CN101741469B

CN101741469B - 光线路终端以及光线路收发系统

Info

Publication number: CN101741469B
Application number: CN200810177912.0A
Authority: CN
Inventors: 吉内英也; 池田博树; 石颖
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2028-11-21
Also published as: CN101741469A; US8374501B2; US20100129072A1

Abstract

本发明提供一种光线路终端，该光线路终端具有：光网络接口，具有将从光网络单元接收到的光信号转换为电信号、接收直流偏置控制信号并输出直流偏置监视信号的光接收单元，以及检测电信号中的误码并输出误码指示信号的误码检测单元；存储器，存储表示与每个光网络单元的直流偏置控制参数相对应的直流偏置表，以及表示给每个光网络单元分配的通信时隙信息的动态带宽分配信息表；以及控制器，接收上述光接收单元输出的直流偏置监视信号和上述误码检测单元输出的误码指示信号，并输出直流偏置控制信号给上述光接收单元，从而与上述光网络接口形成一个反馈回路。

Description

光线路终端以及光线路收发系统

技术领域

本发明涉及一种光线路终端以及光线路收发系统，尤其涉及采用放大器直流偏置优化的突发模式光接收机的光线路终端以及光线路收发系统。

背景技术

无源光网络(PON：Passive Optical Network)中，多个光网络单元(ONU：Optical Network Unit)以树形拓扑与光线路终端(OLT：OpticalLine Terminal)相连，并以时分复用形式共享上行带宽。光线路终端使用固定带宽分配或动态带宽分配(DBA：Dynamic Bandwidth Allocation)向每个光网络单元分配时隙。光网络单元在分配的时隙中向光线路终端发送突发数据包，同时光线路终端中的光接收单元接收不同光网络单元发送的突发数据包。

由于不同光网络单元发送到光线路终端的突发数据包的功率大小不同，光线路终端的光接收单元需要在收到突发数据包时根据其功率调整限幅放大器的判决阈值来进行限幅放大，从而正确地进行数字信号判决。或者光线路终端的光接收单元也可以通过调整限幅放大器输入信号直流偏置来等效于调整限幅放大器判决阈值，从而正确地进行数字信号判决。然而，传统技术中的连续模式放大器通常在输入端使用交流耦合，其中的耦合电容的冲放电过程会造成信号畸变，这使得需要较长硬件设置时间来调节放大器判决阈值。而在突发模式下，每收到一个突发数据包都需要进行一次这样的调节，这就导致了带宽利用率下降。

另外，传统技术中的使用交流耦合的限幅放大器通常使用自动偏置反馈控制电路来使放大器判决阈值稳定在零电平。然而诸如输入信号功率过大引起光电转换前端饱和等因素，这在突发模式下尤其容易发生，会造成发送给限幅放大器的信号产生另一种波形畸变。这种畸变信号的最优接收判决阈值会比如说大于零电平，而仍然被自动偏置反馈控制电路稳定在零电平的判决阈值会使接收机偏离数字信号的最优接收，从而造成接收机灵敏度下降。

在公开文件US 2007/0264031A1中，光线路终端的MAC控制器使用带宽分配信息来预测下一个突发数据包的功率大小，并基于此功率大小来控制信号直流偏置，采用和电容充放电造成的直流分量相反的直流信号来抵消电容充放电的影响，从而消除信号畸变和缩短放大器的硬件设置时间，并提高系统效率。但是这个方法中，仍然使用传统的交流耦合限幅放大器，其判决阈值由自动偏置反馈控制电路决定，而信号直流偏置由耦合电容决定(固定地等于零)，因此并不能根据信号波形情况来调节以保持最优接收。

另外，在这个方法中用来产生直流偏置控制信号的参数表是固定的查找表。当系统因为例如元件老化、环境温度改变等原因发生变化时，参数表中的参数并不能相应地改变，这会导致突发接收机偏离其最佳状态，降低接收机灵敏度。

另外，在这个方法中，没有说明在系统初始化时光线路终端如何预测刚开始发射信号的未注册光网络单元的信号功率。而光线路终端如果使用较短的硬件设置时间，是不能成功地接收这样的未注册光网络单元的注册请求的，这就造成了系统初始化时或中断后恢复时的光网络单元注册困难。

在公开文件专利号US 6715113中，使用基于前向纠错解码器输出的误码指示信号的控制信号来调节放大器的判决阈值，并通过平衡0/1和1/0各自的误码数来使判决阈值维持在最佳判决阈值点，从而提高系统灵敏度。然而前向纠错解码器解码和输出误码指示信号需要较长的时间(例如20us)，使得这个方法在相对短时间内完成反馈控制非常困难，例如在无源光网络中的一个突发数据包开始的1/10时间内(例如1～10us)。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种具有突发模式光接收机的光线路终端，所述突发模式光接收机采用放大器直流偏置优化来缩短硬件设置时间并且把等效的放大器判决阈值维持在最佳判决阈值点，从而同时提高系统带宽效率和灵敏度。另外，所述光线路终端还存储可变直流偏置控制参数和可变硬件设置时间参数，以提供灵活的直流偏置控制，以及系统正常初始化的能力。

根据本发明优选实施例，提供一种光线路终端，与多个光网络单元连接，其特征在于，具有：光网络接口，具有将从光网络单元接收到的光信号转换为电信号、接收用于控制直流偏置的直流偏置控制信号并输出用于监视直流偏置的直流偏置监视信号的光接收单元和检测上述电信号中的误码并输出误码指示信号的误码检测单元；存储器，存储表示与每个光网络单元的直流偏置控制参数相对应的直流偏置表，和表示给每个光网络单元分配的通信时隙信息的动态带宽分配信息表；以及控制器，接收上述光接收单元输出的直流偏置监视信号和上述误码检测单元输出的误码指示信号，并输出直流偏置控制信号给上述光接收单元，从而与上述光网络接口形成一个反馈回路。

优选地，所述直流偏置控制信号是由控制器接收上述直流偏置监视信号和上述误码指示信号，并根据从存储器中的直流偏置表读出的直流偏置控制参数和从动态带宽分配信息表中读出的通信时隙信息通过计算而得到的信号。

优选地，误码检测单元是前向纠错码解码器。

优选地，光接收单元进一步包括光电二极管，用于把从光网络单元接收到的光信号转换成电信号；跨导放大器，和所述光电二极管相连接，用于放大所述光电二极管输出的电信号；限幅放大器，通过交流耦合的电容器和所述跨导放大器相连接，用于对所述跨导放大器的输出信号进行限幅放大；耦合电容器，连接所述跨导放大器的输出端和所述限幅放大器的输入端来实现所述跨导放大器和所述限幅放大器之间的交流耦合；监测接口，和所述限幅放大器的输入端相连接并根据输入到所述限幅放大器的信号输出直流偏置监测信号；其中所述限幅放大器的输入信号为所述跨导放大器的输出信号和直流偏置控制信号之和。

优选地，直流偏置表中的直流偏置控制参数包括标识光网络单元的用户ID、第一电压参数、第二电压参数和时间常数，动态带宽分配信息表中的通信时隙信息包括标识光网络单元的用户ID、第一时间参数和第二时间参数。

特别地，其中控制器输出的直流偏置控制信号在动态带宽分配信息表中的用户ID对应的第一时间参数表明的时刻等于直流偏置表中相同的用户ID对应的第一电压参数，并从所述第一时间参数表明的时刻开始以直流偏置表中相同的用户ID对应的时间常数所决定的指数关系来增加，以达到直流偏置表中相同的用户ID对应的第二电压参数，并且保持等于所述第二电压参数的值直到所述动态带宽分配信息表中的用户ID对应的第二时间参数为止。

另外，其中控制器通过最小化所述误码指示信号所表明的误码率来优化所述直流偏置控制参数中的第二电压参数，以及通过最小化所述直流偏置监测信号和所述第二电压参数之差来优化所述直流偏置控制参数中的第一电压参数。

优选地，存储器还存储表示与每个光网络单元的设置光线路终端光接收单元硬件所需要时间相对应的硬件设置时间参数。

特别地，其中当通信初始化时硬件设置时间参数为较长的第一参数值，以及当光线路终端完成光网络单元的注册过程和直流偏置控制参数的优化过程后，光线路终端把硬件设置时间参数更新为较短的第二参数值，并通过硬件设置时间消息把所述第二参数值发送给光网络单元。

此外，根据本发明优选实施例，提供一种光线路收发系统，具有上述发明中任意一项所述的光线路终端以及与上述光线路终端连接的光网络单元。

特别地，在上述光线路收发系统中，上述光线路终端通过分光器和光纤构成的树形拓扑链路与上述光网络单元连接，并通过上述链路向上述光网络单元发送硬件设置时间消息。

附图说明

图1是光线路终端结构框图；

图2是光线路终端中的PON接口框图；

图3是光线路终端的PON接口中的光接收单元框图；

图4是直流偏置的控制和优化原理图(交流耦合情况)；

图5是在本发明中以及在现有技术中的数据信号、直流偏置控制信号以及监测信号的示意性波形(交流耦合情况)；其中，图5(a)表示光电二极管和跨导放大器输出的电信号Vsig1；图5(b)表示畸变信号Vsig2；图5(c)表示直流偏置控制信号V_DC；图5(d)表示Vsig2叠加直流偏置控制信号V_DC得到的信号Vsig3；图5(e)表示监测端口通过低通滤波输出的直流偏置监测信号Vmon；图5(f)表示光电二极管和跨导放大器输出的电信号V_A；图5(g)表示施加在耦合电容之前的直流偏置控制信号V’_DC；图5(h)表示直流偏置控制信号V’_DC和突发数据包信号V_A叠加后得到合成信号V_B；图5(i)表示在经过耦合电容后的输出信号V_C。

图6是在本发明中以及在现有技术中的光线路终端存储器中的表格；其中，图6(a)是在本发明中的光线路终端存储器中的存储的直流偏置表；图6(b)是在本发明中的光线路终端存储器中的存储的动态带宽分配信息表；图6(c)是现有技术中的参数查找表；图6(d)是现有技术中的光网络单元RSSI表。

图7是从光线路终端向光网络单元发送的硬件设置时间消息；

图8是改变硬件设置时间的消息时序；

图9是在光线路终端中控制器设置直流偏置控制信号的流程图；

图10是在光线路终端中控制器优化Vend的流程图；

图11是在光线路终端中控制器计算BE的流程图；

图12是在光线路终端中控制器优化Vstart的流程图；

图13是在光网络单元中控制器根据硬件设置时间消息设置硬件设置时间的流程图；

图14是在光线路终端中控制器设置硬件设置时间并发送硬件设置时间消息的流程图；

图15是直流偏置的控制和优化原理图(直流耦合情况)；

图16是在本发明中的数据信号、直流偏置控制信号以及监测信号的示意性波形(直流耦合情况)；其中，图16(a)表示光电二极管和跨导放大器输出的电信号Vsig1；图16(b)表示直流偏置控制信号V_DC；图16(c)表示Vsig1叠加直流偏置控制信号V_DC得到的信号Vsig3；图16(d)表示监测端口通过低通滤波输出的直流偏置监测信号Vmon。

具体实施方式

以下，结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

(第一实施例)

图1-3描述了光线路终端结构，以及其中包括的PON接口和光接收单元的结构。

如图1所示，光线路终端10包括和业务方面通信的上联接口101，交换上行/下行数据的二层(L2：layer2)交换102，连接到光纤链路并和所连接的光网络单元通信的PON接口(即网络接口)103，存储直流偏置表1041、动态带宽分配信息表1042以及硬件设置时间1043的存储器104，控制其它模块动作的控制器105，例如输出直流偏置控制信号和更新直流偏置表1041，以及提供电源供应的电源106。

如图2所示，光线路终端10中的PON接口103进一步包括对上下行信号进行波分复用的波分复用器件201，对接收到的上行信号进行光电转换的光接收单元202，对要发射的下行信号进行电光转换的光发射单元203，恢复时钟和数据并对上下行信号进行串行/解串行的CDR/SerDes(CDR：ClockData Recovery，SerDes：Serialize Deserialize)204，执行前向纠错算法并输出误码指示信号Ierr的FEC(FEC：Forward Error Correction)205，以及进行链路层数据处理的MAC(MAC：Media Access Control)206。其中光接收单元202接收从控制器105输出的直流偏置控制信号V_DC，基于V_DC来调整信号的直流偏置，并监测调整后的信号来向控制器105输出直流偏置监测信号Vmon。

如图3所示，光线路终端10的PON接口103中的光接收单元202进一步包括用于把光信号转换成电信号的光电二极管301，对转换的电信号进行初步放大的跨导放大器302，对放大后的信号进行限幅放大的限幅放大器303，连接跨导放大器302和限幅放大器303来进行交流耦合的耦合电容器304，以及向限幅放大器303输入端叠加直流偏置V_DC的偏置点305和抽取叠加后信号来进行监测的监测接口306。监测接口306通过例如低通滤波的方法来得到叠加后信号的直流分量Vmon，并把Vmon作为直流偏置监测信号输出到控制器105。在图3中，来自光电二极管301和跨导放大器302的上行方向电信号Vsig1在经过耦合电容304后成为电信号Vsig2。而Vsig2在偏置点305叠加了来自控制器105的直流偏置控制信号V_DC后成为给限幅放大器303的输入信号Vsig3(参考图5中的示意性信号波形)。同时监测接口306监测Vsig3，通过例如低通滤波的方法向控制器105输出直流偏置监测信号Vmon。在经过限幅放大器303对信号Vsig3进行限幅放大之后，把信号发送给CDR/SerDes 204(未示出)。

图4在原理上说明光线路终端10中直流偏置的控制和优化(交流耦合情况)。图4中对于和图1-3中相同的元件采用相同的编号，为了简单明了，这里省略对它们的描述。

如前在图3的描述中所述，光接收单元202中的元件在对信号进行光电转换、放大、直流偏置设置和限幅放大后，把信号发送给CDR/SerDes 204进行时钟数据恢复和解串行。然后CDR/SerDes 204把得到的数字信号发送给FEC 205。FEC 205对信号进行前向纠错解码，把解码后的数据信号发送给MAC 206进行链路层数据处理，还生成误码指示信号Ierr并将其发送给控制器105。控制器105分别和光接收单元202中的偏置点305相连接以输出直流偏置控制信号V_DC，和光接收单元202中的监测接口306相连接以输入直流偏置监测信号Vmon，其中输入直流偏置监测信号Vmon经过模数转换器1051从模拟信号即电压转换成数字信号后输入到控制器105，而直流偏置控制信号V_DC经过数模转换器1052从数字信号转换成模拟信号即电压后输出给偏置点305。

另外，控制器105还和FEC 205相连接以输入误码指示信号Ierr，并且和存储器104相连接以读出或写入直流偏置表1041和DBA信息表1042。这样，控制器105、偏置点305、限幅放大器303、CDR/SerDes 204、FEC 205以及监测接口306就构成了一个反馈控制环路(参考图3中的光接收单元202详细电路结构)。控制器105根据反馈信号，也就是直流偏置监测信号Vmon和误码指示信号Ierr，以及从存储器104的直流偏置表1041和DBA信息表1042中读出的直流偏置控制参数和通信时隙信息(参见图6中的详细表格格式)来计算得到直流偏置控制信号V_DC(参见图9中的控制过程流程图)。然后直流偏置控制信号V_DC作用于数据信号，改变信号Vsig3的直流偏置Vmon，进而改变限幅放大器303的判决和FEC 205解码得到的误码数Ierr。而把Vmon和Ierr作为反馈提供给控制器105来完成反馈控制。同时控制器105还根据以上反馈信息来优化直流偏置控制参数(参见图10-13中的参数优化过程流程图)，并将其写入到存储器104中的直流偏置表1041。存储器104中的DBA信息表1042来自于控制器中的正常动态带宽分配过程(参见标准IEEE802.3ah)。

图5(a)-图5(e)是在本发明中的数据信号、直流偏置控制信号以及监测信号的示意性波形(交流耦合情况)。

图5(a)为光电二极管和跨导放大器输出的电信号Vsig1，其中在Tstart和Tend之间时间段的是突发数据包的数据，而在这个突发数据包和前一个/下一个突发数据包之间的是保护时隙。因为一个突发数据包通常包括几千或者更多bit的数据，图中只示意性画出了突发数据包的包络，而没有画出具体的逐个bit的波形。

上述信号在经过耦合电容304后，因为电容的充放电过程造成信号畸变，畸变信号为Vsig2，如图5(b)所示。从Tstart到Tstable的时间段，耦合电容304充电，Vsig2的直流分量从等于Vsig1的直流分量(不考虑电容的损耗)逐渐下降到等于零，此时耦合电容304的两极电压等于Vsig1的直流分量的负值。然后Vsig2直流分量维持等于零直到突发数据包结束，即Tend。在Tend之后，由于Vsig1等于零，耦合电容304进行放电，Vsig2逐渐从Tend时的耦合电容304两极电压回归到零，直到下一个突发数据包来到重复上述过程。

为了控制信号的直流偏置以同时消除从Tstart到Tstable时间段的信号畸变并且使从Tstart到Tend时间段的信号直流分量为最优数字接收所需的值，本发明使用控制器105向位于耦合电容304后的偏置点305提供直流偏置控制信号V_DC，其示意性波形如图5(c)所示。在保护时隙期间，V_DC等于对应于发送下一个突发数据包的光网络单元的直流偏置控制参数Vstart。从Tstart开始，V_DC以例如V_DC＝Vstart*Exp(Tstart-t)/tc的指数形式增加，直到达到对应于该光网络单元的直流偏置控制参数Vend为止，其中tc为预设的常数(例如5ns)。然后V_DC保持等于Vend直到Tend为止。

图5(d)表示Vsig2叠加上述直流偏置控制信号V_DC得到的信号Vsig3。由于直流偏置控制信号V_DC的变化抵消了耦合电容304充电造成的直流偏置变化，Vsig3和Vsig2相比消除了信号畸变，其直流分量在Tstart到Tend期间一直保持为Vend，等效于限幅放大器判决阈值偏移了-Vend。虽然在图中Vstart和Vend都是负值，但在实际应用中并不限于此。

图5(e)表示监测端口306通过低通滤波输出的直流偏置监测信号Vmon。如上所述，在Tstart到Tend期间信号的直流分量一直保持为Vend，因此Vmon也在此期间保持等于Vend。

图5(f)-(i)表示了假如使用现有技术时在信号经过耦合电容304之前叠加直流偏置控制信号的示意性信号波形。

图5(f)为光电二极管和跨导放大器输出的电信号V_A。因为V_A和Vsig1类似，这里省略其描述。

图5(g)为施加在耦合电容304之前的直流偏置控制信号V’_DC。在现有技术中，在保护时隙期间维持V’_DC等于预测的下一个突发数据包信号的直流分量，可以使耦合电容304提前完成充电过程，从而在Tstart到Tend期间保持稳定而不会引起信号畸变。从突发数据包到来时，即Tstart开始，V’_DC切换到等于零，并维持等于零直到Tend。

这样的直流偏置控制信号V’_DC和突发数据包信号V_A叠加后得到合成信号V_B，其直流分量从上一个突发数据包结束到本突发数据包结束一直维持不变，如图5(h)所示。所以在经过耦合电容304后的输出信号V_C的直流分量在Tstart之前就达到稳定状态，也就是零，并在Tstart到Tend期间保持不变，如图5(i)所示。这就消除了从Tstart到Tstable时间段的信号畸变。然而，如图所示，由于耦合电容304的隔离直流分量效应(也称为隔直效应)，最终得到的信号V_C的直流分量只能等于零，等效于限幅放大器判决阈值只能等于零，这不利于进行优化的数字信号接收。

图6(a)和(b)是在本发明中的光线路终端存储器中的存储直流偏置表1041以及动态带宽分配信息表1042。如图6(a)所示，直流偏置表1041包括标识光网络单元的LLID(LLID：Logic Link Identifier)和直流偏置控制参数，例如表示直流偏置控制信号V_DC在保护时隙期间的取值的Vstart，表示V_DC在稳定期间的取值的Vend，决定V_DC从Vstart增加到Vend的快慢的预设时间常数tc(预设为例如5ns，对应于100pf电容和50omh负载，参见图5(c)的说明)，表示总误码数的Nerr以及表示开始计数误码后总计数时间的Terr。

如图6(b)所示，动态带宽分配信息表1042包括标识光网络单元的LLID和动态带宽分配参数，例如表示分配给对应于LLID的光网络单元的时隙开始时间Tstart和结束时间Tend。

图6(c)和(d)是现有技术中的参数查找表和光网络单元RSSI(RemoteSignal Strength Indicator)表。在图6(c)中，参数查找表包括标识上一个突发数据包功率的功率X、标识本突发数据包功率的功率Y，以及对应于这两个功率的相关参数(参考US 2007/0264031A1)。在图6(d)中，光网络单元RSSI表包括标识光网络单元的ONU，以及对应于该光网络单元的功率参数(参考US 2007/0264031A1)。和图6(c)中的固定的查找表相比，图6(a)中的根据本发明的直流偏置表是可变的并在系统工作中持续的优化以维持在最优值，因此更加的灵活。

图7是从光线路终端10向光网络单元40发送的硬件设置时间消息示意图。在无源光网络系统中，光线路终端10通过分路器20和光纤30构成的树形拓扑链路和光网络单元40相连接，并通过上述链路向光网络单元40发送硬件设置时间消息50。

图8表示光线路终端10向光网络单元40发送硬件设置时间消息50并改变硬件设置时间的消息时序。当系统初始化或光网络单元40重新恢复连接时，光线路终端10在固定的周期性发现窗口向所有光网络单元40广播发现消息(S901)，同时光线路终端10和光网络单元40都把硬件设置时间设置为默认值(S901和S902)，例如800ns。光网络单元40在收到发现消息后向光线路终端10发送注册请求(S903)。然后光线路终端10对光网络单元40进行正常的注册过程(参见标准IEEE802.3ah)，并向该光网络单元40发送注册消息(S904)来表示注册成功。在完成上述正常注册过程后，光线路终端10和光网络单元40使用在S901和S902中设置的硬件设置时间进行通信，其间光线路终端10向光网络单元40发送带宽分配消息来向光网络单元40分配时隙(S905)，而光网络单元40在所分配时隙向光线路终端10发送上行数据和报告(S906)。同时光线路终端10优化和调整直流偏置表中的直流偏置控制参数(S907，参见图10-13中的参数优化过程流程图)。在完成参数优化过程后，光线路终端10更新其存储器中的硬件设置时间(S908)，并向光线路终端10发送包括更新后的硬件设置时间的硬件设置时间消息(S909)。光网络单元40在收到该消息后把其存储器中的硬件设置时间更新为消息中包括的硬件设置时间值(S908)。之后光线路终端10和光网络单元40使用新的硬件设置时间默认值进行通信，其间光线路终端10向光网络单元40发送带宽分配消息来向光网络单元40分配时隙(S911)，而光网络单元40在所分配时隙向光线路终端10发送上行数据和报告(S912)。

图9是在光线路终端10中控制器105设置直流偏置控制信号V_DC的流程图。当接收上行方向数据时，光线路终端10以一个突发数据包及其前面的保护时隙为一个程序周期。光线路终端10首先等待上一个周期结束，也就是等待上一个突发数据包的结束(S1001)，然后开始新的程序周期。这时，光线路终端10查询DBA信息表1042来得到通信时隙信息LLID、Tstart和Tend(S1002)，从而得知即将到达的突发数据包是从哪个光网络单元发送的，以及其开始和结束的时间。然后光线路终端10搜索直流偏置表1041，得到和上述LLID相对应的直流偏置控制参数Vstart、Vend和tc(S1003)。接下来，光线路终端10输出等于Vstart的直流偏置控制信号V_DC(S1004)，同时等待下一个突发数据包的到达(S1005)，也就是从DBA信息表1042得到的Tstart所标识的时刻。从Tstart开始，光线路终端10以步长-Vstart/tc*Δt增加V_DC(S1006)，并判断V_DC是否大于等于Vend(S1007)。在步骤S1007中，如果判决结果是否(N)，则返回步骤S1006继续增加V_DC，否则如果判决结果是是(Y)，则进入稳定状态并优化Vend和Vstart(参见图10和13中的参数优化流程图)直到这个突发数据包结束时间Tend(S1008)，然后进入下一个程序周期。

图10是在光线路终端10中控制器105优化直流偏置控制参数Vend的流程图。当光线路终端10进入图9步骤S1008中的稳定状态后开始优化直流偏置控制参数Vend和Vstart。首先光线路终端10进入优化Vend的程序，设定临时变量Vend1等于Vend(S1101)。然后光线路终端10判断当前时间t是否大于等于当前突发数据包结束时间Tend(S1102)。在步骤S1102中，如果判决结果是是(Y)，则退出程序(S1103)，否则如果判决结果是否(N)，则进入下一步设置临时变量BE1等于误码率BE，并计算更新当前误码率BE(参见图11中的BE计算流程图)(S1104)。在这一步骤S1104中，如果是第一次计算该光网络单元的误码率，则把BE和BE1都初始化为零。然后光线路终端10判断当前误码率BE是否等于旧的误码率BE1(S1105)。在步骤S1105中，如果判决结果是是(Y)，表示误码率不变，则返回步骤S1102继续步骤S1102，S1104和S1105构成的循环，否则如果判决结果是否(N)，则进入下一步判断当前误码率BE是否大于旧的误码率BE1(S1106)以及接下来判断当前参数Vend是否大于等于旧的参数Vend1(S1107或S1110)。如果在步骤S1106中判决结果是是(Y)，表示误码率增加，且在步骤S1107中判决结果是否(N)，表示正在减小Vend，或者如果在步骤S1106中判决结果是否(N)，表示误码率减小，且在步骤S1110中判决结果是是(Y)，表示正在增加Vend，则按预设的步长ΔV增加Vend(S1108)。否则如果在步骤S1106中判决结果是是(Y)，表示误码率增加，且在步骤S1107中判决结果是是(Y)，表示正在增加Vend，或者如果在步骤S1106中判决结果是否(N)，表示误码率减小，且在步骤S1110中判决结果是否(N)，表示正在减小Vend，则按预设的步长ΔV减小Vend(S1109)。然后光线路终端10根据步骤S1108或S1109得到的Vend来更新直流偏置表1041(S1111)，并更新直流偏置控制信号V_DC(S1112)。在这之后，光线路终端10返回步骤S1102，继续由步骤S1102-S1112构成的循环。

图11是在光线路终端10中控制器105计算BE的流程图。在图10步骤S1104中，光线路终端10进入计算当前误码率BE的程序(S1201)。光线路终端10首先检查误码指示信号Ierr是否等于零(S1202)。在步骤S1202中，如果判决结果是是(Y)，表示没有新的误码发生，则退出程序(S1203)，否则进入下一步搜索直流偏置表1041得到和当前光网络单元LLID对应的直流偏置控制参数Nerr和Terr(S1204)，其中Nerr表示总误码数，而Terr表示总计数时间。接下来光线路终端10让Nerr的值加1，让Terr的值增加t-Tstart(S1205)。然后光线路终端10计算当前误码率BE等于Nerr除以Terr，并在把更新直流偏置表1041中的Nerr和Terr(S1206)后退出(S1203)。

图12是在光线路终端10中控制器105优化直流偏置控制参数Vstart的流程图。当光线路终端10进入图9步骤S1008中的稳定状态后开始优化直流偏置控制参数Vend和Vstart。在进入优化Vstart的程序(S1301)后，光线路终端10判断当前时间t是否大于等于当前突发数据包结束时间Tend(S1302)。在步骤S1302中，如果判决结果是否(N)，则计算积分

后返回步骤S1302继续执行由步骤S1302和S1303构成的循环，否则如果判决结果是是(Y)，则进入下一步判断表示设定的信号直流分量Vend和监测到的信号直流分量Vmon之间的差的M是否大于等于零(S1304)。在步骤S1304中，如果判决结果是是(Y)，则按预设步长ΔV减小Vstart(S1305)，否则如果判决结果是否(N)，则按预设步长ΔV增加Vstart(S1306)。然后光线路终端10更新直流偏置表1041中的直流偏置控制参数Vend和Vstart(S1307)，并退出程序(S1308)。

图13是在光网络单元40中控制器105根据硬件设置时间消息50设置硬件设置时间的流程图。当光网络单元40加电启动(S1401)后，把硬件设置时间设置为默认值，例如800ns(S1402)，然后进行正常的注册过程(S1403，参见标准IEEE802.3ah)。在完成注册后，光网络单元40使用此硬件设置时间和光线路终端10进行正常通信(S1404)。通信期间，光网络单元40检查是否收到硬件设置时间消息50(S1405)。在步骤S1405中，如果判决结果是否(N)，表示没有收到硬件设置时间消息50，则返回步骤S1404继续正常通信，否则如果判决结果是是(Y)，表示收到硬件设置时间消息50，则把硬件设置时间更新为收到的硬件设置时间消息50中包括的硬件设置时间(S1406)，然后返回步骤S1404使用更新后的硬件设置时间进行正常通信。在光网络单元40的通信过程中一直保持由步骤S1404-S1406所构成的循环。

图14是在光线路终端10中控制器105设置硬件设置时间并发送硬件设置时间消息50的流程图。光线路终端10发起注册过程后，如果收到来自光网络单元40注册请求(S1501)，则在直流偏置表1041中给对应的光网络单元初始化一个记录行，把直流偏置控制参数Vstart、Vend、tc、Nerr和Terr设定为预设值，例如分别为0、0、5ns、0、0，并把硬件设置时间设定为第一预设值，即默认值，例如800ns(S1502)。然后光线路终端10和光网络单元40完成正常的注册过程(S1503)。接下来光线路终端10在打开直流偏置控制的情况下，用当前硬件设置时间和光网络单元40进行正常通信，同时优化直流偏置控制参数Vstart和Vend(S1504，参见图10-13中的参数优化过程流程图)。每次完成参数优化程序后，光线路终端10判断参数优化过程中得到的

是否小于等于预设的阈值

(S1505)。在步骤S1304中，如果判决结果是否(N)，则返回步骤S1504继续进行优化直到M小于预设阈值为止，否则如果判决结果是是(Y)，表示参数优化达到稳定状态，则光线路终端10把硬件设置时间更新为第二预设值，例如8ns，并向光网络单元40发送硬件设置时间消息50(S1506)，其中硬件设置时间消息50包括更新的硬件设置时间。然后光线路终端10用新的硬件设置时间和光网络单元40进行正常通信，同时继续优化直流偏置控制参数Vstart和Vend(S 1507，参见图10-13中的参数优化过程流程图)。

(第二实施例)

下面结合图15和图16对本发明第二实施例进行说明。因为本实施例中的光线路终端框图、直流偏置的控制和优化原理图、消息时序以及各流程图和第一实施例中的类似，为了简单明了，以下省略对这些部分的描述，并在对相同元件的描述中使用和第一实施例中相同的编号。

如图15所示，光线路终端10的PON接口103中的光接收单元202进一步包括用于把光信号转换成电信号的光电二极管301，对转换的电信号进行初步放大的跨导放大器302，对放大后的信号进行限幅放大的限幅放大器303，以及向限幅放大器303输入端叠加直流偏置V_DC的偏置点305和抽取叠加后信号来进行监测的监测接口306。在图15中，来自光电二极管301和跨导放大器302的上行方向电信号Vsig1在偏置点305叠加了来自控制器105的直流偏置控制信号V_DC后成为给限幅放大器303的输入信号Vsig3(参考图16中的示意性信号波形)。同时监测接口306监测Vsig3，通过例如低通滤波的方法向控制器105输出直流偏置监测信号Vmon。在经过限幅放大器303对信号Vsig3进行限幅放大之后，把信号发送给CDR/SerDes 204(未示出)。

同样地，信号在经过CDR/SerDes 204和FEC 205后发送给MAC 206进行链路层数据处理，同时把误码指示信号Ierr发送给控制器105。控制器105、偏置点305、限幅放大器303、CDR/SerDes 204、FEC 205以及监测接口306就构成了一个反馈控制环路。控制器105根据直流偏置监测信号Vmon、误码指示信号Ierr、直流偏置表1041中的直流偏置控制参数和DBA信息表1042中的通信时隙信息(参见图6中的详细表格格式)来计算得到直流偏置控制信号V_DC(参见图9中的控制过程流程图)，并将其施加到数据信号。同时控制器105还根据以上反馈信息来优化直流偏置控制参数(参见图10-13中的参数优化过程流程图)，并将其写入到存储器104中的直流偏置表1041。存储器104中的DBA信息表1042来自于控制器中的正常动态带宽分配过程(参见标准IEEE802.3ah)。

图16(a)-(d)是在本发明中的数据信号、直流偏置控制信号以及监测信号的示意性波形(直流耦合情况)。

和图5(a)中所示的相类似，图16(a)中所示为光电二极管和跨导放大器输出的电信号Vsig1，其中在Tstart和Tend之间时间段的是突发数据包的数据，而在这个突发数据包和前一个/下一个突发数据包之间的是保护时隙。在突发数据包期间，信号Vsig1的直流分量是Vavg。

因为本实施例中采用直流耦合，信号Vsig1在偏置点305直接和直流偏置控制信号V_DC相叠加。其中直流偏置控制信号V_DC的示意性波形如图16(b)所示。在保护时隙期间，V_DC等于对应于发送下一个突发数据包的光网络单元的直流偏置控制参数Vstart，而在Tstart到Tend期间一直保持为Vend，其中Vstart等于接近零附近的值，而Vend等于接近-Vavg附近的值。

图16(c)表示Vsig1叠加上述直流偏置控制信号V_DC得到的信号Vsig3。由于直流偏置控制信号V_DC的变化抵消了信号Vsig1直流分量的跳变，信号Vsig3的直流分量始终保持在零附近，特别地，在Tstart到Tend期间等于Vavg+Vend，等效于限幅放大器判决阈值偏移了-(Vavg+Vend)。虽然在图中Vstart和Vend都是负值，但在实际应用中并不限于此。

图16(d)表示监测端口306通过低通滤波输出的直流偏置监测信号Vmon。如上所述，在Tstart到Tend期间信号的直流分量一直保持为Vavg+Vend，因此Vmon也在此期间保持等于Vavg+Vend。尽管已经参考本发明的典型实施例，具体示出和描述了本发明，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行形式和细节上的多种改变。

在本发明的示例性实施例中，把本发明所提出的具有直流偏置优化功能的突发接收机应用于无源光网络。此外，本发明还可以应用于光突发交换(OBS：Optical Burst Switch)网络中的突发接收机和无线通信系统中的无线接收机，以及其它接收信号幅度有突发变化的信号的数字信号接收系统。

Claims

1.一种光线路终端，与多个光网络单元连接，其特征在于，具有：

光网络接口，具有将从光网络单元接收到的光信号转换为电信号、接收用于控制直流偏置的直流偏置控制信号并输出用于监视直流偏置的直流偏置监视信号的光接收单元和检测上述电信号中的误码并输出误码指示信号的误码检测单元；

存储器，存储表示与每个光网络单元的直流偏置控制参数相对应的直流偏置表和表示给每个光网络单元分配的通信时隙信息的动态带宽分配信息表；以及

控制器，接收上述光接收单元输出的直流偏置监视信号和上述误码检测单元输出的误码指示信号，并输出直流偏置控制信号给上述光接收单元，从而与上述光网络接口形成一个反馈回路，

所述直流偏置控制信号是由控制器根据上述直流偏置监视信号、上述误码指示信号、从存储器中的直流偏置表读出的直流偏置控制参数和从动态带宽分配信息表中读出的通信时隙信息通过计算而得到的信号。

2.根据权利要求1所述的光线路终端，其特征在于，

上述光接收单元包括：

光电二极管，用于将从光网络单元接收到的光信号转换成电信号；

跨导放大器，与上述光电二极管相连接，用于放大上述光电二极管输出的电信号；

限幅放大器，通过交流耦合的电容器和上述跨导放大器相连接，用于对上述跨导放大器的输出信号进行限幅放大；

耦合电容器，连接上述跨导放大器的输出端和上述限幅放大器的输入端来实现上述跨导放大器和上述限幅放大器之间的交流耦合；

监测接口，与上述限幅放大器的输入端相连接并根据输入到上述限幅放大器的信号输出直流偏置监测信号；

其中，上述限幅放大器的输入信号为上述跨导放大器的输出信号和直流偏置控制信号之和。

3.根据权利要求1所述的光线路终端，其特征在于，

上述误码检测单元是前向纠错码解码器。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的光线路终端，其特征在于，

上述直流偏置表中的直流偏置控制参数包括标识光网络单元的用户ID、第一电压参数以及第二电压参数和时间常数；动态带宽分配信息表中的通信时隙信息包括标识光网络单元的用户ID、第一时间参数以及第二时间参数。

5.根据权利要求4所述的光线路终端，其特征在于，

上述控制器输出的直流偏置控制信号在动态带宽分配信息表中的用户ID对应的第一时间参数表明的时刻等于直流偏置表中相同的用户ID对应的第一电压参数，并从上述第一时间参数表明的时刻开始以直流偏置表中相同的用户ID对应的时间常数所决定的指数关系来增加，以达到直流偏置表中相同的用户ID对应的第二电压参数，并且保持等于上述第二电压参数的值直到上述动态带宽分配信息表中的用户ID对应的第二时间参数为止。

6.根据权利要求4所述的光线路终端，其特征在于，

上述控制器通过最小化上述误码指示信号所表明的误码率来优化上述直流偏置控制参数中的第二电压参数，以及通过最小化上述直流偏置监测信号和上述第二电压参数之差来优化上述直流偏置控制参数中的第一电压参数。

7.根据权利要求1所述的光线路终端，其特征在于，

上述存储器还存储表示与每个光网络单元的设置光线路终端光接收单元硬件所需要时间相对应的硬件设置时间参数。

8.根据权利要求7所述的光线路终端，其特征在于，

当通信初始化时硬件设置时间参数为较长的第一参数值，以及当光线路终端完成光网络单元的注册过程和直流偏置控制参数的优化过程后，上述光线路终端将硬件设置时间参数更新为较短的第二参数值，并通过硬件设置时间消息将上述第二参数值发送给上述光网络单元。

9.一种光线路收发系统，其特征在于，

具有权利要求1-8中任意一项所述的光线路终端以及与上述光线路终端连接的光网络单元。