EDFA增益控制與差錯檢測的功率監(jiān)測方案

        引言

　　EDFA(摻鉺光纖放大器)使用在WDM網(wǎng)絡(luò)的中繼節(jié)點(diǎn)，包括光交叉鏈接和光上∕下復(fù)用。EDFA沿著不同路徑放大多路信號，輸入到EDFA的信道數(shù)在光路進(jìn)行重配置或一條鏈路失效時將會改變。輸入到每一個EDFA的WDM(波分復(fù)用)信道電壓由于光纖因使用時間受損變化而改變，這些變化影響了EDFA總的輸入電壓，而輸入電壓會引起EDFA增益變化，這些都會影響傳輸性能。由于光功率突然增加導(dǎo)致電壓峰值的出現(xiàn)將會破壞光接收器，接收器引起的突發(fā)錯誤會使電壓低于最小需求電壓。這種衰減對系統(tǒng)性能的服務(wù)質(zhì)量有不利影響并 限制網(wǎng)絡(luò)的可測量性。為提供高質(zhì)量的服務(wù)和高精度網(wǎng)絡(luò)，對EDFA 增益以及光功率必須進(jìn)行控制。

　　WDM網(wǎng)絡(luò)中差錯檢測對光傳輸系統(tǒng)是一個重要的問題。在WDM網(wǎng)絡(luò)的功率監(jiān)測中，使用光放大器，很難將信號功率與有一個很大的動態(tài)范圍的ASE(放大自發(fā)輻射)功率區(qū)分開來，因?yàn)檫@兩種功率在信道數(shù)很小的時候很接近。這就在總功率被監(jiān)測時會引起差錯監(jiān)測出錯。對于WDM網(wǎng)絡(luò)，ASE對光功率監(jiān)測沒有影響。

　　本文介紹了EDFA增益與輸出功率控制以及對WDM網(wǎng)絡(luò)差錯檢測的功率監(jiān)測機(jī)制。控制信道功率在一個光源有問題的節(jié)點(diǎn)中也可保持穩(wěn)定，并被用于EDFA增益與輸出功率控制和功率監(jiān)測。同時記錄了控制信道穩(wěn)定的EDFA節(jié)點(diǎn)瞬態(tài)功率（增益）結(jié)果。

控制信道功率的穩(wěn)定化處理

　　此增益與功率控制方案包括監(jiān)測一個WDM信道校準(zhǔn)泵浦功率，監(jiān)測總的信號功率，監(jiān)測一個加在放大器或泵浦功率的額外的探測信號，插入一個補(bǔ)償信號，通過一個后向反饋環(huán)路鉗制增益。最重要的是監(jiān)測一個EDFA放大波段的WDM信道（控制信道）。采用這種方法，控制信道的輸入與輸出功率通過窄帶帶通濾波器（BPF）監(jiān)測，信道增益可以計算?？刂齐娐酚脕碚{(diào)整泵浦功率，維持控制信道增益為常量。這種增益控制方案對于信道數(shù)目很小的時候很有優(yōu)勢。當(dāng)只有幾個信道時，ASE電壓相當(dāng)于輸出信道功率。如果監(jiān)測總功率，ASE引起監(jiān)測信號功率的誤碼。然而，直到ASE在控制信道輸出功率中被消除后，這種方案才可控制EDFA不受ASE影響。此方案在一個OADM環(huán)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，可成功減少光浪涌。如果EDFA不實(shí)行控制將導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，由于控制信道光源出現(xiàn)問題將使得控制信道不能輸入到EDFA非常高或非常低的功率。因此，按照服務(wù)質(zhì)量，穩(wěn)定控制信道功率對獲得EDFA增益與輸出功率控制非常重要。

　　圖1（a）為WDM網(wǎng)絡(luò)一個鏈路及其節(jié)點(diǎn)的示意圖，顯示了控制EDFA增益與輸出功率的控制信道。節(jié)點(diǎn)包括控制信道源，WDM復(fù)用、解復(fù)用器以及3R轉(zhuǎn)發(fā)器，OXC，和一個OADM（用于實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)功能）。對所有WDM信道的功率在這個設(shè)備中被補(bǔ)償然后發(fā)送到傳輸光纖。設(shè)備分別被安裝在工作和保護(hù)節(jié)點(diǎn)，控制信道源設(shè)置也相同。如果其中一個信道源出現(xiàn)問題，在節(jié)點(diǎn)與下一節(jié)點(diǎn)之間控制信道功率將減少或消失。圖1（b）描述了穩(wěn)定化的控制信道功率方案。此方案考慮到在相同操作條件下光電二極管比激光器更可靠，且控制電路有足夠的可靠性。

 

圖1（a）WDM網(wǎng)絡(luò)鏈路節(jié)點(diǎn)框圖

圖1（b）穩(wěn)定性控制信道方案框圖

　　控制信道功率穩(wěn)定在控制信道源單元。耦合器功率用一個PD探測，使控制信道源的電流穩(wěn)定?？刂菩诺赖淖詣幼兤娇刂谱柚沽丝刂菩诺拦β实淖兓Ｒ虼?，由于光功率持續(xù)輸入到EDFA以及在控制信道光源有問題的情況下光功率也可以控制就會使得EDFA增益與輸出功率保持穩(wěn)定。

　　信道功率的穩(wěn)定性控制不只用于EDFA增益控制，也用于WDM網(wǎng)絡(luò)中差錯檢測，例如監(jiān)測信號差損（LOS），而且還用于對總功率進(jìn)行監(jiān)測。如果在一個級聯(lián)光放大器WDM網(wǎng)絡(luò)中只有幾個信道，累積的ASE將比在一個光放大器輸入終端的LOS大，即使當(dāng)信道功率下降到低于電壓值。信道功率也會下降到低于LOS臨界值，由于放大器有AGC或ALC功能，信道斜率在輸出終端會變大。如果使用總功率監(jiān)測將會引起差錯監(jiān)測出錯。在傳輸光纖上游應(yīng)該可以監(jiān)測到出錯，然而錯誤是由放大器監(jiān)測到的。相比而言，當(dāng)控制信道功率監(jiān)測只受ASE影響，出錯將被精確檢測到。因此，這個功率監(jiān)測機(jī)制在傳輸系統(tǒng)中提供了高可靠差錯監(jiān)測。

 AGC\ALC特性

　　控制信道功率采用自動控制，有瞬態(tài)響應(yīng)。以下為EDFA在 ALC下的瞬態(tài)響應(yīng)。

　　圖2 顯示了實(shí)驗(yàn)環(huán)境。使用兩個DFB-LD分別控制信道1和2.。在信道2我們使用了一個AOM仿真控制信道源。兩個控制信道使用一個3dB的耦合器和一個PD。ALC電路控制信道1的驅(qū)動電流，監(jiān)測功率保持常量。控制通道與信號通道通過一個陣列波導(dǎo)光柵（AWG）進(jìn)行復(fù)用。控制通道波長為1572.1nm（190.7THz）。輸入控制通道與16個信號通道波長從1573.7（190.5THz信道1）到1598.9nm(187.5THz信道16)有1.6nm（200GHz）信道間隔到EDFA。然后用一個AWG從EDFA解復(fù)用輸出信道，通過光電轉(zhuǎn)換器和示波器監(jiān)測功率瞬態(tài)。

圖2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建

　　圖3（a）和（b）顯示了EDFA的配置框圖。圖3（a）代表EDFA信道1，有自動增益控制（AGC）功能，這種配置方式廣泛應(yīng)用于在每一個信號通道均保持不變的情況。BPF只允許控制信道通過。AGC功能可保持控制信道增益為常量。EDFA信道1平均增益為19.1dB，16個信道增益平坦度低于0.8dB。圖3（b）為EDFA信道2包含一個可調(diào)衰減器（VOA）在兩個放大器之間（有AGC功能），達(dá)到ALC功能。每一個信道的輸出功率都自動控制來補(bǔ)償輸入功率的變化?？刂菩诺涝鲆嬖贓DFA2的EDFA單元中保持常量。保證EDFA信道2平均電平為常量，確保信號增益與斜率。盡管EDFA信道1輸出增益隨著輸入功率電平變化而改變，控制信道輸入EDFA2可通過調(diào)節(jié)VOA來保持穩(wěn)定，這會達(dá)到輸入到EDFA2信號功率為常量。輸出功率在輸入信道功率改變時也可維持常量。EDFA2放大光路從-20dBm到-12dBm到+2.5dBm（平均），增益平坦度少于1.5dB，可變衰減器的驅(qū)動速度為320μs。當(dāng)16信道有15個drop或從1個信道的操作增加到15個時，功率漂移對EDFA1和EDFA2分別低于±0.5與±1.0dB。

圖 3（a）帶自動增益功能EDFA

圖3（b）自動增益與電壓控制EDFA

　　當(dāng)控制信道2電源切掉時耦合控制信道功率會忽然下降，返回到之前電平的時間在200μs，誤差低于0.05dB。如果信號波長為1573.7nm，通過ALC使得功率抖動可穩(wěn)定在偏移量1ms內(nèi)低于0.1dB。我們在這里定義了功率偏移量為區(qū)分信道2 切斷后功率控制的穩(wěn)定性。最大功率瞬間增加（或降低）定義為區(qū)分最大（或最?。┕β逝c信道2 切斷時控制的功率。ALC電路的轉(zhuǎn)換特性表示為LD電流每PD電流每時間。

　　EDFA1的最大功率瞬間增加值與不同輸入信道在輸入信道功率為－16dBm∕ch時幾乎相同,增加微弱。EDFA2最大功率瞬間增加改變微弱， 最大功率瞬間增減在輸入功率為－18 dBm∕ch時最小。EDFA2 最大功率瞬間增減分別為0.3～0.1ms以內(nèi)。

         結(jié)語

　　本文提出了一個高可靠EDFA增益與輸出功率控制以及 WDM網(wǎng)絡(luò)差錯檢測的監(jiān)控方法,此方案可提供功率穩(wěn)定的控制信道?？刂菩诺拦β史€(wěn)定在一個節(jié)點(diǎn)，這個節(jié)點(diǎn)可阻止即使在光源有問題時非控制EDFA操作所引起的控制信道功率嚴(yán)重變化。在功率監(jiān)測中對控制信道功率的使用由于ASE而不受影響，并提供信號功率的精確監(jiān)測。

　　本文描述了當(dāng)控制信道忽然改變時EDFA瞬態(tài)以及控制信道的控制實(shí)驗(yàn)。對EDFA只有AGC功能時與有AGC和ALC兩種功能時最大功率瞬態(tài)增加與降低分別為±0.5 dB與±0.8 dB。發(fā)現(xiàn)功率漂移對信道數(shù)是獨(dú)立的。實(shí)驗(yàn)顯示瞬態(tài)功率對一些傳輸系統(tǒng)仍然比較大，然而通過對控制信道功率的電路控制與EDFA增益和輸出功率來對響應(yīng)時間進(jìn)行優(yōu)化，此方案可提供一個可靠EDFA操作使我們能使用OADM或OXC來構(gòu)建WDM網(wǎng)絡(luò)。