專利名稱：光纖通信放大器增益譜調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信技術(shù)。
背景技術(shù)：
在DWDM光纖通信系統(tǒng)中，各路信號光增益的平坦度對光信噪比(OSNR)有重要影響，另外，各路信號光之間較大的功率差異會增加DWDM信道解復(fù)用器輸出端的串話。目前廣泛采用多個泵浦配置來實(shí)現(xiàn)對光放大器增益譜平坦化。由于泵浦與泵浦之間、泵浦與信號光之間、信號光與信號光之間的受激拉曼散射(SRS)相互作用、放大的自發(fā)輻射(ASE)噪聲、瑞利及雙瑞利散射(DRS)、光纖衰減等因素，使得放大器中的光波環(huán)境非常復(fù)雜。例如，一個比較完整的穩(wěn)態(tài)下正向泵浦RFA的數(shù)學(xué)?？捎上率絹肀磉_(dá)dPf(z,v)dz=-α(v)Pf(z,v)+γ(v)Pb(z,v)]]>+∫ζ>v{grAeff(v-ζ)[Pf(z,ζ)+Pb(z,ζ)]Pf(z,v)+2hvgrAeff(v-ζ)[Pf(z,ζ)+Pb(z,ζ)][1+1eh(ζ-v)kT-1]}dζ]]>-∫ζ<v{grAeff(v-ζ)[Pf(z,ζ)+Pb(z,ζ)]Pf(z,v)+2hvgrAeff(v-ζ)[Pf(z,ζ)+Pb(z,ζ)][1+1eh(ζ-v)kT-1]}dζ]]>其中Pf(z，v)和Pb(z，v)分別是頻率為v的光路前向和反向傳播的光功率，α(v)、γ(v)、Aeff和gr(v-ζ)分別為光纖的損耗系數(shù)、瑞利散射系數(shù)、有效纖芯面積和光纖的拉曼增益系數(shù)，ζ、k、h、T、和dz分別是光頻率、波耳茲曼常數(shù)、普朗克常數(shù)、溫度和光纖的微分長度元。
從上式可見，當(dāng)只考慮到上述提及的RFA中的主要效應(yīng)時，用在DWDM系統(tǒng)中的RFA就已經(jīng)構(gòu)成了非常復(fù)雜的高維非線性系統(tǒng)，如果泵浦和信號都具有功率和波長二維調(diào)節(jié)自由度，則整個系統(tǒng)的變量維數(shù)就等于信號光和泵浦光總數(shù)的二倍，如果再加上光纖各種屬性所產(chǎn)生的自由度，則系統(tǒng)的維數(shù)就更高。在實(shí)際的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，一般調(diào)節(jié)的只是泵浦的功率，盡管如此，由于系統(tǒng)的高度非線性，尤其是在反向和雙向泵浦的條件下，由于同時存在正向和反向傳輸?shù)墓饴?，求解上式時就要求有很高的空間復(fù)雜度和時間復(fù)雜度，使取得滿足在一定帶寬內(nèi)增益譜平坦所對應(yīng)的泵浦功率也是一件非常困難的事情。同時，系統(tǒng)參數(shù)經(jīng)常的變化，同樣導(dǎo)致調(diào)整的困難。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種光纖通信放大器增益譜的調(diào)整方法，能夠自適應(yīng)調(diào)整放大器的增益譜，特別是系統(tǒng)運(yùn)行中因?yàn)楦鞣N各樣的情況造成參數(shù)改變而引起的增益譜變化，維持光纖放大器良好的輸出效果。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，光纖通信放大器增益譜調(diào)整方法，檢測放大器輸出信號的增益譜，根據(jù)檢測到的信號按照微粒群算法處理，并根據(jù)處理結(jié)果控制各個泵浦光功率。具體的說，采用的微粒群算法為Tpid(k)＝Random(0，c1)[pid(k)-xid(k)]Tqid(k)＝Random(0，c2)[qgd(k)-xid(k)]vid(k+1)＝wvid(k)+Tpid(k)+Tqid(k)xid(k+1)＝xid(k)+vid(k+1)Vdmin≤vid(k)≤VdmaxXdmax≤xid(k)≤Xdmax
所述光纖通信放大器可以為正向泵浦光放大器、反向泵浦光放大器或雙向泵浦光放大器。
本發(fā)明的有益效果是，對光通信系統(tǒng)中放大器增益譜的控制具有自適應(yīng)性和智能性，不依賴于放大器的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)信息，有一定普適性。解決了由于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等原因造成的光纖鏈路物理特性改變而必須對增益譜進(jìn)行在線調(diào)整的問題，還能解決實(shí)際使用過程中要求的增益譜改變的問題，甚至進(jìn)一步提供了由于在設(shè)計(jì)階段沒有考慮到的各種因素所導(dǎo)致的必須對系統(tǒng)增益譜在線重新設(shè)計(jì)問題的高效的、智能化的解決方案。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1是本發(fā)明的方法流程示意圖。
圖2是反向泵浦的放大系統(tǒng)示意圖。
圖3是正向泵浦的放大系統(tǒng)示意圖。
圖4是雙向泵浦的放大系統(tǒng)示意圖。
圖5是本發(fā)明的算法流程圖。
圖6是本發(fā)明的增益譜示意圖。
圖中C1、C2為環(huán)形器，23、33、43為光纖，PC、PC1、PC2為泵浦合波器，21、22、31、32、41、42為ISO，即光隔離器，34、44、45為光耦合器。
具體實(shí)施例方式
在光纖通信環(huán)境中，由于各種因素的作用，光放大器的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境信息參量和設(shè)計(jì)時的預(yù)設(shè)參數(shù)——如光纖的損耗譜、有效面積、長度、信號光的功率和波長分布等有所不同。為了讓設(shè)計(jì)好的光放大器能在工作環(huán)境發(fā)生改變后仍然可以按照要求的性能指標(biāo)工作，就必須對各泵浦參數(shù)重新進(jìn)行調(diào)整，這種調(diào)整由于上述的RFA系統(tǒng)的復(fù)雜性，泵浦參數(shù)的調(diào)整不是相互獨(dú)立的，彼此的相互影響是一個復(fù)雜的非線性過程。例如下面的諸多種情況(1)泵浦激光器的不確定性制造工藝、選/穩(wěn)頻裝置(如布喇格光纖光柵，F(xiàn)BG)等各種因素都會對泵浦激光器的波長、功率和譜形造成不同影響，甚至同一生產(chǎn)廠家的同一型號的產(chǎn)品都會出現(xiàn)上述的境況。
(2)光纖鏈路性能的改變很多因素都會導(dǎo)致光纖的鏈路性能發(fā)生改變，常見的有網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、升級等造成的光纖長度改變、類型的更換、斷裂后的重新熔接、壓強(qiáng)等因素造成光纖形狀的改變等。
(3)光無源器件的性能改變包括線路維護(hù)、維修時更換各種光無源器件后插入損耗、反射損耗、波長相關(guān)性能等指標(biāo)的改變。
(4)使用要求不同當(dāng)分立式RFA應(yīng)用到具有不同鏈路損耗和不同跨距長度的光纖通信網(wǎng)絡(luò)中時，要求RFA提供的增益與設(shè)計(jì)時的指標(biāo)可能很不相同。
(5)其它因素例如高階SRS產(chǎn)生的高階斯托克斯(Stokes)光、受激布里淵散射(SBS)效應(yīng)、多徑干涉(MPI)效應(yīng)等。
上述的這些因素，都會導(dǎo)致設(shè)計(jì)指標(biāo)和實(shí)際能達(dá)到(或?qū)嶋H要求)的指標(biāo)之間的不同。公式已經(jīng)表明，每一路光沿著光纖的演化與自身的強(qiáng)度和頻率、所有其它路光[表現(xiàn)在(1)式中的兩個積分項(xiàng)上]的強(qiáng)度和頻率、光纖的損耗系數(shù)α(v)、瑞利散射系數(shù)γ(v)、有效纖芯面積Aeff、溫度T、拉曼增益系數(shù)gr(v-ζ)和光纖長度有關(guān)，所以，任何導(dǎo)致上述參數(shù)變化的行為都會改變整個RFA系統(tǒng)的性能。
本發(fā)明提供的調(diào)整方法，能夠脫離前述各參數(shù)的影響，僅根據(jù)放大器增益譜狀態(tài)進(jìn)行在線調(diào)整。本發(fā)明可用于調(diào)整反向泵浦、正向泵浦和雙向泵浦的光放大器，如圖2-4。
具體的說，參見圖1。本發(fā)明首先檢測放大器輸出信號的增益譜，計(jì)算ΔGmax，并判斷增益譜狀態(tài)，如果需要調(diào)整，則按照公式(1)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果控制各泵浦光功率P1，P2…Pn。調(diào)整后，繼續(xù)對輸出信號監(jiān)測，如果達(dá)到預(yù)定目標(biāo)則停止對泵浦源的調(diào)整，如果未達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，則繼續(xù)調(diào)整。
Tpid(k)＝Random(0，c1)[pid(k)-xid(k)]Tqid(k)＝Random(0，c2)[qgd(k)-xid(k)]vid(k+1)＝wvid(k)+Tpid(k)+Tqid(k)xid(k+1)＝xid(k)+vid(k+1)Vdmin≤vid(k)≤Vdmax(1)Xdmax≤xid(k)≤Xdmax本發(fā)明采用的算法為微粒群算法，圖1中稱為智能優(yōu)化算法，流程圖見圖5。假設(shè)在一個D維的目標(biāo)搜索空間中，有m個微粒組成一個群落，其中第i個微粒的位置可以表示為一個D維的向量，xi＝(xi1，xi2，…，xiD)，i＝1，2，…，m，xi就是所求問題的一個潛在解。將xi帶入一個目標(biāo)函數(shù)就可以計(jì)算出其適應(yīng)值，根據(jù)適應(yīng)值的大小來衡量xi的優(yōu)劣。第i個微粒的“飛翔”速度也是一個D維向量，記為vi(vi1，vi2，…viD)。記第i個微粒迄今為止搜索到的最優(yōu)位置為pi＝(pi1，pi2…，piD)，整個微粒群迄今為止搜索到的最優(yōu)位置為pg＝(pg1，pg2…，pgD)，其中，d＝1，2，…D，w是非負(fù)的常數(shù)，稱為慣性因子，c1，c2是非負(fù)的常數(shù)，稱為學(xué)習(xí)因子，Random是隨機(jī)函數(shù)，k是迭代次數(shù)。pid為單一微粒取得最小ΔGmax時的xid，qgd為所有微粒取得最小ΔGmax時的xid。v為功率變化量矢量，x為功率矢量。ΔGmax為增益譜中與目標(biāo)增益之間的最大差異。如圖6中，目標(biāo)增益譜曲線為a，實(shí)際增益譜曲線為b，最大的差值即為ΔGmax。
本發(fā)明中(1)式只是微粒群算法的一個具體實(shí)例，其它微粒群算法的各種變體，可能在表達(dá)方法和形式上都有所不同，但依然屬于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.光纖通信放大器增益譜調(diào)整方法，檢測放大器輸出信號的增益譜，根據(jù)檢測到的信號按照微粒群算法進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果控制泵浦光功率。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖通信放大器增益譜調(diào)整方法，其特征在于，微粒群算法為依據(jù)下式Tpid(k)＝Random(0，c1)[pid(k)-xid(k)]Tqid(k)＝Random(0，c2)[qgd(k)-xid(k)]vid(k+1)＝wvid(k)+Tpid(k)+Tqid(k)xid(k+1)＝xid(k)+vid(k+1)Vdmin≤vid(k)≤VdmaxXdmax≤xid(k)≤Xdmax。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖通信放大器增益譜調(diào)整方法，其特征在于，所述光纖通信放大器為正向泵浦光放大器。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖通信放大器增益譜調(diào)整方法，其特征在于，所述光纖通信放大器為反向泵浦光放大器。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖通信放大器增益譜調(diào)整方法，其特征在于，所述光纖通信放大器為雙向泵浦光放大器。
全文摘要
光纖通信放大器增益譜調(diào)整方法，涉及光纖通信技術(shù)。本發(fā)明檢測放大器輸出信號的增益譜，根據(jù)檢測到的信號按照微粒群算法進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果控制泵浦光功率。本發(fā)明的有益效果是，對光通信系統(tǒng)中放大器增益譜的控制具有自適應(yīng)性和智能性，不依賴于放大器的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)信息，有一定普適性。
文檔編號H04B10/08GK101018091SQ20071004845
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
發(fā)明者姜海明, 謝康, 王亞非 申請人:電子科技大學(xué)