CN1149758C - 与比特率无关的光接收机及其接收方法 - Google Patents

Abstract

一种和比特率无关的光接收机及其接收方法。在这种和比特率无关的光接收机中，用光电转换器将输入的光信号转换成电信号，用比特率识别单元对从光电转换器接收到的电信号和相对于输入信号延迟了预定时间的一个信号进行异或选通运算，并且由E异或选通运算的信号检测出一个比特率，一个参考时钟发生器按照检测到的比特率产生一个参考时钟信号，并且用一个时钟和数据恢复电路按照参考时钟信号由输入的信号恢复出时钟信号和数据。

Description

与比特率无关的光接收机及其接收方法

本申请要求于1999年8月5日向韩国工业产权局递交的指定序号为99-32170的一件申请“Bit-Rate Independent OpticalReceiver and Met hod Thereof”的优先权，其内容被作为本申请的参考资料。

本发明涉及到将输入的光信号转换成电信号的用于数据恢复的一种光接收机，及其在光传输系统中的一种方法。

光传输系统中可以采用各种各样的协议，例如有用于FDDI(光纤分布数据接口)，ESCON(Enterprise System CONneectivity)，光纤信道，千兆比特以太网以及ATM(异步传输模式)的协议。这些协议采用各种各样的位速率，包括125Mbps，155Mbps，200Mbps，622Mbps，1062Mbps，1.25Gbps和2.5Gbps。

光传输系统在这些协议和比特率当中选择一种适当的协议/比特率。由于光信号的比特率在这种光传输系统中是预定的，中继或是终端的光接收机就按照选定的协议用这种比特率工作。

图1是一种普通的光接收机的示意性框图。参见图1，普通的光接收机是由一个光电(O/E)转换器10，用来放大从O/E10输出的电信号的一个放大器(AMP)20，用来按照输入的光信号的比特率产生一个参考时钟信号的时钟发生器40，以及用来恢复从AMP20接收到的放大信号中获得的时钟信号和数据的一个时钟和数据恢复(CDR)电路30构成的。

光信号按照对应的光传输系统中使用的单一协议用预定的比特率输入到O/E10。这样，光接收机就是以单一的比特率接收光信号。CDR30按照来自时钟发生器40的比特率接收一个预定的单频时钟信号，并且根据这一单频参考时钟信号通过再整形，再生和再定时从输入信号中恢复数据和时钟信号。

近来，光通信系统已经从TDM(时分复用)发展到了WDM(波分复用)。WDM方案是复用不同波长的许多信道，并且在单一的光纤上传播复用的光信号。与此相应，对在一股光纤上复用不同信道中具有不同的协议和比特率的光信号的研究工作也在进行。由于对光传输系统的需求不断增大，特别是大都市中的数据业务在增大，在都市中使用的WDM系统应该具有足够的灵活性，能够采纳主要用来处理数据业务的各种格式诸如FDDI，ESCON，光纤信道，千兆比特以太网和ATM，以及那些从话音传输发展起来的SDH/SONET(同步数字系列/同步光学网络)。

本发明提出了一种适合不同比特率光信号的所谓无协议系统。仅仅通过波形整形也就是再整形和再生而恢复光信号，不需要恢复时钟信号。在光信号通过节点时产生的噪声和定时抖动会降低传输质量。特别是在光纤网络中使用了各种协议/比特率的情况下，由于传输质量下降，被限定用于再整形和再生功能的接收机或者转发器的传输距离是有限的。

因此，本发明的目的之一是提供一种用来采纳不同比特率的光信号的与比特率无关的光接收机及其接收方法。

本发明的另一个目的是提供一种与比特率无关的光接收机，用来从按照不同比特率接收的光信号恢复数据和时钟信号，以及这种恢复方法。

本发明的再一个目的是提供一种与比特率无关的光接收机及其方法，它可以提高传输质量，增加传输距离。

上述和其他的目的是用一种和比特率无关的光接收机实现的。在这种和比特率无关的光接收机中，用光电转换器将输入的光信号转换成电信号，用比特率识别单元对从光电转换器接收到的电信号和相对于输入信号延迟了预定时间的一个信号进行异或选通运算，并且由异或选通运算的信号检测出一个比特率，一个参考时钟发生器按照检测到的比特率产生一个参考时钟信号，并且用一个时钟和数据恢复电路按照参考时钟信号由输入的信号恢复出时钟信号和数据。

通过以下参照附图的具体说明就能够理解本发明的上述和其他目的，特征和优点，在附图中：

图1是一种普通的光接收机的示意性框图；

图2是按照本发明一个实施例的光接收机的框图；

图3是图2中所示的比特率识别单元的一个框图；

图4A和4B是从各个功能框输出的示意性波形，用来解释图3中所示的比特率识别单元的工作方式；以及

图5表示光信号的比特率相对于图3中的滤波器的D.C电平输出之间的关系曲线。

以下要参照附图来描述本发明的一个最佳实施例。在以下的说明中没有详细描述广泛公知的功能和结构，因为它们对本发明来说属于不必要的细节。

按照本发明的光接收机用不同的比特率从远程光传输系统中接收光信号，并且检测接收到的光信号的比特率。它还用具有相同比特率的时钟信号按照从接收的光信号中提取的输入数据通过再定时恢复出接收的信号。

图2是按照本发明一个实施例的光接收机的框图。这种光接收机是一种没有协议并且与比特率无关的接收机，可以用按照任何比特率接收的光信号工作。参见图2，这种光接收机包括用来将按照任何比特率接收的光信号转换成电信号的O/E10，用于放大从O/E10输出的电信号的AMP 20，用来根据接收信号识别比特率的一个比特率识别单元50，用来按照识别的比特率产生一个参考时钟信号的参考时钟发生器60，以及一个CDR 70，它利用参考时钟发生器60产生的参考时钟信号根据从AMP 20接收到的放大的信号恢复出时钟信号和数据。

光信号按照一定的比特率和一定的协议被提供给O/E10的输入。O/E10将输入的光信号转换成电信号，而它的比特率是由比特率识别单元50来识别的。与普通的情况相比，参考时钟发生器60包括多个振荡器，用来产生不同频率的时钟信号。参考时钟发生器60有选择地操作其内部振荡器，按照检测到的比特率产生一个参考时钟信号。CDR 70是一个不同于普通CDR的可编程电路，用来按照从参考时钟发生器60接收到的参考时钟信号对输入信号进行再整形，再生和再定时。

比特率识别单元50根据比输入信号延迟了预定时间的信号和通过对输入信号和延迟信号进行异或选通运算，然后再对异或选通运算的信号进行低通滤波而产生的电压电平来识别输入信号的比特率。以下要参照附图具体说明这种比特率识别单元50的结构和操作方式。

图3是图2中所示的比特率识别单元的一个框图，而图4A和4B则表示从各个功能框输出的信号，用来解释图3中所示的比特率识别单元的工作方式。参见图3，4A和4B，比特率识别单元50包括一个识别信号发生器40a，用来将输入信号延迟一个长时间周期，逐个周期比较原始信号和延迟的信号，并且产生一个检测信号，以及一个比特率推导单元40b，用来根据从低通滤波的识别信号获得的电压电平确定接收信号的比特率。

识别信号发生器40a包括一个缓冲器41，用来将一个输入信号复制成等于这一输入信号的两个信号，一个延迟42，用于将其中一个缓冲输出延迟预定的时间，一个算子43用于对延迟信号和原始输入信号执行异或选通(EXOR gating)运算，并且产生一个比特率识别信号。

在如此构成的比特率识别信号发生器40a中，由延迟42产生比输入信号(a)延迟了预定时间D的一个信号(b)，输入信号(a)的脉冲周期是2T。而D例如可以是T/2。算子43通过对输入信号(a)和延迟信号(b)执行异或选通运算而产生一个检测信号(c)。检测信号(c)具有多个脉冲，高电平周期出现的间隔就是D。

另一方面，图4B表示的输入信号(a’)的比特率与图4A中表示的输入信号(a)不同。在图4B中，输入信号(a’)的比特率是图4A所示的输入信号(a)的四分之一，因此，  输入信号(a’)的脉冲周期T’是T的四倍。延迟42从输入信号(a’)延迟D＝T/2也就是T’/8，产生一个信号(b’)。算子43通过对输入信号(a’)和延迟信号(b’)执行异或选通运算而产生一个检测信号(c’)。检测信号(c’)具有多个脉冲，高电平周期出现的间隔就是D。

在图4A和4B之间进行比较，如果用按照相同时间周期接收的输入信号来产生检测信号，检测信号(c)的脉冲数要比检测信号(c’)多几倍。也就是说，由于输入信号的比特率不同，检测信号的脉冲数量是不同的，并且脉冲数量之间的差与比特率之间的差成正比。

这样就能通过核查在预定时间内产生的检测信号的脉冲数检测到比特率。然而却难以构成能够直接通过对检测信号的脉冲计数而检测出输入信号比特率的电路，因为现有的光传输系统采用了以Gbp为单位的最高比特率。

为了克服这一限制，用比特率推导单元40b对检测信号进行低通滤波，并且根据所得的电压电平来检测比特率。

参见图3，比特率推导单元40b包括一个滤波器44，用于对从识别信号发生器40a的算子43接收到的检测信号进行低通滤波，一个模-数转换器(ADC)45，用来把从滤波器44接收到的模拟信号转换成数字信号，并且用一个确定器46确定ADC 45的输出的比特率。

图5表示光信号的比特率和图3所示的滤波器44的输出电平之间的关系曲线。在图5中相对于100Mbps到2.5Gbps的范围的比特率表示了在低通滤波器44中经过低通滤波的检测信号的电压电平。如图5中所示，由于电压电平随着比特率线性地增大，根据电压电平就能确定比特率。

由于使用了比特率识别单元50，参考时钟发生器60和CDR 70，本发明的光接收机可以按照从光传输系统接收的比特率根据一个光信号检测出比特率。

如上所述，本发明的与比特率无关的光接收机在恢复输入信号时是根据按照一定比特率接收的光信号来检测这一比特率。这样就能采纳不同比特率的光信号，并且根据输入的光信号恢复出数据和时钟信号，这样就能提高传输系统的质量和传输距离。

另外，这种光接收机在工作中可以自动适应一种比特率。特别是在WDM传输系统中将这种光接收机和其他按照不同比特率工作的设备一起使用时，即使是需要改变分配给设备的波长或是系统结构，仍然不需要改变光接收机中的频道卡。

尽管本发明是参照其具体的最佳实施例来描述的，本领域的技术人员都可以看出在不脱离附带的权利要求书所限定的本发明的原理和范围的条件下还可以对其形式和细节作出各种各样的变更。

Claims (6)

1.一种和比特率无关的光接收机，用于接收具有各种比特率的输入信号，所述光接收机包括：

一个光电转换器，用来将输入的光信号转换成电信号；

比特率识别单元，用于对从光电转换器接收到的电信号和相对于输入信号延迟了预定时间的一个信号进行异或选通运算，并且通过对异或选通运算的信号进行预设处理，在所述不同比特率当中检测出输入光信号的一个比特率；

一个参考时钟发生器，按照检测到的比特率产生一个参考时钟信号；以及

一个时钟和数据恢复电路，按照参考时钟信号由输入的信号恢复出时钟信号和数据。

2.按照权利要求1的和比特率无关的光接收机，其特征是比特率识别单元包括一个用来延迟输入信号的识别信号发生器，通过异或选通操作将延迟的信号与原始输入信号相比较，并且产生一个检测信号，以及一个比特率推导单元，用来对检测信号进行低通滤波，并且根据所获的电压电平来确定比特率。

3.按照权利要求1或2的和比特率无关的光接收机，其特征是参考时钟发生器包括多个振荡器，用来产生不同频率的时钟信号，并且有选择地操作这些振荡器，产生与比特率识别单元检测到的比特率相同的参考时钟信号。

4.按照权利要求2的和比特率无关的光接收机，其特征是比特率识别单元的识别信号发生器包括一个缓冲器，用来将一个输入信号分离成等于这一输入信号的两个信号，一个延迟，用于将其中一个缓冲输出延迟预定的时间，以及一个算子，用于对从上述延迟接收到的延迟信号和原始输入信号执行异或选通运算，并且输出一个比特率检测信号。

5.按照权利要求2的和比特率无关的光接收机，其特征是比特率识别单元的比特率推导单元包括一个滤波器，用于对从上述算子接收到的检测信号进行低通滤波，以及一个模-数转换器，用来把从滤波器接收到的模拟信号转换成数字信号，以及一个确定器，用来根据从模-数信号接收的数字信号确定一个比特率。

6.一种和比特率无关的光信号接收方法，用于接收具有各种比特率的输入光信号，包括以下步骤：

对一个输入信号和相对于输入信号延迟了预定时间的一个信号进行异或选通运算，并且通过对异或选通运算后的信号的预设处理从所述各种比特率当中确定输入光信号的比特率；

按照确定的比特率产生一个参考时钟信号；以及

利用参考时钟信号从输入信号中恢复出时钟信号和数据。

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