CN100568796C - 具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元 - Google Patents

具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元，其锁相环电路模块由分别输出不同抖动特性的两个锁相环电路及一个时钟电路选择开关组成，其中，时钟电路选择开关根据控制信号选择相应的锁相环电路，用以满足系统的抖动特性要求。本发明还公开了一种应用该高速光转发单元的光传输设备。应用本发明的高速(如40Gb/s)光转发单元，能够实现高速光转发单元输出抖动小，抖动传递性能高，以满足高速光转发单元不同的应用场合。

Description

具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元
技术领域
本发明涉及光传输技术领域，尤其涉及一种具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元，以及应用该高速光转发单元的一种光传输设备。
背景技术
在密集波分复用(WDM)系统中，需要大量使用光转发单元(OTU)，用于在系统终端或中继端上完成标准/非标准波长转换。而光转发单元性能在很大程度上依赖于其时钟电路的性能。在WDM传输系统中，一般在发射端采用具有低抖动特性的光转发单元，以保证高速率信号的复用和传输。在中继端，则使用具有抖动容限高、抖动传递函数较好的光转发单元，从而保证经过远距离传输的信号在较宽的抖动容限下，能够进行恢复和再生。
光转发单元时钟电路由锁相环时钟模块实现，锁相环时钟电路决定了OTU的输出抖动特性和抖动传递特性，当要求OTU具有较小的输出抖动时，要求锁相环的带宽较小；当要求OTU具有较好的抖动传递特性时，要求的锁相环带宽偏大。因此，在WDM传输系统中，光转发单元所采用的时钟电路限定了其应用环境，从输出抖动特性和抖动传递函数角度考虑，若光转发单元追求良好输出抖动特性，则一般该光转发单元用于系统发射端；若光转发单元追求良好抖动传递特性，则该光转发单元一般用于中继端。传统的10Gb/s光传输设备中两者矛盾不是很突出，一般只要合理设计光转发单元的锁相环相关参数，该转发装置能够同时满足系统对输出抖动特性和抖动传递特性要求。但是在40Gb/s光传输设备中，传统的锁相环时钟电路技术很难同时保证40Gb/s光转发单元输出抖动特性和抖动传递特性。
基于对上述问题的考虑，需要一种新的具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元，来保证高速光转发单元的抖动性能，使高速光转发单元能够灵活应用于不同的应用场合，特别适合于具有光交叉能力的光传输设备中，从而在一定程度上降低光传输设备的成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元，以及一种应用该高速转发单元的光传输设备，用以克服现有光传输系统时钟处理技术单一、难以满足高速光转发单元抖动特性要求的问题。
本发明提供一种具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元，包括信号处理模块、锁相环电路模块，其中，
信号处理模块，用于根据锁相环电路模块送来的参考时钟信号，将输入其中的线路侧至系统侧的系统输入信号与系统侧至线路侧的系统输出信号进行信号处理并转发输出相应信号，
该高速光转发单元，还可包括板类型控制模块，用于根据输入的外部控制信号输出板类型选择控制信号至锁相环电路模块；
其中所述的锁相环电路模块包括：第一锁相环电路、第二锁相环电路及时钟电路选择开关，其中，
第一锁相环电路，用于根据输入时钟信号产生能够使高速光转发单元满足系统发射端输出抖动特性的第一锁相环时钟信号，并将该信号送至时钟电路选择开关，
第二锁相环电路，用于根据输入时钟信号产生能够使高速光转发单元满足系统中继端抖动传递特性的第二锁相环时钟信号，并将该信号送至时钟电路选择开关，
时钟电路选择开关，用于根据板类型控制模块输出的板类型选择控制信号，在所述选择控制信号指示板类型为系统发射端时，选择所述第一锁相环时钟信号，在所述选择控制信号指示板类型为系统中继端时，选择所述第二锁相环时钟信号，并将所选信号作为输出时钟信号输出至信号处理模块的参考时钟输入端以作为信号处理模块的参考时钟信号。
所述第一锁相环电路包括级联的多级锁相环；所述第二锁相环电路包括一级锁相环；所述板类型控制模块，可以是现场可编程门阵列、或也可以是复杂可编程逻辑器件，受传输系统的网管控制单元控制并根据系统的网管控制单元指令来输出板类型选择控制信号。
本发明还提供一种光传输设备，包括至少一个分光器，用于将前级设备送来的输入光信号分光为多个支路光信号；至少一个第一高速光转发单元，用于对来自所述分光器的至少一个支路光信号进行转发输出相应的支路电信号；交叉单元，用于对转发自第一高速光转发单元的支路电信号进行交叉；至少一个第二高速光转发单元，用于将交叉单元交叉处理后的一个支路电信号进行转发输出相应的支路光信号；至少一个合光器，用于将来自至少一个第二高速光转发单元的支路光信号合并为一个光信号送入后级设备，其中，所述第一、第二高速光转发单元包括：信号处理模块、锁相环电路模块，该光传输设备的特点在于，
所述第一、第二高速光转发单元，还包括板类型控制模块，用于根据输入的外部控制信号输出板类型选择控制信号至锁相环电路模块；
所述锁相环电路模块，包括：第一锁相环电路、第二锁相环电路及时钟电路选择开关，其中，
第一锁相环电路，用于根据输入时钟信号产生能够使高速光转发单元满足系统发射端输出抖动特性的第一锁相环时钟信号，并将该信号送至时钟电路选择开关，
第二锁相环电路，用于根据输入时钟信号产生能够使高速光转发单元满足系统中继端抖动传递特性的第二锁相环时钟信号，并将该信号送至时钟电路选择开关，
时钟电路选择开关，用于根据板类型控制模块输出的板类型选择控制信号，在所述选择控制信号指示板类型为系统发射端时，选择所述第一锁相环时钟信号，在所述选择控制信号指示板类型为系统中继端时，选择所述第二锁相环时钟信号，并将所选信号作为输出时钟信号输出至信号处理模块的参考时钟输入端以作为信号处理模块的参考时钟信号。
其中，所述交叉单元，包括用于输入/输出本地光支路信号的光支路信号接口。
所述第二高速光转发单元，在对源自本地光支路信号的经交叉单元交叉处理后的支路电信号进行转发时，通过所述时钟电路选择开关选择第一锁相环时钟信号作为转发参考时钟信号。
所述第二高速光转发单元，在对源自前级设备的光信号的经交叉单元交叉处理后的支路电信号进行转发时，通过所述时钟电路选择开关选择。
所述第一高速光转发单元，在对源自前级设备的光信号的经分光器分光处理后的支路光信号进行转发时，通过所述时钟电路选择开关选择第二锁相环时钟信号作为转发参考时钟信号。
所述时钟电路选择开关，依据来自受传输系统的网管控制单元控制的所述板类型控制模块根据系统的网管控制单元指令所输出的板类型选择控制信号，来进行参考时钟信号选择。
所述板类型选择控制信号，是先由所述交叉单元根据信号来源判断信号类型并上报网管控制单元，再由网管控制单元将信号类型下发给所述板类型控制模块后，由所述板类型控制模块所产生并送至所述时钟电路选择开关，其中，在信号源自前级设备时，该板类型选择控制信号指示所述高速光转发单元作为中继端光转发单元，在信号源自本地时，该板类型选择控制信号指示所述高速光转发单元作为发射端光转发单元。
所述第一锁相环电路包括级联的多级锁相环。所述第二锁相环电路包括一级锁相环。所述板类型控制模块，是现场可编程门阵列或复杂可编程逻辑器件。所述输入时钟信号，是本地输入时钟信号或外部输入时钟信号。
应用本发明所提供的具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元，与现有技术相比，由于采取了灵活可靠的时钟电路选择机制，使高速光转发单元时钟抖动性能能够满足实际应用要求，同一个光转发单元既可以用于系统发射端，也可以用于系统中继端，在具有交叉功能的光传输设备中还可在不同的传输性能之间进行切换，降低了设备成本，优化了系统传输性能，尤其在线速率较高的系统中(例如40Gb/s传输系统)，具有较大的优势。
附图说明
图1是具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元的结构框图；
图2是具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元的一个具体实施例的结构示意图；
图3是具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元的一种光传输设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与本发明较佳实施例，对本发明作进一步的详细描述。
本发明提出了一种具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元，所提出的高速光转发单元兼容了两种不同抖动特性，即：
1.锁相环带宽较窄的时钟电路，频率稳定性较高；
2.锁相环带宽较宽的时钟电路，对应抖动传输函数较宽。
如图1所示，是具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元的结构框图，该光转发单元由信号处理模块、锁相环电路模块、板类型控制模块构成，其中，锁相环电路模块(虚线方框部分)，包括锁相环电路(PLL_A、PLL_B)和时钟电路选择开关(SW)。在图1中，所做标记说明如下：
CLK_INPUT，为本地输入时钟信号；
PLL_A、PLL_B，分别为锁相环电路A、锁相环电路B；
CLK_A、CLK_B，分别为时钟信号A、时钟信号B；
SW，为时钟选择开关；
CTRL，为板类型控制信号；
CLK_OUTPUT，为输出时钟信号；
REF_CLK，为信号处理模块的参考时钟信号；
TX，为系统的输出信号；
RX，为系统的输入信号；
信号处理模块，主要用于完成信号的复用，B1/J0检测和插入、光电转换等功能。
本发明最主要的创新之处在于图1中虚线方框所示的锁相环电路模块部分，它是由两种时钟提取电路(PLL_A、PLL_B)加上时钟电路选择开关(SW)组成。时钟电路A的锁相环带宽较窄，一般由多级锁相环级联组成，输出的时钟信号CLK_A有较小输出抖动，当时钟电路选择开关选中CLK_A时，CLK_OUTPUT时钟信号具有较小的输出抖动，对应的光转发单元输出抖动小，可满足发射端光转发单元的要求。时钟电路B的锁相环带宽较宽，一般由一级锁相环组成，环路滤波器带宽可设置在1KHz左右，传输函数带宽较宽，这样允许时钟信号CLK_B有较大的抖动容限，当时钟电路选择开关选中CLK_B，CLK_OUTPUT时钟信号具有较好的抖动传递特性，对应的光转发单元抖动传递特性好，可满足中继端对光转发单元的要求。
板类型控制模块，根据光转发单元的具体应用场合，通过时钟电路选择机制，选择符合该光转发单元特性的锁相环时钟电路。经选择输出的时钟信号作为信号处理模块的工作参考时钟。本发明的时钟电路选择过程可通过软件进行控制，一种方便可行的方法是通过光传输设备的网管控制单元进行控制，并不排除其他形式的指令生成方法。能够灵活设定光转发单元的传输特性，以满足其作为光传输设备发射端或中继端的性能要求。
如图2所示，是具有双模式抖动性能的高速光转发单元的一个具体实施例，图2中的具有窄带宽的锁相环电路由两级锁相环实现，时钟电路A由两级锁相环电路PLL_A1、PLL_A2构成，两级锁相环的带宽相近，CLK_INPUT由本地产生或外部时钟源输入，经过一级锁相环PLL_A1处理后的时钟信号CLK_A1再进入第二级锁相环PLL_A2，输出的时钟信号CLK_A2具有极小的抖动，两级锁相环叠加后的传输函数也较窄。时钟电路B由一级锁相环组成，环路滤波器带宽可设置在1KHz左右，传输函数带宽较宽，这样允许时钟信号CLK_B有较大的抖动容限。
如图3所示，是具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元在光传输设备中的一种典型应用方式，下面对其进行详细说明。
在图3中，ODU为光分波器；OMU为光合波器；OTU11、12、...、1n，OTU21、22、...、2n，OTU31、32、...、3n，OTU41、42、...、4n分别为光转发单元；CS为光交叉单元；OTI(optical tributary interface)为光支路信号接口；S1、S2为两个业务信号。
如图3所示的光传输设备具有交叉能力，对于远端信号，该设备相当于中继端，经过远距离传输的光信号由于信号衰减和系统噪声的影响，会产生大量的抖动，因此要求光转发设备中的光转发单元OTU(如：OTU21、22、...、2n，OTU41、42、...、4n)具有较宽的抖动容限，以保证同步时钟信号能够被有效的恢复和转发。对于本地的光支路信号，该设备相当于发射端，相应OTU的时钟电路抖动传输函数应比较窄，产生高频稳定的参考时钟信号，保证高速业务信号的调制/解调处理。
如图3所示，经远距离传输的光信号由ODU分波后，输入OTU11、12、...、1n，OTU31、32、...、3n，信号在OTU32单元实现光/电转换，交叉单元CS将输出信号S1交叉到OTU21，由于S1信号抖动较大，OTU21选择抖动传输函数较宽的时钟电路，对S1信号进行处理，完成电/光转换，经OMU合波后向下一级设备输出，在这种情况下，OTU21实现的是中继端光转发单元的功能。由本地产生的光支路信号，经过交叉后，输出信号S2，S2信号的处理(尤其当信号线速率较高时)需要较高精度的工作时钟配合，尽可能地在信号发送端保证信号质量，OTU21选择抖动传输函数窄的时钟电路，作为S2信号的同步时钟，完成波长转换后的信号经OMU合波向下一级设备输出，在这种情况下，OTU21实现的是发射端光转发单元的功能。
在图3的光传输设备中，一个光转发单元可能仅作为发射端或中继端OTU，也可能在一段时间内作发射端OTU，另一段时间内作中继端OTU(如OTU21)，需要在不同时段对OTU21的时钟电路进行选择，确定它的工作特性。
下面说明OTU如何选择控制时钟。首先系统对OTU21所要处理的信号S1或S2的类型进行判断，信号类型由交叉单元CS通过信号的来源确定，并向网管单元上报，从而确定OTU21是作为发射端光转发单元还是中继端光转发单元使用。网管下发OTU21的类型给该光转发单元上的板类型控制模块。板类型控制模块可采用现场可编程门阵列(FPGA)实现，FPGA收到网管命令后，输出类型选择控制信号CTRL，从电路上切换开关SW，选择输出时钟CLK_A2或CLK_B，最后的输出时钟信号CLK_OUTPUT提供给信号处理模块，作为模块的工作参考时钟REF_CLK，用于信号的调制/解调等处理。
采用以上的时钟电路选择机制，实现了OTU21工作模式实时可靠的切换，大大优化了光传输设备的性能。

Claims (17)

1、一种具有双模式抖动性能兼容的高速光转发单元，包括信号处理模块、锁相环电路模块，其中，
信号处理模块，用于根据锁相环电路模块送来的参考时钟信号，将输入其中的线路侧至系统侧的系统输入信号与系统侧至线路侧的系统输出信号进行信号处理并转发输出相应信号，
其特征在于，还包括板类型控制模块，用于根据输入的外部控制信号输出板类型选择控制信号至锁相环电路模块；
所述锁相环电路模块包括：第一锁相环电路、第二锁相环电路及时钟电路选择开关，其中，
第一锁相环电路，用于根据输入时钟信号产生能够使高速光转发单元满足系统发射端输出抖动特性的第一锁相环时钟信号，并将该信号送至时钟电路选择开关，
第二锁相环电路，用于根据输入时钟信号产生能够使高速光转发单元满足系统中继端抖动传递特性的第二锁相环时钟信号，并将该信号送至时钟电路选择开关，
时钟电路选择开关，用于根据板类型控制模块输出的板类型选择控制信号，在所述选择控制信号指示板类型为系统发射端时，选择所述第一锁相环时钟信号，在所述选择控制信号指示板类型为系统中继端时，选择所述第二锁相环时钟信号，并将所选信号作为输出时钟信号输出至信号处理模块的参考时钟输入端以作为信号处理模块的参考时钟信号。
2、如权利要求1所述的高速光转发单元，其特征在于，所述第一锁相环电路包括级联的多级锁相环。
3、如权利要求1所述的高速光转发单元，其特征在于，所述第二锁相环电路包括一级锁相环。
4、如权利要求1所述的高速光转发单元，其特征在于，所述板类型控制模块，是现场可编程门阵列。
5、如权利要求1所述的高速光转发单元，其特征在于，所述板类型控制模块，受传输系统的网管控制单元控制并根据系统的网管控制单元指令来输出板类型选择控制信号。
6、如权利要求1所述的高速光转发单元，其特征在于，所述输入时钟信号，是本地输入时钟信号或外部输入时钟信号。
7、一种光传输设备，包括至少一个分光器，用于将前级设备送来的输入光信号分光为多个支路光信号；至少一个第一高速光转发单元，用于对来自所述分光器的至少一个支路光信号进行转发输出相应的支路电信号；交叉单元，用于对转发自第一高速光转发单元的支路电信号进行交叉；至少一个第二高速光转发单元，用于将交叉单元交叉处理后的一个支路电信号进行转发输出相应的支路光信号；至少一个合光器，用于将来自至少一个第二高速光转发单元的支路光信号合并为一个光信号送入后级设备，其中，所述第一、第二高速光转发单元包括：信号处理模块、锁相环电路模块，其特征在于，
所述第一、第二高速光转发单元，还包括板类型控制模块，用于根据输入的外部控制信号输出板类型选择控制信号至锁相环电路模块；
所述锁相环电路模块，包括：第一锁相环电路、第二锁相环电路及时钟电路选择开关，其中，
第一锁相环电路，用于根据输入时钟信号产生能够使高速光转发单元满足系统发射端输出抖动特性的第一锁相环时钟信号，并将该信号送至时钟电路选择开关，
第二锁相环电路，用于根据输入时钟信号产生能够使高速光转发单元满足系统中继端抖动传递特性的第二锁相环时钟信号，并将该信号送至时钟电路选择开关，
时钟电路选择开关，用于根据板类型控制模块输出的板类型选择控制信号，在所述选择控制信号指示板类型为系统发射端时，选择所述第一锁相环时钟信号，在所述选择控制信号指示板类型为系统中继端时，选择所述第二锁相环时钟信号，并将所选信号作为输出时钟信号输出至信号处理模块的参考时钟输入端以作为信号处理模块的参考时钟信号。
8、如权利要求7所述的光传输设备，其特征在于，所述交叉单元，包括用于输入/输出本地光支路信号的光支路信号接口。
9、如权利要求8所述的光传输设备，其特征在于，所述第二高速光转发单元，在对源自本地光支路信号的经交叉单元交叉处理后的支路电信号进行转发时，通过所述时钟电路选择开关选择第一锁相环时钟信号作为转发参考时钟信号。
10、如权利要求7所述的光传输设备，其特征在于，所述第二高速光转发单元，在对源自前级设备的光信号的经交叉单元交叉处理后的支路电信号进行转发时，通过所述时钟电路选择开关选择第二锁相环时钟信号作为转发参考时钟信号。
11、如权利要求7所述的光传输设备，其特征在于，所述第一高速光转发单元，在对源自前级设备的光信号的经分光器分光处理后的支路光信号进行转发时，通过所述时钟电路选择开关选择第二锁相环时钟信号作为转发参考时钟信号。
12、如权利要求9或10或11所述的光传输设备，其特征在于，所述时钟电路选择开关，依据来自受传输系统的网管控制单元控制的所述板类型控制模块根据系统的网管控制单元指令所输出的板类型选择控制信号，来进行参考时钟信号选择。
13、如权利要求12所述的光传输设备，其特征在于，所述板类型选择控制信号，是先由所述交叉单元根据信号来源判断信号类型并上报网管控制单元，再由网管控制单元将信号类型下发给所述板类型控制模块后，由所述板类型控制模块所产生并送至所述时钟电路选择开关，其中，在信号源自前级设备时，该板类型选择控制信号指示所述高速光转发单元作为中继端光转发单元，在信号源自本地时，该板类型选择控制信号指示所述高速光转发单元作为发射端光转发单元。
14、如权利要求7所述的光传输设备，其特征在于，所述第一锁相环电路包括级联的多级锁相环。
15、如权利要求7所述的光传输设备，其特征在于，所述第二锁相环电路包括一级锁相环。
16、如权利要求7所述的光传输设备，其特征在于，所述板类型控制模块，是现场可编程门阵列。
17、如权利要求7所述的光传输设备，其特征在于，所述输入时钟信号，是本地输入时钟信号或外部输入时钟信号。
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