一种估算放大器的各波长输出光功率的方法和装置 |
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| 申请号 | CN201010549506.X | 申请日 | 2010-11-18 | 公开(公告)号 | CN102130719B | 公开(公告)日 | 2014-10-08 |
| 申请人 | 华为技术有限公司; | 发明人 | 张森; 叶亚斌; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及通信传输领域，尤其涉及一种估算 放大器 的各 波长 输出光功率的方法和装置。所述方法可以应用在估算链路的输出光功率的过程中，包括：获取放大器的各波长输入光功率、所述放大器的参考增益谱、所述放大器的工作模式参数和所述放大器的物理参数；根据所述放大器的各波长输入光功率、所述放大器的参考增益谱、所述放大器的工作模式参数和所述放大器的物理参数，计算所述放大器的实际增益谱；根据所述放大器的各波长输入光功率和所述放大器的实际增益谱，计算出所述放大器的各波长输出光功率。本发明 实施例 提供的方案可以极大地缩短估算放大器的各波长输出光功率所需的时间，减少在估算过程中所占用的逻辑资源。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种估算放大器的各波长输出光功率的方法，其特征在于，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 一种估算放大器的各波长输出光功率的方法和装置技术领域[0001] 本发明涉及光通信传输领域，尤其涉及一种估算放大器的各波长输出光功率的方法和装置。 背景技术[0002] 随着光纤通信技术的迅速发展，密集型波分复用技术(DWDM)和掺铒光纤放大器(EDFA)的实现大大提高了光纤通信系统的容量和传输距离。典型的DWDM+EDFA光纤通信系统如图1所示，在源端不同波长光发射机的光经过合波器(MUX)耦合到同一光纤内传输，由于光纤本身的衰减特性，传输一段距离后需要用EDFA放大光功率，在宿端首先用一个分波器将不同波长的光信号解复用出来，分别送到各自的接收机进行后续的处理。 [0003] 由于目前的EDFA工作带宽可以做到很宽，因此可以实现对输入的多个波长信号同时放大的作用。但是，由于EDFA的增益谱往往不平坦，如图2所示，导致链路中EDFA只能保证总的增益(对应于EDFA工作在自动增益锁定模式)或总的输出光功率(对应于EDFA工作在自动功率锁定模式)恒定，因此经过多个EDFA级联以后，各个波长之间功率差别较大，如果能够准确得到经过多级EDFA级联以后各个波长的光功率，对于链路性能评估和光功率均衡将起到非常重要的作用。 [0004] 一条链路中可能包含一级或多级EDFA，每级EDFA的输出是与其相连的下一跨段光纤的输入，因此在估算一条链路的输出光功率(图1中宿端的输出光功率)过程中，如何估算每级EDFA的输出光功率成为关键。 [0005] 现有技术在估算一条链路输出光功率过程中，一般采用Giles-Emmanuel模型来计算每级EDFA的各波长输出光功率。Giles-Emmanuel模型是Giles和Emmanuel提出的一种考虑铒离子能级速率方程的简化模型，根据等效噪声的方法，考虑带宽为Δvk(计算噪声功率的频率间隔)，中心波长为λk＝c/vk的k个光束在铒光纤中传播，进一步考虑背景损耗后由铒离子的能级跃迁速率方程可以得出： [0006] [0007] 其中 [0008] [0009] (2)式中 和 分别为带宽Δvk内沿前向传输和后向传输的光功率；k表*示不同波长的光，表示基态和二能级的总平均粒子数；表示二能级的粒子数；α、g、l、ζ分别表示掺铒光纤的吸收系数、发射系数、本征吸收系数、饱和参数，式(1)中的m＝2表示自发辐射的两个正交偏振态。 [0010] 但是，上述现有技术中估算放大器的各波长输出光功率的方法存在如下缺点：在计算EDFA的各波长输出光功率时，不仅需要知道泵浦光功率的大小，而且还需要知道泵浦的方式是正向泵浦还是反向泵浦；上述现有估算EDFA各波长输出光功率的方法不能得到解析解，只能得到数值解，因此在进行数值求解上述方程组时需要复杂的算法，导致计算的过程很长，耗时较多，占用较多的逻辑资源。 发明内容[0011] 鉴于现有技术中存在的缺点，本发明实施例提供一种估算放大器的各波长输出光功率的方法和装置，能极大地缩短估算放大器的各波长输出光功率所需的时间和减少所占用的逻辑资源。 [0012] 本发明实施例提供一种估算放大器的各波长输出光功率的方法，所述方法包括： [0013] 获取所述放大器的各波长输入光功率、所述放大器的参考增益谱、所述放大器的工作模式参数和所述放大器的物理参数； [0014] 根据所述放大器的各波长输入光功率、所述放大器的参考增益谱、所述放大器的工作模式参数和所述放大器的物理参数，计算所述放大器的实际增益谱； [0015] 根据所述放大器的各波长输入光功率和所述放大器的实际增益谱，计算出所述放大器的各波长输出光功率。 [0016] 本发明实施例还提供了一种估算放大器的各波长输出光功率的装置，所述装置包括： [0017] 获取模块，用于获取所述放大器的各波长输入光功率、所述放大器的参考增益谱、所述放大器的工作模式参数和所述放大器的物理参数； [0018] 第一计算模块，用于根据所述获取模块得到的所述放大器的各波长输入光功率、所述放大器的参考增益谱、所述放大器的工作模式参数和所述放大器的物理参数，计算所述放大器的实际增益谱； [0019] 第二计算模块，用于根据所述获取模块得到的所述放大器的各波长输入光功率和所述第一计算模块获得的所述放大器的实际增益谱，计算出所述放大器的各波长输出光功率。 [0020] 相比于现有技术中利用Giles-Emmanuel模型进行数值求解EDFA的输出光功率的的方法，本发明实施例在估算放大器的各波长输出光功率的过程中，由于利用放大器的参考增益谱，并结合放大器的工作模式参数和放大器的物理参数，无需进行数值求解就可以快速求解出放大器的实际增益谱，然后基于该实际增益谱就可以计算出放大器的输出光功率，从而也就大大缩短了估算放大器的各波长输出光功率所需的时间。附图说明 [0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0022] 图1为DWDM+EDFA光纤通信系统的示意图； [0023] 图2为EDFA的增益谱示意图； [0024] 图3为本发明实施例提供的一种估算放大器的各波长输出光功率的方法的流程示意图； [0025] 图4为本发明实施例提供的一种估算放大器的各波长输出光功率的装置的结构示意图； 具体实施方式[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 [0027] 本发明实施例提供一种估算链路输出光功率的方法，参见图3所示，所述方法包括： [0028] 步骤S1，获取放大器的各波长输入光功率、所述放大器的参考增益谱、所述放大器的工作模式参数和所述放大器的物理参数； [0029] 步骤S2，根据所述放大器的各波长输入光功率、所述放大器的参考增益谱、所述放大器的工作模式参数和所述放大器的物理参数，计算所述放大器的实际增益谱； [0030] 步骤S3，根据所述放大器的各波长输入光功率和所述放大器的实际增益谱，计算所述放大器的各波长输出光功率。 [0031] 在本发明实施例中，获得放大器的实际增益谱后，就可以据此获得各波长经过该放大器放大后的光功率增益，将放大器输入端的各波长输入光功率加上各自对应的光功率增益就可以得到各波长在放大器输出端的光功率，即放大器的各波长输出光功率。需要说明的是，如无特别说明，本发明实施例中增益谱(包括参考增益谱、偏移增益谱和实际增益谱)中个各波长对应的光功率增益的单位均是dB。 [0032] 在本发明实施例中，步骤S2具体可以包括： [0033] 根据所述放大器的各波长输入光功率、所述放大器的参考增益谱、所述放大器的工作模式参数和所述放大器的物理参数，计算所述放大器的实际增益谱相对于参考增益谱的偏移增益谱； [0034] 将所述偏移增益谱与所述参考增益谱相加，得到所述放大器的实际增益谱。 [0035] 在对网络中的链路的各波长输出光功率进行估算的过程中，具体还可以应用本发明实施例提供的方案逐个估算链路中的各级放大器的各波长输出光功率，然后根据最后一级放大器的各波长输出光功率估算出所述链路的各波长输出光功率。 [0036] 在实际的网络中，一条链路由至少一级放大器、各级放大器之间相互连接的光纤、第一级放大器与链路源端之间的光纤，以及最后一级放大器与链路宿端之间的组成，一条典型的链路如图1中所示的源端到宿端的链路。在本发明实施例中，相邻两级放大器之间的光纤、链路源端与第一级放大器之间的光纤和最后一级放大器与宿端之间的光纤，都被称之为跨段光纤。每一级放大器的输出是与其输出端相连的下一跨段光纤的输入，因此，在本发明实施例中通过计算第一级放大器的输出，该第一级放大器的输出作为下一跨段光纤的输入，然后计算第二级放大器的输出，直至计算出最后一级放大器的输出，最后就可以根据最后一级放大器的输出计算出在链路宿端的各波长光功率(即链路的输出光功率)。其中，在根据最后一级放大器的输出计算出链路在宿端的各波长光功率采用现有的方法，如：将最后一级放大器的各波长输出光功率减去最后一跨段光纤(即最后一级放大器与宿端之间的光纤)的损耗，就可以得到宿端处各波长的光功率。 [0037] 当将本发明实施例提供的方案应用在估算一条链路的各波长输出光功率时，获取所述放大器的各波长输入光功率，具体可以包括： [0038] 获取与所述放大器输入端相连的跨段光纤的各波长输入光功率和损耗；其中，当所述放大器是第一级放大器时，第一跨段光纤(即链路源端与第一级跨段光纤之间的光纤)的各波长输入光功率就是各波长在链路源端处的光功率，当所述放大器不是第一级放大器时，与所述放大器输入端相连的跨段光纤的各波长输入光功率就是上一级放大器的各波长输出光功率； [0039] 根据与所述放大器输入端相连的跨段光纤的各波长输入光功率和损耗，计算出所述放大器的各波长输入光功率；其中，与所述放大器输入端相连的跨段光纤的各波长输入光功率减去该跨段光纤的损耗，就可以得到各波长在该跨段光纤输出端的光功率，即所述放大器的各波长输入光功率。 [0040] 本发明实施例中，放大器的参考增益谱为预先测得的所述放大器在满波输入下的增益谱。一个放大器一般有规定的最多可以同时输入进行放大的波长数，当输入这最多数目的波长到放大器时，就称之为放大器的满波输入。 [0041] 在实际应用中，放大器一般有两种工作模式：自动增益锁定模式和自动功率锁定模式。当放大器工作在自动增益锁定模式下，放大器的总增益(各波长的增益之和)就是恒定的；当放大器工作在自动功率锁定模式下，放大器的输出总功率(放大器输出的各波长的光功率之和)就是恒定的。本发明实施例中的放大器的工作模式参数包括放大器的总增益或放大器的总输出光功率。 [0042] 当本发明实施例中的放大器为如图1中所示系统中用到的EDFA时，放大器的物理参数可以包括铒纤参数。需要说明的是，本发明并不对放大器进行限定，除了可以为EDFA外，还可以是其它的放大器，如：拉曼放大器、半导体放大器等。 [0043] 下面结合图1所示的DWDM+EDFA的光纤通信系统，对发明实施例提到的估算放大器的各波长输出光功率的方法以及在其基础上进行估算链路的各波长输出光功率的过程，做进一步的描述。 [0044] 图1中描述了一条从源端到宿端的链路，由N级EDFA(EDFA1，EDFA2...EDFAN)和(N+1)个跨段光纤组成。为描述方便，将(N+1)个跨段光纤从源端到宿端的方向依次称之为第一跨段光纤(源端与EDFA1之间的光纤)、第二跨段光纤......第N+1跨段光纤(EDFAN与宿端之间的光纤)。 [0045] 估算图1中所示的源端到宿端链路的输出光功率的过程如下：先求出与第一跨段光纤输出端相连的EDFA1的各波长输出光功率，然后再将该EDFA1的各波长输出光功率作为第二跨段光纤的输入光功率，进而求出EDFA2的各波长输出光功率，通过这种逐个计算的方式最终计算出EDFAN的各波长输出光功率，然后根据EDFAN的各波长输出光功率和第N+1跨段光纤的损耗，计算出在宿端处各波长的光功率，即链路的各波长输出光功率。 [0046] 计算每一级EDFA的各波长输出光功率的方法都相同，下面仅以计算EDFA1的各波长输出光功率为例进行描述，包括： [0047] 根据在第一跨段光纤的各波长输入光功率(即在源端处各波长的光功率)和第一跨段光纤的损耗，就可以获得在第一跨段光纤的各波长输出光功率，因为第一跨段光纤与EDFA1输入端相连，此第一跨段光纤的各波长输出光功率也就是EDFA1的各波长输入光功率； [0048] 获得EDFA1的参考增益谱、工作模式参数和EDFA1的铒纤参数；其中，EDFA1的铒纤参数包括：掺铒光纤的长度、掺铒光纤中铒离子的浓度、各个波长对应的发射系数，各个波长对应的吸收系数等。 [0049] 根据EDFA1的各波长输入光功率、参考增益谱、工作模式参数和EDFA1的铒纤参数，计算出EDFA1的实际增益谱相对于参考增益谱的偏移增益谱； [0050] 将上述参考增益谱和上述EDFA1的参考增益谱相加，得到EDFA1的实际增益谱； [0051] 根据EDFA1的各波长输入光功率和EDFA1的实际增益谱，计算出EDFA1的各波长输出光功率。其中，计算EDFA1的各波长输出光功率，具体可以为：根据EDFA1的实际增益谱，获得各波长经过EDFA1后所产生的光功率增益，然后将EDFA1的各波长输入光功率加上各自经过EDFA1后所产生的光功率增益，就得到EDFA1的各波长输出光功率。 [0052] 下面对计算EDFA的偏移增益谱的过程及原理做简要说明： [0053] 一般情况下，任何EDFA的增益谱可以用(3)式描述： [0054] [0055] L是EDFA的掺铒光纤的长度，λk是表示第K个波长， 为铒离子在亚稳态的平均分布密度，nt为铒离子浓度， 为第K个波长对应的发射系数(或增益系数)，αk为第K个波长对应的吸收系数。 [0056] g(λk)的单位是线性单位，将(3)式转换为dB形式，可以表示为： [0057] [0058] 在满波输入的情况下，EDFA的增益谱为G0(λk)，该增益谱作为参考增益谱。任意输入下EDFA的实际增益谱为G1(λk)，该任意输入下EDFA的实际增益谱G1(λk)相对于参考增益谱G0(λk)的偏移增益谱为ΔG(λk)，可以表示为： [0059] [0060] 其中， 表示在任意输入下掺铒光纤中铒离子在亚稳态的平均分布密度相对于在满波输入下掺铒光纤中铒离子在亚稳态的平均分布密度的变化量。 [0061] 由于厂商在生产EDFA时都会给出 αk，nt，L等这些铒纤参数，参考增益谱G0(λk)是可以通过预先实测获得的，只有 是未知的，需要通过其它约束关系进行求解计算，求解 的过程如下： [0062] A、如果EDFA工作在自动增益控制模式下，则有关系式(6)成立： [0063] [0064] 其中，Pin(λk)为输入到EDFA的第k个波长对应的输入光功率， 为EDFA的总增益(单位为dB)。根据(5)、(6)式，就可以求解出 [0065] B、如果EDFA工作在自动功率控制模式，则有关系式(7)成立： [0066] [0067] 其中， 为EDFA的总输出光功率。根据(5)、(7)式，就可以求解出[0068] 将前文求解出的 代入(5)式，得到了偏移增益谱ΔG(λk)。 [0069] 在本发明实施例中，根据获得的EDFA的各波长输入光功率、工作模式参数、铒纤参数和参考增益谱，就可以获得EDFA的偏移增益谱，然后将EDFA的偏移增益谱和其参考增益谱相加，即可获得EDFA的实际增益谱。 [0070] 需要说明的是，一个EDFA可能由多段掺铒光纤构成，对于每段掺铒光纤(5)式都使用，因此，每段掺铒光纤都有对应的一个 在求解包含多段掺铒光纤EDFA的偏移增益谱时，可以将这所有的多段掺铒光纤对应的 当作一个整体看，等效成一个 然后将等效成的这个 代入公式(6)或(7)中，以据此求出整个EDFA的偏移增益谱。 [0071] 在本发明实施例中，通过借助于事先获得的参考增益谱，同时结合放大器的一些物理参数、工作模式参数，即可求解出偏移增益谱，据此得到放大器的实际增益谱，在求取放大器的实际增益谱过程中无需进行数值求解，大大节省了器件的逻辑资源，而且还极大地缩小了估算放大器的各波长输出光功率所需的时间。在网络扩容或波长重路由的过程中，往往需要预先估算出一个或多个波长经过一条链路后的输出光功率，以评价出此链路是否满足网络扩容或重路由的要求，采用本发明实施例提供的方案后，由于估算放大器的输出光功率的时间得到极大地缩短，从而估算整个链路的输出光功率的时间也得到极大地缩短，进而也就能快速地新建或重建一条业务。从前文的原理说明中还可以看出，本发明实施例提供的方案不需要获得放大器的泵浦光的功率大小和泵浦方式。 [0072] 基于本发明实施例提供的估算放大器的各波长输出光功率的方法，相应地，本发明实施例还提供一种执行上述方法的装置。所述装置包括：获取模块31、第一计算模块32、第二计算模块33和第三计算模块34。 [0073] 获取模块31，用于获取放大器的各波长输入光功率、所述放大器的参考增益谱、所述放大器的工作模式参数和放大器的物理参数。 [0074] 第一计算模块32，用于根据获取模块31得到的所述放大器的各波长输入光功率、所述放大器的参考增益谱、所述放大器的工作模式参数和所述放大器的物理参数，计算所述放大器的实际增益谱。 [0075] 第二计算模块33，用于根据所述获取模块31得到的所述放大器的各波长输入光功率和第一计算模块32获得的实际增益谱，计算所述放大器的各波长输出光功率。 [0076] 在一实施例中，第一计算模块32具体可以包括：第一计算子模块321，用于根据所述获取模块31得到的所述放大器的各波长输入光功率、所述放大器的参考增益谱、所述放大器的工作模式参数和所述放大器的物理参数，计算所述放大器的实际增益谱相对于参考增益谱的偏移增益谱； [0077] 第二计算子模块322，用于将所述第一计算子模块321计算得到的所述偏移增益谱和所述获取模块31获得的所述放大器的参考增益谱相加，得到所述放大器的实际增益谱。 [0078] 在本实施例中，第一计算子模块321计算偏移增益谱和第二计算子模块322计算放大器的实际增益谱的具体过程和所依赖的原理参考前文中相关的描述，此处不在赘述。 [0079] 在另一实施例中，获取模块31具体可以包括： [0080] 获取子模块311，用于获取与所述放大器输入端相连的跨段光纤的各波长输入光功率和损耗； [0081] 第三计算子模块312，用于根据所述放大器输入端相连的跨段光纤的各波长输入光功率和损耗，计算出所述放大器的输入光功率。 [0082] 本发明提供的装置还可以用在对网络中的链路的各波长输出光功率估算的过程中，此时，第二计算模块33还用于将所述放大器的各波长输出光功率作为与所述放大器输出端相连的跨段光纤的各波长输入光功率，提供给所述获取模块31，以便本发明的装置据此继续估算下一级放大器的各波长输出光功率。例如，在图1所示的光纤系统中，本发明实施例提供的装置计算完EDFA1的各波长输出光功率后，第二计算模块33将计算得到的EDFA1的各波长输出光功率提供给获取模块31，以便本发明实施例提供的装置据此继续估算出EDFA2的各波长输出光功率，本发明实施例提供的装置采用前文中提到的估算放大器的各波长输出光功率逐个计算，直至最终估算出EDFAN的各波长输出光功率。 [0083] 在估算链路的各波长输出光功率时，本发明实施例提供的估算放大器的各波长输出光功率的装置，还可以进一步包括： [0084] 第三计算模块34，用于当所述放大器是所述链路中的最后一级放大器时，根据所述第二计算模块33获得的所述放大器的各波长输出光功率，计算得到所述链路的各波长输出光功率。例如，在图1所示光纤通信系统中，当第二计算模块计算得到了EDFAN的各波长输出光功率时，第三计算模块34，还可以根据EDFAN的各波长输出光功率计算出在链路宿端处各波长的光功率。其中，第三计算模块34计算出链路宿端各波长输出光功率的详细过程参考前文中的相关描述，此处不再赘述。 [0085] 需要说明的是，本发明实施例提供的估算放大器的各波长输出光功率的装置可以位于网管系统中。 [0086] 本发明实施例提供的估算放大器的各波长输出光功率的装置，通过借助于事先获得的参考增益谱，同时结合放大器的一些物理参数、工作模式参数，即可求解出偏移增益谱，据此得到放大器的实际增益谱，在求取放大器的实际增益谱过程中无需进行数值求解，大大节省了器件的逻辑资源，而且还极大地缩小了估算放大器的各波长输出光功率所需的时间。在网络扩容或波长重路由的过程中，往往需要预先估算出一个或多个波长经过一条链路后的输出光功率，以评价出此链路是否满足网络扩容或重路由的要求，采用本发明实施例提供的装置后，由于估算放大器的输出光功率的时间得到极大地缩短，从而估算整个链路的输出光功率的时间也得到极大地缩短，进而也就能快速地新建或重建一条业务。从前文的原理说明中还可以看出，本发明实施例提供的装置在估算放大器的各波长输出光功率时，不需要获得放大器的泵浦光的功率大小和泵浦方式，具有广泛的应用场景。 [0087] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。 |
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