所述解復用裝置各信道輸出端并將其輸出的光信號轉換 為電信號的光電探測器23，分別與所述光電探測器23輸出連接并將該信號放大的信道放 大器24，與所述各信道放大器24輸出連接并從其輸出中選擇輸出的多路選擇器25，多個分 別與所述多路選擇器25輸出連接并將其信號進行模數(shù)轉換后輸送到所述控制單元1的信 道功率模數(shù)轉換電路26。在本實施例中，如圖2所示，光電探測器23和信道放大器24分別 為8個，這些光電探測器23和信道放大器24 —一對應，有多少個光電探測器23就有相同 數(shù)目的信道放大器24分別與其連接。而信道功率模數(shù)轉換電路26為2個，即上述多路選 擇器25為8選2的選擇器。在本實施例中，上述輸出功率檢測單元2的設置使得控制單元 1可以取得光纖中存在信道的具有代表性的信號功率值，并對其進行判斷、處理。在特殊的 情況下，還可以通過控制上述多路選擇器25，分別取得每個信道的信號功率值或較多信道 數(shù)(例如4個信道)的信號功率值，用于判斷拉曼放大器的輸出功率值。此外，在本實施例中，接口單元7包括分別與所述控制單元1連接的RS232接口 71 和以太網(wǎng)接口 72 ；還包括與所述控制單元1連接、用于存儲數(shù)據(jù)的存儲模塊8，存儲模塊8 包括分別與所述控制單元1連接的閃存存儲器81、SRAM83和SDRAM 82?？傊诒緦嵤├?，如圖2所示，泵浦激光器組輸出的光功率經過合波器后通過 光接口輸出，實現(xiàn)拉曼放大，放大后的信號光從合波器輸出，系統(tǒng)中有8個信道，在信號光 輸出光接口的內側，使用比例耦合器采集信號光功率，得到輸出信號光功率的檢測量。泵浦 激光器組由2個激光器組成，2個激光器通過與泵浦驅動電路相連，泵浦激光器組在正常工 作時可以輸出滿足要求的激光輻射。在輸出功率監(jiān)測單元2中包括8路光電探測器PDl至 PD8，8路信道放大器電路AMPl至AMP8，8選2多路選擇器MUX8-2，信道A/D轉換電路A/D1 和A/D2等。光電探測器23通常為光電檢測二極管，對輸出信號光功率的檢測量進行光電 轉換，形成模擬電信號。然后輸入到信道放大器24中，經過適當放大后在經過多路選擇器 25輸出至信道AD電路26進行AD轉換，以數(shù)字信號方式獲得信號輸出功率的檢測值，輸出 到FPGA中的控制單元1，控制單元1將該值作為光信號的平均功率的參考量，用以計算放 大器的當前增益。此部分功能完成對信號光的功率監(jiān)測功能?？刂茊卧?對輸入的光信號 平均功率進行運算后，根據(jù)當前增益值、配置增益值進行判斷，得到相應的增益值和泵浦激 光器驅動電流等參數(shù)，通過D/A轉換電路D/A14和D/A24以及AMP14和AMP24驅動，產生相 應的拉曼增益，對需要進行增益調節(jié)的泵浦激光器自動進行增益和增益平坦性控制。其中 AMP14和AMP24為泵浦激光器組提供驅動電流。如當需要控制泵浦激光器PUMPl的輸出功 率時，F(xiàn)PGA控制D/A14轉換電路的輸出端口，向D/A14轉換電路輸出數(shù)據(jù)，經過D/A轉換后 得到模擬工作電流，再經過放大器AMP14后送到泵PMUPl的控制端?？刂茊卧?還可以對泵浦激光器組的激光功率、溫度和工作電流參數(shù)進行監(jiān)測。 以泵浦激光器PUMPl為例，放大器組分別與泵浦激光器相連。放大器AMPll是PUMPl的功 率監(jiān)控接口 ；AMP12是其溫度監(jiān)控接口 ；AMP13是其工作電流監(jiān)控接口 ；各放大器對監(jiān)測電 流進行放大后，經過相應的A/D轉換電路A/Dll、A/D12和A/D13轉換為數(shù)字信號輸入到控 制單元1，如當需要檢測PUMPl的輸出功率時，F(xiàn)PGA控制A/D11電路的輸入端口，檢測端輸出的信號經過AMPll放大后輸入到A/D11電路實現(xiàn)AD轉換，然后輸出到控制單元1?？刂?單元1可以完成對這些數(shù)據(jù)的運算，存儲，以及輸出顯示等功能。泵浦參數(shù)監(jiān)測單元還可以 根據(jù)激光器的數(shù)量、進行檢測和控制的參數(shù)數(shù)量進行增減，以實現(xiàn)多路檢測和控制。上述控制單元1所在的FPGA其外圍的FLASH、SRAM、SDRAM以及RS232和ETHERNET 輸入/輸出接口構成一個最小控制系統(tǒng)，各組成之間通過數(shù)據(jù)線和控制線相連。其中FLASH 可以用于存儲硬件配置和軟件程序等。SRAM可以用于FPGA運行過程中的動態(tài)程序的存儲。 SDRAM可以用于運算過程中參數(shù)的緩存等。RS232可以實現(xiàn)系統(tǒng)和PC機的接口，用于對系 統(tǒng)進行配置和參數(shù)顯示等功能。ETHERNET接口用于從網(wǎng)絡收發(fā)遠端的增益配置等參數(shù)。以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細， 但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通 技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬 于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求1.一種基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)，其特征在于，包括監(jiān) 測所述拉曼放大器輸出功率的輸出功率監(jiān)測單元，取得所述拉曼放大器泵浦激光器參數(shù)的 泵浦參數(shù)監(jiān)測單元，控制所述泵浦激光器功率的泵浦功率控制單元、與外界連接的接口單 元以及接收并運算或處理所述功率監(jiān)測單元、所述泵浦參數(shù)監(jiān)測單元和所述接口單元輸出 的信號并輸出控制信號的控制單元，所述輸出功率監(jiān)測單元、泵浦參數(shù)監(jiān)測單元和泵浦功 率控制單元分別與所述控制單元并行連接；所述接口單元與所述控制單元連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)，其 特征在于，所述泵浦參數(shù)監(jiān)測單元包括激光功率監(jiān)測子單元、溫度監(jiān)測子單元以及工作電 流監(jiān)測子單元，所述各子單元分別連接在所述泵浦激光器和所述控制單元之間。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)，其 特征在于，所述每個子單元包括由所述泵浦激光器取得參數(shù)值的參數(shù)取得接口電路、放大 所述參數(shù)取得接口電路輸出值的第一放大器以及將所述放大器輸出值進行模數(shù)轉換并輸 出到所述控制單元的模數(shù)轉換電路。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)，其 特征在于，所述泵浦功率控制單元包括將所述控制單元輸出的泵浦激光器功率控制信號進 行數(shù)模轉換的數(shù)模轉換電路，將所述數(shù)模轉換電路輸出放大并傳送到所述泵浦激光器控制 端的第二放大器。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)，其 特征在于，所述泵浦激光器包括多個，其輸出通過波分復用匯集到光纖。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)，其 特征在于，所述輸出功率監(jiān)測單元包括由所述通過波分復用匯集后的光纖處按比例取出所 述光信號功率的耦合器，將所述取得的光信號功率按其信道分開的解復用裝置，多個分別 連接在所述解復用裝置各信道輸出端并將其輸出的光信號轉換為電信號的光電探測器，分 別與所述光電探測器輸出連接并將該信號放大的信道放大器，與所述各信道放大器輸出 連接并從其輸出中選擇輸出的多路選擇器，多個分別與所述多路選擇器輸出連接并將其信 號進行模數(shù)轉換后輸送到所述控制單元的信道功率模數(shù)轉換電路。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)，其 特征在于，所述輸出功率監(jiān)測單元中的光電探測器和信道放大器一一對應且分別為多個， 其信道功率模數(shù)轉換電路至少為一個。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)，其 特征在于，所述接口單元包括分別與所述控制單元連接的RS232接口和以太網(wǎng)接口。
9.根據(jù)權利要求8所述的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)，其 特征在于，還包括與所述控制單元連接、用于存儲數(shù)據(jù)和程序的存儲模塊，所述存儲模塊包 括分別與所述控制單元連接的閃存存儲器、SRAM和SDRAM。
專利摘要本實用新型涉及一種基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)，包括監(jiān)測所述拉曼放大器輸出功率的輸出功率監(jiān)測單元，取得所述拉曼放大器泵浦激光器參數(shù)的泵浦參數(shù)監(jiān)測單元，控制所述泵浦激光器功率的泵浦功率控制單元、與外界連接的接口單元以及接收并運算或處理上述信號并輸出控制信號的控制單元，所述輸出功率監(jiān)測單元、泵浦參數(shù)監(jiān)測單元和功率控制單元分別與所述控制單元并行連接；所述接口單元與所述控制單元連接。實施本實用新型的基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列的分布式拉曼放大器控制系統(tǒng)，具有以下有益效果使得其增益平坦度較為理想。
文檔編號H04B10/17GK201878152SQ20102012457
公開日2011年6月22日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權日2010年3月5日
發(fā)明者洪澤華, 虞愛華, 謝寶輝, 賀威, 靳偉, 高致慧, 黃必昌 申請人:深圳大學, 賀威, 高致慧, 黃必昌