CN101141222B - 一种实现光信号波形发生的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现光信号波形发生的装置及方法，所述装置包括，控制器、光功率发生模块和合波器，所述控制器通过控制电信号控制装置内配备的光功率发生模块输出光信号，将输出的光信号通过合波器合路输出作为最后的合成光信号。在本发明所述装置的内部，同时配备多路波长激光器，模拟WDM***中各种情况下的增减波情况，生成各种测试用光信号。采用本发明所述装置实现简单，且使用范围广泛。

Description

一种实现光信号波形发生的装置及方法

技术领域

本发明涉及通信领域光传输***，具体涉及DWDM(Dense WavelengthDivision Multiplexing，密集波分复用)***中的一种实现光信号波形发生的装置及方法。

背景技术

DWDM技术是一种宽带光传输技术，它将多路不同波长的光信号复用起来传输，传输后再解复用光纤中的多路光信号，送入不同的通信终端。即在一根物理光纤上提供多个虚拟的光纤通道，从而节省大量的光纤资源。对于DWDM***而言，EDFA(掺铒光纤放大器)的出现使得WDM(WavelengthDivision Multiplexing，波分复用)技术能够实现长途及超长途的无电中继宽带传输，满足日益增长的大容量、高性能、低成本网络传输的需求。EDFA包括泵浦激光器、WDM***和掺铒光纤等器件。DWDM***将产生的泵浦光耦合到掺铒光纤中，巨大的泵浦光能量将掺铒光纤中的铒离子激发到一个亚稳态的高能级，这些铒离子可以被光信号激发形成受激辐射而跃迁到一个稳态的低能级，同时释放出与光信号同频同相的光子，即将驱动泵浦激光器的电能转换为光能，从而实现光信号的直接放大。EDFA补偿DWDM***中由于器件或光纤损耗带来的信号衰减，使放大后的光信号有足够的功率完成光纤线路的传输。可见，EDFA在WEDM传输***中的作用举足轻重，其性能也很大程度上影响***传输性能。

EDFA有一组重要的性能指标，称为瞬态响应，瞬态响应的定义是EDFA输出的剩余信道功率随着输入扰动的响应，其指标由上冲、下冲、建立时间3个参数来描述。

WDM***一个非常显著的难点就是如何改善EDFA的瞬态响应问题，随着WDM技术的发展，对EDFA瞬态响应指标提出了更严格的要求，EDFA的瞬态响应指标与激励EDFA瞬态发生的输入扰动信号的特性密切相关，因此如何能得到产生输入扰动信号的光信号波形发生器，成为了解决WDM***上述难点的一项关键技术。

WDM***的另一个显著难点就是***的稳定性问题。尤其是在多级EDFA级联***中，由于传输光发大器的串联连接结构，在输入端的光功率波动将会引起输出端光功率的波动，当这种波动超出接收机的接收容限时，信号的传输将会受到严重影响。

为研究***的稳定性问题，现有技术中定义了响应传递函数K(ω)， $K\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{P_{\mathrm{out}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{P_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\ω}\right)},$ 如图1所示，在WDM***中，在光发射端MPI-S处的光功率为P_MPI-S(ω)，经过线路光纤的传输衰减和各级OA的传输放大之后，到达光接收端MPI-R处的光功率为P_MPI-R(ω)，定义整个传输***的传递函数为 $K_{\mathrm{SYS}}\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{p_{\mathrm{MPI}-R}\left(\mathrm{\ω}\right)}{P_{\mathrm{MPI}-S}\left(\mathrm{\ω}\right)},$ K(ω)的幅度，反映了在输入端一定频率的光功率扰动信号，经过***传输之后，被放大或者缩小的作用。当K(ω)的幅度小于1时，频率为ω的光功率扰动信号经过单板或***传输后，能量被衰减，光信号将会稳定传输；K(ω)的幅度大于1时，光功率扰动信号经过单板或***传输后，能量被放大，光信号的传输存在不稳定性，将有可能会产生震荡。

输入不同频率的光功率扰动信号经过级联EDFA传输之后，得到***的传递函数K(ω)，该性能反映了光传输***对于波动噪声的稳定性。

在这里，产生特定频率的光功率扰动信号的光信号波形发生器同样是一项关键技术。

综上所述，对于WDM***而言，光信号波形发生装置在研发、生产和工程中都有很大的需求。

发明内容

本发明的目的是提出一种实现光信号波形发生的装置及方法，用以克服现有技术中存在的光源发生技术中存在的问题，本发明在装置内部配备多路波长激光器，模拟WDM***中各种情况下的增减波情况，生成各种测试用光信号。

为了实现上述发明目的，本发明具体是这样实现的：

一种实现光信号波形发生的装置包括，控制器、光功率发生模块和合波器，

所述控制器通过控制电信号控制装置内配备的光功率发生模块输出光信号，将输出的光信号通过合波器合路输出作为最后的合成光信号。

所述的实现光信号波形发生的装置中，所述控制器包括可编程门阵列、数模转换器和模数转换器；

所述可编程门阵列根据设定的目标光信号的相关性能参数，产生控制数字序列送至数模转换器，通过所述数模转换器转换为控制电信号送至光功率发生模块，所述模数转换器将光功率发生模块输出的光信号转换为光功率反馈控制电信号送至可编程门阵列。

所述的实现光信号波形发生的装置中，所述目标光信号的相关性能参数包括，波长数、每个波长光信号的周期和幅度。

所述的实现光信号波形发生的装置，所述光功率发生模块至少为一个；

所述光功率发生模块与控制器中的数模转换器和模数转换器是相互匹配的。

所述的实现光信号波形发生的装置中，所述光功率发生模块包括，压控电流源，激光器和分光器；

所述压控电流源接收控制器发出的控制电信号，利用压控电流源输出的驱动电流信号控制激光器的偏置电流，从而控制激光器产生光信号；

所述分光器将激光器输出的光信号送至合波器，同时分光器将光功率反馈控制电信号送至控制器。

所述的实现光信号波形发生的装置中，所述光功率发生模块包括，恒定电流源，激光器，电可调衰减器和分光器，利用恒定电流源输出驱动电流信号控制激光器输出光信号至电可调衰减器，电可调衰减器接收控制器发出的控制电信号对激光器输出的光信号进行调制，调制后的光信号经由分光器送出，同时分光器将光功率反馈控制电信号送至控制器。

一种实现光信号波形发生的方法，包括如下步骤：

步骤1、根据获取的所要生成的目标光信号的相关性能参数，利用控制器产生光信号在一周期内的控制数字序列；

步骤2、根据所述控制数字序列设置控制器的控制电信号，并将所述控制电信号送至光功率发生模块；

步骤3、光功率发生模块输出相应波形的光信号，同时将光功率反馈控制电信号返回控制器；

步骤4、根据接收到的光功率反馈控制电信号，控制器对输出的光信号进行调整，生成需要的光信号。

所述的实现光信号波形发生的方法中，所述步骤4中的所述控制器对输出的光信号进行调整，具体是：控制器判断输出的光信号与目标光信号是否相符，若相符，则生成需要的光信号，转入步骤2，否则，存在误差，转入步骤5；

步骤5，进行误差计算，并判断误差值是否在允许的范围内，若是，则执行步骤2，否则，执行步骤6；

步骤6，根据计算得到的误差值对光信号在一周期内的控制数字序列进行调整，转入步骤2。

所述的实现光信号波形发生的方法中，所述目标光信号的相关性能参数包括，波长数、每个波长光信号的周期和幅度。

本发明解决了光源发生的问题，提供一种可方便设置的光信号波形发生装置及方法，在该装置的内部同时配备多路波长激光器，模拟WDM***中各种情况下的增减波情况，生成各种测试用光信号，实现简单，使用范围广泛。

附图说明

图1为WDM传输***结构框图；

图2为本发明光信号波形发生装置的结构框图；

图3为本发明光信号波形发生装置中控制器的结构图；

图4为本发明光信号波形发生装置中光功率发生模块一具体实现的框图；

图5为本发明光信号波形发生装置中光功率发生模块另一具体实现的框图；

图6为实现本发明所述方法的主要流程图。

具体实施方式

本发明的主要技术思想是，提出一种光信号波形发生的装置即方法，所述装置包括，控制器、光功率发生模块和合波器，控制器通过电控制信号控制装置内配备的光功率发生模块的光功率输出波形，将输出的波长通过合波器合路输出作为最后的合成光信号输出，输出模拟WDM***中各种情况下的增减波情况，生成各种测试用光信号，以适应WDM***的各种开发、测试需求。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图2所示以两路波长为例对本发明光信号波形发生装置的结构进行描述，图中实心连线表示电路连接，空心连线表示光路连接。控制器发出波长1控制电信号、波长2控制电信号分别到波长1光功率发生模块、波长2光功率发生模块，依次产生波长1光信号、波长2光信号并送至合波器，将合波器合路输出作为最后的合成光信号输出。所述控制器通过接收波长1光功率发生模块、波长2光功率发生模块和合波器输出的光功率反馈控制电信号对光功率发生模块的输出波形进行调整，使其输出的光功率波形符合要求。

如图3所示为控制器的组成框图，所述控制器包括FPGA(现场可编程门阵列)、DAC(数模转换器)和ADC(模数转换器)，FPGA根据参数设置接口上设置的光信号波形的相关性能参数，产生控制数字序列A_N(t_i)并送至DAC，通过DAC转换为控制电信号送至光功率发生模块，所述ADC将光功率发生模块输出的光功率信号转换为光功率反馈控制电信号送至FPGA进行校准处理。

如图4所示为光功率发生模块的一具体实现框图，如图所示，光功率发生模块包括，压控电流源401，激光器402和分光器403，压控电流源401接收控制器发出的控制电信号，利用压控电流源401输出驱动电信号控制激光器402的偏置电流，从而控制激光器402输出光信号，经分光器403将光信号输出，同时分光器403将光功率反馈控制电信号送至控制器。

如图5所示为光功率发生模块的另一具体实现框图，如图所示，光功率发生模块包括，恒定电流源501，激光器402，电可调衰减器503和分光器403，利用恒定电流源501输出驱动电信号控制激光器402输出光信号至电可调衰减器503，电可调衰减器503接收控制器发出的电控制信号对激光器402输出的光信号进行调制，调制后的光信号送至经由分光器403送出，同时分光器403将光功率反馈控制电信号送至控制器。

在进行光放大器瞬态响应指标的测试中，为了满足测试的需要，一般需要两路光信号，故需要两个光功率发生模块来实现，其中一功率发生模块产生的光信号，作为扰动信号，控制器发出控制电信号控制光功率发生模块中的激光器发光与关闭；另一采用电可调衰减器调制输出光功率的光功率发生模块产生的光信号做为剩余信号，在整个测试过程中其光功率为一固定值。控制器通过控制前一光功率发生模块输出的光功率的增加和减小来模拟WDM***中的瞬态发生情况，增减波的幅度和切换速度都可以设置。

控制器还在每个瞬态发生的同时输出一个触发信号，供给瞬态测试装置中的录波器识别每个瞬态过程使用。

在光放大单板以及放大器级联***的响应传递函数测试应用中，可需要一路或者多路光信号，根据需要控制器输出控制电信号给至少一个光功率发生模块，发出特定频率的光信号作为激励源，输出给待测单板或***。

本发明提出的一种实现光信号波形发生的方法，主要包括如下步骤：

步骤1、获取所要生成光信号波形的相关性能参数，例如波长数、每个波长光信号的周期、幅度等；

步骤2、根据步骤1中获得的所要生成信号波形的相关性能参数，计算该光信号在一周期内的控制数字序列A_N(t_i)，其中t_i为时间参数；

步骤3、根据步骤2中得到的控制数字序列A_N(t_i)设置控制器的所有波长控制电信号，并将所述控制电信号传递给光功率发生模块；

步骤4、根据所接收的控制电信号光功率发生模块输出相应波形的光信号，同时将光功率反馈控制电信号返回控制器；

步骤5、根据接收到的光功率反馈控制电信号，控制器判断输出的光信号与目标波形信号是否相符，若相符，则转入步骤3，否则，存在误差，转入步骤7；

步骤6，进行误差计算，并判断误差值是否得到设定的精度，若是，则周期性执行步骤3到步骤5，否则，执行步骤7；

步骤7，根据计算得到的误差值对光信号在一周期内的控制数字序列A_N(t_i)采用控制器进行调整，转入步骤3。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种实现光信号波形发生的装置，其特征在于包括，控制器、光功率发生模块和合波器，

所述控制器通过控制电信号控制装置内配备的光功率发生模块输出光信号，将输出的光信号通过合波器合路输出作为最后的合成光信号：

所述控制器包括可编程门阵列、数模转换器和模数转换器；

所述可编程门阵列根据设定的目标光信号的相关性能参数，产生控制数字序列送至数模转换器，通过所述数模转换器转换为控制电信号送至光功率发生模块，所述模数转换器将光功率发生模块输出的光信号转换为光功率反馈控制电信号送至可编程门阵列；

所述目标光信号的相关性能参数包括，波长数、每个波长光信号的周期和幅度。

2.如权利要求1所述的实现光信号波形发生的装置，其特征在于：

所述光功率发生模块至少为一个；

所述光功率发生模块与控制器中的数模转换器和模数转换器是相互匹配的。

3.如权利要求2所述的实现光信号波形发生的装置，其特征在于：

所述光功率发生模块包括，压控电流源，激光器和分光器；

所述压控电流源接收控制器发出的控制电信号，利用压控电流源输出的驱动电流信号控制激光器的偏置电流，从而控制激光器产生光信号；

所述分光器将激光器输出的光信号送至合波器，同时分光器将光信号送至控制器。

4.如权利要求2所述的实现光信号波形发生的装置，其特征在于：

所述光功率发生模块包括，恒定电流源，激光器，电可调衰减器和分光器，利用恒定电流源输出驱动电流信号控制激光器输出光信号至电可调衰减器，电可调衰减器接收控制器发出的控制电信号对激光器输出的光信号进行调制，调制后的光信号经由分光器送出，同时分光器将光信号送至控制器。

5.一种实现光信号波形发生的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、根据获取的所要生成的目标光信号的相关性能参数，利用控制器产生光信号在一周期内的控制数字序列；所述目标光信号的相关性能参数包括，波长数、每个波长光信号的周期和幅度；

步骤2、根据所述控制数字序列设置控制器的控制电信号，并将所述控制电信号送至光功率发生模块；

步骤3、光功率发生模块输出相应波形的光信号，同时将光信号返回控制器；

步骤4、控制器将接收到的光信号转换为光功率反馈控制电信号后，根据所述光功率反馈控制电信号对输出的光信号进行调整，生成需要的光信号。

6.如权利要求5所述的实现光信号波形发生的方法，其特征在于，所述步骤4中，所述控制器对输出的光信号进行调整，具体是：

控制器判断输出的光信号与目标光信号是否相符，若相符，则生成需要的光信号，转入步骤2，否则，存在误差，转入步骤5；

步骤5，进行误差计算，并判断误差值是否在允许的范围内，若是，则执行步骤2，否则，执行步骤6；

步骤6，根据计算得到的误差值对光信号在一周期内的控制数字序列进行调整，转入步骤2。

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