CN101938677A

CN101938677A - 10g之epon单纤双向节能光模块

Info

Publication number: CN101938677A
Application number: CN2010102901875A
Authority: CN
Inventors: 蒋旭; 杨毅; 卢勇; 宋媛
Original assignee: Source Photonics Chengdu Co Ltd
Current assignee: Source Photonics Chengdu Co Ltd
Priority date: 2010-09-25
Filing date: 2010-09-25
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2030-09-25
Also published as: CN101938677B

Abstract

本发明公开了一种10G带节能功能的单纤双向光模块，包括10G突发式发端节能电路、10G突发式发端保持电路、10G连续接收端节能电路、10G连续接收端保持电路和微控制电路五部分；本发明的优点是：设计成本低，电路设计简单，不影响10GEPON系统正常通信且能充分利用光模块静默时间降低10GEPON通信系统功耗，达到节能减排的目的。

Description

10G之EPON单纤双向节能光模块

技术领域

发明涉及10G以太网无源光网络 (10GEPON)节能技术，特别是涉及一种高速单纤双向SFP+ 10G EPON ONU光模块的节能功能电路。

背景技术

随着FTTx（光纤到用户终端）技术的推广和普及，高速宽带业务逐步改变着人们的生活和工作方式，SOHO将非常容易实现，家庭高清互动影视节目、远程医疗、远程教育等不再遥远，带宽需求随着生活水平的不断提高而不断增加。10G EPON技术由于能够有效提供更高的带宽，逐渐成为运营商和设备供应商下一代宽带业务的首选解决方案。然而，目前传统的10G 通信技术所使用的电路和光器件功耗都较大，有时甚至影响正常通信，因此，有效降低10G光模块能耗是10G PON系统发展的必然趋势（如图1）。

基于目前10G技术方案，有效降低10G电路和光器件的瞬时功耗难度较大。但是，在PON系统应用中，一个OLT（Optical Line Terminal）光模块可能会与32个或者更多ONU（Optical Net Unity）光模块对接（如图2）：上行业务即ONU光模块的发端部分通过分时复用与OLT突发接收配合工作；下行业务采用OLT广播的方式连续发送通信业务到ONU光模块接收端， ONU光模块根据系统要求选择性接收广播信号。因此，充分利用ONU光模块的工作特性，在其静默时降低能耗是一种非常有效而且节能效果更明显的解决方案，同时该方案不会影响PON 系统的正常通信。但是，由于PON系统突发通信机制的复杂性，该方案的难点在于：a)发端和收端电路需要分别控制，以提供高节能效率；b)节能模式和正常工作模式的快速响应，保证系统能够正常通信；c）发端和收端电路进入节能模式前，工作状态的正确保存以及进入正常工作状态后对被保存信息的快速恢复；d)当ONU光模块接收端关断后无法与OLT建立通信，PON系统如何控制收端节能电路。

发明内容

本发明克服了现有10G 对称ONU技术中高功耗的缺点，提供了一种高速单纤双向10Gb/s光模块的节能电路,有效降低10G ONU在PON系统中的能耗。

本发明的技术方案如下：一种高速单纤双向光模块节能降耗电路，包括突发式发端节能电路、突发式发端保持电路、连续接收端节能电路、连续接收端保持电路和微控制电路；其特征在于，所述突发式发端节能电路根据系统动态分布的工作时隙要求，在发端不需要工作时间段快速关断发端各功能部件降低光模块功耗，在发端工作时间段配合突发式发端保持电路快速恢复正常工作状态；所述连续接收端节能电路在静默时间段快速关断收端电路并根据系统要求配合连续接收端保持电路快速恢复接收端工作状态；所述微控制电路实现收发端的状态保存以及提供节能功能的软件控制接口。

根据本发明的实施例，PON系统上行业务采用突发方式分时复用（TDM）光线路单元（OLT）带宽，所以，突发式发端节能电路和突发式发端保持电路在不需要使用发端功能即系统业务上行传输时可根据10G EPON 系统提供的控制逻辑信号快速关断发端电路，实现发端节能，同时将发端工作状态保存；在需要实现系统业务上行传输和通信时，根据保存状态，快速恢复ONU光模块发端工作状态，满足PON系统上行业务要求。

根据本发明的实施例，ONU 光模块选择性接收光线路单元（OLT）下行广播业务，在不需要接收系统下行业务和数据时根据10G EPON 系统提供的控制逻辑信号快速关断收端电路，实现收端节能，同时将收端工作状态保存；在需要实现系统业务下行接收时，根据保存记录，快速恢复ONU光模块接收功能，满足PON系统下行业务要求。

根据本发明的实施例，ONU光模块中的微控制电路需根据系统控制逻辑分别提供收发端各部分电路工作状态控制逻辑和状态保存，保证各部分功能电路协同工作；提供节能功能的软件控制接口寄存器，使PON系统能够适时监控各ONU光模块节能模式和工作模式状态。

与现有10G ONU技术相比，本发明的优点是：节能控制电路能够在ONU光模块静默时最大限度的降低其能耗并且根据系统控制逻辑要求，在工作模式和节能模式之间快速切换，有效保证正常通信。微控制器能高效协调ONU收发端各功能电路并提供状态查询。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是客户需求计划；

图2 是PON系统OLT和ONU工作框图；

图3是SFP+ 10G EPON ONU光模块节能功能控制电路框架图；

图4是SFP+ 10G EPON ONU发端电路节能控制功能图；

图5是SFP+ 10G EPON ONU收端电路节能控制功能图；

图6 是节能功能ONU光模块的四种工作状态；

图7 是节能功能ONU光模块工作模式切换时间。

微控制器１、10G激光器驱动电路2、10G收端放大整形电路3、雪崩光电二极管(APD)偏压控制电路4、跨阻放大器（TIA）5、雪崩光电二极管(APD)6、激光器7、背光检测二极管（MPD）8、10G 激光驱动器9、10G电信号均衡电路10、激光驱动器调制电流和偏值电流控制电路11、限幅放大器（LA）12、时钟数据恢复电路（CDR）13。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图3所示SFP+ 10G EPON ONU光模块节能功能控制电路框架图，包括微控制器１、10G激光器驱动电路2、10G收端放大整形电路3、雪崩光电二极管(APD)偏压控制电路4；其中10G激光器驱动电路包括10G 激光驱动器9和10G电信号均衡电路10，发端电信号送入光模块后，经过均衡器整形送入10G激光驱动器9调制激光器，在无上行业务传输时，该部分电路也会产生较大功耗，通过外部控制逻辑电平，可快速关断激光驱动器和电信号均衡器降低功耗；10G收端放大整形电路3主要用于将跨阻放大器（TIA）转换的小幅度电压信号放大整形，因此在收端能耗中占最大比例，当不需要接收下行广播信号时，由微控制器１送出逻辑电平关断该部分所有功能；微控制器１根据PON系统产生的收端和发端控制信号，分别送出逻辑控制电平打开和关断各功能电路，同时，微控制器1也通过IIC总线提供各功能电路的工作状态监控信息和PON系统对ONU光模块节能控制的软件接口。所以，根据上面所述，带节能功能的ONU光模块存在如下四种工作状态(图6)：

在带有节能功能的PON系统中，ONU光模块实现发端节能功能较为容易，只需要接受到OLT的节能指示后ONT送出发端节能控制逻辑就能关断发端功能电路。然而，要实现收端节能相对较难，因为ONT（Optical Net Terminal）无法接收来自系统侧的指令。为了解决这一问题，带节能功能的PON系统采用一种睡眠和周期性工作的协议（Sleep and Periodic Wake-up (SPW)）。在SPW模式中，处于睡眠即节能模式的ONU光模块会周期性的转换为工作模式，并与OLT通信，查询是否需要继续处于节能模式。如果没有下行通信需求，ONU光模块会继续工作在节能模式；如果需要接收下行广播信号，ONU光模块则转换为工作模式。根据上述工作原理，ONU光模块可实现有效节能，但是由于工作状态的切换以及ONU与OLT的通信需求确认会占用一定的通信带宽资源，ONU工作状态切换速度越慢，所占用的带宽资源也就越多，PON系统的网络利用率也就越低。目前，在考虑到网络利用率即带宽不受太大影响的情况下，PON通信系统所能接受的ONU光模块工作状态切换时间如下（图7）：

如图4所示SFP+ 10G EPON ONU发端电路节能控制功能图，发端10G电信号均衡电路10由微控制器根据ONT单元送出的控制逻辑直接控制其工作状态实现节能；激光驱动器9的节能功能分为两部分：一部分为激光驱动器9本身电路的功耗，另一部分为激光驱动器驱动激光器产生的能耗。第一部分直接由微控制器1根据节能指示逻辑实现控制，第二部分则需要由激光驱动器调制电流和偏值电流控制电路11实现关断和打开，同时在关断激光器时需要将工作状态保存，以保证发端电路的正确恢复。

如图5所示SFP+ 10G EPON ONU收端电路节能控制功能图，雪崩光电二极管(APD)偏压控制电路4所产生的能耗直接由微控制器１根据PON系统节能控制逻辑实现关断和使能；限幅放大器（LA）12和时钟数据恢复电路（CDR）13也是由微控制器１根据PON系统节能控制逻辑实现关断和使能，并且微控制器１还能够通过IIC通信总线查询该部分电路的详细工作状态。

本发明中的ONU光模块节能电路如图3所示，能够根据PON系统需求，分别对发端和收端电路实现节能控制，并提供光模块的工作状态，当ONU光模块恢复正常工作状态时，系统通信不受节能模式的影响。

本发明中的ONU光模块发端和收端节能电路如图4和5所示，能够快速响应PON系统的节能控制指示，保证ONU光模块的节能模式和工作模式切换时间满足要求，同时当ONU光模块工作在SPW模式时，有效降低PON系统带宽资源的浪费。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.10G EPON ONU单纤双向光模块，包括：10G突发式发端节能电路、10G突发式发端保持电路、10G连续接收端节能电路、10G连续接收端保持电路和微控制电路；其特征在于，所述10G突发式发端节能电路根据系统动态分布的工作时隙要求，在发端不需要的工作时间段快速关断发端各功能部件降低光模块功耗，在发端工作时间段配合所述10G突发式发端保持电路快速恢复正常工作功能；所述10G连续接收端节能电路在静默时间段快速关断收端电路并根据系统要求配合所述10G连续接收端保持电路快速恢复接收端工作状态；所述微控制电路实现收发端的状态保存以及提供节能功能的软件控制接口。

2.根据权利要求1所述的10G EPON ONU单纤双向光模块，其特征在于：该ONU 单纤双向光模块在不需要使用发端功能即系统业务上行传输时根据该10G EPON 系统提供的控制逻辑信号快速关断发端电路，所述10G突发式发端节能和保持电路实现发端节能，同时将发端工作状态保存；在需要实现系统业务上行传输和通信时，根据保存记录，快速恢复ONU光模块发端工作状态，满足PON系统上行业务要求。

3.根据权利要求1所述的10G EPON ONU单纤双向光模块，其特征在于：该ONU单纤双向光模块在不需要接收系统下行业务和数据时根据10G EPON 系统提供的控制逻辑信号快速关断收端电路，所述的10G连续接收端节能和保持电路实现收端节能，同时将收端工作状态保存；在需要实现系统业务下行传输和通信时，根据保存记录，快速恢复ONU光模块接收功能，满足所述PON系统下行业务要求。

4.根据权利要求1或2或3所述的所述的10G EPON ONU单纤双向光模块，其特征在于：所述微控制系统根据所述PON系统控制逻辑分别提供收发端各部分电路工作状态控制逻辑和状态保存以及提供节能功能的软件控制接口。

5.根据权利要求1或2或3所述的所述的10G EPON ONU单纤双向光模块，其特征在于：带节能功能的该PON系统采用一种睡眠和周期性工作的协议SPW；在SPW模式中，处于睡眠即节能模式的该ONU单纤双向光模块会周期性的转换为工作模式，并与OLT通信，查询是否需要继续处于节能模式；如果没有下行通信需求，该ONU单纤双向光模块会继续工作在节能模式；如果需要接收下行广播信号，该ONU单纤双向光模块则转换为工作模式。

6.根据权利要求1或2或3所述的所述的10G EPON ONU单纤双向光模块，其特征在于：所述的在发端不需要的工作时间段快速关断发端各功能部件降低光模块功耗的具体工作过程是：当不需要接收下行广播信号时，由所述微控制器送出逻辑电平关断该部分所有功能；所述微控制器根据所述PON系统产生的收端和发端控制信号，分别送出逻辑控制电平打开和关断各功能电路，同时，所述微控制器也通过IIC总线提供各功能电路的工作状态监控信息和所述PON系统对该ONU单纤双向光模块节能控制的软件接口。

7.根据权利要求1或2或3所述的所述的10G EPON ONU单纤双向光模块，其特征在于：发端10G电信号均衡电路（10）由微控制器（1）根据该ONT单元送出的控制逻辑直接控制其工作状态实现节能；激光驱动器（9）的节能功能分为两部分：一部分为激光驱动器（9）本身电路的功耗，另一部分为激光驱动器（9）驱动激光器（7）产生的能耗；第一部分直接由微控制器（1）根据节能指示逻辑实现控制，第二部分则需要由激光驱动器调制电流和偏值电流控制电路（11）实现关断和打开，同时在关断该激光器（7）时需要将工作状态保存，以保证发端电路的正确恢复。

8.根据权利要求1或2或3所述的所述的10G EPON ONU单纤双向光模块，其特征在于：雪崩光电二极管APD偏压控制电路（4）所产生的能耗直接由微控制器（１）根据所述PON系统节能控制逻辑实现关断和使能；限幅放大器LA（12）和时钟数据恢复电路CDR（13）也是由微控制器（１）根据所述PON系统节能控制逻辑实现关断和使能，并且微控制器（１）还能够通过IIC通信总线查询该部分电路的详细工作状态。