CN112260750B - 一种可提高光调顶通信准确性的光模块与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可提高光调顶通信准确性的光模块与方法，方法包括：通过光调顶信号监测处理单元实时监测本地端光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度，以便根据监测值对电平脉宽和调制深度进行调整，使电平脉宽和调制深度达到对应预设值；采用变频采集方式进行对端光调顶通信信号的采集与接收，使采集点落在光调顶通信信号电平上升沿与下降沿之间的中部区间；实时监控接收到的对端光调顶通信信号的调制深度，并在调制深度越限时进行告警上报，通知对端光模块调整对端光调顶通信信号的调制深度预设值。本方案提高了光调顶通信信号电平脉宽的精确性、采集到的光调顶通信信号的准确性以及对端光调顶通信信号调制深度的准确性。

Description

一种可提高光调顶通信准确性的光模块与方法

技术领域

本发明属于光通信技术领域，更具体地，涉及一种可提高光调顶通信准确性的光模块与方法。

背景技术

目前5G网络研究已经形成第一波浪潮，开始进入技术标准研究以及研发试验的关键阶段。相对于4G技术，5G网络在吞吐率、时延、连接数量等方面的性能均有显著提升，同时对前传网络也提出了新的挑战，如密集光纤部署、更高传输宽带、更低时延等大量新需求。波长路由的波分复用无源光网络(Wavelength Routed-Wavelength DivisionMultiplexing-Passive Optical Network，简写为WR-WDM-PON)结合了WR(即波长路由)技术、WDM(即波分复用)技术以及PON(即无源光网络)拓扑结构的特点，具有高带宽、低时延、节省光纤、运维简单、成本低等优点，在5G前传应用方面具备其独特的优势，是5G网络首选的接入技术。WR-WDM-PON由光线路终端(Optical Line Terminal，简写为OLT)、光分配网络(Optical DistributionNetwork，简写为ODN)、光网络单元(Optical Network Unit，简写为ONU)和光模块组成。

其中，光模块之间可以相互发送光调顶信号进行通信。每个光模块中均设有光发射次模块(Transmitter Optical Subassembly，简写为TOSA)和光接收次模块(ReceiverOptical Subassembly，简写为ROSA)，分别用于发射光信号和接收光信号。为便于描述，本发明将进行光调顶通信的两个光模块分别记为本地端光模块和对端光模块，本地端光模块向对端光模块发送光调顶信号，并接收对端光模块发送来的光调顶信号；相应地，对端光模块向本地端光模块发送光调顶信号，并接收本地端光模块发出的光调顶信号。

目前，光模块之间进行光调顶通信的过程大致如下：

在光信号发射过程中，光模块按照特定的规则改变TOSA的发射光功率来模拟发送光调顶通信信号，具体是通过激光器驱动芯片改变TOSA的偏置电流，进而可改变TOSA的发射光功率。但由于每次改变偏置电流使发射光功率改变的耗时不一样，因此会导致光调顶通信信号的电平脉宽不一样，造成光调顶通信信号不精确、有误差。如何实时自动保证发送的光调顶通信信号电平脉宽准确是待解决的技术问题。

在光信号接收过程中，光模块进行光调顶通信信号采集时，希望采集点能够总是落在光调顶通信信号电平的中部区间(即曲线平坦处)，以保证采集信号的准确性。但实际上，采集点偶尔会落在光调顶通信信号电平的上升沿或下降沿上，这时采集到的光调顶通信信号就不准确，导致数据接收出现错误。如何促使光模块进行光调顶通信信号采集时，采集点落在光调顶通信信号电平的中部区间，避开光调顶通信信号电平的上升沿或下降沿，从而保证采集到的光调顶通信信号准确，得到正确的BIT值，是待解决的另一技术问题。

另外，当光模块从对端接收到的光调顶通信信号调制深度过大时会破坏高速数据传输的稳定性，造成高速数据误码；当接收到的光调顶通信信号调制深度过小时会造成光调顶通信信号高低电平分布区间重合，造成光调顶通信误码。如何实时自动监控接收到的光调顶通信信号的调制深度，并在光调顶通信信号调制深度越限时进行告警上报，通知对端光模块调整发射的光调顶通信信号的调制深度，保证光调顶通信的准确性和高速数据传输的稳定性，是待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可提高光调顶通信准确性的方案，其目的在于提高光调顶通信信号电平脉宽准确性、光调顶通信信号的调制深度准确性以及采集到的光调顶通信信号的准确性，由此解决传统方案中光调顶通信信号准确性较差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种可提高光调顶通信准确性的光模块，其特征在于，包括TOSA、ROSA、第一处理器、光调顶信号监测处理单元和激光器驱动芯片；

所述TOSA用于发射光调顶通信信号；

所述ROSA用于接收对端光模块发射的光调顶通信信号；

所述第一处理器用于控制所述激光器驱动芯片改变所述TOSA的偏置电流，实现本地端光调顶通信信号的高低电平发送；以及通过变频采集方式进行对端光调顶通信信号采样，同时实时监控接收到的对端光调顶通信信号的调制深度，并在调制深度越限时向对端光模块进行告警上报；

所述光调顶信号监测处理单元用于实时监测所述TOSA发出的光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度，以便所述第一处理器根据监测情况对电平脉宽和调制深度进行调整，使电平脉宽和调制深度分别达到对应预设值。

优选地，所述光调顶信号监测处理单元包括分光探测器、A/D转换器、存储器、第二处理器和通信接口，所述分光探测器与所述TOSA连接，所述第二处理器通过所述通信接口与所述第一处理器连接；

所述分光探测器用于将所述TOSA发射来的光调顶通信信号分光，一部分发送至对端光模块，另一部分转换为电信号发送至所述A/D转换器；

所述A/D转换器用于将接收到的模拟信号转换为数字信号；

所述存储器用于存储所述A/D转换器转换的光调顶通信信号采样值；

所述第二处理器用于对所述存储器中的采样值进行分析计算，得到实时光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度，并通过所述通信接口传送给所述第一处理器。

优选地，所述光调顶信号监测处理单元包括分光探测器、A/D转换器、存储器和通信接口，所述分光探测器与所述TOSA连接，所述存储器通过所述通信接口与所述第一处理器连接；

所述分光探测器用于将所述TOSA发射来的光调顶通信信号分光，一部分发送至对端光模块，另一部分转换为电信号发送至所述A/D转换器；

所述A/D转换器用于将接收到的模拟信号转换为数字信号；

所述存储器用于存储所述A/D转换器转换的光调顶通信信号采样值，并通过所述通信接口传送给所述第一处理器，以便所述第一处理器对采样值进行分析计算，得到实时光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度。

按照本发明的另一方面，提供了一种可提高光调顶通信准确性的方法，光模块中设有光调顶信号监测处理单元，则方法包括：

通过光调顶信号监测处理单元实时监测本地端光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度，以便根据监测值对电平脉宽和调制深度进行调整，使电平脉宽和调制深度分别达到对应预设值；

采用变频采集方式进行对端光调顶通信信号的采集与接收，使得采集点落在光调顶通信信号电平上升沿与下降沿之间的中部区间；

实时监控接收到的对端光调顶通信信号的调制深度，并在调制深度越限时进行告警上报，以便通知对端光模块调整对端光调顶通信信号的调制深度预设值。

优选地，所述通过光调顶信号监测处理单元实时监测本地端光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度，以便根据监测值对电平脉宽和调制深度进行调整，使电平脉宽和调制深度分别达到对应预设值，具体为：

第一处理器设定电平脉宽预设值和调制深度预设值，并控制激光器驱动芯片按特定规则改变TOSA偏置电流，实现本地端光调顶通信高低电平发送；

光调顶信号监测处理单元实时接收TOSA发出的光调顶通信信号，进而计算光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度；其中，电平脉宽取值为高电平上升沿与下降沿之间的时差，或低电平下降沿与上升沿之间的时差；

第一处理器判断获取的实时光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度是否与对应预设值相同，如果不相同则修正对应参数，使电平脉宽和调制深度分别达到对应预设值。

优选地，所述如果不相同则修正对应参数，使电平脉宽和调制深度分别达到对应的预设值，具体为：

如果第一处理器获取的实时光调顶通信信号的电平脉宽与电平脉宽预设值不相同，则修正光调顶通信信号的电平脉宽时延参数值，使得光调顶通信信号的电平脉宽与电平脉宽预设值相同；

如果第一处理器获取的实时光调顶通信信号的调制深度与调制深度预设值不相同，则通过控制激光器驱动芯片修改TOSA偏置电流高低差，进而改变光调顶通信信号的调制深度，使得光调顶通信信号的调制深度与调制深度预设值相同。

优选地，当对端光模块以光调顶通信信号的电平脉宽预设值T为周期发送光调顶通信信号时，所述采用变频采集方式进行对端光调顶通信信号的采集与接收，具体为：

本地端光模块设置初始采样周期为t，并按照周期t持续对对端光模块进行光调顶通信信号采样；其中，t＝T/n，n≥3且n为奇数；

当本地端光模块连续采集到(n+1)/2个起始位电平时，则判定当前为起始位，修改采样周期为T；

本地端光模块按照周期T持续对对端光模块进行光调顶通信信号采样，并解析数据位和停止位，当解析到停止位时修改采样周期为t，进行下个字节的起始位查找。

优选地，所述实时监控接收到的对端光调顶通信信号的调制深度，并在调制深度越限时进行告警上报，以便通知对端光模块调整对端光调顶通信信号的调制深度，具体为：

本地端光模块按照周期持续对对端光模块进行光调顶通信信号采样，当采集的光调顶通信信号数量达到预设值N时，进行光调顶通信信号的调制深度演算；

本地端光模块将演算得到的光调顶通信信号调制深度与光调顶通信信号调制深度的告警门限进行比较；

如果光调顶通信信号调制深度超过告警门限，则向对端光模块上报相应的告警信息，由对端光模块调整对端光调顶通信信号调制深度预设值。

优选地，光调顶通信信号调制深度的告警门限包括最小告警门限和最大告警门限；

如果光调顶通信信号调制深度小于所述最小告警门限，则向对端光模块上报光调顶通信信号调制深度过小告警，由对端光模块增大对端光调顶通信信号调制深度预设值；

如果光调顶通信信号调制深度大于所述最大告警门限，则向对端光模块上报光调顶通信信号调制深度过大告警，由对端光模块减小对端光调顶通信信号调制深度预设值。

优选地，所述当采集的光调顶通信信号数量达到预设值N时，进行光调顶通信信号的调制深度演算，具体为：

计算N个光调顶通信信号的电平平均值A；

在N个光调顶通信信号中查找出电平大于电平平均值A的光调顶通信信号，并计算这部分光调顶通信信号的电平平均值H；

在N个光调顶通信信号中查找出电平小于电平平均值A的光调顶通信信号，并计算这部分光调顶通信信号的电平平均值L；

根据平均值A、H、L计算当前光调顶通信信号的调制深度D并保存；其中，D＝(H-L)/A。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明在光模块中增加了光调顶信号监测处理单元，可实时自动监测光调顶通信信号电平脉宽，进而根据监测值进行调整，保证了光调顶通信信号电平脉宽的精确性；采用变频采集的方式进行光调顶通信信号的采集与接收，可使采集点避开光调顶通信信号电平的上升沿或下降沿，保证采集到的光调顶通信信号的准确性；另外，还可实时自动监控从对端接收到的光调顶通信信号的调制深度，并在越限时告警上报，由对端光模块进行调制深度调整，保证高速数据传输的稳定性和光调顶通信信号的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种可提高光调顶通信准确性的光模块结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种光调顶信号监测处理单元的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种可提高光调顶通信准确性的方法流程图；

图4是本发明实施例提供的一种监测并调整光调顶通信信号电平脉宽和调制深度的流程示意图；

图5是本发明实施例提供的一种变频采集光调顶通信信号的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种采用变频采集方式进行光调顶通信信号采集与接收的流程示意图；

图7是本发明实施例提供的一种监控光调顶通信信号调制深度并告警上报调整的流程示意图；

图8是本发明实施例提供的一种光调顶通信信号调制深度演算的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

为解决传统方案中光调顶通信信号准确性较差的技术问题，本发明实施例首先对传统无源光网络系统进行改进，提供了一种可提高光调顶通信准确性的光模块，主要是在光模块中增加了光调顶信号监测处理单元。

如图1所示，本发明实施例提供的光模块主要包括光发射次模块TOSA、光接收次模块ROSA、第一处理器、光调顶信号监测处理单元和激光器驱动芯片。其中，所述光调顶信号监测处理单元分别与所述TOSA的信号输出端和所述第一处理器连接，所述第一处理器还分别与所述TOSA、所述ROSA和所述激光器驱动芯片连接，所述激光器驱动芯片还分别与所述TOSA和所述ROSA连接。各结构的主要功能如下：

所述TOSA用于以高低电平交替方式发射光调顶通信信号；其中，所述TOSA的偏置电流由所述激光器驱动芯片提供，通过所述激光器驱动芯片改变所述TOSA的偏置电流可改变所述TOSA的发射光功率，所述TOSA的发射光功率高低变化即可实现光调顶通信信号的高低电平发送。

所述ROSA用于接收对端光模块发送来的光调顶通信信号，并交由所述第一处理器进行光调顶通信信号采样。

所述第一处理器用于控制所述激光器驱动芯片改变所述TOSA的偏置电流，实现本地端光调顶通信信号的高低电平发送；以及通过变频采集方式进行对端光调顶通信信号采样，使得采集点落在光调顶通信信号电平上升沿与下降沿之间的中部区间；同时还可实时监控接收到的对端光调顶通信信号的调制深度，并在调制深度越限时向对端光模块进行告警上报。另外，所述第一处理器还可用于设定电平脉宽预设值和调制深度预设值。所述第一处理器可以为MCU、CPU、ASIC、FPGA等，在此不做具体限定。

其中，光调顶通信信号采样也可称为光调顶通信RSSI ADC采样。RSSI(ReceivedSignal Strength Indication)表示接收信号强度指示，这里用电平表示；ADC(Analog-to-Digital Converter)表示模数转换。因此，采样之后得到的光调顶通信RSSI ADC值实际上也就是光调顶通信信号的电平值。

所述光调顶信号监测处理单元用于实时监测所述TOSA发出的光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度，以便所述第一处理器根据监测情况对电平脉宽和调制深度进行调整，使电平脉宽和调制深度分别达到对应预设值。

进一步参考图2，在一个具体的实施例中，所述光调顶信号监测处理单元包括顺次连接设置的分光探测器、A/D转换器、存储器、第二处理器和通信接口，所述分光探测器与所述TOSA连接，所述第二处理器通过所述通信接口与所述第一处理器连接。

所述分光探测器用于接收所述TOSA发射来的光调顶通信信号并进行分光，即一分为二，一部分光信号发送至对端光模块，另一部分光信号则转换为电信号(该电信号为模拟信号)发送至所述A/D转换器。其中，所述分光探测器的分光比可根据实际需要进行设置。

所述A/D转换器用于将从接收到的模拟信号转换为数字信号。

所述存储器用于存储所述A/D转换器转换的光调顶通信信号采样值。

所述第二处理器用于对所述存储器中的采样值进行分析计算，得到光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度，并通过所述通信接口传送给所述第一处理器。其中，所述第二处理器可以是MCU、CPU、ASIC、FPGA等，在此不做具体限定。

所述通信接口可以是串行外设接口(Serial Peripheral Interface，简写为SPI)、管理数据输入输出接口(Management Data Input/Output，简写为MDIO)、集成电路总线接口(Inter-Integrated Circuit，简写为IIC)等，与第一处理器进行通信，完成消息交互，使得所述第一处理器可通过所述通信接口获取实时的光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度，并做相应处理。

其中，所述第二处理器与所述第一处理器内部都会有参考时钟源，因此可以直接使用内部时钟作为基准。与内部时钟相比，使用外部时钟具有更高的准确性，因此在可选的实施例中，两个处理器也可以设置共同的外部时钟来作为基准。具体地，所述光模块内还可设有时基模块(即时间基准模块)，分别与所述A/D转换器、所述存储器、所述第二处理器和所述第一处理器连接，进而从外部为所述光调顶信号监测处理单元和所述第一处理器提供基准时钟。当设置外部时钟时，处理器既可以采用内部时钟，也可以采用外部时钟，可根据实际需求灵活选择时钟方式。

进一步地，在另一个具体的实施例中，所述光调顶信号监测处理单元中的第二处理器与所述第一处理器可以复用为一个处理器，即所述光调顶信号监测处理单元中无需设置第二处理器，整个光模块中仅设置第一处理器即可。在这种方案中，第一处理器的处理功能更加强大，除原有功能以外还要实现原第二处理器的功能，即对所述存储器中的采样值进行分析计算，得到光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度。此时整体架构图仍如图1所示，但所述光调顶信号监测处理单元的内部结构发生变化：所述光调顶信号监测处理单元包括分光探测器、A/D转换器、存储器、时基模块和通信接口，所述存储器通过所述通信接口与所述第一处理器连接。所述存储器用于存储所述A/D转换器转换的光调顶通信信号采样值，并通过所述通信接口传送给所述第一处理器，以便所述第一处理器对采样值进行分析计算，得到实时光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度。

同样地，此时所述第一处理器仍可利用内部时钟作为基准；在可选的实施例中，也可设置外部时钟来作为基准。具体地，所述光模块内还可设有时基模块，分别与所述A/D转换器、所述存储器、所述第一处理器连接，进而从外部为所述光调顶信号监测处理单元和所述第一处理器提供基准时钟。当设置外部时钟时，第一处理器既可以采用内部时钟，也可以采用外部时钟，可根据实际需求灵活选择时钟方式。

其中，在后续实施例2-实施例5的方法介绍中，均以光模块中设置有两个处理器(即第一处理器和第二处理器)为例进行说明，当所述光调顶信号监测处理单元监测到TOSA发射来的光调顶通信信号之后，将实时光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度计算直接交给所述光调顶信号监测处理单元中的第二处理器实现。本领域技术人员容易理解，在可选的实施例中，如果两个处理器复用为一个处理器，则将实时光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度计算交给第一处理器完成即可。

本发明实施例通过在光模块中增加光调顶信号监测处理单元，可实时自动监测本地端光调顶通信信号电平脉宽并传递给第一处理器，进而由第一处理器根据监测值进行调整，保证了光调顶通信信号电平脉宽的精确性，解决了光调顶通信信号电平脉宽不一样导致误码的问题，显著提高了光调顶通信的准确性。另外，第一处理器可采用变频采集的方式进行对端光调顶通信信号的采集与接收，使采集点避开光调顶通信信号电平的上升沿或下降沿，保证采集到的光调顶通信信号的准确性；还可实时自动监控从对端接收到的光调顶通信信号的调制深度，并在越限时告警上报，由对端光模块进行调整，保证高速数据传输的稳定性和光调顶通信信号的准确性。

实施例2

在上述实施例1的基础上，本发明实施例提供了一种可提高光调顶通信准确性的方法，可采用实施例1中的光模块完成。如图3所示，本发明实施例提供的方法主要包括以下步骤：

步骤S1，通过光调顶信号监测处理单元实时监测本地端光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度，以便根据监测值对电平脉宽和调制深度进行调整，使电平脉宽和调制深度分别达到对应预设值。

大致过程如下：第一处理器设定电平脉宽预设值和调制深度预设值，并控制激光器驱动芯片按特定规则改变TOSA偏置电流，实现本地端光调顶通信高低电平发送；光调顶信号监测处理单元实时接收TOSA发出的光调顶通信信号，进而计算光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度；然后由第一处理器判断获取的实时光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度是否与对应预设值相同，如果不相同则修正对应参数，使电平脉宽和调制深度分别达到对应预设值，从而可按照对应预设值向对端光模块发射光调顶通信信号。其中，修正的参数主要是光调顶通信信号的电平脉宽时延参数值以及TOSA偏置电流高低差：如果要调整电平脉宽，则修正光调顶通信信号的电平脉宽时延参数值；如果要调整调制深度，则修正TOSA偏置电流高低差。具体实现过程将在实施例3中展开，在此不做赘述。

通过上述步骤，在发送侧实现了实时自动采集、演算并修正发送的光调顶通信信号电平脉宽，保证了光调顶通信信号电平脉宽的精确性，解决了光调顶通信信号电平脉宽不一样导致误码的问题，显著提高了光调顶通信的准确性。

步骤S2，采用变频采集方式进行对端光调顶通信信号的采集与接收，使得采集点落在光调顶通信信号电平上升沿与下降沿之间的中部区间。

当对端光模块以光调顶通信信号的电平脉宽预设值T为周期发送光调顶通信信号时，本地端光模块变频采集的过程大致如下：本地端光模块设置初始采样周期为t，并按照周期t持续对对端光模块进行光调顶通信信号采样，其中，t＝T/n，n≥3且n为奇数；当本地端光模块连续采集到(n+1)/2个起始位电平时，则判定当前为起始位，修改采样周期为T；然后本地端光模块按照周期T持续对对端光模块进行光调顶通信信号采样，并解析数据位和停止位，当解析到停止位时修改采样周期为t，进行下个字节的起始位查找。具体实现过程将在实施例4中展开，在此不做赘述。

通过上述变频采集的步骤，实现了光模块进行光调顶通信信号采集时，采集点总是落在光调顶通信信号电平的中部区间，避开光调顶通信信号电平的上升沿或下降沿，保证了采集到的光调顶通信信号的准确性，解决了采集点落在上升沿或下降沿上时采集信号不准确造成的误码问题，显著提高了接收数据的准确率。

步骤S3，实时监控接收到的对端光调顶通信信号的调制深度，并在调制深度越限时进行告警上报，以便通知对端光模块调整对端光调顶通信信号的调制深度预设值。

当两个光模块进行通信时，以本地端接收对端信号为例，对端光模块会基于对端光调顶通信信号调制深度预设值进行光信号调整与发射，即对端发射的光调顶通信信号调制深度与其光调顶通信信号调制深度预设值基本一致。但是，光调顶通信信号在传输过程中通常会受周围环境的影响而发生变化，因此本地端实际接收到的光调顶通信信号调制深度与对端发射的光调顶通信信号调制深度是存在差异的。如果本地端实际接收到的光调顶通信信号调制深度过大或过小，说明对端光模块当前的光调顶通信信号调制深度预设值已经不合理，需要重新调整，以便对端光模块按照新的调制深度预设值进行光信号发射，进而使得本地端实际接收到的光调顶通信信号调制深度在告警门限以内。

大致过程如下：本地端光模块按照周期持续对对端光模块进行光调顶通信信号采样，当采集的光调顶通信信号数量达到预设值N时，进行光调顶通信信号的调制深度演算；然后本地端光模块将演算得到的光调顶通信信号调制深度与光调顶通信信号调制深度的告警门限进行比较；如果光调顶通信信号调制深度超过告警门限，则向对端光模块上报相应的告警信息，由对端光模块调整对端光调顶通信信号调制深度预设值。

通过上述步骤，实现了在本地端实时自动监控对端光调顶通信信号的调制深度，在对端光调顶通信信号调制深度越限造成高速数据传输或光调顶通信信号不稳定时，能自动进行告警上报，通知对端光模块调整调制深度，保证高速数据传输的稳定性和光调顶通信信号的准确性。

综上所述，本发明实施例一方面从发送侧提高了光调顶通信信号电平脉宽和调制深度的准确性，另一方面从接收侧提高了采集到的光调顶通信信号的准确性，还通过监控对端调制深度并上报保证了高速数据传输的稳定性，从三个方面着手大大提高了光调顶通信信号的准确性。

实施例3

本发明实施例进一步对实施例2中的步骤S1，即通过光调顶信号监测处理单元实时监测本地端光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度，以便根据监测值对电平脉宽和调制深度进行调整，使电平脉宽和调制深度分别达到对应预设值，进行详细描述。如图4所示，主要包括如下步骤：

步骤S11，第一处理器设定光调顶通信信号的电平脉宽预设值和调制深度预设值以便进行光调顶通信。

其中，光调顶通信信号的电平脉宽预设值和调制深度预设值可根据实际需求进行灵活设置，在此不做具体限定。但两个预设值需要在进行光调顶通信前确定具体数值，并进行设定。

步骤S12，第一处理器控制激光器驱动芯片按照特定规则改变TOSA偏置电流，实现光调顶通信高低电平发送。

其中，TOSA偏置电流由激光器驱动芯片提供，通过激光器驱动芯片改变TOSA的偏置电流可改变TOSA的发射光功率，TOSA的发射光功率高低变化进而可以实现光调顶通信高低电平发送。第一处理器可以通过SPI、MDIO、IIC等通信接口控制激光器驱动芯片按照特定规则改变TOSA的偏置电流，来实现光调顶通信高低电平发送；其中，所述特定规则为光调顶通信协议，且为串行通信协议，具体可以是标准的通用异步收发传输器(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，简写为UART)协议，也可以是自定义串行通信协议，在此不做具体限定。

步骤S13，光调顶信号监测处理单元实时接收TOSA发出的光调顶通信信号，并演算出实时光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度。

参考图5，光调顶通信信号的电平脉宽可取值为高电平上升沿与下降沿之间的时差，或低电平下降沿与上升沿之间的时差。为提高光调顶通信信号调制深度的计算准确性，可采用以下方法进行调制深度计算：

当光调顶信号监测处理单元中存储器记录的光调顶通信信号采样值数量达到预设值N时，计算N个光调顶通信信号的电平平均值A；在N个光调顶通信信号中查找出电平大于电平平均值A的光调顶通信信号，并计算这部分光调顶通信信号的电平平均值H；在N个光调顶通信信号中查找出电平小于电平平均值A的光调顶通信信号，并计算这部分光调顶通信信号的电平平均值L；根据平均值A、H、L计算当前光调顶通信信号的调制深度D并保存；其中，D＝(H-L)/A。其中，预设值N可在50～500范围内取值，既可有充足的样本用于进行平均计算，保证计算结果准确性，又能避免样本数量过大时带来的资源浪费。相比于直接取值为高电平与低电平之间的电平差的计算方法，采用平均值计算方法得到的调制深度更具有准确性。

步骤S14，第一处理器从光调顶信号监测处理单元获取实时光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度。

步骤S15，第一处理器判断获取的实时光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度是否与对应预设值相同。如果不相同，则跳转至步骤S16；如果相同，则跳转至步骤S17。

步骤S16，第一处理器修正光调顶通信信号的电平脉宽时延参数值和/或TOSA偏置电流高低差，使电平脉宽和调制深度分别达到对应预设值。

如果第一处理器获取的实时光调顶通信信号的电平脉宽与电平脉宽预设值不相同，则第一处理器修正光调顶通信信号的电平脉宽时延参数值，使得光调顶通信信号的电平脉宽与电平脉宽预设值相同。具体地，如果实时电平脉宽高于电平脉宽预设值，则调小电平脉宽时延参数值，反之则调大，最终可能需要经过多次调整，使实时电平脉宽与电平脉宽预设值相同。

如果第一处理器获取的实时光调顶通信信号的调制深度与调制深度预设值不相同，则第一处理器通过控制激光器驱动芯片修改TOSA偏置电流高低差，进而改变光调顶通信信号的调制深度，使得光调顶通信信号的调制深度与调制深度预设值相同。具体地，如果实时调制深度高于调制深度预设值，则调小TOSA偏置电流高低差，反之则调大，最终可能需要经过多次调整，使实时调制深度与调制深度预设值相同。

调整完成后，可跳转至步骤S12，第一处理器继续控制激光器驱动芯片按照特定规则改变TOSA偏置电流，实现光调顶通信高低电平发送。

步骤S17，第一处理器保持光调顶通信信号的电平脉宽时延参数值和TOSA偏置电流高低差不变。

该步骤之后同样跳转至步骤S12，第一处理器继续控制激光器驱动芯片按照特定规则改变TOSA偏置电流，实现光调顶通信高低电平发送。实际上，保持参数不变也就是无需进行调整，因此步骤S15中判断与预设值相同后，也可以直接跳转至步骤S12，略过步骤S17即可。通过上述方法，实现了实时自动采集、演算并修正发送的光调顶通信信号电平脉宽，保证了光调顶通信信号电平脉宽的精确性，解决了光调顶通信信号电平脉宽不一样导致误码的问题，显著提高了光调顶通信的准确性。

实施例4

本发明实施例进一步对实施例2中的步骤S2，即采用变频采集方式进行对端光调顶通信信号的采集与接收，使得采集点落在光调顶通信信号电平上升沿与下降沿之间的中部区间，进行详细描述。如图6所示，主要包括如下步骤：

步骤S21，对端光模块以光调顶通信信号的电平脉宽预设值T为周期发送光调顶通信信号。

如实施例3中所述，对端光调顶通信信号的电平脉宽预设值T可由对端光模块中对应的第一处理器根据实际需求进行灵活设置，但需要在进行光调顶通信前确定具体数值并进行设定。

步骤S22，本地端光模块启动定时器并设置初始定时周期为t；其中，t＝T/n，n≥3且n为奇数。

光模块的第一处理器中设有定时器，本地端光模块通过设置其第一处理器中定时器的定时周期即可设置光调顶通信信号的采样周期。本地端第一处理器成功启动定时器后，设置定时器的初始定时周期为t；其中，t＝T/n，在进行光调顶通信前需要在本地端第一处理器预先设定n的取值，保证n≥3且n为奇数，后续S24中将具体说明n值的设置原理。

步骤S23，每次本地端定时器中断产生时进行对端光调顶通信RSSI ADC采样。

具体地，定时器每次定时周期计数完成后会自动产生中断，此时本地端光模块的第一处理器会自动进行对端光调顶通信RSSI ADC采样，并记录存储；也就是初始时本地端光模块先按照周期t对对端光模块进行光调顶通信信号采样，目的是查找起始位。

步骤S24，当本地端光模块连续采集到(n+1)/2个起始位电平时，则判定当前为起始位，并修改定时器的定时周期为T。

其中，起始位电平可以是高电平1也可以是低电平0，可自行设定。参考图5，此处以起始位电平为低电平0，光调顶通信信号电平脉宽预设值T为光调顶通信信号低电平下降沿与上升沿之间的时差为例进行说明。将初始定时周期设为t＝T/n，相当于将低电平下降沿与上升沿之间的时差部分(即T)平均分成n份；以n＝3为例，则平均划分成3份，如图5中四条竖直虚线所示。当n≥3且为奇数时，可保证最中间两条虚线之间的正中央位置肯定为低电平0，即肯定不会是上升沿或下降沿。

以n＝3为例，当本地端光模块的第一处理器连续采集到(n+1)/2＝2个低电平0时，可确定当前连续采集到的第2个低电平0必然是落在最中间两条虚线之间，也就是整个低电平区间的中间位置，避开了上升沿与下降沿，因此可将当前位置作为起始位。此时第一处理器更改定时周期为T之后再进行采样，可有效保证后续每个采集点同样可避开上升沿与下降沿，落在低电平区间或高电平区间。其中，n取值越大，连续采集到起始位电平的第(n+1)/2个采集点就越靠近起始位电平的正中间，后续采集时能够有效避开上升沿与下降沿的概率也就越大，更能保证采集到的光调顶通信信号准确。

步骤S25，本地端光模块以周期T连续进行对端光调顶通信RSSI ADC采样，并解析出数据位和停止位。

具体地，本地端光模块的第一处理器以时间间隔为T连续进行对端光调顶通信RSSI ADC采样，并记录存储；同时解析出字节的数据BIT位和停止BIT位，并封装成字节。

步骤S26，当本地端光模块解析到停止位时修改定时器定时周期为t，进行下个字节的起始位查找。

具体地，当本地端光模块中的第一处理器处理到停止位时，表示当前字节的信号采集已完成，此时再次将定时周期由T修改为t，进行下一个字节的起始位查找，即重新跳转到步骤S23，先以周期t采样，查找到起始位时修改为周期T进行采样。其中，t＝T/n，n≥3且n为奇数。

通过上述变频采集的步骤，实现了光模块进行光调顶通信信号采集时，采集点总是落在光调顶通信信号电平的中部区间，避开光调顶通信信号电平的上升沿或下降沿，保证了采集到的光调顶通信信号的准确性，解决了采集点落在上升沿或下降沿上时采集信号不准确造成的误码问题，显著提高了接收数据的准确率。

实施例5

本发明实施例进一步对实施例2中的步骤S3，即实时监控接收到的对端光调顶通信信号的调制深度，并在调制深度越限时进行告警上报，以便通知对端光模块调整对端光调顶通信信号的调制深度，进行详细描述。如图7所示，主要包括如下步骤：

步骤S31，当进行光调顶通信时，本地端光模块按照采样周期持续进行对端光调顶通信RSSI ADC采样，并对采样值进行记录存储和更新。

其中，这里的采样周期也就是前面提到的定时周期T，即光调顶通信信号的电平脉宽预设值。

步骤S32，当本地端光模块新记录的对端光调顶通信RSSI ADC值达到预设值N时，进行光调顶通信信号的调制深度演算。

其中，所述预设值N需要在进行光调顶通信前在本地端第一处理器进行设定，而且N的取值可根据需求进行调整，N取值越大，演算出的光调顶通信信号调制深度越精确。具体演算过程将在后续详细介绍。

步骤S33，本地端光模块将演算得到的光调顶通信信号调制深度与光调顶通信信号调制深度的告警门限进行比较，判断当前光调顶通信信号调制深度是否超过调制深度的告警门限。

如果超过告警门限，则执行步骤S34。其中，光调顶通信信号调制深度的告警门限包括最小告警门限和最大告警门限，最小告警门限和最大告警门限均可根据需要进行设置，在此不做具体限定。

步骤S34，如果光调顶通信信号调制深度超过告警门限，则本地端光模块向对端光模块上报调制深度过小或调制深度过大的告警信息。

具体地，如果本地端实际接收到的光调顶通信信号调制深度小于所述最小告警门限，说明对端光模块当前的光调顶通信信号调制深度预设值过小，则本地端第一处理器向对端光模块上报光调顶通信信号调制深度过小告警；如果本地端实际接收到的光调顶通信信号调制深度大于所述最大告警门限，说明对端光模块当前的光调顶通信信号调制深度预设值过大，则本地端第一处理器向对端光模块上报光调顶通信信号调制深度过大告警。如果光调顶通信信号调制深度小于所述最大告警门限同时大于所述最小告警门限，说明对端光模块当前的光调顶通信信号调制深度预设值比较合理，则无需向对端光模块上报光调顶通信信号调制深度的告警信息，直接跳转至步骤S31继续进行自动监控。

结合图1的光模块结构图，告警通知过程具体如下：本地端第一处理器将告警信息依次传递给本地端TOSA、本地端光调顶信号监测处理单元，由本地端光调顶信号监测处理单元将告警信息随光信号一起发送至对端ROSA，进而传递至对端第一处理器。

S35，对端光模块接收光调顶通信信号调制深度的告警信息，并根据告警信息调整对端光调顶通信信号的调制深度预设值。

具体地，对端第一处理器接收光调顶通信信号调制深度的告警信息，并调整对端光调顶通信信号的调制深度预设值。如果对端收到的是光调顶通信信号调制深度过小告警，则增大对端光调顶通信信号调制深度预设值；如果对端收到的是光调顶通信信号调制深度过大告警，则减小对端光调顶通信信号调制深度预设值，具体由对端第一处理器直接对调制深度预设值进行修改即可。

其中，调制深度预设值处于最小告警门限与最大告警门限之间，假设最大告警门限为30，最小告警门限为10，初始时对端光调顶通信信号调制深度预设值为20，则对端发送的光调顶通信信号调制深度会以预设值20为基准不断进行调整。此时如果外界环境变化不大，光纤长短也没有变化，则本地端接收到的光调顶通信信号调制深度仍在20左右，处于最大告警门限30与最小告警门限10之间，说明对端光调顶通信信号调制深度预设值为20比较合理，则无需调整对端光调顶通信信号调制深度预设值。此时如果外界环境变化较大，或者光纤长短发生变化，例如增加十公里的光纤之后，光信号传输过程中衰减较大，则本地端实际接收到的光调顶通信信号调制深度可能只有8，已经小于最小告警门限10，说明对端光调顶通信信号调制深度预设值取20已经过小，应该调大，例如调为25，使对端发送的光调顶通信信号调制深度以新的预设值25为基准不断进行调整，并继续在本地端监控实际接收到的光调顶通信信号调制深度是否已处于最大告警门限30与最小告警门限10之间，按照上述过程继续进行判断和调整。

进一步地，所述步骤S32，即当本地端光模块新记录的对端光调顶通信RSSI ADC值达到预设值N时，进行光调顶通信信号的调制深度演算，具体演算过程与实施例3中步骤13中的调制深度计算方法类似，如图8所示，包括如下步骤：

步骤S321，计算N个光调顶通信RSSI ADC值的平均值A。

即，计算N个光调顶通信信号的电平平均值A，具体由第一处理器对当前实时记录存储的N个光调顶通信RSSI ADC值进行求和，然后计算出平均值A。

步骤S322，在N个光调顶通信RSSI ADC值中查找出大于平均值A的光调顶通信RSSIADC值，并计算这些光调顶通信RSSI ADC值的平均值H。

即，在N个光调顶通信信号中查找出电平大于电平平均值A的光调顶通信信号，并计算这部分光调顶通信信号的电平平均值H。具体由第一处理器将N个光调顶通信RSSI ADC值逐一与平均值A进行比较，查找出大于平均值A的光调顶通信RSSI ADC值，并对这些光调顶通信RSSI ADC值进行求和，然后计算出平均值H。

步骤S323，在N个光调顶通信RSSI ADC值中查找出小于平均值A的光调顶通信RSSIADC值，并计算这些光调顶通信RSSI ADC值的平均值L。

即，在N个光调顶通信信号中查找出电平小于电平平均值A的光调顶通信信号，并计算这部分光调顶通信信号的电平平均值L。具体由第一处理器将N个光调顶通信RSSI ADC值逐一与平均值A进行比较，查找出小于平均值A的光调顶通信RSSI ADC值，并对这些光调顶通信RSSI ADC值进行求和，然后计算出平均值L。

步骤S324，根据平均值A、H、L计算当前光调顶通信信号的调制深度D并保存；其中，D＝(H-L)/A。具体由第一处理器根据该计算公式完成当前光调顶通信信号调制深度计算并保存。

通过上述步骤，实现了实时自动监控对端光调顶通信信号的调制深度，在光调顶通信信号调制深度越限造成高速数据传输或光调顶通信信号不稳定时，能自动进行告警上报，通知对端光模块调整调制深度，保证高速数据传输的稳定性和光调顶通信信号的准确性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可提高光调顶通信准确性的光模块，其特征在于，包括TOSA、ROSA、第一处理器、光调顶信号监测处理单元和激光器驱动芯片；

所述TOSA用于发射光调顶通信信号；

所述ROSA用于接收对端光模块发射的光调顶通信信号；

所述第一处理器用于控制所述激光器驱动芯片改变所述TOSA的偏置电流，实现本地端光调顶通信信号的高低电平发送；以及采用变频采集方式进行对端光调顶通信信号的采集与接收，使得采集点落在光调顶通信信号电平上升沿与下降沿之间的中部区间，同时实时监控接收到的对端光调顶通信信号的调制深度，并在调制深度越限时向对端光模块进行告警上报；

所述光调顶信号监测处理单元用于实时监测所述TOSA发出的光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度，以便所述第一处理器根据监测情况对电平脉宽和调制深度进行调整，使电平脉宽和调制深度分别达到对应预设值。

2.如权利要求1所述的可提高光调顶通信准确性的光模块，其特征在于，所述光调顶信号监测处理单元包括分光探测器、A/D转换器、存储器、第二处理器和通信接口，所述分光探测器与所述TOSA连接，所述第二处理器通过所述通信接口与所述第一处理器连接；

所述分光探测器用于将所述TOSA发射来的光调顶通信信号分光，一部分发送至对端光模块，另一部分转换为电信号发送至所述A/D转换器；

所述A/D转换器用于将接收到的模拟信号转换为数字信号；

所述存储器用于存储所述A/D转换器转换的光调顶通信信号采样值；

所述第二处理器用于对所述存储器中的采样值进行分析计算，得到实时光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度，并通过所述通信接口传送给所述第一处理器。

3.如权利要求1所述的可提高光调顶通信准确性的光模块，其特征在于，所述光调顶信号监测处理单元包括分光探测器、A/D转换器、存储器和通信接口，所述分光探测器与所述TOSA连接，所述存储器通过所述通信接口与所述第一处理器连接；

所述分光探测器用于将所述TOSA发射来的光调顶通信信号分光，一部分发送至对端光模块，另一部分转换为电信号发送至所述A/D转换器；

所述A/D转换器用于将接收到的模拟信号转换为数字信号；

所述存储器用于存储所述A/D转换器转换的光调顶通信信号采样值，并通过所述通信接口传送给所述第一处理器，以便所述第一处理器对采样值进行分析计算，得到实时光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度。

4.一种可提高光调顶通信准确性的方法，其特征在于，光模块中设有光调顶信号监测处理单元，方法包括：

通过光调顶信号监测处理单元实时监测本地端光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度，以便根据监测值对电平脉宽和调制深度进行调整，使电平脉宽和调制深度分别达到对应预设值；

采用变频采集方式进行对端光调顶通信信号的采集与接收，使得采集点落在光调顶通信信号电平上升沿与下降沿之间的中部区间；

实时监控接收到的对端光调顶通信信号的调制深度，并在调制深度越限时进行告警上报，以便通知对端光模块调整对端光调顶通信信号的调制深度预设值。

5.如权利要求4所述的可提高光调顶通信准确性的方法，其特征在于，所述通过光调顶信号监测处理单元实时监测本地端光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度，以便根据监测值对电平脉宽和调制深度进行调整，使电平脉宽和调制深度分别达到对应预设值，具体为：

第一处理器设定电平脉宽预设值和调制深度预设值，并控制激光器驱动芯片按特定规则改变TOSA偏置电流，实现本地端光调顶通信高低电平发送；

光调顶信号监测处理单元实时接收TOSA发出的光调顶通信信号，进而计算光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度；其中，电平脉宽取值为高电平上升沿与下降沿之间的时差，或低电平下降沿与上升沿之间的时差；

第一处理器判断获取的实时光调顶通信信号的电平脉宽和调制深度是否与对应预设值相同，如果不相同则修正对应参数，使电平脉宽和调制深度分别达到对应预设值。

6.如权利要求5所述的可提高光调顶通信准确性的方法，其特征在于，所述如果不相同则修正对应参数，使电平脉宽和调制深度分别达到对应的预设值，具体为：

如果第一处理器获取的实时光调顶通信信号的电平脉宽与电平脉宽预设值不相同，则修正光调顶通信信号的电平脉宽时延参数值，使得光调顶通信信号的电平脉宽与电平脉宽预设值相同；

如果第一处理器获取的实时光调顶通信信号的调制深度与调制深度预设值不相同，则通过控制激光器驱动芯片修改TOSA偏置电流高低差，进而改变光调顶通信信号的调制深度，使得光调顶通信信号的调制深度与调制深度预设值相同。

7.如权利要求4所述的可提高光调顶通信准确性的方法，其特征在于，当对端光模块以光调顶通信信号的电平脉宽预设值T为周期发送光调顶通信信号时，所述采用变频采集方式进行对端光调顶通信信号的采集与接收，具体为：

本地端光模块设置初始采样周期为t，并按照周期t持续对对端光模块进行光调顶通信信号采样；其中，t＝T/n，n≥3且n为奇数；

当本地端光模块连续采集到(n+1)/2个起始位电平时，则判定当前为起始位，修改采样周期为T；

本地端光模块按照周期T持续对对端光模块进行光调顶通信信号采样，并解析数据位和停止位，当解析到停止位时修改采样周期为t，进行下个字节的起始位查找。

8.如权利要求4所述的可提高光调顶通信准确性的方法，其特征在于，所述实时监控接收到的对端光调顶通信信号的调制深度，并在调制深度越限时进行告警上报，以便通知对端光模块调整对端光调顶通信信号的调制深度，具体为：

本地端光模块按照周期持续对对端光模块进行光调顶通信信号采样，当采集的光调顶通信信号数量达到预设值N时，进行光调顶通信信号的调制深度演算；

本地端光模块将演算得到的光调顶通信信号调制深度与光调顶通信信号调制深度的告警门限进行比较；

如果光调顶通信信号调制深度超过告警门限，则向对端光模块上报相应的告警信息，由对端光模块调整对端光调顶通信信号调制深度预设值。

9.如权利要求8所述的可提高光调顶通信准确性的方法，其特征在于，光调顶通信信号调制深度的告警门限包括最小告警门限和最大告警门限；

如果光调顶通信信号调制深度小于所述最小告警门限，则向对端光模块上报光调顶通信信号调制深度过小告警，由对端光模块增大对端光调顶通信信号调制深度预设值；

如果光调顶通信信号调制深度大于所述最大告警门限，则向对端光模块上报光调顶通信信号调制深度过大告警，由对端光模块减小对端光调顶通信信号调制深度预设值。

10.如权利要求8所述的可提高光调顶通信准确性的方法，其特征在于，所述当采集的光调顶通信信号数量达到预设值N时，进行光调顶通信信号的调制深度演算，具体为：

计算N个光调顶通信信号的电平平均值A；

在N个光调顶通信信号中查找出电平大于电平平均值A的光调顶通信信号，并计算这部分光调顶通信信号的电平平均值H；

在N个光调顶通信信号中查找出电平小于电平平均值A的光调顶通信信号，并计算这部分光调顶通信信号的电平平均值L；

根据平均值A、H、L计算当前光调顶通信信号的调制深度D并保存；其中，D＝(H-L)/A。

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