CN110190904A - Wdm pon***中实现光调顶信号的方法及装置 - Google Patents

Wdm pon***中实现光调顶信号的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种WDM PON***中实现光调顶信号的方法及装置，涉及光通信领域。该方法包括以下步骤：对低速管理数据进行编码调制，得到低速管理编码调制数据；将低速管理编码调制数据与电流信号耦合，生成低速强度调制电流信号；具有低速调制特性的光放大器利用调制电流的强度变化，将低速强度调制电流信号的强度调制到高速光通道上，生成光调顶信号，并放大高速业务数据光信号。本发明能实现将低速管理信号调制到高速光通道上。

Description

WDM PON***中实现光调顶信号的方法及装置
技术领域
本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种WDM PON***中实现光调顶信号的方法及装置。
背景技术
随着5G通信技术的发展，大带宽、低延时等成为5G通信的重指标参数，虚拟点到点连接的WDM PON(Wavelength Division Multiplexing PON，波分复用型无源光网络)***，在带宽和延时方面都有比较独特的优势，将作为5G前传部分重要的解决方案。
WDM PON技术的规模商用，关键技术在于无色ONU(Optical Network Unit，光网络单元)的实现，无色ONU需要解决波长的可调、通道的监控和实时管理等功能。激光器可以将25G的高速业务数据电信号转换成高速业务数据光信号，由于电信号的速率很高，在此处没有将低速管理数据与高速信号耦合到一起通过激光器发送出去，以免影响高速信号的电域。因此，需要采用光调顶(Optical Top Adjustment)技术，将低速的管理信号调制到高速光通道上，才能更方便的对各通道的波长、连接状态、信号质量进行实时的监控，更便于各通道实时的管理和调节。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
25G的高速业务数据电信号与低速电域信号直接耦合，会存在高速信号完整性较难解决、技术方案复杂、需要高速布板多个方面的问题，从而导致开发周期长、生产测试繁琐、产品成品率低，因此电域直接耦合的成本很高。如何用低成本实用的方法来实现光调顶技术，将低速的管理信号调制到高速光通道上，是本领域亟待解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种WDM PON***中实现光调顶信号的方法及装置，能够实现将低速管理信号调制到高速光通道上。
第一方面，提供一种WDM PON***中实现光调顶信号的方法，包括以下步骤：
对低速管理数据进行编码调制，得到低速管理编码调制数据；
将低速管理编码调制数据与电流信号耦合，生成低速强度调制电流信号；
具有低速调制特性的光放大器利用调制电流的强度变化，将低速强度调制电流信号的强度调制到高速光通道上，生成光调顶信号，并放大光调顶信号和高速业务数据光信号。
根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，还包括以下步骤：
在ONU的发送端，高速业务数据电信号与阈值电流分别送给激光器及高速组件，阈值电流提供激光器所需的工作电流，高速业务数据电信号被激光器转换为高速业务数据光信号。
根据第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述具有低速调制特性的光放大器为SOA或EDFA。
根据第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述具有低速调制特性的光放大器与激光器及高速组件一体集成，或者分离外置。
第二方面，提供一种WDM PON***中实现光调顶信号的装置，包括：
控制管理单元，用于：输出低速管理数据和电流信号；
调制单元，用于：对低速管理数据进行编码调制，得到低速管理编码调制数据；
耦合电路，用于：将低速管理编码调制数据与电流信号耦合，生成低速强度调制电流信号；
具有低速调制特性的光放大器，用于：利用调制电流的强度变化，将低速强度调制电流信号的强度特性调制到高速光通道上，生成光调顶信号，并放大高速业务数据光信号；
激光器及高速组件：用于将高速业务数据电信号转换成高速业务数据光信号。
根据第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述控制管理单元通过低速数据接口发送低速管理数据至调制单元，控制管理单元还通过DAC转换器输出电流信号至耦合电路。
根据第二方面，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述具有低速调制特性的光放大器为SOA或EDFA。
根据第二方面，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述具有低速调制特性的光放大器与激光器及高速组件一体集成，或者分离外置。
根据第二方面，在第二方面的第四种可能的实现方式中，所述调制单元具体用于：在发送端，对低速管理数据进行编码，然后数字信号转换为模拟信号，由调制单元的输出引脚输出模拟信号至耦合电路。
根据第二方面，在第二方面的第五种可能的实现方式中，所述耦合电路包括第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、三极管T1、第四电阻R4、第二电容C2，第一电容C1的一端与调制单元的输出相连，另一端分别连接第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端，第一电阻R1的另一端接电源，第二电阻R2的另一端接地，第三电阻R3的另一端与三极管T1的基极相连，三极管T1的发射极接地，三极管T1的集电极通过第四电阻R4连接电流源，三极管T1的集电极还与第二电容C2相连。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)具有低速调制特性的光放大器利用调制电流的强度变化，将低速强度调制电流信号的强度特性调制到高速光通道上，生成光调顶信号，并放大光调顶信号和高速业务数据光信号。所述具有低速调制特性的光放大器为SOA(Semiconductor OpticalAmplifier，半导体放大器)或EDFA(Erbium-Doped Optical Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器)，SOA或EDFA在放大的同时具有再调制的功能，可以调制上行数据，能够实现将低速管理信号调制到高速光通道上，同时还能对光功率进行放大，有效延长传输距离，克服了低速信号和高速信号直接在电域耦合导致的高速信号完整性较难解决、技术方案复杂，需要高速布版等问题。
(2)SOA或EDFA对波长没有选择性，可以增加接入ONU用户的数量。
(3)在SOA或EDFA上进行再调制，只增加少量的电器件，可以有效降低成本。
(4)具有低速调制特性的光放大器可以是和激光器及高速组件一体集成的，也可以是分离外置的，可以灵活配置，优化成本。
附图说明
图1是WDM PON***的架构图；
图2是本发明实施例WDM PON***中实现光调顶信号的方法的流程图；
图3是本发明实施例中WDM PON***中实现光调顶信号的装置的结构框图；
图4是本发明实施例中调制电流信号产生的示意图；
图5是本发明实施例中低速管理数据调制的原理框图；
图6是本发明实施例中耦合电路的原理框图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。
图1为WDM PON***架构图。参见图1所示，WDM PON***包括光线路终端OLT(Optical Line Termination)、光网络单元ONU(Opitcal Network Unit)和光分配网ODN(Optical Distribution Network)三个部分，OLT包括LD(Laser Diode，半导体激光器)、PD(Photo Diode，光电二极管)、AWG(Arrayed Waveguide Grating，阵列波导光栅)，ODN是指在位于OLT与ONU之间，实现从OLT到ONU或者从ONU到OLT的按波长分配的光网络。ODN主要包括AAWG(Athermal Arrayed Waveguide Grating，热不敏感的阵列波导光栅)，AAWG是波长敏感无源光器件，完成光波长复用、解复用功能。WDM PON基于波分复用的方式实现点到多点的连接，采用波长作为用户端ONU的标识，每个用户通过波长不同独享带宽，有效提高了用户带宽。
在WDM PON中，无色ONU是***关键，无色ONU技术的实现，需要ONU侧光模块波长可调可控、ONU的管理方便，并且管理信号易于在光路上进行传输。
参见图2所示，本发明实施例提供一种WDM PON***中实现光调顶信号的方法，包括以下步骤：
S1、对低速管理数据进行编码调制，得到低速管理编码调制数据；
S2、将低速管理编码调制数据与电流信号耦合，生成低速强度调制电流信号；
S3、具有低速调制特性的光放大器利用调制电流的强度变化，将低速强度调制电流信号的强度调制到高速光通道上，生成光调顶信号，并放大光调顶信号和高速业务数据光信号。
作为优选的实施方式，上述方法还包括以下步骤：
在ONU的发送端，高速业务数据电信号与阈值电流耦合后进入激光器及高速组件，阈值电流提供激光器所需的工作电流，高速业务数据电信号被激光器转换为高速业务数据光信号。
作为优选的实施方式，上述方法还包括以下步骤：
具有低速调制特性的光放大器为SOA或EDFA。
SOA或EDFA具有放大和再调制的性能，能将管理数据调制到光通道上去，同时放大，利于传输。
在高速WDM PON***中，往往利用SOA(半导体放大器)或EDFA(掺铒光纤放大器)等将光信号进行放大，本发明实施例在SOA或EDFA器件的基础上，利用SOA或EDFA的调制特性，将低速的管理数据调制到高速光通道上去，得到低速管理数据的光调顶信号，然后利用SOA或EDFA的放大功能，放大光调顶信号和高速业务数据光信号，能够有效延长传输距离，传送给对端OLT设备，实现对高速光通道的监控和管理。
具有低速调制特性的光放大器可以是和激光器及高速组件一体集成的，也可以是分离外置的，可以灵活配置，优化成本。
参见图3所示，本发明实施例还提供一种WDM PON***中实现光调顶信号的装置，包括：
控制管理单元，用于：输出低速管理数据和电流信号，实现控制和管理功能；
调制单元，用于：对低速管理数据进行编码调制，得到低速管理编码调制数据；
耦合电路，用于：将低速管理编码调制数据与电流信号耦合，生成低速强度调制电流信号；
激光器及高速组件：用于将高速业务数据电信号转换成高速业务数据光信号；
具有低速调制特性的光放大器，用于：利用调制电流的强度变化，将低速强度调制电流信号的强度调制到高速光通道上，生成光调顶信号，并放大光调顶信号和高速业务数据光信号。
作为优选的实施方式，所述控制管理单元通过低速数据接口发送低速管理数据至调制单元，另外通过DAC转换器输出电流信号至耦合电路。
作为优选的实施方式，所述具有低速调制特性的光放大器为SOA或EDFA。
SOA或EDFA可以直接在光域对光信号进行放大，不再需要经过传统的光-电-光转换，这不仅解决了光信号损耗对传输距离的限制，也降低了***设备的成本。
SOA或EDFA属于电流性器件，具有调制的特性，可以通过电流的强度变化进行调制。
作为优选的实施方式，具有低速调制特性的光放大器可以是和激光器及高速组件一体集成的，也可以是分离外置的，可以灵活配置，优化成本。
本发明实施例中的SOA或EDFA用来实现对光信号的放大，同时将低速管理数据调制到高速光通道上去。
作为优选的实施方式，所述调制单元具体用于：在发送端，对低速管理数据进行编码，然后通过发送模块，将数字信号转换为模拟信号，由调制单元的输出引脚输出模拟信号至耦合电路。
参见图3所示，在ONU的发送端，高速业务数据电信号与阈值电流耦合，送给激光器及高速组件，阈值电流提供激光器所需的工作电流，高速业务数据电信号通过激光器转换为光信号，在此过程中，控制管理单元可对激光器及高速组件的发光波长进行调控和管理。由于WDM PON***中实现光调顶信号的装置与发光波长无直接关系，因此本发明实施例可以用于波长可调的场景和固定波长的场景。
激光器及高速组件发出的光，功率比较小，并且在后面的光路传输到OLT的过程中，还存在波分复用/解复用装置的插损，所以，为了补偿插损、延长传输距离，将激光器发出的光信号，经过SOA或EDFA进行放大。
本***中集成了一个高性能控制管理单元，控制管理单元可以是MCU、DSP、FPGA等，图4、图5是控制管理单元为MCU时的一个例子。控制管理单元能输出比较精确的电流信号，同时将低速管理数据送给调制单元，产生低速管理编码调制数据，然后，低速管理编码调制数据与电流信号耦合生成调制电流信号，送给SOA或EDFA，经SOA或EDFA调制后产生带编码特性的光调顶信号，与高速业务数据光信号一起放大后传输。
图4为低速管理数据电信号的调制过程，控制管理单元输出两种信号，一种是通过低速数据接口发送管理数据信号，另一种是通过DAC转换器输出精确的电流信号。低速管理数据通过调制单元，编码生成低速管理编码调制数据，然后与电流信号通过耦合电路，生成调制电流信号，调制电流信号带有强度的特性，强度与低速管理编码调制数据的编码频率一致，因此可以将编码的信息调制到SOA或EDFA的光通道上去。
图5为低速管理数据调制的原理框图，调制单元体积小，集成度高，满足模块小型化的要求。调制单元包括调制和解调部分，具有缓冲输出和对输入信号整形滤波的功能。低速管理数据为控制管理单元通过低速数据接口产生的数字信号，送给调制单元，调制单元将管理数据进行编码，然后通过发送模块，将数字信号转换为模拟信号，由调制单元的输出引脚输出，然后将输出的模拟信号送给耦合电路。同时，在接收端，调制单元将接收到的管理信息经过滤波整形、解码，然后将管理数据通过低速数据接口送给控制管理单元。
图6为耦合电路的原理框图。
作为优选的实施方式，耦合电路包括第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、三极管T1、第四电阻R4、第二电容C2，第一电容C1的一端与调制单元的输出相连，另一端分别连接第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端，第一电阻R1的另一端接电源，第二电阻R2的另一端接地，第三电阻R3的另一端与三极管T1的基极相连，三极管T1的发射极接地，三极管T1的集电极通过第四电阻R4连接电流源，三极管T1的集电极还与第二电容C2相连。
参见图6所示，C1具有隔直通交的作用，能让编码后的带有频率特性的信号通过，并且隔离直流信号，避免直流电平信号影响调制单元的输出。
R1和R2为直流偏置电阻，根据三极管T1的开关电平的大小，结合低速管理编码调制信号的幅值大小，来设置所需直流偏置的值。
R3为限流电阻，R4为偏置电阻，电流源经过R4后，会在R4两端有电压降，这个电压降可以给三极管T1的集电极提供偏置电压。
电流源为控制管理单元输出的直流电流信号。
C2为隔直电容，通过三极管T1的开和关，将直流电流信号调制为具有与三极管T1的强度一致的交流电流信号，通过C2后即生成电流调制信号，然后送给SOA或EDFA器件。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的所有方法步骤或部分方法步骤。
本发明实现上述方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，R andomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器上储存有在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法中的所有方法步骤或部分方法步骤。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CP U)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal P rocessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Ci rcuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。
存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现计算机装置的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序(例如声音播放功能、图像播放功能等)；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(例如音频数据、视频数据等)。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(F lash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、服务器或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、服务器和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种WDM PON***中实现光调顶信号的方法，其特征在于，包括以下步骤：
对低速管理数据进行编码调制，得到低速管理编码调制数据；
将低速管理编码调制数据与电流信号耦合，生成低速强度调制电流信号；
具有低速调制特性的光放大器利用调制电流的强度变化，将低速强度调制电流信号的强度调制到高速光通道上，生成光调顶信号，并放大光调顶信号和高速业务数据光信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括以下步骤：
在ONU的发送端，高速业务数据电信号与阈值电流分别送给激光器及高速组件，阈值电流提供激光器所需的工作电流，高速业务数据电信号被激光器转换为高速业务数据光信号。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述具有低速调制特性的光放大器为SOA或EDFA。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述具有低速调制特性的光放大器与激光器及高速组件一体集成，或者分离外置。
5.一种WDM PON***中实现光调顶信号的装置，其特征在于，包括：
控制管理单元，用于：输出低速管理数据和电流信号；
调制单元，用于：对低速管理数据进行编码调制，得到低速管理编码调制数据；
耦合电路，用于：将低速管理编码调制数据与电流信号耦合，生成低速强度调制电流信号；
具有低速调制特性的光放大器，用于：利用调制电流的强度变化，将低速强度调制电流信号的强度特性调制到高速光通道上，生成光调顶信号，并放大高速业务数据光信号；
激光器及高速组件：用于将高速业务数据电信号转换成高速业务数据光信号。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：
所述控制管理单元通过低速数据接口发送低速管理数据至调制单元，控制管理单元还通过DAC转换器输出电流信号至耦合电路。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于：
所述具有低速调制特性的光放大器为SOA或EDFA。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于：
所述具有低速调制特性的光放大器与激光器及高速组件一体集成，或者分离外置。
9.如权利要求5所述的装置，其特征在于：
所述调制单元具体用于：在发送端，对低速管理数据进行编码，然后数字信号转换为模拟信号，由调制单元的输出引脚输出模拟信号至耦合电路。
10.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述耦合电路包括第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、三极管T1、第四电阻R4、第二电容C2，第一电容C1的一端与调制单元的输出相连，另一端分别连接第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端，第一电阻R1的另一端接电源，第二电阻R2的另一端接地，第三电阻R3的另一端与三极管T1的基极相连，三极管T1的发射极接地，三极管T1的集电极通过第四电阻R4连接电流源，三极管T1的集电极还与第二电容C2相连。
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