CN103532634A - 自适应调节接收光功率的光纤通信***及其运行方法 - Google Patents

自适应调节接收光功率的光纤通信***及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明为自适应调节接收光功率的光纤通信***及其运行方法，光发射机输出的模拟光信号功率大于光接收机最佳接收功率范围的上限值与传输衰减量的和，模拟光信号先进入光衰减器再进入光接收机，光接收机内的光探测器的取样电压接入控制检测电路，后者接光衰减器。控制检测电路包括单片机和AD/DA转换模块。本***运行方法为：光发射机的光信号经光衰减器进入光接收机；光接收机的光探测器取样电阻的检测电压值送入单片机；单片机判断当前接收光功率，若在光接收机的最佳接收光功率范围内，继续检测；否则据差值确定衰减量，控制调节光衰减器。本发明动态自适应调节接收光功率为最佳值，稳定光纤通信质量，适用于不同光接收机，易于实施。

Description

自适应调节接收光功率的光纤通信***及其运行方法
技术领域
本发明涉及电子通信技术领域，具体涉及一种自适应调节接收光功率的光纤通信***及其运行方法。
背景技术
当前，随着通信***的数据量越来越大、信号带宽越来越宽，模拟信号光纤通信，尤其是高频率模拟信号光纤通信得到广泛的应用。现有的模拟光纤通信技术由光发射机、光缆、光接收机组成，由于传输距离不同、光缆长度不同，传输过程的损耗不同，因此接收机中接收到的光功率不同。目前大部分光接收机的最佳接收光功率是2±0.5dBm，高频率光接收机，比如20GHz、50GHz的光接收机最佳接收光功率大于2±0.5dBm。当光接收机接收到的光功率大于光接收机的最佳接收光功率会引起接收机的饱和，导致电信号失真、非线性增加，光接收机长时间工作在饱和状态会降低器件的使用寿命。当光接收机接收到的光功率小于光接收机的最佳接收光功率会引起***增益减小、信号幅度下降、信噪比劣化。可见，光接收机接收到的光功率值是否相当于其最佳接收光功率，关系到整个光纤通信***中模拟信号传输的质量。正是由于这个原因，现有的模拟信号光纤通信***只适合工作在***设计的特定光缆长度（传输距离）的场合，极大的限制了模拟信号光纤通信***的应用。另一方面，在传输光缆的某些光纤熔接、光接口连接的情况下，也会因人为原因加大光路传输的光功率损耗从而导致光接收机的接收光功率过小，影响接收信号的质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种自适应调节接收光功率的光纤通信***,其光发射机的模拟激光器的输出光功率大于光接收机的最佳接收功率范围的上限值与传输衰减量的和，光接收机中增加一个可控的光衰减器和检测控制电路，进入光接收机的光先进入光衰减器再进入光接收机，光接收机内的光探测器的工作电压接入控制检测电路，控制检测电路的输出端接入光衰减器的控制端。
本发明的另一目的是提供上述自适应调节接收光功率的光纤通信***的运行方法，光接收机内的光探测器将接收光功率大小转换为电压信号接入控制检测电路，控制检测电路检测接收光的强度、并根据此值控制调节光衰减器的衰减量，经过光衰减器调节后进入光接收机的光功率稳定于光接收机的最佳接收光功率，保证光纤通信的质量。
本发明设计的自适应调节接收光功率的光纤通信***,包括光发射机和光接收机，光发射机和光接收机由光缆连接，所述光发射机中的模拟激光器输出的模拟光信号功率大于光接收机的最佳接收功率范围的上限值与传输衰减量的和，所述光接收机中接有光衰减器和检测控制电路，模拟光信号先进入光衰减器，再进入光接收机，光接收机内的光探测器所接取样电阻的电压接入控制检测电路，控制检测电路的输出端接入光衰减器的控制端。
所述控制检测电路包括单片机和模数转换模块、数模转换模块，所述光探测器的电压信号接入模数转换模块，再接入单片机，单片机的控制信号为数字信号，经数模转换模块转换为模拟信号再送入光衰减器。
所述单片机内可集成模数转换模块和数模转换模块。
所述光衰减器为衰减量最小分辨率小于0.1dB的可调光衰减器。
所述单片机配有RS-232接口，经此接口与上位机连接，上位机设置单片机控制调节的接收光功率值，以适合用于不同的光接收机。
本发明设计的自适应调节接收光功率的光纤通信***的运行方法主要包括如下步骤：
Ⅰ、开始
光发射机输出的模拟光信号功率大于光接收机的最佳接收功率范围的上限值与传输衰减量的和，经光缆传输后到达接收端，经光衰减器进入光接收机；
Ⅱ、功率检测
光接收机内的光探测器的工作电流与接收光功率成正比，取样电阻将该工作电流的变化转为检测电压值，检测电压送入模数转换模块，把检测电压的模拟信息转换成数字信号；检测电压数字信号送入单片机；
Ⅲ、判断
单片机根据当前接收的检测电压数字信号判断当前光接收机的接收光功率，和所存储的光接收机的最佳接收光功率比较，如果当前的接收光功率在所存储的光接收机的最佳接收光功率范围内，返回步骤Ⅱ；
否则，单片机根据二者的差值确定光衰减器的衰减量，将控制衰减量的数字信号送入数模转换模块，转换成一个连续的模拟电压信号，输出到光衰减器；
Ⅳ、光衰减器调节
光衰减器在单片机的控制下调节光衰减量，衰减后的接收光送入光接收机，返回步骤Ⅱ。
本***运行过程中对当前接收光功率进行检测判断、动态调节，使光接收机的接收光功率保持在最佳接收光功率范围内。
所述步骤Ⅰ中的传输衰减量Ploss与光发射机和光接收机之间光缆长度S成正比，Ploss=AS，A为单位长度的光信号功率衰减量。当工作波长为1260nm～1610nm，S以公里为单位，A=0.2dB/公里～0.4dB/公里。例如光波长在1310nm光衰减量是0.35dB/km，在1550光波长光衰减量是025dB/km。
所述步骤Ⅰ为保证本***接收端得到的模拟光信号功率能通过衰减达到光接收机的最佳接收功率范围，所述光发射机中的模拟激光器输出的模拟光信号功率Pout、光接收机的最佳接收功率范围的上限值POM与传输衰减量Ploss满足下式：
Pout-POM-Ploss＞2dB。
所述步骤Ⅲ中，单片机每连续2～6次接收模数转换模块输出的检测电压后，计算该2～6次接收值的平均数，以此作为当前检测电压值，判断当前光接收机的接收光功率，以有效提高模数转换的精度。
所述步骤Ⅲ中，单片机存储的光接收机的最佳接收光功率，由上位机经RS-232接口进行设置，以符合不同的光接收机的要求。
与现有技术相比，本发明自适应调节接收光功率的光纤通信***及其运行方法的优点为：1、采用负反馈原理，光接收机和所接的光衰减器、控制检测电路形成一个负反馈环路，自动适应调节接收光功率稳定在最佳接收光功率状态，波动范围精确地控制在±0.5dBm以内，有效解决了因光接收机接收光功率不可控引起的模拟信号光纤通信的质量问题，也较好地免除了因接收机接收到的光功率过大或者过小对***器件造成的不良影响；2、本***光发射机和光接收机之间的光纤传输距离在零至几十公里的范围内变化时，本***均可自适应调节光接收机的功率，大大扩展了模拟信号光纤通信***的应用；3、通过单片机的RS-232接口可以设置光接收机的最佳接收光功率，适合用于不同的光接收机；4、所有器件均为常用器件，因此本***易于实施，成本也不高，易于推广应用。
附图说明
图1为本自适应调节接收光功率的光纤通信***实施例结构框图；
图2为本自适应调节接收光功率的光纤通信***的运行方法实施例流程图。
具体实施方式
自适应调节接收光功率的光纤通信***实施例
本实施例如图1所示，包括光发射机和光接收机，光发射机和光接收机由光缆连接，本例光发射机中的模拟激光器的输出光功率为18dBm，工作波长为1550nm，所述光接收机的最佳接收光功率为1.5dBm～2.5dBm。在传输光缆上光信号的衰减量为每公里0.25dB。本例Pout-POM-Ploss=2.5dB，那么本例最大传输距离为：（18-2.5-2.5）/0.25=52km。本例的传输光缆为0～52km范围内任意长度，本***均可自适应调节接收光功率为其光接收机的最佳接收光功率，保证光纤通信的良好质量。
光接收机中接有光衰减器和检测控制电路，模拟光信号先进入光衰减器，再进入光接收机，光接收机内的光探测器的所接取样电阻的电压接入控制检测电路，控制检测电路的输出端接入光衰减器的控制端。图中点虚线表示光路，细实线表示电路。
所述控制检测电路包括单片机和模数转换模块、数模转换模块，所述光探测器的电压信号接入模数转换模块，再接入单片机，单片机的控制信号为数字信号，经数模转换模块转换为模拟信号再送入光衰减器。
本例光衰减器为可调光衰减器，其衰减量最小分辨率小于0.1dB。
所述单片机配有RS-232接口，与上位机连接，上位机设置单片机控制调节的接收光功率值，以适合用于不同的光接收机。
自适应调节接收光功率的光纤通信***的运行方法实施例
本自适应调节接收光功率的光纤通信***的运行方法实施例，在上述的自适应调节接收光功率的光纤通信***实施例上运行实施，其流程如图2所示，主要包括如下步骤：
Ⅰ、开始
模拟信号in输入光发射机，光发射机发射功率18dBm的模拟光信号，经光缆传输后到达接收端，经光衰减器进入光接收机，光接收机输出模拟信号out；
Ⅱ、功率检测
光接收机内的光探测器的工作电流与接收光功率成正比，取样电阻将该工作电流的变化转为检测电压值，检测电压Vt送入模数转换模块，把检测电压的模拟信息转换成数字信号；检测电压数字信号送入单片机；
Ⅲ、判断
单片机每连续5次接收模数转换模块输出的检测电压后，计算该5次接收值的平均数，作为当前的检测电压值，单片机以此为根据判断当前光接收机的接收光功率，和所存储的光接收机的最佳接收光功率比较，如果当前的接收光功率在所存储的光接收机的最佳接收光功率范围内，返回步骤Ⅱ；
否则，单片机根据二者的差值确定光衰减器的衰减量，将控制衰减量的数字信号送入数模转换模块，转换成一个连续的模拟电压信号Vc，输出到光衰减器；
单片机存储的光接收机的最佳接收光功率，由上位机经RS-232接口进行设置。
Ⅳ、光衰减器调节
光衰减器在单片机的控制下调节光衰减量，衰减后的接收光送入光接收机，返回步骤Ⅱ。
本***运行过程中对当前接收光功率进行检测判断、动态调节，使光接收机的接收光功率保持在最佳接收光功率。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.自适应调节接收光功率的光纤通信***,包括光发射机和光接收机，光发射机和光接收机由光缆连接，其特征在于：
所述光发射机中的模拟激光器的输出的模拟光信号功率大于光接收机的最佳接收功率范围的上限值与传输衰减量的和，所述光接收机中接有光衰减器和检测控制电路，进入光接收机的光先进入光衰减器，再进入光接收机，光接收机内的光探测器的所接取样电阻的电压接入控制检测电路，控制检测电路的输出端接入光衰减器的控制端。
2.根据权利要求1所述的自适应调节接收光功率的光纤通信***，其特征在于：
所述控制检测电路包括单片机和模数转换模块、数模转换模块，所述光探测器的电压信号接入模数转换模块，再接入单片机，单片机的控制信号为数字信号，经数模转换模块转换为模拟信号再送入光衰减器。
3.根据权利要求2所述的自适应调节接收光功率的光纤通信***，其特征在于：
所述单片机内集成模数转换模块和数模转换模块。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的自适应调节接收光功率的光纤通信***，其特征在于：
所述光衰减器为衰减量最小分辨率小于0.1dB的可调光衰减器。
5.根据权利要求2或3中任一项所述的自适应调节接收光功率的光纤通信***，其特征在于：
所述单片机配有RS-232接口，经此接口与上位机连接。
6.根据权利要求2或3中任一项所述的自适应调节接收光功率的光纤通信***的运行方法，其特征在于主要包括如下步骤：
Ⅰ、开始
光发射机输出模拟光信号，模拟光信号功率大于光接收机的最佳接收功率范围的上限值与传输衰减量的和，经光缆传输后到达接收端，经光衰减器进入光接收机；
Ⅱ、功率检测
光接收机内的光探测器的工作电流与接收光功率成正比，取样电阻将该工作电流的变化转为检测电压值，检测电压送入模数转换模块，把检测电压的模拟信息转换成数字信号；检测电压数字信号送入单片机；
Ⅲ、判断
单片机根据当前接收的检测电压数字信号判断当前光接收机的接收光功率，和所存储的光接收机的最佳接收光功率比较，如果当前的接收光功率在所存储的光接收机的最佳接收光功率的范围内，返回步骤Ⅱ；
否则，单片机根据二者的差值确定光衰减器的衰减量，将控制衰减量的数字信号送入数模转换模块，转换成一个连续的模拟电压信号，输出到光衰减器；
Ⅳ、光衰减器调节
光衰减器在单片机的控制下调节光衰减量，衰减后的接收光送入光接收机，返回步骤Ⅱ。
7.根据权利要求6所述的自适应调节接收光功率的光纤通信***的运行方法，其特征在于：
所述步骤Ⅰ中的传输衰减量Ploss与光发射机和光接收机之间光缆长度S成正比；Ploss=AS，A为单位长度的光信号功率衰减量，当工作波长为1260nm～1610nm，S以公里为单位，A=0.2dB/公里～0.4dB/公里。
8.根据权利要求6所述的自适应调节接收光功率的光纤通信***的运行方法，其特征在于：
所述步骤Ⅰ中的光发射机中的模拟激光器输出的模拟光信号功率Pout、光接收机的最佳接收功率范围的上限值POM与传输衰减量Ploss满足下式：
Pout-POM-Ploss＞2dB。
9.根据权利要求6所述的自适应调节接收光功率的光纤通信***的运行方法，其特征在于：
所述步骤Ⅲ中，单片机每连续2～6次次接收模数转换模块输出的检测电压后，计算该2～6次接收值的平均数，以此作为当前检测电压值，判断当前光接收机的接收光功率。
10.根据权利要求6所述的自适应调节接收光功率的光纤通信***的运行方法，其特征在于：
所述单片机配有RS-232接口，与上位机连接；
所述步骤Ⅲ中，单片机存储的光接收机的最佳接收光功率，由上位机经RS-232接口进行设置。
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