掺铒光纤放大器的光功率控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及光传输系统，具体设及一种渗巧光纤放大器的光功率控制方法。
【背景技术】
[0002] 光放大器，尤其是渗巧光纤放大器化DFA)的出现加速了光通信的发展。EDFA自身 具有W下优点:对数据格式和速率透明；增益大、噪声小，噪声系数接近量子极限;直接对光 信号进行放大，省去了电再生中继器，节省了成本；W及增益带宽大，扩大了传输容量。运些 优点使得邸FA在光通信中得到了最广泛的应用。
[0003] 在抓FA的使用中，当抓FA的输入光产生变化时，PUMP驱动电流如不能及时做出正 确地调整，残余输入波长的增益就会产生波动。严重时，甚至使得残余波长根本无法正常工 作。
[0004] 从目前EDFA情况来看，在EDFA模块中主要使用W下控制方法
[0005] 1、根据DEFA输入光功率值及其变化斜率值查表或计算出PUMP驱动电流值（CN 101158796 B)。
[0006] 2、通过比例积分微分(PID)控制算法，计算出PUMP驱动电流值(CN 101877615 B)。
[0007] 第一种算法，由于没有引入反馈机制，抗干扰能力差。而且抓FA设备在出厂前需要 有大量的测量数据，增加了生产加工成本。同时PUMP输出效率会随着工作时长而降低，会使 实际控制效果变得很差。
[000引第二种算法，比例积分微分(PID)控制算法是一种经典工业过程控制算法。它是一 种事后控制算法，即只在检测到输出增益与设定增益发生偏差时才开始调节PUMP的电流。 运样就不能够做到非常高的增益稳定度。
【发明内容】
[0009] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种渗巧光纤放大器的光功率控制方法。
[0010] 为达到上述目的，本发明的技术方案是运样实现的：
[0011] 本发明实施例提供一种渗巧光纤放大器的光功率控制方法，该方法为:渗巧光纤 放大器化DFA)根据设定值和输入光功率确定出输出光功率的目标值;根据所述确定的输出 光功率的目标值变化量和比例常数确定前馈控制DAC增量;再根据所述输出光功率的目标 值与模型预测值之差确定反馈控制DAC增量;最后，根据所述前馈控制DAC增量、反馈控制 DAC增量W及上个周期的DAC输出值确定当前周期DAC输出值，即pump电流驱动值。
[0012] 上述方案中，该方法具体步骤如下实现：
[001引步骤201:计算抓FA的输出功率目标值，当邸FA处于恒增益控制模式时，P_Goal (k) = P_In化)*Set_Gain+A沈化）；当抓FA处于恒功率控制模式时，P_GoaKk) = Set_Powe;r;所 述口_60曰1化)为当前输出光功率的目标值，P_In化)为当前输入光功率，Set_Gain为设定增 益倍数，ASE化)为当前A沈功率值，Set_Power为输出光功率设定值；
[0014] 步骤202:计算PUMP电流值的前馈控制DAC增量，Δ DAC_Fee壯orwarcKk) = (P_Goal 化)-P_GoaKk-l))*Cons化nt_ff，P_GoaKk)为当前输出光功率的目标值，P_GoaKk-l)为 前一采样时刻的输出光功率目标值，Cons tant_ff是前馈控制系数；
[0015] 步骤203:检测抓FA实际输出功率P_0ut化)并与模型预测值相比较，计算模型误差 0 = 口_〇111:化)斗_?'6(1;[(31:(1/4-1),?_?'6(1;[(31:(1/4-1)代表前一个采样时刻预测的当前邸 FA 输出值；
[0016] 步骤204 :修正上一采样时刻计算出的模型预测值tCorrectecK i/k-1) = t Predict(i/k-l)+e*h(i) ,(i = l,...,N) ,P_Corrected(i/k-l)是修正后的上一个采样时刻 模型预测值，P_Predict(i/k-l)是上一个采样时刻计算出的模型预测值，e是模型当前误差 值，h(i)是修正系数，在控制器设计时确定，一般范围在0-1之间，0无抗干扰能力，系统反应 快;1抗干扰能力强，系统反应慢；
[0017] 步骤205:移位前一个采样时刻的模型预测修正值得到模型在无驱动电流变化下 的模型预测值，P〇_Predict(i/k) =P_Corrected(i+l/k-l), (i = l,,Ν-1);
[001引步骤206:计算反馈控制DAC增量，
[0019]
d(i)是反馈控 制系数向量，由离线计算求得;P_GoaKk)是当前目标功率，由步骤201求得，P0_Predict(i/ k)是模型在无驱动电流变化下的模型预测值，由上一个采样时刻的步骤208和当前采样时 刻的步骤203、204、205求得;Μ是控制跨度，在离线计算中选择合适的值；
[0020] 步骤207:将前馈控制DAC增量，反馈控制DAC增量和上个周期DAC输出值相加得到 当前周期DAC输出值;DA(Xk) = DA(Xk-l) + Δ DAC_Fee壯orwarcKk) + Δ DAC_Fee化ack化），等 式左边的DAC化)是新DAC值，等式右边的DA(Xk-l)是上一个采样时刻的DAC输出值，Δ DAC_ 化6壯orwarcKk)是前馈控制DAC增量，由步骤202求得，Δ DAC_Fee化ack化)是反馈控制DAC 增量，由步骤206求得；
[0021 ]步骤208:重新计算模型预测值P_Predict(i/k) =PO_Predict(i/k)+a(i)* Δ DAC_ 化6化ack化），P_Predict(i/k)是在增量DAC作用下所求得的新模型预测值，P0_Predict(i/ k)是模型在无驱动电流变化下的模型预测值，是经过步骤203、204、205修正过后的上个采 样时刻步骤208计算出的模型预测值，a( i)是邸FA单位阶跃响应序列。
[0022] 上述方案中，其特征在于，首先测定PUMP电流对抓FA输出光功率的单位阶跃响应 向量a={ai，ai,......，ap} ;P为模型时域长度；
[0023] 在t = kT时刻预测在PUMP电流增量Δ Kk)，…，Δ i化+M-l)的作用下，抓FA在未来P 个时刻的输出功率为
；式中，
[0024]
則=kT时刻预测的无电流变化时未来P个时刻的抓FA输 出功率
为t = kT时刻预测的有Μ个PUMP电流增量Μ化），……，AKk +M-1)时未来P个时刻的抓FA输出功率；
^从现在起Μ个时刻的电流 增量；
家为动态矩阵，其元素为PUMP电流到邸FA输出功率的阶跃响应 系数。
[0025] 上述方案中，及时检测抓FA的实际输出功率，并与模型预测计算得到的该时刻输 出功率相比较，计算出预测误差e =户-P ; W后各时刻输出预侧值也在模型预测的基础上 加 W校正：巧,,,.(反十1)=戶、.1(足）十/W;式中，
[0026]
柏二化+1)Τ时刻经误差校正后所预测的系统在t = 化+υτα=ι，···，Ν)时刻的输出，
为误差校正向量。
[0027] 上述方案中，在采样时刻t = kT的优化性能指标为 [002引
[0029] 即通过选择该时刻起Μ个时刻的PUMP电流增量Δ Kk)，…，Δ Kk+M-1)，使邸FA在未来P (N如含M)个时刻的输出功率4巧+ ：1)，…，4巧+巧尽可能接近其目标值w(k+l)，...，ω 化+P);性能指标中的第二项是对电流增量的约束，即不希望电流的变化过于剧烈;式中，qi， rj为权系数，P和Μ分别称为优化时域长度和控制时域长度;通过极值必要条巧
求 得t = kT时刻解得的最优电流增量序列
向量[1， 0，···，0]乘W式中(ATQA+RrV即得到控制系数向量D。
[0030] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0031] 本发明减少了生产环节的复杂程度，能够在原有数字控制系统的基础上实现系统 性能的大幅提升。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明实施例提供一种渗巧光纤放大器的光功率控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0034] 本发明实施例提供一种渗巧光纤放大器的光功率控制方法，如图1所示，该方法通 过W下步骤实现：
[0035] 步骤101:渗巧光纤放大器化DFA)根据设定值和输入光功率确定出输出光功率的 目标值；
[0036] 具体的，当抓FA处于恒功率控制模式时，所述输出光功率的目标值等于输出光功 率设定值；
[0037] 当抓FA处于恒增益控制模式时，所述输出光功率的目标值等于输入光功率乘W设 定增益倍数，再加上A沈功率值。
[0038] 步骤102:根据所述确定的输出光功率的目标值变化量和比例常数确定前馈控制 DAC增量；
[0039] 步骤103:根据所述输出光功率的目标值与模型预测值之差确定反馈控制DAC增 量；
[0040] 具体的，具体步骤如下：
[0041 ] 步骤201:计算抓FA的输出功率目标值，当邸FA处于恒增益控制模式时，P_GoaKk) = P_In化)*Set_Gain+A沈化）；当抓FA处于恒功率控制模式时，P_GoaKk) = Set_Powe;r;所 述口_6〇曰1化)为当前输出光功率的目标值，P_In化）为当前输入光功率，Set_Gain为设定增 益倍数，ASE化)为当前A沈功率值，Set_Power为输出光功率设定值；
[0042] 步骤202:计算PUMP电流值的前馈控制DAC增量，Δ DAC_Fee壯orwarcKk) = (P_Goal 化)-P_GoaKk-l))*Cons化nt_ff，P_GoaKk)为当前输出光功率的目标值，P_GoaKk-l)为 前一采样时刻的输出光功率目标值，Cons tant_ff是前馈控制系数；
[0043] 步骤203:检测抓FA实际输出功率P_0ut化)并与模型预测值相比较，计算模型误差 0 = 口_〇111:化)斗_?'6(1;[(31:(1/4-1),?_?'6(1;[(31:(1/4-1)代表钱一个采样时刻预测的当前邸 FA 输出值；
[0044] 步骤204 :修正上一采样时刻计算出的模型预测值tCorrectecK i/k-1) = t Predict(i/k-l)+e*h(i) ,(i = l,...,N) ,P_Corrected(i/k-l)是修正后的上一个采样时刻 模型预测值，P_Predict(i/k-l)是上一个采样时刻计算出的模型预测值，e是模型当前误差 值，h(i)是修正系数，在控制器设计时确定，一般范围在0-1之间，0无抗干扰能力，系统反应 快;1抗干扰能力强，系统反应慢；
[0045] 步骤205:移位前一个采样时刻的模型预测修正值得到模型在无驱动电流变化下 的模型预测值，P〇_Predict(i/k) =P_Corrected(i+l/k-l), (i = l,,Ν-1);
[0046] 步骤206:计算反馈控制DAC增量，
[0047]
是反馈控 制系数向量，由离线计算求得;P_GoaKk)是目标功率，由步骤201求得，P0_Predict(i/k)是 模型在无驱动电流变化下的模型预