TW202119779A - 接收機、光線路終端和無源光網絡系統 - Google Patents

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Abstract

一種接收機，包括光探測器、第一放大器、第二放大器和控制器，其中，光探測器與第一放大器耦合，第一放大器和第二放大器耦合，第一放大器和第二放大器分別與控制器耦合；控制器，用於根據光信號的預設到達時間和該光信號對應的增益強度控制第一放大器和第二放大器的增益；光探測器，用於接收光信號並將該光信號轉化爲電流信號；第一放大器用於將電流信號轉換爲第一電壓信號；第二放大器用於將第一電壓信號轉換爲第二電壓信號。當不同的光信號到達接收機時，控制器根據每一個光信號控制第一放大器和第二放大器的增益調整爲對應的增益值。

Description

接收機、光線路終端和無源光網絡系統
本申請涉及通信領域，尤其涉及一種接收機、光線路終端和無源光網絡系統。
在無源光網絡（passive optical network，PON）系統中，光線路終端（optical line terminal，OLT）通過分光器（passive splitter）與該網絡中所有的光網絡單元（optical network unit，ONU） 建立通訊聯繫。上行傳輸時ONU採用時分複用的方式與OLT通訊，每一個ONU的一次通訊信號稱爲一次突發光信號（以下簡稱“光信號”）。由於OLT和ONU之間各個鏈路的插入損耗各不相同，因此從不同ONU到達OLT側的突發光信號之間的光功率也各不相同，因此OLT 側的接收機應當具有快速捕獲一定動態範圍內的突發光信號的能力，並使用光探測器將捕獲的突發光信號轉換爲電壓信號，並將電壓信號放大到同一水平。
爲了實現上述目的，目前常見的一種方案如第1圖所示，OLT側的接收機包括半導體光放大器（semiconductor optical amplifier，SOA）和光探測器（photodetector，PD），SOA 對上行接收的突發光信號進行預放大，然後再送入PD進行光電轉換。SOA的增益可以通過調整泵浦電流等方式進行調節，PD具體可以是雪崩光電二極管（avalanche photodiode，APD），接收機的整體動態範圍可以通過調整SOA的泵浦電流或者APD的電壓來進行提升。在這種方案中，不同的突發光信號經過PD轉換爲電壓信號，電壓信號再被後續的放大電路放大到同一水平。在該過程中，電壓信號需要經過自動收斂達到穩定。自動收斂所需的時間較長，因此該方案存在的缺點是無法實現快速收斂，上行帶寬效率較低。
本申請實施例提供了一種接收機、光線路終端和無源光網絡系統，可以解決現有的接收機中上行突發光信號收斂時間較長的問題，可以實現大動態範圍下的光信號的接收，且減少收斂時間，提高上行帶寬效率。
本申請實施例第一方面提供一種接收機，該接收機包括：光探測器、第一放大器、第二放大器和控制器，其中，光探測器與第一放大器耦合，第一放大器和第二放大器耦合，第一放大器和第二放大器分別與控制器耦合；控制器，用於根據光信號的預設到達時間和該光信號對應的增益強度控制該第一放大器和該第二放大器的增益；光探測器，用於接收該光信號並將該光信號轉化爲電流信號；第一放大器，用於根據第一放大器的增益將該電流信號轉換爲第一電壓信號；第二放大器，用於根據第二放大器的增益將該第一電壓信號轉換爲第二電壓信號。當不同的光信號到達該接收機時，控制器可以根據每一個光信號控制第一放大器和第二放大器的增益調整爲對應的增益值，從而實現大動態範圍下的光信號的接收；第一放大器和第二放大器針對不同的光信號採用不同的增益值組合時，可以使得輸出的第二電壓信號均接近於需要達到的穩定值，從而減少電壓信號穩定所需要的收斂時間，提高上行帶寬效率。
在一種可能的設計中，控制器具體用於：根據預設的全域增益控制AGC控制表查找該光信號對應的增益強度；根據該光信號對應的增益強度生成目標複位信號組合，該目標複位信號組合包括至少一個複位信號；根據該目標複位信號組合生成該第一控制信號和該第二控制信號；通過該第一控制信號控制該第一放大器的增益，且通過該第二控制信號控制該第二放大器的增益。
在一種可能的設計中，第一放大器包括跨阻放大器。
在一種可能的設計中，第二放大器包括差分放大器。
在一種可能的設計中，光探測器爲雪崩光電二極管APD，該APD與控制器耦合。控制器，具體還用於：根據該目標複位信號組合生成第三控制信號，並通過該第三控制信號控制該APD的增益。
在一種可能的設計中，本申請實施例提供的接收機還包括：半導體光放大器SOA，光探測器爲PIN光電探測器，該SOA與PIN光電探測器耦合，且與控制器耦合。該SOA用於在PIN光電探測器接收該光信號之前，對該PIN光電探測器接收的光信號進行放大。控制器，具體還用於：根據該目標複位信號組合生成第四控制信號，並通過該第四控制信號控制該SOA的增益。
在一種可能的設計中，本申請實施例提供的接收機還包括：緩衝器，該緩衝器與該第二放大器耦合，用於輸出經第二放大器轉換後的第二電壓信號。
在一種可能的設計中，本申請實施例提供的接收機還包括：第一跨阻和第二跨阻，該第一跨阻與該第一放大器耦合，該第二跨阻與該第二放大器耦合，第一跨阻和第二跨阻的阻值是可控的；該第一控制信號和該第二控制信號分別作用於該第一跨阻和該第二跨阻，從而控制該第一放大器的增益和該第二放大器的增益。
本申請實施例第二方面提供一種OLT，該OLT包括上述第一方面任意一種可能的設計中的接收機。
本申請實施例第三方面提供一種PON系統，該PON系統包括OLT，其中，該OLT包括上述第一方面任意一種可能的設計中的接收機。該無源光網絡系統還包括ONU和光分配網絡(optical distribution network，ODN)。
在本申請實施例提供的接收機技術方案中，該接收機包括光探測器、第一放大器、第二放大器和控制器，其中，光探測器與第一放大器耦合，第一放大器和第二放大器耦合，第一放大器和第二放大器分別與控制器耦合；控制器，用於根據光信號的預設到達時間和該光信號對應的增益強度控制第一放大器和第二放大器的增益；光探測器，用於接收光信號並將該光信號轉化爲電流信號；第一放大器用於將電流信號轉換爲第一電壓信號；第二放大器用於將第一電壓信號轉換爲第二電壓信號。當不同的光信號到達該接收機時，控制器可以根據每一個光信號控制第一放大器和第二放大器的增益調整爲對應的增益值，從而實現大動態範圍下的光信號的接收且減少接收該光信號所需要的收斂時間，提高上行帶寬效率。
下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬本申請保護的範圍。
本申請實施例可應用於如第2圖所示的無源光網絡（passive optical network，PON）系統，該PON系統包括：光線路終端（optical line terminal，OLT）、光分配網絡(optical distribution network，ODN)和光網絡單元（optical network unit，ONU）。在PON系統中，從OLT到ONU方向的傳輸稱爲下行傳輸，反之爲上行傳輸，下行傳輸是由OLT 將下行數據廣播到各ONU，上行傳輸採用時分複用，各ONU按照OLT分配的發送時隙將上行數據發送到OLT，上行數據和下行數據都以光信號作爲數據載體。ONU爲PON系統提供用戶側接口，上行與ODN相連。其中，ODN 爲無源分光器件，一般包括無源光分路器(也稱Splitter)、主幹光纖和分支光纖。ODN可以將多個ONU的上行數據匯總傳輸到OLT，還可以將OLT的下行數據傳輸到各個ONU。
本申請實施例提供了一種接收機，該接收機可應用於PON系統中的OLT，該接收機具有動態範圍大和收斂時間短的特性，可以實現大動態範圍下的光信號的接收，並且可以減少對該光信號轉換爲電壓信號過程中所需要的收斂時間。
第3圖爲本申請實施例提供的接收機一個實施例示意圖。
如第3圖所示，本申請實施例提供的接收機30可以包括：光探測器301、第一放大器302、第二放大器303和控制器304，其中，光探測器301與第一放大器302耦合，該第一放大器302和第二放大器303耦合，第一放大器302和第二放大器303分別與控制器304耦合。
控制器304，用於根據光信號的預設到達時間以及該光信號對應的增益強度生成第一控制信號和第二控制信號，且通過該第一控制信號控制第一放大器302的增益和通過第二控制信號控制第二放大器303的增益。
光探測器301，用於接收光信號並將該光信號轉化爲電流信號。
第一放大器302，用於根據控制器304控制的第一放大器的增益將光探測器301輸出的電流信號轉換爲第一電壓信號，該第一電壓信號爲直流電壓信號，該直流電壓信號是不穩定的。
第二放大器303，用於根據控制器304控制的第二放大器的增益將第一放大器302輸出的第一電壓信號轉換爲第二電壓信號，該第二電壓信號是第一電壓信號經過增益放大後輸出的穩定的差分交流電壓。
可選的，接收機30還可以包括：緩衝器305，該緩衝器305與第二放大器303耦合，可以用於輸出經第二放大器303轉換後的第二電壓信號。
當不同的光信號到達該接收機時，控制器可以根據每一個光信號控制第一放大器和第二放大器的增益調整爲對應的增益值，從而實現大動態範圍下的光信號的接收；第一放大器和第二放大器針對不同的光信號採用不同的增益值組合時，可以使得輸出的第二電壓信號均接近於需要達到的穩定值，從而減少電壓信號穩定所需要的收斂時間，提高上行帶寬效率。
可選的，在一種具體的實施例中，第一放大器302具體爲跨阻放大器，第二放大器303具體爲差分放大器。
可選的，在一種具體的實施例中，第一放大器302和第二放大器303可以集成於同一個目標芯片上，該目標芯片包括複位reset管脚，控制器304具體用於：
根據預設的全域增益控制（automatic gain control，AGC）控制表查找上述光信號對應的增益強度；根據該光信號對應的增益強度生成目標複位信號組合，其中，該目標複位信號組合可以包括至少一個複位信號，當該目標複位信號組合包括一個以上的複位信號時，該目標複位信號組合可以是高低電平信號的任意組合形式，也可以是窄寬脈衝信號的任意組合形式，不同的組合方式可以指示不同的信息，當該目標複位信號組合僅包括一個複位信號時，該複位信號可以爲脈衝信號，不同寬度的脈衝信號可以指示不同的信息。將該目標複位信號組合輸入到reset管脚，以使得目標芯片生成第一控制信號和第二控制信號；然後通過第一控制信號可以控制第一放大器302的增益，且通過第二控制信號可以控制第二放大器303的增益。
上述AGC控制表是根據不同的ONU發送的光信號到達同一接收機時的平均上行接收功率而預先設置的。
具體的，可以根據不同的ONU對於光信號的平均下行接收功率和平均上行發送功率以及接收機自身對於光信號的平均下行發送功率，計算不同的ONU發送的光信號到達該接收機時的平均上行接收功率。具體的計算公式如下：
Figure 02_image001
,
Purx 表示上行接收功率， Pdtx表示下行發送功率； Putx 表示上行發送功率。 Pdrx 表示下行接收功率。通過對多次光信號的計算，可以得到平均上行接收功率。
根據每一個ONU對應的平均上行接收功率所處的接收功率範圍，可以確定對每一個ONU發送的光信號所採用的增益設置方案。對於不同的接收功率範圍，可以設置不同的增益設置方案，每種增益設置方案對應的增益強度不同，具體如表1所示： 表1
增益強度 接收功率範圍（uA） 控制信號1 控制信號2 控制信號N 總增益
1 3 0 0 ··· 83
30
2 30 0 1 ··· 70
100
3 100 1 0 ··· 60
400
4 400 1 1 ··· 43
3000
在表1中，光信號的接收功率可以由光探測器轉換後的電流信號的電流值表示，針對處於較低的接收功率範圍的ONU發送的光信號，接收機接收該光信號的總增益較大，反之則否。
控制器通過向目標芯片上的reset管脚輸入目標複位信號組合可以實現將不同的控制信號傳輸到第一放大器和第二放大器。接收機在接收兩個在時間軸上相鄰的光信號時，中間會存在一段接收機不接收光信號的時間空隙，通過在該時間空隙的始末時刻，通過reset管脚輸入不同的目標複位信號組合時，可以設置不同的增益強度。目標複位信號組合的具體方案可以如以下表格所示： 表2
尾複位信號 頭複位信號 增益強度
低電平（如1.8V） 低電平 1
低電平（如1.8V） 高電平（如3.3V） 2
高電平（如3.3V） 低電平 3
高電平（如3.3V） 高電平 4
表3
尾複位信號 頭複位信號 增益強度
窄脈衝（如12.8ns） 窄脈衝 1
窄脈衝（如12.8ns） 寬脈衝（如25.6ns） 2
寬脈衝（如25.6ns） 窄脈衝 3
寬脈衝（如25.6ns） 寬脈衝 4
表4
尾複位信號 頭複位信號 增益強度
窄脈衝（如12.8ns） 低電平（如1.8V） 1
窄脈衝（如12.8ns） 高電平（如3.3V） 2
寬脈衝（如25.6ns） 低電平 3
寬脈衝（如25.6ns） 高電平 4
表5
頭複位信號 增益強度
窄脈衝（如6.4ns） 1
窄脈衝（如12.8ns） 2
寬脈衝（如19.2ns） 3
寬脈衝（如25.6ns） 4
表2、表3、表4所表示的三種方案可以應用於單一接收速率的接收機中，通過尾複位信號和頭複位信號形成的目標複位信號組合，可以使得集成有第一放大器302和第二放大器303的目標形成生成相應的第一控制信號和第二控制信號，分別指示第一放大器302和第二放大器303採用相應的增益強度。
表5所表示的方案也可以應用於單一接收速率的接收機中，目標複位信號組合僅包括頭複位信號，該複位信號爲脈衝信號，其中，不同寬度的脈衝信號可以使得集成有第一放大器302和第二放大器303的目標形成生成相應的第一控制信號和第二控制信號，分別指示第一放大器302和第二放大器303採用相應的增益強度。
對於具有多種接收速率的接收機，可以採用表6所示的方案： 表6
尾複位信號 頭複位信號 接收速率和增益強度
窄脈衝（如6.4ns） 窄脈衝（如6.4ns） 速率1，強度1
窄脈衝（如12.8ns） 窄脈衝（如12.8ns） 速率2，強度2
寬脈衝（如19.2ns） 寬脈衝（如19.2ns） 速率3，強度3
寬脈衝（如25.6ns） 寬脈衝（如25.6ns） 速率4，強度4
在表6所示的方案中，尾複位信號用於指示接收速率，頭複位信號用於指示增益強度。
需要說明的是，上述尾複位信號是指在接收機不接收光信號的時間空隙的初始時刻，也即上一個光信號接收完畢時的時刻，輸入的的複位信號；上述頭複位信號是指在接收機不接收光信號的時間空隙的末端時刻，也即下一個光信號開始接收的時刻，輸入的的複位信號。
作爲一個簡單的示例，以目標複位信號組合由尾複位信號和頭複位信號組成爲例，如第4圖所示，在不同的光信號的接收間隙中，將目標複位信號組合輸入到reset管脚中，可以控制第一放大器和第二放大器的增益進行調整，從而調整接收機的總增益，以使得接收機接收到不同的光信號時，可以轉換爲相同水平的電壓信號。需要說明的是，相同水平的電壓信號並不意味至每個電壓信號的電壓值一定相同，而是處於同一個偏差範圍內。
可選的，接收機30還包括：第一跨阻306和第二跨阻307，該第一跨阻306與該第一放大器302耦合，該第二跨阻307與該第二放大器303耦合，該第一跨阻和第二跨阻的阻值可控。表1中的控制信號1和控制信號2可以分別用於控制本申請實施例所提供的接收機30中的第一跨阻306和第二跨阻307，從而控制第一放大器302和第二放大器303的增益。控制信號1和控制信號2可對應於上文中該的第一控制信號和第二控制信號。
若該接收機30中還包括其它具有增益效果的增益部件，控制信號N還可以用於控制這些增益部件的增益。應理解，通過不同的控制信號組合，可以實現多種不同的總增益設置效果，表1中所示的只是通過控制第一放大器302和第二放大器303的增益實現的4種增益設置方案，當接收機30中還包括其它具有增益效果的增益部件時，增益設置方案的數量可以增加。
由於不同的ONU是根據OLT分配的時間間隙發送光信號的，所以不同的ONU發送的光信號到達OLT的時間是由OLT控制的。根據表1所示的增益設置方案，以及OLT所控制的不同的光信號的到達時間，可以提前生成一個AGC控制表，其中針對不同時刻到達的光信號預設了相應的增益強度。
因此，在該接收機30工作時，控制器304可以在每個光信號到達之前，根據預設的AGC控制表查找每個光信號對應的增益強度，並且根據該光信號對應的增益強度生成對應的控制信號，從而通過控制信號預設每個增益節點（例如第一放大器302、第二放大器303）的增益，保證該光信號到達的時候，經過光電轉換等處理後，可以實現快速收斂。
在一種具體的實施例中，控制器304可以是OLT中的媒體訪問控制（Media Access Control，MAC）芯片，AGC控制表可以集成於該MAC芯片中。
在一個具體的實施例中，如第5圖所示，光探測器301可以爲雪崩光電二極管（avalanche photodiodes，APD），該APD可以與控制器304耦合；
控制器304，具體還可以用於：根據光信號對應的增益強度生成第三控制信號（也即第5圖中的控制信號3），並通過該第三控制信號控制APD的增益。具體的，該第三控制信號可以通過控制該APD的電壓進而控制其增益。該第四控制信號可以對應於上述表1中的控制信號N。
在一種具體的實施例中，如第6圖所示，接收機30還可以包括：半導體光放大器308（semiconductor optical amplifier，SOA），光探測器301具體可以爲PIN光電探測器，該SOA與PIN光電探測器耦合，且與控制器304耦合。該SOA可以用於在PIN光電探測器接收光信號之前，對PIN光電探測器接收的光信號進行放大。
控制器304，具體還可以用於：根據光信號對應的增益強度生成第四控制信號（也即第6圖中的控制信號4），並通過該第四控制信號控制該SOA的增益。具體的，該第四控制信號可以通過控制該SOA的泵浦電流進而控制其增益大小。該第四控制信號可以對應於上述表1中的控制信號N。
本申請實施例提供一種OLT，該OLT包括上述任意實施例中所描述的接收機。
本申請實施例提供一種PON系統，該PON系統包括OLT和ONU，其中，OLT包括上述任意實施例中所述的接收機。 以上該僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
30:接收機 301:光探測器 302:第一放大器 303:第二放大器 304:控制器 305:緩衝器 306:第一跨阻 307:第二跨阻 308:半導體光放大器
第1圖爲現有技術中一種接收機的結構示意圖； 第2圖爲本申請實施例應用場景示意圖； 第3圖爲本申請實施例提供的接收機一個實施例示意圖； 第4圖爲本申請實施例中接收機增益調整過程示意圖； 第5圖爲本申請實施例提供的接收機另一實施例示意圖； 第6圖爲本申請實施例提供的接收機另一實施例示意圖。
30:接收機
301:光探測器
302:第一放大器
303:第二放大器
304:控制器
305:緩衝器
306:第一跨阻
307:第二跨阻

Claims (10)

  1. 一種接收機，包括：光探測器、第一放大器、第二放大器和控制器，其中，該光探測器與該第一放大器耦合，該第一放大器和該第二放大器耦合，該第一放大器和該第二放大器分別與該控制器耦合； 該控制器，用於根據光信號的預設到達時間和該光信號對應的增益強度控制該第一放大器和該第二放大器的增益； 該光探測器，用於接收該光信號並將該光信號轉化爲電流信號； 該第一放大器，用於根據該第一放大器的增益將該電流信號轉換爲第一電壓信號； 該第二放大器，用於根據該第二放大器的增益將該第一電壓信號轉換爲第二電壓信號。
  2. 如請求項1所述的接收機，其中該第一放大器和該第二放大器集成於目標芯片，該目標芯片包括複位reset管脚； 該控制器具體用於： 根據預設的全域增益控制AGC控制表查找該光信號對應的增益強度； 根據該光信號對應的增益強度生成目標複位信號組合，該目標複位信號組合包括至少一個複位信號； 將該目標複位信號組合輸入到該reset管脚，以使得該目標芯片生成第一控制信號和第二控制信號； 通過該第一控制信號控制該第一放大器的增益，且通過該第二控制信號控制該第二放大器的增益。
  3. 如請求項1所述的接收機，其中該第一放大器包括跨阻放大器。
  4. 如請求項1所述的接收機，其中該第二放大器包括差分放大器。
  5. 如請求項2所述的接收機，其中該光探測器爲雪崩光電二極管APD，該APD與該控制器耦合； 該控制器，具體還用於： 根據該光信號對應的增益強度生成生成第三控制信號； 通過該第三控制信號控制該APD的增益。
  6. 如請求項4所述的接收機，其中該接收機還包括：半導體光放大器SOA，該光探測器爲PIN光電探測器，該SOA與該PIN光電探測器耦合，且與該控制器耦合； 該SOA，用於在該PIN光電探測器接收該光信號之前，對該PIN光電探測器接收的該光信號進行放大； 該控制器，具體還用於： 根據該光信號對應的增益強度生成生成第四控制信號； 通過該第四控制信號控制該SOA的增益。
  7. 如請求項1所述的接收機，其中該接收機還包括：緩衝器，該緩衝器與該第二放大器耦合； 該緩衝器，用於輸出經該第二放大器轉換後的該第二電壓信號。
  8. 如請求項2所述的接收機，其中該接收機還包括：第一跨阻和第二跨阻，該第一跨阻與該第一放大器耦合，該第二跨阻與該第二放大器耦合，該第一跨阻和該第二跨阻的阻值是可控的； 該第一控制信號和該第二控制信號分別作用於該第一跨阻和該第二跨阻，以控制該第一放大器的增益和該第二放大器的增益。
  9. 一種光線路終端，其中包括請求項1至8中任一項所述的接收機。
  10. 一種無源光網絡系統，其中包括光線路終端，該光線路終端包括請求項1至8中任一項所述的接收機。
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