CN1863027A - 波分复用环路传输***自动控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种波分复用环路传输***自动控制装置及控制方法，该装置包括光路元件部分和电路控制部分，所述光路元件部分包括一第一和第二可调衰减器、第一和第二快速光开关、第一和第二分光器及一耦合器；所述第一可调衰减器位于发送端，用于调节进入环路***的光功率；所述第二可调衰减器用于调节出环端的功率；所述第一及第二可调衰减器分别连接所述第一及第二快速光开关，调节所述第一及第二可调衰减器用于调节发送端通过所述装置进入入环端和经过环路传输出环端经过所述装置进入入环端的光功率之比即增益为1。本发明装置及控制方法，解决了环路传输***的自动控制技术问题，能够测试环路整个增益并通过可调衰减器进行增益调整确保了整个测试的有效性。

Description

波分复用环路传输***自动控制装置及控制方法

技术领域

本发明属于光纤通信中的波分复用(WDM)光传输技术领域，尤其涉及的是WDM环路传输***自动控制装置及其控制方法。

背景技术

随着社会对通信需求的快速增长，光纤通信技术近几年发展迅速，大容量(至少Tb/s)超长距离(无电中继2000km以上)光传输***是光纤通信技术的发展方向之一。在各厂家研制长距离及超长传输***过程中，大都利用环路传输***模拟，环路传输***将一定长度的光纤、较少的放大器组成一定长度的环形传输链路，让信号在环路内传输一定的圈数，即可模拟长距离传输。

如图1所示，现有技术的环路传输***从功能上可以分为发射单元、接收单元、环路控制子***、环路传输子***等四大部分。其中，环路控制子***是构成环路传输***中最重要的部分，它负责测试环路的环长并根据环长对光开关以及测试仪表进行精确的控制，并能够根据环路开关的动作故障自动中止测试，从而能使整个环路的各个部分协调工作。

但现有技术的上述环路传输***及控制方法中，针对不同控制的衰减要求，环路控制子***无法进行增益控制，导致对不同的控制场合缺乏适用性。

因此，现有技术还存在缺陷，而有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波分复用环路传输***自动控制装置及控制方法，用于解决环路传输***最核心的环路控制问题，提出一种实现环路传输***自动控制的装置及其控制方法，通过该装置及控制方法能够很方便并高效地针对不同的环路传输***进行控制，可以运用到各种环路传输***控制及测试中。

本发明的技术方案为：

一种波分复用环路传输***自动控制装置，其中，该装置包括光路元件部分和电路控制部分，所述光路元件部分包括一第一和第二可调衰减器、第一和第二快速光开关、第一和第二分光器及一耦合器；

所述第一可调衰减器位于发送端，用于调节进入环路***的光功率；

所述第二可调衰减器用于调节出环端的功率；

所述第一及第二可调衰减器分别连接所述第一及第二快速光开关，调节所述第一及第二可调衰减器用于调节发送端通过所述装置进入入环端和经过环路传输出环端经过所述装置进入入环端的光功率之比即增益为1；

所述第一及第二快速光开关用于模拟长距离传输；

所述第一及第二分光器对小信号部分的光信号进入整个装置的电路部分进行处理；

所述耦合器实现发送端信号耦合进入环路，经过环路***传输多圈后的信号耦合进入接收端；

所述电路控制部分包括光电探测及放大电路、AD数据采集电路、逻辑控制电路、光开关动作控制电路、可调衰减器控制电路及CPU最小***单元；

所述CPU最小***通过数据总线、地址总线、控制总线与可编程逻辑控制电路相连，对装置相关电路元件及光路元件的进行；并通过一上层控制程序硬件接口接收上层装置控制程序的命令，并把相关告警向上层控制程序上报。

所述的装置，其中，正常工作时所述第一快速光开关和第二快速光开关的工作状态相反，且根据需要模拟的圈数，第二快速光开关闭合时长是第一快速光开关闭合时长的圈数倍。

所述的装置，其中，所述可编程逻辑控制电路包括增益控制功能模块、环长自动测量功能模块、光开关动作故障识别及控制处理电路、仪表门控功能模块；

经第一分光器分光后的小部分光在光电探测及放大电路中完成光电转换及放大进入所述环长自动测量模块和光开关动作故障识别及处理模块模块；

经第二分光器分光的小部分光经过AD数据采集电路完成光电转换，转换后的电信号分为两路，一路用于AD转换，转换后的数据信号进入可编程逻辑控制电路中的增益控制功能模块，用以确定是否对可调衰减器进行控制处理；另一路经过放大后进入所述环长自动测量模块和光开关动作故障识别及处理模块。

所述的装置，其中，所述可编程逻辑控制电路的仪表门控模块通过与所述光开关动作故障识别及控制功能模块配合完成对仪表的控制，对模拟超长距离传输后对传输性能的测试；所述仪表门控模块与设置在所述所述电路控制部分中的所述仪表门控接口相连。

所述的装置，其中，所述仪表门控接口包括误码仪、光谱仪或宽带示波器。

所述的装置，其中，所述可调衰减器为电可调衰减器，所述快速光开关为声光开关或者是电光开关，覆盖C/L波段，开关速度在0.1us量级；所述耦合器为3dB耦合器；所述分光器为1:99分光器或5:95分光器。

一种波分复用环路传输***的控制方法，其中，该方法包括以下步骤：

1)设置第一可调衰减器和第二可调衰减器，第一快速光开关和第二快速光开关进行自动环长测量；

2)调节所述第一可调衰减器，所述第一快速光开关和所述第二快速光开关配合自动调节所述第二可调衰减器以完成环路增益调平功能；

3)根据所测环长，设定所要模拟的圈数，环路传输中的空缺或者交叠时间，延时时间，有效测量间隔参数，由所述第一及第二快速光开关配合动作及测试仪表周而复始的进行环路传输与测试，在测试过程中检测光开关动作故障，一旦出现动作故障将中止该测试周期，并给出相关告警指示。

所述的方法，其中，所述步骤1)中还包括上层控制程序启动自动环长测试命令，所述可编程逻辑控制电路中的环长自动测量及光开关动作控制模块完成自动环长测量，其步骤包括：

a1)闭合所述第一快速光开关，同时断开所述第二快速光开关，闭合时间远超过估算环长时间；

b1)断开所述第一快速光开关，延时时长t_d后闭合所述第二快速光开关；该t_d时间将在AD数据采集电路中的光电转换及放大电路后的电信号形成空缺，所述环路自动测试环长功能模块的控制电路检测信号的周期性，连续测试到两个空缺的上升沿的时间间隔即为环路环长，断开所述第二快速光开关；

c1)重复步骤a1)和b1)一预定次数，如结果相同，则该结果为测出的环长；

d1)所述环路自动测试功能模块将测试结果通过CPU最小***及上层控制程序硬件接口上报上层控制程序。

所述的方法，其中，所述步骤2)还包括：

A4)闭合所述第一快速光开关同时断开第二快速光开关，延时时长t₀后，断开所述第一快速光开关同时闭合第二快速光开关，所述光探测电路将先后探测入环端的信号及出环端的信号，模数转换电路先后得到入环端的信号及出环端的信号的数据量，调节第二可调衰减器，直到两者差小于8；

B4)重复所述步骤A4)预定次数，但不调整所述第二可调衰减器，比较入环端的信号及出环端的信号的数据量的结果，查看两者差是否都满足小于8；如果是则断开所述第二快速光开关；

C4)如果步骤B4)没有满足，则要重复A4)，直到B4)满足。

所述的方法，其中，所述步骤3)还包括：

A5)闭合所述第一快速光开关，时间超过环长一预定时长以让环路稳定；断开第一快速光开关，延时对空缺加交叠时间、对过载减交叠时间后闭合第二快速光开关，不予仪表进行测试；断开第二快速光开关，同时闭合第一快速光开关；所述光开关故障识别电路监测该第一及第二快速光开关和的动作故障，立即关闭准予仪表测试的门控信号，并上报上层控制程序相关故障信息；

B5)重复所述步骤A5)，周而复始的进行测试。

本发明所提供的一种波分复用环路传输***自动控制装置及控制方法，通过在装置中增加相关元件和相关自动控制功能以及相关自动控制方法，解决了环路传输***的自动控制技术问题，能够测试环路整个增益并通过可调衰减器进行增益调整；根据不同的环路***自动精确测试环路环长；能根据要模拟的圈数自动控制光开关及测试仪表进行测试；可快速自动检测光开关动作故障，一旦出现故障将自动中止该测试周期，确保了整个测试的有效性。

附图说明

图1为现有技术的环路传输***示意图；

图2为本发明的环路自动控制装置结构的组成图；

图3为本发明的所述波分复用环路传输***自动控制装置及控制方法的逻辑功能模块组成示意图；

其中主要元件及接口说明如下：

C1、C2、C3、C4为环路传输***控制装置发送端、出环端、接收端和入环端输入输出光接口；

A1、A2为可调衰减器；

S1、S2为快速光开关；

F1、F2为分光器；

M为3dB耦合器；

P为衰减器控制电路；

S为光开关控制电路；

D为光电探测及放大电路；

AD为AD数据采集电路，其中包括光电探测、AD转换及放大电路；

F为可编程逻辑控制电路；

C为CPU最小***；

JP1为上层控制程序硬件接口；

JP2为仪表门控接口。

具体实施方式

以下将对本发明的具体较佳实施例加以详细说明。

本发明所述的一种波分复用环路传输***自动控制装置及控制方法主要涉及到环路控制子***的设计，在现有技术的环路控制子***的最基本组成及最基本的控制方法的基础上进行了改进，针对环路传输***控制的实际应用需求，本发明装置和方法设计的，能够方便高效的应用到环路传输***的各种控制场合。

本发明的环路传输***的控制装置包括光路元件部分和电路控制部分，如图2所示，光路元件部分由第一及第二可调衰减器A1、A2、第一及第二快速光开关S1、S2、分光器及3dB耦合器M组成；电路控制部分包括光电探测及放大电路D、AD数据采集电路AD、可编程逻辑控制电路F、光开关动作控制电路S、可调衰减器控制电路P及CPU最小***单元C。如图3所示，所述可编程逻辑控制电路F中包含功率增益控制模块、环长自动测试模块、光开关动作故障识别及处理模块及仪表门控模块。

本发明所述的波分复用环路传输***自动控制装置用于如图1所示的与现有技术类似的波分复用环路传输***中，其基本控制过程包括：

(1)复位所述第一及第二A1和A2，第一及第二快速光开关S1和S2动作配合进行自动环长测量；

(2)调节第一可调衰减器A1，第一及第二快速光开关S1和S2动作配合，并自动调节第二可调衰减器A2完成环路增益调平功能；

(3)根据所测环长，设定所要模拟的圈数，环路传输中的空缺及交叠时间，延时时间，有效测量间隔参数，光开关配合动作及测试仪表周而复始的进行环路传输与测试，在测试过程中及时检测光开关动作故障，一旦出现动作故障将中止该测试周期，并给出相关告警指示。

本装置适用于环路传输***的控制场合，适用于常规RZ码、NRZ码及其他RZ码传输***；适用于环路***环长短至80km的***。

以下结合附图进行更为详细的描述。

如图2所示是实现环路控制的结构组成图，该图由光路元件部分和电路元件部分组成，光路元件部分中包括第一可调衰减器A1和第二可调衰减器A2，所述第一可调衰减器A1位于发送端，用于调节进入环路***的光功率，所述第二可调衰减器A2用于调节出环端的功率，环路***正常工作要求发送端通过环路控制***进入入环端和经过环路传输出环端经过环路控制装置进入入环端的光功率之比，即增益为1，为确保增益为1，可以通过所述第一及第二可调衰减器A1、A2的调节来实现。所述第一及第二快速光开关S1和S2主要用于模拟长距离传输，正常工作时第一快速光开关S1和第二快速光开关S2的工作状态正好相反，第一快速光开关S1闭合时第二快速光开关S2将断开，第一快速光开关S1断开时第二快速光开关S2将闭合，而且根据需要模拟的圈数N，第二快速光开关S2闭合一般是第一快速光开关S1闭合时间的N倍。第一及第二分光器F1和F2对小信号部分的光信号进入整个装置的电路部分进行处理。3dB耦合器M实现发送端信号耦合进入环路，经过环路***传输多圈后的信号耦合进入接收端。

本发明装置所述的可调衰减器一般是电可调衰减器，快速光开关一般是声光开关或者是电光开关，覆盖C/L波段，波长相关损耗小，开关速度在0.1us量级；3dB耦合器在C和L波段波长相关损耗小；分光器可以是1:99分光器或5:95分光器。

图2中所示的可编程逻辑控制电路F主要完成相关逻辑控制，主要功能模块由如图3所示的，包括增益控制功能模块、环长自动测量功能模块、光开关动作故障识别及控制处理电路、仪表门控功能模块等。如图2中所示经第一分光器F1分光后的小部分光在光电探测及放大电路D中完成光电转换及放大进入如图3所示的可编程逻辑控制电路环长自动测量模块和光开关动作故障识别及处理模块模块；经过第二分光器F2分光的小部分光经过AD数据采集电路AD先完成光电转换，转换后的电信号分为两路，一路用于AD转换，转换后的数据信号进入可编程逻辑控制电路F中的增益控制功能模块，进行相关逻辑处理以确定是否对可调衰减器进行控制处理；另一路经过放大后进入如图3所示的环长自动测量模块和光开关动作故障识别及处理模块中进行相关逻辑处理。

图3中的可编程逻辑控制电路另一个重要的功能模块是仪表门控模块，该模块通过与光开关动作故障识别及控制功能模块配合完成对仪表的控制，实现模拟超长距离传输后对传输性能的测试；仪表门控模块与图2所示的仪表门控接口JP2相连，本装置包括但不限于3种仪表的门控接口，分别是误码仪、光谱仪和宽带示波器。

图2中所示的CPU最小***C包含CPU芯片、RAM、ROM以及相关的***芯片，CPU最小***通过数据总线、地址总线、控制总线与可编程逻辑控制电路相连，CPU最小***实现对装置相关电路元件及光路元件的基本控制功能；CPU最小***通过如图2所示的上层控制程序硬件接口JP1接收上层装置控制程序的命令，并把相关告警向上层控制程序上报。

为实现对环路***的控制，本发明提供了相应的控制方法，具体步骤如下：

(1)按图1所示通过本发明环路控制装置将发送单元、接收单元、测试仪表和环路传输链路连接好后形成完整的环路传输及测试***；

(2)上层控制程序启动复位第一及第二可调衰减器A1和A2命令，这时可调衰减器只有固有插损，在这种情况下环路***的功率增益近似为1，可以测试环路传输***的环长；

(3)上层控制程序启动自动环长测试命令，可编程逻辑控制电路中的环长自动测量及光开关动作控制模块配合来完成自动环长测量，具体方法如下：

A)闭合所述第一快速光开关S1，同时断开所述第二快速光开关S2，闭合时间远超过估算环长时间；

B)断开所述第一快速光开关S1，延时t_d(一般为几微秒)后闭合所述第二快速光开关S2，这时在整个环路中将形成约t_d时间没有光信号；t_d时间没有光信号将在AD数据采集电路AD中的光电转换及放大电路后的电信号形成约t_d的空缺。环路自动测试环长功能模块的控制电路检测信号的周期性，将连续测试到两个空缺的上升沿的时间间隔t₀，此t₀即为环路环长，断开所述第二快速光开关S2；

C)重复步骤A)和B)多次，如3次，如果3次结果相同均为t₀，则测出环长为t₀；

D)环路自动测试功能模块将测试结果通过CPU最小***C及上层控制程序硬件接口JP1上报上层控制程序，上层控制程序得到测试结果。

(4)断开第二快速光开关S2，闭合第一快速光开关S1，上层控制程序调节第一可调衰减器A1达到测试所要求的入纤功率，启动增益调平命令，该命令通过可编程逻辑控制电路中的光开关动作控制功能模块和增益控制模块来完成环路增益G＝1，具体方法如下：

A4)闭合所述第一快速光开关S1同时断开第二快速光开关S2，延时t₀后，断开所述第一快速光开关S1同时闭合第二快速光开关S2，这时图2中的光探测电路将先后探测入环端的信号及出环端的信号，模数转换电路先后得到入环端的信号及出环端的信号的数据量data1和data2，如果data2＜data1，则表明环路增益＜1，如果data2＞data1，则表明环路增益＞1；根据Data1和data2的结果，调节第二可调衰减器A2，直到两者差小于8；则表明初步完成增益调平功能。

B4)重复步骤A4)预定次数，如3次，但不调整所述第二可调衰减器A2，比较Data1和data2的结果，查看两者差是否都满足小于8；如果是则表明完成增益调平功能，断开所述第二快速光开关S2。

C4)如果步骤B4)没有满足，则要重复A4)的最后步骤，直到B4满足。

(5)根据步骤(3)中所测的环长t₀，及所要模拟的圈数N，环路传输中的空缺还是交叠的时间t₁，延时测量时间t₂，有效测量间隔t₃，其中t₂+t₃＜t₀，启动环路传输及测试命令。该命令由可编程逻辑控制电路通过光开关控制模块及光开关故障识别功能模块和仪表门控门控及相关电路配合完成环路传输与测试，具体步骤如下：

A5)闭合所述第一快速光开关S1，时间超过环长t₀约100us，如此的目的主要是为让环路稳定；断开第一快速光开关S1，延时交叠的时间±t₁后闭合第二快速光开关S2，如空缺对应+t₁，过载则对应-t₁；根据要模拟的传输圈数N，以断开第一快速光开关S1时刻起，延时(N-1)×t₀+t₂后启动仪表门控有效信号，让仪表测试传输N圈后的传输性能，整个有效测量时间为t₃，延时(N-1)×t₀+t₂+t₃后关闭仪表门控有效信号，不予仪表进行测试；延时N×t₀，断开第二快速光开关S2，同时闭合第一快速光开关S1；在这过程中光开关故障识别电路监测该第一及第二快速光开关S1和S2的动作故障，一定发现有动作故障，立即关闭准予仪表测试的门控信号，并上报上层控制程序相关故障信息，故障计数寄存器+1；

B5)重复所述步骤A5)，周而复始的进行测试。

本发明的上述控制方法适用于进行环路传输***的控制场合，适用于常规RZ码、NRZ码及其他RZ码传输***；适用于环路传输***环长短至80km的***；是一个非常经济实用的方案。

Claims (10)

1、一种波分复用环路传输***自动控制装置，其特征在于，该装置包括光路元件部分和电路控制部分，所述光路元件部分包括一第一和第二可调衰减器、第一和第二快速光开关、第一和第二分光器及一耦合器；

所述第一可调衰减器位于发送端，用于调节进入环路***的光功率；

所述第二可调衰减器用于调节出环端的功率；

所述第一及第二可调衰减器分别连接所述第一及第二快速光开关，调节所述第一及第二可调衰减器用于调节发送端通过所述装置进入入环端和经过环路传输出环端经过所述装置进入入环端的光功率之比即增益为1；

所述第一及第二快速光开关用于模拟长距离传输；

所述第一及第二分光器对小信号部分的光信号进入整个装置的电路部分进行处理；

所述耦合器实现发送端信号耦合进入环路，经过环路***传输多圈后的信号耦合进入接收端；

所述电路控制部分包括光电探测及放大电路、AD数据采集电路、逻辑控制电路、光开关动作控制电路、可调衰减器控制电路及CPU最小***单元；

所述CPU最小***通过数据总线、地址总线、控制总线与可编程逻辑控制电路相连，对装置相关电路元件及光路元件的进行；并通过一上层控制程序硬件接口接收上层装置控制程序的命令，并把相关告警向上层控制程序上报。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，正常工作时所述第一快速光开关和第二快速光开关的工作状态相反，且根据需要模拟的圈数，第二快速光开关闭合时长是第一快速光开关闭合时长的圈数倍。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制电路包括增益控制功能模块、环长自动测量功能模块、光开关动作故障识别及控制处理电路、仪表门控功能模块；

经第一分光器分光后的小部分光在光电探测及放大电路中完成光电转换及放大进入所述环长自动测量模块和光开关动作故障识别及处理模块模块；

经第二分光器分光的小部分光经过AD数据采集电路完成光电转换，转换后的电信号分为两路，一路用于AD转换，转换后的数据信号进入可编程逻辑控制电路中的增益控制功能模块，用以确定是否对可调衰减器进行控制处理；另一路经过放大后进入所述环长自动测量模块和光开关动作故障识别及处理模块。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制电路的仪表门控模块通过与所述光开关动作故障识别及控制功能模块配合完成对仪表的控制，对模拟超长距离传输后对传输性能的测试；所述仪表门控模块与设置在所述所述电路控制部分中的所述仪表门控接口相连。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述仪表门控接口包括误码仪、光谱仪或宽带示波器。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可调衰减器为电可调衰减器，所述快速光开关为声光开关或者是电光开关，覆盖C/L波段，开关速度在0.1us量级；所述耦合器为3dB耦合器；所述分光器为1:99分光器或5:95分光器。

7、一种如权利要求1所述的波分复用环路传输***的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)设置第一可调衰减器和第二可调衰减器，第一快速光开关和第二快速光开关进行自动环长测量；

2)调节所述第一可调衰减器，所述第一快速光开关和所述第二快速光开关配合自动调节所述第二可调衰减器以完成环路增益调平功能；

3)根据所测环长，设定所要模拟的圈数，环路传输中的空缺或者交叠时间，延时时间，有效测量间隔参数，由所述第一及第二快速光开关配合动作及测试仪表周而复始的进行环路传输与测试，在测试过程中检测光开关动作故障，一旦出现动作故障将中止该测试周期，并给出相关告警指示。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中还包括上层控制程序启动自动环长测试命令，所述可编程逻辑控制电路中的环长自动测量及光开关动作控制模块完成自动环长测量，其步骤包括：

a1)闭合所述第一快速光开关，同时断开所述第二快速光开关，闭合时间远超过估算环长时间；

b1)断开所述第一快速光开关，延时时长t_d后闭合所述第二快速光开关；该t_d时间将在AD数据采集电路中的光电转换及放大电路后的电信号形成空缺，所述环路自动测试环长功能模块的控制电路检测信号的周期性，连续测试到两个空缺的上升沿的时间间隔即为环路环长，断开所述第二快速光开关；

c1)重复步骤a1)和b1)一预定次数，如结果相同，则该结果为测出的环长；

d1)所述环路自动测试功能模块将测试结果通过CPU最小***及上层控制程序硬件接口上报上层控制程序。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤2)还包括：

A4)闭合所述第一快速光开关同时断开第二快速光开关，延时时长t₀后，断开所述第一快速光开关同时闭合第二快速光开关，所述光探测电路将先后探测入环端的信号及出环端的信号，模数转换电路先后得到入环端的信号及出环端的信号的数据量，调节第二可调衰减器，到两者差小于8；

B4)重复所述步骤A4)预定次数，但不调整所述第二可调衰减器，比较入环端的信号及出环端的信号的数据量的结果，查看两者差是否都满足小于8；如果是则断开所述第二快速光开关；

C4)如果步骤B4)没有满足，则要重复A4)，直到B4)满足。

10、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤3)还包括：

A5)闭合所述第一快速光开关，时间超过环长一预定时长以让环路稳定；断开第一快速光开关，延时对空缺加交叠时间、对过载减交叠时间后闭合第二快速光开关，不予仪表进行测试；断开第二快速光开关，同时闭合第一快速光开关；所述光开关故障识别电路监测该第一及第二快速光开关和的动作故障，立即关闭准予仪表测试的门控信号，并上报上层控制程序相关故障信息；

B5)重复所述步骤A5)，周而复始的进行测试。

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