Eletronic automatic gain control with transient suppresion applied over WDM optical networks

Resumo: Nos sistemas de comunicações ópticas WDM os amplificadores a fibra dopada com Érbio (EDFA) possuem um papel fundamental, habilitando a amplificação de diversos canais simultaneamente independente da taxa de transmissão. A maioria dos sistemas WDM atuais estão dispostos em uma configuração ponto-a-ponto operando com um número invariável de canais ao longo do enlace. No entanto, a nova geração de sistemas ópticos composta por elementos capazes de prover reconfiguração entre os enlaces, torna o número de canais na rede uma variável aleatória, exigindo que os demais elementos que compõem a rede, principalmente os EDFAs, se adeqüem aos novos requisitos advindos da reconfiguração. Os EDFAs exibem uma dependência entre o seu ganho e o nível de sinal de entrada, induzindo alterações no ganho provido aos canais de acordo com o nível do sinal de entrada, especialmente quando saturado. Com o intuito de minimizar os efeitos da variação de potência de entrada nos EDFAs, técnicas de controle automático de ganho foram desenvolvidas, ainda para sistemas ponto-a-ponto, mantendo constante o ganho provido aos canais frente às lentas variações causadas pela degradação dos enlaces. Porém, com o advento dos OXCs e ROADMs, o grau de reconfiguração das redes tomou outra perspectiva, sendo necessário realizar sucessivas inserções e derivações de canais em períodos de tempo muito curtos. Este alto grau de reconfiguração causa variações bruscas da potência de entrada dos EDFAs em curtos intervalos de tempo, o que impossibilita a utilização da técnica de controle de ganho eletrônica desenvolvida para as redes WDM ponto-a-ponto, devido ao fato de que estes esquemas de controle não possuírem tempo de controle suficiente para a supressão dos transientes dos EDFAs.Este trabalho apresenta o desenvolvimento e avaliação experimental de uma técnica de controle automático de ganho eletrônico por realimentação com alto desempenho de processamento, que permite a supressão do transiente de potência sobre os canais sobreviventes durante a atuação do controlador de ganho do EDFA. A técnica de controle desenvolvida baseia-se em um controlador proporcional integral de ganho implementado em um DSC (Controlador Digital de Sinais) com alta capacidade de processamento (utilizando aritmética de ponto fixo), junto a uma estrutura de conversão analógica digital e digital analógica de alto desempenho. Um dos objetivos da avaliação experimental foi a investigação do tempo de controle e da supressão de transientes para os canais sobreviventes no EDFA, de modo a minimizar os efeitos transientes. Observou-se o desempenho do amplificador com a técnica de controle desenvolvida, após introdução do mesmo em uma rede óptica WDM reconfigurável de nova geração onde foram realizadas sucessivas inserções e remoções de canais simulando a operação de uma rede reconfigurável. Foram verificados níveis de supressão de transiente e tempo de resposta de +/- 1 dB e 150 µs respectivamente, com um ciclo de leitura e atuação de 9 µs, demonstrando que a técnica de controle de ganho desenvolvida encontra-se no estado da arte dos EDFAs, possibilitando a utilização dos mesmos nas redes ópticas WDM reconfiguráveis de nova geraçãoAbstract: IIn WDM optical communication systems erbium doped fiber amplifiers (EDFA) have an essential function, enabling amplification of simultaneous channels independently of transmit rate. The majority of current WDM systems use point to point configuration operating with a fixed number of channels over the optical link. However, the new generation optical systems are composed by elements capable to provide links reconfigurations, making the number of channels in a link, a random variable, requiring that all elements in the network, particularly the EDFAs, are suited to the new requirements imposed by reconfiguration. The EDFAs introduce a hard dependency between gain and input power, inducing changes at gain provided to channels in accordance to input power, especially when saturated. In order to minimize the effects imposed by changes of power at EDFAs input, automatic gain control techniques were developed, still for point to point systems, keeping constant the gain provided to the channels according to slow variations caused by links degradations. But, with the advent of OXCs and ROADMs, the networks reconfiguration degree took a different perspective, being able to execute successive channels add and drop events in very short time periods. This high reconfiguration degree causes abrupt changes in short time periods on EDFAs input power, which prohibit the use of electronic automatic gain control techniques developed for point to point networks, due these control schemes do not have sufficient short time control that provides transient suppression for EDFAs. This work presents the development and evaluation of an experimental automatic gain control technique by electronic feedback with a high-performance processing, which allows the power transient suppression on the surviving channels during the actuation of the EDFA gain controller developed. This developed control technique is based on a design of a proportional integral controller, for controlling the EDFA gain by electronic feedback, which allows transient suppression over surviving channels during the EDFA controller gain actuation. This developed control technique is based on proportional integrate gain controller implemented on a DSC (Digital Signal Controller) with high processing performance (using fixed-point arithmetic), using too high performance digital analog converters and analog digital converters. One of the objectives of the evaluation trial was the evaluation of settling time for automatic gain controller and amplitude of power transient suppression over the surviving channels on EDFA, optimizing the technique performance for this both parameters. It was observed the amplifier performance with developed gain control technique, after introduction of the same in a new generation reconfigurable WDM optical network, where they were held successive channel add and drop simulating the reconfigurable network operation. It has been verifying the transient power suppression levels and settling time of +/- 1dB and 150 µs respectively, with a read and actuate cycle of 9 µs. This result demonstrates state of the art status of the developed automatic gain control for EDFAs, enabling the use of this technique in EDFA for new reconfigurable generation WDM network