CN113056879A - 用于相干突发接收的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

光网络通信系统利用相干无源光网络(PON)。所述系统包含具有配置成用于时分波分相干检测的下游传输器和上游接收器系统的光线路终端(OLT)。所述系统进一步包含与所述OLT可操作通信的分离器和与所述分离器可操作通信的多个光网络单元(ONU)。所述多个ONU中的每一个配置成(i)从所述OLT接收下游相干突发信号，且(ii)将至少一个上游突发信号传输到所述OLT。所述上游接收器系统进一步包含功率控制模块和配置成产生光学LO信号的本机振荡器(LO)。所述功率控制模块配置成适应性地实时控制所述光学LO信号的功率电平。

Description

用于相干突发接收的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年8月2日提交的第62/713,691号美国临时专利申请的权益和优先权，所述申请以全文引用的方式并入本文中。
背景技术
本公开的领域大体上涉及光纤通信网络，且更确切地说，涉及能够传输相干光学信号的存取网路。
高速有线(例如，光纤到户(FTTP))存取网路的发展已由新业务和技术驱动程序(如云服务、5G无线传送和高带宽4K/8K视频应用)推动。对高速数据和视频服务的增长需求当前推动在不久的将来的光学存取网路中对住宅产品的高达千兆位每秒(Gb/s)和对企业市场的高达多Gb/s的存取网路范式带宽要求。举例来说，电缆运营商现定期向住宅产品提供Gb/s服务，且来自其的存取带宽要求响应于增大的4K/8K视频串流、云计算的扩张、“大数据”、社交媒体、物联网(IoT)和移动数据递送而预期增长到多Gb/s速度。
常规存取网络架构利用无源光网络(PON)，例如，ITU-T内的千兆位无源光网络(GPON)或IEEE内的以太网无源光网络(EPON)。PON可为点到多点(P2MP)，且通常是用于中等到大群体的点到点乙太网的低成本替代。GPON和EPON在信号封装和动态带宽分配方面具有一些技术差异，但两种PON类型都能够通过无源光网络在光纤上从光学集线器到客户驻地一直携载数据。两种PON类型都使用光纤上的基带数字信令来携带信息。
在P2MP范式中，PON技术已是满足对终端用户的增长高容量需求的主要架构中的一个，这通过开发下一代高速时分多工PON(TDM-PON)标准的标准机构中的进展进一步得到证明。IEEE 802.3ca 100G乙太网PON(EPON)任务组朝向基于25Gbps每单通道的波长多工的25/50G EPON标准化迈进。也已在ITU-T Q2/SG15组中提出了标准化较高速度PON(例如，50Gbps)的新项目。由此存在对PON演变以提供较高每订户数据速率和较宽服务和应用覆盖的持续需求，且同时最小化资本支出(CAPEX)和操作支出(OPEX)成本，且还提高对可调式解决方案的可重新配置能力。
基于单波长具TDM机制的高速PON系统已常规地用于减小所需光学组件的数目且降低其相关联成本，且还节省波长资源。然而，这些系统的有限灵敏度已成为进一步开发具有高功率预算的基于直接检测的高速PON系统的重要挑战。
相干检测技术已提供用于提高接收器灵敏度的有效技术。在PON范式内，最近相干检测解决方案已通过用清洁本机振荡器(LO)信号对信号进行相干拍打来改良接收器灵敏度。这些最近解决方案支持较长距离传输和较大数目的终端用户，同时还实现使用多维的高存取速度和具有较高频谱效率的较先进调制格式。相干技术进一步使得可能的先进数字信号处理(DSP)技术实现数字域中的光学和电减损(例如，色度色散(CD)等)的减轻。然而，实施基于相干检测的TDM PON系统的主要挑战来源于上游突发接收器，所述挑战也存在于非相干TDM-PON系统。在下文相对于图1进一步描述常规TDM-PON系统。
图1是常规TDM PON系统100的示意性说明。系统100包含集中化光线路终端(OLT)102、分离器104和多个光网络单元(ONU)106(即，1到n)，所述光网络单元可例如进一步与多个用户或客户驻地(图中未示)通信。OLT 102通常定位于中心局、通信集线器或光学链路的头端内，且用以将标准信号从服务提供商(图中未示)转换到由系统100使用的频率和成帧，且还用于协调ONU 106上的转换装置之间的多工。分离器104可表示例如功率分离器/组合器。
在图1中所描绘的实例中，系统100表示实施上游突发技术的常规TDM-PON(例如，10G-EPON、10G-PON(也称为XG-PON)等)，其中集中化OLT 102通过光学传送媒体108(例如，单模光纤(SMF))可操作地与分离器104连接，所述分离器继而通过遍及其无源光分布网络(ODN)的不同方位处的次级光纤110可操作地与ONU 106连接。在常规TDM PON的ODN中，分离器104通常是无源光功率分离器。
在系统100的操作中，OLT 102传输下游突发信号112，且接收多个上游突发信号114。因此，来自不同用户(即，分别ONU 106(1)、106(2)、106(n))的上游突发信号114(1)、114(2)、114(2)在不同时隙下以不同功率电平到达OLT 102处，如图1中所说明的实施例中所描绘。OLT 102因此需要在相对短时间内实现突发时钟和数据恢复(BCDR)，以便减小上游突发信号114的个别突发的开销长度。然而，来自上游突发信号114的在上游方向上的接收功率的动态范围可通常大于15dB，这为这种常规架构带来挑战。也就是说，为实现用于上游突发信号114的突发模式接收，常规技术大体上需要两个处理步骤116(即，通过处理器的计算机可执行指令或由用于其的专用硬件单元执行)以获得同步信号检测：(1)突发增益控制118；和(2)突发数据恢复120。
此外，在常规PON系统100中，突发放大通常使用突发模式限制跨阻抗放大器(TIA)实现于电域中。然而，通过这种类型的TIA电域实施带来额外挑战，且尤其相对于10Gb/s以上的高速突发信号。在下文相对于图2A到2B进一步描述这种TIA挑战。
图2A到2B是常规相干接收器200、202的示意性说明。更确切地说，图2A的相干接收器200表示常规外差双极化接收器，且图2B的相干接收器202表示常规零差双极化接收器。外差相干接收器200包含光学接收部分204(例如，光学混合和光检测器((PD))，所述光学接收部分接收输入光信号206和输入LO信号208，且使用用于每一电信号数据路径的多个突发TIA 212输出电信号210。在图2A所说明的外差实例中，展示用于两个相应输出电信号数据路径210的两个TIA 212。类似地，零差相干接收器202包含光学接收部分214，所述光学接收部分接收输入光信号216和输入LO信号218，且使用用于每一相应电信号数据路径的多个突发TIA 222(即，用于四个相应输出电信号数据路径220的四个TIA 222)输出电信号220。为了易于解释，光学信号路径描绘为实线，且电信号路径描绘为虚线。
相干接收器200、202的相应架构由此受到用于相干上游突发接收器的每一不同电数据路径的多个突发TIA的这种需求的挑战。此外，相应TIA 212、222对于每一此类电数据路径210、220必须也是线性和相同的(即，分别用于双极化相干接收器200或202的2个或4个突发线性TIA)。因此，与电域中实施的常规技术相反，存在对通过光域中的增益控制来实施突发放大的改良技术的需求，使得对突发TIA的需求可放松，或甚至消除。
发明内容
在一实施例中，光网络通信系统利用相干无源光网络(PON)。系统包含具有配置成用于时分波分相干检测的下游传输器和上游接收器系统的光线路终端(OLT)。系统进一步包含与OLT可操作通信的分离器和与分离器可操作通信的多个光网络单元(ONU)。多个ONU中的每一个配置成(i)从OLT接收下游相干突发信号，且(ii)将至少一个上游突发信号传输到OLT。上游接收器系统进一步包含功率控制模块和配置成产生光学LO信号的本机振荡器(LO)。功率控制模块配置成适应性地实时控制光学LO信号的功率电平。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有图式中相同的标号表示相同的部件，在附图中：
图1是常规时分多工无源光网络系统的示意性说明。
图2A到2B是常规相干接收器的示意性说明。
图3是根据一实施例的描绘用于相干无源光网络的示范性相干接收器系统的操作原理的示意性说明。
图4A到4C是根据一实施例的本机振荡器功率控制方案的示意性说明。
图5是根据一实施例的前馈自动本机振荡器功率控制方案的示意性说明。
图6是根据一实施例的反馈自动本机振荡器功率控制方案的示意性说明。
图7是根据一实施例的动态带宽分配功率控制方案的示意性说明。
图8是可用本文中所描述的实施例实施的示范性注册过程的流程图。
图9是可用本文中所描述的实施例实施的替代注册过程的流程图。
图10是可用本文中所描述的实施例实施的自动功率均衡过程的流程图。
图11是可用本文中所描述的实施例实施的基于命令的功率均衡过程的流程图。
除非另外指明，否则本文中所提供的图式意在说明本公开的实施例的特征。这些特征认为适用于包含本公开的一个或多个实施例的广泛多种系统。如此，图式并非意在包含所属领域的一般技术人员已知的实践本文中所公开的实施例所需的所有常规特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求书中，将引用若干术语，所述术语应定义为具有以下含义。
除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一(a/an)”和“所述”包含复数个参考物。
“任选”或“视需要”意指随后描述的事件或情形可能发生或可能不发生，且所述描述包含事件发生的情况和事件不发生的情况。
如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言可应用于修饰可以许可的方式变化而不会导致其相关的基本功能改变的任何定量表示。因此，由如“约”、“大约”和“大体上”的一个或多个术语修饰的值不限于所指定的确切值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量所述值的仪器的精度。此处以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可以是组合的和/或互换的；除非内容或语言另外指示，否则此类范围得以确定且包含其中所含有的所有子范围。
如本文中所使用，术语“处理器”和“计算机”以及相关术语(例如，“处理装置”、“计算装置”和“控制器”)不仅限于在本领域中称为计算机的那些集成电路，而是广义地指代微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路(ASIC)以及其它可编程电路，且这些术语在本文中可互换使用。在本文中所描述的实施例中，存储器可包含但不限于如随机存取存储器(RAM)的计算机可读媒体和如快闪存储器的计算机可读非易失性媒体。替代地，也可使用软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字多功能光盘(DVD)。另外，在本文中所描述的实施例中，额外输入通道可以是但不限于与如鼠标和键盘的操作者接口相关联的计算机外围设备。替代地，也可使用其它计算机外围设备，其可包含例如但不限于扫描器。此外，在示范性实施例中，额外输出通道可包含但不限于操作者接口监视器。
此外，如本文中所使用，术语“软件”和“固件”是可互换的，且包括存储在存储器中用于由个人计算机、工作站、客户端和服务器执行的计算机程序。
如本文中所使用，术语“非暂时性计算机可读媒体”旨在表示在任何方法或技术中实施以用于如计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块或在任何装置中的其它数据的信息的短期和长期存储的任何有形的基于计算机的装置。因此，本文中所描述的方法可编码为在包含但不限于存储装置和存储器装置的有形非暂时性计算机可读媒体中体现的可执行指令。此类指令在由处理器执行时致使处理器进行本文中所描述的方法的至少一部分。此外，如本文中所使用，术语“非暂时性计算机可读媒体”包含所有有形的计算机可读媒体，包含但不限于非暂时性计算机存储装置，包含但不限于易失性和非易失性媒体以及抽取式和不可抽取式的媒体，如固件、物理和虚拟存储装置、CD-ROM、DVD和如网络或因特网的任何其它数字源，以及尚待开发的数字化手段，唯一的例外是暂时性传播的信号。
此外，如本文中所使用，术语“实时”是指以下中的至少一个：相关联事件的发生时间、量测和预定数据收集的时间、计算装置(例如，处理器)处理数据的时间和系统对事件和环境的响应的时间。在本文中所描述的实施例中，这些活动和事件大体上瞬时地发生。
如本文中所使用，“调制解调器终端系统”(MTS)是指包含以下中的一个或多个的终端单元：光网络终端(ONT)、光线路终端(OLT)、网络终端单元、卫星终端单元、电缆调制解调器终端系统(CMTS)和/或可个别地或统称为MTS的其它终端系统。
如本文中所使用，“调制解调器”是指可个别地或统称为调制解调器的调制解调器装置，包含一个或多个电缆调制解调器(CM)、卫星调制解调器、光网络单元(ONU)、DSL单元等。
如本文中所描述，“PON”大体上是指具有根据在常规PON系统中使用的类似元件的已知命名规范标注的组件的无源光网络或系统。举例来说，OLT可实施于如头端/集线器的聚集点处，且多个ONU可在多个终端用户、客户驻地或订户位置处安置和可操作。因此，“上行链路传输”是指从终端用户到头端/集线器的上游传输，且“下行链路传输”是指从头端/集线器到终端用户的下游传输，其可假定是大体上持续传播(除非在省电模式或类似物中)。
在一示范性实施例中，本文中描述用于利用LO进行相干检测的突发相干接收的系统和方法。本发明实施例大体上适用于突发相干接收器，且不限于仅上文相对于图2A到2B所描述的常规相干接收器的实例。本申请的创新突发控制技术由此表示优于直接检测系统方案的大量改良，其仅通过调整用于接收到的信号的光学前置放大器的增益来实现突发增益控制。当前相干检测系统和方法呈现新的有利突发增益控制技术，其调整LO的光学输出功率，由此直接影响相干增益，以及来自其的后续输出电信号电平。
在其中不同用户(例如，ONU)定位于与OLT的不同距离处的情况下，本发明的系统和方法也特别有用，其中接收到的光学信号中的突发的相应功率可预期在明显大的动态范围内改变。由于相干接收器通常包含具有特定量化范围的一个或多个模数转换器(ADC)，根据本发明实施例的技术通过有效地获得用于不同信号的相等或类似电信号功率来提供优于常规技术的又进一步改良，其引起明显改良的最优接收器性能。
因此，在一示范性实施例中，提供通过适应性地调整输入LO功率来有效地实现突发增益控制的改良方法。如下文更详细地进一步描述，这些改良技术可不仅相对于不同相干拍打增益控制机制且还相对于不同相干操作方案和原理而实现。根据这些创新实施例，可有利地实现电气组件的较低成本配置，由此明显减小系统的CAPEX和OPEX。
在一些实施例中，本发明的系统和方法不需要一定完全替换PON系统中的现有功率均衡方法(例如，在NG-PON2中使用的调整ONU传输器功率的功率均衡)，但可以对常规技术改良的互补方式有利地实施。
在一实施例中，本发明的系统和方法进一步利用对相干检测范式唯一的相干拍打的固有属性，由此实现又进一步优势，包含但不限于：(i)用于基于相干检测中的相干拍打增益的唯一性质而实现光域中的突发增益控制的有效方法；(ii)通过实现光域中的突发增益控制，放松或消除对电域中的突发TIA的需求，由此明显降低将另外需要多个TIA的相干接收器的设备和操作成本；和(iii)通过有利利用具有恒定光功率的连续LO信号，与用于接收到的信号的突发光学放大的常规技术(例如，使用突发EDFA作为用于接收到的信号的预放大)相比，LO功率控制简化且成本进一步降低，然而突发模式中的接收到的信号将具有高动态范围。
图3是描绘用于相干PON(未分别说明，也称为CPON)的示范性相干接收器系统300的操作原理的示意性说明。在图3中所描绘的实施例中，相干接收器系统300展示为结构上类似于图2B的零差双极化接收器202，不同之处在于相干接收器系统300配置成用于优化相干接收器系统300的性能的自适应功率控制技术。如上文所论述，以说明方式且不以限制性意义提供相干接收器系统300的特定结构配置。本文中所描述的自适应功率控制技术适用于使用LO的其它相干检测突发接收器(外差、零差、内差等)。
在一示范性实施例中，相干接收器系统300(或其一部分)安置于OLT(例如，图1的OLT 102)内，且包含配置成接收输入光信号304(例如，通过SMF)和来自LO 308的LO信号306的光学接收部分302。在这个实例中，光学接收部分302进一步配置成使用用于每一相应电信号路径312的多个突发TIA 314(例如，在这个实例中，用于四个相应电信号路径312的四个TIA 314)通过相应电信号路径312来输出电信号310。输入光信号304包含来自相应多个用户(例如，图1的ONU 106，图3中未示)的多个突发316。类似于上文所描述的实例，光学信号路径又以实线描绘，且电信号路径以虚线描绘。
相干PON架构的示范性架构以及其相应组件更详细地描述于美国专利第9,912,409号、美国专利第10,200,123号和2017年5月31日提交给本发明人的同在申请中的美国专利申请第15/609,461号中，所有申请的公开内容以引用的方式并入本文中。
在相干接收器系统300的示范性操作中，LO 308的通过创新性采用固有相干检测属性的自适应功率控制。举例来说，在光检测器之后的电信号交流电(AC)(例如，输出电信号310)的振幅取决于LO信号306和输入光信号304的功率。假定响应度是R，在光检测器之后的AC信号的振幅Aac可根据以下来表达：
Figure BDA0003003211200000071
其中PS表示光学接收部分302处的输入光信号304的功率，且PLO表示光学接收部分302处的LO信号306的功率。
尽管如此，因为产生相应突发316的不同用户可定位于与光学接收部分302的各种不同距离处，故接收到的输入光信号304中的突发316的功率PS可在大体上大的范围内改变。但根据图3中所描绘的示范性实施例，在通过光学接收部分302进行相干检测之后通过根据以下控制LO 308处的LO信号306的功率PLO来实现等幅电信号318：
PLO∝(Aac/2R)2/PS (等式2)
也就是说，根据相干接收器系统300的示范性操作，与需要使用突发光学前置放大器来改变信号功率的常规技术相反，控制LO功率PLO。在一示范性实施例中，适应性地进行LO308的功率控制。因此，通过LO 308的自适应功率控制，在通过相干接收部分302进行相干检测之后，实现接收到的信号(例如，输入光信号304)的最优解调条件(例如，等幅电信号318)，使得后续对应电突发的相应振幅具有相等或类似突发振幅，即，功率电平。
在一示范性实施例中，根据时间内的个别突发316的相应功率电平PS1，PS2，PS3来适应性地控制LO功率。如图形LO功率曲线图320中所说明，可适应性控制PLO，使得时间内的PLO的功率电平322与任何给定时间处的突发信号功率PS1逆相关。在下文相对于图4到7进一步描述示范性LO功率控制技术。
图4A到4C分别是LO功率控制方案400、402、404的示意性说明。功率控制方案400、402、404表示例如用以实现用于PON系统(例如，图1的PON系统100)中的突发LO功率控制的当前技术的替代方法。在其中PON系统中的不同突发长度需要高于大体频率范围(例如，数十兆赫兹或更大)的突发增益控制频率的情况下，功率控制方案400、402、404中的一个或多个可特别有用。
在第一方法的一实施例中，图4A的功率控制方案400相对于包含激光源408的LO406和与LO 406可操作通信的功率控制模块410而实施。在一些实施例中，功率控制模块410是来自LO 406的独立组件。在其它实施例中，功率控制模块410是LO 406的一体式组件。在功率控制方案400的示范性操作中，功率控制模块410用以提供对激光源408的激光驱动电压的直接控制以(例如，适应性地)改变来自LO 406的输出LO信号412的LO功率。为了易于解释，LO 406可包含图4A中未展示的一个或多个额外硬件和/或处理组件。在图4A到4C中所描绘的若干示范性方法中，功率控制方案400表示最简单的结构和操作设置，但在其中LO频率漂移或啁啾在相关PON系统中可有问题的情况下可需要用于激光源408的高性能频率和啁啾控制激光。
在第二方法的一实施例中，图4B的功率控制方案402类似于图4A的功率控制方案400，且相对于包含激光源416的LO 414和功率控制模块418而类似地实施。但功率控制方案402不同于功率控制方案400，原因在于LO 414进一步包含光学放大器420，且功率控制模块418用以控制光学放大器420，由此使得LO 414能够使激光源416的激光驱动电压保持固定。根据功率控制方案402，通过调整在激光源416之后的光学放大器420的增益来实现输出LO信号422的功率控制。在一实施例中，光学放大器420可包含半导体光学放大器(SOA)、光纤放大器或另一类型的放大器中的一个或多个。根据功率控制方案402，有效地解决频率漂移问题，且光学放大器420的使用还提供在明显广泛的频率范围(例如，数十兆赫兹或更大)内的相对快速增益控制响应。
在第三方法的一实施例中，图4C的功率控制方案404类似于图4B的功率控制方案402，且相对于包含激光源426和光学放大器428的LO 424以及功率控制模块430而类似地实施。但功率控制方案404不同于功率控制方案402，原因在于LO 424进一步包含在光学放大器428之后的可调光衰减器(VOA)432，且功率控制模块430用以控制可调光衰减器432，由此使得LO 424能够使激光源426的激光驱动电压和光学放大器428的增益两者保持固定。根据功率控制方案404，输出LO信号434的功率控制通过调整在光学放大器428之后的可调光衰减器432的衰减来实现，且在其中可调光衰减器432是快速响应VOA的情况下尤其有效。
为了易于解释，以上分别描述功率控制方案400、402、404的相应技术。尽管如此，本领域的普通技术人员在阅读和理解当前书写的公开内容之后将理解，功率控制方案400、402、404中的一个或多个可以互补方式一起实施，或其若干组件的一个或多个参数可同时服从一个或多个功率控制模块的控制。举例来说，在至少一个实施例中，激光源、运算放大器和可调光衰减器中的每一个可与功率控制模块或相同功率控制模块可操作通信，且服从所述功率控制模块的控制。
图5是前馈自动LO功率控制方案500的示意性说明。在一示范性实施例中，功率控制方案500相对于相干PON系统(图5中未示)的相干接收器系统502而实施。在一些实施例中，功率控制方案500可分别并入图4A到4C的功率控制方案400、402、404中的一个或多个，或可以对其的补充或替代方式实施。在图5中所描绘的实例中，相干接收器系统502类似于图3的相干接收器系统300，且包含光学接收部分504，所述光学接收部分配置成接收输入光学突发信号506(例如，包含多个突发，图5中未示)和来自LO 510的LO信号508，且使用用于每一相应电信号路径514(例如，在这个实例中，用于四个相应电信号路径514的四个TIA516)的多个突发TIA 516通过相应电信号路径514来输出电信号512。
在一示范性实施例中，相干接收器系统502进一步包含与LO 510可操作通信的功率控制模块518以及与输入光学突发信号506光学通信且与功率控制模块518电通信的至少一个光检测器520。在前馈功率控制方案500的示范性操作中，光检测器520安置于光学接收部分504的接收器侧上且敲打/敲打出输入突发光学信号506的接收到的突发的一部分。以这种方式，光检测器520由此用以实时监视输入突发光学信号506的接收到的光学信号功率且将所监视的功率电平向前馈送到功率控制模块518以实现LO 510的自适应功率控制。
在一实施例中，功率控制模块518包含足够处理和存储器硬件和/或软件以使得功率控制模块518能够用作控制LO 510和LO信号508的功率的智能单元，且使得调适后续电信号512的振幅以确保对应电突发的大体上相同输出电平。在功率控制方案500的一些实施例中，可视需要给每一突发一额外开销以提供用于功率控制的足够时间。
在一示范性实施例中，LO 510可以是图4A的LO 406、图4B的LO 414和图4C的LO424中的任何一个，且根据其相关功率控制方案(或混合结构/方案，如上文所描述)来操作。如同上文所描述的示范性实施例，出于说明性目的且不以限制意义描绘相干接收器系统502的零差结构配置。
在至少一个实施例中，功率控制方案500可相对于包含物理(PHY)层的相干PON系统而实施，且可基于PHY层信号功率而进行信号功率监视，但不需要上部层信息。在其中实施PHY层信号功率的监视的情况下，在需要时，相干接收器系统502可进一步利用接收到的信号(例如，接收到的光学突发信号506)的一部分以及额外硬体组件来实现足够快速的响应。
图6是反馈自动LO功率控制方案600的示意性说明。在一示范性实施例中，功率控制方案600在一些方面中类似于功率控制方案500，且相对于相干PON系统(图6中未示)的相干接收器系统602而实施，其包含光学接收部分604，所述光学接收部分配置成接收输入光学突发信号606(例如，包含图6中未展示的多个突发)和来自LO 610的LO信号608，且使用用于每一相应电信号路径614的多个突发TIA 616(例如，在这个实例中，用于四个相应电信号路径614的四个TIA 616)通过相应电信号路径614来输出电信号612。也类似于上文所描述的功率控制方案500的实施，相干接收器系统602进一步包含与LO 610可操作通信的功率控制模块618。
在反馈功率控制方案600的示范性操作中，且不同于前馈功率控制方案500，相干接收器系统602进一步包含基于在相干检测之后的电信号612的功率的反馈回路620。在一实施例中，功率控制模块618使用反馈回路620将适应性地控制LO 610的功率直到输出电信号612在所要最优范围内。在至少一个实施例中，将LO 610设定为初始LO功率值，其可以是基于用于相关PON系统的功率预算计算的平均功率值。在一些实施例中，每一突发帧可进一步具备足够开销以实现所要收敛。类似于功率控制方案500，功率控制方案600也可分别单独或以混合方式并入图4A到4C的功率控制方案400、402、404中的一个或多个。
图7是动态带宽分配(DBA)功率控制方案700的示意性说明。在一示范性实施例中，功率控制方案700在一些方面中也类似于功率控制方案500，且相对于相干PON系统(图7中未示)的相干接收器系统702而实施，其包含光学接收部分704，所述光学接收部分配置成接收输入光学突发信号706(例如，包含图7中未展示的多个突发)和来自LO 710的LO信号708，且使用用于每一相应电信号路径714的多个突发TIA 716(例如，在这个实例中，用于四个相应电信号路径714的四个TIA 716)通过相应电信号路径714来输出电信号712。也类似于上文所描述的功率控制方案500的实施，相干接收器系统702进一步包含与LO 710可操作通信的功率控制模块718。
在反馈功率控制方案700的示范性操作中，且不同于前馈功率控制方案500，相干接收器系统702进一步包含DBA单元720，所述DBA单元配置成记录相干PON系统的功率和链路损耗信息且产生DBA映射。使用来自DBA单元720的DBA映射，使得相干接收器系统702的相干上游突发接收器定位于其中的OLT(图7中未示)能够通过DBA映射来管理上游带宽分配。
在一示范性实施例中，OLT进一步包含用于利用到OLT的不同相应距离和相干上游突发接收器来测量由于PON系统的不同ONU可能在不同位置而引起的每一ONU的传输延迟的测距机制或测距能力。在这个情境下，每一ONU可注册且测距，且由此提供用于DBA单元720的相关延迟/距离信息。在每一ONU恰当地注册于DBA映射中后，可指示ONU仅以“请求授权协议”传输可由OLT控制的相应上游突发信号。因此，使用DBA单元720的DBA映射信息，OLT将知道从其传输每一突发的确切位置，和每一此类突发何时将到达OLT。也就是说，可基于来自DBA单元720的DBA映射信息而适应性控制LO 710的功率。类似于功率控制方案500，功率控制方案700也可分别单独或以混合方式并入图4A到4C的功率控制方案400、402、404中的一个或多个。
在一些情况下，将不知道在ONU中的一个或多个的注册期间的链路损耗。在这个情境下，DBA功率控制方案700可基于MAC层和PHY层协作(在下文相对于图8和9进一步描述)而进一步实施一个或多个方法以设定LO功率且初始化ONU的恰当注册而不需要链路损耗信息。
图8是可用本文中所描述的实施例实施的示范性注册过程800的流程图。在一示范性实施例中，过程800使用具有LO(例如，图3的LO 308、图4A的LO 406、图4B的LO 414、图4C的LO 424、图5的LO 510、图6的LO 610、图7的LO 710)的智能相干突发模式接收器(例如，图3的相干接收器系统300、图5的相干接收器系统502、图6的相干接收器系统602、图7的相干接收器系统702)相对于相干PON系统(例如，图1的系统100)的OLT(例如，图1的OLT 102)和一个或多个ONU(例如，图1的ONU 106)而实施。除非相反描述，否则过程800的个别步骤可以所描述次序、不同次序进行，或步骤中的两个更多个可同时进行。
在一实施例中，过程800与图5的前馈功率控制方案500和图6的反馈功率控制方案600中的至少一个联合地实施图7的DBA功率控制方案700。与DBA功率控制方案700相比，前馈功率控制方案500和反馈功率控制方案600例如通常需要较长响应时间。也就是说，其中前馈功率控制方案500和反馈功率控制方案600将取决于其相应组件的相对速度，DBA功率控制方案700将相对于其它方案快得多地操作，这是由于(例如，功率控制单元718和/或DBA单元720的)智能处理预先知晓每一突发将何时到达。
因此，当与如本文中所描述的DBA方案700联合地操作时，由于相应接收到的信号的直接功率测量值，前馈方案500和反馈方案600有利地提供进一步精细功率控制。相对于前馈方案500和/或反馈方案600，DBA方案700可因此描述为提供粗略功率控制。DBA方案700与前馈方案500和/或反馈方案600的此类联合操作可通过如下文进一步描述的过程800实现。
在示范性实施例中，过程800在步骤802处开始，其中OLT将“发现门”广播到相干PON系统以用于ONU注册。在步骤804中，至少一个ONU(例如，“ONU-i”)响应于发现门广播且请求OLT的注册。在步骤806中，OLT执行前馈方案500和反馈方案600中的至少一个，且记录用于有效请求的注册ONU的功率电平。在步骤808中，OLT更新DBA单元(例如，图7的DBA单元720)，且将注册信息传输到ONU。在步骤808的一示范性实施例中，OLT进一步将授权发送到ONU。
在步骤810中，ONU在给定授权的时段期间将注册应答信息发送回到OLT。在步骤812中，OLT基于来自DBA单元(例如，DBA单元720)的DBA信息而进行(例如，通过图7的功率控制模块718的LO 710的)LO功率控制。在步骤812的一示范性实施例中，LO功率控制进一步基于从DBA单元获得的用于ONU的所记录功率。在步骤812的至少一个实施例中，视需要，相关前馈方案500和/或反馈方案600进一步用于微调LO功率电平。
图9是可用本文中所描述的实施例实施的替代注册过程900的流程图。过程900类似于图8的过程800，原因在于过程900相对于相干PON系统的OLT和一个或多个ONU使用具有实施图7的DBA功率控制方案700的LO的智能相干突发模式接收器而实施。但过程900不同于过程800，原因在于过程900未必与DBA功率控制方案700联合地集成前馈功率控制方案500或反馈功率控制方案600中的任一个。
当LO功率控制是基于DBA的时，过程900因此具有用于ONU注册的特定值，且遇到上游突发的不同功率类别或群组。通过根据不同功率类别的OLT与ONU和ONU注册之间的消息交换，过程900可由此利用独立于其它功率控制方案的DBA功率控制方案700(视需要)。除非相反描述，否则过程900的个别步骤可以所描述次序、不同次序进行，或步骤中的两个更多个可同时进行。
在示范性实施例中，过程900在步骤902处开始，其中OLT建立不同上游PON功率类别的相对宽范围。在步骤904中，至少一个ONU(例如，“ONU-i”)基于来自特定下游信号的接收到的功率而确定或计算其自身的功率类别。也就是说，在步骤902中，OLT广泛地设定用于PON的不同上游突发功率类别，且在步骤904中，使得ONU能够基于来自OLT的下游(DS)信号而计算其自身的功率类别。
在步骤906中，OLT将用于特定损耗类别的发现门广播到相干PON系统。在步骤908中，ONU监视发现门以检查特定损耗类别。步骤910是决策步骤。在步骤910中，ONU确定ONU的损耗类别是否匹配来自OLT的特定损耗类别广播。如果ONU的损耗类别并不匹配来自OLT的特定损耗类别，那么过程900返回到步骤908。
然而，如果在步骤910中，ONU确定其损耗类别与来自OLT的特定损耗类别匹配，那么过程900进行到步骤912，其中ONU以注册请求来响应于OLT广播。在步骤914中，OLT基于所匹配损耗类别而进行LO功率控制以检测来自ONU的上游突发。在步骤914的一示范性实施例中，OLT从ONU进一步获得准确功率信息且记录所获得的功率信息(例如，在图7的DBA单元720中)。在步骤916中，ONU在OLT处注册。在步骤916的一示范性实施例中，在ONU的注册之后，OLT更新DBA单元且基于DBA和所记录的链路/功率信息(即，根据DBA功率控制方案700)而进行基于DBA的LO功率控制。
根据过程900的示范性操作流程，ONU将仅对发现门对ONU的自身类别作出响应，且OLT将因此具有用于响应ONU的可靠的准确功率控制信息，无论功率控制信息是否由OLT自身测量或由ONU报告。因此，在ONU注册后，使得OLT能够基于更新DBA映射以及明显较准确的功率信息而进行LO功率控制。
根据本文中所描述的新颖实施例中的一个或多个，或其组合和/或子组合，用于相干突发接收的智能LO功率控制处理可在ONU上游传输器处进一步实施功率均衡技术。也就是说，当前LO功率控制方案中的一个或多个可实施于OLT侧(相干突发接收器)处，其中功率均衡实施于ONU侧(相干突发传输器)处。如本文中所使用，“功率均衡”是指用于控制ONU侧处的传输器输出功率的技术，以便减小在OLT侧处接收到的上游突发中的接收器输入功率的动态范围。
在一示范性实施例中，当前功率均衡技术基于传输器和接收器功率信息，且因此这些技术可以对上文所描述的LO功率控制方案中的一个或所有完全互补的方式实施。在典型相干PON系统中，鉴于ODN的动态范围是大的，且考虑到来自相应ONU的激光输出功率中的各种差异，上游中的接收到的光功率的总动态范围可大于20dB，其可超过调谐范围，在所述调谐范围中，ONU侧功率均衡可仅在ONU处实现。但根据当前功率均衡技术，OLT和ONU可协作地操作，使得可有利地减小用于功率均衡和LO功率控制两者的调谐范围。如下文相对于图10和11进一步描述，当前功率均衡技术可根据自动或基于命令的机制而实现。
图10是可用本文中所描述的实施例实施的自动功率均衡过程1000的流程图。在一实施例中，过程1000表示用于ONU侧功率均衡和OLT侧LO功率控制的自动机制的功能流程。在示范性实施例中，过程1000在步骤1002处开始，其中OLT将下游信号中的OLT的传输器输出功率广播到ONU。在步骤1004中，至少一个ONU(例如，ONU-i)测量接收到的光功率。在步骤1006中，相应ONU进行自动功率均衡且发送上游信号中的其所得突发。在步骤1008中，在从ONU接收功率均衡的突发之后，OLT根据本文中所描述的方案中的一个或多个来进行LO功率控制。
根据过程1000的示范性操作，使得ONU能够基于来自OLT的下游信号的接收到的功率而对其自身上游突发传输自动地进行功率均衡。随后使得OLT能够进行用于来自每一突发的残余功率差异的所要LO功率控制方案。在过程1000的一示范性实施例中，ONU或OLT可进一步配置成周期性地执行过程1000的相关步骤。在一些实施例中，由于过程1000由OLT启动，过程1000可在上文相对于图8和9所描述的注册程序中的一个或多个期间完成。在其它实施例中，过程1000可在注册之后完成。
图11是可用本文中所描述的实施例实施的基于命令的功率均衡过程1100的流程图。在一实施例中，过程1100表示用于ONU侧功率均衡和OLT侧LO功率控制的基于命令的机制的功能流程。基于命令的过程1100由此不同于图10的自动过程1000，原因在于过程1100中的LO功率控制和ONU功率均衡操作两者基于来自OLT的命令，其可在一些情况下需要OLT与ONU之间的消息交换。在过程1100的一示范性实施例中，OLT获得用于来自ONU的上游信号中的ONU的功率信息(例如，OLT侧处的测量或来自ONU侧的报告)。
在示范性实施例中，过程1100在步骤1102处开始，其中ONU(例如，ONU-i)将其功率状态信息报告到OLT。在步骤1104中，OLT更新用于报告ONU的功率状态信息。在步骤1106中，OLT设定LO功率控制值，且将功率均衡命令发送到报告ONU。在步骤1108中，ONU基于来自OLT的接收到的命令而进行功率均衡。在步骤1108的一示范性实施例中，在通过ONU进行功率均衡之后，OLT可根据本文中所描述的方案中的一个或多个来进行LO功率控制。
根据过程1100的示范性操作，由于过程1000在ONU处启动，过程1100在注册之后最优地完成(例如，根据图9的注册过程900)。在一实施例中，相关功率状态信息可包含传输器功率、接收到的功率和所估计ODN损耗中的一个或多个。在至少一个实施例中，OLT可更新这一信息且周期性地执行基于命令的过程1100。
根据本文中所描述的新颖系统和方法，通过输入LO功率的自适应调整来实现用于实现接收到的突发增益控制的有效技术。若干不同LO功率控制方案在本文中且相对于用于相干光接收器中的LO功率的智能控制的若干不同实施过程而描述。这些方案进一步能够根据用于ONU注册和协作ONU侧功率均衡的互补新颖技术来实施。
在上文详细地描述光学通信系统和方法的示范性实施例。虽然本公开的系统和方法不限于仅本文所描述的具体实施例，但事实上，其实施的组件和/或步骤可独立地且与本文所描述的其它组件和/或步骤分开利用。此外，示范性实施例可在末端使用者阶段处与利用光纤和共轴传输的其它存取网路关联地实施和利用。
如上文所描述，DOCSIS协议可被取代，或在不脱离本文中的实施例的范围的情况下进一步包含协议，如EPON、RFoG、GPON、卫星因特网协议。本发明实施例因此特别适用于实施DOCSIS协议的通信系统，且可有利地配置成用于现有4G和5G网络中，且还用于新无线电和下一代网络实施方案。
尽管本公开的各种实施例的具体特征可能在某些图式中展示而未在其它图式中展示，但此类说明性技术仅仅是为了方便起见。根据本公开的原理，图式中展示的特定特征可结合其它图式的特征来引用和/或要求保护。
一些实施例涉及使用一个或多个电子装置或计算装置。此类装置通常包含处理器或控制器，如通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理(DSP)装置和/或能够执行本文中所描述的功能的任何其它电路或处理器。本文所描述的方法可编码为体现于包含但不限于存储装置和/或存储器装置的计算机可读媒体中的可执行指令。此类指令在由处理器执行时使得处理器进行本文中所描述的方法的至少一部分。以上实例仅为示范性的，且因此并非旨在以任何方式限制术语“处理器”的定义和/或含义。
本书面描述使用实例来公开包含最佳模式的实施例，且还使所属领域的技术人员能够实践所述实施例，包含制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本公开的可获专利的范围由权利要求书定义，且可包含所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果这种其它实例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包含与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构元件，那么这种其它实例意图在权利要求书的范围内。

Claims (1)

1.一种利用相干无源光网络(PON)的光网络通信系统，其包括：
光线路终端(OLT)，其包含配置成用于时分波分相干检测的下游传输器和上游接收器系统；
分离器，其与所述OLT可操作通信；和
多个光网络单元(ONU)，其与所述分离器可操作通信，所述多个ONU中的每一个配置成(i)从所述OLT接收下游相干突发信号，且(ii)将至少一个上游突发信号传输到所述OLT，
其中所述上游接收器系统包括功率控制模块和配置成产生光学LO信号的本机振荡器(LO)，且
其中所述功率控制模块配置成适应性地实时控制所述光学LO信号的功率电平。
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