CN110036577A - 时分复用(tdm)无源光网络(pon)中基于数字信号处理(dsp)的接收的功耗降低 - Google Patents

时分复用(tdm)无源光网络(pon)中基于数字信号处理(dsp)的接收的功耗降低 Download PDF

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Abstract

一种ONU，包括接收器，用于接收来自OLT的连续模式TDMA下行信号；PD，耦合到所述接收器，并用于将所述连续模式TDMA下行信号转换为电信号或RF信号；ADC，耦合到所述PD，并用于将所述电信号或所述RF信号转换为数字信号；以及突发模式数据恢复管理器，耦合到所述ADC，并用于对所述ONU对应的所述数字信号的片段执行数据恢复，所述突发模式数据恢复管理器包括同步管理器，用于对所述片段执行同步。

Description

时分复用(TDM)无源光网络(PON)中基于数字信号处理(DSP) 的接收的功耗降低
相关申请案交叉申请
本发明要求2018年3月8日递交的发明名称为“时分复用(TDM)无源光网络(PON)中基于数字信号处理(DSP)的接收的功耗降低”的第15/916,060号美国非临时专利申请案的在先申请优先权，而该专利申请案又要求2017年4月15日由Futurewei Technologies,Inc.递交的发明名称为“时分复用(TDM)无源光网络(PON)中基于数字信号处理(DSP)的接收的功耗降低”第62/485,914号美国临时专利申请案，以及2017年5月2日由FutureweiTechnologies,Inc.递交的发明名称为“时分复用(TDM)无源光网络(PON)中基于数字信号处理(DSP)的接收的功耗降低”第62/500,218号美国临时专利申请案的在先申请优先权，这三个在先申请的内容均以引入的方式并入本文本中。
技术领域
本发明涉及光网络技术领域，光网络包括TDM PON等PON。
背景技术
PON是一种用于在最后一英里提供网络接入的系统，它是向客户提供通信的电信网络的最后部分。PON是一种P2MP网络，包括CO处的OLT、用户驻地处的ONU以及将OLT耦合到ONU的ODN。PON还可以包括位于OLT与ONU之间，例如位于多个客户所在马路的尽头的RN。
NG-PON可以结合TDM和WDM来支持更高的容量，以便单个OLT可以为每个用户提供足够的带宽来服务更多的用户。在此类TWDM PON中，WDM PON可以覆盖在TDM PON之上。换言之，不同波长可以复用在一起以共享一根馈线光纤，并且每个波长可以由多个用户通过TDM共享。
发明内容
在一实施例中，本发明包括一种ONU，所述ONU包括：接收器，用于接收来自OLT的连续模式TDMA下行信号；PD，耦合到所述接收器，并用于将所述连续模式TDMA下行信号转换为电信号或RF信号；ADC，耦合到所述PD，并用于将所述电信号或所述RF信号转换为数字信号；以及突发模式数据恢复管理器，耦合到所述ADC，并用于对所述ONU对应的所述数字信号的片段执行数据恢复，所述突发模式数据恢复管理器包括同步管理器，用于对所述片段执行同步。在一些实施例中，所述ONU还包括MAC，用于向所述ADC、所述同步管理器以及所述突发模式数据恢复管理器提供TDMA突发定时信息；所述ONU还包括时钟恢复管理器，用于确定所述ADC的采样速度；所述采样速度为原始信号调制符号率乘以过采样率；所述过采样率为m/n，其中m和n都是正整数，且m大于n；所述ADC还用于在连续模式中运行，从而在所述ONU接通时基本开启或全部开启；所述ADC还用于在突发模式中运行，从而只在分配给所述ONU的时隙期间基本开启或全部开启；所述同步管理器还用于在所述片段上执行降采样，使得所述片段的采样速度与所述连续模式TDMA下行信号的调制符号率相同；所述同步管理器还用于通过将所述片段与分配给所述ONU的已知序列相比较来进一步执行所述同步；所述突发模式数据恢复管理器还包括突发模式均衡管理器，耦合到所述同步管理器，并用于通过最佳采样相位对预期发往所述ONU的所述信号执行自适应均衡；所述连续模式TDMA下行信号包括针对所述ONU和其它ONU的不同调制格式；所述不同调制格式包括NRZ和PAM4；所述连续模式TDMA下行信号包括针对所述ONU和其它ONU的不同调制符号率；所述不同调制符号率因整数因子而异；所述不同调制符号率包括大约12.5Gbaud、25Gbaud和50Gbaud中的至少两个；所述连续模式TDMA下行信号包括针对所述ONU和其它ONU的不同FEC开销；所述不同FEC开销适应不同的链路预算。
在另一实施例中，本发明包括一种在ONU中实施的方法，所述方法包括：接收来自OLT的连续模式TDMA下行信号；将所述连续模式TDMA下行信号转换为电信号或RF信号；将所述电信号或所述RF信号转换为数字信号；对所述ONU对应的所述数字信号的片段执行数据恢复；以及对所述片段执行同步。
在又一实施例中，本发明包括一种ONU，所述ONU包括：PD，用于将光信号转换为电信号或射频RF信号，所述光信号发起自OLT；ADC，用于将所述电信号或所述RF信号转换为数字信号；时钟恢复管理器，耦合到所述ADC，并用于对全部所述数字信号执行时钟恢复；以及突发模式数据恢复管理器，耦合到所述时钟恢复管理器，并用于对部分所述数字信号执行数据恢复。在一些实施例中，所述突发模式数据恢复管理器包括突发模式采样相位优化管理器，耦合到所述时钟恢复管理器，并用于对所述ONU对应的所述数字信号的片段执行相位恢复，以确定最佳采样相位；所述突发模式数据恢复管理器还包括突发模式均衡管理器，耦合到所述突发模式采样相位优化管理器，并用于通过所述最佳采样相位对所述片段执行自适应均衡；所述ADC和所述时钟恢复管理器都用于在连续模式中运行；所述ADC和所述时钟恢复管理器都用于在突发模式中运行；所述ONU还包括MAC，耦合到所述ADC和所述时钟恢复管理器，并用于向所述ADC和所述时钟恢复管理器提供TDMA突发定时信息，以确定何时开启。
在又一实施例中，本发明包括一种方法，所述方法包括：将光信号转换为电信号或RF信号；将所述电信号或所述RF信号转换为数字信号；对全部所述数字信号执行时钟恢复；以及对部分所述数字信号执行数据恢复。在一些实施例中，执行所述数据恢复包括：对所述数字信号的片段执行相位恢复，以确定最佳采样相位；以及通过所述最佳采样相位对所述片段执行自适应均衡。
任何上述实施例可以与任何其它上述实施例结合以创建新的实施例。在下文结合附图和权利要求的详细描述中，将更清楚地理解这些以及其它特征。
附图说明
为了更透彻地理解本发明，现参阅结合附图和具体实施方式而描述的以下简要说明，其中的相同参考标号表示相同部分。
图1为PON的示意图。
图2为根据本发明一实施例的收发器的示意图。
图3A为连续模式TDMA下行信号的图。
图3B为采样的连续模式TDMA下行信号与分配给每个片段的已知头域图案之间相关性的图。
图3C为均衡器系数的图。
图3D为均衡误差作为采样位置的函数的图。
图4A为连续模式TDMA下行信号的另一图。
图4B为采样的连续模式TDMA下行信号与分配给每个片段的另一已知头域图案之间相关性的另一图。
图4C为均衡器系数的另一图。
图4D为均衡误差作为采样位置的函数的另一图。
图5为根据本发明另一实施例的收发器的示意图。
图6为根据本发明又一实施例的收发器的示意图。
图7为示出了根据本发明一实施例的CDR方法的流程图。
图8为示出了根据本发明另一实施例的CDR方法的流程图。
图9为根据本发明一实施例的装置的示意图。
具体实施方式
首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所公开的系统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
以下缩略语和首字母缩写词适用：
ADC：模数转换器(analog-to-digital converter)
AGC：自动增益控制(automatic gain control)
APD：雪崩PD(avalanche PD)
ASIC：专用集成电路(application-specific integrated circuit)
BER：误码率(bit error ratio)
CDR：时钟和数据恢复(clock and data recovery)
CO：中心局(central office)
CPU：中央处理器(central processing unit)
dB：分贝(decibel(s))
dBm：分贝毫瓦(decibel milliwatts(s))
DML：直接调制激光器(directly-modulated laser)
DSP：数字信号处理器(digital signal processor)
EO：电光(electrical-to-optical)
FEC：前向纠错(forward error correction)
FFE：前向均衡(feed-forward equalization)
FPGA：现场可编程门阵列(field-programmable gate array)
Gbaud：千兆波特(gigabaud)
Gb/s：千兆波特每秒(gigabits per second)
GS/s：每秒千兆次采样(gigasamples per second)
km：千米(kilometer(s))
MAC：媒体接入控制器(media access controller)
MSE：均方误差(mean squared error)
NG-PON：下一代PON(next-generation PON)
NLC：非线性补偿(non-linearity compensation)
NRZ：非归零(non-return-to-zero)
ns：纳秒(nanosecond(s))
ODN：光分配网络(optical distribution network)
OE：光电(optical-to-electrical)
OLT：光线路终端(optical line terminal)
ONT：光网络终端(optical network terminal)
ONU：光网络单元(optical network unit)
OOK：开关键(on-off keying)
PAM-4：四级脉冲幅度调制(four-level pulse-amplitude modulation)
PD：光电二极管(photodiode)
PON：无源光网络(passive optical network)
P2MP：点对多点(point-to-multipoint)
RAM：随机存取存储器(random-access memory)
RF：射频(radio frequency)
RN：远端节点(remote node)
ROM：只读存储器(read-only memory)
RX：接收器单元(receiver unit)
SRAM：静态RAM(static RAM)
SSMF：标准单模光纤(standard single-mode fiber)
TCAM：三重内容寻址存储器(ternary content-addressable memory)
TDM：时分复用(time-division multiplexing)
TDMA：时分多址(time-division multiple access)
TIA：转移阻抗放大器(transimpedance amplifier)
TWDM：时分波分堆叠复用(time-and wavelength-division multiplexing)
TX：发射器单元(transmitter unit)
VCO：压控振荡器(voltage-controlled oscillator)
WDM：波分复用(wavelength-division multiplexing)
μs：微秒(microsecond(s))
图1为PON 100的示意图。PON 100包括OLT 110、ONU 120以及将OLT 110耦合到ONU120的ODN 130。PON 100是一个可以不需要有源组件来在OLT 110与ONU 120之间分发数据的通信网络。相反，PON 100可以使用ODN 130中的无源光组件在OLT 110与ONU 120之间分发数据。
OLT 110与另一网络以及ONU 120进行通信。具体而言，OLT 110充当该另一网络与ONU 120之间的中介。例如，OLT 110将从该另一网络接收到的数据转发至ONU 120，将从ONU120接收到的数据转发至该另一网络。OLT 110包括发射器和接收器。当该另一网络使用的网络协议与PON 100中使用的协议不同时，OLT 110包括将网络协议转换为PON协议以及将PON协议转换为网络协议的转换器。OLT 110通常位于CO等中心位置，但是也可位于其它合适的位置。
ODN 130是一个包括光纤电缆、耦合器、分路器、分配器以及其它合适组件的数据分发网络。这些组件包括不需要电力来在OLT 110与ONU 120之间分发信号的无源光组件。可选地，这些组件包括需要电力的光放大器等有源组件。在如图所示的分支配置中，ODN130从OLT 110延伸到ONU 120，但是ODN 130可以配置为任何其它合适的P2MP配置。
ONU 120与OLT 110以及客户通信，并且充当OLT 110与客户之间的中介。例如，ONU120向客户转发来自OLT 110的数据，并向OLT 110转发来自客户的数据。ONU 120包括光收发器，该光收发器用于接收来自OLT 110的光信号、将光信号转换为电信号并向客户提供电信号。收发器还接收来自客户的电信号、将电信号转换为光信号并将光信号传输到OLT110。ONU 120和ONT类似，并且这些术语可以互换使用。ONU 120通常位于分散的位置，例如位于客户驻地，但是它们也可位于其它合适的位置。
随着PON 100实施方式的改进，ONU 120中的接收器可能会要求更高的敏感度、色散容限以及带宽能力。另外，需要基于DSP的接收器。然而，当前的基于DSP的接收器有不必要的功耗。具体而言，OLT 110将单个连续信号发送给所有ONU 120。该单个连续信号可能包括发往多个ONU 120的片段、部分或突发。当前基于DSP的接收器会处理整个信号，而不仅仅是发往特定ONU 120的片段。片段可对应TDMA方案等方案中的离散时间段。例如，当PON 100包括64个ONU 120时，其中一个ONU 120中的基于DSP的接收器可处理超过所需数据量64倍的数据，因此功耗为所需功耗的64倍。此类不必要的功耗限制了基于DSP的接收器的发展和使用。
Christophe Van Praet在2012年11月28日《光学快报》第20卷第26期的“低功率比特交织TDM PON演示(Demonstration of low-power bit-interleaving TDM PON)”(“VanPraet”)中通过在ONT中使用模拟接收器来避免基于DSP的接收器，此文内容以引用的方式并入本文本中。然而，Van Praet的OLT交织多个ONT的数据，这限制了动态带宽分配。另外，Van Praet的ONT在去交织前执行CDR，这意味着Van Praet的OLT对整个信号、而不仅仅是发往特定ONT的片段执行CDR。因此，Van Praet的ONT执行不必要的处理，从而产生不必要的功耗。
Yuanqiu Luo和Frank Effenberger于2016年8月30日递交的第9,432,755号美国专利案(“Luo”)也避免基于DSP的接收器，该专利案的内容以引用的方式并入本文本中。Luo通过在ONU而不是ONT中使用模拟接收器来避免基于DSP的接收器。然而，Luo的ONU在突发模式数据处理前执行CDR，这意味着像Van Praet的ONT一样，Luo的ONU也是对整个信号、而不仅仅是发往特定ONU的片段执行CDR。
本文公开了针对TDM PON中基于DSP的接收的功耗降低的实施例。实施例提供了CDR组件内部、而不是CDR组件之后的连续模式TDMA下行信号的基于DSP的接收。CDR组件包括时钟恢复管理器，之后是数据恢复管理器。时钟恢复管理器对整个信号执行连续模式时钟恢复，并且不需要数据恢复。可替代地，时钟恢复管理器以突发模式的方式运行，以便开启和关闭以降低功耗。数据恢复管理器对特定ONU对应的信号片段执行低功率突发模式数据恢复，而不是对信号的所有片段执行数据恢复。由于TDMA方法，ONU能够分离ONU指定时隙期间的片段。通过可选地在突发模式方式中运行时钟恢复管理器，并且对信号片段执行数据恢复，实施例将功耗降低了10到64倍。功耗降低能够支持软判决FEC和NLC等更强大的DSP技术，可以提供约2dB的功率预算改进。此外，当数据恢复管理器执行较好时，时钟恢复管理器可以不那么准确，从而降低DSP复杂度，进一步降低功耗。最后，TDMA方法支持不同的ONU接收具有NRZ和PAM-4等不同调制格式的片段，大约12.5Gbaud、25Gbaud和50Gbaud等不同调制符号率；以及不同FEC开销。不同FEC开销可以适应不同的链路预算。
图2为根据本发明一实施例的收发器200的示意图。ONU 120包括收发器200，接收来自OLT 110的连续模式TDMA下行信号，并向OLT 110发送突发模式上行信号。可替代地，OLT 110或其它合适的设备包括收发器200。收发器200在TDM PON或其它合适的网络中执行时钟恢复和数据恢复。
收发器200通常包括PD 203、TIA 205、ADC 207、时钟恢复管理器210、发射器220、突发模式数据恢复管理器223和MAC 253。PD 203可耦合到收发器200的输入端口或接收器端口，发射器220可耦合到收发器200的输出端口或发射器端口。时钟恢复管理器210包括检相器213、滤波器215和VCO 217。突发模式数据恢复管理器223包括突发模式采样相位优化管理器225和突发模式均衡管理器235。突发模式采样相位优化管理器225耦合到VCO 217或时钟恢复管理器210的输出，并包括插值器227、均衡器230和优化器233。突发模式均衡管理器235耦合到优化器233或突发模式采样相位优化管理器225的输出，并包括缓冲器237、插值器240、均衡器243、解调器245、同步器247和FEC解码器250。Xiang Liu等人于2017年4月3日递交的第15/477,754号美国专利申请案描述了类似于突发模式采样相位优化管理器225的采样相位优化管理器，并描述了类似于突发模式均衡管理器235的均衡管理器，该专利申请案的内容以引用的方式并入本文本中。
在操作中，PD 203从OLT 110接收连续模式TDMA下行信号，该连续模式TDMA下行信号是包括发往各个ONU 120的片段的光信号。每个片段前面有一个头域。连续模式TDMA下行信号可以相对于采样频率进行锁频。连续模式TDMA下行信号针对不同ONU 120可以包括不同的调制格式。不同的调制格式可以包括NRZ和PAM4。连续模式TDMA下行信号针对不同的ONU 120还可以包括不同的调制符号率。不同的调制符号率因整数因子而异。例如，不同的调制符号率包括大约12.5Gbaud、25Gbaud和50Gbaud。此外，OLT 110可以通过FEC编码连续模式TDMA下行信号。连续模式TDMA下行信号针对不同的ONU 120可以包括不同FEC开销。OLT110可以针对给定ONU 120选择FEC开销，以满足ONU 120的链路预算要求。
PD 203将连续模式TDMA下行信号转换为电模拟电流信号。TIA 205放大该模拟电流信号，并将该模拟电流信号转换为模拟电压信号。可选地，收发器200包括位于TIA 205和ADC 207之间的AGC组件(未示出)。AGC组件自动将模拟电压信号的幅度调整到适合ADC 207的输入范围。时钟恢复管理器210确定ADC 207的采样速度。采样速度可以是原始信号调制符号率乘以过采样率m/n，其中m和n都是正整数，且m大于n。采样周期为T，具有任意时间单位。T可以是连续模式TDMA下行信号的调制符号周期的一半。ADC 207将模拟电压信号转换为数字信号，并将数字信号传递给时钟恢复管理器210。可替代地，PD 203将连续模式TDMA下行信号转换为RF信号，ADC 207将RF信号转换为数字信号。
时钟恢复管理器210对整个数字信号或全部数字信号执行时钟恢复。具体而言，检相器213检测数字信号的采样相位误差。滤波器215是低通滤波器，从数字信号中过滤出快速变化的误差。VCO 217对数字信号进行采样，同步ONU 120和OLT 110之间的频率，以确定同步频率。
对于收发器200中的传输，发射器220接收来自VCO 217的同步频率，并接收来自MAC 253或其它处理组件的数据信号。发射器220使用同步频率和数据信号将光突发模式上行信号传输给OLT 110。
对于收发器200中的接收，通常突发模式数据恢复管理器223对整个数字信号的部分或部分数字信号执行数据恢复，具体而言，对ONU 120对应的数字信号片段执行数据恢复。其中片段可以是对应一段时间的时间段。在突发模式数据恢复管理器223中，突发模式采样相位优化管理器225对片段执行相位恢复，以确定最佳采样相位，突发模式均衡管理器235使用最佳采样相位对片段执行自适应均衡。具体而言，在突发模式采样相位优化管理器225中，插值器227接收来自时钟恢复管理器210的片段。MAC 253提供充足的TDMA突发定时信息供插值器227确定片段。插值器227使用8次计算对片段执行插值以达到T/32的分辨率，从而产生具有不同采样相位的波形。插值可以是数字线性插值。可替代地，插值器227使用其它合适的分辨率。插值器227可根据下列公式确定样本：
Yn,d＝(1–d)Yn–1+dYn (1)
其中Yn,d为两个样本Yn–1和Yn之间的插值样本，n为样本数，(1–d)为Yn–1的权重，d为Yn的权重。(1–d)和d项与从端点到样本数n–1和n之间的中间点的距离成反比关系。
均衡器230对波形进行均衡处理，以产生均衡的波长。均衡器230使用来自MAC 253的预存系数。预存系数是MAC 253中存储的默认系数、从来自OLT 110的前一个连续模式TDMA下行信号确定的系数或从同一连续模式TDMA下行信号的前一个片段确定的系数。均衡可以是FFE。
优化器233执行三个步骤。第一步，优化器233确定每个均衡波形的MSE。第二步，优化器233确定最佳采样相位为具有最小MSE的均衡波形的相位。可替代地，优化器233确定初始相位为具有最大MSE的均衡波形的相位，并确定最佳采样相位为初始相位移位T/2或–T/2。第三步，优化器233将最佳采样相位传递给突发模式均衡管理器235中的插值器240。
在突发模式均衡管理器235中，缓冲器237将来自ADC 207的数字信号缓存一段时间，以便突发模式采样相位优化管理器225确定最佳采样相位，然后将数字信号传递给插值器240。插值器240接收来自缓冲器237的数字信号，并使用最佳采样相位和分辨率T/N对ONU120对应的数字信号片段执行插值，以产生插值信号。插值可以是数字线性插值。N为大于3的整数，例如32。可替代地，插值器240使用其它合适的分辨率。插值器240可根据公式(1)确定样本。
均衡器243对插值信号进行自适应均衡，以产生均衡信号。均衡器243通过将均衡信号波形与目标波形相比较来调整均衡器系数。在初次传递中，均衡器243使用来自MAC253的预存系数。预存系数是MAC 253中存储的默认系数，或是从来自ONU 120的前一个突发信号确定的系数。均衡可以是FFE。在均衡完成时，均衡器243将其最终系数或均衡管理器系数传递给MAC 253。MAC 253存储均衡管理器系数，用于对后续来自OLT 110的连续模式TDMA下行信号或同一连续模式TDMA下行信号的后续片段的均衡。然后，均衡器243为每个后续来自OLT 110的连续模式TDMA下行信号或同一连续模式TDMA下行信号的每个后续片段更新最终系数。均衡器243可以包括执行NLC的NLC组件。可替代地，NLC组件位于均衡器243和解调器245之间。
解调器245解调均衡信号，以产生解调信号。同步器247使用与已知头域图案的互相关来执行同步。可替代地，同步器247位于FEC解码器250之后。FEC解码器250对解调信号执行FEC解码，以产生恢复信号。FEC解码可以是硬判决解码或软判决解码。可替代地，解调器245和FEC解码器250都位于突发模式均衡管理器235之外，并且在突发模式数据恢复管理器223内的其它地方。最后，收发器200可以对恢复信号执行进一步处理。此外，收发器200可以使用MAC 253中存储的均衡管理器系数对后续来自OLT 110的连续模式TDMA下行信号执行信道恢复。
ADC 207和时钟恢复管理器210在连续模式中运行，从而在以下情形时基本开启或全部开启：具体而言，在收发器200接通时，一般而言，在ONU 120接通时。可替代地，ADC 207和时钟恢复管理器210在突发模式中运行，从而可以基本关闭或全部关闭一段时间，例如在未分配给ONU 120的时隙期间，然后基本开启或全部开启，例如在分配给ONU 120的时隙期间。在这种背景下，基本关闭是指所有不必要的门或其它子组件关闭，基本开启是指所有必要的门或其它子组件开启。为了使得上行信号与下行信号的时钟频率相同，ADC 207和时钟恢复管理器210可以在传输上行信号时基本开启或全部开启。MAC 253为ADC 207和时钟恢复管理器210提供充分的TDMA突发定时信息，以确定何时启动接收下行信号和传输上行信号。因此，尽管未示出，MAC 253可以耦合到ADC 207。
图3A至3D、4A至4D、5A至5D以及图6为展示实验系统的结果的图。该实验系统包括类似于收发器200的收发器。收发器通过20km的SSMF从10Gb/s连续模式DML或APD发射器接收25Gb/s OOK信号。图3A至3D与图4A至4D类似，但图3A至3D示出了第一次测量，图4A至4D示出了第二次测量。
图3A至3D反映了接收光信号功率–21dBm。图3A为连续模式TDMA下行信号的图300。x轴表示以μs为单位的时间，y轴表示以dB为单位的归一化功率。图300展示了连续模式TDMA下行信号在所示时标上没有可辨别的片段。
图3B为采样的连续模式TDMA下行信号与分配给每个片段的已知头域图案之间相关性的图310。x轴表示恒定单位乘以系数104的样本索引，y轴表示恒定单位的相关性强度。采样的连续模式TDMA下行信号是图300中的连续模式TDMA下行信号的采样版本。图300示出了与约0.3×104处的尖峰对应的采样连续模式TDMA下行信号的头域具有比约0.3×104到0.9×104部分对应的连续模式TDMA下行信号的负载更强的相关性强度。
图3C为均衡器系数的图320。x轴表示恒定单位的均衡器抽头索引，y轴表示恒定单位的幅度。图320包括用正方形标记的第一曲线330，对应突发模式均衡管理器235的均衡器系数的相位角，并包括用圆圈标记的第二曲线340，对应突发模式采样相位优化管理器225的均衡器系数的绝对值的平方。图320展示了均衡器系数很好地收敛。
图3D为均衡误差作为采样位置的函数的图350。x轴表示恒定单位的采样位置，y轴表示恒定单位的均衡误差。图350是正弦曲线，其周期等于T。因此，若要可靠地确定最佳采样相位，可能需要至少T/4的分辨率。图350展示了最佳采样相位在采样位置2处，这个位置为均衡误差的最低水平，大约为0.3。
图4A至4D分别类似于图3A至3D，但反映了更低的接收光信号功率–26dBm，而不是–21dBm。因此，图4A至4D反映出接收的光信号中更多的噪声。图4A为连续模式TDMA下行信号的另一图400。图4B为采样的连续模式TDMA下行信号与分配给每个片段的已知头域图案之间相关性的另一图410。图4C为均衡器系数的另一图420。图4D为均衡误差作为采样位置的函数的另一图430。图430显示最佳采样相位在采样位置0处，这个位置为均衡误差的最低水平，大约为0.4，与降低的光信号功率一致。
图5为根据本发明另一实施例的收发器500的示意图。收发器500类似于收发器200。同收发器200一样，收发器500通常包括PD 503、TIA505、ADC 507、时钟恢复管理器510、发射器520、突发模式数据恢复管理器523和MAC 553。另外，同收发器200一样，时钟恢复管理器510包括检相器513、滤波器515和VCO 517；突发模式数据恢复管理器523包括突发模式采样相位优化管理器525和突发模式均衡管理器535；突发模式均衡管理器535包括缓冲器537、插值器540、均衡器543、解调器545、同步器547和FEC解码器550。但是，与在突发模式采样相位优化管理器225中包括一个插值器227、一个均衡器230和一个优化器233的收发器200不同，收发器500在突发模式采样相位优化管理器525中包括两个插值器527a和527b、两个均衡器530a和530b以及两个优化器533a和533b。
插值器527a、均衡器530a和优化器533a执行粗相位优化，插值器527b、均衡器530b和优化器533b执行细相位优化。具体而言，插值器527a使用T/4的分辨率对分段执行插值，产生具有不同相位的波形。然后，插值器527b使用T/32的分辨率对这部分执行数字线性插值以产生具有不同相位的波形。插值可以是数字线性插值。因此，在这种背景下，粗相位优化和细相位优化表示彼此之间的相对关系，使得细相位优化的分辨率比粗相位优化的分辨率更精细或更小。可替代地，插值器527a和527b使用其它合适的分辨率。与收发器200相比，收发器500执行相位优化略慢，但是在任何给定时间内使用了更低的处理功率。
图6为根据本发明又一实施例的收发器600的示意图。收发器600类似于收发器200。同收发器200一样，收发器600通常包括PD 603、TIA605、ADC 607、时钟恢复管理器610、发射器620、突发模式数据恢复管理器623和MAC 653。另外，同收发器200一样，时钟恢复管理器610包括检相器613、滤波器615和VCO 617；突发模式数据恢复管理器623包括突发模式均衡管理器635；突发模式均衡管理器635包括缓冲器637、均衡器643、解调器645、同步器647和FEC解码器650。但是，与收发器200不同，突发模式数据恢复管理器623包括位于缓冲区637和均衡器643之间的突发对准器640。此外，与收发器200不同，收发器600包括同步管理器625，而不是突发模式采样相位优化管理器225。
同步管理器625包括降采样器627、互相关器630和峰值搜索器633。降采样器627从时钟恢复管理器610接收ONU 120对应的数字信号的片段，降采样器627对该片段执行降采样，使得该片段的采样速度与连续模式TDMA下行信号的调制符号率相同。互相关器630通过将该片段与分配给ONU 120的已知序列相比较来执行互相关。峰值搜索器633发现互相关峰值，以识别发往ONU 120的每个信号片段或信号突发的起始位置。互相关器630和峰值搜索器633一起通过将该片段与分配给ONU 120的已知序列相比较来执行同步。MAC 653向同步管理器625提供充分的突发定时信息和已知序列。同步管理器625将输出传递给突发对准器640，由突发对准器640执行突发对准。
图7为示出了根据本发明一实施例的CDR方法700的流程图。在一些实施例中，收发器600执行方法700。在步骤710处，接收来自OLT的连续模式TDMA下行信号。例如，ONU 120中的收发器600接收来自OLT 110的连续模式TDMA下行信号。在步骤720处，将连续模式TDMA下行信号转换为电信号或RF信号。例如，PD 603将连续模式TDMA下行信号转换为电信号或RF信号。在步骤730处，将电信号或RF信号转换为数字信号。例如，ADC 607将电信号或RF信号转换为数字信号。在步骤740处，对ONU对应的数字信号的片段执行数据恢复。例如，突发模式数据恢复管理器623对ONU 120对应的数字信号的片段执行数据恢复。最后，在步骤750处，对该片段执行同步。例如，同步管理器625对该片段执行同步。
图8为示出了根据本发明另一实施例的CDR方法800的流程图。在一些实施例中，收发器200、500执行方法800。在步骤810处，将光信号转换为电信号或RF信号。例如，PD 203、503将来自OLT 110的连续模式TDMA下行信号转换为电信号或RF信号。在步骤820处，将电信号或RF信号转换为数字信号。例如，ADC 207、507将电信号或RF信号转换为数字信号。在步骤830处，对全部数字信号执行时钟恢复。例如，时钟恢复管理器210、510执行时钟恢复。最后，在步骤840处，对部分数字信号执行数据恢复。例如，突发模式数据恢复管理器223、523执行数据恢复。具体而言，突发模式采样相位优化管理器225、525对数字信号的片段执行相位恢复，以确定最佳采样相位，并且突发模式均衡管理器235、535使用最佳采样相位对该片段执行自适应均衡。
图9为根据本发明一实施例的装置900的示意图。装置900可实施所公开的实施例。装置900包括入端口910和RX 920，用于接收数据；处理器、逻辑单元、基带单元或CPU 930，用于处理数据；TX 940和出端口950，用于传输数据；以及存储器960，用于存储数据。装置900还可以包括耦合到入端口910、RX 920、TX 940和出端口950的OE组件、EO组件或RF组件，用于光信号、电信号或RF信号的出入。
处理器930是硬件、中间件、固件或软件的任意组合。处理器930包括一个或多个CPU芯片、核、FPGA、ASIC或DSP的任意组合。处理器930与入端口910、RX 920、TX 940、出端口950以及存储器960通信。处理器930包括实施所公开的实施例的CDR组件970。因此，包括CDR组件970可明显改进装置900的功能并实现装置900到不同状态的转变。可替代地，存储器960将CDR组件970作为指令存储，处理器930执行这些指令。
存储器960包括磁盘、磁带机或固态驱动器的任意组合。装置900可以将存储器960用作溢流数据存储设备，以在装置900选择执行的程序时存储这些程序，并且存储在程序执行期间装置900读取的指令和数据。存储器960可以是易失性或非易失性的，并且可以是ROM、RAM、TCAM或SRAM的任意组合。
ONU包括：接收单元，用于接收来自OLT的连续模式TDMA下行信号；PD单元，耦合到接收单元，并用于将连续模式TDMA下行信号转换为电信号或RF信号；模数转换单元，耦合到PD单元，并用于将电信号或RF信号转换为数字信号；以及突发模式数据恢复管理器，耦合到ADC，并用于对ODU对应的数字信号的片段执行数据恢复，其中突发模式数据恢复管理器包括同步管理器，用于对片段执行同步。
在一示例实施例中，装置900包括接收来自光线路终端(optical line terminal，OLT)的连续模式时分多址(time-division multiple access，TDMA)下行信号的接收模块，将连续模式TDMA下行信号转换为电信号或射频(radio frequency，RF)信号的转换模块，将电信号或RF转换为数字信号的数字化模块，对ONU对应的数字信号的片段执行数据恢复的数据恢复模块，以及对片段执行同步的同步模块。在一些实施例中，装置900可以包括其它或附加模块，用于执行实施例中所描述的任一步骤或步骤的组合。此外，任一附图中所示的或任一权利要求中所述的方法的任何额外或替代实施例或方面也会考虑包括类似模块。
在一示例实施例中，装置900包括将光信号转换为电信号或射频(radiofrequency，RF)信号的转换模块，将电信号或RF转换为数字信号的数字化模块，对全部数字信号执行时钟恢复的时钟恢复模块，以及对部分数字信号执行数据恢复的数据恢复模块。在一些实施例中，装置900可以包括其它或附加模块，用于执行实施例中所描述的任一步骤或步骤的组合。此外，如任何附图中所示的或任何权利要求中所述的方法的任何附加或替代性实施例或方面也会考虑包括类似的模块。
当第一组件与第二组件之间不存在除了线、轨迹或其它介质之外的中间组件时，第一组件直接耦合到第二组件。当第一组件与第二组件之间存在除了线、轨迹或其它介质之外的中间组件时，第一组件间接耦合到第二组件。术语“耦合”及其变体形式包括直接耦合和间接耦合。除非另有说明，否则使用术语“约”是指随后描述的数字的±10％。
虽然本发明提供了多个具体实施例，但应当理解，所公开的系统和方法也可通过其它多种具体形式体现，而不会脱离本发明的精神或范围。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文中所给出的细节。例如，各种元件或组件可以在另一系统中组合或整合，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、组件、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式经由某一接口、设备或中间组件间接地耦合或通信。其它变更、替换、更替示例对本领域技术人员而言是显而易见的，均不脱离此处公开的精神和范围。

Claims (26)

1.一种光网络单元(optical network unit，ONU)，其特征在于，包括：
接收器，用于接收来自光线路终端(optical line terminal，OLT)的连续模式时分多址(time division multiple access，TDMA)下行信号；
光电二极管(photodiode，PD)，耦合到所述接收器，并用于将所述连续模式TDMA下行信号转换为电信号或射频(radio frequency，RF)信号；
模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)，耦合到所述PD，并用于将所述电信号或所述RF信号转换为数字信号；以及
突发模式数据恢复管理器，耦合到所述ADC，并用于对所述ONU对应的所述数字信号的片段执行数据恢复；其中
所述突发模式数据恢复管理器包括同步管理器，用于对所述片段执行同步。
2.根据权利要求1所述的ONU，其特征在于，还包括媒体接入控制器(media accesscontroller，MAC)，用于向所述ADC、所述同步管理器以及所述突发模式数据恢复管理器提供TDMA突发定时信息。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的ONU，其特征在于，还包括时钟恢复管理器，用于确定所述ADC的采样速度。
4.根据权利要求3所述的ONU，其特征在于，所述采样速度为原始信号调制符号率乘以过采样率。
5.根据权利要求4所述的ONU，其特征在于，所述过采样率为m/n，其中m和n都是正整数，且m大于n。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的ONU，其特征在于，所述ADC还用于在连续模式中运行，从而在所述ONU接通时基本开启或全部开启。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的ONU，其特征在于，所述ADC还用于在突发模式中运行，从而只在分配给所述ONU的时隙期间基本开启或全部开启。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的ONU，其特征在于，所述同步管理器还用于在所述片段上执行降采样，使得所述片段的采样速度与所述连续模式TDMA下行信号的调制符号率相同。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的ONU，其特征在于，所述同步管理器还用于通过将所述片段与分配给所述ONU的已知序列相比较来进一步执行所述同步。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的ONU，其特征在于，所述突发模式数据恢复管理器还包括突发模式均衡管理器，耦合到所述同步管理器，并用于通过最佳采样相位对预期发往所述ONU的所述信号执行自适应均衡。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的ONU，其特征在于，所述连续模式TDMA下行信号包括针对所述ONU和其它ONU的不同调制格式。
12.根据权利要求11所述的ONU，其特征在于，所述不同调制格式包括非归零(non-return-to-zero，NRZ)和四级脉冲幅度调制(four-level pulse amplitude modulation，PAM4)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的ONU，其特征在于，所述连续模式TDMA下行信号包括针对所述ONU和其它ONU的不同调制符号率。
14.根据权利要求13所述的ONU，其特征在于，所述不同调制符号率因整数因子而异。
15.根据权利要求14所述的ONU，其特征在于，所述不同调制符号率包括大约12.5千兆波特(gigabaud，Gbaud)、25 Gbaud和50 Gbaud中的至少两个。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的ONU，其特征在于，所述连续模式TDMA下行信号包括针对所述ONU和其它ONU的不同前向纠错(forward error correction，FEC)开销。
17.根据权利要求16所述的ONU，其特征在于，所述不同FEC开销适应不同的链路预算。
18.一种在光网络单元(optical network unit，ONU)中实施的方法，其特征在于，所述方法包括：
接收来自光线路终端(optical line terminal，OLT)的连续模式时分多址(timedivision multiple access，TDMA)下行信号；
将所述连续模式TDMA下行信号转换为电信号或射频(radio frequency，RF)信号；
将所述电信号或所述RF信号转换为数字信号；
对所述ONU对应的所述数字信号的片段执行数据恢复；以及
对所述片段执行同步。
19.一种光网络单元(optical network unit，ONU)，其特征在于，包括：
光电二极管(photodiode，PD)，用于将光信号转换为电信号或射频(radio frequency，RF)信号，其中所述光信号来自光线路终端(optical line terminal，OLT)；
模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)，用于将所述电信号或所述RF信号转换为数字信号；
时钟恢复管理器，耦合到所述ADC，并用于对全部所述数字信号执行时钟恢复；以及
突发模式数据恢复管理器，耦合到所述时钟恢复管理器，并用于对部分所述数字信号执行数据恢复。
20.根据权利要求19所述的ONU，其特征在于，所述突发模式数据恢复管理器包括突发模式采样相位优化管理器，耦合到所述时钟恢复管理器，并用于对所述ONU对应的所述数字信号的片段执行相位恢复，以确定最佳采样相位。
21.根据权利要求20所述的ONU，其特征在于，所述突发模式数据恢复管理器还包括突发模式均衡管理器，耦合到所述突发模式采样相位优化管理器，并用于通过所述最佳采样相位对所述片段执行自适应均衡。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的ONU，其特征在于，所述ADC和所述时钟恢复管理器用于在连续模式中运行。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的ONU，其特征在于，所述ADC和所述时钟恢复管理器用于在突发模式中运行。
24.根据权利要求23所述的ONU，其特征在于，还包括媒体接入控制器(media accesscontroller，MAC)，耦合到所述ADC和所述时钟恢复管理器，并用于向所述ADC和所述时钟恢复管理器提供时分多址(time-division multiple access，TDMA)突发定时信息，以确定何时开启。
25.一种方法，其特征在于，包括：
将光信号转换为电信号或射频(radio frequency，RF)信号；
将所述电信号或所述RF信号转换为数字信号；
对全部所述数字信号执行时钟恢复；以及
对部分所述数字信号执行数据恢复。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，执行所述数据恢复包括：
对所述数字信号的片段执行相位恢复，以确定最佳采样相位；以及
通过所述最佳采样相位对所述片段执行自适应均衡。
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