專利名稱：用于控制在無源光網(wǎng)絡(luò)中使用的光放大器的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制在無源光網(wǎng)絡(luò)中使用的光放大器的方法 和裝置，更具體地，涉及一種用于在無源光網(wǎng)絡(luò)處理突發(fā)信號(burst signal)時使到光放大器的輸入功率電平保持在基本恒定的電平的方法 和裝置。
背景技術(shù)：
多種當(dāng)前的通信系統(tǒng)利用無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù)。目前網(wǎng)絡(luò)運 營商利用PON向家庭和小企業(yè)提供寬帶通信服務(wù)，諸如數(shù)據(jù)、訂閱電 視和電話。該PON系統(tǒng)典型地可以支持20km的最長光纖有效距離(即， 從中心局到訂戶)，以及每個饋送器光纖32個訂戶的最大"分流比"。 這些限制源于光發(fā)射機功率輸出和光接收機靈敏度的限制。 一種擴展 有效距離并增加PON的分流比的方法是使用光放大器補償額外的光纖 和光分流器損耗。
摻雜鉺的光纖放大器(EDFA)廣泛地用于補償長程和地下光傳輸 系統(tǒng)中的例如由于光纖中的損耗引起的光功率損耗。EDFA提供1530 nm 1561 rnn的窗口中的光信號的光放大，其在本領(lǐng)域中被稱為"C 帶"。對于EDFA的廣泛的商業(yè)可用性，理想的是，研究其作為成本 有效的擴展有效距離和/或支持更大的分流比的方式的在PON中的應(yīng) 用。
現(xiàn)有的PON典型地在下游方向中的約14卯nm和上游方向中的 1310 nm的波長規(guī)劃上操作。為了將EDFA用于PON應(yīng)用，需要修改 的波長規(guī)劃。 一種可行的修改的波長規(guī)劃利用間距為100 GHz的從 1530 nm 1536nm的所謂的密集波分復(fù)用信道"DWDM"作為下游信
道。對于上游信道，利用一個所謂的稀疏波分復(fù)用信道"CWDM"， 其以1550 nm為中心。應(yīng)當(dāng)注意，CWDM信道的頻率可以依賴于環(huán)境 條件，諸如溫度，從1540 nm變?yōu)?560 nm。 DWDM和CWDM信道 的帶寬不同，并且因此信道間間距也不同。由于CWDM信道是較寬的， 因此可以使用不太精密的激光器驅(qū)動。由于下游和上游光信號處于 EDFA放大帶內(nèi)，因此在PON設(shè)計中此兩者均可由EDFA放大。
然而，由于EDFA增益的動態(tài)響應(yīng)的相對慢的馳豫時間，出現(xiàn)了 問題。長程和/或地下光傳輸系統(tǒng)中使用的EDFA典型地被指明處理恒 定的信號功率。該EDFA可用于放大PON下游光信號。然而，對于上 游方向，由于時分多址"TDMA" PON協(xié)議的突發(fā)性質(zhì)、不同的有效 距離、和發(fā)射機公差范圍，到EDFA的輸入信號功率電平以動態(tài)的方 式(即，在ns時間尺度上)顯著變化(例如，在20dB的范圍上)。 現(xiàn)有的EDFA設(shè)計不適用于突發(fā)模式操作。因此，需要改進方案，以 克服關(guān)于上游突發(fā)信號的EDFA響應(yīng)的瞬態(tài)動態(tài)。
用于EDFA控制的現(xiàn)有技術(shù)主要針對在DWDM長程和/或地下傳 輸系統(tǒng)中使用的EDFA。該系統(tǒng)承載恒定比特率、恒定功率的光信號， 在本領(lǐng)域中其典型地被稱為OC-48或OC-192。已知的EDFA增益控制 系統(tǒng)針對在網(wǎng)絡(luò)包含一個或多個分插復(fù)用器(ADM)時出現(xiàn)的情況。 具體的，當(dāng)ADM去掉或增加對網(wǎng)絡(luò)的信號時，總光功率電平改變。這 樣，必須使EDFA增益穩(wěn)定以補償這些改變，并且現(xiàn)有技術(shù)提供了用 于執(zhí)行該操作的方法。然而，這些現(xiàn)有技術(shù)的補償方案未解決與上文 所述的高度動態(tài)的突發(fā)操作相關(guān)聯(lián)的問題。
因此，需要一種在PON設(shè)計中通過EDFA解決與高度動態(tài)突發(fā)信 號處理相關(guān)聯(lián)的問題的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種用于在PON設(shè)計中利用EDFA的系統(tǒng)和方 法，其允許在不引起系統(tǒng)性能的任何劣化的情況下傳輸高度動態(tài)的突 發(fā)信號。
更具體地，本發(fā)明涉及一種光放大器，其包括輸入端口和輸出 端口，其經(jīng)由主信號線耦合在一起；放大器電路；增益控制電路，其 耦合到主信號線并且操作用于檢測在輸入端口處輸入到光放大器的突 發(fā)信號的功率電平；和偽(dummy)激光生成電路，其具有耦合到主 信號線的輸出和耦合到增益控制電路的輸入。根據(jù)本發(fā)明的操作，增 益控制電路操作用于控制偽激光生成電路輸出的功率電平，以便于使 輸入到放大器電路中的信號的功率電平保持在基本恒定的電平。
本發(fā)明還涉及一種用于控制輸入到光放大器中的功率電平的方 法。該方法包括步驟檢測待輸入到光放大器的放大器電路中的突發(fā) 信號的功率電平，其中在光放大器的輸入端口處檢測突發(fā)信號；將偽 激光生成信號耦合到光放大器的輸入端口；以及控制偽激光生成電路 的輸出信號的功率電平，以便于使通過組合突發(fā)輸入信號和偽激光生 成信號形成的信號的功率電平保持在基本恒定的電平。然后將呈現(xiàn)基 本恒定的電平的該組合信號輸入到放大器電路中。
本發(fā)明提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的顯著優(yōu)點。最重要地，本發(fā) 明提供了一種PON設(shè)計，其提供了上游突發(fā)信號處理，同時保持到PON 設(shè)計中所包含的EDFA的恒定的輸入功率電平。該系統(tǒng)還防止了 EDFA 處的大的動態(tài)瞬態(tài)響應(yīng)，并且基本上消除了由瞬態(tài)響應(yīng)引起的失真。 相比于現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)，本發(fā)明的另一優(yōu)點在于其提供了可允許的 PON分流比的增加。
由下面的本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點 對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。
通過參考下面的詳細描述和附圖，可以更好地理解本發(fā)明自身連同其另外的目的和優(yōu)點。


附圖用于說明本發(fā)明的原理。
圖l示出了示例性的現(xiàn)有技術(shù)的PON設(shè)計。
圖2a示出了輸入到圖1的PON設(shè)計中包含的EDFA的示例性突 發(fā)數(shù)據(jù)信號。
圖2b示出了圖1的PON設(shè)計中包含的EDFA響應(yīng)圖2a的輸入信 號生成的失真的輸出信號。
圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)的EDFA配置。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的EDFA電路的示例性實施例。
圖5a示出了上游突發(fā)數(shù)據(jù)信號的示例。
圖5b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的由本發(fā)明生成的調(diào)制的
偽激光信號。
圖6示出了本發(fā)明的另一示例性實施例。
圖7示出了圖6中示出的本發(fā)明的實施例的操作。
圖8示出了本發(fā)明的另一示例性實施例，其允許將偽激光信號用
于監(jiān)視目的。
具體實施例方式
在討論本發(fā)明之前，提供對PON設(shè)計和EDFA控制電路的簡要討 論，以助于理解本發(fā)明。圖1示出了典型的放大PON系統(tǒng)10。參考圖 1,該系統(tǒng)包括光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU) 12; lxN光耦合器14 (作為變化 方案，在受保護的PON設(shè)計中利用2xN光耦合器)；第一波分復(fù)用器 (WDM) 16和第二波分復(fù)用器18，其耦合到第一 EDFA 20和第二 EDFA22。在給出的實施例中，第一EDFA20放大在下游方向中傳播的 信號，而第二EDFA22放大在上游方向中傳播的信號。系統(tǒng)IO進一步 包括光線路終端OLT24，其位于中心局中。如所示出的，OLT包括發(fā) 射機26、接收機28、用于放大接收信號的EDFA 30、和將發(fā)射機26 和接收機28耦合到饋送器光纖(feeder fiber)的WDM 32。
至于操作，當(dāng)ONU 12具有數(shù)據(jù)要發(fā)送，并且進一步接收到如PON 協(xié)議中定義的傳輸許可時，ONU12在上游方向中通過一個(或多個) EDFA光放大器22將數(shù)據(jù)突發(fā)發(fā)送到中心局中的OLT 24。放大PON 10 具有多個ONU12，其通過N端口光耦合器14耦合到第一EDFA22和 饋送器光纖。因此，EDFA的輸入處的信號是突發(fā)序列，其由例如，高 速開關(guān)鍵控(high speed on-off keying, OOK)調(diào)制數(shù)據(jù)組成。這些數(shù)據(jù) 突發(fā)具有有限的時長，典型地為數(shù)Msec 數(shù)十Msec。
更具體地，當(dāng)數(shù)據(jù)在上游方向中傳輸時，耦合器14組合來自O(shè)NU 12的輸出信號，并且借助于WDM濾波器16，將組合信號耦合到第一 上游EDFA22的輸入。由于例如，分布光纖的長度不同，ONU發(fā)射機 規(guī)范的公差的不同，并且由于ONU部件的老化，第一上游EDFA 22 處的接收功率電平可能依據(jù)ONU而變化。因此，EDFA22處的上游輸 入信號將具有i ^sec 100 /isec或更多的時間尺度上的寬的動態(tài)范圍。 該寬的動態(tài)范圍對于現(xiàn)有的EDFA是難于控制的，導(dǎo)致了 EDFA輸出 端處的放大信號的高的失真。
圖2a和2b分別示出了 ONU 12生成的示例性突發(fā)信號，以及 EDFA22對上游突發(fā)信號的示例性響應(yīng)。具體地，圖2a示出了來自不 同的ONU的典型的突發(fā)輸入信號序列，而圖2b示出了 EDFA22輸出 的失真信號。應(yīng)當(dāng)注意，圖2a和2b中僅示出了平均功率。不論EDFA 是否并入了恒定增益控制電路(即，AGC)或者恒定功率控制電路， 現(xiàn)有的EDFA設(shè)計中均出現(xiàn)輸出失真。同樣地，不論EDFA的工作點 如何，即，不論其處于線性范圍還是飽和范圍，均出現(xiàn)該失真。在典 型的情況中，15 dB輸入突發(fā)功率范圍可以在EDFA的輸出端處導(dǎo)致從 突發(fā)的前沿到后沿的約15 dB的功率差，如圖2b中所示。在OLT 24 中包含的上游接收機28處，在突發(fā)期間的該接收功率電平的改變使得 難于設(shè)定接收機閾值來區(qū)分OOK信號。
在現(xiàn)有的設(shè)計中，EDFA可以僅將其泵浦激光器調(diào)節(jié)到突發(fā)信號 的改變的輸入電平，以保持恒定增益(AGC)或者恒定功率(APC) 操作。然而，由于摻雜鉺的光纖的慢的響應(yīng)，即使能夠足夠快速地控 制泵浦功率以跟隨改變的信號電平，但是摻雜鉺的光纖的載波傳播電 平仍具有過長的馳豫時間，以至于不允許系統(tǒng)跟隨該信號。所得到的
從前沿到后沿的信號差，如例如圖2b中示出的，可以高達6dB或更多。
圖3示出了如光纖通信中的多種應(yīng)用中使用的EDFA的典型配置 (其也被稱為EDFA放大器電路)。參考圖3，光電檢測器PD131和 PD2 32檢測輸入和輸出信號功率電平，其分別借助于光功率耦合器33 和34接收一部分輸入和輸出信號。EDFA控制電路35將EDFA設(shè)定到 預(yù)定的增益或輸出功率電平，其比較輸入和輸出檢測信號功率電平， 使用反饋控制環(huán)中的差增加或減少泵浦激光器36和37的輸出功率。 泵浦激光器36和37經(jīng)由第一和第二 WDM 38和39耦合到EDFA的數(shù) 據(jù)信號線。
圖3中示出的EDFA的典型的響應(yīng)時間約為0.1 msec。如上文所 述，對于高比特率的連續(xù)信號，EDFA響應(yīng)僅受到平均輸入功率的影響， 并且不受OOK調(diào)制數(shù)據(jù)的影響。在PON應(yīng)用中，信號處于突發(fā)模式， 具有不同的功率電平，突發(fā)之間的空閑周期長，以及數(shù)Msec 稍微小 于100 psec的突發(fā)時長。因此，EDFA的慢的動態(tài)響應(yīng)將導(dǎo)致如圖2b 中示出的突發(fā)信號的失真，并且引起突發(fā)包絡(luò)中的功率變化。導(dǎo)致的 信號劣化減少了接收機動態(tài)范圍，導(dǎo)致了高的誤比特率。此外，長的 突發(fā)間空閑時間可能致使控制電路使泵浦輸出功率斜升，并且隨后斜 降，以控制EDFA增益和/或功率。由于EDFA的慢的響應(yīng)，該動作可 能進一步引起突發(fā)信號的瞬態(tài)失真。
如下文詳細解釋的，本發(fā)明涉及一種EDFA電路，其能夠在PON 設(shè)計的上游方向中，在寬的動態(tài)范圍上補償突發(fā)模式操作，并且涉及 一種用于控制該EDFA電路的方法。
圖4示出了本發(fā)明的EDFA電路40的示例性實施例。EDFA電路 40包含與圖3中示出的EDFA電路相同的基本配置(其由相同的參考 數(shù)字標出)，但是包括如下額外的部件。參考圖4，該額外的部件包括 增益控制單元42，其沿主信號線設(shè)置在EDFA電路的輸入端處；和 WDM 49，其沿主信號線設(shè)置在EDFA電路的輸出端處。增益控制電路 42包括耦合器143和耦合器2 44，其沿主信號線設(shè)置；光電檢測器 PD3 45，其接收耦合器143的輸出作為輸入信號；"偽"激光器46， 其具有耦合到耦合器2 44的輸出；和增益控制電路47，其接收來自光 電檢測器PD3 45和光電檢測器PD1 31的輸入信號，并且向偽激光器 46提供控制信號。偽激光器46在波長Xd處操作，其位于上游信號窗 口外，但是仍處于EDFA放大范圍內(nèi)。例如，在一個實施例中，上游 信號處于1540 nm 1560 nm的窗口中，而偽激光器46的波長在1529 nm禾卩1539 nm內(nèi)。
在操作中，光電檢測器PD3 45通過耦合器1 43檢測PON上游數(shù) 據(jù)信號。由偽激光器46產(chǎn)生的信號與輸入數(shù)據(jù)信號(即，上游信號) 組合，并且由耦合器2 44將其置于EDFA的主信號線上。光電檢測器 PD1 31通過耦合器3 33檢測該組合信號，并且由增益控制電路47和 EDFA控制電路35利用該組合信號，如此處解釋的。此外，在EDFA 的輸出處，WDM濾波器49允許"傾卸"偽激光信號，即從EDFA40 的放大的輸出中移除該信號。
應(yīng)當(dāng)注意，在電路配置中包括傾卸WDM濾波器49是可選的。例 如，如果放大PON設(shè)計中需要多個EDFA，則可以允許將偽信號與突 發(fā)信號一起傳播到下一EDFA，而該下一EDFA則不需要具有其自身的 偽激光器。而且，還可以調(diào)制偽激光器，用于在單工通信信道中使用， 如下文所將進一步描述的。
在PON設(shè)計中，上游信道在一段時間周期中可以是空閑的，在此
期間PD3 45未檢測到輸入數(shù)據(jù)信號。在該周期中，偽激光器46僅經(jīng) 由耦合器2 44向EDFA放大器電路提供輸入信號。EDFA控制電路35 利用輸入檢測器PD1 31和輸出檢測器PD2 32檢測的信號，使用偽激 光器的輸入信號功率電平作為其輸入，建立預(yù)定增益或功率。增益控 制電路47利用來自光電檢測器PD3和PD1的輸入功率信號，監(jiān)視輸 入到EDFA放大器電路的功率信號電平，并且生成控制信號，其耦合 到偽激光器46，并且其將偽激光器輸出功率電平設(shè)定為這樣的電平， 該電平使得到EDFA放大器電路的輸入將處于該預(yù)定增益或功率電平。 在操作過程中，增益控制電路47將繼續(xù)調(diào)節(jié)偽激光器46的輸出功率 電平，以便于將輸入功率電平保持在預(yù)定的電平。通過執(zhí)行前面的操 作，即使上游信號呈現(xiàn)出突發(fā)操作模式，也仍保持到EDFA放大器電 路的輸入功率電平，并且作為結(jié)果，不存在如現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中出現(xiàn)的 由突發(fā)模式輸入信號導(dǎo)致的信號劣化。最后，WM濾波器49操作來從 EDFA的輸出信號中移除偽激光信號。
存在多種控制偽激光器以達到前面的目的的方法。下文討論了優(yōu) 選方法。
在第一實施例中，增益控制電路47控制偽激光器46，以便于操 作在預(yù)定的功率電平，其大于最大預(yù)期突發(fā)輸入信號電平。EDFA操作 于深飽和模式，其中偽激光器46將增益箝位，并且EDFA達到其飽和 輸出功率電平。這樣，EDFA將實現(xiàn)基本上恒定的增益，盡管輸入信號 的動態(tài)范圍是大的。因此，EDFA的工作點主要由偽激光信號確定，并 且上游信號對于其操作是相對小的擾動。
作為示例，如果來自任何ONU 12的放大信號的所需光功率是6 dB 或者稍小的，則偽激光器46的輸出功率可被設(shè)定到預(yù)定的電平，由此 其放大功率電平是12dB。 EDFA的輸出端處的總功率是13dBm (即， 6 dBm=4 mW， 12 dBm=16 mW， 4 mW+16 mW=20 mW=13 dBm)。EDFA 可以操作于APC或AGC模式。利用這些參數(shù)，到EDFA的輸入功率 可以變化不超過ldb，而不論在任何時間是否在PON上傳輸突發(fā)。因 此，在EDFA的輸出處，突發(fā)的前沿處的光功率與后沿處的光功率的 差小于1 dB。
由于偽激光器操作于預(yù)定的功率電平(不不是下文描述的作為另 一選擇的調(diào)節(jié)的功率電平)，該實施例相對易于實現(xiàn)，并且具有相對 而言幾乎不可能性的失效模式，導(dǎo)致了更具魯棒性的操作。應(yīng)當(dāng)注意， 在該實施例中，可以從電路設(shè)計中略去光電檢測器PD1和耦合器1。
在前面的控制方法的變化方案中，在本發(fā)明的第二、第三和第四 實施例中，調(diào)節(jié)偽激光器46以補償平均輸入信號電平的差異，由此使 得到EDFA的總輸入恒定。
在第二實施例中，使用脈寬調(diào)制，由增益控制電路47調(diào)節(jié)偽激光 器46的平均輸出功率(即，增益控制電路47輸出的控制信號包括一 系列具有可變占空比和預(yù)定幅度的開/關(guān)脈沖，其以預(yù)定的速率施加)。 該脈沖速率應(yīng)大于EDFA響應(yīng)時間，例如，10MHz。在該實施例中， 當(dāng)不存在上游數(shù)據(jù)信號時，脈寬(即，占空比的"開"(on)部分) 處于預(yù)定的最大值；例如，對于10MHz的速率，脈寬將是100ns。當(dāng) 光電檢測器PD3 43檢測到上游數(shù)據(jù)信號時，增益控制電路47縮短耦 合到偽激光器46的控制信號的脈寬，由此縮短偽激光器46開啟的時 間量，由此輸入到EDFA放大器電路的總的平均功率是恒定的。例如， 如果PD3處的上游數(shù)據(jù)信號電平為預(yù)定的最大值的50%，則偽激光器 脈寬被設(shè)定為50ns。因此，組合的上游數(shù)據(jù)信號和偽激光在到EDFA 放大器電路的輸入處具有相同的平均功率，并且放大的上游信號將不 經(jīng)歷由于EDFA的瞬態(tài)響應(yīng)引起的失真。
在第三實施例中，在連續(xù)的范圍上使用模擬控制電路調(diào)節(jié)偽激光 器46的功率電平。進行該調(diào)節(jié)，以便于補償在光電檢測器PD3 45處 測得的連續(xù)突發(fā)的接收功率電平之間的差，由此EDFA放大器電路的
輸入保持恒定。光電檢測器PD3 45的響應(yīng)應(yīng)比EDFA的響應(yīng)快，例如， 其帶寬必須至少為1 MHz?；诠怆姍z測器PD3 45測得的功率電平， 增益控制電路47通過一定的調(diào)制深度反轉(zhuǎn)調(diào)制耦合到偽激光器46的 控制信號，以便于控制偽激光器46的輸出，由此在EDFA放大器電路 的輸入處，測得的突發(fā)接收功率電平和調(diào)制的偽激光器輸出功率的和 是恒定的。應(yīng)當(dāng)注意，在偽激光器的調(diào)制深度小，并且其最小輸出功 率遠大于最大突發(fā)接收功率電平的情況中，該第三實施例可被視為第 一實施例的改進方案。
圖5a示出了可以輸入到EFDA中的上游突發(fā)數(shù)據(jù)信號的示例。圖 5b示出了根據(jù)給出的實施例由本發(fā)明生成的對應(yīng)的調(diào)節(jié)的偽激光信 號。如所示出的，調(diào)節(jié)的信號是上游突發(fā)信號的功率電平的反轉(zhuǎn)。這 樣，EDFA放大器電路輸入處的平均組合光信號基本上是恒定的。重要 的是，應(yīng)當(dāng)注意，由于其慢的響應(yīng)時間EDFA將僅處理平均功率。這 樣，上游信號將不會經(jīng)歷由于EDFA放大而引起的大的信號失真。而 且，由于上游突發(fā)數(shù)據(jù)信號的不同的電平，EDFA泵浦36、 37將不需 要迅速改變。僅需要略微地和緩慢地調(diào)節(jié)泵浦控制，以便維持輸出處 恒定的增益或功率電平。最后，應(yīng)當(dāng)注意，光電檢測器PD1 31的輸出 還用于控制偽激光器46的偏置，以抵消由于老化引起的偽激光器平均 功率的任何緩慢漂移，并且由于該控制用于調(diào)節(jié)長期的激光器功率漂 移，因此其應(yīng)比調(diào)制速度慢得多。
為了結(jié)合第一實施例擴展上文闡述的示例，其中EDFA的輸出處 的所期望的放大突發(fā)信號電平是4mW (6dBm)，并且偽激光器輸出 功率電平被設(shè)定為這樣的電平，該電平使得其信號在EDFA的輸出處 呈現(xiàn)處于16mW(12dBm)， EDFA的輸出處的組合信號電平是20 mW (13dBm)。為了在沒有上游突發(fā)信號時保持該13dBm的組合信號電 平，必須通過約11.1%的調(diào)制深度使偽激光器46的輸出信號電平增加。 這樣，EDFA將不會經(jīng)歷其輸入或輸出功率電平中的波動，并且作為結(jié) 果，其將不會使上游突發(fā)信號失真。在本發(fā)明的第四實施例中，EDFA的輸入信號在光電檢測器PD3 45檢測之后被延遲，以向增益控制電路47提供額外的時間，以調(diào)節(jié)偽 激光器46的輸出的幅度。圖6示出了本發(fā)明的第四實施例的示例性實 施例。參考圖6，該第四實施例基本上與第一實施例相同，不同之處在 于，將延遲元件51添加到耦合器1 43和耦合器2 44之間的主信號線 路。在給出的實施例中，延遲元件51是通過將光纖插入在耦合器43 和44之間而形成的光延遲元件，其中光纖的長度由所期望的延遲和光 纖的傳播速度確定。
通過根據(jù)第四實施例插入額外的延遲元件，可以向增益控制電路 47提供足夠的時間，以更加準確地處理和匹配偽激光器輸出的幅度、 傾斜和時序特性。因此，這允許通過將非常恒定的平均光功率電平提 供到EDFA的增益部分中，使放大的EDFA輸出的波動(即，失真)最小。
圖7示出了圖6中示出的設(shè)備的操作。具體地，圖7示出了原始 的延遲輸入信號與最優(yōu)化的調(diào)制的偽激光信號組合，導(dǎo)致到EDFA的 增益級的輸入的恒定的平均光功率電平。所得到的EDFA輸出信號是 原始輸入信號的放大的復(fù)本，事實上其沒有由前面描述的突發(fā)模式上 游TDMA信號引起的失真。
如上文討論的，并且如每個前面的實施例中示出的，如果第二 EDFA不需要使用偽激光信號，則通過利用WDM濾波器49可以在 EDFA的輸出處"傾卸"偽激光信號。然而，在前面的實施例中的變化 方案中，偽激光信號可以具有第二用途，并且因此不需要被傾卸?，F(xiàn) 將描述偽激光信號的第二用途的一個示例。
已知遠程位置處的通訊設(shè)備必須被中心監(jiān)視以用于適當(dāng)?shù)牟僮鳌?待監(jiān)視的EDFA操作參數(shù)的示例可以包括，但不限于，信號輸入功率 電平、輸出功率電平、泵浦輸出功率電平、泵浦電流、泵浦溫度、殼
體溫度、和殼體門開口 (door opening) 。 ONU可專用于監(jiān)視每個EDFA。 盡管該方法是可行的，但是其也不與需要被發(fā)送的數(shù)據(jù)量成比例，并 且減少了PON的可用分流比(例如，從128:1減少到127:1)，這兩種
情況均不是理想的。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，在監(jiān)視過程中可以利用偽激光信號。更具 體地，可以通過數(shù)據(jù)信號調(diào)制偽激光信號，以產(chǎn)生能夠承載關(guān)于EDFA 的狀態(tài)監(jiān)視消息的單工通信信道。為了使偽激光信號對EDFA呈現(xiàn)為 恒定，必須以相對高的速率執(zhí)行調(diào)制，例如，10Mb/s或者100Mb/s。 可商業(yè)獲得能夠執(zhí)行該調(diào)制的廉價的收發(fā)信機來執(zhí)行該功能。在中心 局OLT處，可以使用WDM濾波器將偽激光信號從上游信號分流，例 如使用商用接收機將其解調(diào)，處理該偽激光信號并且將其轉(zhuǎn)發(fā)到操作 和維護中心。在應(yīng)用于上文提及的第一或第三實施例時，調(diào)制對于 EDFA不是重要的，這是因為其僅細微地影響偽激光器的平均輸出功 率。在應(yīng)用于第二優(yōu)選實施例時，估計的數(shù)據(jù)調(diào)制的占空比可被分解 為用于保持恒定的平均輸入功率所需的預(yù)定的占空比，或者可以執(zhí)行 數(shù)據(jù)調(diào)制，使得每個符號保持預(yù)定的占空比。
圖8示出了示例性配置，其允許使用偽激光信號用于監(jiān)視目的。 具體地，圖8示出了允許前面的功能的額外的部件，并且其可被添加 到任何前面的實施例。應(yīng)當(dāng)注意，圖8中僅示出了用于協(xié)助理解該實 施例的操作所必需的前面的EDFA配置的部件以及所需的額外的部件。 參考圖8，該設(shè)備包括 一個或多個傳感器71，其操作用于監(jiān)視EDFA 的操作參數(shù)的值；元件管理代理設(shè)備72，其可以利用微控制器實現(xiàn)， 并且其操作用于自傳感器71采集數(shù)據(jù)，并且將該接收數(shù)據(jù)格式化為消 息；發(fā)射機73，其操作用于將元件管理代理72形成的消息置于預(yù)定格 式的數(shù)據(jù)分組中，例如，但不限于，以太網(wǎng)幀，使該消息序列化(serialize) 并且以預(yù)定的時鐘速率將該消息作為比特流發(fā)射，該預(yù)定時鐘速率大 于EDFA的響應(yīng)時間；和耦合器設(shè)備74，其操作用于將發(fā)射機73輸出 的消息數(shù)據(jù)同增益控制電路47的輸出組合，由此在發(fā)射機73激活時 調(diào)制偽激光器46的增益。在OLT處，該監(jiān)視系統(tǒng)進一步包括WDM濾 波器75，其操作用于從總的上游信號中提取來自偽激光器的調(diào)制信號。 該調(diào)制信號隨后由光電檢測器76檢測并被恢復(fù)，并且由接收機77格 式化為數(shù)據(jù)分組。元件管理器單元78處理該數(shù)據(jù)分組中的消息，以在 管理EDFA及其操作以及PON時進一步使用。接收機77和元件管理 器78可以借助于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)耦合，例如，局域網(wǎng)，出于簡化目的其 未被示出。
結(jié)合圖5a 8描述的過程可以在硬布線的設(shè)備、固件或者處理器 中運行的軟件中實現(xiàn)。用于軟件或固件實現(xiàn)方案的處理單元優(yōu)選地包 含在增益控制電路47中，或者還部分包含在EDFA控制電路35中。 任何該過程可以包含在計算機可讀介質(zhì)上，其可由增益控制電路47讀 取，或者還可以部分包含在EDFA控制電路35中。計算機可讀介質(zhì)可 以是能夠承載微處理器執(zhí)行的指令的任何介質(zhì)，包括CD盤、DVD盤、 磁盤或光盤、磁帶、硅基可移動或者不可移動的存儲器、封包或未封 包有線或無線傳輸信號。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認識到，計算機可讀介質(zhì)可以承載用于計算 機執(zhí)行控制輸入到光放大器中的功率電平的方法的指令，該方法至少 包括步驟檢測待輸入到光放大器的放大器電路的突發(fā)信號的功率電 平，在所述光放大器的輸入端口處檢測該突發(fā)信號；將偽激光生成信 號耦合到光放大器的輸入端口；以及控制偽激光生成電路輸出信號的 功率電平，以便于使通過所述突發(fā)信號和偽激光生成信號的組合而形 成的信號的功率電平保持在基本恒定的電平，該組合信號被輸入到放 大器電路。該指令可以進一步包括將至少一部分所述突發(fā)信號耦合 到增益控制電路，該增益控制電路操作用于控制所述偽激光生成電路 輸出信號的功率電平；使偽激光生成電路的輸出與突發(fā)信號耦合，以 便于形成組合信號；以及使至少一部分組合信號耦合到增益控制電路。
本發(fā)明提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的顯著優(yōu)點。最重要地，本發(fā)
明提供了一種PON網(wǎng)絡(luò)，其提供了上游突發(fā)信號處理，同時保持對PON 網(wǎng)絡(luò)中包含的EDFA的恒定的輸入功率電平。該系統(tǒng)還防止了 EDFA 處的大的動態(tài)瞬態(tài)響應(yīng)，并且基本上消除了由瞬態(tài)響應(yīng)引起的失真。 由于本發(fā)明允許放大上游信號，因此相比于現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)，其提供 了可允許的PON分流比的增加。
盡管公開了本發(fā)明的特定的具體實施例，但是應(yīng)當(dāng)注意，在不偏 離本發(fā)明的精神和基本特性的前提下，本發(fā)明可以實施為其他形式。 例如，應(yīng)當(dāng)注意，稀土元素鉺，在用作專業(yè)光纖制造中的摻雜劑時， 呈現(xiàn)出與C帶中的放大受激發(fā)射(ASE)相容的物理屬性。其他的稀 土元摻雜劑已被用于構(gòu)造操作于其他帶中的光放大器。特別關(guān)注的是 摻雜有元素鐠(Praesodymium)的光纖，其可用于構(gòu)造操作于1300 nm 附近的光窗口中的放大器。摻雜鐠的光纖放大器(PDFA)遇到與EDFA 相同的瞬態(tài)動態(tài)響應(yīng)的問題，并且本發(fā)明同樣適用于該PDFA。
因此，本實施例在所有方面均應(yīng)被視為說明性的，而非限制性的， 本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求指出，并且因此在權(quán)利要求的等效物的 含義和范圍內(nèi)所有改變方案被涵蓋于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光放大器，包括輸入端口和輸出端口，其經(jīng)由數(shù)據(jù)信號線耦合在一起；放大器電路；增益控制電路，其耦合到所述數(shù)據(jù)信號線并且操作用于檢測在所述輸入端口處輸入到所述光放大器的突發(fā)信號的功率電平；和偽激光生成電路，其具有耦合到所述數(shù)據(jù)信號線的輸出和耦合到所述增益控制電路的輸入；其中所述增益控制電路操作用于控制所述偽激光生成電路輸出的功率電平，以便使輸入到所述放大器電路中的信號的功率電平保持在基本恒定的電平。
2. 如權(quán)利要求1所述的光放大器，進一步包括第一耦合器，其連接到所述數(shù)據(jù)信號線，并且操作用于將輸入的 至少一部分所述突發(fā)信號耦合到所述增益控制電路；第二耦合器，其連接到所述數(shù)據(jù)信號線，并且操作用于將所述偽 激光生成電路的所述輸出耦合到所述數(shù)據(jù)信號線；和第三耦合器，其連接到所述數(shù)據(jù)信號線，并且操作用于將所述第 二耦合器輸出的信號的至少一部分耦合到所述增益控制電路，其中所述增益控制電路利用所述第一耦合器提供的信號的功率電 平和所述第二耦合器提供的信號的功率電平，來確定待由所述偽激光 生成電路輸出的功率電平。
3. 如權(quán)利要求l所述的光放大器，其中所述增益控制電路控制所 述偽激光生成電路的所述輸出功率電平，使得放大器電路操作于飽和 模式。
4. 如權(quán)利要求3所述的光放大器，其中所述偽激光生成電路的所 述輸出功率電平被設(shè)定在預(yù)定的電平，所述預(yù)定的電平大于輸入到光放大器的突發(fā)信號的功率電平。
5. 如權(quán)利要求l所述的光放大器，其中所述增益控制電路控制所 述偽激光生成電路，以便脈寬調(diào)制所述偽激光生成電路的輸出。
6. 如權(quán)利要求5所述的光放大器，其中當(dāng)所述輸入端口處不存在 突發(fā)信號時，所述偽激光生成電路的所述輸出被設(shè)定到預(yù)定的最大調(diào) 制電平。
7. 如權(quán)利要求5所述的光放大器，其中當(dāng)所述突發(fā)信號的所述功 率電平大于零時，增益控制電路控制施加到所述偽激光生成電路的輸 出功率電平的調(diào)制，使得偽激光信號輸出和突發(fā)信號的組合形成功率 電平等于所述基本恒定的電平的信號。
8. 如權(quán)利要求2所述的光放大器，進一步包括延遲元件，其耦合 在所述第一耦合器的輸出和所述第二耦合器的輸入之間。
9. 如權(quán)利要求1所述的光放大器，其中所述放大器電路包括 至少一個泵浦激光器，其耦合到所述數(shù)據(jù)信號線；和 放大器控制單元，其耦合到所述至少一個泵浦激光器，所述放大器控制電路操作用于控制該至少一個泵浦激光器的輸出功率，以便使 所述光放大器的輸出功率電平保持在預(yù)定的電平。
10. 如權(quán)利要求1所述的光放大器，其中所述放大器電路形成摻 雜鉺的光纖放大器。
11. 如權(quán)利要求1所述的光放大器，其中所述放大器電路形成摻 雜稀土的光纖放大器。
12. 如權(quán)利要求1所述的光放大器，其中所述放大器電路形成摻雜鐠的光纖放大器。
13. —種用于控制輸入到光放大器中的功率電平的方法，所述方 法包括檢測待輸入到所述光放大器的放大器電路的突發(fā)信號的功率電 平，在所述光放大器的輸入端口處檢測所述突發(fā)信號；將偽激光生成信號耦合到所述光放大器的所述輸入端口；以及 控制所述偽激光生成電路輸出的信號的功率電平，以便使通過所 述突發(fā)信號和所述偽激光生成信號的組合而形成的信號的功率電平保 持在基本恒定的電平，所述組合信號被輸入到所述放大器電路。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括將至少一部分所述突發(fā)信號耦合到增益控制電路，該增益控制電路操作用于控制所述偽激光生成電路輸出的所述信號的功率電平；使所述偽激光生成電路的所述輸出與所述突發(fā)信號耦合，以便形成所述組合信號；以及將至少一部分所述組合信號耦合到所述增益控制電路。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述增益控制電路控制所述 偽激光生成電路的所述輸出功率電平，使得放大器電路操作于飽和模 式。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述偽激光生成電路的所述 輸出功率電平被設(shè)定在預(yù)定的電平，該預(yù)定的電平大于輸入到光放大 器的突發(fā)信號的功率電平。
17. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述增益控制電路控制所述 偽激光生成電路，以便脈寬調(diào)制所述偽激光生成電路的輸出。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中當(dāng)在所述輸入端口處不存在所述突發(fā)信號時，所述偽激光生成電路的所述輸出被設(shè)定到預(yù)定的最 大調(diào)制電平。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中當(dāng)所述突發(fā)信號的所述功率電平大于零時，增益控制電路控制調(diào)制使得所述組合信號具有等于所 述基本恒定的電平的功率電平。
20. 如權(quán)利要求14所述的方法，進一步包括步驟提供延遲元件，以便在將所述突發(fā)信號與所述偽激光生成電路的所述輸出組合之前， 使所述突發(fā)信號延遲預(yù)定的量。全文摘要
本發(fā)明公開用于控制在無源光網(wǎng)絡(luò)中使用的光放大器的方法和裝置。一種光放大器，包括輸入端口和輸出端口，其經(jīng)由數(shù)據(jù)信號線耦合在一起；放大器電路；增益控制電路，其耦合到數(shù)據(jù)信號線并且操作用于檢測在輸入端口處輸入到光放大器的突發(fā)信號的功率電平；和偽激光生成電路，其具有耦合到數(shù)據(jù)信號線的輸出和耦合到增益控制電路的輸入，其中增益控制電路操作用于控制偽激光生成電路輸出的功率電平，以便使輸入到放大器電路中的信號的功率電平保持在基本恒定的電平。
文檔編號H04B10/17GK101197626SQ200710199518
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者丹尼爾·B·格羅斯曼, 威廉·威克斯, 弗蘭克·J·埃芬貝格爾, 李若丁 申請人:通用儀表公司