专利名称：发射端性能自动优化的光传输系统及自动优化方法
技术领域：
本发明涉及光通讯领域中的传输设备，具体地说，涉及其中激光调制传输和接收系统，为了实现系统自动优化而对发射端进行自动调节的装置，及所采用的自动控制方法。
背景技术：
光传输系统光源的特性对系统性能有影响，光源经强度调制后，主要的特征有平均功率和啁啾。平均功率体现光信号输出的强度，啁啾是在强度调制信号上附加的相位变化特性，体现载波的动态变化。在其它条件不变，输入到传输线路中的平均功率大小对传输系统性能的影响是在平均功率较低时，由于线路中噪声的存在使接收性能变坏(用Q值表示)；而在平均功率较高时，由于光纤传输的非线性效应增强使接收性能变坏；最优的Q值发生在功率P适中时(图1.a)。在其他条件不变，调制信号光啁啾强弱对传输系统性能的影响是首先定义啁啾系数a＝2(dΦ/dt)/(dln p/dt)，其中Φ是光信号载波的瞬时相位，p是光信号瞬时功率。当啁啾系数a＞0、且绝对值较大时，或者啁啾系数a＜0、且绝对值较大时，接收端性能将变坏(图1.b)；使系统性能最优的啁啾系数值和线路色散等状况有关。一般地，光源经过强度调制后，会带有一定程度的啁啾。
一般情况下设计的发射机，将平均输出功率预定在某固定的值(或一个较小范围内)，并尽量选择啁啾小的调制方案，由于传输线路特性的差异，有时接收性能并不理想，需要在系统工作条件下进行人工调整。
人工对发射机进行调节比较烦琐，尤其是在光源数量较多时(例如一种160波光传输设备，单向发射端具有160只光发射机)；长距离传输系统接收端在远端(数公里至数千公里)，因此现场调试很困难。
另外在波长路由光网络中，光信号的传输通道会实时发生变化，需要对光源进行实时调节，以适应路由变化，获得最优的系统性能。
在已公开的专利设计中，对系统各光接口的功率进行调整的，多以目标检测点的功率水平为目标，以期在接收点达到预定的功率要求。我们认为，预定的功率目标与最佳的系统性能并不等同，需要在光通道所承载的信号传送质量上来考量。
公开的美国专利申请US 20020054648(Method for equalizing channelquality differences in a WDM system)提出，可以测定所有接收机的接收性能，导出合适的误码门限，然后通过调节发射功率实现误码率的均衡，这种调节方法，目的是为了在点到点传送时使各通道具有相同的传输质量。该项发明仅是以功率为调节手段，不能在更大的范围内实现全局优化，且不能进行自动化调节。
公开的专利申请美国US 20020178417(Communication channeloptimization using forward error correction statistics)提出，用FEC(前向纠错)装置在接收端统计误码发生情况，然后将调节指令发送到发射端。调节发射端性能使误码降低(例如调节功率)。公开的专利申请US 20030016695(System and method for automatic optimization of optical communicationsystems)中进一步提出，用FEC装置在接收端周期性地统计误码，然后根据结果调节发射端所有性能参数，例如波长、相位、RZ(归零)系数等，统计、比较、调整反复进行。公开的专利申请US 20020039217(Method ofadaptive signal degradation compensation)也提出，对于有FEC编码的信号，在接收端确定降级系数，然后反馈到发射端，根据结果调节预啁啾性质，使系统性能得到优化。这些专利申请所声明的装置，均限于信号带有FEC编码的光传输系统。
公开的专利申请US 20020048062(Wavelength division multiplexing opticalcommunication system and wavelength division multiplexing opticalcommunication method)中，提出波分复用系统中在接收端进行光信噪比和误码率检测，将检测结果传送至发射端，调节发射端预均衡和啁啾，实现系统性能优化。我们认为，实现系统优化时无需进行光信噪比测试；而对误码率进行测试则会由于测试时间较长，导致系统优化调节时间过长，损害该发明的实用性，尤其是在误码率较低时。
发明内容
本发明为解决以上问题，提出了一种以信号Q值为目标对发射端进行自动优化的光传输系统，并在此基础上提出一种对发射端性能进行自动优化的方法。
本发明中的发射端性能自动优化的光传输系统，包括发射端和接收端两部分以及传输路线和监控通道路由；所述发射端包括连续波光源、强度调制器、相位调制器、强度调制驱动电路、相位调制驱动电路、采样光耦合器、自动功率控制电路、CPU系统、发射端路由转发器、输出光接口；传输信号一部分经过强度调制器驱动电路进行适当放大和偏置后形成驱动信号接入强度调制器，对连续波光源输出到所述强度调制器的光进行调幅；所述传输信号的另一部分经过所述相位调制器驱动电路进行适当放大和偏置后形成驱动信号接入所述相位调制器，使所述强度调制器输出光再经过所述相位调制器进行啁啾调整；调制后输出的信号经过所述采样耦合器后，经过所述输出光接口进入传输线路；所述采样耦合器与所述自动功率控制电路相连接，在所述CPU系统输出的功率选择电平的控制下，所述自动功率控制电路通过对所述连续波光源的反馈控制，使输出到所述传输线路的光信号平均功率被锁定；所述CPU系统对所述强度调制器驱动电路、所述相位调制器驱动电路、所述自动功率控制电路进行控制，并且与所述发射端路由转发器相连，向其发送指令或数据，也可以接收其送来的指令或数据；所述接收端包括输入光接口、输入光耦合器、接收机、Q值测试仪、控制CPU、接收端路由转发器；光信号经过所述输入光接口、所述输入光耦合器进入所述光接收机；所述输入光耦合器接所述Q值测试仪，该Q值测试仪与所述控制CPU相连，该控制CPU还与所述接收端路由转发器相连，可以通过其发送指令或数据，也可以通过其接收指令或数据。本发明的控制分分布式控制和集中式控制两种方式，在分布式控制的情况下，所述输出光接口和输入光接口之间通过传输路线相连，发射端路由转发器与接收端路由转发器通过监控通道路由相连。在集中式控制的情况下，还包括一个集中控制点，集中控制点包括一个集中控制点路由转发器和中心控制器；所述输出光接口和输入光接口之间通过传输路线相连，集中控制点路由转发器通过路由与发射端路由转发器相连，经路由与接收端路由转发器相连。
对多路信号的处理，本发明的方案也包括发射端和接收端以及传输路线和监控通道路由；所述发射端部分包括多路光处理单元、合波器、光输出接口、设备总线、终端控制器、发射端路由转发器；所述每路光处理单元包括连续波光源、强度调制器、相位调制器、强度调制器驱动电路、相位调制器驱动电路、采样光耦合器、自动功率控制电路、CPU系统；每路信号经过该单元的采样光耦合器后在所述合波器处合在一起后通过所述光输出接口进入传输线路；所述终端控制器通过所述设备总线与每路光处理单元的CPU系统连接，所述终端控制器还与所述发射端路由转发器连接；所述接收端部分包括输入光接口、分波器、多个输入光耦合器、多个接收机、多路选一光开关或光开关组、Q值测试仪、控制CPU、接收端路由转发器；光信号通过所述输入光接口输入到所述分波器，分成多路光通道，分别经过所述采样光耦合器后进入所述各个接收机，从所述各输入光耦合器采样的光信号通过所述多路选一光开关或光开关组选择后进入所述Q值测试仪，该Q值测试仪测试时所使用的光通道由所述控制CPU控制，该控制CPU还与所述接收端路由转发器连接，可以通过其发送指令或数据，也可以通过其接收指令或数据。
对多路信号的处理系统，本发明也包括分布式控制和集中式控制两种方式，在分布式控制的情况下，所述输出光接口和输入光接口之间通过传输路线相连，发射端路由转发器与接收端路由转发器通过监控通道路由相连。在集中式控制的情况下，还包括一个集中控制点，集中控制点包括一个集中控制点路由转发器和中心控制器；所述输出光接口和输入光接口之间通过传输路线相连，集中控制点路由转发器通过路由与发射端路由转发器相连，经路由与接收端路由转发器相连。
本发明中的发射端自动优化的方法，包括以下步骤步骤一发送指令至接收端，进行Q值检测；步骤二对发射端功率进行迭代控制，同时检测接收端Q值并进行分析，直至Q值达到优化目标；步骤三对发射端相位进行迭代控制，同时检测接收端Q值并进行分析，直至Q值达到优化目标；
步骤四判断以上步骤二和步骤三所获得的Q值，当满足控制精度要求时，调节停止。
根据本说明书所述装置和工作步骤，本发明旨在于光传输系统中以发射端光信号的功率和相位特性为自变量所构成的Q值空间中(图1.c)，自动实现系统性能最优化。图中，Qopt发生在P＝Popt、a＝aopt时，Qopt＞Q1＞Q2＞Q3＞Q4＞Q5＞Q6＞Q7。经过以上的工作步骤，可以使(P，a)经过n次迭代从(P1，a1)变为(Pn，an)，对应的Q值逐步接近于Qopt，直到满足控制精度要求后静止。
本装置自动实现系统性能优化，无需在系统开通时进行大量的人工调试，符合在线设备运营维护要求。尤其在以下方面一、适用于任意属性的光纤介质；二、运用开机自动运行模式，本发明所述装置可以按本发明所述工作方法自动实现性能预调；设备具有“装配后不管”的特点。三、在自发启动模式下，会周期性地监测传输性能，在线路光纤因环境影响发生随机变化时，本发明所述装置具有自适应功能，可以按本发明所述工作方法自动实现输出信号约束；四、在设备运行状态下，当需要改变发射端属性时，只需要向本发明所述装置下达功率或啁啾调整指令，本发明所述装置即按本发明所述工作方法自动实现调节目标。
本发明所述增益调节方法与现有技术相比，取得了光通信设备控制方式的进步，既适用于有信号有FEC编码的系统，也适用于信号无FEC编码的系统。此外，本装置不对接收端的光信噪比进行测试，也不需要根据光信噪比测试结果对发射机进行预均衡调节，简化了优化控制手段。另外根据Q值检测反馈结果实施控制，与根据误码率检测结果实施控制相比，反映速度更快，尤其是在误码率较低时。
图1.a是发射端入纤功率和传输性能关系示意图；图1.b是发射端信号啁啾变化和传输性能关系示意图；图1.c是发射端入纤功率、信号啁啾变化和传输性能关系示意图；图2.a是本发明的系统和一种实施例示意图(分布控制)；图2.b是本发明的系统的另一种实施例图(集中控制)；图3是本发明中的发射端性能自动优化方法的流程图；图4是本发明解决多路信号的系统实施例示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的描述。图中各标记分别表示1输入信号2传输线路3设备监控路由(连接在发射端和接收端之间)4发射端合波器5接收端分波器10发射端输出光接口11连续波激光源12强度调制器13相位调制器14驱动电路1，是强度调制器的驱动电路15驱动电路2，是相位调制器的驱动电路16输出光耦合器17激光器自动功率控制电路18对发射端进行控制的CPU系统19发射端路由转发器20发射端总控制器21发射端多路控制总线31设备监控路由(连接在发射端和集中控制站点之间)32设备监控路由(连接在接收端和集中控制站点之间)41集中控制站点路由转发器42集中控制站点中心控制器51Q值测试仪控制电路数据转发端口信号52Q值测试仪控制和数据采集端口信号53多路选一光开关控制信号70接收端多路光信号采样选择输出101接收端输入光接口102输入光耦合器103光接收机104带电接口的Q值测试仪
105Q值测试仪控制电路106接收端路由转发器107多路选一光开关，或具有多路选一功能的光开关阵列141强度调制器驱动电路的输出信号151相位调制器驱动电路的输出信号181驱动电路2控制信号(驱动电平选择)182驱动电路1控制信号(驱动电平选择)183自动功率控制电路功率等级选择信号184发射端CPU数据转发端口信号185发射端CPU的人工控制指令接口201终端控制器的人工控制指令接口421集中控制站点中心控制器的人工控制指令接口1a，1b发射端多路输入信号7a，7b接收端多路采样光信号11a，11b多路连续波激光源12a，12b多路强度调制器13a，13b多路相位调制器14a，14b多路强度调制器驱动电路15a，15b多路相位调制器驱动电路141a，141b多路强度调制器驱动电路输出信号151a，151b多路相位调制器驱动电路输出信号16a，16b多路输出光耦合器17a，17b多个自动功率控制电路18a，18b多个发射光源的控制电路181a，181b多个相位调制器驱动电路的控制信号182a，182b多个强度调制器驱动电路的控制信号183a，183b多个自动功率控制电路的功率选择信号184a，184b多个控制电路与总线的接口102a，102b接收端多路输入光耦合器103a，103b接收端多路光接收机图2给出了本发明处理单路信号的系统方框图。
如图2.a所示，是分布控制的系统装置图。所谓分布控制，是指发射端直接从接收端获取Q值信息，通过发射端自身的CPU系统进行分析后，直接对发射端进行控制。
传输信号1经过强度调制器驱动电路14进行适当放大和偏置后形成驱动信号141，接入强度调制器12，实现对连续波光源11输出光调幅。输出光在调制过程可能会产生附加啁啾。再经过相位调制器13进行啁啾调整。相位调制器是通过由驱动电路15对传输信号1进行适当放大和偏置后的信号151进行驱动的。
可将传输信号1归一化幅度表示为s(t)。例如对半高全宽＝码元周期的NRZ码，幅度调制器输出表示为p(t)≈2P*s(t)/(1+η)，其中P是平均功率，η＜1是消光比。消光比在驱动电路14通过驱动信号141作用于强度调制器12时已经确定。驱动电路可以是一程序控制放大电路，必要时可由CPU系统18输出的182电平进行调节。
相位调制器驱动电路15，举例地说，可以应用对数电路加程序控制放大电路构成，其中放大电路的放大倍数可通过电平181实时选定。则相位调制器驱动电路输出信号151表示为v(t)≈V*ln[s(t)]，V受CPU系统18输出电平181控制，是驱动电路响应特性的调节值。
本实施例中，取相位调制器在0偏置时相位为0，且具有线性相位特性，在v(t)的驱动下，相位调制器的附加相移为Φ(t)＝V*ln(s(t))*π/Vπ，其中Vπ是相位为π时的驱动电压。则根据上文说述啁啾系数定义表达式，在相位调制器所形成的附加啁啾为a＝2(dΦ/dt)/(dln p/dt)＝2Vπ/Vπ。
在获得a＝『amin，amax』范围时，对应的驱动电压调节值的范围为V＝[aminVπ/(2π)，amaxVπ/(2π)]。
例如在取得a＝-1时，相位调制器驱动电路输出信号为v(t)＝-Vπln[s(t)]/(2π)，有v max(t)＝|Vπlnη/(2π)|，v min(t)＝0。
调制后输出的信号经过采样耦合器16后，经过发射端输出光接口连接器10进入传输线路2。
耦合器16与自动功率控制电路17相连接。在CPU系统18输出的功率选择电平183的控制下，自动功率控制电路17通过对连续波光源11的反馈控制，使输出到传输线路2的光信号平均功率被锁定。当功率选择电平183发生变化时，自动功率控制电路17的工作点发生改变，因此输出到传输线路2的光信号平均功率P发生改变。所以功率受到CPU系统18的控制。
如果不使用耦合器16，另一种实施方案是通过光源的背向输出光检测信号来获得反馈，其获得的工作结果与上述方案相同。
控制电路18实现对发射端各个功能单元的控制功能，并且通过184与路由转发器19相连。该控制电路可以通过184向路由转发器19发送指令或数据，也可以通过184接收路由转发器19送来的指令或数据。当本装置的自动控制功能启动时，将由此向接收端发送Q值检测指令，并接收返回的检测结果。
在接收端，传输后的光信号经过接收端输入光接口连接器101、输入光耦合器102进入光接收机103。
为了量化地采集进入接收机的信号性能指标，在输入光耦合器接Q值测试仪104，该Q值测试仪通过其控制电接口信号52与控制电路105相连。该Q值测试仪将在控制电路52的启动指令激发下，启动测试功能，并在测试结束后将结果数据返回给52。所述Q值测试装置可以固定设计在接收端设备内，也可以设计成在自动调节结束后自设备拆离，以便进一步降低系统制造成本。
控制电路105还通过51与路由转发器106相连。该控制电路可以通过51向路由转发器106发送指令或数据，也可以通过51接收路由转发器106送来的指令或数据。当51存在Q值检测指令时，控制电路105即启动Q值测试仪，并将返回的测试结果数据经106按照信源地址返回。
发射端和接收端的路由转发器19，106是通过监控通道路由3连接的。当检测结果被送到发射端，发射端控制电路18识别后，按照下文所述工作流程对检测结果进行分析，再分别控制15、17等各部分。
如图2.b所示，是集中控制的系统装置图。所谓集中控制，是指由集中控制站点从接收端获取Q值信息，由中心控制器42分析后，根据需要将控制指令传递给发射端，发射端执行指令控制。
图2.b中的11，12，13，14，15，16，17，18，19，101，102，103，104，105，106等各部分及与各部分相连接的信号实质上与图1中相同，所以这里省略对它们的说明。与图2.a所示系统不同的部分是31，32，41，42，集中控制站点由路由转发器41和中心控制器42构成。当本装置的自动控制功能启动时，将由42经路由32向接收端发送Q值检测指令，接收端检测结果值将返回到集中控制站点，42接收到返回的检测结果后，按照下文所述工作流程对检测结果进行分析，根据需要将控制指令经路由31发送到发射端18，再分别控制15、17等各部分。
图3是用流程图表示的在本发明中的系统中实现发射端性能自动优化的方法。适用于上文所述分布控制和集中控制两种系统结构。
本发明中的发射端自动优化的方法，主要包括以下步骤发送指令至接收端，进行Q值检测；对发射端功率进行迭代控制，同时检测接收端Q值并进行分析，直至Q值最优；对发射端相位进行迭代控制，同时检测接收端Q值并进行分析，直至Q值最优；判断以上步骤和所获得的Q值，当满足控制精度要求时，调节停止。下面进行详细说明。
第1步开机。开机后，将首先对工作数据进行初始化，包括工作模式标志、发射端功率级别、相位调制器初始状态、优化控制迭代截止条件ε、阈值Qth等。
第2步判断工作模式，本系统将区分3种工作模式进入自动性能优化控制过程。即存在3种启动模式1、开机自动运行；2、自发启动(即在指标劣化超过阈值时自动启动)；3、指令启动。
下面分别说明。
按照工作模式一开机启动第1-1步发送指令至接收端，进行Q值检测。在分布控制结构中，指令由控制器18发出；在集中控制结构中，指令由控制器42发出，并在检测后接收数据结果。
第1-2步进行功率调节，变调节边检测，形成功率控制迭代过程，直到接收端Q值达到一个优化值，记为Qopt1。迭代过程截止条件可以采用两种方式，一种方式是相邻两次迭代控制的结果相差小于一个很小的值ε，另一种方式是最后一次控制的结果超过一个阈值Qth。进行功率调节的具体步骤举例为首先按照一定步长提高功率，当Q值提高时继续提高功率，若Q值降低则适当改变步长减小功率；或相反，首先按照一定步长降低功率，当Q值提高时继续降低功率，若Q值降低则适当改变步长提高功率。在本步骤中，包含至少一步迭代控制过程。
第1-3步进行啁啾调节，边调节边检测，形成相位调制器驱动迭代过程，直到接收端Q值达到一个优化值，记为Qopt2。迭代过程截止条件参看第1-2步。进行啁啾调节的具体步骤举例为首先按照一定步长提高啁啾系数，当Q值提高时继续提高，若Q值降低则适当改变步长减小啁啾；或相反，首先按照一定步长降低啁啾，当Q值提高时继续降低啁啾，若Q值降低则适当改变步长提高啁啾。在本步骤中，包含至少一步迭代控制过程。
第1-4步当达到稳定的优化结果时，控制过程结束，否则回到第1-2步。控制过程结束的条件是|Qopt1-Qopt2|＜ε，或者最后一次控制的结果超过一个阈值Qth。
按照工作模式2自发启动，系统在自动发觉接收端信号性能低于Qth时启动。
第2-1步发送指令至接收端，进行Q值检测。
第2-2步判断性能是否满足Q＞Qth？若是，进入第2-3步；若否，进入第2-4步。
第2-3步经过一个延迟周期，回到第2-1步。
第2-4步执行过程同1-2，执行后进入第2-5步第2-5步执行过程同1-3，执行后进入第2-6步第2-6步当达到稳定的优化结果时，控制过程结束进入第2-7步，否则回到第2-4步。控制过程结束的条件是|Qopt1-Qopt2|＜ε，或者最后一次控制的结果超过阈值Qth。
第2-7步控制过程完成后，如果获得的Q值结果低于原定的Qth，说明系统最优性能劣化，则需要将Qth降低到一个新的水平。如果获得的Q值结果高于原定的Qth，则可以维持原来的阈值。然后进入第2-1步。
按照工作模式3指令启动，系统将在接收到优化控制指令情况下启动。
第3-1步控制装置对指令栈进行查询。在分布控制结构中，控制装置是指CPU电路18，是通过其外部接口185获得指令；在集中控制结构中，控制装置是指控制器42，是通过其外部接口421获得指令。
第3-2步若指令栈不存在人工下发的性能调节命令，则进入第3-3步；若有性能调节命令，则进入第3-4步。
第3-3步经过一个延迟周期，回到第3-1步。
第3-4步发送指令至接收端，进行Q值检测。
第3-5步执行过程同1-2，执行后进入第3-6步第3-6步执行过程同1-3，执行后进入第3-7步第3-7步当达到稳定的优化结果时，控制过程结束进入第3-1步，否则回到第3-4步。控制过程结束的条件是|Qopt1-Qopt2|＜ε，或者最后一次控制的结果超过阈值Qth。
图4表示在多路信号情况下本发明的系统的实施例。在方框图中，发射端有多路输入信号1a，1b，......，多路连续波激光源11a，11b，......，多路强度调制器12a，12b，......，多路相位调制器13a，13b，......，多路强度调制器驱动电路14a，14b，......，多路相位调制器驱动电路15a，15b，......，多路强度调制器驱动电路输出信号141a，141b，......，多路相位调制器驱动电路输出信号151a，151b，......，多路输出光耦合 16a，16b，......，多个自动功率控制电路17a，17b，......，多个发射光源的控制电路18a，18b，......，多个相位调制器驱动电路的控制信号181a，181b，......，多个强度调制器驱动电路的控制信号182a，182b，......，多个自动功率控制电路的功率选择信号183a，183b，......，多个控制电路与总线的接184a，184b，......，接收端多路输入光耦合器102a，102b，......，接收端多路采样光信号7a，7b，......，接收端多路光接收机103a，103b，......，在图4中，以上各项都分别表示出了2个，实际上可以是多个(2个以上)，也可以是任意设置的许多个。每个光源的中心波长不同。
在图4中，多路连续波激光源11a，11b，......，多路强度调制器12a，12b，......，多路相位调制器13a，13b，......，多路强度调制器驱动电路14a，14b，......，多路相位调制器驱动电路15a，15b，......，多路强度调制器驱动电路输出信号141a，141b，......，多路相位调制器驱动电路输出信号151a，151b，......，多路输出光耦合器16a，16b，......，多个自动功率控制电路17a，17b，......，多个发射光源的控制电路18a,18b，......，多个相位调制器驱动电路的控制信号181a，181b，......，多个强度调制器驱动电路的控制信号182a，182b，......，多个自动功率控制电路的功率选择信号183a，183b，......，接收端多路输入光耦合器102a，102b，......，接收端多路光接收机103a，103b，......，分别与图2中所示的连续波激光源11，强度调制器12，相位调制器13b，强度调制器驱动电路14，相位调制器驱动电路15，强度调制器驱动电路输出信号141，相位调制器驱动电路输出信号151，输出光耦合器16，自动功率控制电路17，发射光源的控制电路18，相位调制器驱动电路的控制信号181，强度调制器驱动电路的控制信号182，自动功率控制电路的功率选择信号183，接收端多路输入光耦合器102，光接收机103功能和意义实质上是相同的，所以这里省略对它们的说明。
在波分复用系统中，发射端存在合波器4，将多路光信号合在一起发射出去。发射端的设备通信总线21，将一终端控制器20和多个发射光源的控制电路18a，18b，......相连接。以上各控制电路20，18a，18b，......与总线的接口分别为202，184a，184b，......。终端控制器还具备一个人工控制接口201。终端控制器20通过203与路由转发器相连接。
在接收端，光信号首先通过分波器5分成多个光通道，分别进入接收机103a，103b，......。接收端的多路采样光信号通过多路选一光开关(或光开关组)107的输入端口7a，7b，......输入，选择后经过输出端口70进入Q值测试仪104。Q值测试仪每一次测试时所使用的光通道，由接收端控制器105控制的多路选一光开关107来选择，选择信号在53输出。
在多路信号情况下，仍可实现分布或集中控制。在这种情况下的集中控制与单路信号的集中控制是一样的，不再重复。多路信号情况下的自动优化方法与单路信号的自动优化方法与图3所示控制方法和流程相同。需要补充说明的一点是对每一个光通道可以分别进行优化调节，所测试的通道对应于调节请求，接收机控制器105所接收到的控制指令中应包含通道标志，接收端控制器105按照通道标志控制光开关107，在启动Q值测试仪对相应通道进行测试。当测试结果反馈到发射端时，结果中也应包含通道标志，终端控制器20将确认通道标志及进行判断后，当需要进行调节动作时按照指定的通道标志，通过总线20将调节指令发送到对应的CPU控制电路(多个CPU控制电路18a，18b中的一个)。
权利要求
1.一种发射端性能自动优化的光传输系统，包括发射端和接收端两部分以及传输路线(2)和监控通道路由(3)；所述发射端包括连续波光源(11)、强度调制器(12)、相位调制器(13)、强度调制驱动电路(14)、相位调制驱动电路(15)、采样光耦合器(16)、自动功率控制电路(17)、CPU系统(18)、发射端路由转发器(19)、输出光接口(10)；传输信号一部分经过强度调制器驱动电路(14)进行适当放大和偏置后形成驱动信号接入强度调制器(12)，对连续波光源(11)输出到强度调制器(12)的光调幅；传输信号的另一部分经过相位调制器驱动电路(15)进行适当放大和偏置后形成驱动信号接入相位调制器(13)，经过强度调制器(12)输出光再经过相位调制器(13)进行啁啾调整；调制后输出的信号经过采样耦合器(16)后，经过输出光接口(10)进入传输线路；耦合器(16)与自动功率控制电路(17)相连接，在CPU系统(18)输出的功率选择电平的控制下，自动功率控制电路(17)通过对连续波光源(11)的反馈控制，使输出到传输线路的光信号平均功率被锁定；CPU系统(18)对强度调制器驱动电路(14)、相位调制器驱动电路(15)、自动功率控制电路(17)进行控制，并且与路由转发器(19)相连，向其发送指令或数据，也可以接收其送来的指令或数据；所述接收端包括输入光接口(101)、输入光耦合器(102)、接收机(103)、Q值测试仪(104)、控制CPU(105)、接收端路由转发器(106)；光信号经过输入光接口(101)、输入光耦合器(102)进入光接收机(103)；所述输入光耦合器(102)接Q值测试仪(104)，该Q值测试仪(104)与控制CPU(105)相连，该控制CPU(105)还与接收端路由转发器(106)相连，可以通过其发送指令或数据，也可以通过其接收指令或数据；所述输出光接口(10)和输入光接口(101)之间通过所述传输路线(2)相连，发射端路由转发器(19)与接收端路由转发器(106)通过所述监控通道路由(3)相连。
2.一种发射端性能自动优化的光传输系统，包括发射端和接收端和集中控制点三部分，以及传输路线(2)和发射端监控通道路由(31)、接收端监控通道路由(32)；所述发射端包括连续波光源(11)、强度调制器(12)、相位调制器(13)、强度调制驱动电路(14)、相位调制驱动电路(15)、采样光耦合器(16)、自动功率控制电路(17)、CPU系统(18)、发射端路由转发器(19)、输出光接口(10)；传输信号一部分经过强度调制器驱动电路(14)进行适当放大和偏置后形成驱动信号接入强度调制器(12)，对连续波光源(11)输出到强度调制器(12)的光调幅；传输信号的另一部分经过相位调制器驱动电路(15)进行适当放大和偏置后形成驱动信号接入相位调制器(13)，经过强度调制器(12)输出光再经过相位调制器(13)进行啁啾调整；调制后输出的信号经过采样耦合器(16)后，经过输出光接口(10)进入传输线路；耦合器(16)与自动功率控制电路(17)相连接，在CPU系统(18)输出的功率选择电平的控制下，自动功率控制电路(17)通过对连续波光源(11)的反馈控制，使输出到传输线路的光信号平均功率被锁定；CPU系统(18)对强度调制器驱动电路(14)、相位调制器驱动电路(15)、自动功率控制电路(17)进行控制，并且与路由转发器(19)相连，向其发送指令或数据，也可以接收其送来的指令或数据；所述接收端包括输入光接口(101)、输入光耦合器(102)、接收机(103)、Q值测试仪(104)、控制CPU(105)、接收端路由转发器(106)；光信号经过输入光接口(101)、输入光耦合器(102)进入光接收机(103)；所述输入光耦合器(102)接Q值测试仪(104)，该Q值测试仪(104)与控制CPU(105)相连，该控制CPU(105)还与接收端路由转发器(106)相连，可以通过其发送指令或数据，也可以通过其接收指令或数据；所述集中控制点包括中心控制器(42)和由所述中心控制器(42)控制的集中控制点路由转发器(41)；所述输出光接口(10)和输入光接口(101)之间通过所述传输路线(2)相连，集中控制点路由转发器(41)通过所述发射端监控通道路由(31)与发射端路由转发器(19)相连，经所述接收端监控通道路由(32)与接收端路由转发器(106)相连。
3.一种发射端性能自动优化的光传输系统，包括发射端和接收端两部分，以及传输路线(2)和监控通道路由(3)；所述发射端部分包括多路光处理单元、合波器(4)、光输出接口(10)、设备总线(21)、终端控制器(20)、发射端路由转发器(19)；所述每路光处理单元包括连续波光源(11)、强度调制器(12)、相位调制器(13)、强度调制器驱动电路(14)、相位调制器驱动电路(15)、采样光耦合器(16)、自动功率控制电路(17)、CPU系统(18)；每路信号经过该单元的采样光耦合器(16)后在合波器(4)处合在一起后通过光输出接口(10)进入传输线路；终端控制器(20)通过设备总线(21)与每路光处理单元的CPU系统(18)连接，终端控制器还与发射端路由转发器(19)连接；所述接收端部分包括输入光接口(101)、分波器(5)、多个输入光耦合器、多个接收机、多路选一光开关或光开关组(70)、Q值测试仪(104)、控制CPU(105)、接收端路由转发器(106)；光信号通过输入光接口(101)输入分波器，分成多路光通道，分别经过输入光耦合器后进入接收机，从各输入光耦合器采样的光信号通过多路选一光开关或光开关组(70)选择后进入Q值测试仪(104)，Q值测试仪(104)测试时所使用的光通道由控制CPU(105)控制，控制CPU(105)还与接收端路由转发器(106)连接，可以通过其发送指令或数据，也可以通过其接收指令或数据；所述输出光接口(10)和输入光接口(101)之间通过传输路线(2)相连，发射端路由转发器(19)与接收端路由转发器(106)通过监控通道路由(3)相连。
4.权利要求3所述的发射端性能自动优化的光传输系统，其特征在于，发射端的多路光处理单元，包含多路输入信号，多路连续波激光源，多路强度调制器，多路相位调制器，多路强度调制器驱动电路，多路相位调制器驱动电路，多路强度调制器驱动电路输出信号，多路相位调制器驱动电路输出信号，多路输出光耦合器，多个自动功率控制电路，多个发射光源的控制电路，多个相位调制器驱动电路的控制信号，多个强度调制器驱动电路的控制信号，多个自动功率控制电路的功率选择信号，多个控制电路与总线的接口。
5.一种发射端性能自动优化的光传输系统，包括发射端和接收端和集中控制点三部分，以及传输路线(2)和发射端监控通道路由(31)、接收端监控通道路由(32)所述发射端部分包括多路光处理单元、合波器(4)、光输出接口(10)、设备总线(21)、终端控制器(20)、发射端路由转发器(19)；所述每路光处理单元包括连续波光源(11)、强度调制器(12)、相位调制器(13)、强度调制器驱动电路(14)、相位调制器驱动电路(15)、采样光耦合器(16)、自动功率控制电路(17)、CPU系统(18)；每路信号经过该单元的采样光耦合器(16)后在合波器(4)处合在一起后通过光输出接口(10)进入传输线路；终端控制器(20)通过设备总线(21)与每路光处理单元的CPU系统(18)连接，终端控制器还与发射端路由转发器(19)连接；所述接收端部分包括输入光接口(101)、分波器(5)、多个输入光耦合器、多个接收机、多路选一光开关或光开关组(70)、Q值测试仪(104)、控制CPU(105)、接收端路由转发器(106)；光信号通过输入光接口(101)输入分波器，分成多路光通道，分别经过输入光耦合器后进入接收机，从各输入光耦合器采样的光信号通过多路选一光开关或光开关组(70)选择后进入Q值测试仪(104)，Q值测试仪(104)测试时所使用的光通道由控制CPU(105)控制，控制CPU(105)还与接收端路由转发器(106)连接，可以通过其发送指令或数据，也可以通过其接收指令或数据；所述集中控制点包括中心控制器(42)和由所述中心控制器(42)控制的集中控制点路由转发器(41)；所述输出光接口(10)和输入光接口(101)之间通过传输路线(2)相连，集中控制点路由转发器(41)通过路由(31)与发射端路由转发器(19)相连，经路由(32)与接收端路由转发器(106)相连。
6.权利要求5所述的发射端性能自动优化的光传输系统，其特征在于，发射端的多路光处理单元，包含多路输入信号，多路连续波激光源，多路强度调制器，多路相位调制器，多路强度调制器驱动电路，多路相位调制器驱动电路，多路强度调制器驱动电路输出信号，多路相位调制器驱动电路输出信号，多路输出光耦合器，多个自动功率控制电路，多个发射光源的控制电路，多个相位调制器驱动电路的控制信号，多个强度调制器驱动电路的控制信号，多个自动功率控制电路的功率选择信号，多个控制电路与总线的接口。
7.一种在光传输系统中进行发射端性能自动优化的方法，包括以下步骤步骤一发送指令至接收端，进行Q值检测；步骤二对发射端功率进行迭代控制，同时检测接收端Q值并进行分析，直至Q值达到优化目标；步骤三对发射端相位进行迭代控制，同时检测接收端Q值并进行分析，直至Q值达到优化目标；步骤四判断以上步骤二和步骤三所获得的Q值，当满足控制精度要求时，调节停止。
8.权利要求7所述的在光传输系统中进行发射端性能自动优化的方法，其特征在于，存在多种运行模式，在设备运行过程中，可以运用其中一种或多种1、开机自动运行；2、自发启动，即在指标劣化超过阈值时自动启动；3、指令启动。
9.权利要求8所述的在光传输系统中进行发射端性能自动优化的方法，其特征在于，按照开机启动模式，工作步骤为1-1发送指令至接收端，进行Q值检测；1-2进行功率调节，边调节边检测，形成功率控制迭代过程，直到接收端Q值达到一个优化值Qopt1；1-3进行啁啾调节，边调节边检测，形成相位调制器驱动迭代过程，直到接收端Q值达到一个优化值Qopt2；1-4当达到稳定的优化结果时，控制过程结束，否则回到步骤1-2；
10.权利要求8所述的在光传输系统中进行发射端性能自动优化的方法，其特征在于，按照自发启动模式，即系统在自动发觉接收端信号性能低于Qth时启动，工作步骤为2-1发送指令至接收端，进行Q值检测；2-2判断性能是否满足Q＞Qth？，Qth是预先设定的值；若是，进入第2-步；若否，进入步骤2-4；2-3经过一个延迟周期，回到步骤2-1；2-4进行功率调节，边调节边检测，形成功率控制迭代过程，直到接收端Q值达到一个优化值Qopt1，执行后进入步骤2-5；2-5进行啁啾调节，边调节边检测，形成相位调制器驱动迭代过程，直到接收端Q值达到一个优化值Qopt2，执行后进入步骤2-6；2-6当达到稳定的优化结果时，控制过程结束进入步骤2-7，否则回到步骤2-4；2-7控制过程完成后，如果获得的Q值结果低于原定的Qth，说明系统最优性能劣化，则需要将Qth降低到一个新的水平；如果获得的Q值结果高于原定的Qth，则可以维持原来的阈值；然后进入步骤2-1；
11.权利要求8所述的在光传输系统中进行发射端性能自动优化的方法，其特征在于，按照指令启动模式，即系统将在接收到优化控制指令情况下启动，工作步骤为3-1控制装置对指令栈进行查询；3-2若指令栈不存在人工下发的性能调节命令，则进入步骤3-3；若有性能调节命令，则进入步骤3-4；3-3经过一个延迟周期，回到步骤3-1；3-4发送指令至接收端，进行Q值检测；3-5进行功率调节，边调节边检测，形成功率控制迭代过程，直到接收端Q值达到一个优化值Qopt1；执行后进入步骤3-6；3-6进行啁啾调节，边调节边检测，形成相位调制器驱动迭代过程，直到接收端Q值达到一个优化值Qopt2；执行后进入步骤3-7；3-7当达到稳定的优化结果时，控制过程结束进入步骤3-1，否则回到步骤3-4。
12.权利要求9至11任一权利要求所述的在光传输系统中进行发射端性能自动优化的方法，其特征在于，所述的“达到稳定的优化结果”，是指控制过程结束的条件是|Qopt1-Qopt2|＜ε，或者最后一次控制的结果超过阈值Qth，其中ε是预先设定的值。
全文摘要
本发明公布了光通讯领域的一种发射端性能自动优化的光传输系统及用该系统进行自动优化的方法。系统包括发射端和接收端两部分以及传输路线和监控通道路由；发射端包括连续波光源、强度调制器、相位调制器、强度调制驱动电路、相位调制驱动电路、采样光耦合器、自动功率控制电路、CPU系统、发射端路由转发器、输出光接口；接收端包括输入光接口、输入光耦合器、接收机、Q值测试仪、控制CPU、接收端路由转发器。本发明自动实现系统性能优化，无需在系统开通时进行大量的人工调试，符合在线设备运营维护要求。既适用于有信号有FEC编码的系统，也适用于信号无FEC编码的系统。
文档编号H04B10/12GK1545223SQ200310112309
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月22日 优先权日2003年11月22日
发明者王加莹 申请人:中兴通讯股份有限公司