CN115333640A - 相干无源光网络接收机及扩大其动态范围的方法、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相干无源光网络接收机及扩大其动态范围的方法、装置，该方法包括以下步骤：计算接收到的每个ONU的握手包平均功率及其功率比值，并根据各ONU握手包平均功率的功率比值，生成针对各ONU的本地相干光源调制参数；根据各ONU的本地相干光源调制参数，对分配给该ONU时隙的本地相干光源信号进行幅度调制，实现对各ONU正常接收信号的功率平衡。本发明，通过对OLT接收端的本地相干光源进行幅度调制，匹配ONU端传输至OLT的信号功率大小，扩大接收机的动态范围，解决了因模数转换器(ADC)的动态范围有限，高功率信号的限幅导致的非线性损伤及量化噪声很高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光接入网技术领域，具体涉及一种相干无源光网络接收机及扩大其动态范围的方法、装置。
背景技术
随着第五代和第六代(5G/6G)网络以及高清8K/16K视频流、三维显示和AR/VR应用等多媒体服务的发展，光接入网络需要更大的带宽。最近，ITU-T即将完成50Gb/s/λ高速无源光网络(PON)的标准化工作。为了支持不断增长的带宽需求，预计将需要100Gb/s/λ或更高速率的PON。
与强度调制和直接检测(IM/DD)系统相比，相干无源光网络具有更好的灵敏度和更大的功率预算，是下一代100G及以上高速无源光网络的一个很有希望的解决方案。
相干检测具有接收机灵敏度高的优点，理论上可以提供更宽的动态范围。然而，由于模数转换器(ADC)的动态范围有限，在ADC量程过小的情况下，高功率信号的限幅会导致非线性损伤，而对于ADC量程过大的低功率信号，量化噪声很高。因此，需要对接收到信号处理后再进行信号探测和模数转换。特别是对于TDM-PON上行传输，OLT端接收的突发信号由于来自不同的ONU端，具有广泛变化的信号功率。
为解决该问题，已有方案是通过使用突发模式光或电预放大，在输入到ADC之前对突发信号进行功率调平，扩大接收机的动态范围，但由于电放大器的线性响应区域不足，严重限制了相干接收机的输入动态范围。
有鉴于此，需要对现有扩大接收机动态范围的方法进行改进，以扩大相干无源光网络接收机的动态范围，降低因高功率信号的限幅导致的非线性损伤以及量化噪声很高的问题。
发明内容
针对上述缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供一种相干无源光网络接收机及扩大其动态范围的方法、装置，以解决现有相干接收机的输入动态范围有限的问题。
为此，本发明提供了一种相干无源光网络接收机扩大其动态范围的方法，包括以下步骤：
计算接收到的每个ONU的握手包平均功率及其功率比值，并根据各ONU握手包平均功率的功率比值，生成针对各ONU的本地相干光源调制参数；
根据各ONU的本地相干光源调制参数，对分配给该ONU时隙的本地相干光源信号进行幅度调制，实现对各ONU正常接收信号的功率平衡。
在上述方法中，优选地，计算每个ONU的握手包平均功率的方法如下：
接收ONU握手包经光合路器合成后发出的TDM信号；
将TDM信号与本地相干光源进行光混频，然后经平衡探测器进行光电转换，输出两个偏振的IQ信号；
IQ信号依次经放大和模数转换，恢复得到ONU握手包的发送数据；
利用ONU握手包的发送数据，计算获得ONU握手包平均功率。
在上述方法中，优选地，本地相干光源调制参数保存在本地振荡器的幅度调制模块中，实现对各ONU正常接收信号的相干解调。
在上述方法中，优选地，实现各ONU正常接收信号的功率平衡还包括：
通过调整本地相干光源的幅度，使各ONU传输至OLT的信号功率匹配一致。
在上述方法中，优选地，在TDM-PON系统初始化时生成针对各ONU的本地相干光源调制参数。
本发明还提供了一种相干无源光网络接收机扩大其动态范围的装置，包括：
调制参数生成模块，用于计算接收到的每个ONU的握手包平均功率及其功率比值，并根据各ONU握手包平均功率的功率比值，生成针对各ONU的本地相干光源调制参数；
功率幅度调制模块，用于根据各ONU的本地相干光源调制参数，对分配给该ONU时隙的本地相干光源信号进行幅度调制，实现对各ONU正常接收信号的功率平衡。
在上述装置中，优选地，本地相干光源调制参数保存在本地振荡器的幅度调制模块中。
在上述装置中，优选地，调制参数生成模块在TDM-PON系统初始化时生成针对各ONU的本地相干光源调制参数。
本发明还提供了一种相干无源光网络接收机，包括本地相干光源和光混频器，还包括上述的相干无源光网络接收机扩大其动态范围的装置，所述相干无源光网络接收机扩大其动态范围的装置，对分配给相应ONU时隙的本地相干光源信号进行幅度调制，实现各ONU正常接收信号的功率平衡。
在上述相干无源光网络接收机中，优选地，本地相干光源调制参数保存在本地振荡器的幅度调制模块中。
由上述技术方案可知，本发明提供的一种相干无源光网络接收机及扩大其动态范围的方法、装置，解决了目前因电放大器的线性响应区域不足，严重限制了相干接收机的输入动态范围的问题。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
通过对OLT接收端的本地相干光源进行幅度调制，匹配ONU端传输至OLT的信号功率大小，扩大接收机的动态范围，解决了因模数转换器(ADC)的动态范围有限，高功率信号的限幅导致的非线性损伤及量化噪声很高的问题。并且，通过对OLT接收端的本地相干光源进行幅度调制，避免了因电放大器的线性响应区域不足，限制相干接收机的输入动态范围。
本发明方案，技术方案实现简单，造价低，易于部署经及方便对现有系统进行升级改造。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做出简单地介绍和说明。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其运动员的附图。
图1为本发明提供的一种相干无源光网络接收机扩大其动态范围的方法流程图；
图2为本发明中本地相干光源幅度调制信号的示意图；
图3为本发明中无源光网络接收机的系统结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以下所描述的实施例，仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其运动员实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实现原理是：
通过对OLT接收端的本地相干光源进行幅度调制，匹配ONU端传输至OLT的信号功率大小，对突发接收信号在输入到模数转换器ADC之前进行功率平衡，更大幅度地扩大了接收机的动态范围，解决了现有技术使用突发模式光或电预放大，因电放大器的线性响应区域不足，限制相干接收机的输入动态范围，造成高功率信号限幅导致的非线性损伤及量化噪声很高的问题。
为了对本发明的技术方案和实现方式做出更清楚地解释和说明，以下介绍实现本发明技术方案的几个优选的具体实施例。
需要说明的是，本文中“内、外”、“前、后”及“左、右”等方位词是以产品使用状态为基准对象进行的表述，显然，相应方位词的使用对本方案的保护范围并非构成限制。
动态范围是指使接收机能够对接收信号进行检测而又使接收信号不失真的输入信号的大小范围。如果接收信号过大，会引起放大器的失真和引入噪声，信号过小，信号无法被检测到。
本发明提供的一种相干无源光网络接收机扩大其动态范围的方法，包括：
计算接收到的每个ONU的握手包平均功率及其功率比值，并根据各ONU握手包平均功率的功率比值，生成针对各ONU的本地相干光源调制参数；
根据各ONU的本地相干光源调制参数，对分配给该ONU时隙的本地相干光源信号进行幅度调制，实现对各ONU正常接收信号的功率平衡。
请参见图1，图1为本发明具体实施例提供的一种相干无源光网络接收机扩大其动态范围的方法流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤110，在TDM-PON系统的初始化阶段，OLT接收来自N个ONU的握手包(突发握手帧)。
具体地，如图3所示，N个ONU的握手包经过光合路器合成TDM信号，N为大于1的正整数。
每个TDM信号与本地相干光源经过光混频进行相干接收，并由平衡探测器进行光电转换，分别输出两个偏振的IQ信号。
两个偏振的IQ信号经过放大和模数转换处理，恢复得到握手包发送数据。
步骤120，利用握手包发送数据，计算每个ONU的握手包平均功率以及各ONU的握手包平均功率的功率比值，并根据各ONU握手包平均功率的功率比值，生成针对各ONU的本地相干光源调制参数，传输给功率幅度调制模块保存。
步骤130，当TDM-PON系统正常接收数据时，利用与ONU对应的本地相干光源调制参数，对OLT接收端的分配给该ONU时隙的本地相干光源信号进行幅度调制，匹配ONU端传输至OLT的信号功率大小，控制本地振荡器(LO)的功率，使得来自不同ONU的信号在相干接收的输出端到达功率平衡，以扩大接收机的动态范围。
下面以4个ONU为例对本发明方法的实现方式进行详细说明。
在TDM-PON系统初始化阶段，OLT接收各ONU的握手包，并计算获得各ONU的握手包平均功率分别为：6db、8db、4db和5db。
由此，进一步计算获得各ONU的握手包平均功率的功率比值分别为：6：8：4：5。
根据上述功率比值，生成针对每个ONU的本地相干光源调制参数，使得来自各ONU的信号在相干接收的输出端到达功率平衡。其中，对于输入功率较低的ONU接收信号，设置较高的本地相干光源调幅信号，对于输入功率较高的ONU接收信号，设置较低的本地相干光源调幅信号，如图2所示。
据此，针对各ONU的本地相干光源调制参数分别为：0db，-2db，-1db，+3db。
TDM-PON系统初始化结束后，OLT开始相干接收各ONU的正常数据信号，此过程中，OLT对分配给各ONU时隙的本地相干光源信号，利用对应ONU的本地相干光源调制参数进行幅度调制，于是，各ONU的正常接收信号的功率分别为：6db，6db，6db，6db，在到达模数转换ADC之前就实现了功率平衡，因此，不会产生接收信号过大或过小而影响ADC动态范围的现象，更大幅度地提高了接收机的动态范围。
在上述方法的基础上，本发明还提供了一种相干无源光网络接收机扩大其动态范围的装置，包括：
调制参数生成模块，用于计算接收到的每个ONU的握手包平均功率及其功率比值，并根据各ONU握手包平均功率的功率比值，生成针对各ONU的本地相干光源调制参数；
功率幅度调制模块，用于根据各ONU的本地相干光源调制参数，对分配给对应ONU时隙的本地相干光源信号进行幅度调制，实现对各ONU正常接收信号的功率平衡。
如图3所示，本发明还提供了一种相干无源光网络接收机，包括本地相干光源10、光混频器20以及上述的相干无源光网络接收机扩大其动态范围的装置。
相干无源光网络接收机扩大其动态范围的装置包括调制参数生成模块31和功率幅度调制模块32。
ONU握手包经光合路器33合成后生成TDM信号发送给OLT，在OLT端，通过光混频器20将TDM信号与本地相干光源10进行光混频，然后经与ONU对应的平衡探测器34进行光电转换，并输出两个偏振的IQ信号；两个偏振的IQ信号依次经放大器35放大和模数转换器36进行模数转换，最后经数字信号处理模块37恢复得到ONU握手包的发送数据；
调制参数生成模块31设置在数字信号处理模块37上，利用ONU握手包的发送数据，计算获得ONU握手包平均功率及其功率比值，并成针对各ONU的本地相干光源调制参数，发送给功率幅度调制模块32保存。
在OLT正常接收数据时，功率幅度调制模块32对分配给相应ONU时隙的本地相干光源信号进行幅度调制，实现各ONU正常接收信号的功率平衡。
综合以上具体实施例的描述，本发明提供的相干无源光网络接收机及扩大其动态范围的方法、装置，与现有技术相比，具有如下优点：
第一，由于各个ONU的发射功率和传输长度不同，到达OLT的不同突发包的功率大小存在差别，本发明通过对OLT接收端的本地相干光源进行幅度调制，匹配ONU端传输至OLT的信号功率大小，扩大接收机的动态范围，解决了因模数转换器(ADC)的动态范围有限，高功率信号的限幅导致的非线性损伤及量化噪声很高的问题。
第二、本发明算法简单，计算量小，处理效率高，成本低。
第三、本发明部署简单，能够方便地对现有系统升级改造。
最后，还需要说明的是，在本文中使用的术语"包括"、"包含"或者其任何其运动员变体意在涵盖非排运动员性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其运动员要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个…"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种相干无源光网络接收机扩大其动态范围的方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算接收到的每个ONU的握手包平均功率及其功率比值，并根据各ONU握手包平均功率的功率比值，生成针对各ONU的本地相干光源调制参数；
根据各ONU的本地相干光源调制参数，对分配给对应ONU时隙的本地相干光源信号进行幅度调制，实现对各ONU正常接收信号的功率平衡。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算每个ONU的握手包平均功率的方法如下：
接收ONU握手包经光合路器合成后发出的TDM信号；
将TDM信号与本地相干光源进行光混频，然后经平衡探测器进行光电转换，输出两个偏振的IQ信号；
IQ信号依次经放大和模数转换，恢复得到ONU握手包的发送数据；
利用ONU握手包的发送数据，计算获得ONU握手包平均功率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，本地相干光源调制参数保存在本地振荡器的幅度调制模块中，实现对各ONU正常接收信号的相干解调。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实现各ONU正常接收信号的功率平衡还包括：
通过调整本地相干光源的幅度，使各ONU传输至OLT的信号功率匹配一致。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在TDM-PON系统初始化时生成针对各ONU的本地相干光源调制参数。
6.一种相干无源光网络接收机扩大其动态范围的装置，其特征在于，包括：
调制参数生成模块，用于计算接收到的每个ONU的握手包平均功率及其功率比值，并根据各ONU握手包平均功率的功率比值，生成针对各ONU的本地相干光源调制参数；
功率幅度调制模块，用于根据各ONU的本地相干光源调制参数，对分配给对应ONU时隙的本地相干光源信号进行幅度调制，实现对各ONU正常接收信号的功率平衡。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，本地相干光源调制参数保存在本地振荡器的幅度调制模块中。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，调制参数生成模块在TDM-PON系统初始化时生成针对各ONU的本地相干光源调制参数。
9.一种相干无源光网络接收机，包括本地相干光源和光混频器，其特征在于，还包括如权利要求6所述的相干无源光网络接收机扩大其动态范围的装置，所述相干无源光网络接收机扩大其动态范围的装置，对分配给相应ONU时隙的本地相干光源信号进行幅度调制，实现各ONU正常接收信号的功率平衡。
10.根据权利要求9所述的相干无源光网络接收机，其特征在于，本地相干光源调制参数保存在本地振荡器的幅度调制模块中。
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