一种实现光信噪比可调节的光信号源装置及控制方法

专利名称：一种实现光信噪比可调节的光信号源装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及通信领域的光传输设备，尤其涉及一种光信噪比可调节的光信号源装置及控 制方法。
背景技术：
光传输系统中的重要指标之一是在低误码率下运行的能力。与误码率有紧密内在关系的 一个重要系统参数就是光信噪比。光信噪比是衡量信号在光网络里传输性能的重要参数。同 时在光传输系统中，光信噪比也是限制光信号传输距离的一个重要因素。
光信噪比的定义是在Av=0.1nm (Av为光带宽)带内信号功率和带内噪声功率的比值，
即
OSNR = Ps/Pn
其中，OSNR为光信噪比、Ps为带内信号功率、Pn为带内噪声功率。 Ps(带内信号功率)一般取峰峰值，Pn(带内噪声功率)一般取两相邻通路的中间点的功率
电平。光信噪比是光传输系统的一个十分重要参数，对估算和测量系统的误码性能、对实际
工程设计和维护有着十分重要的意义。
根据上面的OSNR定义，OSNR的变化与Ps和Pn相关，如果使OSNR降低则有以下三
种方法
(1) Pn不变时Ps降低；
(2) Ps不变时Pn增加；
(3) Ps降低同时Pn增加。
在光传输系统设备研发、生产过程中，需要一种光源信号，该光源能够改变光信号的信 噪比，用来对系统设备中的相关部件、器件进行性能指标测试。
在光传输系统设备研发、生产过程中或设备出厂前，为了模拟实际工程运用的情况，能
够对光传输设备中各接收端，通过增加不同的光噪声信号，来模拟接收端OSNR不同恶化程
度下的系统设备运行能力。
但是目前还没有专门的OSNR可调节的光信号源仪器或设备、也没有专门提供光噪声信
号源的仪器或设备。

发明内容
本发明为了克服现有技术中没有专门的OSNR可调节或可自动调节的光信号源仪器或设 备装置的缺点，而提出了一种专门用于OSNR可调节或可自动调节的光信号源装置及控制方法。
本发明具体是这样实现的-
一种实现光信噪比可调节的光信号源装置，包括
控制器、人机接口、可控光信号发生器、光耦合器、光信号检测器、光信号输出口； 所述控制器与人机接口、可控光信号发生器和光检测器进行通讯并传递光谱数据调整 的控制信息和数据信息；
所述人机接口用于接收操作者的输入，并反馈给操作者调控过程和调控结果信息； 所述可控光信号发生器用于接收控制器的控制信息，执行光谱数据的调整； 所述光耦合器实现对输入光信号和输出光信号的耦合； 所述光信号检测器采集被调节的光谱数据，并进行分析输出光谱数据； 所述光信号输出口提供给出操作者目标光信号的光接口；
控制器与人机接口、可控光信号发生器和光检测器分别相连接，可控光信号发生器通过 光信号连接光耦合器，光耦合器的两个输出口光信号分别连接光检测器和光信号输出口 。
所述可控光信号发生器，可以是激光器光源和可调光衰减器组合，以及光噪声信号发生 器和可调光衰减器组合；
所述激光器光源输出是一个合波信号，通过光衰减器控制改变光信号功率； 光噪声信号发生器是利用掺铒光纤放大器内部的ASE噪声提供ASE信号源，通过控制 器可以控制噪声光功率。
所述可控光信号发生器可以是，激光器光源和可调光衰减器组合，以及光放大单元； 所述激光器光源输出是一个合波信号，通过光衰减器控制改变光信号功率； 所述光放大单元，对激光器光源输出的光信号进行线性放大，以此改变光信号功率； 若没有光信号输入光放大单元，则光放大单元中的ASE噪声可提供噪声源。 一种光信噪比可调节的控制方法，包括如下步骤-
步骤l，完成设备的初始化；
步骤2、启动定时任务，定时轮训光信号检测器的检测结果，并将光谱数据反馈给控制
器
步骤3、控制器接收光信号检测器的光谱数据，并发送给人机接口； 步骤4、人机接口接收操作者输入的需调节的光谱数据，且接收控制器的错误处理信息 并显示；
步骤5、控制器接收人机接口输入的需调节的光谱数据，并暂存该数据；
步骤6、控制器把通过光信号检测器反馈的当前光谱数据与目标期光谱数据比较判断当
前光谱值是否与设置的目标值在误差容许范围内，据此来判定是否需要调整，如果满足要求， 则等待下一次人机交互指令，同时光信号检测器把调节的结果信息输出给人机接口，如果不
满足要求，则执行步骤7;
步骤7、控制器判断调节次数是否超出预期值，并可控光信号发生器各个部件的调节状态
是否超出调节能力，目标光谱数据是否在量程内，如果超出范围则无法调节到目标光谱数据，
返回失败和错误信息，执行步骤8,否则，则根据当前光谱数据和目标光谱数据，确定本次
调节量、调节方向或调节对象，进入步骤9或步骤10进行相应的调节；
步骤8、当无法调节到目标光谱时，输出错误信息给人机接口，执行步骤3; 步骤9、根据步骤7确定的调节对象、调节量和调节方向来执行光信号调节；
步骤10、根据步骤7确定的调节量和调节方向来执行光噪声调节。
如果输出可调光信噪比的光源，则光谱数据包括波长数、波长值、波长光功率值和信 噪比值；
如果输出光噪声源，则光谱数据为光噪声信号光功率值。 如果目标光谱是一个可调光信噪比的光信号源
可控光信号发生器的光信号调节状态指示为可调，则先执行步骤9，可控光信号发生器的 光信号调节状态指示为不可调、但是光噪声功率调节状态指示为可调，则执行步骤IO，
如果可控光信号发生器的的光信号调节状态指示、光噪声功率调节状态指示都为不可调， 则返回失败和错误信息，执行步骤8;
如果目标光谱是一个的光噪声源
可控光信号发生器的光噪声功率调节状态指示为可调，执行步骤10;否则为不可调，则
返回失败和错误信息，执行步骤8。
若可控光信号发生器，是激光器光源和可调光衰减器组合，以及光噪声信号发生器和可 调光衰减器组合，则所述步骤1进行设备初始化时，设置激光器关闭、产生ASE噪声的掺铒 光纤放大器关泵，设置光衰减器归零。
若光信号检测器的检测结果显示当前光噪声功率值，则相关控制处理步骤如下 首先关闭瀲光器光源，然后判断调节方式，是手动调节还是自动调节
若为手动调节，
获取手动调节量的数值和调节方向，根据当前噪声功率值、调节量和调节方向，判断是 否越量程的上下限，
如果调节超过上限，则提示错误信息； 如果调节超过下限，则关闭噪声源；
如果没有越限，则根据调节量来增加和减小光噪声功率值； 若为自动调节，
操作者输入目标光噪声功率值和自动调节方式后，装置启动自动调节控制方法来达到目 标光噪声功率值，
首先判断目标功率值是否越限，如果越上限，则输出错误信息； 如果越下限，则关闭激光器光源；
如果没有越限，则根据光检测器对当前光噪声功率的检测结果，判断目标光噪声功率值 和当前噪声功率值的关系，
如果目标光噪声功率值和当前噪声功率值差的绝对值小于光功率的允许误差，则调节成 功，否则按照迭代步长的计算方法，增加或者减小噪声功率。
若光信号检测器的检测结果为显示为当前光信号光谱数据值，则进行相应的控制步骤如
下
首先获取入口数据包括光信号波长数、光信号各个波长值和光信号信噪比值； 根据入口数据来开启和关闭相应波长的激光器光源； 然后判断调节方式是手动调节还是自动调节
若为手动调节获取手动调节量光信噪比的值和调节方向，调节方向分为光信噪比增加 方向和减小方向，
如果增加光信噪比，则判断调节光信噪比值是否越上限，如果越上限则提示错误信息； 如果光信噪比没有越上限，则根据光信噪比调节量先计算光信号功率在不越上限的情况 下，能够达到的输出量，如果满足目标光信噪比要求则直接增加光信号功率；此时如果还不 能满足目标光信噪比要求，则计算噪声功率在不越下限的情况下，能否满足目标光信噪比要 求，如果满足则减小光噪声功率；此时如果还不能满足，则输出错误提示信息。
如果减小光信噪比，则与增加光信噪比的过程相反。
若为自动调节，
操作者输入目标光信噪比值和自动调节方式后，装置启动自动调节控制方法来达到目标 光信噪比值，调节过程中光信号检测器定时获取当前的光信噪比值， 如果目标光信噪比>当前光信噪比，则增加光信噪比； 如果目标光信噪比<当前光信噪比，则执行减小光信噪比。 所述增加光信噪比，是这样实现的-
首先对光信号功率的判断，若没有越上限，则先按照光信号功率的调节步长增加光信号 功率，然后进入下一次迭代；
当光信号功率越限后仍然无法达到目标光信噪比的要求，则需要判断光噪声功率是否越 下限，如果光噪声功率没有越下限则按照光噪声功率的调节步长减小光噪声功率；
当光信号功率和光噪声功率在上述判断中都越限，仍然无法达到目标光信噪比的要求， 退出迭代循环或输出错误提示信息。
所述减小光信噪比，是这样实现的-
首先是光信号功率的判断，如果没有越光信号功率的下限，则先按照光信号功率的调节 步长减小光信号功率，然后进入下一次迭代；
当光信号功率越限后仍然无法达到目标光信噪比的要求，则需要判断光噪声功率是否越 上限，如果光噪声功率没有越上限则按照光噪声功率的调节步长增加光噪声功率；
当光信号功率和光噪声功率在上述判断中都越限，仍然无法达到目标光信噪比的要求，
调节失败，则执行退出迭代循环或输出错误提示信息。
采用本发明所述方法和装置，解决了目前没有专门产生可调节光信噪比光源的现状，与 现有技术相比，由于采取了闭环控制检测方法技术措施，可以对目标光源进行自动或手工调 节，达到了在一定光信噪比范围提供可控光源的要求，对于节省成本、提高工作效率、保持
工作过程一致性有重要意义。


图1是本发明所述装置框图2是本发明所述控制方法框图3是实施例1装置框图4是实施例1的控制方法框图4(a)实施例1的控制方法分支框图1;
图4(b)实施例1的控制方法分支框图2;
图4(C)实施例1的控制方法分支框图3;
图4(d)实施例1的控制方法分支框图4;
图5是实施例2装置框图。
具体实施例方式
下面结合附图，基本按照附图的顺序对本发明所述技术方案的实施作进一歩的详细描述
本发明所述的光信噪比可调节的光信号源装置由六部分组成，分别为控制器100、人机 接口IOI、可控光信号发生器102、光耦合器103、光信号检测器104、光信号输出口105。
控制器100与人机接口 101、可控光信号发生器102和光检测器104分别相连接，并且 连接信号为双向的电信号。可控光信号发生器102的输出接光耦合器103,是光信号连接。 光耦合器103有两个输出口光信号，它们分别连接光检测器104和光信号输出口 105。
所述控制器100接收操作者输入给101的指令并分析和处理，运用分析处理结果、并结 合104检测的光谱结果数据来调节和控制102， IOO将调节过程和调节结果通过101输出给操 作者，对102调节和控制的结果输出光信号通过103耦合一部分(如1%的光功率)又反馈 给104检测。这样形成一个闭环控制。使得通过103耦合到105的光信号达到用户目标光谱 要求。
因此100是本发明方案框图的控制核心，它与IOI、 102、 104进行通讯并传递光谱调整 的控制信息和数据信息。
所述人机接口 101,用于接收操作者的输入，如操作者定义的目标光谱信息光波长个 数、光波长值、光信噪比)；并反馈给操作者调控过程和调控结果信息。
所述可控光信号发生器102，接收100控制信息，执行光信号源的调整。 调整内容包括，光信号波长个数及波长值，每波长光信号的光功率、光噪声信号功率。 光信号波长个数，决定了从105输出的是单一波长光信号还是一组复用的多波长的光信号。 调整光信号光功率和光噪声光功率来调节信号的光信噪比。如果光波长个数为0，对光噪声 信号功率有调节要求，则可以输出光噪声信号。
所述光耦合器103,实现对输入光信号和输出光信号的耦合。如将输出部分光信号耦合 出一定的比例(如1%的光信号功率)光信号供104检测使用。
所述光信号检测器104，通过103输出一路光检测口，采集被调节光信号的光谱数据， 并进行分析输出光谱数据。光谱数据包括光波长个数、光信号波长值、各个波长光功率值、 各个波长光信噪比值。并将这些光谱数据反馈给IOO做控制的输入参量用，同时反馈给IOI 做信息输出用。
所述光信号输出口105,提供给出操作者目标光信号的光接口。
如图2所示的本发明所述一种光信噪比可调节的控制方法分为10部分，Fl、 F2、 F3、 F4、 F5、 F6、 F7、 F8、 F9禾卩F10。
Fl，完成设备初始化，IOO控制器完成初始化，102的光信号调节状态、光噪声功率调节 状态初始化，其他部件完成初始化。
F2,启动定时任务，光信号检测控制器初始化后，启动定时任务，定时轮训光信号检 测器的检测结果。并将光谱数据信息光信号的波长个数、波长值、波长光功率值、信噪比 值、噪声功率值，反馈到控制器。
F3，输出信息到人机接口控制器接收光信号检测器的信息并发送给人机接口；人机接 口接收控制器的错误处理信息并显示。
F4，人机接口信息输入接受操作者输入的调节参数信息，如果是输出可调光信噪比的 光源，参数为波长数、波长值、波长光功率值和信噪比值；如果是输出光噪声源，参数为噪 声信号光功率。
F5,人机接口信息和数据处理控制器接收人机接口信息，如F4所述。控制器将暂时存 储这些预期数据。
F6，光谱是否满足预期要求控制器把通过光信号检测器反馈的当前实际光谱数据与预期
光谱信息比较。判断当前光谱值是否与设置的目标的波长数、波长值、信噪比值或噪声功率
值是否在误差容许范围内，据此来判定是否需要调整。如果满足要求，则等待下一次人机交 互指令，同时光信号检测器也把调节的结果信息输出给人机接口。如果不满足要求，则执行 F7。
F7，判断本次调节的参数和计算参数值，执行循环调节
控制器根据调节次数是否超出预期值，如果超过预期说明无法调节到目标，返回失败和 错误信息，执行F8。
控制器获取102 (可调光信号发生器)各个部件的调节状态，是否超出部件调节能力。
如果调节次数没有超出预期值，但是目标谱数据超出发明装置本身的量程、或可调光信 号发生器所有部件都已经无调节能力，也返回失败和错误信息，执行F8。
如果调节次数没有超出预期，同时目标谱数据在本装置量程内，则根据当前光谱数据和 目标数据谱，确定本次调节对象、调节量、调节步长、调节方向，执行F9或F10。
如果目标光谱是一个可调光信噪比的光信号源。如果102的光信号调节状态指示为可调， 则先执行F9; 102的光信号调节状态指示为不可调、但是102的光噪声功率调节状态指示为 可调，则执行FIO。如果102的光信号调节状态指示、光噪声功率调节状态指示都为不可调， 则返回失败和错误信息，执行F8。
如果目标光谱是一个光噪声源，则如果102的光噪声功率调节状态指示为可调，执行F10; 如果为不可调，则返回失败和错误信息，执行F8。F8，错误处理，根据F7，当无法调节到目标光谱时，输出错误信息给人机接口，执行F3。
F9，光信号调节根据F7判断的调节对象、计算的调节量，来执行光信号调节。调节对 象哪个波长的光信号；调节量光信号功率调节步长值；调节方向增加方向或减小方向。 根据调节光信号功率值来对光信号源进行功率调节。
FIO，光噪声调节根据F7判断和计算的调节量，来执行对噪声光功率的调节。调节量: 光噪声功率调节步长值；调节方向增加方向或减小方向。根据调节光噪声功率值来对光信 号源进行光噪声功率调节。
综合图1和图2，给出本发明的工作原理如下
装置各个部分完成初始化后，启动定时任务，从101输入目标光谱指令。100接收101 的指令后，分析和处理指令数据。
指令数据目标输出是光噪声还是有一定光信噪比的光信号。前者需要给出噪声功率值， 对于后者需要的参数包括输出光波长的个数、各个波长值、各个波长信号的光信噪比值。
并根据104的光信号检测结果，即光信号的信噪比是否达到目标值，来控制和调节102 可调光信号发生器的光谱(102)的调节控制方法参阅对图2中F7的描述)，从102输出的光 信号经过103光耦合器后， 一部分反馈给104光信号检测器， 一部分从105光信号输出口输 出。其中103反馈给104的光信号用来形成光信噪比控制的闭环，同时104将光信噪比调节 的结果送给人机接口，供操作者参考。最后，从105输出的光信号是操作者的目标光信号。
对于装置框图，即图1所示。通过100控制、102执行、执行结果通过103耦合一部分 给104检测，即100、 102和104形成一个收敛的闭环控制。
对于控制方法框图，即图2所示。通过F6、 F7和F9 (或FIO)在控制方法上形成收敛的 闭环控制，来保证输出到达目标要求的光谱。
图3和图4分别是实施例1的装置框图和控制方法框图。实施的基本原理通过同时改变 OSNR的Ps和Pn两个参量来改变OSNR。从301设置或从305得到目标光谱有两种情况-一种是有一定光功率的光噪声信号，另外一种就是有N个光信号、有一定OSNR要求的复用 光信号。
图3有7部分组成，分别为300、 301、 302、 303、 304、 305和306。 300是装置框图的 控制核心，它与301、 302、 304和306有连接关系。在光路上，303的两路输入光口中，一 路是由302的输出提供，另外一路是由306的输出提供。303的两路输出光口中， 一路做为 监测口接304的输入光口 。 303的另外一路输出光口接305输出。
300， CPU系统，与图1的IOO功能类似，300接收操作者输入给301的指令并分析和处 理，运用分析处理结果、并结合304检测的光谱结果数据来调节和控制302、 306， 300将调 节过程和调节结果通过301输出给操作者。对302、 306调节和控制的结果通过303耦合，耦 合输出光信号的一部分(如1%的光功率)又反馈给304检测。这样形成一个闭环控制。使 得通过303耦合到305的光信号达到用户目标光谱要求。300是本发明实施例1方案框图的 控制核心。
301，人机接口，与图1的101功能相同。 304，光信号检测器，与图1的104功能相同。 305，光信号输出口，与图1的105功能相同。
302,光信号部分，由激光器光源和可调光衰减器组合。激光器光源输出是一个合波信号， 并经过光衰减器控制后输出。通过CPU系统的控制，可以输出单个波长光信号或多个波长复 用光信号，以及光信号的功率。300通过控制302来改变Ps,即改变OSNR公式中的Ps参量。
303，光耦合器，有两个输入光口和两个输出光口。在输入端，将两路输入(光信号源 和光噪声源的输出)耦合起来。在输出端将按照功率分配关系分为两路，其中一路(如1% 的光功率)反馈给304，另外一路通过305输出。
306,光噪声部分，由光噪声信号发生器和可调光衰减器组合。光噪声信号发生器是利 用掺铒光纤放大器(EDFA)内部的ASE噪声(EDFA放大器的自发辅射噪声)，实现并提供 一个高功率、稳定的ASE信号源。通过CPU系统的控制，可以控制噪声光功率。300通过控 制306来改变Pn，即改变OSNR公式中的Pn参量。
图4有8部分组成，分别为Gl、 G2、 G2、 G4、 G5、 G6、 G7和G8。其中的G7由图 4(a)实现、G8由图4(b)实现。图4(a)表示输出为光噪声的控制方法框图；图4(b)是输出为有N 个光信号、有一定OSNR要求的复用光信号的控制方法框图。图4(b)中的B10由图4(c)实现， 图4(b)的B11由图4(d)实现。图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)，这四个分支框图共同实 现图4的控制方法。
图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)中的附图标记涵义表述如下
其中A1、 A5为输出错误提示信息；A3、 A6为关闭噪声源；A2为增加噪声功率输出；A4 为减小噪声功率输出；A7为获取并判断目标功率值P0是否越限；A8为获取当前功率值P1并
与PO比较；A9表示输出调节成功信息；A10表示按照步长增加噪声功率输出；All表示按照
步长减小噪声功率输出；
Bl为减小噪声功率输出；B2为增加信号功率输出；B3为增加噪声功率输出；B4为减小 信号功率输出；B5、 B7为输出错误提示信息；B6为获取并判断目OSNR值(OSNRO)是否越限； B8表示比较OSNRO和当前0SNR(0SNR1); B9表示输出调节成功信息；B10表示增加0SNR1; Bll表示减小0SNR1;
Cl表示按照调节步长减小噪声功率；C2表示按照调节步长增加信号功率；C3为输出错 误提示信息；C4表示进行下一次迭代循环；C5为退出迭代循环。
Dl表示按照调节步长增加噪声功率；D2表示按照调节步长减小信号功率；D3为输出错 误提示信息；D4表示进行下一次迭代循环；D5为退出迭代循环。
Gl，初始化，系统上电工作后，300、 301、 302、 304和306各自完成初始化。同时在300 控制下完成相关初始设置设置302激光器关闭、306的EDFA关泵，设置302和306的光 衰减器归零(驱动到固有插损的状态)。304在完成初始化后，开始进行光信号检测。
G2，启动定时任务光信号检测，定时从304获取光谱检测信息。
G3，输出信息到人机接口， 300从304定时获取光谱信息后，输出到人机接口。另外，光 谱调节的结果信息也在300的控制下输出到人机接口 。
G4，人机接口信息输入。从301获取用户目标光谱的指令和数据。用户请求指令和数据 包括的内容(1)输出类型输出为光噪声、输出为有一定OSNR要求的复用光信号(波长 个数、波长值、OSNR值)；(2)输出方法自动调节、手动调节。
G5，人机接口信息和数据处理；300对用户输入目标光谱的指令和数据进行分析和处理。
G6，目标光谱特性，判断目标光谱特性，对输出类型进行判断输出为光噪声、输出为 有一定OSNR要求的复用光信号。
G7，输出为光噪声及其相关控制。当输出类型为光噪声时的相关控制处理，参阅图4(a) 的控制方法描述。
G8，输出为有信噪比的光信号及其相关控制，当输出类型为有信噪比要求和定义的光信 号时的相关控制处理，参阅图4 (b)的控制方法描述。 图4(a)的控制方法描述如下
从图4中，当判断目标输出光谱为光噪声时，执行图4(a)。图4(a)的入口，首先关闭激光 器光源，根据304光信号检测器的检测结果显示当前光噪声功率值。然后判断调节方式手 动调节还是自动调节。
手动调节的情况获取手动调节量的数值和调节方向。调节方向分为增加方向和减小方 向。根据当前噪声功率值、调节量和调节方向，判断是否越量程的上下限。如果调节超过上 限，则提示错误信息。如果调节超过下限，则关闭噪声源。否则根据调节量来增加和减小光 噪声功率值。图4(a)的A2增加噪声功率输出、A4减小噪声功率输出、A3关闭噪声源执行后， 300读取304检测结果并在301显示。Al输出错误信息是由300直接输出给301 。
自动调节的情况操作者输入目标光噪声功率值和自动调节方式后，装置启动自动调节 控制方法来达到目标光噪声功率值。如果是自动调节，首先判断目标功率值PO是否越限，如 果PO越上限，则输出错误信息给301;如果越下限，则关闭激光器光源。如果没有越限，则
根据304对当前光噪声功率的检测结果Pl，判断P0和Pl的关系。如果IP0-P11《A ,其中厶 为光功率的允许误差，则输出调节成功信息给301;如果P0〉P1，则按照调节步长增加噪声功 率；如果P0〈P1，则按照迭代步长减小噪声功率。
对于P0〉P1的情况，迭代步长的计算方法首次迭代的步长(PO-Pl)/2，第二次迭代的步 长为(PO-P1)/4,第三次迭代的步长为(P0-Pl)/8……,第N次迭代的步长为(P0-P1)/2W。在迭 代过程中如果满足IP0-P1I《A，则停止迭代循环，输出调节成功信息给301。
对于P0〈P1的情况，迭代步长的计算方法首次迭代的步长(P1-P0)/2,第二次迭代的步 长为(P1-P0)/4,第三次迭代的步长为(P1-P0)/8……，第N次迭代的步长为(Pl-P0)/2"。在迭 代过程中如果满足IP0-P1I《A，则停止迭代循环，输出调节成功信息给301。
图4(a)中的A8、 A10和All是一个闭环迭代控制。A10按照调节步长增加噪声功率、 All按照调节步长减小噪声功率、A6关闭噪声源执行后，300读取304检测结果并在301显 示。A5和A9的输出信息是由300直接输出给301。 图4(b)的控制方法描述如下
从图4中，当判断目标输出光谱为光信号时，执行图4(b)。图4(b)的入口数据包括光信 号波长数、光信号各个波长值和光信号信噪比值。首先获取入口数据，根据入口数据来开启 和关闭相应波长的激光器光源，根据304光信号检测器的检测结果显示当前光信号光谱数据 值(光信号波长数、波长光功率和光信号信噪比值)。然后判断调节方式手动调节还是自动 调节。不同的调节方式有不同的方法来实现调节达到目标光谱输出。
图4(b)中的B8、 B10和Bll是一个闭环迭代控制。B10增加0SNR1、 Bll减小0SNR1执 行后，300读取304检测结果并在301显示。B7和B9的输出信息是由300直接输出给301。
手动调节的情况如图4 (b)的手动调节方法分支。获取手动调节量的数值(即手动调 节OSNR值)和调节方向。调节方向分为OSNR增加方向和减小方向。如果增加OSNR，则 判断调节OSNR值是否越上限，如果越上限则提示错误信息。如果没有越OSNR上限，则根 据OSNR调节量先计算信号功率Ps在不越上限的情况下，能够达到的输出量，如果满足目标 OSNR要求则直接增加Ps;此时如果还不能满足目标OSNR要求，则计算噪声功率Pn在不 越下限的情况下，能否满足目标OSNR要求，如果满足则减小Pn;此时如果还不能满足，则 输出错误提示信息(B5)。如果减小OSNR，则与增加OSNR过程相反。调节过程中，304实 时检测目标光谱数据并在301显示，供手动调节参考。
自动调节的情况操作者输入目标OSNR值(即为OSNR0)和自动调节方式后，装置启 动自动调节控制方法来达到目标OSNR值。调节过程中304定时获取当前的OSNR值，即为 OSNRl。如果OSNRO > OSNRl,则执行B10 (增加OSNR)。如果OSNRO < OSNRl，则执 行Bll (减小OSNR)。 B10由图4(c)实现，参考图4(c)的控制方法描述。Bll由图4(d)实现， 参考图4(d)的控制方法描述。
图4(c)控制方法描述如下
图4(c)中，入口是0SNR0〉0SNR1的条件。然后是进行参数判断；出口有两个， 一个是C4 进入下一次循环迭代，即重新进入图4(b)的B8，另外一个输出是经过N次迭代无法调节目标 0SNR值时执行C3和C5，即输出错误提示给301同时退出循环迭代。在循环迭代中，首先是 信号光功率Ps的判断，如果没有越Ps的上限，则先按照Ps的调节步长增加Ps，执行C2， 然后进入下一次迭代(C4)。当Ps越限后仍然无法达到目标0SNR0的要求，则需要判断噪声 光功率Pn是否越下限，如果Pn没有越下限则按照Pn的调节步长减小Pn，执行C1。当Ps和 Pn在上述判断中都越限(Ps越上限、Pn越下限)，但是此时仍然无法达到目标OSNR0的要求， 表示调节失败，则执行C3和C5。
Ps的调节步长计算方法(增加Ps)-
Ps0，信号功率的当前值；Psl，信号功率的上限值；Ps2，表示预期调节到目标0SNR时、 在不调节噪声功率的情况下、需要调节信号功率的最大值。定义Ps' = Min[Psl, Ps2]，即Ps' 取Psl和Ps2的最小值。信号功率首次迭代的步长(Ps' -Ps0)/2，第二次迭代的步长为 (Ps, -PsO)/4，第三次迭代的步长为(Ps' -Ps0)/8……,第N次迭代的步长为(Ps' -PsO)/2N。 在迭代过程中如果满足IOSNR0-OSNR11《S ( S为0SNR允许误差)，则停止迭代循环，输出 调节成功信息给301。
Pn的调节步长计算方法(减小Pn):
Pn0，噪声功率的当前值Pnl,噪声功率的下限值；Pn2,表示预期调节到目标OSNR时、 在不调节信号功率的情况下、需要调节噪声功率的最大值。定义Pn' = Min[Pnl, Pn2]，即Pn' 取Pnl和Pn2的最小值。噪声功率首次迭代的步长(PnO—Pn， )/2，第二次迭代的歩长为(PnO —Pn' )/4,第三次迭代的步长为(Pn0—Pn， )/8……，第N次迭代的步长为(Pn0—Pn' )/2N。 在迭代过程中如果满足IOSNR0-OSNR11《S ( S为OSNR允许误差)，则停止迭代循环，输出 调节成功信息给301。
图4(d)控制方法描述如下
图4(d)中，入口是0SNR0〈0SNR1的条件。然后是进行参数判断；出口有两个， 一个是D4 进入下一次循环迭代，即重新进入图4(b)的B8，另外一个输出是经过N次迭代无法调节目标 0SNR值时执行D3和D5，即输出错误提示给301同时退出循环迭代。在循环迭代中，首先是 信号光功率Ps的判断，如果没有越Ps的下限，则先按照Ps的调节步长减小Ps，执行D2， 然后进入下一次迭代(D4)。当Ps越限后仍然无法达到目标OSNRO的要求，则需要判断噪声 光功率Pn是否越上限，如果Pn没有越上限则按照Pn的调节步长增加Pn，执行D1。当Ps和 Pn在上述判断中都越限(Ps越下限、Pn越上限)，但是此时仍然无法达到目标OSNRO的要求， 表示调节失败，则执行D3和D5。
Ps的调节步长计算方法(减小Ps):
Ps0，信号功率的当前值；Psl，信号功率的下限值；Ps2，表示预期调节到目标OSNR时、 在不调节噪声功率的情况下、需要调节信号功率的最大值。定义Ps' =Min[PSl，Ps2]，即Ps' 取Psl和Ps2的最小值。信号功率首次迭代的步长(PsO—Ps' )/2，第二次迭代的步长为(PsO 一Ps' )/4,第三次迭代的步长为(PsO-Ps' )/8……，第N次迭代的步长为(Ps0 —Ps' )/2N。 在迭代过程中如果满足IOSNR0-OSNR11《S ( S为OSNR允许误差)，则停止迭代循环，输出 调节成功信息给301。
Pn的调节步长计算方法(增加Pn):
PnO，噪声功率的当前值；Pnl，噪声功率的上限值；Pn2，表示预期调节到目标OSNR时、 在不调节信号功率的情况下、需要调节噪声功率的最大值。定义Pn' = Min[Pnl, Pn2]，即Pn' 取Pnl和Pn2的最小值。噪声功率首次迭代的步长(Pn' -Pn0)/2，第二次迭代的步长为 (Pn' -PnO)/4，第三次迭代的步长为(Pn， -Pn0)/8……，第N次迭代的步长为(Pn' -PnO)/2N。 在迭代过程中如果满足IOSNR0-OSNR11《S ( 5为OSNR允许误差)，则停止迭代循环，输出 调节成功信息给301。
综上所述，实施例1系统上电后工作后，300、 301、 302、 304和306各自完成初始化。 同时在300控制下完成相关初始设置设置302激光器关闭、306的EDFA关泵，设置302 和306的光衰减器归零(驱动到固有插损的状态)。304在初始化后，开始进行光信号检测。 300启动定时任务G2，定时获取304的检测结果并输出给301,完成G3。 301接收用户请求 将信息传递给300，完成G4。然后300完成对用户请求信息和数据的分析，即完成G5;分
析之后做一个判断G6，并执行G7或G8，调节的过程和结果信息输出给301，目标光谱通过 305输出。
图5是实施例2的装置框图。实施的基本原理通过同时改变OSNR的Ps参量来改变0SNR。 图5中，从401设置或从405得到目标光谱有两种情况 一种是有一定光功率的光噪声信号， 另外一种就是有N个光信号、有一定OSNR要求的复用光信号。实施2的控制方法属于实施 例1的一个子集，参阅实施1的控制方法即可。
图5有7部分组成，分别为400、 401、 402、 403、 404、 405和406。 400是装置框图的 控制核心，它与401、 402、 404和406有连接关系。在光路上，402的输出光信号连接406 的输入光口。 403的有一路输入光口，该输入光口与406的输出光口连接。403的两路输出光 口中， 一路做为监测口接404的输入光口，另外一路输出光口接405输出。 400， CPU系统。
与图1的IOO功能类似。400接收操作者输入给401的指令并分析和处理，运用分析处理 结果、并结合404检测的光谱结果数据来调节和控制402 、 406， 400将调节过程和调节结果 通过401输出给操作者。对402 、 406调节和控制的结果通过403耦合，耦合输出光信号的一 部分(如1%的光功率)又反馈给404检测。这样形成一个闭环控制。使得通过403耦合到 405的光信号达到用户目标光谱要求。400是本发明实施例2方案框图的控制核心。
401，人机接口，与图1的101功能相同。
404,光信号检测器，与图1的104功能相同。
405，光信号输出口，与图1的105功能相同。
402，光信号部分，由激光器光源和可调光衰减器组合。激光器光源输出是一个合波信号， 并经过光衰减器控制后输出。通过CPU系统的控制，可以输出单个波长光信号或多个波长复 用光信号，以及光信号的功率。400通过控制402来改变Ps，即改变OSNR公式中的Ps参量。
403，光耦合器，有一个输入光口和两个输出光口。在输入端，连接光放大部分的光输出 口。在输出端将按照功率分配关系分为两路，其中一路(如1%的光功率)反馈给404，另外 一路通过405输出。
406，光放大部分，该部分能够对402输出的光信号在一定范围内进行线性信号放大，此 时通过改变402的大小(即Ps)来改变目标输出光谱的OSNR。当406没有输入光信号时， 利用406的ASE噪声对外提供一个高功率、稳定的噪声光源。
实施例3的装置框图与图3相同。实施的基本原理通过同时改变OSNR的Pn参量来改变 0SNR。图3中，从301设置或从305得到目标光谱有两种情况 一种是有一定光功率的光噪 声信号，另外一种就是有N个光信号、有一定OSNR要求的复用光信号。实施3的控制方法 属于实施例l的一个子集，参阅实施1的控制方法即可。实施时，关闭302激光器光源，则 通过调节306的输出Pn提供一个光噪声源；配置302激光器光源，调节306的输出Pn，则 可以改变从305输出的光信号的OSNR。
权利要求
1、一种实现光信噪比可调节的光信号源装置，其特征在于，包括控制器、人机接口、可控光信号发生器、光耦合器、光信号检测器、光信号输出口；所述控制器与人机接口、可控光信号发生器和光检测器进行通讯并传递光谱数据调整的控制信息和数据信息；所述人机接口用于接收操作者的输入，并反馈给操作者调控过程和调控结果信息；所述可控光信号发生器用于接收控制器的控制信息，执行光谱数据的调整；所述光耦合器实现对输入光信号和输出光信号的耦合；所述光信号检测器采集被调节的光谱数据，并进行分析输出光谱数据； 所述光信号输出口提供给出操作者目标光信号的光接口； 控制器与人机接口、可控光信号发生器和光检测器分别相连接，可控光信号发生器通过光信号连接光耦合器，光耦合器的两个输出口光信号分别连接光检测器和光信号输出口。
2、 如权利要求l所述的实现光信噪比可调节的光信号源装置，其特征在于 所述可控光信号发生器，可以是激光器光源和可调光衰减器组合，以及光噪声信号发生器和可调光衰减器组合；所述激光器光源输出是一个合波信号，通过光衰减器控制改变光信号功率； 光噪声信号发生器是利用掺铒光纤放大器内部的ASE噪声提供ASE信号源，通过控制器可以控制噪声光功率。
3、 如权利要求l所述的实现光信噪比可调节的光信号源装置，其特征在于 所述可控光信号发生器可以是，激光器光源和可调光衰减器组合，以及光放大单元； 所述激光器光源输出是一个合波信号，通过光衰减器控制改变光信号功率； 所述光放大单元，对激光器光源输出的光信号进行线性放大，以此改变光信号功率； 若没有光信号输入光放大单元，则光放大单元中的ASE噪声可提供噪声源。
4、 一种光信噪比可调节的控制方法，其特征在于，包括 步骤l，完成设备的初始化；步骤2、启动定时任务，定时轮训光信号检测器的检测结果，并将光谱数据反馈给控制器；步骤3、控制器接收光信号检测器的光谱数据，并发送给人机接口； 步骤4、人机接口接收操作者输入的需调节的光谱数据，且接收控制器的错误处理信息 并显示； 步骤5、控制器接收人机接口输入的需调节的光谱数据，并暂存该数据；步骤6、控制器把通过光信号检测器反馈的当前光谱数据与目标期光谱数据比较判断当前光谱值是否与设置的目标值在误差容许范围内，据此来判定是否需要调整，如果满足要求， 则等待下一次人机交互指令，同时光信号检测器把调节的结果信息输出给人机接口，如果不 满足要求，则执行步骤7;步骤7、控制器判断调节次数是否超出预期值，并可控光信号发生器各个部件的调节状态 是否超出调节能力，目标光谱数据是否在量程内，如果超出范围则无法调节到目标光谱数据， 返回失败和错误信息，执行步骤8，否则，则根据当前光谱数据和目标光谱数据，确定本次 调节量、调节方向或调节对象，进入步骤9或步骤10进行相应的调节；步骤8、当无法调节到目标光谱时，输出错误信息给人机接口，执行步骤3;步骤9、根据步骤7确定的调节对象、调节量和调节方向来执行光信号调节；步骤IO、根据步骤7确定的调节量和调节方向来执行光噪声调节。
5、 如权利要求4所述的光信噪比可调节的控制方法，其特征在于如果输出可调光信噪比的光源，则光谱数据包括波长数、波长值、波长光功率值和信 噪比值；如果输出光噪声源，则光谱数据为光噪声信号光功率值。
6、 如权利要求4所述的光信噪比可调节的控制方法，其特征在于 如果目标光谱是一个可调光信噪比的光信号源可控光信号发生器的光信号调节状态指示为可调，则先执行步骤9，可控光信号发生器的光信号调节状态指示为不可调、但是光噪声功率调节状态指示为可调，则执行步骤io，如果可控光信号发生器的的光信号调节状态指示、光噪声功率调节状态指示都为不可调，则返回失败和错误信息，执行步骤8; 如果目标光谱是一个的光噪声源可控光信号发生器的光噪声功率调节状态指示为可调，执行步骤10;否则为不可调，则 返回失败和错误信息，执行步骤8。
7、 如权利要求4或5或6所述的光信噪比可调节的控制方法，其特征在于若可控光信号发生器，是激光器光源和可调光衰减器组合，以及光噪声信号发生器和可调光衰减器组合，则所述步骤l进行设备初始化时，设置激光器关闭、产生ASE噪声的掺铒光纤放大器关泵，设置光衰减器归零。
8、 如权利要求7所述的光信噪比可调节的控制方法，其特征在于-若光信号检测器的检测结果显示当前光噪声功率值，则相关控制处理步骤如下 首先关闭激光器光源，然后判断调节方式，是手动调节还是自动调节 若为手动调节，获取手动调节量的数值和调节方向，根据当前噪声功率值、调节量和调节方向，判断是 否越量程的上下限，如果调节超过上限，则提示错误信息； 如果调节超过下限，则关闭噪声源；如果没有越限，则根据调节量来增加和减小光噪声功率值；
9、 如权利要求8所述的光信噪比可调节的控制方法，其特征在于 若为自动调节，操作者输入目标光噪声功率值和自动调节方式后，装置启动自动调节控制方法来达到目 标光噪声功率值，首先判断目标功率值是否越限，如果越上限，则输出错误信息； 如果越下限，则关闭激光器光源；如果没有越限，则根据光检测器对当前光噪声功率的检测结果，判断目标光噪声功率值 和当前噪声功率值的关系，如果目标光噪声功率值和当前噪声功率值差的绝对值小于光功率的允许误差，则调节成 功，否则按照迭代歩长的计算方法，增加或者减小噪声功率。
10、 如权利要求7所述的光信噪比可调节的控制方法，其特征在于若光信号检测器的检测结果为显示为当前光信号光谱数据值，则进行相应的控制步骤如下-首先获取入口数据包括光信号波长数、光信号各个波长值和光信号信噪比值；根据入口数据来开启和关闭相应波长的激光器光源；然后判断调节方式是手动调节还是自动调节若为手动调节获取手动调节量光信噪比的值和调节方向，调节方向分为光信噪比增加 方向和减小方向，如果增加光信噪比，则判断调节光信噪比值是否越上限，如果越上限则提示错误信息； 如果光信噪比没有越上限，则根据光信噪比调节量先计算光信号功率在不越上限的情况 下，能够达到的输出量，如果满足目标光信噪比要求则直接增加光信号功率；此时如果还不 能满足目标光信噪比要求，则计算噪声功率在不越下限的情况下，能否满足目标光信噪比要 求，如果满足则减小光噪声功率；此时如果还不能满足，则输出错误提示信息。
11、 如权利要求10所述的光信噪比可调节的控制方法，其特征在于 如果减小光信噪比，则与增加光信噪比的过程相反。
12、 如权利要求10所述的光信噪比可调节的控制方法，其特征在于若为自动调节，操作者输入目标光信噪比值和自动调节方式后，装置启动自动调节控制方法来达到目标 光信噪比值，调节过程中光信号检测器定时获取当前的光信噪比值， 如果目标光信噪比>当前光信噪比，则增加光信噪比； 如果目标光信噪比<当前光信噪比，则执行减小光信噪比。
13、 如权利要求12所述的光信噪比可调节的控制方法，其特征在于 所述增加光信噪比，是这样实现的首先对光信号功率的判断，若没有越上限，则先按照光信号功率的调节步长增加光信号 功率，然后进入下一次迭代；当光信号功率越限后仍然无法达到目标光信噪比的要求，则需要判断光噪声功率是否越 下限，如果光噪声功率没有越下限则按照光噪声功率的调节步长减小光噪声功率；当光信号功率和光噪声功率在上述判断中都越限，仍然无法达到目标光信噪比的要求， 退出迭代循环或输出错误提示信息。
14、 如权利要求12所述的光信噪比可调节的控制方法，其特征在于 所述减小光信噪比，是这样实现的首先是光信号功率的判断，如果没有越光信号功率的下限，则先按照光信号功率的调节 步长减小光信号功率，然后进入下一次迭代；当光信号功率越限后仍然无法达到目标光信噪比的要求，则需要判断光噪声功率是否越 上限，如果光噪声功率没有越上限则按照光噪声功率的调节步长增加光噪声功率；当光信号功率和光噪声功率在上述判断中都越限，仍然无法达到目标光信噪比的要求，调节失败，则执行退出迭代循环或输出错误提示信息。
全文摘要
本发明公开了一种实现光信噪比可调节的光信号源装置及控制方法，所述装置包括控制器、人机接口、可控光信号发生器、光耦合器、光信号检测器、光信号输出口；控制器接收操作者输入给人机接口的指令并分析和处理，运用分析处理结果、并结合光检测器检测的光谱结果数据来调节和控制可控光信号发生器，控制器将调节过程和调节结果通过人机接口输出给操作者，对可控光信号发生器调节和控制的结果输出光信号通过光耦合器耦合一部分又反馈给光检测器检测，这样形成一个闭环控制，使得通过光耦合器耦合到光输出口的光信号达到用户目标光谱要求。本发明可以对目标光源进行自动或手工调节，达到了在一定光信噪比范围提供可控光源的要求。
文档编号H04B10/564GK101098191SQ20061008664
公开日2008年1月2日 申请日期2006年6月27日 优先权日2006年6月27日
发明者程智刚 申请人:中兴通讯股份有限公司