一种用于光传输系统的光中继站设备及其自动增益调节方法.pdf

本发明涉及波分复用光传输系统中对于中继站光功率放大增益进行自动调节的方法和使用该方法的中继站设备，该方法将上游站输出光功率数值传递给下游站，下游站内将上游站输出光功率与下游站输入光功率进行运算，获得的差值即为该区间段内的线路衰减，如果实际测算的线路衰减大于预定值范围，则调整下游站内可调光衰减器的衰减量，保证下游站输出光功率稳定，利用本发明的方法和设备，通过线路设备硬件进行实时控制，不需要网管进行干预就可以在相当短的时间内对因为线路衰耗增大造成的光传输系统不稳定做出反应，能以很低的成本达到对系统光功率增益自动调整的效果。

1.  一种用于波分复用光传输系统中继站的自动增益调节方法，包括步骤：
上游站光放大盘的盘控制器采集本站的输出光功率数值，该数值被传递给本站光放大盘的现场可编程门阵列按照光监测信道盘提供的时钟和帧头信息对输出光功率数值进行编码并同步；
上游站光放大盘将输出光功率编码后的码流信号传递给本站光监控信道盘，由光监控信道盘将该码流信号组帧后利用光监控信道传输给下游站光监控信道盘；
下游站光监控信道盘接收来自上游站的码流信号，解帧后将码流信号传递给本站光放大盘，由光放大盘的现场可编程门阵列解码获得上游站输出光功率数值并传递给本站的盘控制器；
下游站光放大盘的盘控制器采集本站的输入光功率数值，并与所接收的上游站输出光功率数值进行减法运算，获得线路的实际衰减量，如果计算出的线路实际衰减量与线路基准衰减量之间的差大于预定的门限数值，则盘控制器控制盘内可调光衰减器，以保持本站的输出光功率稳定。

2.  根据权利要求1所述的中继站自动增益调节方法，其特征在于：光放大盘的盘控制器计算的上游输出光功率数值与本站输入光功率数值的差值大于预定数值时，还需要进一步判断是否处于自动光功率降低状态，如果处于自动光功率降低状态，则不调节可调光衰减器的衰减量。

3.  根据权利要求1所述的中继站自动增益调节方法，其特征在于：光监控信道使用波长1510纳米光波道传输。

4.  根据权利要求1所述的中继站自动增益调节方法，其特征在于：中继站上光监控信道盘与光放大盘之间通过背板传递数据信号。

5.  根据权利要求1所述的中继站自动增益调节方法，其特征在于：上游中继站通过光监控信道向下游中继站传送输出光功率信息时，使用光监控信道中的自动光功率降低字节。

6.  一种用于波分复用光传输系统的中继站设备包括：
光监控信道盘，该光监控信道盘经过背板与光放大盘连接，对来自光放大盘现场可编程门阵列的输出光功率码流组帧，并将包含本站输出光功率码流的监控信息帧通过光监控信道传输给下游站；
光放大盘，由光放大盘控制器、现场可编程门阵列、掺铒光纤放大器、可调光衰减器、入光检测器、出光检测器组成；
其中，出光检测器，检测本站的输出光功率，并传送给现场可编程门阵列；
入光检测器，检测输入光功率，并由盘控制器采集输入光功率数值；
现场可编程门阵列，对来自出光检测器的光功率数值进行编码，并将编码后的码流信号传递给本站光监控信道盘，现场可编程门阵列还将来自光监控信道盘的上游站输出光功率编码数据进行解码，并将解码后的上游站输出光功率数值传输给盘控制器；
盘控制器，计算上游站输出光功率数值与本站输入光功率数值的差值，该差值代表实际的线路衰减量，将实际线路衰减量与基准衰减量进行减法运算，如果计算出的差值大于预定数值，则控制盘内可调光衰减器的衰减量，保持本站的输出光功率稳定。

7.  根据权利要求6所述的中继站设备，其特征在于：还包括分光器和合光器，
分光器，与入光检测器和光监控信道盘相连接，将来自上游站光传输线路中的光监控信道波道光信号与工作波道光信号分离，并将光监控信道波道光信号传输给光监控信道盘、将工作波道光信号传输给光放大盘；
合光器，与入光检测器和光监控信道盘相连接，将来自本站的光监控盘的光监控信道波道光信号与来自本站光放大盘的工作波道光信号合并传输给光传输线路。

8.  根据权利要求6所述的中继站设备，其特征在于：所述分光器将1510纳米的光监控信道波道与主工作波道分离，所述合光器将1510纳米的光监控信道波道与主工作波道合并。

一种用于光传输系统的光中继站设备及其自动增益调节方法
技术领域
本发明涉及光传输系统中光中继站的光放大增益自动调节方法，具体地涉及光传输波分复用系统中对于中继站光功率放大增益进行自动调节的方法和所使用的设备。
背景技术
在现有波分复用传输系统中，普遍采用含有可调光衰减器(VOA)结合增益恒定光放大器的光功率放大中继站，通过可调衰减器(VOA)衰减量的变化来保持传输系统中线路光功率处于一个合理的数值，从而提高性噪比等传输性能。对波分复用(WDM)系统而言，波道增加或减少时中继站应该锁定放大增益，而仅仅在线路衰减变化时应进行增益实时调整。但目前的中继站设备无法对波道增减引起的功率变化和其它因素引起的功率变化进行实时识别，所以实际工程应用中并不能利用可调衰减器来实现光放中继站光放大增益的自动调节。
解决目前光放系统中增益自动调整问题的关键在于如何让系统及时识别光放大盘输入光功率的减小是因波道数的减少所引发还是因线路衰耗增大而引发，只有正确识别输入光功率减小的原因，光放大盘才可以根据原因自动判断是否需要通过调节VOA的衰减量来实现增益的改变。
现有技术方案通常是通过特殊模块或从网管信息中获取线路中传输的波道数量，由此来判决系统是否有增减波道现象发生，这种判决将功率值和波道数量分开检测，使调整进程非常缓慢，而且必须通过网管控制进行调节，不能由链路自身进行自动调节。因此，需要改善现有系统中光放大盘设备，以解决在整个系统正常运行的情况下不能根据线路衰减情况自动有效地进行光放大增益实时调整的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于光传输系统的光中继站设备及其自动增益调节方法以解决当前的光传输系统不经过网管控制就不能自行根据线路衰减实时调节光放大中继站输出功率的问题。本发明的光放大系统功率调节方法和设备适应当前波分复用传输系统日益高度智能化的组网需求，更准确快捷地调整光放大系统的增益，可以实时保持整个系统的正常运行，并保证在不中断业务情况下通过对VOA的自动调整来补偿线路中突发或渐进式的光功率衰耗。同时，本发明的方法还对系统因自动光功率降低(APR)进程造成的功率变化进行判断，不会对APR进程造成的线路光功率衰减作出响应。本发明的方法和设备不需要通过网管进行控制，完全由链路设备自动进行调节，以很小的成本实现了高效的硬件控制。
本发明的光传输系统中继站自动增益调节方法的基本原理是：主要通过光放大盘和光监控信道(OSC)盘的配合来实现对可调光衰减器(VOA)的实时调节，即利用OSC信道传送每个放大区间段上游中继站内光放大盘的输出光功率给下游中继站，下游中继站根据接收到的上游站输出功率信息，并结合自身实际接收到来自上游中继站的主信道输入光功率，判断上游站与下游站之间的放大区间段内衰耗是否发生大的变化，继而控制下游站内VOA进行动作，从而保持下游站输出光功率的稳定，进而保证整个光传输系统的正常工作。在判断两站之间放大区间段内线路衰减时，首先计算出上游站输出光功率并传递给下游站，下游站内计算出本站输入光功率，将上游站输出光功率减下游站输入光功率，获得的差值即为该区间段内的线路衰减，再将线路衰减与预定线路衰减进行比较，如果实际测算的线路衰减与预定线路衰减的差大于预定值，则调整下游站内可调光衰减器的衰减量，保证下游站输出光功率稳定。
为传递各中继站的输出光功率信息，每个上游中继站内光放大盘应该将本站输出光功率通过OSC(光监控信道)告知相邻的下游站。这就需要上游中继站内光放大盘对本站输出光功率值进行编码，将码流通过背板端子发至OSC盘，由OSC盘组帧传送。该输出光功率编码信息的传递利用通常在OSC上传送的自动光功率减低(APR)字节。下游相邻站点OSC盘接收码流后通过背板端子传送至光放大盘，光放大盘解码得到光功率值，再通过相应的算法由光放大盘自动控制VOA实现增益的控制，而不必由网管盘参与控制。为了不影响APR进程，OSC盘内FPGA对输出功率数值进行编码时，应当避免使用APR进程规定使用的代码，即将APR进程所使用的代码设定为禁字。在OSC信道上，APR进程所使用代码的传送优先级应该比输出功率值编码的传送优先级高，即一旦出现APR请求，OSC盘优先立即执行APR进程信息的传送，以便光放大盘可立即正常执行APR进程。
本发明的中继站自动增益调节方法，包括步骤：
上游站光放大盘的盘控制器采集本站的输出光功率数值，该数值被传递给本站光放大盘的现场可编程门阵列按照光监测信道盘提供的时钟和帧头信息对输出光功率数值进行编码并同步；
上游站光放大盘将输出光功率编码后的码流信号传递给本站光监控信道盘，由光监控信道盘将该码流信号组帧后利用光监控信道传输给下游站光监控信道盘；
下游站光监控信道盘接收来自上游站的码流信号，解帧后将码流信号传递给本站光放大盘，由光放大盘的现场可编程门阵列解码获得上游站输出光功率数值并传递给本站的盘控制器；
下游站光放大盘的盘控制器采集本站的输入光功率数值，并与所接收的上游站输出光功率数值进行减法运算，获得线路地实际衰减量，如果计算出的线路实际衰减量与线路基准衰减量之间的差大于预定的门限数值，则盘控制器控制盘内可调光衰减器，以保持本站的输出光功率稳定。
本发明的上述中继站自动增益调节方法，其特征在于：光放大盘的盘控制器计算的上游输出光功率数值与本站输入光功率数值的差值大于预定数值时，还需要进一步判断是否处于自动光功率降低状态，如果处于自动光功率降低状态，则不调节可调光衰减器的衰减量。
本发明的上述中继站自动增益调节方法，其特征在于：光监控信道使用波长1510纳米的光波道传输。
本发明的上述中继站自动增益调节方法，其特征在于：中继站上光监控信道盘与光放大盘之间通过背板传递数据信号。
本发明的上述中继站自动增益调节方法，其特征在于：上游中继站通过光监控信道向下游中继站传送输出光功率信息时，使用光监控信道中的自动光功率降低字节。
本发明的可进行自动增益调节的中继站设备包括：
光监控信道盘，该光监控信道盘经过背板与光放大盘连接，对来自光放大盘现场可编程门阵列的输出光功率码流组帧，并将包含本站输出光功率码流的监控信息帧通过光监控信道传输给下游站；
光放大盘，由光放大盘控制器、现场可编程门阵列、掺铒光纤放大器、可调光衰减器、入光检测器、出光检测器组成；
其中，出光检测器，检测本站的输出光功率，并传送给现场可编程门阵列；
入光检测器，检测输入光功率，并由盘控制器采集输入光功率数值；
现场可编程门阵列，对来自出光检测器的光功率数值进行编码，并将编码后的码流信号传递给本站光监控信道盘，现场可编程门阵列还将来自光监控信道盘的上游站输出光功率编码数据进行解码，并将解码后的上游站输出光功率数值传输给盘控制器；
盘控制器，计算上游站输出光功率数值与本站输入光功率数值的差值，该差值代表实际的线路衰减量，将实际线路衰减量与基准衰减量进行减法运算，如果计算出的差值大于预定数值，则控制盘内可调光衰减器的衰减量，保持本站的输出光功率稳定。
本发明的可进行自动增益调节的中继站设备，其特征在于：还包括分光器和合光器，
分光器，与入光检测器和光监控信道盘相连接，将来自上游站光传输线路中的光监控信道波道光信号与工作波道光信号分离，并将光监控信道波道光信号传输给光监控信道盘，将工作波道光信号传输给光放大盘；
合光器，与入光检测器和光监控信道盘相连接，将来自本站的光监控盘的光监控信道波道光信号与来自本站光放大盘的工作波道光信号合并传输给光传输线路。
本发明的可进行自动增益调节的中继站设备，其特征在于：所述分光器将1510纳米的光监控信道波道与主工作波道分离，所述合光器将1510纳米的光监控信道波道与主工作波道合并。
利用本发明的方法和设备，通过线路设备硬件进行实时控制，不需要网管进行干预就可以在相当短的时间内对因为线路衰耗增大造成的光传输系统不稳定做出反应，能以很低的成本达到对系统光功率增益自动调整的效果。由于仅仅在线路衰耗发生变化的放大区间段进行控制和调节，不涉及上下游其它任何区间段，对光传输系统稳定运行有更为可靠的保障，大大增强了波分复用系统的智能化程度，方便了设备的工程维护。
附图说明
图1是使用本发明中继站设备的光传输系统的示意图；
图2是本发明的中继站设备结构的示意图；
图3是本发明的中继站自动增益调节方法的流程图。
具体实施方式
图1是使用本发明的中继站设备的光传输系统的示意图，图中上游站将光监控信道的波道与工作波道合并后，经过光纤线路传递给下游站。
图2是本发明的中继站设备的结构示意图。图2中，输出光功率由出光检测模块完成，光放大盘的盘控制器(BCT)采集到本站输出光功率后，由光放大盘中的现场可编程(FPGA)器件按照OSC盘提供的时钟和帧头信息进行同步编码，编码后的码流信号通过背板传递给OSC盘进行组帧，并利用1510纳米波长的光波道传送至相邻的下游站。相邻下游站内的OSC盘接收到上游站输出光功率信息，再由背板传送至本站光放大盘的FPGA进行解码从而获取上游相邻站点输出光功率信息。图2中输入光功率检测由入光检测模块完成，光功率值的编码由FPGA完成，同时FPGA通过背板端子与OSC盘通信获取是否开始调节VOA的判决条件以及是否启动APR进程的请求，FPGA经过处理判决后将信息发往光放大盘的盘控制器(BCT)，由BCT控制VOA是否动作。图2中以使用掺铒光纤放大器(EDFA)的线路放大器为例，也可以使用功率放大器与波段放大器结合的结构。
图3为本发明的中继站自动增益调节方法的流程图。该方法以下游中继站作为判决点，工程开通后系统运行正常时，上游站出口光功率PO和下游站入口光功率PI基本保持稳定，此时不管线路中波道数如何变化，两者的差值PD应该也是保持稳定的，将此正常情况的功率差值作为基准衰减量PR，该基准衰减量PR可以在网管上人为设定或者由盘控制器自行根据线路稳定状态下的数值计算出。在光传输系统运行中，每个中继站的光放大盘能够实时检测自身的输出光功率和输入光功率，并按照图3所示的方法步骤调节本站的可调光衰减器。
在图3所示的方法中，其中判断PD是否趋于恒定时也需要预先设置一个门限值，即PD与PR的差值大于预定的门限值，就执行对VOA衰减量的调节。另外，一旦上游、下游中继站进入APR进程，OSC盘能够自动进入APR规程，控制本端和对端的光放大盘执行APR进程。光放大盘处于APR进程时不进行调节VOA的命令操作。APR进程恢复之后，OSC继续传送上游光放大盘输出光功率值，系统继续进行自动增益控制进程。
在本发明的设备和方法实施过程中，光放大盘对自身输出、输入光功率都要进行检测，其检测值尽量要求精确，尤其不要在光功率稳定情况下出现检测值的上下波动。上游站OSC盘在传送本站输出光功率信息给相邻下游站时占用APR字节，但由于对输出光功率信息编码时，将APR进程所使用的码字作为禁字，并且在OSC信道上优先传输APR控制字，因此不会影响APR进程的及时启动。OSC组帧后的信号通过1510纳米波长的光信号进行传送，下游相邻站点接收后解帧由光放大盘解码得到上游相邻站点输出光功率信息。下游站点在检测到本站输入光功率没有变化的情况下不执行本发明方法的调节VOA衰减量步骤。在输入光功率变化超过预定门限值，还需要通过查看上游站点输出光功率是否变化，从而判断输入光功率变化是不是由线路造成的，只有在线路造成两站之间功率衰减差值变化较大时，才由盘控制器(BCT)控制VOA进行功率调整，这样也使得系统运行更为可靠稳定。
本领域技术人员在利用本发明用于波分复用光传输系统的中继站设备及其所使用的自动增益调节方法时，可能在本发明设备和方法基础上进行适应性改变，这些改变也都属于本申请保护范围。本申请保护范围由权利要求书具体限定。