CN101552647A - 一种光信号接收的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光接收机，包括：接收单元、转换单元、检测单元和突发时钟数据恢复电路；接收单元，用于接收光信号，该光信号至少包括两种不同传输速率的光信号；转换单元，用于将接收的光信号转换为电压信号；检测单元，用于检测电压信号的传输速率，根据检测结果输出控制信号；突发时钟数据恢复电路，用于根据控制信号对电压信号进行时钟和数据恢复处理。相应地，本发明还公开了一种光信号接收的方法。通过本发明，不但可以接收GEPON和10G EPON两种速率时分复用信号，而且可以达到快速同步，减少时间开销。

Description

一种光信号接收的方法和装置

技术领域

本发明涉及网络通信领域，具体地说，涉及一种光信号接收的方法和装置。

背景技术

无源光网络PON是一种点对多点的光纤传输和接入技术，其结构如图1所示。它由局侧的光线路终端OLT、用户侧的光网络单元ONU或者光网络终端ONT以及光分配网络ODN组成。其中，OLT到ONU的传输方向为下行方向，采用TDM方式，OLT连续地将信息广播发给每个ONU，每个ONU选择属于自己的数据接收；ONU到OLT的传输为上行方向，采用TDMA方式，即上行数据发送是突发的，不同ONU占用不同的上行时隙，多个ONU通过时分复用的方式共享上行链路。

为了利用现有GEPON***的光纤资源，未来的10G EPON需要和GEPON***共存，在10G/1G EPON共存***中，OLT必须支持10G、1G两种速率的ONU。

在10G/1G EPON共存方面，目前主要采用如图2所示的方案。10G和1GEPON***，上行使用相同的波长，采用TDM复用，下行使用不同的波长，采用WDM复用。由于上行使用了相同的波长，采用TDM复用，需要在OLT端采用多速率的接收机MR-RX，分时接收1G和10G的上行数据。

现有的多速率光接收机技术中没有考虑多速率接收机的关键部件的同步时间，占用较大的时间开销，无法达到快速同步。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是：提供一种光信号接收的方法和装置，克服现有的10G/1G EPON共存***中多速率接收技术占用较大的时间开销、无法达到快速同步的缺点。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种光接收机，包括：接收单元、转换单元、检测单元和突发时钟数据恢复电路；接收单元，用于接收光信号，该光信号至少包括两种不同传输速率的光信号；转换单元，用于将接收的光信号转换为电压信号；检测单元，用于检测电压信号的传输速率，根据检测结果输出控制信号；突发时钟数据恢复电路，用于根据控制信号对电压信号进行时钟和数据恢复处理。

相应地，本发明实施例提供一种光信号接收的方法，包括：接收光信号，该光信号至少包括两种不同传输速率的光信号；将接收的光信号转换为电压信号；检测电压信号的传输速率，根据检测结果输出控制信号；根据控制信号控制突发时钟数据恢复电路，对电压信号进行时钟和数据恢复处理。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明提供一种光信号接收的方法和装置，通过将接收的光信号转换为电压信号，检测电压信号的传输速率，根据检测结果输出控制信号，根据控制信号控制突发时钟数据恢复电路对电压信号进行时钟和数据恢复处理。采用本发明的技术方案，不但可以接收GEPON和10G EPON两种速率时分复用信号，而且可以达到快速同步，减少时间开销。

附图说明

图1为现有技术中无源光网络的结构示意图；

图2为现有技术中10G/1G EPON***共存的原理示意图；

图3为本发明实施例一的光接收机的结构示意图；

图4为本发明实施例二的光接收机的结构示意图；

图5为本发明实施例二的信号检测电路的实现框图；

图6为本发明实施例二的101/010码型检测电路的原理图；

图7为本发明实施例二的门限处理电路的原理图；

图8为本发明实施例二的突发时钟数据恢复电路的原理图；

图9为本发明实施例二的分路器的原理图；

图10为本发明实施例三的光接收机的结构示意图；

图11为本发明实施例四的光接收机的结构示意图；

图12为本发明实施例五的光信号接收的方法示意图。

具体实施方式

采用本发明实施例，可以实现对多种不同传输速率的光信号的接收，为描述方便，以下仅以GEPON和10G EPON两种速率的光信号为例进行说明。

图3为本发明实施例一的光接收机的结构示意图。该光接收机包括：接收单元、转换单元、检测单元和突发时钟数据恢复电路；其中，接收单元，用于接收光信号，该光信号至少包括两种不同传输速率的光信号；转换单元，用于将接收的光信号转换为电压信号；检测单元，用于检测电压信号的传输速率，根据检测结果输出控制信号；突发时钟数据恢复电路，用于根据控制信号对电压信号进行时钟和数据恢复处理。

上述检测单元和突发时钟数据恢复电路可以集成在一个模块中。

上述检测单元具体包括：码型检测单元和门限处理单元；其中，码型检测单元，用于对电压信号进行延迟和门电路处理，如果电压信号中出现预定的码型且电压信号的传输速率与延迟的时间相对应，输出一个比特瞬时高电平；门限处理单元，用于对码型检测单元输出的瞬时高电平进行积分，将瞬时高电平积分后的信号与预设的高门限和低门限进行比较；如果积分后的信号大于预设的高门限，输出接收电压信号的控制信号；如果积分后的信号低于预设的低门限，输出禁止接收电压信号的控制信号。

上述突发时钟数据恢复电路包括开关、锁相环和训练频率源；其中，训练频率源，用于产生训练频率；开关，用于接收检测单元输出的控制信号；基于接收电压信号的控制信号，将电压信号输入锁相环；基于禁止接收电压信号的控制信号，将训练频率输入锁相环；锁相环，用于基于电压信号，从电压信号中恢复出时钟和数据；基于训练频率，锁定锁相环的频率。

上述预定的码型包括010和101。

本实施例通过采用传统的“训练数据”加锁相环的方式实现突发时钟数据恢复电路(BCDR)。在没有数据输入的时候，将训练频率加入锁相环输入端以保持锁相环输出频率不变，以便加快数据到来时的捕获时间，实现突发模式的时钟和数据恢复。

图4为本发明实施例二的光接收机的结构示意图。其工作工程为：光电探测器将接收的光信号转化为电流信号，前置放大器放大光电探测器产生的电流信号，并输出电压信号。分路器将前置放大器输出的电压信号分成两路，分别送给1G(GEPON)和10G(10G EPON)支路处理。每一支路中的低通滤波器滤除信号高频噪声，并送给主放大器，主放大器对接收的模拟信号进行判决，将其转变为清晰的数字信号。信号检测电路判断是否为本路信号，在本路信号存在期间，会输出一个电平，指示信号存在，从而控制突发时钟和数据恢复(BCDR)电路工作，恢复出信号中的时钟，并对数据整形。

上述光电探测器可以采用雪崩光电二极管(APD)或普通光电二极管PIN。PIN在反偏电压下，其产生的电流和照射在其上的光功率成一定的比例关系。APD利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增，灵敏度比PIN大。可以根据***需要选用PIN或者APD。光电探测器偏置电路给APD或PIN提供反偏电压。对于APD，还需要温度补偿电路用于检测APD环境温度，并产生控制信号控制光电探测器偏置电路，以补偿APD的截断电压随温度的变化。

上述前置放大器可以采用跨阻放大器(TIA)。跨阻放大器放大光电探测器产生的电流信号，并输出电压信号。前置放大器输出的电压信号包括1G(GEPON)和10G(10G EPON)的信号。

分路器(有源或无源分路器)，将前置放大器输出的电压信号分成两路，分别送给1G(GEPON)和10G(10G EPON)支路处理。由于10G(10G EPON)和1G(GEPON)光信号采用TDM复用，占用不同的上行时隙，因此前置放大器输出经分路器分路后，1G和10G两个支路的电压信号均包括1G和10G速率TDM的信号。

分路器后信号的处理过程如下：

(1)当1G信号到来时，分路器将信号分路到1G和10G支路。

对于1G支路，第一低通滤波器滤除信号高频噪声，以提高接收灵敏度，并送给第一主放大器，第一主放大器采用限幅放大器(LA)，对接收的1G模拟信号进行判决，将其转变为清晰的数字信号，同时送给第一信号检测电路和第一时钟和数据恢复电路(第一BCDR)。第一信号检测电路在1G信号存在期间，会输出一个电平，指示信号存在。第一信号检测电路判断是本路信号，控制第一BCDR工作，第一BCDR恢复出信号中的时钟，并对数据整形。恢复出的时钟及整形后的数据，被送给后一级处理。第一信号检测电路同时输出一个信号指示给后一级，通知1G信号的到来。

对于10G支路，1G模拟信号经过第二低通滤波器和第二主放大器后转变为清晰的数字信号，并送给第二信号检测电路和第二BCDR。第二信号检测电路判断不是本路信号，禁止第二BCDR工作，同时输出一个指示给后一级，通知不是本路信号。

(2)当10G信号到来时，分路器仍将信号分路到1G和10G支路。

对于1G支路，由于第一低通滤波器和第一主放大器带宽远远小于10G信号带宽，第一信号检测电路不能正常工作，并且检测不到信号。第一信号检测电路判断不是本路信号，禁止第一BCDR工作，同时输出一个指示给后一级，通知不是本路信号。

对于10G支路，第二低通滤波器滤除信号高频噪声，以提高接收灵敏度，并送给第二主放大器，第二主放大器采用LA，将接收的10G模拟信号转变为清晰的数字信号，并同时送给第二信号检测电路和第二BCDR。第二信号检测电路在10G信号存在期间，会输出一个电平，指示信号存在。第二信号检测电路判断是本路信号，控制第二BCDR工作，第二BCDR恢复出信号中的时钟，并对数据整形。恢复出的时钟及整形后的数据，被送给后一级处理。第二信号检测电路同时输出一个信号指示给后一级，通知10G信号的到来。

如图5所示为本发明实施例二的信号检测电路的实现框图，信号检测电路包括101/010码型检测电路和门限处理电路。

当101/010码型检测电路检测到数据中包含“010”或“101”的码型，且速率与本支路速率一致时，会输出一个持续时间为一比特的瞬时高电平，否则输出低电平。如图6所示为本发明实施例二的101/010码型检测电路的原理图，图中信号线为单端或者差分信号线。输入数据S0经驱动(1)分成两路相同的信号。其中一路信号S1送到异或(3)的一个输入端，另一路信号经过延迟(2)延迟一个比特时间，延迟后的信号S3被送到异或(3)的另一个输入端。通过异或(3)后，可以实现对输入数据S0的“01”或“10”的检测。异或(3)的输出S4经过驱动(4)分成两路相同的信号，其中一路信号S5送到与门(6)的一个输入端，另一路信号经过延迟(5)延迟一个比特时间，延迟后的信号S6送到与门(6)的另一个输入端。通过与门(6)后，可以对异或(3)输出的信号S4实现“11”的检测。整个电路的输出S7实现对输入数据S0的“010”或者“101”的检测。

在信号中出现“010”或者“101”码型时，检测电路输出一个持续时间为一比特的高电平，当信号中出现连续切换如“010101....”时(即包含连续的“010”、“101”)，检测电路连续输出高电平，直到不再出现“010”或者“101”的码型，电路输出为低。

门限处理电路处理101/010码型检测电路输出的信号，由于当输入数据中出现连续“010101....”切换时，101/010码型检测电路持续输出高电平，但当输入数据中出现“010”、“101”比较稀少时，101/010码型检测电路输出比较稀少的高电平。为了对这个比较稀少的高电平进行检测，需要对其进行积分，再和一个固定电平进行比较。当信号中“010”、“101”出现的概率较低时，101/010码型检测电路输出信号积分后的直流电平较低，比较电平必须设置较低，以保证比较后的输出为高。但当比较电平设置较低时，容易出现噪声对其误触发，使没有信号期间，也会错误触发产生高电平。

因此本实施例中门限处理电路设置了两个比较门限。一个较高的比较门限用于置位，由于在输入数据的前导码中，存在连续“010101....”切换，101/010码型检测电路持续输出高电平，将其和一个较高的比较门限比较，可以保证在前导码期间，门限处理电路输出为高，即输出置位。又可以保证在没有信号时，不会被噪声误触发。另一个较低的比较门限用于对信号复位。由于在输入数据的有用信号期间，“010”、“101”出现比较稀少，101/010码型检测电路输出比较稀少的高电平，对其进行积分后，再和一个较低电平的比较门限进行比较，保证比较后的输出持续为高。而当信号消失时，这个较低比较门限电路的输出出现低电平，使门限处理电路输出为低，即输出复位。

如图7所示为本发明实施例二的门限处理电路的实现原理图。图中010/101码型检测电路的输出S0经过驱动1分成相位相反的两路信号。反相的一路信号经过R1，R3，C1组成的积分电路，积分后的信号S1送到与们4的一个输入端，正相的一路信号经过R2，R4，C2组成的积分电路，积分后的信号S2送到比较器2与一个较低的比较电平进行比较。比较后的信号S3送到或门3的一个输入端，与门4将信号S1和S4相与，相与后的信号分成两路，一路取反作为信号检测输出S7。另一路S5返回到或门3的一个输入端。与信号S3相或后输出S4再回送到与门4的输入端。与门4具有较高的翻转门限。

S1、S3和S7的真值表如下：

S1	S3	S7
			0	0	1
0	1	1
			1	0	保持
1	1	0

在有信号时，S1为低电平，输出S7为高电平，即输出置位。在没有信号时，S1变为高电平，S2为低电平，S3为高电平，输出S7为低电平，即输出复位。假设在信号消失期间，输入有噪声，由于与门4较高的翻转门限，对于与门4来说，S1恒为高电平，而比较器2有较低的比较门限，即使S3被噪声误触发为低电平，根据真值表，输出S7仍会保持以前状态，即保持为低电平，噪声不会使电路错误地置位。

如图8所示为本发明实施例二的突发时钟数据恢复(BCDR)电路的原理图。BCDR采用传统的“训练数据”加PLL的方式，通过将一个“训练数据”，在没有数据输入的时候加入锁相环输入端以保持锁相环输出频率不变，以便加快数据到来时的捕获时间，实现突发模式的时钟和数据恢复。其中输入数据和训练数据由信号检测电路控制开关切换。

在没有输入数据到来时，信号检测电路检测不到信号，控制开关切换到训练数据端，使训练数据源输出的1.25G/2.5G/5GHz训练频率，输入到时钟和数据恢复电路的输入端，时钟和数据恢复电路采用锁相环来实现时钟和数据恢复。训练频率保持锁相环VCO的输出频率稳定，不会漂移。当信号到来时，信号检测电路检测到输入数据，控制开关切换到输入数据端，同时送出一个信号指示到下一级。输入数据通过开关进入时钟和数据恢复电路以恢复时钟和数据。由于时钟和数据恢复电路VCO的振荡频率和输入数据携带的时钟信号的频率基本一致，时钟和数据恢复电路的锁相环只对输入数据进行锁相，没有频率锁定的过程，这样大大减小了锁相环的锁定时间。可以实现突发模式的时钟和数据恢复。

如图9所示为本发明实施例二分路器的原理图。本发明实施例采用耦合电容加上驱动器将前置放大器输出的电压信号分成两路，分别送给1G(GEPON)和10G(10G EPON)支路处理。采用电容耦合已经可以满足10G/1G突发接收建立时间的要求，并且采用电容耦合，可以使判决门限自动居中，处于最佳状态，使接收灵敏度最佳，实现上也最容易。驱动器采用现有的一分二驱动器，在小信号时应该具有线性特性，以不影响输出信号在其有用通带内的信噪比，尽可能小地影响接收机的灵敏度。

图10为本发明实施例三的光接收机的结构示意图。和实施例二不同的是，这里增加了动态APD偏置控制电路，并且光电探测器只采用APD。

动态APD偏置控制电路的作用是弥补前置放大器动态范围的不足。当前置放大器的动态范围不能满足接收机动态范围的要求时，可以增加动态APD偏置控制电路来扩展接收机的动态范围。动态APD偏置控制电路检测前置放大器的输出，和预设的参考电压比较，产生控制电压控制APD的雪崩增益。当输入的光信号强度接近或者超过一定值，使前置放大器的输出接近或者超过预设的参考电压时，动态APD偏置控制电路开始起作用。动态APD偏置控制电路通过减小APD的反偏电压，以减小APD的雪崩增益，使APD的输出电流不会超过一定的值，以使前置放大器的输出稳定在预设的参考电压附近。即输入的光信号强度超过一定值，前置放大器的输出不再随着线性增加，而是稳定在一定值附近，大大扩展了接收机的动态范围。

图11为本发明实施例四的光接收机的结构示意图。这里采用了复位信号，使突发接收可以采用较快的响应时间。复位信号可以用于前置放大器，动态APD偏置控制电路，第一和第二主放大器。对于突发接收机，在突发信号到来后会经历一个暂态过程，然后达到稳态开始正常接收。通常希望暂态过程越短越好，这样就要求电路的时间常数尽可能地小。当电路到达稳态开始接收以后，数据中的编码格式会影响数据基线的漂移。当接收数字码流中的“1”和“0”出现不均匀，出现长时间的连“1”或连“0”时，引起直流成分的幅度发生变化，造成数据基线的漂移。为了减小基线漂移，希望电路的时间常数越大越好。为了满足基线漂移不会超过一定的值，电路的时间常数就不可能选得太小，这样对突发信号的响应时间就不可能达到很快。

本实施例中复位信号由外部的***提供。前置放大器，动态APD偏置控制电路，第一和第二主放大器分别接收复位信号，产生自己的控制信号。这样在突发数据到来时，可以采用较小的时间常数以减小暂态过程，加快突发接收的响应时间。当电路到达稳态开始接收以后，则采用较大的时间常数，以减小对数据基线漂移的影响。时间常数的切换则由前置放大器，动态APD偏置控制电路，第一和第二主放大器根据复位信号产生的控制信号控制。

图12为本发明实施例五的光信号接收的方法示意图。本实施例接收光信号的步骤如下：

步骤121：接收光信号，该光信号至少包括两种不同传输速率的光信号；

步骤122：将接收的光信号转换为电压信号；

该步骤具体为：将接收的光信号转化为电流信号，再将电流信号转化为电压信号。

步骤123：检测电压信号的传输速率，根据检测结果输出控制信号；

该步骤具体为：对电压信号进行延迟和门电路处理，如果所述电压信号中出现预定的码型且所述电压信号的传输速率与延迟的时间相对应，输出一个比特瞬时高电平；对瞬时高电平进行积分，将瞬时高电平积分后的信号与预设的高门限和低门限进行比较；如果积分后的信号大于预设的高门限，输出接收电压信号的控制信号；如果积分后的信号低于预设的低门限，输出禁止接收电压信号的控制信号。

步骤124：根据控制信号控制突发时钟数据恢复电路，对电压信号进行时钟和数据恢复处理。

其中，突发时钟数据恢复电路包括开关、锁相环和产生训练频率的训练频率源。

该步骤具体为：开关接收控制信号；当开关接收的为接收电压信号的控制信号时，开关将电压信号输入锁相环，锁相环从电压信号中恢复出时钟和数据；当开关接收的为禁止接收电压信号的控制信号时，开关将将训练频率输入锁相环，锁定锁相环的频率。

本实施例通过采用传统的“训练数据”加锁相环的方式实现突发时钟数据恢复电路。在没有数据输入的时候，将训练频率加入锁相环输入端以保持锁相环输出频率不变，以便加快数据到来时的捕获时间，实现突发模式的时钟和数据恢复。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种光接收机，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收光信号，所述光信号至少包括两种不同传输速率的光信号；

转换单元，用于将所述接收的光信号转换为电压信号；

检测单元，用于检测所述电压信号的传输速率，根据检测结果输出控制信号；

突发时钟数据恢复电路，用于根据所述控制信号对所述电压信号进行时钟和数据恢复处理。

2.如权利要求1所述的一种光接收机，其特征在于，所述检测单元和所述突发时钟数据恢复电路可以集成在一个模块中。

3.如权利要求2所述的一种光接收机，其特征在于，所述检测单元具体包括：

码型检测单元，用于对所述电压信号进行延迟和门电路处理，如果所述电压信号中出现预定的码型且所述电压信号的传输速率与延迟的时间相对应，输出一个比特瞬时高电平；

门限处理单元，用于对所述码型检测单元输出的瞬时高电平进行积分，将瞬时高电平积分后的信号与预设的高门限和低门限进行比较；如果所述积分后的信号大于所述预设的高门限，输出接收电压信号的控制信号；如果所述积分后的信号低于所述预设的低门限，输出禁止接收电压信号的控制信号。

4.如权利要求3所述的一种光接收机，其特征在于，所述突发时钟数据恢复电路包括开关、锁相环和训练频率源；

所述训练频率源，用于产生训练频率；

所述开关，用于接收所述检测单元输出的控制信号；基于所述接收电压信号的控制信号，将所述电压信号输入所述锁相环；基于所述禁止接收电压信号的控制信号，将所述训练频率输入所述锁相环；

所述锁相环，用于基于所述电压信号，从所述电压信号中恢复出时钟和数据；基于所述训练频率，锁定所述锁相环的频率。

5.如权利要求3所述的一种光接收机，其特征在于，所述预定的码型包括010和101。

6.一种光信号接收的方法，其特征在于，包括：

接收光信号，所述光信号至少包括两种不同传输速率的光信号；

将所述接收的光信号转换为电压信号；

检测所述电压信号的传输速率，根据检测结果输出控制信号；

根据所述控制信号控制突发时钟数据恢复电路，对所述电压信号进行时钟和数据恢复处理。

7.如权利要求6所述的一种光信号接收的方法，其特征在于，所述检测所述电压信号的传输速率，根据检测结果输出控制信号，具体包括：

对所述电压信号进行延迟和门电路处理，如果所述电压信号中出现预定的码型且所述电压信号的传输速率与延迟的时间相对应，输出一个比特瞬时高电平；

对所述瞬时高电平进行积分，将瞬时高电平积分后的信号与预设的高门限和低门限进行比较；如果所述积分后的信号大于所述预设的高门限，输出接收电压信号的控制信号；如果所述积分后的信号低于所述预设的低门限，输出禁止接收电压信号的控制信号。

8.如权利要求7所述的一种光信号接收的方法，其特征在于，所述突发时钟数据恢复电路包括开关、锁相环和产生训练频率的训练频率源。

9.如权利要求8所述的一种光信号接收的方法，其特征在于，所述根据所述控制信号控制突发时钟数据恢复电路，对所述电压信号进行时钟和数据恢复处理，具体包括：

所述开关接收所述控制信号；当所述开关接收的为所述接收电压信号的控制信号时，所述开关将所述电压信号输入所述锁相环，所述锁相环从所述电压信号中恢复出时钟和数据；当所述开关接收的为所述禁止接收电压信号的控制信号时，所述开关将将所述训练频率输入所述锁相环，锁定所述锁相环的频率。

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