DE10031943A1 - Bitraten-unabhängiger optischer Empfänger und Verfahren dafür - Google Patents

Abstract

Ein Bitraten-unabhängiger optischer Empfänger und ein Verfahren dafür. In dem Bitraten-unabhängigen optischen Empfänger wandelt ein optoelektronischer Wandler ein optisches Eingangssignal in ein elektrisches Signal um, führt eine Bitratenidentifizierungseinheit eine EXOR-Operation über dem von dem optoelektronischen Wandler empfangenen elektrischen Signal und einem Signal, das bezüglich des Eingangssignals um eine vorbestimmte Zeit verzögert ist, durch und erkennt die Bitrate aus dem Ausgangssignal des EXOR-Gatters, erzeugt ein Bezugstaktgenerator ein Bezugstaktsignal entsprechend der erkannten Bitrate und stellt ein Takt- und Datenwiederherstellungsschaltkreis ein Taktsignal und die Daten aus dem Eingangssignal entsprechend dem Bezugstaktsignal wieder her.

Description

Priorität

Diese Anmeldung beansprucht Priorität für eine Anmeldung mit dem Titel "Bitrate Independant Optical Receiver and Method Thereof", die beim Korean Industrial Property Office am 5. August 1999 eingereicht und der die Seriennummer 99-32170 zuge­ wiesen wurde, deren Inhalt hiermit durch Bezug eingebracht wird.

Hintergrund der Erfindung 1. Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen optischen Empfänger für die Umwandlung eines eingegebenen opti­ schen Signals in ein elektrisches Signal für die Wiederherstel­ lung von Daten und auf ein Verfahren dafür in einem optischen Übertragungssystem.

2. Stand der Technik

Eine Menge von Protokollen sind verfügbar für ein optisches Übertragungssystem, wie etwa Protokolle für FDDI (Fiber Distri­ buted Data Interface), ESCON (Enterprise Systems CONnectivity), fiber channel (Faserkanal), gigabit Ethernet, und ATM (Asyn­ chronous Transfer Mode, Asynchroner Übertragungsmode). Verschie­ dene Bitraten werden für die Protokolle verwendet, einschließ­ lich 125 Mbps, 155 Mbps, 200 Mbps, 622 Mbps, 1062 Mbps, 1,25 Gbps und 2,5 Gbps.

Aus den Protokollen und Bitraten wählt ein optisches Übertra­ gungssystem ein geeignetes Protokoll/eine geeignete Bitrate aus. Da die Bitrate eines optischen Signals in dem optischen Übertragungssystem eingestellt ist, wird ein optischer Empfänger in einer Relaisstation oder einer Endstation mit der Bitrate betrieben, die dem gewählten Protokoll entspricht.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines konventio­ nellen optischen Empfängers. Mit Bezug auf Fig. 1 enthält der konventionelle optische Empfänger einen optoelektrischen (O/E) Wandler 10, einen Verstärker (AMP) 20 für die Verstärkung eines von dem O/E 10 abgegebenen elektrischen Signals, einen Taktgene­ rator 40 für die Erzeugung eines Bezugstaktsignals entsprechend der Bitrate eines eingegebenen optischen Signals und einen Takt- und Datenwiederherstellungs-(CDR-)Schaltkreis 30 für die Wie­ derherstellung eines Taktsignals und eines Datensignals aus einem verstärkten Signal, das vom AMP 20 übergeben wurde.

Ein optisches Signal wird in den O/E 10 mit einer Bitrate eingegeben, die entsprechend einen einzelnen, in einem korres­ pondierenden Übertragungssystem verwendeten Protokoll einge­ stellt ist. Deshalb empfängt der Empfänger ein optisches Signal mit genau einer Bitrate. Der CDR 30 empfängt ein Taktsignal mit einer einzigen vorbestimmten Frequenz entsprechend der Bitrate von dem Taktgenerator 40 und stellt das Daten- und das Taktsig­ nal aus dem eingegebenen Signal auf Basis des einzigen Bezugs­ taktsignals durch erneute Formung, Regenerierung und Taktung wieder her.

Kürzlich wurden optische Kommunikationssysteme von einem Zeitmultiplex (TDM, Time Division Multiplexing) bis zu einem Wellenlängenmultiplex (WDM, Wavelength Division Multiplexing) entwickelt. Das WDM-Schema multiplext eine Vielzahl von Kanälen unterschiedlicher Wellenlänge und verbreitet die gemultiplexten optischen Signale auf einer einzigen optische Faser. Dementspre­ chend wurden Forschungen durchgeführt zum Multiplexen optischer Signale in unterschiedlichen Kanälen mit unterschiedlichen Pro­ tokollen und Bitraten auf genau einer Faser der optischen Über­ tragungsleitung. Aufgrund eines verstärkten Bedarfs nach opti­ schen Übertragungssystemen und einem Zuwachs des Datenverkehrs speziell in Ballungsgebieten, sollte ein WDM-System zur Verwen­ dung in Ballungsgebieten flexibel genug sein, um verschiedene Formate, wie FDDI, ESCQN, Fiber channel, gigabit Ethernet und ATM aufzunehmen, die hauptsächlich Datenverkehr behandeln, wie auch jene für SDH/SONET (Synchronous Digital Hierarchy/Syn­ chronous Optical NETwork), die von der Sprachkommunikation abstammen.

In diesem Kontext ist ein so genanntes protokollfreies System entwickelt worden, um optische Signale mit unterschiedlichen Bitraten aufzunehmen. Deshalb werden optische Signale allein durch Neubildung der Wellenform, d. h. erneute Formung und Rege­ neration, und ohne Wiederherstellung eines Taktsignals wieder­ hergestellt. Das sich daraus ergebende Rauschen und Zittern, das sich beim Durchwandern des optischen Signals durch Knoten ver­ größert, vermindert die Übertragungsqualität. Insbesondere begrenzt ein Empfänger oder Transponder, der sich auf die Wie­ derformungs- und Regenerationsfunktion beschränkt, die Übertra­ gungsentfernung aufgrund der verminderten Übertragungsqualität, wenn verschiedene Protokolle/Bitraten in einem optischen Netz­ werk verwendet werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Bitraten-unabhängigen optischen Empfänger für die Aufnahme opti­ scher Signale mit unterschiedlichen Bitraten und ein Verfahren dafür vorzusehen.

Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Bitraten-unabhängigen optischen Empfänger für die Wiederherstel­ lung von Daten- und Taktsignalen aus optischen Signalen mit unterschiedlichen Bitraten und ein Verfahren dafür vorzusehen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Bitraten-unabhängigen optischen Empfänger und ein Verfahren dafür vorzusehen, wodurch die Übertragungsqualität und die Über­ tragungsentfernung vergrößern werden kann.

Diese und andere Ziele können erreicht werden durch das Vor­ sehen eines Bitraten-unabhängigen optischen Empfängers. In dem Bitraten-unabhängigen optischen Empfänger wandelt ein optoelek­ trischer Wandler ein eingegebenes optisches Signal in ein elek­ trisches Signal um, eine Bitratenidentifizierungseinheit führt das von dem optoelektrischen Wandler empfangene elektrische Sig­ nal und das um eine vorbestimmte Zeit verzögerte Eingangssignal einem EXOR-Gatter zu und erkennt eine Bitrate aus dem Ausgangs­ signal des EXOR-Gatters, ein Bezugstaktgenerator erzeugt ein Bezugstaktsignal entsprechend der erkannten Bitrate, und ein Takt- und Datenwiederherstellungsschaltkreis stellt ein Taktsig­ nal und ein Datensignal aus dem Eingangssignal entsprechend dem Bezugstaktsignal wieder her.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vor­ liegende Erfindung werden aus der folgenden, detaillierten Beschreibung offensichtlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird, in denen

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines konventionellen optischen Empfängers ist;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines optischen Empfängers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer in Fig. 2 gezeigten Bitraten­ identifizierungseinheit ist;

Fig. 4A und 4B beispielhafte, von Funktionsblöcken ausgege­ bene Wellenformen sind für die Beschreibung des Betriebs der in Fig. 3 gezeigten Bitratenidentifizierungseinheit; und

Fig. 5 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Bit­ rate eines optischen Signals und dem Ausgangsgleichspannungspe­ gel eines in Fig. 3 gezeigten Filters zeigt.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Folgenden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden wohlbekannte Funktionen oder Konstruktionen nicht im Detail beschrieben, da sie die Erfindung im überflüssigen Detail verschleiern würden.

Ein optischer Empfänger nach der vorliegenden Erfindung emp­ fängt ein optisches Signal mit unterschiedlichen Bitraten von entfernten optischen Übertragungssystemen und erkennt die Bit­ raten der empfangenen optischen Signale. Er stellt auch die emp­ fangenen Signale wieder her durch erneute Taktung unter Verwen­ dung von Taktsignalen, die aus den empfangenen optischen Signa­ len extrahiert werden und die dieselbe Bitrate wie die Eingabe­ daten haben.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines optischen Empfängers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der optische Empfänger ist ein protokollfreier Empfänger, der unabhängig von der Bitrate ist, und der mit einem optischen Signal betrieben werden kann, das mit einer beliebigen Bitrate empfangen wird. Mit Bezug auf Fig. 2 enthält der optische Empfänger einen O/E 10 zum Wandeln eines mit beliebiger Bitrate empfangenen optischen Signals in ein elektrisches Signal, den AMP 20 zum Verstärken des von dem O/E 10 abgegebenen elektrischen Signals, eine Bitra­ tenidentifizierungseinheit 50 für die Identifizierung der Bit­ rate aus dem empfangenen Signal, einen Bezugstaktgenerator 60 für die Erzeugung eines Bezugstaktsignals entsprechend der identifizierten Bitrate und ein CDR 70 für die Wiederherstellung eines Taktsignals und Datensignals aus dem verstärkten, von dem AMP 20 übernommenen Signal mittels des von dem Bezugstaktgenera­ tor 60 erzeugten Bezugstaktsignals.

Ein optisches Signal wird mit einer gewissen Bitrate in einem gewissen Protokoll dem Eingang des O/E 10 zugeführt. Das Ein­ gangssignal wird durch den O/E 10 in ein elektrisches Signal gewandelt und seine Bitrate wird durch die Bitratenidentifizie­ rungseinheit 50 identifiziert. Der Bezugstaktgenerator 60 ent­ hält im Unterschied zu konventionellen Bezugstaktgeneratoren eine Vielzahl von Oszillatoren für die Erzeugung von Taktsigna­ len mit unterschiedlichen Frequenzen. Dieser Bezugstaktgenerator 60 betreibt die internen Oszillatoren wahlweise, um ein Bezugs­ taktsignal mit einer erkannten Bitrate zu erzeugen. Der CDR 70 ist ein programmierbarer Schaltkreis, der sich dadurch von einem konventionellen CDR unterscheidet, für die erneute Formung, Regeneration und Taktung eines Eingangssignals entsprechend dem von dem Bezugstaktgenerator 60 empfangenen Bezugstaktsignal.

Die Bitratenidentifizierungseinheit 50 identifiziert die Bit­ rate eines Eingangssignals aus einem Signal, das bezüglich des Eingangssignals um eine vorbestimmte Zeit verzögert ist, und einem Spannungspegel, der produziert wird, wenn das Eingangs­ signal und das verzögerte Eingangssignal einem EXOR-Gatter zuge­ führt und das Ausgangssignal des EXOR-Gatters dann mit einem Tiefpaß gefiltert wird. Siehe die koreanische Anmeldung Nr. 1999-1264 mit dem Titel "Method and apparatus for Identification of transmission rate" wegen Details der Bitratenidentifizie­ rungseinheit 50. Die Struktur und der Betrieb der Bitrateniden­ tifizierungseinheit 50 wird mit Bezug auf die angefügten Zeich­ nungen im Detail beschrieben.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm der in Fig. 2 gezeigten Bitra­ tenidentifizierungseinheit und Fig. 4A und 4B zeigen die von den Funktionsblöcken ausgegebenen Signale für die Beschreibung des Betriebs der in Fig. 3 gezeigten Bitratenidentifizierungsein­ heit. Mit Bezug auf Fig. 3, 4A und 4B enthält die Bitrateniden­ tifizierungseinheit 50 einen Identifizierungssignalgenerator 40a für die Verzögerung des Eingangssignals um einen langen Zeitab­ schnitt, den Vergleich des ursprünglichen Signals mit dem ver­ zögerten Signal Zeitabschnitt für Zeitabschnitt und die Erzeu­ gung eines Erkennungssignals, und eine Bitratenermittlungsein­ heit 40b für die Bestimmung der Bitrate des empfangenen Signals aus dem Spannungspegel, der durch Tiefpaßfiltern des Identifi­ zierungssignals erhalten wird.

Der Identifizierungssignalgenerator 40a enthält einen Puffer 41 für die Duplizierung einen Eingangssignals in zwei Signale, die gleich dem Eingangssignal sind, eine Verzögerung 42 für die Verzögerung eines der Pufferausgangssignale um eine vorbestimmte Zeit und einen Operator 43 für die EXOR-Operation des verzöger­ ten Signals und des ursprünglichen Signals und für die Erzeugung eines Bitratenidentifizierungssignals.

In dem so aufgebauten Bitratenidentifizierungssignalgenerator 40a erzeugt die Verzögerung 42 ein Signal (b), das von dem Ein­ gangssignal (a) um eine vorbestimmte Zeit D verzögert ist, für die Eingabe des Signals (a) mit der Pulsperiode 2T. Hier ist D z. B. T/2. Der Operator 43 erzeugt ein Erkennungssignal (c) durch Verarbeiten des Eingangssignals (a) und des verzögerten Signals (b) mittels eines EXOR-Gatters. Das Erkennungssignal (c) hat eine Vielzahl von Pulsen mit hochpegeligen Abschnitten, die zu denselben Intervallen wie D vorgelegt werden.

Dazu veranschaulicht Fig. 4B ein Eingangssignal (a') mit einer bezüglich des in Fig. 4A gezeigten Eingangssignals (a) unterschiedlichen Bitrate. In Fig. 4B ist die Bitrate des Ein­ gangssignals (a') ein Viertel der Bitrate des in Fig. 4A gezeigten Eingangssignals, d. h. das Eingangssignal (a') hat eine Pulsperiode T', die viermal größer ist als T. Die Verzögerung 42 erzeugt ein Signal (b'), das bezüglich des Eingangssignals (a') um D = T/2, nämlich T'/8 verzögert ist. Der Operator 43 führt eine EXOR-Operation auf dem Eingangssignal (a') und dem verzö­ gerten Signal (b') durch und erzeugt ein Erkennungssignal (c'). Das Erkennungssignal (c') hat eine Vielzahl von Pulsen mit hochpegeligen Abschnitten, die zu denselben Intervallen wie D vorgelegt werden.

Wenn beim Vergleich zwischen Fig. 4A und 4B die Erkennungs­ signale unter Verwendung der für denselben Zeitabschnitt empfan­ genen Eingangssignale erzeugt werden, sind die Pulse des Erken­ nungssignals (c) einige Male häufiger als die Pulse des Erken­ nungssignals (c'). D. h., die Pulsanzahlen der Erkennungssignale sind unterschiedlich aufgrund der unterschiedlichen Bitraten der Eingangssignale, und der Unterschied zwischen den Pulsanzahlen ist proportional zu dem Unterschied zwischen den Bitraten.

Deshalb kann die Bitrate durch Überprüfen der Anzahl der Pulse eines für eine vorbestimmte Zeit erzeugten Erkennungssig­ nals erkannt werden. Jedoch ist ein Schaltkreis, der direkt die Pulse des Erkennungssignals zählen kann, um die Bitrate des Ein­ gangssignals zu erkennen, schwierig zu konfigurieren, da die gegenwärtigen optischen Übertragungssysteme eine maximale Bit­ rate in Gbps-Einheiten verwenden.

Um diese Begrenzung zu überwinden, filtert die Bitraten­ ermittlungseinheit 40b das Erkennungssignal mit einem Tiefpaß und erkennt die Bitrate aus dem sich ergebenden Spannungspegel.

Zu Fig. 3 zurückkehrend enthält die Bitratenermittlungsein­ heit 44b ein Filter 44 für das Tiefpaßfiltern eines von dem Ope­ rator 43 des Identifizierungssignalgenerators 40a empfangenen Erkennungssignals, einen Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) 45 für die Umwandlung eines von dem Filter 44 empfangenen analogen Sig­ nals in ein digitales Signal und eine Bestimmungseinheit 46 für die Bestimmung der Bitrate aus der Ausgabe des ADC 45.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der opti­ schen Signalbitrate und dem Ausgangspegel des in Fig. 3 gezeig­ ten Filters 44 zeigt. In Fig. 5 werden die Spannungspegel eines in dem Tiefpaßfilter 44 gefilterten Erkennungssignals hinsicht­ lich der Bitraten von 100 Mbps bis 2,5 Gbps gezeigt. Da der Spannungspegel, wie in Fig. 5 gezeigt, linear mit der Bitrate anwächst, kann die Bitrate aus dem Spannungspegel bestimmt werden.

Durch Verwendung der Bitratenidentifizierungseinheit 50, des Bezugstaktgenerators 60 und des CDR 70 kann der optische Empfän­ ger der vorliegenden Erfindung eine Bitrate eines optischen Sig­ nals aus der von einem optischen Übertragungssystem empfangenen Bitrate erkennen.

Wie oben beschrieben, erkennt der Bitraten-unabhängige opti­ sche Empfänger der vorliegenden Erfindung die Bitrate eines mit der Bitrate empfangenen optischen Signals bei der Wiederherstel­ lung des Eingangssignals. Deshalb kann er optische Signale mit unterschiedlichen Bitraten aufnehmen und das Daten- und Taktsig­ nal aus dem eingegebenen optischen Signal wiederherstellen, wodurch die Übertragungsqualität und die Übertragungsentfernung vergrößert wird.

Ferner kann der optische Empfänger sich an die Bitrate anpas­ send betrieben werden. Besonders dann, wenn der optische Empfän­ ger in WDM-Übertragungssystemen zusammen mit anderen, mit unter­ schiedlichen Bitraten betriebene Vorrichtungen angewendet wird, entsteht kein Bedarf für das Wechseln einer Kanalkarte in dem optischen Empfänger, selbst dann nicht, wenn die den Vorrichtun­ gen zugewiesenen Wellenlängen oder eine Systemstruktur gewech­ selt werden sollte.

Während die vorliegende Erfindung beschrieben wurde mit Bezug auf gewisse bevorzugte Ausführungsformen, ist von den in der Technik Bewanderten zu erkennen, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail gemacht werden können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie durch die angefügten Ansprüche definiert wird.

Claims (7)

1. Bitraten-unabhängiger optische Empfänger, der enthält:
einen optoelektrischen Wandler für das Umwandeln eines opti­ schen Eingangssignals in ein elektrisches Signal;
eine Bitratenidentifizierungseinheit für die Zuführung des von dem optoelektrischen Wandler empfangenen elektrischen Sig­ nals und einem Signal, das bezüglich des Eingangssignals um eine vorbestimmte Zeit verzögert ist, an ein EXOR-Gatter und für die Erkennung der Bitrate aus dem Ausgangssignal des EXOR-Gatters;
einen Bezugstaktgenerator für die Erzeugung eines Bezugs­ taktsignals entsprechend der erkannten Bitrate; und
einem Takt- und Datenwiederherstellungsschaltkreis für die Wiederherstellung eines Taktsignals und von Daten aus dem Ein­ gangssignal entsprechend dem Bezugstaktsignal.

2. Bitraten-unabhängiger optische Empfänger nach Anspruch 1, wobei die Bitratenidentifizierungseinheit enthält: einen Identi­ fizierungssignalgenerator für die Verzögerung des Eingangssig­ nals, für den Vergleich des verzögerten Signals mit dem ursprünglichen Eingangssignal Abschnitt für Abschnitt und für die Erzeugung eines Erkennungssignals und eine Bitratenermitt­ lungseinheit für das Filtern des Erkennungssignals mittels Tief­ paßfilter und für die Bestimmung der Bitrate aus dem sich erge­ benden Spannungspegel.

3. Bitraten-unabhängiger optische Empfänger nach Anspruch 1, wobei der Bezugstaktgenerator eine Vielzahl von Oszillatoren enthält für die Erzeugung von Taktsignalen unterschiedlicher Frequenzen und für den wahlweisen Betrieb der Oszillatoren, um dasselbe Bezugstaktsignal wie die durch die Bitratenidentifi­ zierungseinheit erkannte Bitrate zu erzeugen.

4. Bitraten-unabhängiger optische Empfänger, der enthält:
einen optoelektrischen Wandler für das Umwandeln eines opti­ schen Eingangssignals in ein elektrisches Signal;
eine Bitratenidentifizierungseinheit mit einem Identifizie­ rungssignalgenerator für die Verzögerung des Eingangssignals, den Vergleich des verzögerten Signals mit dem ursprünglichen Eingangssignal Abschnitt für Abschnitt, und Erzeugung eines Erkennungssignals, und mit einer Bitratenermittlungseinheit für das Tiefpaßfiltern der Erkennungssignals und die Bestimmung der Bitrate aus dem sich ergebenden Spannungspegel;
einen Bezugstaktgenerator mit einer Vielzahl von Oszillatoren für die Erzeugung von Taktsignalen unterschiedlicher Frequenzen für den wahlweisen Betrieb der Oszillatoren, um dasselbe Bezugs­ taktsignal wie die durch die Bitratenidentifizierungseinheit erkannte Bitrate zu erzeugen; und
einem Takt- und Datenwiederherstellungsschaltkreis für die Wiederherstellung eines Taktsignals und von Daten aus dem Ein­ gangssignal entsprechend dem Bezugstaktsignal.

5. Bitraten-unabhängiger optische Empfänger nach Anspruch 4, wobei der Identifizierungssignalgenerator der Bitratenidenti­ fizierungseinheit enthält: einen Puffer für die Aufteilung des Eingangssignals in zwei Signale, die gleich dem Eingangssignal sind, eine Verzögerung für die Verzögerung eines der Pufferaus­ gangssignale, und einen Operator für die Durchführung einer EXOR-Operation über dem von der Verzögerung empfangenen, verzö­ gerten Signal und dem ursprünglichen Signal und für die Ausgabe des Bitratenerkennungssignals.

6. Bitraten-unabhängiger optische Empfänger nach Anspruch 4, wobei die Bitratenermittlungseinheit der Bitratenidentifizie­ rungseinheit enthält: ein Filter für das Tiefpaßfiltern des von dem Operator empfangenen Erkennungssignals, einen Analog-zu- Digital-Wandler für die Umwandlung eines von dem Filter empfan­ genen analogen Signals in ein Digitalsignal und eine Bestim­ mungseinheit für die Bestimmung der Bitrate aus dem von dem Analog-zu-Digital-Wandler empfangenen Digitalsignal.

7. Verfahren für den Bitraten-unabhängigen Empfang eines opti­ schen Signals, und das Verfahren enthält die Schritte:
Durchführen einer EXOR-Operation über einem Eingangssignal und einem bezüglich des Eingangssignals um eine vorbestimmte Zeit verzögerten Signals und Bestimmen der Bitrate des Eingangs­ signals aus dem Ausgangssignals des EXOR-Gatters;
Erzeugen eines Bezugstaktsignals entsprechend der bestimmten Bitrate; und
Wiederherstellen eines Taktsignals und der Daten aus dem Ein­ gangssignal mittels des Bezugstaktsignals.