[发明专利]一种光放大器的自适应前馈控制装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及掺铒光纤放大器(EDFA)中快速增益控制问题，尤其涉及时 变EDFA系统中一种自适应前馈控制方法，它能够根据EDFA参数变化自动纠正 前馈控制参数。

背景技术

光纤通信系统中，光纤放大器尤其是掺铒光纤放大器(EDFA)已经成为 通讯系统的核心器件之一，EDFA的产生和发展极大的推动了波分复用系统 (WDM)的发展。但随着WDM系统中通道数和速率的不断提高，信道的随机 重构对剩余信道的影响越来越严重。

瞬态效应主要产生于WDM系统中信道数的突然改变，它会导致EDFA中剩 余信道信号的交叉增益饱和效应，信道数减少时，剩余信道功率增加，从而 可能超过非线性阈值导致非常明显的非线性效应，功率达到一定程度甚至能 够烧坏接收器；当信道数增加时，剩余信道功率减少，从而降低信噪比，增 加误码率，要抑制EDFA中瞬态效应就要根据信道数变化快速调整相应器件， 使增益保持不变。

目前快速增益控制主要有三种方式：高速泵浦控制、全光反馈环控制和 插入信道快速补偿控制。其中，高速泵浦控制根据系统中信道数变化快速调 整泵浦功率，使其剩余信道增益不变。它低成本，应用最为广泛。

目前高速泵浦控制大多采用前馈和反馈复合控制。由于980nm泵浦激光 器背光功率检测不准，所以前馈为输入光功率、目标增益和泵浦激光器驱动 电流之间的对应关系。前馈能够根据输入条件快速计算出泵浦激光器驱动电 流，它速度快，不产生振荡，因此前馈参数的精确性直接决定瞬态响应的过 冲大小。反馈PID控制作为前馈的一种补充，它根据目标输出和实际输出的 误差来进行调节，控制速度慢，但精度高。

EDFA中泵浦激光器发光效率和无源器件的插损为一定值，但随着激光器 老化，发光效率下降，无源器件插损也会增加，特别是无制冷泵，它以其低 成本受到人们的青睐，但它的发光效应随时间变化很大，由此可见EDFA其实 是一种时变系统，它的参数随时间改变而改变。因此一种能够适用参数变化 自动调节前馈的自适应前馈控制系统成为必要。

发明内容

为了克服现有前馈定标技术的缺陷，本发明提出了一种基于参数时变控 制的自适应前馈校正系统。该系统只需在普通的控制基础上增加一个参数估 计器，它能根据系统变化估计出新的前馈控制参数，使前馈控制快速而且精 确。

为了实现上述目的，本发明提供了一种光放大器的自适应前馈控制装 置，其包括一前馈控制器置于目标输出功率之后，采集目标输出功率，控制 泵浦激光器的驱动电流，以及一反馈控制器采集目标输出功率和实际输出功 率，进行误差计算，控制泵浦激光器的驱动电流，其特征在于：还包括一前 馈参数估计器，采集目标输出功率、实际输出功率以及前馈控制器的输出信 号和反馈控制器的输出信号之和，估算出当前的前馈参数并更新前馈控制器 的参数。

本发明还包括一低通滤波器，置于前馈参数估计器和前馈控制器之间， 控制前馈控制器内的参数更新速度。

本发明还提供一种光放大器的自适应前馈控制方法，它主要包括：前馈 控制器，反馈控制器和一个前馈参数估计器，方法首先采集输入信号光功率 值，读取目标增益值，据公式Pti＝Pi*gi+bi计算出目标输出信号功率值；然 后读取总控制输出信号大小Ci，读取PID控制器输出大小Ui，采集系统实际 输出信号光功率值Youti，并计算目标输出和实际输出的误差值。如果误差 值小于0.2dB，那么系统进入稳态，把Ci和Youti加权平均到参数估计器中 相应的数组值中，否则重新开始；最后根据参数估计器中的数组值利用最小 二乘法计算出当前前馈参数估计值，并和旧的前馈参数加权为当前前馈参数 值。

所述前馈控制为一次函数，输入变量为目标输出信号功率，前馈参数为 Ki，Bi。

所述参数估计器中数组为一个多维数组。

所述前馈参数估计值和旧的参数加权为当前参数值，其权系数和PID控 制器输出值Ui成反比。

放大器处于稳态并且PID控制器输出为0时，前馈参数最准，此时 K(i)＝1/(k*1k)，B(i)＝-(b*1k-1b)/(k*1k)。

所述方法包括一个低通滤波器，用于控制参数更新速度。

所述放大器可为掺铒光纤放大器、掺铥光纤放大器、镱铒共掺光纤放大 器。

此自适应前馈定标方法优点在于：