CN102075256A - 提高突发光接收机灵敏度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高突发光接收机灵敏度的方法及装置，使用复位信号处理电路将该复位信号延长再行输入信号恢复电路，该信号恢复电路根据延长的复位信号，对差分电路中共模电压差进行恢复。通过对复位信号有效时间宽度的扩展，增加接收机中突发信号恢复电路的处理时间。从而增加交流耦合方案中耦合电容的容值，进一步提高突发接收的灵敏度。

Description

提高突发光接收机灵敏度的方法及装置

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种用于吉比特无源光网络（GPON）中局端设备（OLT）接收突发上行光信号的处理技术。

背景技术

近年来，人们对语音、数据和视频业务的需求快速增长，希望能“三网合一”进入家庭，对互联网业务的传输带宽要求也越来越高，而无源光网络以其业务透明、寿命长、带宽承载能力几乎无限、能适应不断增长的带宽与新业务发展需求的优势，自然成为接入层网络发展的必然趋势。

吉比特无源光网络（GPON）技术是基于ITU-T　G.984.x标准的最新一代宽带无源光网络接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。

无源光网络系统是一点到多点系统，一个光线路终端（OLT）与多个光网络终端（ONT）通过树形光纤链路连接。在无源光网络中的上行方向，从各ONT到OLT的数据传输采用时分多址(TDMA)的方式,也是突发数据包的传输。GPON业务是异步的，下行规定为2.488Gbyte/s，上行定义为1.244Gbyte/s。在上行业务中，给每个用户一个传输数据的时隙。从ONT到OLT的业务不是连续的，由一个个突发数据组成。无源光网络系统由于各个光网络终端的位置不同、距离不同、光线路状态不同，其光纤中传输损耗就不同，造成OLT 接收到的各个数据包光功率大小各异，所以要求光线路终端的接收部分为突发式、高动态范围，这也是突发模式光接收机的主要特点之一。

而在OLT中，上行方向处理这些高速突发数据的接收是很具有挑战性的。传统模式光接收机的数据接收其建立时间很长，远大于几百纳秒甚至几个微秒，根本不能满足GPON系统的应用。对于上行的突发信号，OLT突发接收模块不仅要从中恢复出幅值相等的信号，而且要消除相位突变，即完成时钟和相位的对齐，因此OLT输出的信号应该为幅值相等且时钟和相位对齐的电信号。GPON上行突发模式开销由保护时间、前导码和定界符三部分组成，整个开销的最大长度为128字节。前导码是指在每一个光突发包的前部设置的为了对光突发包的数据进行幅度恢复和相位同步的特殊码元。GPON OLT的突发模式接收面临严酷的指标要求，GPON的包间隔为32比特，允许最大连续码长为72比特。

在GPON系统中，由于ONT发送突发信号，OLT端的信号判决电平存在很大差异。因此，接收模块必须随着信号电平的变化，改变判决门限电平，这样才能准确的恢复接收到的信号。对于传统的光接收机一般采用的交流耦合方式，突发信号缺少直流平衡分量，信号经过交流耦合后，信号很难实现对称分布，这样放大就会造成严重的失真；而假如采用直流耦合的方式，由于突发信号幅度相差很大，存在幅度非常小的信号，因此要求接收机的放大倍数要大，这样就会出现直流电平随着小信号一起放大，使得放大器饱和而不能工作。因此，必须对光接收机进行改进，以适应光突发模式信号的要求，即突发模式的光接收机。光接收机性能的优劣主要技术指标是接收灵敏度、误码率或信噪比、带宽和动态范围。因而增大工作动态范围、提高灵敏度、降低误码率是突发式光接收模块设计所要解决的重要问题。

在GPON OLT光模块中有交流耦合和直流耦合两种突发接收方案。交流耦合方案对一般的接收机进行了改进，将前置放大器中的增益控制固定，选定合适的交流耦合电容，并引入高速开关，帮助耦合电容在短时间内快速放电，以满足快速响应的需求；直流耦合方案采用前馈式自动门限控制回路，利用网络上层提供外部复位信号将自动增益控制电路快速复位，以满足突发接收要求。直流耦合的主要思想是快速获取每个突发信号的电平，从而进行电平调整。其灵敏度代价小，信号电平恢复时间短，可满足GPON要求；但是需要同步的复位信号，结构复杂，成本较高。

交流耦合法是目前应用最广泛的一种解决方案，其主要思想是采用截止频率较高的交流耦合，加快信号电平的恢复时间。采用交流耦合的最大好处，就是没有信号偏移和包之间复位的麻烦；缺点是：由于信号低频分量的较大衰减，导致长连“1”和长连“0”信号的衰变，引入接收灵敏度代价，需在灵敏度代价和电平恢复时间之间折中选择。利用交流耦合高通滤波器滤除了接收数据中的低频分量，会造成在长串‘1’或‘0’时脉冲顶部跌落而产生失真。传统的交流耦合接收机为避免脉冲顶部跌落而需要一个大电容器来降低低频截止频率。此时，由于大电容器的充放电时间，接收机不能对突发包中的直流电平变化做出快速响应。因而在设计中引入了高速开关芯片，其作用非常简单，就是在短时间内，将交流耦合部分电阻的两端短接，帮助耦合电容快速放电，以满足快速响应的需求。由高速开关芯片组成的信号恢复电路一般由Reset复位信号控制开关，如图1（图1是传统光突发接收机的电路结构示意图）所示。

Reset复位信号在突发光接收机中起到非常重要的作用，可以由模块内部产生，也可由外部引入。目前GPON OLT系统普遍会支持给OLT光模块提供Reset复位信号，但是为了提供各光模块产品的兼容性，其复位信号的宽度一般只有12至16比特。而OLT光模块中突发接收机如果能得到更长时间的复位信号，对于突发接收机的工作动态范围、灵敏度等指标都会有很大的改善。

OLT模块的LOS信号由LOS信号产生电路产生，用于指示上行ONT光包是否存在。

发明内容

本发明的目的在于提出一种提高突发光接收机灵敏度的方法及装置，通过对复位信号有效时间宽度的扩展，增加接收机中突发信号恢复电路的处理时间。从而增加交流耦合方案中耦合电容的容值，进一步提高突发接收的灵敏度。

为达此目的，本发明提供一种提高突发光接收机灵敏度的方法，将复位信号输入复位信号处理电路，该复位信号处理电路将该复位信号延长再行输入信号恢复电路，该信号恢复电路根据延长的复位信号，对差分电路中共模电压差进行恢复。

对交流耦合电路进行恢复的方法，为将交流耦合部分电阻的两端通过一高速开关连接，该高速开关由该延长的复位信号控制。

本发明还提供一种实现提高突发光接收机灵敏度的方法的装置，包括光探测器及前置放大器、信号恢复电路、限幅放大器和LOS信号（上行ONT（光网络终端）光包有效信号）产生电路。还包括复位信号处理电路。

光信号进入该光探测器及前置放大器；该光探测器及前置放大器的输出分别进入该信号恢复电路和该LOS信号产生电路；该LOS信号产生电路产生LOS信号；复位信号输入该复位信号处理电路，该复位信号处理电路输出至该信号恢复电路；该信号恢复电路输出至该限幅放大器。

该复位信号处理电路可以包括或门；该或门输出至该信号恢复电路。

该复位信号连接至该或门的输入端。

该复位信号处理电路还可以包括延时展宽电路；该复位信号输入延时展宽电路；该延时展宽电路输出复位延时信号；该复位延时信号输入该或门的输入端。该延时展宽电路可以包括一电阻和一电容；该复位信号连接至电阻的一端，电阻的另一端与该电容的一端相连，并作为该延时展宽电路的输出。该延时展宽电路可以为可编程逻辑电路，该可编程逻辑电路的输入信号经延时展宽后输出。该延时展宽电路可以为缓冲器。该延时展宽电路的延时，不超过该复位信号的脉冲宽度。

该LOS信号可以连接至该或门的输入端。

该复位信号处理电路可以为可编程逻辑电路，该复位信号输入该可编程逻辑电路，该可编程逻辑电路输出至该信号恢复电路。该LOS信号输入该可编程逻辑电路。

本发明的提高突发光接收机灵敏度的方法及装置通过对复位信号有效时间宽度的扩展，增加接收机中突发信号恢复电路的处理时间。从而增加交流耦合方案中耦合电容的容值，进一步提高了突发接收的灵敏度。与同类的光突发接收机相比，采用了本方案的突发光接收机具有较高的接收灵敏度和较大的光功率接收动态范围，成本较低、适合技术和市场发展要求。

附图说明

图1是传统光突发接收机的电路结构示意图。

图2是本发明中光突发接收机的电路结构示意图。

图3是本发明具体实施方式一中复位信号处理电路的电路结构示意图。

图4是本发明具体实施方式一中复位延时信号产生电路示意图。

图5是本发明具体实施方式一中延时展宽电路的实现方式示意图。

图6是本发明具体实施方式二中复位信号处理电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明技术方案的主要思想是通过对复位信号有效作用时间长度的延长，来为突发光接收机中突发信号恢复出数据提供更多的处理时间，从而增加了突发光接收机的动态接收范围。并且对复位信号有效作用时间长度的延长，还可以令电路设计人员信号在恢复电路选用器件时能选择更优的参数，从而进一步提高了突发接收机的灵敏度等性能。通过使用该方案，利用低成本使突发接收机的工作性能有明显的改善。

图2是本发明中光突发接收机的电路结构示意图，比传统结构图1增加了复位信号处理电路部分，来自上位机的复位信号直接输入到复位信号处理电路部分，而信号恢复电路由复位信号处理电路的输出信号来控制。

图3是本发明具体实施方式一中复位信号处理电路的电路结构示意图。复位信号处理电路主要包括三个输入信号和一个三端口输入管脚的或门。三个输入信号分别连接到或门的三个输入管脚上，它们是来自上位机的复位信号、复位延时信号和LOS信号，而或门的输出端直接连接到信号恢复电路的控制信号输入端。其中复位延时信号如图4（图4是本发明具体实施方式一中复位延时信号产生电路示意图）所示，由来自上位机的复位信号经过延时展宽电路后输出的。延时展宽电路可以采用专门的集成芯片，例如ADuC7020的可编程逻辑电路，另外为节约成本也可以采用普通的缓冲器，或者采用图５（图5是本发明具体实施方式一中延时展宽电路的实现方式示意图）中的电阻电容网络来构成。复位延时信号比复位信号的延时必须小于复位信号的脉冲宽度，复位延时信号的脉冲宽度可以根据用户的需要和延时展宽电路结构来决定，例如采用图５中的电阻电容网络则复位延时信号的脉冲宽度和其延时相关，需要在应用中调整电阻和电容的参数。LOS信号的输入有效的增加了本接收机在GPON 系统应用时测距环节的接收性能，使上位机复位信号不理想的情况下，接收机仍能高性能的工作。在实际应用中本具体实施方式也可以灵活的变换，比如只选取来自上位机的复位信号、复位延时信号和LOS信号中的两个或一个作为或门的输入端，对接收机性能仍有一定程度的改善。

图6是本发明具体实施方式二中复位信号处理电路的电路结构示意图。复位信号处理电路主要包括一个可编程逻辑器件，例如ADuC7020内部嵌入的可编程电路部分。来自上位机的复位信号和LOS信号分别连接可编程逻辑器件的两个输入端，而可编程逻辑器件的输出端直接连接到信号恢复电路的控制信号输入端。在可编程电路内部，可以根据用户和实际的需要将复位信号和LOS信号任意延时和展宽，并相互逻辑操作，得到需要的信号恢复电路的控制信号。在实际应用中本具体实施方式也可以灵活的变换，比如只选取来自上位机的复位信号和LOS信号中的一个作为可编程逻辑器件的输入端，对接收机性能仍有一定程度的改善。

任何基于本发明的精神，对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，均应当属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种提高突发光接收机灵敏度的方法，其特征在于：将复位信号输入复位信号处理电路，所述复位信号处理电路将所述复位信号延长再行输入信号恢复电路，所述信号恢复电路根据延长的复位信号，对差分电路中共模电压差进行恢复。

2.根据权利要求1所述的提高突发光接收机灵敏度的方法，其特征在于：所述对交流耦合电路进行恢复的方法，为将交流耦合部分电阻的两端通过一高速开关连接，所述高速开关由所述延长的复位信号控制。

3.一种实现权利要求1所述提高突发光接收机灵敏度的方法的装置，包括：

光探测器及前置放大器；

信号恢复电路；

限幅放大器；和

LOS信号（上行ONT（光网络终端）光包有效信号）产生电路；

其特征在于，还包括：

复位信号处理电路；

光信号进入所述光探测器及前置放大器；所述光探测器及前置放大器的输出分别进入所述信号恢复电路和所述LOS信号产生电路；所述LOS信号产生电路产生LOS信号；复位信号输入所述复位信号处理电路，所述复位信号处理电路输出至所述信号恢复电路；所述信号恢复电路输出至所述限幅放大器。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述复位信号处理电路包括或门；所述或门输出至所述信号恢复电路。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述复位信号连接至所述或门的输入端。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述复位信号处理电路还包括延时展宽电路；所述复位信号输入延时展宽电路；所述延时展宽电路输出复位延时信号；所述复位延时信号输入所述或门的输入端。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述LOS信号连接至所述或门的输入端。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述延时展宽电路包括一电阻和一电容；所述复位信号连接至电阻的一端，电阻的另一端与所述电容的一端相连，并作为所述延时展宽电路的输出。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述延时展宽电路为可编程逻辑电路，所述可编程逻辑电路的输入信号经延时展宽后输出。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述延时展宽电路为缓冲器。

11.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述延时展宽电路的延时，不超过所述复位信号的脉冲宽度。

12.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述复位信号处理电路为可编程逻辑电路，所述复位信号输入所述可编程逻辑电路，所述可编程逻辑电路输出至所述信号恢复电路。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：所述LOS信号输入所述可编程逻辑电路。

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