CN109714108A - 带恒温控制波长可调的上行突发光发射机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带恒温控制波长可调的上行突发模式光发射机，包括中央处理器CPU，半导体致冷器TEC控制电路，一体化激光器BOSA组件，以及自动功率控制电路APC和RFoG控制电路，所述的一体化激光器BOSA组件中包含微型TEC半导体致冷器，热敏电阻RT，激光器Laser，背光探测器MPD，下行光探测器PD和波分复用器WDM；本发明将TEC内置在BOSA组件中直接作用于激光器，中间没有经过任何传导介质，温度调整效率非常高，同时因为大大减少了温度散失，其所消耗的电源功率也低至<1W，在节能方面非常具有优势；同时也消除了产生OBI的隐患。

Description

带恒温控制波长可调的上行突发光发射机

技术领域

本发明属于有线电视HFC双向通信领域，尤其适用基于DOCSIS+PON架构的双向通信网络的上行突发模式光发射机，其在上行传输链路应用及消除其光差拍干扰(OBI)。

背景技术

在现行有线电视HFC(光纤同轴混合网)网络“光进铜退”的大环境下，最后一公里采用DOCSIS+PON方案的双向FTTH(光纤到户)及FTTB(光纤到楼)是现在乃至未来发展的大趋势。现有基于DOCSIS方案的传统HFC网络在实现双向传输时，由于上行分配网络在设备增加时存在的漏斗噪声汇聚问题，使双向网络面临极大的通信技术瓶颈，此时RFoG(RF overGlass)技术应运而生。

随着双向网络发展的趋势，当进入到双向光纤到户(FTTH)或光纤到楼(FTTB) 时，随着终端光机数量的不断增加，此时必须引入无源PON技术，采用RFoG光机及无源PON网络组网。当RFoG光机的上行激光器采取同一波长传输时，网络中的某些RFoG光机可能会因噪声过大而造成非正常开启，另外由于DOCSIS3.0版本以上的上行系统为多频点上行信号，将同时存在多个不同的上行时序表，同一时刻会存在多个CM设备同时发送信号，也就意味着会有多个RFoG设备同时被开启，所有的光信号通过PON网络混合后到达前端的上行光接收机，由于光波长完全相同或相临波长间隔小于0.1nm，将互相产生干扰使SNR(信噪比)值降低，从而产生误码，严重影响到通信质量，这种现象被称为OBI(光差拍干扰)。

为了消除OBI问题，业内普遍采取了在RFoG光机中使用不同输出波长激光器的方式来解决，即WDM(波分复用)方式。这个方案采用每间隔20nm来定制一种激光器波长，由于每个RFoG光机的上行光波长都互不相同，理论上一定程度上确实有效地解决了OBI问题。但同时也因为光谱资源的限制，需要避开用于下行传输的1550nm，并且其附近±40nm都不能使用，以保证光隔离度指标。如此一来实际可用的波长其实并不多，常用到的只有8个波长，网络中如果使用了数据通信，则可用波长会更少，因为要避开用于数据通信的1310nm和1490nm，这样就直接导致了网络的扩容性不强，对于后期的网络安装维护也非常繁琐。更致命的一点是，虽然标称波长间隔有20nm，但激光器在生产过程中由于其固有特性，往往并不能做到与标称波长相吻合，一般只能以标称波长±10nm来控制。而光机在工作时将产生温升，不同环境温度下光机的温升差异很大，温度的升高直接会导致激光器波长产生偏移，当在不同温度环境同时使用时，由于标称波长的误差及温度影响波长的偏移，将可能还会产生OBI。

业内还有另一种解决OBI问题的方法是采用光中继的方式，该方案在组建网络时，使每个RFoG光机与一台反向光接收机相对应，再将多个光接收机输出的 RF(射频)信号进行混合后用一台上行光发射机发送到前端CMTS。由于光机采取一对一的方式接收，不需考虑波长的问题，也就不存在产生OBI。但这种方案在组网时需要用到大量的上行光接收机和光纤，造价非常高，整个网络的运行稳定性也较差，因此并没有得到广泛应用。

随着对OBI Free技术的探索，出现了一种对激光器进行恒温控制的RFoG光机，如专利申请号为：2017207732546《一种RFoG双向光接收机》的中国实用新型专利中，提供了一种采用外置TEC对激光器进行恒温控制的方案，通过恒定激光器的温度使输出波长得到固定，并以间隔0.25nm提供16个波长以供选择。该方案在对解决OBI问题上是一大突破，但也有一定的缺陷，主要表现在TEC对激光器温度的控制响应速度上，由于TEC位于BOSA(一体化激光器组件)的底部，通过底部支架将温度传导至激光器，其间具有一定的温度散失，因此温度的调整效率并不高，表现为波长控制会比较缓慢而不够精准。同时所消耗的电源功率也较大，正常工作时接近5W。另外，该机型采用单一WDM波长设计，在标称波长的基础上提供16个间隔为0.25nm的可变波长，由于波长控制的精确度不够同时 0.25nm的间隔小了一些，在实际应用中可能还存在因温度的变化使相临两个波长间隔小于0.1nm，从而产生OBI。

发明内容

本发明的目的是提供一种带恒温控制波长可调的上行突发光发射机，其可要彻底解决OBI问题，那么需要做到两点，一是利用有限的光谱资源，使网络得到更大的扩容量；二是必须杜绝所有可能产生OBI的可能性，做到真正的OBI Free。

为实现发明目的，本发明采取如下的技术方案：

带恒温控制波长可调的上行突发模式光发射机，包括中央处理器CPU，半导体致冷器TEC控制电路，一体化激光器BOSA组件，以及自动功率控制电路APC和RFoG控制电路，所述的一体化激光器BOSA组件中包含微型TEC半导体致冷器，热敏电阻RT，激光器Laser，背光探测器MPD，下行光探测器PD和波分复用器WDM，所述中央处理器CPU位于整机系统最前端，负责波长预设值的下发及储存，中央处理器下发指令到达半导体致冷器TEC控制电路，半导体致冷器TEC控制电路再输出脉宽信号电压去控制半导体致冷器TEC的工作电流，使半导体致冷器TEC进行制冷或者制热，同时通过热敏电阻RT检测当前TEC温度，实时反馈至半导体致冷器 TEC控制电路进行循环控制，最终使半导体致冷器TEC恒定工作在预设温度上。

作为优选，所述激光器Laser与背光探测器MPD均属于激光发射部分，与半导体致冷器TEC及热敏电阻RT位于同一基座上。

作为优选，所述的激光器Laser具有左右两面发光的特性，一面光进入波分复用器WDM，另一面光进入背光探测器MPD探测，MPD将探测到的光转化为电流，反馈到外部的自动功率控制电路APC电路，APC电路根据MPD探测光电流的大小，输出控制信号改变Laser电流，从而循环控制Laser的发光强度，使Laser恒定在某一固定光功率输出。

作为优选，所述的RFoG控制电路位于APC电路与射频RF电路之间，其通过检测输入RF信号电平的高低，当输入电平高于设定开启门限值或低于设定关闭门限值时，输出控制信号到APC电路，使Laser随着输入RF信号的有无，瞬间进行导通或关闭，从而达到突发光的目的。

作为优选，RF信号是来自终端Cable Modem的上行射频信号，经放大器(RF AMP.)放大后输入到Laser中调制成光信号，完成电-光转换。

作为优选，PD用于接收来自前端的下行光信号，完成光-电转换后输入到放大器(RF AMP.)放大后输出。

作为优选，WDM位于BOSA中的末端，将来自Laser的光波长与来自前端的下行光波长进行波分复用，最后以单纤双波的方式传输出去。

本发明的带恒温控制波长可调的上行突发模式光发射机，通过设计了一种内置TEC(半导体致冷器)及RT(热敏电阻)温度检测的全新WDM一体化同轴激光器组件(BOSA)，以及先进稳定的高精度恒温驱动控制电路，以驱动BOSA组件中的TEC，同时通过BOSA内部的RT温度检测，将当前BOSA温度实时反馈到高精度恒温驱动控制电路中，控制电路再根据RT反馈的温度值，调整电路输出驱动TEC 作温度上下调整，使上行激光器始终工作在一个预设的恒定温度环境中，不随外界环境温度的改变而变化，从而精准地锁定上行激光器输出波长。TEC内置在 BOSA中直接作用于激光器，中间没有经过任何传导介质，因此温度调整效率非常高。同时因为大大减少了温度散失，其所消耗的电源功率也低至<1W，在节能方面非常具有优势。

附图说明

图1是本发明的带恒温控制波长可调的上行突发模式光发射机的结构框架图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明

实施例

如图1所示的带恒温控制波长可调的上行突发模式光发射机，包括中央处理器CPU，半导体致冷器TEC控制电路，一体化激光器BOSA组件，以及自动功率控制电路APC和RFoG控制电路，所述的一体化激光器BOSA组件中包含微型TEC半导体致冷器，热敏电阻RT，激光器Laser，背光探测器MPD，下行光探测器PD和波分复用器WDM，所述中央处理器CPU位于整机系统最前端，负责波长预设值的下发及储存，中央处理器下发指令到达半导体致冷器TEC控制电路，半导体致冷器 TEC控制电路再输出脉宽信号电压去控制半导体致冷器TEC的工作电流，使半导体致冷器TEC进行制冷或者制热，同时通过热敏电阻RT检测当前TEC温度，实时反馈至半导体致冷器TEC控制电路进行循环控制，最终使半导体致冷器TEC恒定工作在预设温度上。

所述激光器Laser与背光探测器MPD均属于激光发射部分，与半导体致冷器 TEC及热敏电阻RT位于同一基座上。

所述的激光器Laser具有左右两面发光的特性，一面光进入波分复用器WDM，另一面光进入背光探测器MPD探测，MPD将探测到的光转化为电流，反馈到外部的自动功率控制电路APC电路，APC电路根据MPD探测光电流的大小，输出控制信号改变Laser电流，从而循环控制Laser的发光强度，使Laser恒定在某一固定光功率输出。

所述的RFoG控制电路位于APC电路与射频RF电路之间，其通过检测输入RF信号电平的高低，当输入电平高于设定开启门限值或低于设定关闭门限值时，输出控制信号到APC电路，使Laser随着输入RF信号的有无，瞬间进行导通或关闭，从而达到突发光的目的。

RF信号是来自终端Cable Modem的上行射频信号，经放大器(RF AMP.)放大后输入到Laser中调制成光信号，完成电-光转换。

PD用于接收来自前端的下行光信号，完成光-电转换后输入到放大器(RF AMP.)放大后输出。

WDM位于BOSA中的末端，将来自Laser的光波长与来自前端的下行光波长进行波分复用，最后以单纤双波的方式传输出去。

Claims (7)

1.带恒温控制波长可调的上行突发模式光发射机，其特征在于包括中央处理器，半导体致冷器控制电路，一体化激光器组件，以及自动功率控制电路和RFoG控制电路，所述的一体化激光器组件中包含半导体致冷器，热敏电阻，激光器，背光探测器，下行光探测器和波分复用器，所述中央处理器位于整机系统最前端，负责波长预设值的下发及储存，中央处理器下发指令到达半导体致冷器控制电路，半导体致冷器控制电路再输出脉宽信号电压去控制半导体致冷器的工作电流，使半导体致冷器进行制冷或者制热，同时通过热敏电阻检测当前半导体致冷器温度，实时反馈至半导体致冷器控制电路进行循环控制，最终使半导体致冷器恒定工作在预设温度上。

2.根据权利要求1所述的带恒温控制波长可调的上行突发模式光发射机，其特征在于所述激光器与背光探测器均属于激光发射部分，与半导体致冷器及RT位于同一基座上。

3.根据权利要求1所述的带恒温控制波长可调的上行突发模式光发射机，其特征在于所述的激光器具有左右两面发光的特性，一面光进入波分复用器，另一面光进入背光探测器探测，背光探测器将探测到的光转化为电流，反馈到外部的自动功率控制电路，自动功率控制电路根据背光探测器探测光电流的大小，输出控制信号改变激光器电流，从而循环控制激光器的发光强度，使激光器恒定在某一固定光功率输出。

4.根据权利要求1所述的带恒温控制波长可调的上行突发模式光发射机，其特征在于所述的RFoG控制电路位于自动功率控制电路与RF电路之间，其通过检测输入RF信号电平的高低，当输入电平高于设定开启门限值或低于设定关闭门限值时，输出控制信号到激光器，使Laser随着输入RF信号的有无，瞬间进行导通或关闭，从而达到突发光的目的。

5.根据权利要求1所述的带恒温控制波长可调的上行突发模式光发射机，其特征在于RF信号是来自终端Cable Modem的上行射频信号，经放大器放大后输入到激光器中调制成光信号，完成电-光转换。

6.根据权利要求1所述的带恒温控制波长可调的上行突发模式光发射机，其特征在于行光探测器用于接收来自前端的下行光信号，完成光-电转换后输入到放大器放大后输出。

7.根据权利要求1所述的带恒温控制波长可调的上行突发模式光发射机，其特征在于背光探测器位于一体化激光器BOSA组件的末端，将来自激光器的光波长与来自前端的下行光波长进行波分复用，最后以单纤双波的方式传输出去。