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波分復(fù)用通信系統(tǒng)中光纖拉曼放大器的信道功率均衡方法

文檔序號(hào):7592437閱讀:144來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:波分復(fù)用通信系統(tǒng)中光纖拉曼放大器的信道功率均衡方法
技術(shù)領(lǐng)域
波分復(fù)用通信系統(tǒng)中光纖拉曼放大器的信道功率均衡方法屬于高速寬帶光纖通信與光放大器技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及波分復(fù)用(WDM)光纖通信網(wǎng)絡(luò)中信道功率動(dòng)態(tài)均衡的方法及其功率均衡的光纖拉曼放大器(FRA)。
背景技術(shù)
波分復(fù)用(WDM)光纖通信是現(xiàn)代通信系統(tǒng)的支柱之一,目前正向更高速率、更大容量、更長(zhǎng)距離的方向發(fā)展;另外,寬帶用戶接入設(shè)備的使用和交互式多媒體傳輸?shù)刃略鰳I(yè)務(wù)的開(kāi)展,以實(shí)現(xiàn)高速大容量寬帶綜合業(yè)務(wù)為目標(biāo)的WDM光通信網(wǎng)絡(luò)成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研發(fā)的“熱點(diǎn)”。作為新一代的光放大技術(shù),光纖拉曼放大器(FRA)以其獨(dú)具的低噪聲、寬頻帶、工作波段靈活的優(yōu)異特性而顯示出在高速、大容量、長(zhǎng)距離WDM光纖通信網(wǎng)絡(luò)中誘人的應(yīng)用前景。
FRA的工作原理是利用高功率激光泵浦傳輸光纖自身的非線性光學(xué)效應(yīng)—受激拉曼散射(SRS)—將光信號(hào)直接放大。比如,將14××nm波段的泵浦光注入常規(guī)石英傳輸光纖,即可在15××nm波段獲得光增益。與摻鉺光纖放大器(EDFA)相比,F(xiàn)RA具有以下重要特點(diǎn)1、FRA的工作波段決定于泵浦波長(zhǎng),用適當(dāng)波長(zhǎng)的泵浦光可在光纖的整個(gè)傳輸帶寬范圍(1292-1660nm)內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬帶光放大,易于擴(kuò)展新的通信波段。
2、FRA具有較寬的增益譜,單個(gè)波長(zhǎng)泵浦的本征拉曼增益譜平坦范圍約20nm,采用適當(dāng)功率配比的多個(gè)波長(zhǎng)泵浦可將增益譜進(jìn)一步展寬。
3、FRA可利用傳輸光纖作增益介質(zhì)而構(gòu)成分布式放大器,具有良好的噪聲特性,信號(hào)光在傳輸光纖中的最低功率相對(duì)較高,因而可以獲得更高的信噪比,有助于增加段間距、延長(zhǎng)傳輸鏈路以及便于舊系統(tǒng)的容量升級(jí)。
WDM光通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行要求光放大器對(duì)多個(gè)波長(zhǎng)的傳輸信道進(jìn)行均衡放大。這里所述“動(dòng)態(tài)均衡”具體包括1.在對(duì)確定傳輸帶寬內(nèi)的多個(gè)等功率信道(λi)同時(shí)放大時(shí),應(yīng)能為各信道提供基本相同的光增益G(λi);在對(duì)模擬信號(hào)放大時(shí),微分增益dG(λ)/dλ應(yīng)盡可能小,即光放大器應(yīng)具有平坦的增益譜。2.當(dāng)信道數(shù)目改變時(shí),應(yīng)保持恒定的平坦增益譜(稱為增益箝制);當(dāng)信道功率改變或信道功率和信道數(shù)目同時(shí)改變時(shí),應(yīng)自動(dòng)調(diào)整平坦增益譜的幅度而保持恒定的信道輸出功率譜(稱為功率箝制)。
本發(fā)明人曾在“實(shí)現(xiàn)WDM系統(tǒng)信道功率動(dòng)態(tài)均衡的方法及其均衡光放大器”的專利(專利號(hào)ZL 97 2 248965.5)中描述了同時(shí)實(shí)現(xiàn)EDFA輸出功率譜平坦和箝制的方法采用在EDFA中插入損耗補(bǔ)償濾波器使靜態(tài)增益譜平坦化;采用在EDFA中插入可調(diào)光衰減器(VOA)來(lái)調(diào)整EDFA的增益值;基于增益譜由平均粒子反轉(zhuǎn)度決定的物理機(jī)制,通過(guò)線性控制VOA和泵浦功率實(shí)現(xiàn)信道功率的箝制。
然而,上述方法用于寬帶、大容量、長(zhǎng)距離系統(tǒng)時(shí)將受到很大的限制。原因有二1.在寬帶、大容量、長(zhǎng)距離系統(tǒng)中,信道間由于SRS作用,存在著明顯的功率轉(zhuǎn)移,其表現(xiàn)為輸出功率的傾斜,文獻(xiàn)“Experimental Investigation of Stimulated Raman ScatteringLimitation on WDM Transmission Over Various Types of Fiber Infrastructures,”(IEEE PhotonicsTechnology Letters,Vol.11,No.6,671-673,1999)對(duì)此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)報(bào)道,如圖.1所示。并且傾斜度隨輸入信道功率及信道數(shù)目的變化而變化。上述方法不能用于調(diào)整輸出功率譜的傾斜程度。
2.在寬帶、大容量、長(zhǎng)距離系統(tǒng)中,由于傳輸帶寬非常寬(80~120nm),通常采用FRA+(C/L)EDFA的混合放大結(jié)構(gòu)或分布式FRA+分立式FRA的全拉曼放大結(jié)構(gòu)。對(duì)于全拉曼放大結(jié)構(gòu),無(wú)法使用上述方法;而對(duì)于混合放大結(jié)構(gòu),C-EDFA和L-EDFA需要分別控制,控制方法相對(duì)復(fù)雜,也不能完全采用上述的方法。
目前,在采用FRA的WDM系統(tǒng)中,通常每隔數(shù)個(gè)級(jí)聯(lián)放大節(jié)點(diǎn)加入一個(gè)集總動(dòng)態(tài)功率均衡器,對(duì)畸變的信道功率譜進(jìn)行集中整形,使各傳輸信道的功率相等。這種動(dòng)態(tài)功率均衡器主要有兩種1.解復(fù)用/復(fù)用器(DMUX/MUX)+可調(diào)光衰減器(VOA)或EDFA陣列傳輸光纖中的多波長(zhǎng)復(fù)用信號(hào)光通過(guò)DMUX分解成單波長(zhǎng)的多個(gè)信道,VOA或EDFA陣列調(diào)節(jié)每個(gè)信道的光衰減或光增益使各信道的光功率相等,經(jīng)調(diào)整的多個(gè)單波長(zhǎng)信道再由MUX合波后回到傳輸光纖。
2.多聲頻級(jí)聯(lián)光纖聲光濾波器(AOTF)在光纖上加載聲波可構(gòu)成帶阻光濾波器,采用多個(gè)不同聲波頻率激勵(lì)的級(jí)聯(lián)光纖聲光濾波器可展寬濾波頻帶,調(diào)節(jié)聲波功率可形成與傳輸信道功率譜反對(duì)稱的復(fù)合聲光濾波譜,使功率較高的信道衰減較大,而功率較低的信道衰減較小或不被衰減,即可將畸變的信道功率譜調(diào)平。
這兩種從傳輸系統(tǒng)整體運(yùn)行的角度采用集總動(dòng)態(tài)功率均衡器的方法除了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備成本昂貴之外,主要問(wèn)題是第一.從工作原理看,采用VOA陣列或AOTF的集總動(dòng)態(tài)功率均衡器是通過(guò)分別調(diào)節(jié)各信道的光衰減來(lái)實(shí)現(xiàn)信道功率譜的均衡,前者以犧牲信道光功率為代價(jià),因而必須用附加的光放大器進(jìn)行補(bǔ)償。
第二.從設(shè)計(jì)和兼容性看,集總動(dòng)態(tài)功率均衡器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參量配置以及均衡效果完全依賴于系統(tǒng)的傳輸性能及實(shí)際運(yùn)行情況,對(duì)于不同的傳輸系統(tǒng),必須分別進(jìn)行專門的設(shè)計(jì),因而器件對(duì)系統(tǒng)的兼容性較差。
第三.從使用和管理來(lái)看,采用集總動(dòng)態(tài)功率均衡器的系統(tǒng)必須進(jìn)行大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試以及運(yùn)營(yíng)時(shí)的復(fù)雜控制與維護(hù),進(jìn)一步增大了該技術(shù)的復(fù)雜性和運(yùn)營(yíng)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)的不足之處,提出一種解決含F(xiàn)RA的WDM系統(tǒng)信道功率動(dòng)態(tài)均衡問(wèn)題的新方法。其基本思路是當(dāng)輸入信道功率發(fā)生改變時(shí),根據(jù)輸出信道功率譜的變化,調(diào)整泵浦光的功率配置,使得FRA的信道輸出功率保持恒定。
該方法的突出優(yōu)點(diǎn)是第一、將動(dòng)態(tài)增益譜平坦和增益幅度調(diào)控機(jī)制與光放大過(guò)程融為一體,使功率代價(jià)降到最低,無(wú)需另外配置光放大器進(jìn)行功率補(bǔ)償,使結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化,設(shè)備成本降低;第二、因動(dòng)態(tài)均衡光放大器的一體化結(jié)構(gòu)及其工作特性不受系統(tǒng)參量動(dòng)態(tài)變化的影響,因而其均衡效果不受系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)或其所在位置的影響,既適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的WDM系統(tǒng),也適合于WDM光網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明提供了一套基于對(duì)泵浦光功率配置進(jìn)行線性控制的方法,對(duì)FRA的輸出功率譜進(jìn)行動(dòng)態(tài)箝制。其原理如下將FRA的輸出信道功率譜的變化量簡(jiǎn)化為平均值和傾斜度兩個(gè)參量,并作為控制參量,通過(guò)一線性關(guān)系來(lái)分別控制各個(gè)波長(zhǎng)的泵浦光功率。
為闡明本發(fā)明關(guān)于FRA輸出功率譜動(dòng)態(tài)調(diào)控方法的工作原理,需要對(duì)FRA中信號(hào)光的輸出功率與信號(hào)和泵浦光的輸入功率的關(guān)系進(jìn)行分析。在實(shí)際應(yīng)用中,通常采用反向泵浦的FRA,并工作在小信號(hào)或近小信號(hào)狀態(tài),泵浦光功率沿光纖的分布主要取決于泵浦光間的相互作用。那么,對(duì)于一個(gè)具有M個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)和N個(gè)反向泵浦波長(zhǎng)的FRA,各光波在光纖中的演化由下述方程描述-dPk(z)dz=αkPk(z)-Σj=1NgkjPk(z)Pj(z),(k=1,...,N)]]>dPk(z)dz=-αkPk(z)-Σj=1M+NgkjPk(z)Pj(z),(k=N+1,...,N+M)--(1)]]>這里k=1,2,...,N代表泵浦波,k=N+1,...,N+M代表信號(hào)波,gjk是第j個(gè)光波對(duì)第k個(gè)光波的拉曼增益系數(shù),Pk(z)和αk分別代表頻率為vk的第k個(gè)光波的功率和損耗系數(shù),泵浦波邊界條件為Pi(L)=Pi0(i=1,2,...N),信號(hào)波的邊界條件為Pi(0)=Pi0(i=N+1,...N+M)。由(1)式,可以得到第k個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)的凈增益(對(duì)數(shù)坐標(biāo)下)Gknet=4.343(-αkL)+4.343(Σj=N+1N+Mgjk∫0LPj(z)dz)+4.343(Σj=1Ngjk∫0L(z)dz)---(2)]]>其中L為光纖的長(zhǎng)度。式(2)右邊的第一項(xiàng)代表光纖的損耗(簡(jiǎn)記為FLk),第二項(xiàng)代表信號(hào)光間的SRS作用的增益(即通常所說(shuō)的拉曼譜傾斜,簡(jiǎn)記為GkSRS),第三項(xiàng)代表泵浦光對(duì)信號(hào)光的SRS作用的增益(即通常所說(shuō)的拉曼開(kāi)關(guān)增益,簡(jiǎn)記為Gkon-off)。
假定正常工作時(shí)輸入FRA的各信道功率相同,并設(shè)為Ps0,那么第k個(gè)信道的正常輸出功率(dBm)為Pkout0=Ps0+Gkon-off+GkSRS+FLk--(3)]]>當(dāng)信道輸入功率變?yōu)镻s0+ΔPsk時(shí),信號(hào)光間SRS作用的增益也將隨之變?yōu)镚kSRS+ΔGkSRS,第k個(gè)信道的輸出功率(dBm)則變?yōu)?
Pkout1=Ps0+ΔPsk+GkSRS+ΔGkSRS+Gkon-off+FLk--(4)]]>為保持輸出功率恒定,可調(diào)整泵浦光功率,使開(kāi)關(guān)增益變?yōu)镚kon-off+ΔGkon-off,對(duì)于大多數(shù)反向泵浦的FRA,因其凈增益通常為負(fù)值(如-10dB左右),其信道輸出功率遠(yuǎn)小于輸入功率,可以認(rèn)為信號(hào)光間SRS作用主要由信道輸入功率決定,與FRA的開(kāi)關(guān)增益無(wú)關(guān),則第k個(gè)信道的輸出功率(dBm)為Pkout2=Ps0+ΔPsk+GkSRS+ΔGkSRS+Gkon-off+ΔGkon-off+FLk--(5)]]>通常,信道輸入功率的變化主要是由于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)導(dǎo)致鏈路損耗變化而引起所有信道功率的整體漲落(記為ΔPs0),或者是由于上/下信道而改變信道數(shù)目(記為ΔM)。當(dāng)上/下信道而改變信道數(shù)目時(shí),只要求使剩余的各信道功率保持恒定,即剩余信道的輸出功率與正常工作時(shí)的輸出功率相等。將剩余信道的標(biāo)號(hào)記為Rk,可以由(3)、(4)和(5)式得到當(dāng)輸入信道功率變化ΔPs0、信道數(shù)目變化ΔM時(shí),為保持輸出功率恒定所需要的開(kāi)關(guān)增益的變化量為ΔGRkon-off=PRkout1-PRkout0=-ΔPs0-ΔGRkSRS,(k=1,...,M+ΔM)---(6)]]>其中ΔM為信道數(shù)目的變化量(上/下信道時(shí)分別為正/負(fù)值)。
由文獻(xiàn)“Analytical model of Raman gain effects in massive wavelength division multiplexedtransmission systems”(IEE Electronics letters,Vol.34,No.8,789-790,1998)中的結(jié)果可以得到信道間的SRS作用的增益譜型在dB/nm的坐標(biāo)下總是線型的,并且與信號(hào)的總輸入功率和信號(hào)的有效長(zhǎng)度成正比,因而可以用一個(gè)參數(shù)傾斜度來(lái)表示T=10log(PN+MPN+1)=4.343βJ0Leffs(λN+M-λN+1)--(7)]]>其中Leffs=1-exp(-αsL)αs]]>為信號(hào)光波的有效長(zhǎng)度,β=gjkλj-λk]]>為單位波長(zhǎng)間隔的拉曼增益系數(shù),在小于120nm的間隔范圍內(nèi),可以認(rèn)為是常數(shù),J0=Σi=N+1N+MPj0]]>是總的信號(hào)輸入功率,λN+M-λN+1為信號(hào)的帶寬。
同時(shí)可以得到信號(hào)間SRS作用的增益為1(0dB)的波長(zhǎng)為λ0=lnexp[βJ0Leffs(λN+M-λN+1)]-1βJ0Leffs(λN+M-λN+1)+λN+1--(8)]]>在采用了expx≈1+x+12x2]]>和In(1+x)≈x兩個(gè)近似以后可以得到λ0=λN+M+λN+12,]]>由此信號(hào)間SRS的增益譜為一均值為0的直線,可以表示為GkSRS=(λk-λN+1λN+M-λN+1-12)T---(9)]]>將正常工作時(shí)信號(hào)的總輸入功率MPs0、帶寬λN+M-λN+1以及變化后的總輸入功率(M+ΔM)×(Ps0+ΔPs0)、帶寬λRM+ΔM-λR1 分別代入(7)式和(9)式計(jì)算得到(6)式中信道間拉曼譜傾斜的變化量ΔGRkSRS=(λRk-λR1λRM+ΔM-λR1-12)×ΔT]]>ΔT=4.343βLeffs×[(M+ΔM)×(Ps0+ΔPs0)×(λRM+ΔM-λR1)-MPs0(λN+M-λN+1)]]]>
(10)直接利用(6)式和(10)式即可以求出所需開(kāi)關(guān)增益的變化量。但(6)和(10)式所代表的等式數(shù)目與剩余信道數(shù)目有關(guān),這就為實(shí)際應(yīng)用造成了困難。事實(shí)上,由于下路的信道對(duì)開(kāi)關(guān)增益沒(méi)有要求,因而可由剩余信道的開(kāi)關(guān)增益要求延拓到所有的信道ΔGkon-off=-ΔPs0*-ΔGkSRS*(k=1,...,M)]]>ΔPs0*=ΔPs0-ΔT2(λM+λ1-2λR1λRM+ΔM-λR1-1)]]>ΔGkSRS*=λk-λ1λM-λ1×ΔT*---(11)]]>ΔT*=λM-λ1λRM+ΔM-λR1×ΔT]]>為了求得所需的泵浦功率變化量,需要首先求解方程(1)中關(guān)于泵浦的前N個(gè)方程,在光纖對(duì)各泵浦波的損耗相等及相應(yīng)各泵浦波產(chǎn)生的拉曼增益系數(shù)譜為三角型的近似條件下,可以求得泵浦功率沿光纖的分布為P1(z)=J0×Pi0exp[αp(L-z)]Σj=1NPj0exp(J0gijZe)(Ze=1-exp[αp(L-z)]αp)--(12)]]>其中J0=Σi=1NPi0]]>為總泵浦輸入功率,αp為光纖對(duì)泵浦波的衰減系數(shù)。
當(dāng)泵浦輸入功率由Pi0變?yōu)镻i0+ΔPi0時(shí),可以由(12)式取一階泰勒近似求得泵浦功率沿光纖分布的變化量,并用矩陣表示為ΔP1(z)···ΔPN(z)=f11···f1N·········fN1···fNMΔP10···ΔPN0---(13)]]>其中fij=∂Pi(z)∂Pj0.]]>此時(shí),開(kāi)關(guān)增益的變化量為ΔG1on-off···ΔGMon-off=gN+1,1···gN+1,N·········gN+M,1···gN+M,N∫z=0LΔP1(z)dz···∫z=0LΔPN(z)dz---(14)]]>由(13)和(14)式,可以得到開(kāi)關(guān)增益的變化量與泵浦輸入功率的變化量的關(guān)系為
ΔG1on-off···ΔGMon-off=B11···B1N·········BM1···BMNΔP10···ΔPN0---(15)]]>其中Bij=Σk=1N(gN+i,k∫z=0Lfkjdz),]]>盡管(15)式中開(kāi)關(guān)增益變化量與泵浦輸入功率變化量之間的系數(shù)矩陣[B]需要通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算才能得到,但卻可以方便地通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行測(cè)量。將式(15)右邊數(shù)矩陣的乘積簡(jiǎn)記為矩陣[B],采用最小二乘法,可以由(15)式求解得到泵浦輸入功率的變化量與開(kāi)關(guān)增益變化量的關(guān)系ΔP10···ΔPN0=C11···C1M·········CN1···CNMΔG1on-off···ΔGMon-off---(16)]]>其中矩陣[C]=([B]T[B])-1[B]T,為矩陣[B]的廣義逆矩陣。
將前面為使信道輸出功率變化量為0所要求的開(kāi)關(guān)增益變化量(11)式代入(16)式,就可以得到所需泵浦輸入功率的變化量ΔPi0=K1i×ΔT*+K2i×ΔPs0*(i=1,...,N)--(17)]]>其中K1i=-Σj=1M(Cijλj-λ1λM-λ1-Cij2)--(18)]]>K2i=-Σj=1MCij]]>(17)及(18)式表明為使輸出信道功率保持恒定,所需調(diào)整的泵浦輸入功率變化量ΔPi0(i=1,2,...N)與信道輸入功率變化量ΔPs0*和由于信道輸入功率及信道數(shù)目變化所造成的拉曼增益譜傾斜度的變化量ΔT*成良好的線性關(guān)系。因而在實(shí)際應(yīng)用中,可以采取與以上理論推導(dǎo)順序相反過(guò)程,即預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量各泵浦的控制參數(shù)(18)式,同時(shí)監(jiān)測(cè)信道的輸出功率譜,當(dāng)信號(hào)功率或者信道數(shù)目發(fā)生變化時(shí),計(jì)算出(17)式中所需的兩個(gè)參數(shù)ΔT*,ΔPs0*,然后根據(jù)(17)式調(diào)整泵浦功率,從而實(shí)現(xiàn)信道功率的箝制。
本發(fā)明所述方法的特征在于1、從波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中FRA的實(shí)際工作狀態(tài)出發(fā),利用描述泵浦及信號(hào)光功率分布的耦合波方程,在忽略信號(hào)光對(duì)泵浦功率的消耗、假設(shè)泵浦光間和信號(hào)光間的拉曼增益系數(shù)譜為三角型、忽略不同波長(zhǎng)泵浦光傳輸損耗的差異的條件下,采用一階泰勒展開(kāi)近似方法,建立了多波長(zhǎng)泵浦光輸入功率調(diào)整量與信道輸出功率的均值及傾斜度之間的線性關(guān)系;2、根據(jù)監(jiān)測(cè)FRA的輸出功率譜與箝制的目標(biāo)功率譜之間的差值,通過(guò)所述線性關(guān)系計(jì)算出泵浦光功率的相應(yīng)調(diào)整量,從而在較大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)FRA輸出功率譜的箝制。
它依次含有如下步驟1.預(yù)先實(shí)驗(yàn)測(cè)量控制參數(shù)K1i,K2i。
1.1調(diào)整待測(cè)FRA各泵浦波長(zhǎng)的功率,其輸出功率譜符合正常工作時(shí)的要求,并將泵浦功率和各信道的輸出功率記錄為標(biāo)準(zhǔn)的泵浦功率譜Pi0(i=1,...,N)和信道輸出功率譜Pkout-nrm(k=1,...,M);1.2調(diào)節(jié)某一泵浦波長(zhǎng)的輸出光功率變化ΔPi0,同時(shí)保持其他波長(zhǎng)的光功率不變,測(cè)量此時(shí)FRA的輸出功率譜,記為Pikout-cp(k=1,...,M)。此時(shí),由于輸入信號(hào)沒(méi)有改變,則輸出功率的變化量即為FRA開(kāi)關(guān)增益的變化量ΔGkon-off=Pkout-cp-Pkout-nrm,]]>代入(15)式即可計(jì)算出矩陣[B]相應(yīng)的行Bik=ΔGikon-off/ΔPi0;]]>1.3重復(fù)步驟(1.2)直至獲得矩陣[B];1.4由所述得到的矩陣[B]計(jì)算出矩陣[C]=([B]T[B])-1[B]T,然后利用(18)式計(jì)算出K1i,K2i;2.在線自動(dòng)箝制輸出功率譜2.1 用光監(jiān)測(cè)模塊(OPM)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)各信道的輸出光功率值,記為Pkout(k=1,...,M),由步驟(1.1)中記錄的標(biāo)準(zhǔn)功率值Pkout-nrm(k=1,...,M)計(jì)算出各信道的輸出光功率變化量ΔPkout=Pkout-Pkout-nrm(k=1,...,M);]]>2.2判斷輸出功率變化量,如果ΔPkout大于規(guī)定的值ΔPmaxout,則認(rèn)為是該信道已關(guān)閉,并舍棄該值。由此得到剩余信道的功率變化序列ΔPRkout(k=1,...,M+ΔM)2.3根據(jù)步驟(2.2)得到剩余信道輸出功率變化量,由(6)、(9)、(10)及(11)式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)功率的變化量及拉曼譜傾斜度變化量ΔPs0=1M+ΔMΣk=1M+ΔMPkout]]>ΔT=(ΔPM+ΔMout-ΔPR1out)]]>ΔPs0*=ΔPs0-ΔT2(λM+λ1-2λR1λRM+ΔM-λR2-1)--(19)]]>ΔT*=λM-λ1λRM+ΔM-λR1×ΔT]]>2.4根據(jù)步驟(1)中測(cè)量的控制參數(shù)K1i,K2i和(17)式計(jì)算出泵浦輸出功率的改變量,重新設(shè)置泵浦功率。
所述方法的物理依據(jù)基于FRA輸出功率變化量與輸入信道功率、信號(hào)光間的SRS作用和拉曼開(kāi)關(guān)增益間變化量的關(guān)系,以及拉曼開(kāi)關(guān)增益變化量與泵浦光功率變化量之間的線性相依關(guān)系,通過(guò)調(diào)整泵浦光功率實(shí)現(xiàn)對(duì)FRA的輸出功率箝制。
所述方法基于(11)和(17)式所示泵浦功率變化量與信道輸入功率變化量和拉曼譜傾斜度變化量間的關(guān)系得出。其中(17)式中的控制系數(shù)是一個(gè)完全由光纖特性以及正常工作點(diǎn)的泵浦條件決定的常數(shù),并且可以方便的由實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到;(17)式所需要的控制參數(shù)可以由(19)式所示信道輸出功率變化量與信道輸入功率變化量和拉曼譜傾斜度變化量間的關(guān)系得到;(19)式中的信道輸出功率變化量可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)FRA輸出端的輸出功率而得到。
實(shí)驗(yàn)證明各信道的平均功率偏差的最大值小于0.32dB。


圖.1 經(jīng)過(guò)100km NZDSF-光纖傳輸后的光譜圖.2 實(shí)驗(yàn)裝置.3 實(shí)驗(yàn)中84信道的輸入光譜圖.4 泵浦控制參數(shù)測(cè)量流程.5 FRA輸出功率箝制控制流程.6 84信道輸入總功率為13~19dBm時(shí),不控制與控制時(shí)的各信道輸出功率圖.7 84信道輸入總功率為19dBm,只有C波段或L波段信號(hào)時(shí)不控制和控制的各信道輸出功率
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的一種輸出功率箝制FRA的實(shí)施例,結(jié)合附圖,詳細(xì)說(shuō)明如下圖.2所示為一個(gè)采用五個(gè)波長(zhǎng)的FRA,傳輸光纖為100km標(biāo)準(zhǔn)普通單模光纖(SMF)。用于84信道C+L波段DWDM光通信系統(tǒng),波長(zhǎng)范圍1529.13-1602.7nm,信號(hào)光從F1端輸入傳輸光纖,信道最小間隔為0.4nm,輸入的光譜如圖.3所示。五個(gè)波長(zhǎng)(1423nm,1433nm,1443nm,1463nm,1493nm)的半導(dǎo)體泵浦激光器經(jīng)泵浦合波器MUX1合波后,再經(jīng)泵浦信號(hào)合波器MUX2由光纖F2端注入傳輸光纖,一臺(tái)光譜分析儀(OSA),OSA從輸出信號(hào)分波器Tap1的0.5%輸出端(102)監(jiān)測(cè)輸出光譜,在該點(diǎn)的測(cè)量值(以dBm為單位)加上102端和103端的分波比23dB即可得到FRA信號(hào)輸出端103的信號(hào)功率值。OSA測(cè)量的結(jié)果輸入一臺(tái)計(jì)算機(jī),并由該計(jì)算機(jī)來(lái)控制半導(dǎo)體泵浦激光器的驅(qū)動(dòng)模塊,從而控制各波長(zhǎng)泵浦的輸出功率。
該光纖拉曼放大器的工作過(guò)程如下1.預(yù)先測(cè)量控制所需參數(shù),測(cè)量流程如圖.4所示。
1.1通過(guò)計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)各波長(zhǎng)泵浦的驅(qū)動(dòng)電流,從而調(diào)整各泵浦功率配置,使得FRA在輸入84信道、總功率為17dBm時(shí),平均輸出功率約-18dBm,此時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)獲得半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)泵浦激光器驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)電流值,并通過(guò)泵浦激光器的□電流—功率曲線□計(jì)算出各波長(zhǎng)泵浦激光器的對(duì)應(yīng)功率,將泵浦功率記錄為標(biāo)準(zhǔn)的泵浦功率Pi0(i=1,...,N)(表.2相應(yīng)行),并通過(guò)OSA測(cè)量各信道的輸出功率譜并記錄為Pkout-nrm(k=1,...,M)(圖.3中標(biāo)準(zhǔn)譜所示);1.2再根據(jù)泵浦激光器的□電流—功率曲線□逐個(gè)改變各波長(zhǎng)泵浦的驅(qū)動(dòng)電流,使其輸出光功率改變?chǔ)i0(表.1相應(yīng)行),分別測(cè)出各個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出功率譜。由此計(jì)算出(15)式矩陣[C]的各矩陣元,計(jì)算出矩陣[C]=([B]T[B])-1[B]T,然后利用(18)式計(jì)算出Kii,K2i(表.1相應(yīng)行);

表1泵浦改變量及控制參數(shù)2.在線自動(dòng)箝制輸出功率譜利用表.1中的參數(shù)和(17)式即可進(jìn)行在線控制,控制的流程如圖.5所示。實(shí)驗(yàn)共分為兩組第一組,調(diào)節(jié)84信道的輸入總功率由13dBm~19dBm來(lái)模擬由于路由路徑的改變?cè)斐傻男诺拦β收w漲落,控制前、后的輸出功率譜由圖.6所示;第二組,調(diào)節(jié)84信道的輸入總功率為19dBm,并且分別關(guān)閉C波段47個(gè)信號(hào)和L波段37個(gè)信號(hào),以此來(lái)模擬信道功率漲落和上/下信道同時(shí)發(fā)生的情況,控制前后的輸出功率譜由圖.7所示。我們以各信道的平均功率偏差Err_ave=1MΣk=1M|Pkout_con-Pkout_nrm|--(20)]]>來(lái)衡量控制的精度,在兩組實(shí)驗(yàn)中,控制偏差如表.2相應(yīng)列所示,最大偏差小于0.32dB。

表2各種輸入情況時(shí)的泵浦功率及平均控制偏差
權(quán)利要求
1.波分復(fù)用通信系統(tǒng)中的光纖拉曼放大器的信道功率均衡方法,其特征在于所述的光纖拉曼放大器是一個(gè)具有M個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)和N反向泵浦波長(zhǎng)且工作在小信號(hào)或者近小信號(hào)狀態(tài)的光纖拉曼放大器,簡(jiǎn)稱FRA,增益介質(zhì)為長(zhǎng)度為L(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)單模傳輸光纖,M個(gè)信號(hào)光波由光纖的一端輸入,由組合泵浦源提供的N個(gè)波長(zhǎng)的泵浦光波經(jīng)泵浦-信號(hào)合波器從傳輸光纖的另一端反向輸入,一光譜分析儀,簡(jiǎn)稱OSA,從信號(hào)分波器的輸出端監(jiān)測(cè)輸出光譜,OSA的數(shù)據(jù)輸出端與一臺(tái)計(jì)算機(jī)相連接,而該計(jì)算機(jī)同時(shí)又與上述組合泵浦源的驅(qū)動(dòng)模塊相連接,通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)電流來(lái)控制各泵浦激光器的輸出功率,在該計(jì)算機(jī)的控制下,由上述各部件構(gòu)成的波分復(fù)用光通信系統(tǒng),簡(jiǎn)稱WDM系統(tǒng),依次按一下的步驟工作(1)預(yù)先實(shí)際測(cè)量FRA的輸出信道功率譜傾斜度變化量控制參數(shù)K1i,i=1,...,N,]]>輸出信道功率譜平均值變化量的控制參數(shù)K2i,i=1,...,N,]]>它依次包括一下步驟(1.1)在系統(tǒng)正常工作的信號(hào)輸入條件下,調(diào)整待測(cè)FRA各波長(zhǎng)泵浦的驅(qū)動(dòng)電流,從而調(diào)整各泵浦的輸出功率,使其輸出的功率譜符合正常工作的要求,此時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)獲得半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)泵浦激光器驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)電流值,并通過(guò)泵浦激光器的□電流-功率曲線□計(jì)算出各波長(zhǎng)泵浦激光器的對(duì)應(yīng)功率,將泵浦功率和各信道的輸出功率記錄為標(biāo)準(zhǔn)的泵浦功率Pi0,i=1,...,N,同時(shí)通過(guò)OSA測(cè)量各信道的輸出功率,標(biāo)準(zhǔn)信道輸出功率Pkout-nrm,k=1,...,M,]]>并將結(jié)果存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中;(1.2)根據(jù)泵浦激光器的“電流-功率曲線”通過(guò)計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)某一波長(zhǎng)泵浦的驅(qū)動(dòng)電流,使其輸出功率變化為ΔPi0,此時(shí)通過(guò)OSA測(cè)量各信道的輸出功率譜,記為Pikout-cp,k=1,...,M,]]>并將結(jié)果存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中;(1.3)通過(guò)計(jì)算機(jī)求出此時(shí)輸出功率的變化量即為FRA開(kāi)關(guān)增益的變化量ΔGikon-off=Pikout-cp-Pkout-nrm,k=1,...,M;]]>(1.4)將ΔGikon-off,ΔPi0代入下式,通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算出矩陣[B]的相應(yīng)各行Bik=ΔGikon-off/ΔPi0;]]>(1.5)重復(fù)(1.2)~(1.4)直到獲得矩陣[B]的所有行;(1.6)通過(guò)計(jì)算機(jī)由[B]根據(jù)下式計(jì)算出矩陣[C][C]=([B]T[B])-1[B]T;(1.7)通過(guò)計(jì)算機(jī)根據(jù)下式計(jì)算出各泵浦的控制參數(shù)K1i=-Σj=1M(Cijλj-λIλM-λI-Cij2)]]>K2i=-Σj=1MCij]]>(2)在傳輸光纖對(duì)各泵浦的損耗相等以及各泵浦產(chǎn)生的拉曼增益系數(shù)為三角形的近似條件下,在線自動(dòng)箝制輸出功率譜(2.1)計(jì)算機(jī)通過(guò)OSA監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)各信道的輸出光功率值,并且存儲(chǔ)為Pkout,k=1,...,M;]]>(2.2)根據(jù)已經(jīng)預(yù)先存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)信道輸出功率Pkout-nrm,k=1,...,M,]]>通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算出各信道的輸出光功率變化量ΔPkout=Pkout-Pkout-nrm,k=1,...,M]]>(2.3)通過(guò)計(jì)算機(jī)判斷ΔPkout,若ΔPkout大于預(yù)先設(shè)定的信道功率最大變化量ΔPmaxout,則認(rèn)為該信道已經(jīng)關(guān)閉,并舍棄該值,得到剩余信道的功率變化序列ΔPRkout,k=1,...,M+ΔM,]]>ΔM為負(fù)值,表示信道數(shù)目的變化;(2.4)通過(guò)計(jì)算機(jī)根據(jù)上述的剩余信道功率變化序列ΔPRkout,k=1,...,M+ΔM]]>以及下式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)功率的變化量以及信號(hào)拉曼傾斜度變化量ΔPs0=1M+ΔMΣk=1M+ΔMPkout]]>ΔT=(ΔPM+ΔMout-ΔPR1out)]]>ΔPs0*=ΔPs0-ΔT2(λM+λ1-2λR1λRM+ΔM-λR1-1)]]>ΔT*=λM-λ1λRM+ΔM-λR1×ΔT]]>(2.5)根據(jù)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)的泵浦控制參數(shù)K1i,K2i,i=1,...,N]]>以及下式計(jì)算出所需的各泵浦功率的改變量ΔPi0=K1i×ΔT*+K2i×ΔPs0*(i=1,...,N)]]>(2.6)根據(jù)上述的各泵浦功率的變化量重新設(shè)置各泵浦功率。
全文摘要
波分復(fù)用通信系統(tǒng)中光纖拉曼放大器的信道功率均衡方法屬于高速、寬帶光通信與光放大器技術(shù)領(lǐng)域,其特征在于在假設(shè)泵浦光間和信號(hào)光間的拉曼增益系數(shù)譜為三角形,忽略信號(hào)光間和不同泵浦光間傳輸損耗的差異的條件下,使多波長(zhǎng)泵浦光輸入光功率調(diào)整量與信道輸出功率的均值以及傾斜度之間建立線性關(guān)系,再根據(jù)計(jì)算機(jī)通過(guò)光功率監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)FRA的輸出功率與箝制的目標(biāo)功率之間的差異,計(jì)算出各泵浦光功率的相應(yīng)調(diào)整量,從而在較大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)FRA輸出功率譜的箝制,其箝制輸出信道功率的最大偏差不大于0.32dB。
文檔編號(hào)H04J14/02GK1580927SQ20041004253
公開(kāi)日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月21日
發(fā)明者彭江得, 馮雪, 張巍, 劉小明 申請(qǐng)人:清華大學(xué)
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