CN113541816B - 一种光信号处理方法与装置及soa控制单元 - Google Patents

一种光信号处理方法与装置及soa控制单元 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光信号处理方法，包括：S1、根据接收信号强度指示RSSI调节SOA驱动电流；S2、根据RSSI和SOA驱动电流之间的关系，判断SOA是否处于无信号光或低信号光输入的ASE噪声状态，当处于ASE噪声状态时，产生输出使能，以抑制电信号输出驱动输出信号。本发明还提供了一种SOA控制单元及光信号处理装置。本发明利用光收发组件已有的RSSI进行运算判断，方案的复杂度和成本更低；PON MAC和光收发组件之间的连接关系简单，不会出现紧耦合，更利用模块化及接口标准化的实现；PON MAC不用频繁记录每个ONU到OLT的光功率并设置每个时隙的SOA放大增益，系统更加自动化。

Description

一种光信号处理方法与装置及SOA控制单元
技术领域
本发明属于光通信技术领域，更具体地，涉及一种光信号处理方法与装置及SOA控制单元。
背景技术
PON(Passive Optical Network，无源光网络)技术是一点到多点的光纤接入技术，它由局侧的OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)、用户侧的ONU(OpticalNetwork Unit，光网络单元)以及ODN(Optical Distribution Network，光分配网络)组成。传统的TDM(Time Division Multiplexing，时分复用)PON系统下行数据流采用广播技术、上行数据流采用TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)技术，以解决多用户每个方向信号的复用问题。
在现有的TDM PON中，由于距离和发射功率的差别，各ONU发射的光信号到达OLT时的功率也不一样，因而OLT在对上行信号进行数据恢复时采用的判决门限也应该不一样。信号的突发性要求采用突发模式的光接收机，信号的高速特性要求光接收机能在极短的时间内建立判决阀值。可以使用PON开销中的若干个前导比特来建立光功率接收判决阀值，然而用于建立判决阀值的比特数目也受到限制，所以光接收机必须在几十纳秒内建立判决阀值。为了实现这种高速光信号的突发接收，一般PON OLT MAC(Media Access Control，媒体访问控制)芯片会在突发数据到来之前提供一个突发接收复位信号，当新的突发数据块到达时，被复位的快速充放电的峰值探测器利用突发数据块中前导比特的幅度信息在有效数据之前建立判决阀值。
超高清视频、VR(Virtual Reality，虚拟现实)/AR(Augmented Reality，增强现实)、体验式游戏等新兴业务的发展，推动PON向更高速率的发展。然而由于光高速接收器件的接收灵敏度较低、动态范围更窄，造成了器件和组网要求的差距。因此高速PON中，引入了SOA(Semiconductor Optical Amplifier，半导体光放大器)来提高接收灵敏度，增加光功率预算。
但在所有的ONU不发光时，SOA仍然产生ASE噪声(Amplifier SpontaneousEmission Noise，放大器自发辐射噪声)，从而使OLT误以为收到了信号，导致OLT工作不正常。解决这个问题有一种方法是在进入SOA前加PD(Photo Diode，光电二极管)，当检测到上行有信号时，启动半导体光放大器SOA，未检测到输入信号时，关闭SOA，不产生ASE信号，从而避免对PON网络中的其他ONU发送的上行信号造成干扰。
为了解决高速器件动态范围窄的问题，通过获取为各光网络单元(ONU)分配的下一时段的带宽授权信息，根据获取的带宽授权信息，在下一时段调整半导体光放大器(SOA)的偏置电流，使该SOA对通过该SOA的信号产生的增益满足设定条件。这个方案需要OLT的PON OLT MAC参与控制SOA的驱动电流，控制逻辑复杂。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光信号处理方法与装置。本发明使用光接收组件已有的RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示)信号、突发接收复位信号来快速调节SOA驱动电流，使进入光接收器件的光功率在其的动态范围内；在无信号光或低信号光输入时，给出使能信号抑制，从而关闭高速电信号的输出。具有功耗小、成本低等特点，对使用TDM PON来实现高速业务有重要意义。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光信号处理方法，包括：
S1、根据接收信号强度指示RSSI调节SOA驱动电流；
S2、根据RSSI和SOA驱动电流之间的关系，判断SOA是否处于无信号光或低信号光输入的ASE噪声状态，当处于ASE噪声状态时，产生输出使能，以抑制电信号输出驱动输出信号。
本发明的一个实施例中，所述步骤S1中根据接收信号强度指示RSSI调节SOA驱动电流，包括：
通过RSSI的强度，计算出对应的SOA驱动电流，从而将SOA输出的光信号放大到PD的动态范围内。
本发明的一个实施例中，所述步骤S2中根据RSSI和SOA驱动电流之间的关系，判断SOA是否处于无信号光或低信号光输入的ASE噪声状态，具体为：
通过RSSI检测到的功率大小和SOA驱动电流的关系，当SOA驱动电流很大而RSSI的功率较小时判断出SOA处于无光或低光输入的ASE噪声状态。
本发明的一个实施例中，当SOA驱动电流很大而RSSI的功率较小时判断出SOA处于无光或低光输入的ASE噪声状态，具体为：
如果SOA驱动电流高于设定值且RSSI的功率低于设定值，则认为SOA处于无光或低光输入的ASE噪声状态，否则认为SOA处于正常光信号输入状态。
本发明的一个实施例中，所述方法还包括：
S3、根据突发接收复位信号复位SOA驱动电流及输出使能。
按照本发明的另一方面，还提供了一种SOA控制单元，包括RSSI功率检测模块、反射比例放大器、电压电流转换模块以及输出使能逻辑模块，其中：
所述RSSI功率检测模块，用于检测RSSI的光功率；
所述反向比例放大器，用于将光功率进行反向放大，即光功率较大时输出较小电压信号，光功率较小时输出较大电压信号；
所述电压电流转换模块，用于将电压信号转换为电流信号以驱动SOA；
所述输出使能逻辑模块，用于根据所述根据RSSI的光功率和SOA驱动电流之间的关系，判断SOA是否处于无信号光或低信号光输入的ASE噪声状态，当处于ASE噪声状态时，产生输出使能，以抑制电信号输出驱动输出信号。
本发明的一个实施例中，如果SOA驱动电流高于设定值且RSSI的功率低于设定值，则认为SOA处于无光或低光输入的ASE噪声状态，否则认为SOA处于正常光信号输入状态。
本发明的一个实施例中，所述SOA控制单元通过模拟技术来实现，所述RSSI功率检测单元是一个低通滤波器，所述反向比例放大器是一个处于反向放大模式下的运算放大器，所述输出使能逻辑用比较器和逻辑来实现。
本发明的一个实施例中，所述输出使能逻辑用比较器和逻辑来实现，具体为：将SOA驱动电流取样转换后与设定值比较，如果SOA驱动电流高于设定值，表明SOA处于大电流高增益状态，输出为低电平“0”；将RSSI功率检测输出与设定值比较，如果功率低于设定值，表明PD收到的光较弱，输出为低电平“0”；再将两者的输出电平取或操作，即两者同时为低电平时输出低电平，否则输出高电平。
本发明的一个实施例中，所述SOA控制单元通过模拟数字混合技术来实现，接收光功率先通过模数转换ADC转换为数字信号，然后通过数字滤波计算滤掉干扰，再通过反向比例计算出SOA驱动电流，计算出的SOA驱动电流通过数模转换DAC及电流驱动电路驱动SOA，而输出使能逻辑则直接通过数字滤波后的信号及SOA驱动电流的数值计算出输出使能的状态，突发接收复位信号通过中断来处理。
按照本发明的另一方面，还提供了一种光信号处理装置，包括上述SOA控制单元。
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：
(1)本发明利用光收发组件已有的RSSI进行运算判断，方案的复杂度和成本更低；
(2)PON MAC和光收发组件之间的连接关系简单，不会出现紧耦合，更利用模块化及接口标准化的实现；
(3)PON MAC不用频繁记录每个ONU到OLT的光功率并设置每个时隙的SOA放大增益，系统更加自动化。
附图说明
图1为本发明实施例中光信号处理方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中光信号处理系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中SOA控制单元的结构示意图；
图4为本发明实施例中SOA控制单元模数混合实现方式；
图5为本发明实施例中主要信号示意图；
图6为本发明实施例中SOA的放大倍数快速适配突发信号流程；
图7为本发明实施例中SOA无输入信号光噪声判断流程。
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。
如图1所示，本发明提供了一种光信号处理方法，包括：
S1、根据接收信号强度指示RSSI调节SOA驱动电流；
S2、根据RSSI和SOA驱动电流之间的关系，判断SOA是否处于无信号光或低信号光输入的ASE噪声状态，当处于ASE噪声状态时，产生输出使能，以抑制电信号输出驱动输出信号。
具体地，如图2中，ONU的光信号(即输入的信号光)通过ODN网络，先到SOA放大，放大后的光信号经过滤波器filter到PD，完成光电转换，跨阻放大器TIA(Trans-ImpedanceAmplifier，跨阻放大器)将电信号进行放大，同时PD+TIA会给出接收信号强度指示(RSSI)，RSSI是一个指示接收光功率强度的模拟电信号，TIA的信号会进入突发匹配电路及下一级放大，然后进入输出驱动，最后将信号送PON OLT MAC进行处理。PON OLT MAC在每一个突发信号发送前，会发一个突发接收复位信号，突发匹配电路收到此突发接收复位信号后，会进行放大倍数的重新匹配，从而使放大倍数达到电信号输出驱动及PON OLT MAC可以处理的要求。图中的SOA控制单元通过RSSI的强度，计算出对应的SOA驱动电流，从而将SOA输出的光信号放大到PD的动态范围内(光接收器件在一定范围内才能工作，如果进入的光功率太强，光接收组件饱和甚至损坏，如果进入的光功率太弱，无法恢复出有用信号，称为光接收器件的动态范围)。
进一步地，所述方法还包括：
S3、根据突发接收复位信号复位SOA驱动电流及输出使能。
所述突发接收复位信号复位RSSI功率检测以及输出使能逻辑，从而使SOA驱动电流和输出使能逻辑能够对突发信号进行快速响应。
如图3是SOA控制单元的结构示意图，包括RSSI功率检测模块、反射比例放大器、电压电流转换模块以及输出使能逻辑模块，其中：
RSSI功率检测模块检测RSSI的光功率，滤掉干扰信号。反向比例放大器将光功率进行反向放大，即光功率较大时，输出较小电压信号；光功率较小时，输出较大电压信号，电压电流转换器将电压信号转换为电流信号以驱动SOA。调整反向比例放大器的参数，即可使SOA将信号光放大到PD的动态范围内。所述输出使能逻辑模块，用于根据所述根据RSSI的光功率和SOA驱动电流之间的关系，判断SOA是否处于无信号光或低信号光输入的ASE噪声状态，当处于ASE噪声状态时，产生输出使能，以抑制电信号输出驱动输出信号。
当无信号光或低信号光输入时，由于SOA的特性会产生噪声，从而使PD检测到较小的光功率。通过RSSI检测到的功率大小和SOA驱动电流的关系，当SOA驱动电流很大而RSSI的功率较小时判断出SOA处于无光或低光输入的ASE噪声状态，此时输出使能抑制，通过此使能抑制信号的控制，使ASE噪声不再进入PON OLT MAC，避免PON OLT MAC出现混乱。
具体地，如果SOA驱动电流高于设定值且RSSI的功率低于设定值，则认为SOA处于无光或低光输入的ASE噪声状态，否则认为SOA处于正常光信号输入状态。
同时，SOA控制单元接收突发接收复位信号。所述突发接收复位信号复位RSSI功率检测以及输出使能逻辑(以及还有反向比例放大)，从而使SOA驱动电流和输出使能逻辑能够对突发信号进行快速响应。
SOA控制单元可以采用模拟分立器件来实现，也可以作为接收电芯片的一部分在新的芯片中来实现。在模拟技术实现方案中，RSSI功率检测单元可以是一个低通滤波器，反向比例放大器可以是一个处于反向放大模式下的运算放大器，输出使能逻辑可以用比较器和逻辑来实现，如将SOA驱动电流取样转换后与设定值比较，如果SOA驱动电流高于设定值，表明SOA处于大电流高增益状态，输出为低电平“0”；将RSSI功率检测输出与设定值比较，如果功率低于设定值，表明PD收到的光较弱，输出为低电平“0”；再将两者的输出电平取或操作，即两者同时为低电平时输出低电平，否则输出高电平。突发接收复位信号主要用来复位模拟电路中的电容性部分，从而提高相关模拟器件的突发响应速度。
SOA控制单元也可以使用模拟数字混合技术来进行处理，如图4。接收光功率先通过模数转换ADC转换为数字信号，然后通过数字滤波计算滤掉干扰，再通过反向比例计算出SOA驱动电流，计算出的SOA驱动电流通过数模转换DAC及电压电流转换器驱动SOA。而输出使能逻辑则可以直接通过数字滤波后的信号数据及SOA驱动电流的数值计算出输出使能的状态，由于在此处已经是数字信号了，可以直接将相关数据与设定值进行比较，再进行逻辑判断，通过数字输出。突发接收复位信号可以通过中断来处理，在中断服务程序中复位数字滤波和反向比例计算中的参数即可提高突发响应的速度。
图5为主要信号示意图例子，在ONU2发光阶段，由于ONU2的光比较强，PD的RSSI指示强，在通过SOA控制器反向放大等处理后，SOA驱动电流相对小一些。在ONU1发光阶段，由于ONU1的光比较弱，PD的RSSI指示弱，在通过SOA控制器的处理后，SOA驱动电流相对大一些。在ONU2和ONU1发光的中间阶段，有一段没有光输入，但是SOA有一定的噪声输出，此时由于SOA和PD之间有光滤波器filter，光滤波器保证ONU的光的波长范围都可以到PD上，而只有一部分噪声可以到PD，因此RSSI指示很弱，通过SOA控制单元的转换控制后，此时SOA驱动电流很大，在SOA驱动电流很大而RSSI很弱的情况下，输出使能逻辑判断出SOA处于无信号光或低信号光输入的ASE噪声状态，输出使能抑制信号，从而使电信号输出驱动无信号输出到PON OLT MAC。在SOA输出噪声阶段，电信号放大器的输出也会出现噪声，但是由于输出信号的抑制，使用PON OLT MAC不会接收到噪声信号。
图6为SOA的放大倍数快速适配突发信号的流程。首先进行在线检测RSSI，然后根据RSSI滤除干扰产生光功率电信号，再由光功率快速产生SOA驱动电流的电信号，从而驱动SOA进行光放大，使进入PD的光信号在其动态范围内，使高速数据正常输出到PON OLT MAC中。
图7为SOA无输入信号光噪声判断流程。首先进行SOA驱动电流检测，同时进行RSSI光功率检测。然后将SOA驱动电流和RSSI的光功率进行比较，从而对SOA是否处于无ONU光输入状态进行判断，如果SOA是无信号光或低信号光输入，则输出使能信号抑制，电信号输出驱动不输出信号到PON OLT MAC；如果是SOA有光输入状态，则输出使能信号使能，从而输出高速信号到PON OLT MAC。
进一步地，本发明还提供了一种光信号处理装置，包括上述SOA控制单元。
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 (7)

1.一种光信号处理方法，其特征在于，包括：
S1、根据接收信号强度指示RSSI调节SOA驱动电流；具体为：通过RSSI的强度，计算出对应的SOA驱动电流，从而将SOA输出的光信号放大到PD的动态范围内；
S2、根据RSSI和SOA驱动电流之间的关系，判断SOA是否处于无信号光或低信号光输入的ASE噪声状态，当处于ASE噪声状态时，产生输出使能，以抑制电信号输出驱动输出信号到PON OLT MAC；具体为：如果SOA驱动电流高于设定值且RSSI的功率低于设定值，则认为SOA处于无光或低光输入的ASE噪声状态，否则认为SOA处于正常光信号输入状态。
2.如权利要求1所述的光信号处理方法，其特征在于，还包括：
S3、根据突发接收复位信号复位SOA驱动电流及输出使能。
3.一种SOA控制单元，其特征在于，包括RSSI功率检测模块、反向比例放大器、电压电流转换模块以及输出使能逻辑模块，其中：
所述RSSI功率检测模块，用于检测RSSI的光功率；
所述反向比例放大器，用于将光功率进行反向放大；
所述电压电流转换模块，用于将电压信号转换为电流信号以驱动SOA；
所述输出使能逻辑模块，用于根据所述根据RSSI的光功率和SOA驱动电流之间的关系，判断SOA是否处于无信号光或低信号光输入的ASE噪声状态，当处于ASE噪声状态时，产生输出使能，以抑制电信号输出驱动输出信号到PON OLT MAC；具体为：如果SOA驱动电流高于设定值且RSSI的功率低于设定值，则认为SOA处于无光或低光输入的ASE噪声状态，否则认为SOA处于正常光信号输入状态。
4.如权利要求3所述的SOA控制单元，其特征在于，通过模拟技术来实现，所述RSSI功率检测单元是一个低通滤波器，所述反向比例放大器是一个处于反向放大模式下的运算放大器，所述输出使能逻辑用比较器和逻辑来实现。
5.如权利要求3所述的SOA控制单元，其特征在于，所述输出使能逻辑用比较器和逻辑来实现，具体为：
将SOA驱动电流取样转换后与设定值比较，如果SOA驱动电流高于设定值，表明SOA处于大电流高增益状态，输出为低电平“0”；将RSSI功率检测输出与设定值比较，如果功率低于设定值，表明PD收到的光较弱，输出为低电平“0”；再将两者的输出电平取或操作，即两者同时为低电平时输出低电平，否则输出高电平。
6.如权利要求3所述的SOA控制单元，其特征在于，通过模拟数字混合技术来实现，接收光功率先通过模数转换ADC转换为数字信号，然后通过数字滤波计算滤掉干扰，再通过反向比例计算出SOA驱动电流，计算出的SOA驱动电流通过数模转换DAC及电流驱动电路驱动SOA，而输出使能逻辑则直接通过数字滤波后的信号及SOA驱动电流的数值计算出输出使能的状态，突发接收复位信号通过中断来处理。
7.一种光信号处理装置，其特征在于，包括如权利要求3-6任一项所述的SOA控制单元。
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