CN101360346A - Pon系统及光集线器 - Google Patents

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Abstract

一种PON系统及光集线器，在PON突发脉冲信号接收电路中，为了保护测距窗口(无信号区间)内的噪声，对“0”、“1”判别用的阈值使用一定的偏置，由于阈值升高，所以PON突发脉冲接收特性变化急剧，不能充分得到FEC的效果。在测距窗口区域使用第一偏置，在其它突发脉冲数据区域使用值低于第一偏置的第二偏置，从而能够使PON突发脉冲接收特性的倾斜度缓和，能够提高FEC效果。

Description

PON系统及光集线器
技术领域
本发明涉及多个用户连接装置共有光传输线路的PON(PassiveOptical Network：无源光网络)系统及光集线器，特别涉及突发脉冲接收特性的倾斜度缓和的PON系统及光集线器。
背景技术
PON系统包括光集线器(OLT：Optical Line Terminal)和多个光网络单元(ONU：Optical Network Unit)。ONU对来自与ONU连接的终端(PC及其它)的电信号进行EO变换，以光信号通过ONU→用户光纤→光分束器，利用向OLT的干线光纤进行时分复用，并且向OLT发送。OLT通过实施各种信号处理，进行某个ONU的终端和其它ONU的终端之间的通信、或者与NW(网络)的终端间的通信。
各ONU如ITU-T劝告G984.1的8章及9章规定那样，设置为光纤长度0～20km、20km～40km以及40km～60km的三个范围中的一个范围。但是，在最近的ONU和最远的ONU中，传输距离相差20km，并且传输延迟不同，所以存在从各ONU输出的光信号相互冲突、干涉的可能性。因此，利用在ITU-T劝告G.984.3的10章规定的测距技术，宛如各ONU设置为等距离(例如20km)那样调节来自各ONU的输出信号的延迟。其结果，在干线光纤上来自各ONU的光信号不干涉。并且，即使能够调节干涉，但是在PON系统中不能调节由光纤的长度不同而引起的衰减。
再者，在来自各ONU的信号的先头，如ITU劝告G.984.2的8.8.3章中规定的那样，附加有由12字节构成的防干涉用的保护时间、在接收器的识别阈值的确定及时钟抽取中利用的前置码、为了识别接收信号的划分而利用的定界符。
ITU-T劝告G.984.3的8.2章的规定中，从多个ONU向OLT传输的信号被称为上行信号，由前置码、定界符、有效载荷信号构成，而且如该劝告8章的图14-2所示，在各上行信号之前，为了防止与前面的突发脉冲(Burst)信号的冲突而设定了保护时间。
另一方面，根据该劝告8.1章的规定，从OLT向多个ONU发送的信号被称为下行信号，由帧同步模式、PLOAM区域、US Bandwidth MAP区域、帧有效载荷构成。OLT如该劝告8.1.3.6章所示地利用被称为USBandwidth MAP的区域，指定各ONU的上行发送许可定时。US Band WidthMAP区域具备指定发送许可的开始的起始值和指定结束的结束值，分别进行字节单位的指定。从允许发送的含义考虑，将该值还称为许诺值。并且，结束值和下一个起始值之差是上行无信号区域，对应于上述保护时间。并且，对各ONU可分配称为T-CONT的多个频带分割单位，对每个T-CONT进行上述上行发送许可定时的指定。
在测距中，OLT对ONU请求发送距离测量用的信号。若ONU返回距离测量帧，OLT接收该信号，根据距离测量用的信号的发送请求，测量到接收距离测量用信号为止的时间、即往返延迟时间，得知ONU离开OLT的程度。接着，OLT将所有的ONU视为等距离，所以向各ONU发送指示，使发送仅延迟被称为等化延迟量的时间。例如，为了使所有ONU具有20km的往返延迟时间，对ONU指示与“(20km的往返延迟时间)-(被测量的往返延迟时间”相等的等化延迟量。ONU具备固定地延迟所指示的等化延迟量来发送数据的电路，根据上述指示进行上行数据发送，以便所有的ONU具有20km的往返延迟时间。
在特开2007-036920号公报中，对上述的PON系统中的测距有详细的记载。
在上述那样的PON突发脉冲接收电路中，为了防止在测距时使用的、称为测距窗口的无信号时隙区间产生的白噪声(以下称为噪声)，对于“1”、“0”的判别阈值赋予偏置。通过对阈值赋予该偏置，应该位于接收信号的峰值和最低值的中间的阈值，向峰值靠近相当于偏置的量。因此，与不使用偏置时相比，将“1”误识别为“0”的概率升高，突发脉冲接收特性的倾斜度变陡。另一方面，在ITU-T劝告G.984.3中，规定了能够将使用了里德-索罗门编码的1e-4的错误率修正为相当于1e-12的纠错技术FEC(Forward Error Correction：前向纠错)，得到PON突发脉冲接收特性的倾斜度缓和的较大的编码增益。
发明内容
本发明的目的在于，在PON突发脉冲接收中，为了得到更大的编码增益，使突发脉冲接收特性的倾斜度缓和。另外，本发明的另一目的在于，提供一种突发脉冲接收特性优良的PON系统和光集线器。
通过切换对于测距窗口内的测距通信的偏置和对于测距窗口以外的时隙的突发脉冲数据的偏置，来解决上述课题。对于测距通信的偏置使用第一值，对于除此以外的突发脉冲数据的偏置使用低于第一值的第二值。
此外，能够利用这样的PON系统解决，即该PON系统包括光集线器、与该光集线器连接的干线光纤、与该干线光纤连接的光分束器、及通过多个用户光纤与上述光分束器连接的多个光网络单元，并且光集线器可选择用于防止在上行无信号区间产生的噪声而使用的偏置。
此外，能够通过这样的光集线器实现，即该光集线器包括OE变换部、识别该OE变换部的输出的识别部、及控制该识别部的控制部，在测距通信的接收期间，控制部对识别部进行设置为第一偏置的控制，在测距通信的接收期间以外，对识别部进行设置为第二偏置的控制；识别部基于第一偏置或第二偏置，计算识别用的阈值。
此外，能够利用这样的光集线器实现，即该光集线器包括OE变换部、利用第一偏置识别该OE变换部的输出的第一识别部、利用第二偏置识别OE变换部的输出的第二识别部、选择第一识别部和第二识别部中的一个的选择器、及控制该选择器的控制部，控制部在测距通信的接收期间选择第一识别部，在测距通信的接收期间以外选择第二识别部。
附图说明
下面，根据附图说明本发明的优选实施列。
图1是光访问网络的框图。
图2是OLT的框图。
图3是ONU的框图。
图4是OLT的PON收发块的框图。
图5是ONU的PON收发块的框图。
图6是OLT的PON接收部和PON发送部的框图。
图7是ONU的PON接收部和PON发送部的框图。
图8是OLT的功能框图。
图9是构成OLT光信号接收部的O/E和ATC的硬件框图。
图10是ATC及周边电路的框图(其1)。
图11是ATC及周边电路的框图(其2)。
图12是说明偏置为一定时的上行突发脉冲信号和测距通信的接收的图。
图13是说明不同偏置时的上行突发脉冲信号和测距通信的接收的图。
图14是说明偏置较高时的突发脉冲接收信号的峰值、最低值、阈值、偏置的图。
图15是说明偏置较低时的突发脉冲接收信号的峰值、最低值、阈值、偏置的图。
图16是表示将偏置量作为参数的接收光功率和错误率之间关系的图。
具体实施方式
以下，利用实施例并参照附图说明本发明的实施方式。并且，对实质上相同的部分赋予相同的参照符号，不重复说明。
图1是光访问网络的框图。光访问网络10包括OLT1、ONU2、分束器3、OLT1和分束器3之间的干线光纤8、以及分束器3和ONU2之间的用户光纤9。ONU2与IP系统4及TDM系统5连接。此外，OLT1与IP网络6及TDM网络7连接。
来自TDM系统5的TDM信号，经由光访问网络10被收容在TDM网络7中。并且，来自IP系统4的信号，经由光访问网络10被收容在IP网络7中。将这些信号称为上行信号。
此外，相反地，来自TDM网络7的TDM信号经由光访问网络10被收容在TDM系统5中。并且，来自IP网络6的信号，经由光访问网络10被收容在IP系统4中。将这些信号称为下行信号。
此外，在以下说明的图11为止的框图中，信号的流向(上行、下行)符合图1。
图2是OLT的框图。来自干线光纤8的上行光信号由光电变换模块71变换成电信号后，由OLT PON收发模块72进行GEM终端。被变换的电信号通过GEM终端变换成以太网(注册商标)信号及TDM信号。以太网信号和TDM信号分别经由以太网PHY73及TDM PHY74，向IP网络6及TDM网络7送出。
从IP网络6及TDM网络7到来的下行信号，分别由以太网PHY73或TDM PHY74接收之后，向OLT PON收发模块72发送。OLT PON收发模块72在进行GEM帧组合之后，经由光电变换模块71向干线光纤8送出。MPU75、RAM76及控制系统接口77是用于控制OLT1的微型计算机、RAM及从外部对OLT1进行设定的接口。
图3是ONU的框图。来自用户光纤9的下行光信号，由光电变换模块81变换成电信号之后，通过ONU PON收发模块82进行GEM终端。ONU PON收发模块82将被变换的电信号变换成以太帧及TDM信号。以太帧及TDM信号分别经由以太网PHY83及TDM PHY84向IP系统4及TDM系统5送出。
来自IP系统4及TDM系统5的上行信号分别由以太网PHY83或TDMPHY84接收之后，发送到ONU PON收发模块82。ONU PON收发模块82进行GEM帧组合之后，通过光电变换模块81向用户光纤7送出。MPU85、RAM86及控制系统接口87是用于控制ONU2的微型计算机、RAM及用于从外部对ONU2进行设定的接口。
图4是OLT的PON收发块的框图。来自光电变换模块71的上行PON帧信号，由PON接收部90进行同步处理和GEM截取处理之后，被截取的有效载荷发送到接收GEM组合部91。接收GEM组合部91进行被分割为多个短期帧而发送的GEM的组合。然后，存储在接收GEM缓冲器92中，根据OLT接收表93的表信息，分配给OLT上行以太GEM终端部94和OLT上行TDM GEM终端部96。
OLT上行以太网GEM终端部94从GEM帧中取出以太网帧，将取出的以太网帧经由OLT上行以太网接口95向以太网PHY73送出。OLT上行TDM GEM终端部96从GEM帧中抽取TDM信号，将抽取的TDM信号在希望的定时经由OLT上行TDM接口97向TDM PHY74送出。
关于下行信号，OLT下行TDM接口104从TDM PHY74接收TDM信号。OLT下行TDM GEM终端部103对TDM信号施加缓冲而生成GEM。OLT下行以太网接口106接收来自以太网PHY73的以太帧。OLT下行以太网GEM终端部105进行GEM的生成。OLT发送调度器102控制OLT下行TDMGEM终端部103，周期性地向发送GEM缓冲器101送出TDM的GEM。OLT发送调度器102还控制OLT下行以太网GEM终端部105，在空闲的定时向发送GEM缓冲器101送出以太信号的GEM。OLT发送调度器102控制发送GEM缓冲器101，周期性地向发送GEM组合部100传送TDM信号的GEM和以太信号的GEM。发送GEM组合部100组合PON帧的有效载荷部分的GEM，并传送给PON发送部99。PON发送部99在生成报头之后，进行PON帧的发送。
在进行OLT1和ONU2的距离测量即测距的情况下，测距控制部98在由OLT发送调度器102许可的定时从PON发送部99送出测距信号。
来自ONU2的响应，经由PON接收部90返回给测距控制部98，从而完成测距。
并且，MPU接口107中介对MPU75的各控制块的控制。
图5是ONU的PON收发块的框图。来自光电变换模块81的下行信号由PON接收部127接收。PON接收部127进行同步处理、GEM截取处理。接收GEM组合部126进行被分割为多个短期帧而发送的GEM的组合。被组合的GEM存储在接收GEM缓冲器125中，根据ONU接收表124的表信息分配给ONU下行以太网GEM终端部121和ONU下行TDM GEM终端部123。ONU下行以太网GEM终端部121从GEM抽取以太网帧。以太网帧经由ONU下行以太网接口120向以太网PHY120送出。ONU下行TDM GEM终端部123从GEM中抽取TDM信号，在预定的定时经由ONU下行TDM接口122向TDM PHY84送出。
关于上行信号，ONU上行TDM接口134接收TDM信号。ONU上行TDMGEM终端部133对TDM信号施加缓冲后组合GEM。ONU上行以太网接口136接收以太帧。ONU上行以太网GEM终端部135进行GEM的生成。ONU发送调度器131控制ONU上行TDM GEM终端部133，周期性地向发送GEM缓冲器132传送TDM的GEM。此外，ONU发送调度器131控制ONU上行以太网GEM终端部135，在空闲的定时向发送GEM缓冲器132传送以太网的GEM。ONU发送调度器131控制发送GEM缓冲器132，周期性地向发送GEM组合部130传送TDM的GEM和以太网的GEM。发送GEM组合部130组合PON帧的有效载荷部分的GEM，并传送给PON发送部129。PON发送部129生成报头之后，进行PON帧的发送。
在请求了测距的情况下，在测距控制部128处理并返回由PON接收部127接收的测距请求信号，经由PON发送部129送回测距接收信号。
并且，MPU接口137中介对MPU85的各控制块的控制。
返回图1，OLT1按照ITU-T劝告G.984.3所示的测距顺序分别测量到ONU2-1、…、ONU2-2的距离。OLT1对ONU2进行等化延迟量的设定，以便从OLT1来看所有ONU2为等距离。通过该设定，例如能够处理成所有ONU连接成20km。此外，防止干线光纤8中的、来自各ONU的上行信号的冲突。
图6是OLT的PON接收部和PON发送部的框图。此外，图7是ONU的PON接收部和PON发送部的框图。在图6(a)中，OLT PON90由解除上行信号的扰频的解扰器901、取得解扰信号的帧同步的帧同步部902、分离信息字和FEC奇偶并进行信息字的误码修正的FEC解码器903、PON帧终端部904、以及对密码进行解码的密码解码器905构成。在图6(b)中，OLT PON发送部99包括对下行信号进行加密的密码编码器991、将加密数据变成PON帧的PON帧生成部992、对PON附加FEC奇偶的FEC编码器993、插入帧同步信号的帧同步信号插入部994、和扰频器995。
图7(a)的ONU PON接收部127除了图6(a)的OLT PON接收部90和信号的流向以外，其余结构相同。并且，图7(b)的ONU PON发送部127除了图6(b)的OLT PON接收部90和信号的流向以外，其余结构相同。因此，省略说明。
参照图8说明利用图2及图4说明的OLT的其它框图。这里，图8是OLT的功能框图。在图8中，数据IF201接收来自IP网络6及TDM网络7的信号。该信号暂时存储在下行数据缓冲器202中。下行PON帧生成部203基于记载在ITU-T劝告G.984.3中的下行PON帧信号格式，将来自下行数据缓冲器202的信号存储在GEM帧有效载荷中发送，将来自上行时隙控制部214的信号存储在PON帧内许诺指示信号中发送。下行PON帧由并联/串联变换部204变换成串联信号。串联信号由E/O 205从电信号变换成光信号，通过WDM滤波器207发送给干线光纤8。
来自干线光纤8的上行信号由WDM207进行波长分离。经过了波长分离的上行信号由O/E 208从光信号变换成电信号。被变换的电信号由ATC(Automatic Threshold Control：识别部)209进行基于适当阈值的0值或1值的识别。时钟抽取部210根据被识别的信号，实施时钟抽取及定时。进而，串联/并联变换部211检测出记载在ITU-T劝告G.984.3中的PON上行帧信号格式的定界符区域，识别上行信号的断点，将串联信号变换成并联信号。上行PON帧终端部212识别包含在上行帧中的用户信号和控制信号，将用户信号向上行数据缓冲器213输出。
上行时隙控制部214从上行PON帧终端部212抽取表示作为一个控制信号的各用户侧装置的发送数据存储状况的通知信息(提示信息)。上行时隙控制部214根据管理者预先指定的频带控制信息和所通知的提示信息，计算应分配给各用户侧装置的上行时隙。上行时隙控制部214周期性地更新上行频带管理表215的内容。此外，上行时隙控制部214基于所管理的上行时隙信息，判断来自各光网络单元的上行突发脉冲信号的断点，对ATC218通知复位信号216。再者，上行时隙控制部214基于所管理的上行时隙信息，判断测距窗口区域，对ATC通知区分测距窗口区域和此外的时隙区域的偏置切换信号217。
从上行PON帧终端部212输出的用户信号暂时存储在上行数据缓冲器213中，经由数据IF201向IP网络6或TDM网络7发送。
参照图9说明OLT光信号接收部的构成。这里，图9是构成OLT光信号接收部的O/E和ATC的硬件框图。在图9中，O/E208由与高电压偏置源221连接的APD(雪崩光电二极管)和TIA222(互阻抗放大器)构成。
APD220由高电压反偏置，利用光电效应对接收光信号进行放大，变换成电流。通过该放大作用，超过1Gbit/s的高速信号作为-30dBm左右的微弱光信号输入的情况下，也能够正确地识别数据。经变换的电流由电阻223和放大器224所构成的TIA222进行电压变换。
接收信号的电压在ATC209阈值被设定为在振幅的1/2的值229上加上了偏置218的值，输出识别为“0”或“1”的信号。利用从晶体管227-1的基极向发射极的二极管功能，对放大器225的输出进行峰值检测，并保存在电容器228中，作为值229提供。在来自各ONU的信号接收之前，复位信号216提供给晶体管227-2，保存在电容器228中的值229被放电而复位为“0”电平。
参照图10及图11进一步说明详细的ATC的构成。这里，图10及图11是ATC及周边电路的框图。
在图10中，ATC209A由ATC209和选择器232构成。O/E 208将进行了电压变换的接收信号输入到ATC209。ATC209A通过上行时隙控制部214输入向测距窗口输入的复位信号216和偏置切换信号217，由选择器232选择测距用偏置230。这里，输入到ATC209的偏置218成为与测距用偏置230相同的值。此外，关于测距窗口以外的时隙，与输入的复位216一起输入偏置切换信号217，由选择器232选择突发脉冲数据用偏置231。这时输入到ATC209的偏置218成为与突发脉冲数据用偏置231相同的值。ATC209A利用所选择的偏置识别接收数据，发送到时钟抽取部210。
在图11中，ATC209B由2台ATC209和选择器232构成。ATC209-1固定地输入测距用偏置230。另一方面，在ATC209-2中，固定地输入突发脉冲数据用偏置231。O/E 208将进行了电压变换的接收信号输入到2台ATC209中。利用来自上行时隙控制部214的偏置切换信号，选择器233在测距窗口的时隙中选择ATC209-1输出信号，在测距窗口以外的时隙中选择ATC209-2的输出信号，发送到时钟抽取部210。
参照图12和图13说明上行突发脉冲信号和测距通信的接收。这里，图12是说明偏置为一定时的上行突发脉冲信号和测距通信的接收的图。图13是说明不同偏置时的上行突发脉冲信号和测距通信的接收的图。
在图12中，横轴表示时间轴，OLT1部分的纵轴表示接收电平和阈值，OLT1的接收电平原点、ONU2-1和ONU2-2的部分的纵轴表示距离。即，OLT1和ONU2-1有10km的距离，OLT1和ONU2-2有20km的距离。对于突发脉冲数据的偏置和对于测距窗口内的测距通信的偏置是相同的值。对于突发脉冲数据及测距通信的阈值，用比突发脉冲数据的振幅的1/2高偏置量的值判别为“1”、“0”。
图12表示在光访问网络10上新加了ONU2-1、ONU2-2的状态。即，当OLT1发送测距请求1时，ONU2-1、ONU2-2分别向OLT1发送测距通信。这时，OLT1处于打开了测距窗口1的状态，处理最初接收的ONU2-1的测距通信。接着，当OLT1发送测距请求2时，ONU2-2向OLT1发送测距通信。这时，OLT1处于打开了测距窗口2的状态，处理最初接收的ONU2-2的测距通信。并且，图中的向下箭头是上行时隙控制部214判断突发脉冲信号的断点及测距窗口的结束而向ATC218发送的复位信号。
在图13中，相对于突发脉冲数据的偏置是突发脉冲数据用偏置值，对于测距通信的偏置值是测距用偏置值。测距用偏置值使用与图12的偏置相同的值，突发脉冲数据用偏置值使用比图12的偏置低的值。因此，突发脉冲数据2的阈值与图12相比，成为阈值更接近振幅的1/2的值。
这样，能够使突发脉冲数据用偏置值相对于测距用偏置值减小的原因是，在信号等待的窗口(突发脉冲数据等待的窗口)中，OLT1可以根据该定时预测是来自哪个ONU2的突发脉冲数据。此外，即使假设定界符的检测出现了错误，也能够通过后级逻辑将其废弃。对此，在测距窗口中，测距是为了测量距离，OLT1不能够预知在哪个定时接收测距通信。若在测距窗口降低偏置，则有时将白噪声错误判断为正式的测距通信，需要维持防止该情况的偏置值(来自最远的ONU的接收电平和白噪声之差的一半)。并且，测距可执行多次。
参照图14及图15说明突发脉冲接收信号的峰值、最低值、阈值、偏置。这里，图14是说明偏置较高时的突发脉冲接收信号的峰值、最低值、阈值、偏置的图。此外，图15是说明偏置较低时的突发脉冲接收信号的峰值、最低值、阈值、偏置的图。
图14(a)表示接收功率较大时(ONU-OLT之间较近时)，图14(b)表示接收功率较小时(ONU-OLT之间远时)。这里，偏置是图12的偏置值，阈值是(峰值+偏置值)/2。可以根据图14(b)可知，接收功率较小时，阈值在峰值的附近，将“1”误认为“0”的误识别的发生概率较高。
另一方面，图15(a)表示接收功率较大时，图15(b)表示接收功率较小时。这里，偏置是图13所示的偏置值，阈值是(峰值+偏置值)/2。在图15(b)中，即使在接收功率较小时，阈值也位于眼形图的中央，误识别的发生概率较高。
参照图16说明突发脉冲接收特性。这里，图16是表示将偏置量作为参数的接收光功率和错误率之间关系的图。在图16中，纵轴是信号错误率、横轴是接收光功率。若接收光功率为-30dB左右，不依赖于偏置量就得到错误率1e-12。但是，随着接收光功率下降，错误率增加。当偏置较高时，该增加率显著，PON突发脉冲接收特性的倾斜度变得陡峭。通过应用前向纠错，能够将1e-4的错误率修正为相当于1e-12。提供能够纠错的1e-4的错误率的接收光功率和不进行纠错就成为错误率1e-12的接收光功率之差是编码增益，同偏置与测距窗口相同时为2.5dB相比，通过对突发脉冲数据降低偏置，来实现5dB。
如以上说明，根据本实施例，能够使PON突发脉冲接收特性的倾斜度缓和，能够提高前向纠错效果。其结果，能够提供特性优良的PON系统和光集线器。
根据本发明，能够使PON突发脉冲接收特性的倾斜度缓和，能够提高前向纠错效果。此外，能够提供突发脉冲接收特性优良的PON系统和光集线器。
通过在测距窗口区域使用第1偏置，在其他的突发脉冲数据区域使用比第1偏置值低的第2偏置，可以使PON突发脉冲接收特性的倾斜度缓和，能够提高前向纠错效果。

Claims (4)

1.一种无源光网络系统，包括光集线器、与该光集线器连接的干线光纤、与该干线光纤连接的光分束器、以及通过多个用户光纤同上述光分束器连接的多个光网络单元，其特征在于，
上述光集线器构成为，可选择为了防止在上行无信号区间产生的噪声而使用的偏置。
2.一种光集线器，包括OE变换部、识别该OE变换部的输出的识别部、及控制该识别部的控制部，其特征在于，
在测距通信的接收期间，上述控制部对上述识别部进行设置第一偏置的控制；在上述测距通信的接收期间以外，上述控制部对上述识别部进行设置第二偏置的控制；
上述识别部基于上述第一偏置或上述第二偏置，计算识别用的阈值。
3.如权利要求2所述的光集线器，其特征在于，
还具备选择器，
上述控制部根据上述选择器的选择对上述识别部进行控制，以便设置上述第一偏置或上述第二偏置。
4.一种光集线器，包括OE变换部、利用第一偏置对该OE变换部的输出进行识别的第一识别部、利用第二偏置对上述OE变换部的输出进行识别的第二识别部、选择上述第一识别部和上述第二识别部中的一方的选择器、及控制该选择器的控制部，其特征在于，
上述控制部在测距通信的接收期间选择上述第一识别部，在上述测距通信的接收期间以外选择上述第二识别部。
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