CN1790954A - 控制光通信系统中的光学接收器的增益的装置和方法 - Google Patents

控制光通信系统中的光学接收器的增益的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明披露了一种用于线性控制光通信系统中的光学接收器的输出增益的装置和方法。所述增益控制装置包括：一光接收器件，用于将输入光学信号转换成电流信号并输出所述电流信号；一信号检测装置，用于输出与电流信号中的强度变化相应的电压信号；一衰减度确定装置，用于根据所述电压信号确定从所述电流信号恢复的RF信号的衰减程度；和一放大单元，用于放大和输出所述恢复的RF信号。因此，能够稳定的提供广播信号，因为光学接收器的增益被线性控制，并且光学接收器的电路结构能够得以简化，因为光学接收器的增益是通过具有相对简单结构的电路控制的。

Description

控制光通信系统中的光学接收器的增益的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种光通信系统中使用的光学接收器，更加具体地说涉及一种用于线性控制光学接收器的输出增益的装置和方法。
背景技术
通常，光通信系统适于传送大量的数据，例如广播信号。一种代表性的光学通信系统是无源光学网络(PON)。无源光学网络包括一个光学线路终端(OLT)、多个光学网络终端(ONT)和一个介于光学线路终端和光学网络终端之间的分光器，由此形成一个树形的分布布局。
在所述无源光学网络中，光学线路终端(OLT)将例如模拟和/或数字广播信号转换成预定波长的光学信号，对所述光学信号进行多路复用并将其传送给分光器。分光器对已经从光学线路终端(OLT)传送来的光学信号进行分割并将其传送给光学网络终端(ONT)。每个光学网络终端(ONT)将接收的光学信号光电转换成模拟和/或数字广播信号，并将模拟和/或数字广播信号传输给有关用户的机顶盒或计算机装置。
一般，光学网络终端(ONT)中的光学接收器(即，光电转换器)包括一个增益控制电路，其检测从光学线路终端(OLT)接收的光学信号的强度并根据检测的光学信号的强度控制光电转换的输出信号的增益，以便控制将要稳定的光电转换光学信号的输出电平。
图1为表示传统光通信系统的光学接收器中包括的增益控制装置的结构的电路图。尤其是，图1表示一可变增益放大电路，其用于测量接收的光学信号的强度并逐步的控制反馈电阻器R1至R3的电阻值。图1中所示的装置披露于美国专利第6462327号，这之后将对其进行简要说明。
图1中所示的电路包括一前置放大器101，用于将接收的光学信号转换成电压信号；多个反馈电阻器R1、R2和R3，和多个缓冲放大器105、107和109。反馈电阻器R1、R2和R3并联在输入节点和输出节点103之间以便逐步的控制前置放大器101的增益。缓冲放大器105、107和109分别连接在反馈电阻器R1、R2和R3和前置放大器101的输出节点103之间，并根据预定的控制信号“使能”接通/闭合。
如图1所示，当用于控制前置放大器101的增益的反馈电阻器R1、R2和R3被并联且控制信号被选择施加于每个缓冲放大器105、107和109时，缓冲放大器105、107和109被选择接通/切断，由此改变反馈电阻器R1、R2和R3的和电阻值。因此，根据反馈电阻器R1、R2和R3的电阻值来控制前置放大器101的输出增益。例如，当施加控制信号以仅接通缓冲放大器105和109，而另一个缓冲放大器107被切断时，前置放大器101的增益通过彼此并联的反馈电阻器R1和R3的电阻值来确定。
然而，根据图1中所示的增益控制装置，因为其增益是通过使用结合多个反馈电阻器获得的电阻值控制的，所以增益控制被离散的实现。也就是，增益控制的步幅是与反馈电阻器的数量成比例的确定的。然而，当反馈电阻器的数量增加以细分增益控制的步幅时，用于产生控制信号的前置放大器的数量和附助电路的大小必须也与反馈电阻器的数量成比例的增加。这样，在根据光学信号的强度连续(线性)控制增益的过程中存在有许多限制。
此外，为了产生施加于图1所示的增益控制装置中的缓冲放大器的控制信号，需要构造一个分离的电路来根据前置放大器的输出电压检测和处理输入光学信号的强度和根据处理的结果对缓冲放大器执行开/合控制。然而，在该情况中，因为电路变得复杂并且要求较高的精度，所以难题是必须额外配置用于与进行增益控制的步幅数量成比例的产生控制信号的电路。
发明内容
因此，本发明就是为了解决现有技术中出现的上述问题而做出的，并通过提供一种用于线性控制在光通信系统中使用的光接收器的增益的装置和方法而提供附加的优点。
本发明的另一个方面是提供一种用于控制不需要复杂电路结构的光通信系统的光学接收器的增益的装置和方法。
在一个实施例中，提供有一种包括在光通信系统的光学接收器中的增益控制装置，其包括：一光接收器件，用于将输入光学信号转换成电流信号并输出所述电流信号；一信号检测装置，用于输出与电流信号中的强度变化相应的电压信号；一衰减度确定装置，用于根据所述电压信号确定从所述电流信号恢复的RF信号的衰减程度；和一放大单元，用于放大和输出所述恢复的RF信号。
在另一个实施例中，提供有一种用于控制包括在光通信系统中的光学接收器的增益的方法，所述系统执行下列步骤：将输入给一光接收器件的光学信号转换成电流信号并输出该电流信号；输出与电流信号中的强度变化相应的电压信号；根据所述电压信号确定从所述电流信号恢复的RF信号的衰减程度；和根据所述确定的衰减度衰减RF信号的信号电平。
附图说明
本发明的上述特征和优点通过下述结合附图的详细说明将变得更加明显，其中：
图1为表示传统光通信系统的光学接收器中包括的增益控制装置的结构的电路图；
图2为表示一应用本发明的以太网无源光学网络(EPON)的构成的方框图；
图3为表示一应用本发明的光通信系统中的光学网络终端的结构的方框图；
图4为表示根据本发明一个实施例的光通信系统的光学接收器中包括的增益控制装置的结构的方框图；
图5A到5D表示用于解释根据本发明实施例的操作的波形；
图6A到6C为用于解释根据本发明实施例的确定接收的光学信号的衰减度的过程的曲线。
具体实施方式
将参照附图说明根据本发明的实施例。为了清楚和简化的目的，此处并入的已知功能和结构的详细说明将被省略，因为它可能会使本发明的主题变得难于理解。
图2为表示一应用本发明的装置和方法的以太网无源光学网络的构成的方框图。
如图所示，所述以太网无源光学网络包括一光学线路终端(OLT)220、一分光器230、和多个光学网络终端(ONT)240(2401至240n)。光学线路终端220提供一种三重播放服务，其不但能够提供双向数字数据服务，而且能够在EPON中提供模拟图像服务。分光器230接收从光学线路终端220向下传送的数字/模拟数据，并将接收的数据分割成多个光学网络终端240。光学网络终端240接收由分光器230分割的数字/模拟数据并将数字数据向上传送给光学线路终端220。
光学线路终端220中的光学发送器221、223和225分别从各种广播信号提供源2101至2103例如公众广播(CATV)、卫星广播(SATV)、有线广播(CATV)接收模拟广播信号。然后，光学发送器221、223和225对接收的广播信号进行电光转换并将每个广电转换的信号传送给光学多卢复用器/去多路复用器229，同时在截然不同的光学波长λ1至λ3上传播每个转换的信号。光学波长λ1至λ3根据整个系统的设计和广播信号的射频(RF)范围变化。
光学线路终端220中的数字收发器227与宽带通信网络2104连接，对从宽带通信网络2104接收的数字信号进行电光转换，并将光电转换的信号传送给光学多路复用器/去多路复用器229，同时在光学波长λ4上传播光电转换的信号。此外，数字收发器227对从光学多路复用器/去多路复用器229接收的光学波长λ5的光学信号进行光电转换，并将光电转换的信号传送给宽带通信网络2104。光学多路复用器/去多路复用器229对从光学发送器221、223和225传送的光学信号和从数字收发器227传送的光学信号进行多路复用，然后将多路复用的信号向下传送给分光器230。此外，光学多路复用器/去多路复用器229还将已经从分光器230接收的光学网络终端240的上行线信号传送给数字收发器227。
分光器230从光学线路终端220接收多路复用的下行线信号，然后将接收的下行线信号分割给光学网络终端240。此外，分光器230对从多个光学网络终端240传送的上行线信号进行多路复用并将多路复用的上行线信号传送给光学线路终端220。与光学线路终端220连接的光学网络终端240的数量是根据系统操作方案确定的。其中，每个光学网络终端240包括一个用于接收光学信号并将其转换成电信号的光学接收器。
图3为表示根据本发明一个实施例的光通信系统中的光学网络终端的结构的方框图。
在所述光学网络终端240中，光学多路复用器/去多路复用器241对将要向上传送的光学信号进行多路复用并将该多路复用的光学信号传送给分光器230。此外，光学多路复用器/去多路复用器241还接收来自分光器230的下行线传送的光学信号，根据预定的波长λ1至λ4分别对由多个光学接收器243、245和247接收的光学信号进行去多路复用，然后传送经去多路复用的光学信号。此外，来自分光器230的下行线传送光学信号中的数字信号通过光学多路复用器/去多路复用器241传送给数字收发器249。
其中，每个光学接收器243、245和247以及数字收发器249都包括一个用于将接收的光学信号转换成电信号的光电转换器。光电转换的模拟/数字信号被传输给用于接收广播信号(例如公众广播信号、卫星广播信号和有线广播信号)的基顶盒2501至2503，或一计算机装置2504，由此通过一个介质，例如用户的电视接收装置再现所述光电转换的模拟/数字信号。此外，数字收发器249还将通过用户的计算机装置等传送的数字信号电光转换成相应波长λ5的光学信号，并将该转换的光学信号向上传送给光学多路复用器/去多路复用器241。
根据上面提到的光学网络终端的构成，所述多个光学网络终端(ONT)根据各自预定的波长能够接收和传送大量的模拟广播信号或数字信号至用户的基顶盒或计算机装置。在该情况中，需要所述多个光学接收器243、245和247以及数字收发器249中的每一个控制其增益以便在接收的光学信号进行光电转换时稳定其输出电平。为此，本发明提供一种能够线性控制光学接收器(和数字收发器)的增益的增益控制装置。
图4为表示根据本发明一个实施例的光通信系统的光学接收器中包括的增益控制装置的结构的方框图。根据本发明的教导，增益控制装置检测接收至一光电二极管的光学信号的电流变化，然后使用检测结果线性控制一光学接收器的增益，使得光学接收器的输出可被调节至一恒定的电平。
光电二极管401由DC偏压电源403驱动并对接收的光学信号进行光电转换以输出一电流信号。电流检测电阻器405被连接在光电二极管401的阴极和DC偏压电源403之间以便检测通过光电二极管401输出的DC电流。一电流检测放大单元407被连接在电流检测电阻器405的两个末端之间。电流检测放大单元407将由流过电流检测电容器405的DC电流产生的电势差放大一预定增益，由此输出第一电压信号。
此外，在光电二极管401的阳极和一接地端子之间，连接有一个与内部放大电路匹配的输入匹配单元411。输入匹配单元411恢复包括广播信号的电流，以输出一RF信号，所述广播信号是在光电二极管401接收光信号时产生的。所述放大电路放大通过光电二极管401和输入匹配单元411光电转换的RF信号，并且包括第一和第二放大单元413和417。在第一和第二放大单元413和417之间，连接有一用于衰减RF信号的RF衰减器，以便将RF信号保持在预定电平处，所述RF信号是根据流过光电二极管401的电流量从第一放大单元413输出的。考虑到信号电平，放大单元和RF衰减器的数量可适当增加或减少。
在电流检测放大单元407和RF衰减器415之间，连接有一电压变换单元409，用于将从电流检测放大单元407输出的第一电压信号的电压电平变换成RF衰减器415的输入范围以输出一第二电压信号。也就是，为了向用户提供稳定的广播信号，从第二放大单元417输出的RF信号的电压电平必须保持在预定的电平处。为此，需要根据接收的光信号的强度计算RF信号的衰减程度。在确定根据地一电压信号计算的RF信号的衰减度之后，电压变换单元409将第一电压信号转换成与确定的衰减度相应的预定衰减控制电压(之后，称之为“第二电压信号”)，然后输出该第二电压信号。
因此，从第一放大单元413输出的RF信号就被输出，其信号电平通过反映第二电压信号的衰减度而被衰减，所述第二电压信号的衰减度是根据流过光电二极管401的电流量线性确定的。从RF衰减器415输出的RF信号被第二放大单元417再次放大，然后被输出至用于广播信号输出的连接器419。
应该注意虽然用于确定衰减控制电压的电压转换单元409被单独的包括在上述的结构中，但电压转换单元409可与电流检测放大单元407或RF衰减器415整体配置。此外，虽然在上述的结构中RF衰减器415被连接在第一放大单元413和第二放大单元417之间，但RF衰减器415可连接在第一和第二放大单元413和417的前端或末端。另外，虽然电流检测电阻器405根据本发明的一个实施例被用作用于检测输入光学信号强度的装置，但应该注意能够测量输入光学信号强度的各种无源/有源器件也能用作电流检测电阻器405。
此后，将参照图5A和6C详细说明图4中所示的增益控制装置的操作。
从光学线路终端220向下传送的光学信号如图5A所示在被承载在不同载体f1、f2、……fn上的同时通过分光器230被传送给光学网络终端240。在光学网络终端240的光学接收器中接收的光学信号通过图4的光电二极管进行光电转换并被输出作为电流信号。输入匹配单元411恢复包括广播信号的电流，由此输出一RF信号，所述电流是在光电二极管401接收光学信号时产生的。此后，所恢复的RF信号通过第一放大单元413被放大预定的增益，并由此输出，如图5B所示。
同时，流过图4的光电二极管401的DC电流被应用于电流检测电阻器405。电流检测放大单元407将由流过电流检测电阻器405的DC电流产生的一个电势差放大一个预定增益，由此输出一第一电压信号。之后电压转换单元409根据所述第一电压信号确定RF信号的所需衰减度，然后将与确定的衰减度相应的第二电压信号输出给RF衰减器415。RF衰减器415将从第一放大单元413施加的RF信号衰减与所述第二电压信号相应的衰减度，并由此输出一衰减的RF信号，例如图5C中所示的信号。所述衰减的RF信号被第二放大单元417如图5D中所示的放大，并且然后将其提供给一相应的用户。
如上所述，因为电流检测电阻器405两端之间的电压与接收的光学信号的强度成比例，所以在根据电流检测电阻器405两端之间的电压确定RF信号的衰减度时，能够将广播信号的信号电平保持在适应输入光学信号的强度的预定电平处。此后，将详细说明根据本发明一个实施例的用于确定RF信号线性衰减度的过程。
当如图6A所示对输入光学信号关于平均光学功率“Pavg”调制ΔP时，电流检测电阻器405两端之间的电压由等式1确定，因此与输入光学信号的强度成比例。
V＝Pavg·ρ·R                        (1)
在等式1中，ρ代表光电二极管401的响应度[A/W]，而R代表电流检测电阻器405的电阻值。
图6B为用于说明具有一预定增益“Gain”的第一电压信号601的曲线图，所述第一电压信号是借助电流检测放大单元407放大电流检测电阻器405两端之间的电压603获得的。其中，应该注意第一电压信号601不能直接用作RF衰减器415的衰减控制信号(第二电压信号)。即，因为RF衰减器415根据衰减控制电压V1、V2、……Vn 605具有不同的衰减度，如图6C所示，所以需要根据接收的光学信号的强度计算所需的衰减度，并且然后将第一电压信号转换成与计算的衰减度相应的第二电压信号，以便将从第二放大单元417输出的RF信号保持在预定电平处。
因此，根据本发明的一个实施例，提供了一个如所示的电压转换电路作为图4中的电压转换单元409。电流检测放大单元407输出一第一电压信号，其是通过放大与光学信号强度成比例的电流检测电阻器405两端之间的电压获得的。然后，电压转换单元409输出一第二电压信号，其是在V1至Vn 605的衰减控制电压范围内根据基于输入的第一电压信号计算的衰减度确定的，由此控制RF衰减器415的衰减程度。因此，根据本发明的一个实施例，可与输入光学信号的输出成比例的线性控制光学接收器的增益。
如上所述，根据本发明的增益控制装置，通过与输入到光学接收器中的光学信号的强度成比例的控制光学接收器的衰减度而能够线性控制光通信系统中的光接收器的增益。
另外，根据本发明的一个实施例，能够稳定提供广播信号，因为光学接收器的增益被线性控制，并且光学接收器的电路结构可被简化，因为光学接收器的增益是通过具有相对简单结构的电路控制的。
虽然已经参照确定的优选实施例示出和说明了本发明，但本领域技术人员应该理解在不脱离后附权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下可作出各种形式和细节上的改变。因此，本发明的范围不是由上面的实施例而是由权利要求及其等价内容限定。

Claims (19)

1.一种包括在光通信系统的光学接收器中的增益控制装置，包括：
一光接收器件，用于将输入光学信号转换成电流信号；
一信号检测装置，用于输出与电流信号中的强度变化相应的电压信号；
一衰减度确定装置，用于根据所述电压信号确定从所述电流信号恢复的RF信号的衰减程度；和
一放大单元，用于放大和输出所述恢复的RF信号。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述信号检测装置包括：
至少一个与所述光接收器件的一个末端连接的电阻器件；和
一电流检测放大单元，用于放大所述电阻器件的两端之间的电压，由此输出所述电压信号。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述衰减度确定装置包括：
一电压转换单元，用于输出一预定的衰减控制电压以根据所述电压信号确定RF信号的衰减度；和
一RF衰减单元，用于根据所述衰减控制电压衰减RF信号的信号电平。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述增益控制装置被包含在接收模拟信号的光学网络终端的光学接收器中。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述增益控制装置被包含在接收数字信号的光学网络终端的数字接收器中。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述光通信系统是一无源光学网络。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述光接收器件包括一光电二极管。
8.一种用于控制包括在光通信系统中的光学接收器的增益的方法，该方法包括步骤：
将输入给一光接收器件的光学信号转换成电流信号；
输出与电流信号中的强度变化相应的电压信号；
根据所述电压信号确定从所述电流信号恢复的RF信号的衰减程度；和
根据所述确定的衰减度衰减RF信号的信号电平。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述电压信号是通过使用电流从其流过的预定电阻器件两端之间的电势差获得的。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述增益控制方法用在接收模拟信号的光学网络终端的光学接收器中。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述增益控制方法用在接收数字信号的光学网络终端的数字接收器中。
12.如权利要求8所述的方法，其中所述光通信系统是一无源光学网络。
13.一种光学系统，具有一个光学线路终端(OLT)，一个分光器，和多个光学网络终端(ONT)，其中所述ONT还包括一个光学接收器，其包括一光接收器件，用于将输入光学信号转换成电流信号；一信号检测装置，用于输出与电流信号中的强度变化相应的电压信号；一衰减度确定装置，用于根据所述电压信号确定从所述电流信号恢复的RF信号的衰减程度；和一放大单元，用于放大和输出所述恢复的RF信号。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述信号检测装置包括：
至少一个与所述光接收器件的一个末端连接的电阻器件；和
一电流检测放大单元，用于放大所述电阻器件的两端之间的电压，由此输出所述电压信号。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述衰减度确定装置包括：
一电压转换单元，用于输出一预定的衰减控制电压以根据所述电压信号确定RF信号的衰减度；和
一RF衰减单元，用于根据所述衰减控制电压衰减RF信号的信号电平。
16.如权利要求13所述的系统，其中所述增益控制装置被包含在接收模拟信号的光学网络终端的光学接收器中。
17.如权利要求13所述的系统，其中所述增益控制装置被包含在接收数字信号的光学网络终端的数字接收器中。
18.如权利要求13所述的系统，其中所述光通信系统是一无源光学网络。
19.如权利要求13所述的系统，其中所述光接收器件包括一光电二极管。
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