CN116601888A - 用于频率参考无源光网络的波长控制***和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于无源光网络(passive optical network，PON)的波长控制***，该无源光网络具有包括中心节点和端节点的点对多点(point to multi‑point，P2MP)拓扑结构。该***包括：中心节点收发器，用于将携带管理信息的参考信号广播到该端节点，其中，该管理信息指示分配给每个端节点的目标频率；每个端节点的端节点收发器，用于通过从该参考信号中提取该管理信息来确定该目标频率。该***包括：通过将该参考信号与上行激光信号进行差拍来产生拍频；基于该拍频控制该上行激光信号的波长，以锁定到该目标频率。该***与现有功率分割型光分配网络(optical distribution network，ODN)兼容，能够承受上行反射并具有高功率灵敏度。

Description

用于频率参考无源光网络的波长控制***和方法

技术领域

本公开大体涉及光通信领域，更具体地，涉及一种用于频率参考无源光网络的波长控制***和方法。

背景技术

在光通信中，调制光通过诸如基于点对多点(point to multi-point，P2MP)拓扑结构的通信网络等共享光纤基础设施传输给不同用户或来自不同用户传输。此类通信网络需要复用调度，以避免来自不同用户的信号冲突。通常，光通信基于无源光网络(passiveoptical network，PON)技术。此外，在传统无源光网络的下行链路传输(或实现)中，数据被广播给多个用户，其中每个用户在所分配的时隙选择其自己的数据。此外，在上行链路传输中，传统无源光网络应用时分复用(time-division multiplexing，TDM)进行数据复用，其中每个用户在所分配的时隙发送其数据，以避免与共享光纤基础设施的其他用户冲突。通常，用于时分复用的上行传输需要光网络用户(optical network user，ONU)的突发光发射器以及光线路终端(optical line terminal，OLT)或中心局(central office，OC)的突发模式接收器。此外，当引入数字信号处理(digital signal processing，DSP)时，用于时分复用的上行传输还需要突发模式模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)。然而，上述突发模式组件价格昂贵，并且在技术上具有挑战性，尤其是对于数据速率较高(例如，50GB/s及以上)的传统无源光网络。此外，为了与总比特率匹配，所有光网络用户必须使用高带宽收发器。然而，基于时分复用的无源光网络的每用户容量与光网络用户的数量成反比，这使得此类无源光网络难以向高数据速率(即，更高速度的数据)演进。此外，基于时分复用的无源光网络具有较大的延迟和突发延迟。因此，难以扩展基于时分复用的无源光网络的业务，例如支持新兴的第五代(fifth-generation，5G)应用(例如，自动驾驶、增强现实(augmented reality，AR)、触觉互联网等)。此外，基于时分复用的无源光网络的突发性导致的突发延迟还引入了抖动(即，时间变化)，无法满足许多应用的服务质量(quality ofservice，QoS)要求。

目前，已经进行了某些尝试来改进无源光网络的架构，例如，通过使用频分复用(frequency division multiplexing，FDM)和码分复用(code division multiplexing，CDM)。然而，此类尝试的主要技术问题是上行传输中不同光网络用户的数据之间的干扰，因为多个用户的数据以连续方式同时传输、检测和处理。例如，众所周知，基于频分多址(frequency division multiple access，FDMA)的无源光网络架构可以用于支持点对多点拓扑结构中的上行传输。在此类架构中，可称为中心局的光线路终端器可以通过位于光分配网络中的功分器向所有光网络用户提供单波长种子光。每个光网络用户通过集成反射式半导体(SOA)和马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder modulator，MZM)放大、调制种子光并将其反射到上行链路中。每个光网络用户还在射频域应用子载波调制，并将其数据上调至光线路终端器分配的中频。此时，光线路终端器使用一个自相干接收器(Rx)来检测所有光网络用户的数据，这是一种具有成本效益的方案。然而，在这种情况下，每个光网络用户设备都具有复杂的结构，并且需要进行细致的优化才能达到可接受的性能，包括频率分配优化、SOA增益优化和MZM调制效率优化。此类***的一个主要缺点是，如果光网络用户设备的SOA中存在上行反射，将会导致SOA增益波动；在极端情况下，反射信号可能会被放大，从而破坏数据信号。

此外，众所周知，在波分复用(wavelength division multiplexing，WDM)无源光网络中使用调制的下行信号来注入锁定垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL)，使其能够作为稳定的非冷却式直接调制上行发射器运行。因此，VCSEL输出信号的波长与下行注入信号的波长相同，便于对每个光网络用户波长进行集中控制。然而，在这种情况下，由于VCSEL经过调制，因此注入功率比非常有限，这意味着无源光网络无法支持高损耗的光分配网络。此外，此类基于WDM的基础设施与功率分割型光分配网络不兼容，无法支持传统无源光网络。

一般而言，涉及波长/频率控制的FDM无源光网络的传统方案具有以下缺点：无法提供高精度(例如，小于100兆赫(MegaHertz，MHz)的偏差)，既不支持具有小信道空间的FDM无源光网络，也不支持功率分割型光分配网络，极易受到上行反射的影响，并且在上行传输中接收器光功率灵敏度较差。因此，存在一个技术问题，即设计一种方案来解决用于点对多点通信的频分复用***的频率/波长控制问题。目前，在基于频分复用的***中，不存在可用于适当控制波长的通用方案。

因此，根据上述讨论，需要克服上述与用于点对多点通信的频率参考无源光网络设计的传统方法相关的缺点。

发明内容

本公开提供了一种用于频率参考无源光网络的波长控制***和方法。本公开提供了一种解决用于点对多点通信的频分复用***中的现有频率/波长控制问题的方案。本公开的目的在于提供一种至少部分地克服现有技术中遇到的问题的方案，并提供一种用于频率参考无源光网络的改进的波长控制***和方法，上述***和方法与功率分割型光分配网络(optical distribution network，ODN)兼容，能够承受上行反射并具有高功率灵敏度。

本公开的一个或多个目的通过所附独立权利要求中提供的方案来实现。本公开的有利实现方式在从属权利要求中进一步定义。

一方面，本公开提供了一种用于无源光网络(passive optical network，PON)的波长控制***，上述无源光网络具有包括中心节点和端节点的点对多点(point to multi-point，P2MP)拓扑结构。上述***包括：中心节点收发器，用于将携带管理信息的参考信号广播到上述端节点，其中，上述管理信息指示分配给每个端节点的目标频率；每个端节点的端节点收发器，用于通过从上述参考信号中提取上述管理信息来确定上述目标频率；通过将上述参考信号与上行激光信号进行差拍来产生拍频；基于上述拍频控制上述上行激光信号的波长，以锁定到上述目标频率。

本公开提供了一种支持用于在具有点对多点(point to multi-point，P2MP)拓扑结构的无源光网络(passive optical network，PON)中进行波长控制的连续模式操作的改进***。与传统收发器相比，上述***提供一种具有更高精度、灵活性和低成本可能性的相干中心节点收发器。上述***还提供每个端节点的改进架构，以便在不影响***性能的情况下，提取管理信息并产生光功率灵敏度更高并且能够承受上行反射的拍频。有利的是，与传统***相比，根据拍频在每个端节点收发器中控制上行激光信号的波长，以锁定到目标频率，从而避免每个端节点收发器的信号碰撞。因此，上述***尤其适用于低成本的点对多点通信，并且上述***与现有功率分割型光分配网络(optical distribution network，ODN)兼容。此外，上述***使用非时分复用(TDM)复用架构，因此上述***可以成为与用于点对多点通信的非TDM PON***相关的标准。

在一种实现方式中，上述中心节点收发器包括：下行激光源，用于产生上述参考信号；偏振扰频器(polarization scrambler，PS)，用于改变上述参考信号的偏振态(stateof polarization，SOP)；调制器，用于通过上述管理信息的数据调制上述参考信号。

上述中心节点的上述中心节点收发器能够产生不同频率(音调)的参考信号，上述参考信号携带上述管理信息的上述数据，从而通过上述点对多点(P2MP)拓扑结构(或通信网络)在上述无源光网络(passive optical network，PON)中实现频率分配和校正。有利的是，与传统收发器相比，上述收发器的上述偏振扰频器(polarization scrambler，PS)用于改变参考信号的偏振态，因此上述***不需要任何保偏光纤。

在又一种实现方式中，上述管理信息数据是低速数据。

由于管理信息的低速数据，检测和恢复上述管理数据的每个端节点收发器的接收灵敏度较高。

在又一种实现方式中，上述下行激光源用于利用单个参考频率产生参考信号。上述管理信息通过指示与每个端节点的上述单个参考频率相距预定距离的目标频带来指示分配给每个端节点的上述目标频率。

换句话说，根据这种实现方式，每个端节点锁定到与上述单个参考频率或音调相距预定距离的目标频率。在这种情况下，每个端节点收发器可以具有低带宽，而锁频环单元需要高带宽。

在另一种实现方式中，上述下行激光源用于使用包括多个参考音调的频率梳产生上述参考信号，上述管理信息通过指示分配给每个端节点的上述频率梳的参考音调来指示分配给每个端节点的上述目标频率。

在这种实现方式中，在每个端节点收发器和锁频环单元中使用低带宽组件是有利的。

在又一种实现方式中，上述频率梳的上述参考音调的数量小于上述端节点的数量，上述管理信息指示分配给每个端节点的上述频率梳的参考音调以及与每个端节点的上述参考音调相距预定距离的目标频带。

在这种实现方式中，若干端节点锁定到相同的参考音调，因此每个端节点收发器需要低带宽，而上述锁频环单元可以具有中等带宽。

在又一种实现方式中，每个端节点收发器用于对在分配给若干端节点的上述目标频带中传输的上述上行激光信号应用子载波调制(subcarrier modulation，SCM)或码分复用(CDM)。

通过对上述上行激光信号应用子载波调制或码分复用，将若干端节点锁定到相同的频带，并获得光功率灵敏度更高的具有成本效益的***。

在又一种实现方式中，上述频率梳的上述参考音调的数量等于或大于上述端节点的数量，每个端节点收发器用于对以上述目标频率传输的上述上行激光信号应用基带调制或子载波调制(SCM)。

由于上述频率梳的上述参考音调的数量等于或大于上述端节点的数量，每个端节点收发器和锁频环单元可以具有低带宽。此外，在这种情况下，上述***可以很容易地扩展到更多数量的端节点，只需增加上述端节点调制信号的参考音调的计数(或波特率)。

在又一种实现方式中，每个端节点收发器还用于将上述参考信号分成两部分，其中，从上述参考信号的第一部分中提取上述管理信息，并通过将上述参考信号的第二部分与上述上行激光信号进行差拍来产生上述拍频。

这种实现方式有利于以高精度锁定到每个端节点的目标频率。

在又一种实现方式中，每个端节点收发器包括：光电二极管(photodiode，PD)，用于提取上述管理信息；控制单元(control unit，CU)，用于确定上述目标频率并生成上行激光调谐方向指示。每个端节点收发器还包括：上行激光源，用于产生上述上行激光信号；锁频环(frequency lock loop，FLL)单元，用于产生上述拍频。每个端节点收发器还包括：热电冷却器(thermoelectrical cooler，TEC)和电流控制单元，用于基于上述上行激光调谐方向指示控制上述上行激光信号的上述波长；数字信号处理(DSP)单元，用于产生上行用户数据，以对上述上行激光信号进行直接调制或外调制。

由于所提出的***仅依赖于每个端节点的锁频环单元，可以很容易地在芯片级实现上述***与上述端节点收发器的集成，因此与传统***相比，上述***易于实现。此外，上述端节点收发器的锁频环单元具有高功率灵敏度、低成本，可以通过精确的上行波长控制支持高分割率，并且在某些场景中，上述锁频环单元可以基于低带宽组件。

在一种实现方式中，每个端节点收发器包括：分路器，用于将上述参考信号分成两部分；光电二极管(PD)，用于提取上述管理信息；控制单元(CU)，用于确定上述目标频率并生成上行激光调谐方向指示。每个端节点收发器还包括：上行激光源，用于产生上述上行激光信号；锁频环(FLL)单元，用于产生上述拍频。每个端节点收发器还包括：热电冷却器(TEC)和电流控制单元，用于基于上述上行激光调谐方向指示控制上述上行激光信号的上述波长；数字信号处理(DSP)单元，用于产生上行用户数据，以对上述上行激光信号进行直接调制或外调制。

在又一种实现方式中，上述偏振扰频器(PS)具有使每个端节点的上述锁频环(FLL)单元能够稳定地锁定到上述目标频率的偏振态(state of polarization，SOP)变化频率。

在这种实现方式中，上述锁频环单元有利地能够在所有情况下检测拍频信号功率，并避免两个输入参考信号之间的偏振正交性问题。

在又一种实现方式中，上述FLL单元包括光电二极管(PD)、跨阻放大器(transimpedance amplifier，TIA)、相位频率检测器(phase frequency detector，PFD)以及比例积分(proportion and integration，PI)控制反馈块。

另一方面，本公开提供了一种用于无源光网络(PON)的波长控制方法，上述无源光网络具有包括中心节点和端节点的点对多点(P2MP)拓扑结构。上述方法包括：将携带管理信息的参考信号从上述中心节点广播到上述端节点，其中，上述管理信息指示分配给每个端节点的目标频率。上述方法还包括：通过从上述参考信号中提取上述管理信息来确定每个端节点的上述目标频率。上述方法还包括：通过将上述参考信号与上行激光信号进行差拍来产生每个端节点的拍频。上述方法还包括：基于上述拍频控制每个端节点的上述上行激光信号的波长，以锁定到上述目标频率。

上述方法实现了本公开***的所有技术效果。

应当理解的是，所有上述实现方式都可以组合使用。需要说明的是，本申请中描述的所有设备、元件、电路、单元和模块都可以在软件元件或硬件元件或其任何类型的组合中实现。本申请中描述的各种实体所执行的步骤以及所描述的各种实体要执行的功能均意在指各个实体用于执行各个步骤和功能。即使在以下具体实施例的描述中，外部实体要执行的特定功能或步骤未反映在执行该特定步骤或功能的实体的特定详细元件的描述中，技术人员应清楚，这些方法和功能可以在相应的软件元件或硬件元件中实现，或以此类元件的任何种组合实现。可以理解的是，本公开的特征易于以各种组合进行组合，而不脱离由所附权利要求书所定义的本公开的范围。

本公开的其它方面、优点、特征和目的将从附图和结合以下所附权利要求书解释的具体实施方式中变得显而易见。

附图说明

当结合所附附图阅读时，可以更好理解上面的发明内容以及下面的具体实施方式。为了说明本公开，本公开的示例性结构在附图中示出。但是，本公开不限于本文公开的具体方法和工具。此外，本领域技术人员应理解，附图不是按比例绘制的。只要有可能，相似的元素用相同的数字表示。

现在仅通过举例，结合以下附图对本公开实施例进行描述，在附图中：

图1A示出了本公开一实施例提供的用于具有点对多点(P2MP)拓扑结构的无源光网络(PON)的波长控制***；

图1B示出了本公开一实施例提供的中心节点的各种示例性组件的框图；

图1C示出了本公开一实施例提供的端节点的各种示例性组件的框图；

图2示出了本公开一实施例提供的用于无源光网络的波长控制方法的流程图；

图3A示出了本公开一实施例提供的用于具有点对多点(P2MP)拓扑结构的无源光网络(PON)的波长控制***的框图；

图3B示出了本公开一实施例提供的具有锁频环单元的端节点的框图；

图3C示出了本公开另一实施例提供的具有锁频环单元的端节点的框图；

图3D示出了本公开又一实施例提供的具有锁频环单元的端节点的框图；

图4示出了本公开一实施例提供的各种频率调度和数据调制方案的图示。

在附图中，下划线数字用于表示下划线数字所在的项或下划线数字相邻的项。非下划线数字涉及的项由将非下划线数字连接到该项的线条标识。当一个数字没有下划线并伴有相关箭头时，非下划线数字用于标识箭头指向的一般项。

具体实施方式

下面的详细描述说明了本公开实施例以及它们可以实现的方式。虽然已经公开了执行本公开的一些模式，但本领域技术人员将认识到，用于执行或实施本公开的其它实施例也是可能的。

图1A示出了本公开一实施例提供的用于具有点对多点(P2MP)拓扑结构的无源光网络(PON)的波长控制***。参考图1A，其示出了***100A，该***包括中心节点102、端节点104A至104N、远程节点106、中心节点光链路108以及端节点光链路(110A至110N)。中心节点102还包括中心节点收发器112，每个端节点104A至104N还包括端节点收发器114A至114N。

一方面，本公开提供了一种用于无源光网络(PON)的波长控制***100A，该无源光网络具有包括中心节点102和端节点104A至104N的点对多点(P2MP)拓扑结构，***100A包括：

中心节点收发器112，用于将携带管理信息的参考信号广播到端节点104A至104N，其中，该管理信息指示分配给每个端节点104A至104N的目标频率；

每个端节点104A至104N的端节点收发器114A至114N，用于：

通过从该参考信号中提取该管理信息来确定该目标频率；

通过将该参考信号与上行激光信号进行差拍来产生拍频；

基于该拍频控制该上行激光信号的波长，以锁定到该目标频率。

***100A用于无源光网络(PON)的波长控制，该无源光网络具有包括中心节点102和端节点104A至104N的点对多点(P2MP)拓扑结构。该无源光网络对应于采用点对多点(P2MP)拓扑结构的共享光纤(或光纤)网络。该点对多点(P2MP)拓扑结构(或通信)基于功率分割型网络，其中，将参考信号(或光频、波长)等下行信号从中心节点102广播到端节点104A至104N中的每一个。***100A还与基于点对多点(P2MP)光纤基础设施并基于具有低延迟和低成本的连续模式(而非传统***中的突发模式)操作的功率分割型网络(或功分器)兼容。

中心节点102是无源光网络(PON)的起点。中心节点102包括用于通过远程节点106和中心节点光链路108向每个端节点104A至104N传输参考信号(或波长)等光信号形式的信息(或提供参考光信号)的适当逻辑、电路、接口和/或代码。在一个示例中，中心节点102还用于协调端节点104A至104N之间的复用。在一个示例中，中心节点102具有两个浮动传输方向，例如上行传输(例如，接收数据)和下行传输(例如，向端节点104A至104N传输数据)。中心节点102也可以称为中心局(OC)、光线路终端(optical line terminal，OLT)、光线路终止处(optical line termination，OLT)等。

端节点104A至104N包括用于通过端节点光链路(110A至110N)和远程节点106接收光信号的适当逻辑、电路、接口和/或代码。此外，每个端节点104A至104N还用于发送、聚合和处理来自不同用户的不同类型的数据，并将该数据发送给中心节点102进行上行传输。在一个示例中，每个端节点104A至104N也可以称为光网络终端、光网络单元等。

远程节点106包括用于在具有点对多点(P2MP)拓扑结构的无源光网络(PON)中使用的适当逻辑、电路、接口和/或代码。远程节点106使得能够实现该端节点104A至104N中的每一个和中心节点102之间的通信。

端节点光链路(110A至110N)中的每一个和中心节点光链路108均为包括双端到端光电路的双向通信链路，其在两点之间提供数据连接介质。中心节点光链路108和端节点光链路(110A至110N)的示例包括但不限于光纤(例如，多模光纤、单模光纤或塑料光纤)、有源光缆(active optical cable，AOC)或全双工光链路。

端节点收发器114A至114N中的每一个和中心节点收发器112均为光收发器，其包括用于通过中心节点光链路108和端节点光链路(110A至110N)等光链路以光信号形式传输信息的适当逻辑、电路、接口和/或代码。此外，中心节点收发器112和端节点收发器114A至114N均用于通过光链路接收光信号形式的信息。中心节点收发器112和端节点收发器114A至114N也可以称为光模块。中心节点收发器112和端节点收发器114A至114N的示例包括但不限于收发器、光收发器或光纤收发器。

根据一个实施例，中心节点收发器112包括：下行激光源，用于产生参考信号；偏振扰频器(PS)，用于改变该参考信号的偏振态(SOP)；调制器，用于通过管理信息的数据调制该参考信号。换句话说，中心节点102的中心节点收发器112包括下行激光源(例如，单波长连续波(continuous wave，CW)激光器或梳状激光器)、偏振扰频器(例如，集成扰频器或离散扰频器)以及调制器(例如，具有逻辑电路的外调制器)。中心节点收发器112的下行激光源用于产生该参考信号，例如参考频率音调、光参考载波信号、参考光频(波长)等。在一个示例中，从下行激光源接收的参考信号通过半导体光放大器(semiconductor opticalamplifier，SOA)，其中半导体光放大器用于处理和放大参考信号。其后，参考信号通过偏振扰频器(PS)，其中，通过中心节点收发器112的偏振扰频器改变参考信号的偏振态(SOP)。在一个示例中，偏振扰频器基于一种光电材料，偏振态对应于不同的偏振态，例如线偏振态、圆偏振态和椭圆偏振态。因此，中心节点收发器112的偏振扰频器用于减轻参考信号的偏振相关损伤。通过管理信息(例如，调制信号)的数据进一步调制参考信号，其中，使用中心节点收发器112的调制器进行调制。因此，中心节点102的中心节点收发器112能够产生不同频率(音调)的参考信号，其携带管理信息的数据。此外，中心节点102的中心节点收发器112将参考信号和管理信息的数据广播到每个端节点104A至104N。因此，中心节点收发器112通过点对多点(P2MP)拓扑结构(或通信网络)在无源光网络(PON)中实现频率分配和对准。

根据一个实施例，管理信息是低速数据。换句话说，管理信息是中心节点收发器112用来调制参考信号的低速数据，例如速度为1千比特/秒(kilobit/sec，Kb/s)。因此，由于低速管理信息，提高了每个端节点收发器112的接收灵敏度。

在操作中，***100A用于无源光网络(PON)的波长控制，无源光网络具有包括中心节点102和端节点104A至104N的点对多点(P2MP)拓扑结构。中心节点收发器112用于将携带管理信息的参考信号广播到端节点104A至104N。管理信息指示分配给每个端节点104A至104N的目标频率。***100A用于无源光网络中从一点到多点的通信，例如从中心节点102到端节点104A至104N。***100A用于促进从中心节点102向每个端节点104A至104N提供参考信号(或下行信号)。中心节点收发器112是相干收发器，用于将参考信号和管理信息广播到每个端节点104A至104N。换句话说，中心节点102集中向每个端节点104A至104N提供参考频率，例如通过管理信息等低速数据调制的参考信号。在一个示例中，参考信号和管理信息统称为下行信号。此外，管理信息用于指示分配给***100A中的每个端节点104A至104N的目标频率。此外，***100A应用单个相干接收器，例如中心节点收发器112，其用于检测所有端节点上行数据，以便以高精度、灵活性和低成本解决波长(或频率)控制问题。此外，***100A与现有功率分割型光分配网络(ODN)兼容，能够承受上行反射并且具有高功率灵敏度。所提出的***100A尤其适用于基于自相干接收器(例如，中心节点收发器112)的低成本点对多点***。

根据一个实施例，每个端节点收发器114A至114N包括：光电二极管(PD)，用于提取管理信息；控制单元(CU)，用于确定目标频率并生成上行激光调谐方向指示。每个端节点收发器114A至114N还包括：上行激光源，用于产生上行激光信号；锁频环(FLL)单元，用于产生拍频。换句话说，每个端节点收发器114A至114N的光电二极管接收中心节点102广播的参考信号和管理信息(或下行信号)。相应端节点收发器114A至114N的光电二极管用于提取管理信息。换句话说，端节点收发器114A的光电二极管检测到一小部分下行信号，以恢复广播的管理信息。可选地，通过端节点收发器114A的时钟和数据恢复电路(clock and datarecovery circuit，CDR)进一步处理光电二极管的输出，以便从管理信息的数据中提取定时信息。其后，端节点收发器114A至114N中的每一个的控制单元(例如，微控制单元(microcontrol unit，MCU))用于处理管理信息，提取相应端节点收发器114A的目标频率，并生成上行激光调谐方向指示。此外，每个端节点104A至104N使用每个端节点收发器114A至114N的上行激光源来产生上行激光信号，以进一步与中心节点102的中心节点收发器112通信。例如，端节点104A使用端节点收发器114A的上行激光源来产生上行激光信号，以进一步与中心节点102的中心节点收发器112通信。可选地，上行激光源可以耦合到锁频环(FLL)单元，FLL单元进一步耦合到控制单元，从而降低总体成本。在一个示例中，端节点收发器114A的控制单元管理上行激光调谐方向指示，使上行激光源的激光控制上行链路能够进行频率扫描，从而识别目标(或参考)频率。

每个端节点收发器114A至114N的锁频环单元还用于检测中心节点102广播的参考信号，并根据接收的参考信号产生拍频。在一个示例中，提出在每个端节点收发器114A至114N中设置锁频环单元，使其上行激光信号(或激光频率)能够锁定到分配的目标频率(或参考)。此外，控制单元(或环路)持续跟踪参考频率，并迫使端节点104A等相应端节点的上行激光信号(或激光频率)保持与目标频率(或参考)的所需相对频率差。在一个示例中，精度在10兆赫(megahertz，MHz)级，可以灵活配置信道空间(以千兆赫(gigahertz，GHz)为单位)。可选地，信道空间取决于锁频环单元和光电二极管的带宽，带宽确定了通过端节点104A的上行激光信号对参考信号进行差拍所允许的最大后续射频(radio frequency，RF)。此外，如果中心节点收发器112的下行激光源是梳状激光器(即，如果参考信号由梳状激光器产生)，则信道空间取决于梳状激光器的激光频率(或梳状音调空间)。因此，与传统***相比，***100A易于扩展，因为只需增加端节点104A的管理信息(或调制信号)的参考频率的计数或波特率，便可扩展***100A。此外，端节点104A至104N的基于锁频环单元的架构通过用于上行方向多路接入的频分复用(FDM)和(或)码分复用(CDM)方法与功率分割型光分配网络(ODN)基础设施完全兼容。因此，与传统***相比，所提出的***100A易于实现，因为***100A仅依赖于每个端节点104A至104N的锁频环单元，可以轻松地与端节点收发器114A至114N集成。此外，端节点收发器114A至114N的锁频环单元具有高功率灵敏度、低成本，可以通过精确的上行波长控制支持高分割率，并且在某些场景中，锁频环单元可以基于低带宽组件。

根据一个实施例，每个端节点收发器114A至114N还包括：热电冷却器(TEC)和电流控制单元，用于基于上行激光调谐方向指示控制上行激光信号的波长；数字信号处理(DSP)单元，用于产生上行用户数据，以对上行激光信号进行直接调制或外调制。在一个示例中，每个端节点收发器114A至114N的控制单元耦合到相应端节点收发器114A的热电冷却器(TEC)和电流控制单元。热电冷却器(TEC)和电流控制单元用于基于从控制单元接收的信号(例如，从端节点收发器114A的控制单元接收的上行激光调谐方向指示)控制上行激光源的上行激光信号的波长。换句话说，将控制单元的输出传递到热电冷却器(TEC)和电流控制单元，从而基于上行激光调谐方向指示控制上行激光信号的波长。替代地，使用热电冷却器和电流控制单元以较传统方法更高的精度对端节点收发器114A的上行激光源产生的上行激光信号(或激光频率)分别进行粗调和精调。在一个示例中，上行激光源还耦合到端节点收发器114A等端收发器的数字信号处理(DSP)单元，从而对上行激光源的上行激光信号进行调制。通过端节点收发器114A的数字信号处理(DSP)单元产生的上行用户数据对上行激光信号进行直接调制或外调制。可选地，数字信号处理单元产生的上行用户数据最初通过数模转换器，然后以模拟形式使用上行用户数据对上行激光信号进行调制。端节点104A至104N还使用调制的上行激光信号，以利用精确的上行波长控制通过共享光纤基础设施传输调制光。

根据一个实施例，每个端节点收发器114A至114N包括：分路器，用于将参考信号分成两部分；光电二极管(PD)，用于提取管理信息；控制单元(CU)，用于确定目标频率并生成上行激光调谐方向指示。每个端节点收发器114A至114N还包括：上行激光源，用于产生上行激光信号；锁频环(FLL)单元，用于产生拍频。换句话说，每个端节点收发器114A至114N包括分路器，分路器用于将参考信号分成两部分(或部分)。在一个示例中，以1:9的比率将参考信号分成两部分，从而检测并恢复参考信号的一小部分，以提取广播的管理信息。此外，将参考信号的大部分馈送到锁频环单元，从而产生拍频。其后，通过每个端节点收发器114A至114N的光电二极管检测参考信号的一小部分。相应端节点收发器114A的光电二极管用于从参考信号的一小部分中提取管理信息。换句话说，端节点收发器114A的光电二极管检测到一小部分下行信号，以恢复广播的管理信息。可选地，通过端节点收发器114A的时钟和数据恢复电路(CDR)进一步处理光电二极管的输出，以便从管理信息的数据中提取定时信息。其后，端节点收发器114A等端节点收发器114A至114N中的每一个的控制单元(例如，微控制单元(micro control unit，MCU))用于处理管理信息，提取相应端节点收发器114A的目标频率，并生成上行激光调谐方向指示。换句话说，控制单元管理上行激光调谐方向指示，使上行激光源的激光控制上行链路能够进行频率扫描，从而识别目标(或参考)频率。此外，每个端节点收发器114A至114N的上行激光源用于产生上行激光信号，供端节点收发器114A进一步通信使用。可选地，上行激光源耦合到锁频环单元，锁频环单元进一步耦合到控制单元。

在一种实现方式中，可以在上行激光源(即，端节点激光器)输出中实现隔离器，以阻止进入激光腔。因此，上行反射不会影响每个端节点104A至104N的性能。此外，由于锁频环单元的性能依赖于参考信号(即，载波信号)并且不受强度噪声的影响，因此进入每个端节点收发器114A至114N的锁频环单元的上行反射不会引起任何重大问题。

根据一个实施例，除包括用于将参考信号分成两部分的分路器外，每个端节点收发器114A至114N还包括：热电冷却器(TEC)和电流控制单元，用于基于上行激光调谐方向指示控制上行激光信号的波长；数字信号处理(DSP)单元，用于产生上行用户数据，以对上行激光信号进行直接调制或外调制。在一个示例中，端节点收发器114A至114N的控制单元耦合到相应端节点收发器的热电冷却器(TEC)和电流控制单元。热电冷却器(TEC)和电流控制单元用于基于从控制单元接收的信号(例如，从端节点收发器114A的控制单元接收的上行激光调谐方向指示)控制上行激光源的上行激光信号的波长。换句话说，将控制单元的输出传递到热电冷却器(TEC)和电流控制单元，从而基于上行激光调谐方向指示控制上行激光信号的波长。通过端节点收发器114A的数字信号处理(DSP)单元产生的上行用户数据进一步对上行激光信号进行直接调制或外调制。可选地，数字信号处理单元产生的上行用户数据最初通过数模转换器，然后以模拟形式使用上行用户数据对上行激光信号进行调制。端节点104A至104N还使用调制的上行激光信号，以利用精确的上行波长控制通过共享光纤基础设施传输调制光。

在本公开中，每个端节点104A至104N的端节点收发器114A至114N用于通过从参考信号中提取管理信息来确定目标频率。每个端节点104A至104N的端节点收发器114A至114N还用于通过将参考信号与上行激光信号进行差拍来产生拍频；基于拍频控制上行激光信号的波长，以锁定到目标频率。换句话说，每个端节点104A至104N的每个端节点收发器114A至114N用于从中心节点102广播的参考信号中提取管理信息。在一个示例中，每个端节点收发器114A至114N包括：光电二极管，用于从参考信号中提取管理信息。例如，端节点104A的端节点收发器114A的光电二极管用于从端节点收发器114A接收的参考信号中提取管理信息。其后，每个端节点收发器114A至114N根据提取的管理信息的数据确定目标频率。在一个示例中，每个端节点收发器114A至114N包括：控制单元，根据管理信息确定目标频率。例如，端节点104A的端节点收发器114A的控制单元用于从端节点收发器114A提取的管理信息中提取和确定目标频率。因此，每个端节点收发器114A至114N使用管理信息来指示目标频率，并将目标频率分配给每个端节点104A至104N。此外，每个端节点104A至104N将其自己的频率与分配的目标频率对准。换句话说，管理信息指示每个端节点104A至104N将锁定到的目标频率。因此，通过每个端节点收发器114A至114N的频率对准方法(和装置)确定对准精度。其后，端节点104A至104N的每个端节点收发器114A至114N用于通过将参考信号与上行激光信号进行差拍来产生拍频。例如，端节点104A的端节点收发器114A用于通过将端节点收发器114A接收的参考信号与上行激光信号进行差拍来产生端节点收发器114A的拍频。在一种实现方式中，每个端节点收发器114A至114N包括：锁频环单元，用于产生拍频。其后，每个节点收发器114A至114N使用拍频来控制上行激光信号的波长，同时还锁定每个端节点收发器114A至114N的目标频率。例如，端节点收发器114A使用端节点收发器114A产生的拍频来控制端节点收发器114A的上行激光信号的波长，同时还锁定端节点收发器114A的目标频率。在一个示例中，一旦每个端节点收发器114A至114N锁定到目标频率，则每个端节点收发器114A至114N对上行激光源(或端节点激光器)的输出进行调制，并向上行链路发送上行激光信号等调制信号。因此，以更高精度和灵活性实现每个端节点收发器114A至114N的波长(或频率)控制。有利的是，所提出的***100A尤其适用于基于直接调制的激光器端节点104A至104N和共享上行接收器的低成本***。所提出的***100A与功率分割型光分配网络(ODN)兼容。因此，与传统***相比，所提出的***100A易于实现，因为所提出的***100A依赖于每个端节点104A至104N，可以轻松地与端节点收发器114A至114N集成。此外，每个端节点收发器114A至114N具有高功率灵敏度、低成本，可以通过精确的上行波长控制支持高分割率，并且在某些场景中，锁频环单元可以基于低带宽组件。

根据一个实施例，下行激光源用于产生具有单个参考频率的参考信号。管理信息通过指示与每个端节点104A至104N的单个参考频率相距预定距离的目标频带来指示分配给每个端节点104A至104N的目标频率。在一个示例中，下行激光源是连续波激光器，参考信号以单个参考频率(或单个参考音调或下行参考频率)产生。其后，每个端节点104A至104N的每个端节点收发器114A至114N锁定到与单个参考频率(或音调)相距预定距离(或间隔)的唯一目标频带，唯一目标频带如管理信息所指示。换句话说，在单个参考频率的情况下，每个端节点104A至104N锁定到唯一目标频率，其中，中心节点102预先确定了相对于单个参考频率的间隔。例如，管理信息通过指示与下行激光源的单个参考频率相距唯一预定距离的目标频带来指示分配给端节点104A的目标频率。同样，管理信息通过指示与下行激光源的单个参考频率相距唯一预定距离(即，与端节点104A的预定距离相同)的目标频带来指示分配给端节点104B的目标频率，如图4所示并进一步描述。换句话说，对于每个端节点104A至104N来说，与下行激光源的单个参考频率相距的预定距离是唯一的。因此，每个端节点104A至104N锁定到相同的载波频率(例如，目标频带)，下行激光源(或连续波激光器)的参考信号根据相同管理信息(或低速管理数据)调制。此外，每个端节点104A至104N经由直接调制器激光器(directly modulator laser，DML)或外调制器(未示出)通过目标频带(光载波)发送其数据。因此，每个端节点收发器114A至114N需要低带宽，而每个端节点收发器114A至114N的锁频环单元需要高带宽。

在一种实现方式中，如果每个端节点104A至104N与单个参考频率相距的预定距离为零，则每个端节点104A至104N的每个端节点收发器114A至114N锁定到如管理信息所指示的相同目标频带。此外，对每个端节点收发器114A至114N的上行激光信号应用子载波调制(SCM)。其后，每个端节点104A至104N将其自己的上行激光信号上调至唯一分配的目标频带，并产生上行用户数据(例如，使用数字信号处理单元)，以对上行激光信号进行直接调制(或外调制)。换句话说，每个端节点104A至104N将其自己的上行激光信号上调至唯一分配的射频(RF)频带。使用中心节点收发器112的数字信号处理(DSP)进一步对上行用户数据进行解复用。

根据一个实施例，下行激光源用于使用包括多个参考音调的频率梳产生参考信号，管理信息通过指示分配给每个端节点104A至104N的频率梳的参考音调来指示分配给每个端节点104A至104N的目标频率。在一个示例中，下行激光源是连续波梳状频率激光器(或连续波激光器阵列)，参考信号使用频率梳产生，频率梳还包括多个参考音调(或多个参考音调、多个参考频率)。其后，每个端节点104A至104N的每个端节点收发器114A至114N锁定到如管理信息的数据所指示的频率梳的唯一参考音调。例如，管理信息通过指示分配给端节点104A的频率梳的参考音调来指示分配给端节点104A的目标频率。同样，管理信息通过指示分配给端节点104B的频率梳的参考音调来指示分配给端节点104B的目标频率，如图4所示并进一步描述。换句话说，在多个参考音调的情况下，每个端节点104A至104N锁定到唯一参考音调(或相同的载波频率)。因此，锁频环单元和端节点收发器114A至114N可以使用低带宽组件。在一个示例中，还需要进行子载波调制来调制在分配给每个端节点104A至104N的目标频带中传输的上行激光信号。

根据一个实施例，频率梳的参考音调的数量小于端节点104A至104N的数量，管理信息指示分配给每个端节点104A至104N的频率梳的参考音调以及与每个端节点104A至104N的参考音调相距预定距离的目标频带。在一个示例中，当下行激光源是连续波梳状频率激光器(或连续波激光器阵列)时，使用频率梳产生参考信号，其中频率梳的参考音调(或频率)的数量小于端节点104A至104N的数量。因此，如管理信息所指示的频率梳的参考音调被分配给每个端节点104A至104N。此外，参考音调还用于指示每个端节点104A至104N的目标频带，目标频带与每个端节点104A至104N的参考音调相距预定距离。例如，管理信息指示分配给端节点104A的频率梳的参考音调以及与端节点104A的参考音调相距预定距离的目标频带。同样，管理信息指示分配给端节点104B的目标频率，使得管理信息指示分配给端节点104B的频率梳的参考音调以及与端节点104B的参考音调相距预定距离(即，与端节点104A的预定距离相同)的目标频带，如图4所示并进一步描述。因此，若干端节点104A至104N锁定到相同的参考音调。在一个示例中，一旦每个端节点104A至104N锁定，每个端节点104A至104N的激光频率将动态跟踪参考音调，并将端节点的激光频率稳定在可接受的偏差范围内，通常为±10兆赫(MegaHertz，MHz)。此外，每个端节点收发器114A至114N需要低带宽，而每个端节点收发器114A至114N的锁频环单元需要中等带宽。在一种实现方式中，当频率梳的参考音调的数量小于端节点的数量时，管理信息可以通过指示分配给每个端节点104A至104N的参考音调(对若干端节点来说相同)来指示分配给每个端节点104A至104N的目标频率，而无需设置与参考音调相距的任何预定距离。在这种情况下，端节点收发器可以用中等带宽实现，而锁频环单元需要低带宽。

根据一个实施例，每个端节点收发器114A至114N用于对在分配给若干端节点104A至104N的目标频带中传输的上行激光信号应用子载波调制(SCM)或码分复用(CDM)。在一个示例中，下行激光源(例如，连续波激光器)产生具有单个参考频率的参考信号，管理信息通过指示与每个端节点104A至104N的单个参考频率相距预定距离的目标频带来指示分配给每个端节点104A至104N的目标频率。然后，在这种情况下，使用共享频率拓扑结构，其中端节点104A至104N被划分为不同的组，同一组的成员共享相同的目标频带。例如，端节点104A至104C被划分为第一组，端节点104C至104F被划分为第二组，则第一组的成员(例如，端节点104A至104C)共享相同的目标频带，而第二组的成员(例如，端节点(104C至104F))共享相同的目标频带。换句话说，将若干端节点104A至104N锁定到相同的目标频带，并获得光功率灵敏度更高的具有成本效益的***100A。可选地，两个不同组的目标频带可以是相同的，也可以是不同的。在一个示例中，每组的管理信息通过用于上行方向多址接入的子载波调制(或通过码分复用(CDM))方法进行复用。相应地，中心节点收发器112的数字信号处理单元经历两级解复用步骤，包括频分复用(FDM)和码分复用(CDM)解复用。然而，在这种情况下，端节点收发器114A至114N以及每个端节点104A至104N的锁频环单元需要中等带宽。

在另一个示例中，中心节点102的下行激光源(例如，连续波梳状频率激光器或连续波激光器阵列)用于使用包括多个参考音调的频率梳来产生参考信号，频率梳的参考音调的数量小于端节点104A至104N的数量。因此，在这种情况下，可以使用共享频率拓扑结构，其中端节点104A至104N被划分为不同的组，同一组的成员共享相同的目标频率。换句话说，将若干端节点104A至104N锁定到相同的频带，并获得光功率灵敏度更高的具有成本效益的***100A。此外，每组的管理信息通过码分复用(CDM)进行复用。相应地，中心节点收发器112的数字信号处理单元经历两级解复用步骤，包括基于频分复用(FDM)和码分复用(CDM)的解复用。然而，在这种情况下，端节点收发器114A至114N需要中等带宽，而每个端节点104A至104N的锁频环单元需要低带宽。

在一种实现方式中，端节点收发器114A等上行接收器结合了中心节点收发器112等单个相干接收器，以检测来自所有端节点104A至104N的基于频分复用(或码分复用)的上行激光信号，提高了光功率灵敏度。因此，由于每个端节点104A至104N共享相同的下行相干接收器，例如中心节点收发器112，因此所提出的方案也具有成本效益。

根据一个实施例，频率梳的参考音调的数量等于或大于端节点104A至104N的数量，每个端节点收发器114A至114N用于对以目标频率传输的上行激光信号应用基带调制或子载波调制(SCM)。换句话说，如果下行激光源是连续波梳状频率激光器(或连续波激光器阵列)，并且频率梳的参考音调的数量等于或大于端节点104A至104N的数量，则对于每个端节点104A至104N来说，每个端节点104A至104N与参考音调相距的预定距离可以为零。因此，每个端节点104A至104N锁定到相同的目标频率(或唯一分配的参考音调)，并且用于调制上行激光信号，上行激光信号将以相同的锁定目标频率传输。此外，使用射频(RF)调制信号来调制上行激光信号，射频调制信号可以是基带信号，也可以是通过将基带信号上调至非常接近光载波的频带来实现高功率灵敏度的子载波调制(SCM)信号。因此，每个端节点收发器114A至114N和锁频环单元可以具有低带宽。此外，***100A可以很容易地扩展到更多数量的端节点104A至104N，只需增加端节点104A至104N调制信号的参考音调的计数(或波特率)。

根据一个实施例，每个端节点收发器114A至114N还用于将参考信号分成两部分，其中，从参考信号的第一部分中提取管理信息，并通过将参考信号的第二部分与上行激光信号进行差拍来产生拍频。换句话说，每个端节点收发器114A至114N对下行参考信号进行分割，并从参考信号的一部分中提取管理信息。在一个示例中，参考信号的第二部分应用于每个端节点104A至104N的锁频环单元，其中参考信号的第二部分与每个端节点104A至104N的上行激光信号(或激光输出)进行差拍并产生拍频。在一种实现方式中，每个端节点104A至104N的锁频环单元进一步分析拍频，并将结论作为指示馈送到控制单元(或激光控制器)，以迫使激光频率锁定到相对于目标频率等光参考频率具有所需差值的频率。因此，这种实现方式有利于基于拍频以较高精度锁定到目标频率。此外，一旦每个端节点104A至104N锁定到目标频率，则每个端节点收发器114A至114N对上行激光信号进行调制，并发送调制的信号进行上行传输。其后，中心节点收发器112应用单个相干接收器以检测所有端节点上行数据，例如上行激光信号；在中心节点102的数字信号处理单元中对来自每个端节点104A至104N的数据进行解复用。

根据一个实施例，偏振扰频器(PS)具有使每个端节点104A至104N的锁频环(FLL)单元能够稳定地锁定到目标频率的偏振态(SOP)变化频率。换句话说，中心节点收发器112的偏振扰频器具有用于启动每个端节点104A至104N的锁频环单元的偏振态变化频率。在一种实现方式中，每个端节点104A至104N的锁频环单元通过在由环路带宽(例如，锁频环单元的带宽)确定的时间段内对功率进行积分来检测拍频的平均功率。因此，偏振扰频器从中心节点102实现的偏振态(SOP)变化比环路带宽(例如，锁频环单元的带宽)更快。此外，锁频环单元有利地能够在所有情况下检测拍频信号功率，并避免两个参考信号(或光输入信号)之间的偏振正交性问题。在锁频环单元中进行偏振分集检测是偏振扰频器的一种替代方案，这需要两个偏振分路器和两个光电二极管。

根据一个实施例，锁频环(FLL)单元包括光电二极管(PD)、跨阻放大器(transimpedance amplifier，TIA)、相位频率检测器(phase frequency detector，PFD)以及比例积分(proportion and integration，PI)控制反馈块。在一个示例中，参考信号等下行信号在每个端节点104A至104N处分成两部分，例如以1:9的比率分割。此外，检测并恢复一小部分以提取广播的管理信息，从而进一步指示参考音调。将参考音调的管理信息馈送到控制单元等微控制单元(MCU)，使激光控制能够进行频率扫描，从而识别目标频率(或参考频率)。剩余的下行信号与锁频环单元的光电二极管检测到的上行激光源(或端节点激光器)的一部分输出被一起馈送到锁频环单元。通常，锁频环单元的光电二极管用于将光信号转换为电信号，光电二极管的带宽取决于锁频环单元的目标拍频(或射频)。将光电二极管的输出馈送到跨阻放大器以进一步放大。在一个示例中，跨阻放大器是具有负反馈的反相放大器，用于将输入电流信号(例如，光电二极管的输出)转换为电压信号。其后，使用相位频率检测器(例如，逻辑检测器)检测电压信号并产生拍频，通过比例积分控制反馈块对拍频进行进一步处理。通常，比例积分控制反馈块用于基于光电二极管的波长以及锁频环单元的目标拍频(或射频)对拍频进行少量校正。此外，随后的拍频指示每个端节点104A至104N的波长越来越接近(或进一步远离)参考音调，这是比例积分控制反馈块给控制单元(或激光控制器)的重要反馈，从而迫使激光波长向正确方向移动。因此，端节点收发器114A至114N的锁频环单元具有高功率灵敏度和低成本。此外，锁频环单元可以通过精确的上行波长控制支持高分割率，并且在某些场景中，锁频环单元可以基于低带宽组件。

因此，***100A以高精度、灵活性、低成本可能性解决波长(或频率)控制问题。此外，***100A与现有功率分割型光分配网络(ODN)兼容，能够承受上行反射并具有高功率灵敏度。与传统***相比，***100A易于实现，因为***100A仅依赖于每个端节点104A至104N的锁频环单元，锁频环单元可以轻松地在芯片级与端节点收发器114A至114N集成。此外，通过使用非TDM复用架构，***100A可以成为与无源光网络(PON)***相关的标准。***100A尤其适用于基于自相干接收器(例如，中心节点收发器112)的低成本点对多点***。

图1B示出了本公开一实施例提供的中心节点的各种示例性组件的框图。结合图1A中的元素对图1B进行描述。参考图1B，其示出了包括中心节点收发器112和第一控制电路116的中心节点102。

第一控制电路116用于将参考信号从中心节点102的中心节点收发器112传输到端节点104A至104N的每个端节点收发器114A至114N。在一种实现方式中，第一控制电路116可以是通用处理器。第一控制电路116的示例包括但不限于微处理器、微控制器、复杂指令集计算(complex instruction set computing，CISC)处理器、专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)处理器、精简指令集(reduced instruction set，RISC)处理器、超长指令字(very long instruction word，VLIW)处理器、中央处理单元(central processing unit，CPU)、状态机、数据处理单元以及其它处理器或电路。应当理解的是，在中心节点收发器112处执行的操作可能由中心节点102的第一控制电路116执行。可选地，中心节点102还可以包括用于存储的存储器(未示出)。

图1C示出了本公开一实施例提供的端节点的各种示例性组件的框图。结合图1A中的元素对图1C进行描述。参考图1C，其示出了包括端节点收发器114A和第二控制电路118的端节点104A。

第二控制电路118用于从中心节点102的中心节点收发器112接收参考信号。在一种实现方式中，第二控制电路118可以是通用处理器。第二控制电路118的示例包括但不限于微处理器、微控制器、复杂指令集计算(CISC)处理器、专用集成电路(ASIC)处理器、精简指令集(RISC)处理器、超长指令字(VLIW)处理器、中央处理单元(CPU)、状态机、数据处理单元以及其它处理器或电路。应当理解的是，在端节点收发器114A处执行的操作可能由端节点104A的第二控制电路118执行。可选地，端节点104A还可以包括用于存储的存储器(未示出)。

图2示出了本公开一实施例提供的用于无源光网络的波长控制方法的流程图。结合图1A中的元素对图2进行描述。参考图2，其示出了方法200。方法200包括步骤202至步骤208。

另一方面，本公开提供了一种用于无源光网络(PON)的波长控制方法200，无源光网络具有包括中心节点102和端节点104A至104N的点对多点(P2MP)拓扑结构，方法包括：

将携带管理信息的参考信号从中心节点102广播到端节点104A至104N，其中，管理信息指示分配给每个端节点104A至104N的目标频率；

通过从参考信号中提取管理信息来确定每个端节点104A至104N的目标频率；

通过将参考信号与上行激光信号进行差拍来产生每个端节点104A至104N的拍频；

基于拍频控制每个端节点104A至104N的上行激光信号的波长，以锁定到目标频率。

用于具有点对多点(P2MP)拓扑结构的无源光网络(PON)的波长控制方法200包括中心节点102和端节点104A至104N。换句话说，方法200包括中心节点102和端节点104A至104N，并且方法用于无源光网络中从一点到多点的通信，例如从中心节点102到端节点104A至104N。无源光网络对应于采用点对多点拓扑结构(P2MP)的共享光纤(或光纤)网络。点对多点(P2MP)拓扑结构(或通信)基于功率分割型网络，其中，将参考信号(或光频、波长)等下行信号从中心节点102广播到所有端节点104A至104N。方法200还与基于点对多点(P2MP)光纤基础设施的功率分割型网络(或功分器)兼容，并且也适用于具有低延迟和低成本的连续模式(而非突发模式)操作。

在步骤202中，方法200包括将携带管理信息的参考信号从中心节点102广播到端节点104A至104N，其中，管理信息指示分配给每个端节点104A至104N的目标频率。换句话说，方法200用于促进从中心节点102向端节点104A至104N提供参考信号(或下行信号)。在步骤202中，中心节点102的中心节点收发器112(例如，相干收发器)将参考信号和管理信息广播到每个端节点104A至104N。在一个示例中，参考信号和管理信息称为下行信号。换句话说，在步骤202中，中心节点102向每个端节点104A至104N集中提供管理信息调制的参考信号。方法200应用单个相干接收器，例如中心节点收发器112，其用于检测所有端节点上行数据，以便以高精度、灵活性和低成本可能性解决波长(或频率)控制问题。此外，方法200与现有功率分割型光分配网络(ODN)兼容，能够承受上行反射并具有高功率灵敏度。除此之外，通过使用非时分复用(TDM)复用架构，方法200可以成为与无源光网络(PON)***相关的标准。所提出的方法200尤其适用于基于自相干接收器(例如，中心节点收发器112)的低成本点对多点***，其中成本压力会促使供应商追求标准或多源协议。

根据一个实施例，将参考信号从中心节点102广播到端节点104A至104N包括：下行激光源产生参考信号；偏振扰频器(PS)改变参考信号的偏振态(SOP)；调制器通过管理信息的数据调制参考信号。换句话说，中心节点收发器112的下行激光源包括产生参考信号。在一个示例中，从下行激光源接收的参考信号通过半导体光放大器(SOA)，其中半导体光放大器用于处理和放大参考信号。其后，参考信号通过偏振扰频器(PS)，其中，通过中心节点收发器112的偏振扰频器改变参考信号的偏振态(SOP)。在一个示例中，偏振扰频器基于一种光电材料，偏振态对应于不同的偏振态，例如线偏振态、圆偏振态和椭圆偏振态。因此，中心节点收发器112的偏振扰频器用于减轻参考信号的偏振相关损伤。通过管理信息(例如，调制信号)的数据进一步调制参考信号，其中，使用中心节点收发器112的调制器进行调制。因此，中心节点102的中心节点收发器112能够产生不同频率(音调)的参考信号，参考信号携带管理信息的数据。此外，中心节点102的中心节点收发器112将参考信号和管理信息的数据广播到每个端节点104A至104N。因此，中心节点收发器112通过点对多点(P2MP)拓扑结构(或通信网络)在无源光网络(PON)中实现频率分配和对准。

根据一个实施例，调制参考信号包括：通过低速数据调制参考信号。换句话说，管理信息是中心节点收发器112用来调制参考信号的低速数据，例如1千比特/秒(kilobit/sec，Kb/s)。因此，由于低速管理信息，检测和恢复管理数据的每个终端用户收发器的接收灵敏度得到提高。

在步骤204中，方法200还包括：通过从参考信号中提取管理信息来确定每个端节点104A至104N的目标频率。换句话说，端节点104A至104N的每个端节点收发器114A至114N根据提取的管理信息的数据确定目标频率。在一个示例中，每个端节点收发器114A至114N包括控制单元，以根据管理信息确定目标频率。例如，端节点104A的端节点收发器114A的控制单元用于根据端节点收发器114A提取的管理信息提取和确定目标频率。因此，每个端节点收发器114A至114N使用管理信息来指示目标频率，并将目标频率分配给每个端节点104A至104N。此外，每个端节点104A至104N将其自己的频率与分配的目标频率对准。换句话说，管理信息指示每个端节点104A至104N将锁定到的目标频率。因此，通过每个端节点收发器114A至114N的频率对准方法(和装置)确定对准精度。

在步骤206中，方法200还包括：通过将参考信号与上行激光信号进行差拍来产生每个端节点104A至104N的拍频。换句话说，每个端节点104A至104N的每个端节点收发器114A至114N包括：通过将参考信号与上行激光信号进行差拍来产生拍频。例如，端节点104A的端节点收发器114A包括：通过将端节点收发器114A接收的参考信号与上行激光信号进行差拍来产生端节点收发器114A的拍频。在一种实现方式中，每个端节点收发器114A至114N包括：锁频环单元，用于产生拍频。

根据一个实施例，方法200还包括：在每个端节点收发器114A至114N中将参考信号分成两部分，其中，从参考信号的第一部分中提取管理信息，并通过将参考信号的第二部分与上行激光信号进行差拍来产生拍频。换句话说，每个端节点收发器114A至114N对下行参考信号进行分割，并从参考信号的一部分中提取管理信息。在一个示例中，第二部分应用于每个端节点104A至104N的锁频环单元，其中参考信号的第二部分与每个端节点104A至104N的上行激光信号(或激光输出)进行差拍并产生拍频(或射频)。在一种实现方式中，每个端节点104A至104N的锁频环单元进一步分析拍频，并将结论作为指示馈送到控制单元(或激光控制器)，以迫使激光频率锁定到相对于目标频率等光参考频率具有所需差值的频率。因此，这种实现方式有利于基于拍频以较高精度锁定到每个端节点104A至104N的目标频率。此外，一旦每个端节点收发器114A至114N锁定到目标频率，则端节点收发器114A至114N对上行激光信号进行调制，并发送调制的信号进行上行传输。其后，中心节点收发器112应用单个相干接收器以检测所有端节点上行数据，例如上行激光信号；在中心节点102的数字信号处理单元中对来自每个端节点104A至104N的数据进行解复用。

根据一个实施例，产生每个端节点104A至104N的拍频包括：应用锁频环(FLL)。换句话说，每个端节点收发器114A至114N的锁频环单元包括：检测中心节点102广播的参考信号的大部分，并根据参考信号的大部分(或下行信号)产生拍频。在一个示例中，提出在每个端节点收发器114A至114N中设置锁频环单元，使其上行激光信号(或激光频率)能够锁定到分配的目标频率(或参考)。此外，控制单元(或环路)持续跟踪参考频率，并迫使端节点104A等相应端节点的上行激光信号(或激光频率)保持与目标频率(或参考)的所需相对频率差。在一个示例中，精度在10兆赫(megahertz，MHz)级，可以灵活配置国际电信联盟(international telecommunication union，ITU)的信道空间(以千兆赫(gigahertz，GHz)为单位)。可选地，信道空间取决于锁频环单元和光电二极管的带宽，带宽确定了通过端节点104A的上行激光信号对参考信号进行差拍所允许的最大后续射频(RF)。通常，如果中心节点收发器112的下行激光源是梳状激光器(即，如果参考信号由梳状激光器产生)，则信道空间取决于梳状激光器的激光频率(或梳状音调空间)。因此，方法易于扩展，只需增加端节点104A的管理信息(或调制信号)的参考频率的计数或波特率。此外，端节点104A至104N的基于锁频环单元的架构通过用于上行方向多址接入的频分复用(FDM)和(或)码分复用(CDM)方法与功率分割型光分配网络(ODN)基础设施完全兼容。

在步骤208中，方法200还包括：基于拍频控制每个端节点104A至104N的上行激光信号的波长，以锁定到目标频率。换句话说，每个节点收发器114A至114N使用拍频来控制上行激光信号的波长，同时还锁定每个端节点收发器114A至114N的目标频率。例如，端节点收发器114A使用端节点收发器114A产生的拍频来控制端节点收发器114A的上行激光信号的波长，同时还锁定端节点收发器114A的目标频率。在一个示例中，一旦每个端节点收发器114A至114N锁定到目标频率，则每个端节点收发器114A至114N对上行激光源(或端节点激光器)的输出进行调制，并向上行链路发送上行激光信号等调制信号。因此，以更高精度和灵活性实现每个端节点收发器114A至114N的波长(或频率)控制。有利的是，所提出的方法200尤其适用于基于直接调制的激光器端节点104A至104N和共享上行接收器的低成本***(或低成本可能性)。此外，所提出的方法200与功率分割型光分配网络(ODN)兼容。

根据一个实施例，产生参考信号包括：产生具有单个参考频率的参考信号，管理信息通过指示与每个端节点104A至104N的单个参考频率相距预定距离的目标频带来指示分配给每个端节点104A至104N的目标频率。在一个示例中，下行激光源是连续波激光器，参考信号以单个参考频率(或单个参考音调或下行参考频率)产生。其后，每个端节点104A至104N的每个端节点收发器114A至114N锁定到与单个参考频率相距预定距离(或间隔)的唯一目标频带，唯一目标频带如管理信息所指示。换句话说，在单个参考频率的情况下，每个端节点104A至104N锁定到唯一目标频率，其中，中心节点102预先确定了相对于单个参考频率的间隔。例如，管理信息通过指示与下行激光源的单个参考频率相距唯一预定距离的目标频带来指示分配给端节点104A的目标频率。同样，管理信息通过指示与下行激光源的单个参考频率相距唯一预定距离(即，与端节点104A的预定距离相同)的目标频带来指示分配给端节点104B的目标频率，如图4所示并进一步描述。换句话说，对于每个端节点104A至104N来说，与下行激光源的单个参考频率相距的预定距离是唯一的。因此，每个端节点104A至104N锁定到相同的载波频率(例如，目标频带)，下行激光源(或连续波激光器)的参考信号根据相同管理信息(或低速管理数据)调制。此外，每个端节点104A至104N经由直接调制器激光器(DML)或外调制器(未示出)通过目标频带(光载波)发送其数据。因此，每个端节点收发器114A至114N需要低带宽，而每个端节点收发器114A至114N的锁频环单元需要高带宽。

在一种实现方式中，如果每个端节点104A至104N与单个参考频率相距的预定距离为零，则每个端节点104A至104N的每个端节点收发器114A至114N锁定到如管理信息所指示的相同目标频带。此外，对每个端节点收发器114A至114N的上行激光信号应用子载波调制(SCM)。其后，每个端节点104A至104N将其自己的上行激光信号上调至唯一分配的目标频带，并产生上行用户数据(例如，使用数字信号处理单元)，以对上行激光信号进行直接调制(或外调制)。换句话说，每个端节点104A至104N将其自己的上行激光信号上调至唯一分配的射频(RF)频带。使用中心节点收发器112的数字信号处理(DSP)进一步对上行用户数据进行解复用。

根据一个实施例，产生参考信号包括：使用包括多个参考音调的频率梳产生参考信号，管理信息通过指示分配给每个端节点104A至104N的频率梳的参考音调来指示分配给每个端节点104A至104N的目标频率。在一个示例中，下行激光源是连续波梳状频率激光器(或连续波激光器阵列)，参考信号使用频率梳产生，频率梳还包括多个参考音调(或多个参考音调、多个参考频率)。其后，每个端节点104A至104N的端节点收发器114A至114N中的每一个锁定到如管理信息的数据所指示的频率梳的相同参考音调。例如，管理信息通过指示分配给端节点104A的频率梳的参考音调来指示分配给端节点104A的目标频率。同样，管理信息通过指示分配给端节点104B的频率梳的参考音调来指示分配给端节点104B的目标频率，如图4所示并进一步描述。换句话说，在多个参考音调的情况下，每个端节点104A至104N锁定到唯一参考音调(或相同的载波频率)。因此，锁频环单元和端节点收发器114A至114N可以使用低带宽组件。在一个示例中，还可能需要进行子载波调制来调制在分配给每个端节点104A至104N的目标频带中传输的上行激光信号。

根据一个实施例，频率梳的参考音调的数量小于端节点104A至104N的数量，管理信息指示分配给每个端节点104A至104N的频率梳的参考音调以及与每个端节点104A至104N的参考音调相距预定距离的目标频带。换句话说，下行激光源是连续波梳状频率激光器(或连续波激光器阵列)，使用频率梳产生参考信号，其中频率梳的参考音调(或频率)的数量小于端节点104A至104N的数量。因此，如管理信息所指示的频率梳的参考音调被分配给每个端节点104A至104N。此外，参考音调还用于指示每个端节点104A至104N的目标频带，目标频带与每个端节点104A至104N的参考音调相距预定距离。例如，管理信息指示分配给端节点104A的频率梳的参考音调以及与端节点104A的参考音调相距预定距离的目标频带。同样，管理信息指示分配给端节点104B的目标频率，使得管理信息指示分配给端节点104B的频率梳的参考音调以及与端节点104B的参考音调相距预定距离(即，与端节点104A的预定距离相同)的目标频带，如图4所示并进一步描述。因此，若干端节点104A至104N锁定到相同的参考音调。在一个示例中，一旦每个端节点104A至104N锁定，每个端节点104A至104N的激光频率将动态跟踪参考音调，并将端节点的激光频率稳定在可接受的偏差范围内，通常为±10兆赫(MegaHertz，MHz)。此外，每个端节点收发器114A至114N需要低带宽，而每个端节点收发器114A至114N的锁频环单元需要中等带宽。在一种实现方式中，当频率梳的参考音调的数量小于端节点的数量时，管理信息可以通过指示分配给每个端节点104A至104N的参考音调(对若干端节点来说相同)来指示分配给每个端节点104A至104N的目标频率，而无需设置与参考音调相距的任何预定距离。在这种情况下，端节点收发器114A至114N可以用中等带宽实现，而锁频环单元需要低带宽。

根据一个实施例，方法200还包括：在每个端节点收发器114A至114N中对在分配给若干端节点104A至104N的目标频带中传输的上行激光信号应用子载波调制(SCM)或码分复用(CDM)。在一个示例中，下行激光源(例如，连续波激光器)产生具有单个参考频率的参考信号，管理信息通过指示与每个端节点104A至104N的单个参考频率相距预定距离的目标频带来指示分配给每个端节点104A至104N的目标频率。在这种情况下，使用共享频率拓扑结构，其中端节点104A至104N被划分为不同的组，同一组的成员共享相同的目标频带。例如，端节点104A至104C被划分为第一组，端节点(104C至104F)被划分为第二组，则第一组的成员(例如，端节点104A至104C)共享相同的目标频带，而第二组的成员(例如，端节点(104C至104F))共享相同的目标频带。可选地，两个不同组的目标频带可以是相同的，也可以是不同的。在一个示例中，每组的管理信息通过用于上行方向多址接入的子载波调制(或通过码分复用(CDM))方法进行复用。相应地，中心节点收发器112的数字信号处理单元经历两级解复用步骤，包括频分复用(FDM)和码分复用(CDM)解复用。换句话说，将若干端节点104A至104N锁定到相同的频带，并获得光功率灵敏度更高的具有成本效益的方法200。然而，在这种情况下，端节点收发器114A至114N以及每个端节点104A至104N的锁频环单元需要中等带宽。

在另一个示例中，中心节点102的下行激光源(例如，连续波梳状频率激光器或连续波激光器阵列)用于使用包括多个参考音调的频率梳来产生参考信号，频率梳的参考音调的数量小于端节点104A至104N的数量，则再次使用共享频率拓扑结构，其中端节点104A至104N被划分为不同的组，同一组的成员共享相同的目标频率。例如，每组的管理信息通过码分复用(CDM)进行复用。相应地，中心节点收发器112的数字信号处理单元经历两级解复用步骤，包括基于频分复用(FDM)和码分复用(CDM)的解复用。换句话说，将若干端节点104A至104N锁定到相同的频带，并获得光功率灵敏度更高的具有成本效益的方法200。然而，在这种情况下，端节点收发器114A至114N需要中等带宽，而每个端节点104A至104N的锁频环单元需要低带宽。

换句话说，端节点收发器114A等上行接收器结合了中心节点收发器112等单个相干接收器，以检测来自所有端节点104A至104N的基于频分复用(或码分复用)的上行激光信号，提高了光功率灵敏度。由于所有端节点104A至104N共享相同的上行相干接收器(例如中心节点收发器112)，因此所提出的方案也具有成本效益。

根据一个实施例，频率梳的参考音调的数量等于或大于端节点104A至104N的数量，并且方法200还包括：在每个端节点收发器114A至114N中对以目标频率传输的上行激光信号应用基带调制或子载波调制(SCM)。换句话说，如果下行激光源是连续波梳状频率激光器(或连续波激光器阵列)，并且频率梳的参考音调的数量等于或大于端节点104A至104N的数量，则对于每个端节点104A至104N来说，每个端节点104A至104N与参考音调相距的预定距离可以为零。因此，每个端节点104A至104N锁定到相同的目标频率(或唯一分配的参考音调)，并且用于调制上行激光信号，上行激光信号将以相同的锁定目标频率传输。此外，使用射频(RF)调制信号来调制上行激光信号，射频调制信号可以是基带信号，也可以是通过将基带信号上调至非常接近光载波的频带来实现高功率灵敏度的子载波调制(SCM)信号。因此，每个端节点收发器114A至114N和锁频环单元可以具有低带宽。此外，方法200可以很容易地扩展到更多数量的端节点104A至104N，只需增加端节点104A至104N调制信号的参考音调的计数(或波特率)。

根据一个实施例，改变中心节点102的参考信号的偏振态(SOP)具有使每个端节点104A至104N的锁频环(FLL)能够稳定地锁定到目标频率的频率。换句话说，中心节点102的偏振扰频器具有用于启动每个端节点104A至104N的锁频环单元的偏振态变化频率。在一种实现方式中，每个端节点104A至104N的锁频环单元通过在由环路带宽(例如，锁频环单元的带宽)确定的时间段内对功率进行积分来检测拍频的平均功率。因此，偏振扰频器从中心节点102实现的偏振态(SOP)变化比环路带宽(例如，锁频环单元的带宽)更快。此外，锁频环单元有利地能够在所有情况下检测拍频信号功率，并避免两个参考信号(或光输入信号)之间的偏振正交性问题。在锁频环单元中进行偏振分集检测是偏振扰频器的一种替代方案，这需要两个偏振分路器和两个光电二极管。因此，方法200以高精度、灵活性、低成本可能性解决波长(或频率)控制问题。此外，方法200与现有功率分割型光分配网络(ODN)兼容，能够承受上行反射并具有高功率灵敏度。与传统***相比，方法200易于实现，因为方法200仅依赖于每个端节点104A至104N的锁频环单元，锁频环单元可以轻松地在芯片级与端节点收发器114A至114N集成。此外，通过使用非TDM复用架构，方法200可以成为与无源光网络(PON)***相关的标准。方法200尤其适用于基于自相干接收器(例如，中心节点收发器112)的低成本点对多点***。

图3A示出了本公开一实施例提供的用于具有点对多点(P2MP)拓扑结构的无源光网络(PON)的波长控制***的框图。结合图1A中的元素对图3A进行描述。参考图3A，其示出了***300A，***300A包括中心节点102、端节点104A至104N、远程节点106、中心节点光链路108以及端节点光链路(110A至110N)。中心节点102还包括下行激光源302、半导体放大器(SOA)304、偏振扰频器306、调制器308、低速数据310、集成相干接收器312、本机振荡器314、模数转换器316以及数字信号处理单元318。同样，每个端节点104A至104N包括端节点104B，端节点104B包括锁频环单元320、光发射器322和子载波调制器324。还示出了频率梳302A、单个参考频率302B、第一信号频谱326和第二信号频谱328。第一信号频谱326还包括多个信号频谱(326A至326N)，第二信号频谱328还包括多个信号频谱(328A至328N)。

下行激光源302也称为光频梳发生器(optical frequency comb generator，OFCG)。下行激光源302包括用于产生具有单个参考频率302B(即，中心节点参考音调)或频率梳302A(即，中心节点参考音调，其包括多个参考音调)的参考信号的适当逻辑、电路、接口和/或代码。下行激光源302的示例包括但不限于连续波激光器、连续波梳状频率激光器、连续波激光器阵列等。

半导体放大器(SOA)304包括用于放大参考信号的适当逻辑、电路、接口和/或代码。半导体放大器(SOA)304也可以称为光放大器。

偏振扰频器306包括用于改变参考信号的偏振态(SOP)的适当逻辑、电路、接口和/或代码。偏振扰频器306也可以称为偏振控制器。调制器308包括用于通过低速数据310调制参考信号的适当逻辑、电路、接口和/或代码。

低速数据310也称为管理信息。低速数据310用于指示分配给每个端节点104A至104N的目标频率。

集成相干接收器312包括用于通过中心节点光链路108和端节点光链路110A至110N等光链路以光信号形式传输信息的适当逻辑、电路、接口和/或代码。集成相干接收器312还用于通过光链路接收光信号形式的信息。集成相干接收器312也可以称为中心节点收发器(或图1A所示的中心节点收发器112)。集成相干接收器312的示例包括但不限于收发器、光收发器或光纤收发器。

本机振荡器314包括用于改变信号(例如，参考信号)的频率的适当逻辑、电路、接口和/或代码。本机振荡器314与集成相干接收器312一起使用。模数转换器316包括用于将模拟信号转换为数字形式的适当逻辑、电路、接口和/或代码。

数字信号处理单元318包括用于测量、滤波(或压缩)从模数转换器316接收的信号的适当逻辑、电路、接口和/或代码。

锁频环单元320包括用于接收锁定到输入信号频率的信号(例如，参考信号)的适当逻辑、电路、接口和/或代码。光发射器322包括用于产生上行激光信号等激光信号的适当逻辑、电路、接口和/或代码。光发射器322提供用于操作的简单电路配置。在一个示例中，光发射器322基于直接调制或使用外调制(例如，使用电吸收型调制器(electro-absorptionmodulator，EAM)或马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder modulator，MZM)等外调制器)工作，光发射器322通常使用在波导中具有衍射光栅的分布式反馈结构来实现稳定操作。

子载波调制器324包括用于对光信号应用子载波调制(例如，对光发射器322产生的上行激光信号应用子载波调制)以便进一步传输的适当逻辑、电路、接口和/或代码。

第一信号频谱326和第二信号频谱328对应于分配给每个端节点104A至104N的上行用户数据。第一信号频谱326还包括信号频谱(326A至326N)，第二信号频谱328还包括信号频谱(328A至328N)。基于下行激光源302的输出将第一信号频谱326和第二信号频谱328分配给每个端节点104A至104N。

在一个示例中，中心节点102的下行激光源302是连续波激光器，并且用于使用频率梳302A产生参考信号。在一个示例中，从下行激光源302接收的参考信号通过半导体光放大器304，以处理和放大参考信号(例如，使用抗反射处理)。其后，参考信号通过偏振扰频器306，其中，通过中心节点102的偏振扰频器306改变参考信号的偏振态(SOP)。因此，偏振扰频器306用于减轻参考信号的偏振相关损伤。通过管理信息(例如，调制信号)的低速数据310进一步调制参考信号，其中，使用中心节点102的调制器308进行调制。

因此，中心节点102能够产生不同频率(音调)的参考信号，其携带管理信息的低速数据310。此外，中心节点102的集成相干接收器312(或中心节点收发器112)将参考信号和低速数据310广播到每个端节点104A至104N。其后，每个端节点104A至104N接收参考信号。换句话说，在单个参考频率的情况下，连续波激光器的输出首先通过半导体光放大器304放大，然后通过偏振扰频器306。其后，通过低速数据310(例如，1千比特/秒)经由调制器308等外调制器调制单个参考频率。此外，单个参考频率被传输到每个端节点104A至104N，并被馈送到每个端节点104A至104N的锁频环模块，例如端节点104B的锁频环320单元。单个参考频率(或下行信号)在每个端节点104A至104N中进行分割，一小部分被单个光电二极管(未示出)检测到，并且低速数据310被恢复。此外，端节点发射器(例如，图1A所示的端节点收发器114B)锁定到相对于下行参考频率具有如低速数据310(或管理数据)所指示的预定间隔的频率。然后，每个端节点104A至104N(例如，端节点104B)经由光发射器322或外调制器(未示出)通过光载波发送其数据。在一个示例中，如果所有端节点104A至104N的预定间隔为零，这意味着所有端节点104A至104N均锁定到相同的频率，则使用子载波调制器324应用子载波调制(SCM)，每个端节点104A至104N将其信号上调至唯一分配的射频频带，例如目标频带，并通过数字信号处理器(DSP)单元318在中心节点接收器(例如，集成相干接收器312)中对所有上行数据进行解复用。因此，中心节点102的集成相干接收器312(或中心节点收发器112)通过点对多点(P2MP)拓扑结构(或通信网络)在无源光网络(PON)中实现频率分配和对准。

然而，如果中心节点102的下行激光源302是连续波梳状频率激光器(或连续波激光器阵列)，则下行激光源302用于产生具有单个参考频率302B的参考信号，使得频率梳包括多个参考音调。然而，与单个参考频率的情况相比，在以下两个方面存在差异。首先，集成相干接收器312等中心节点102局收发器包含连续波梳状频率激光器(或CW激光器阵列)，所有连续波载波均由相同的低速管理数据(例如，低速数据310)调制。其次，每个端节点收发器114A至114N锁定到唯一分配的参考音调，射频调制信号可以是基带信号，也可以是通过将基带信号上调至非常接近光载波的频带的子载波调制信号。

图3B示出了本公开一实施例提供的具有锁频环单元的端节点的框图。结合图1A和图3A中的元素对图3B进行描述。参考图3B，其示出了端节点104B，其包括锁频环单元320、逻辑电路330、第一分路器332、第一光电二极管334、时钟和数据恢复单元336、控制单元338、热电冷却器和电流控制单元340、上行激光源342、第二分路器344、数字信号处理(DSP)单元346以及数模转换器348。锁频环单元320还包括第二光电二极管350、跨阻放大器352、相位频率检测器354以及比例积分控制单元356。

逻辑电路330包括用于检测从中心节点102接收的参考

信号的适当逻辑、电路、接口和/或代码。第一分路器332和第二分路器344中的每一个也称为分光器(例如，无源分光器)，其包括用于将入射光信号(例如，参考信号)分割或分离成两部分的适当逻辑、电路、接口和/或代码。

第一光电二极管334和第二光电二极管350也可以称为半导体光电二极管，用于将光信号转换为电信号。时钟和数据恢复单元336包括用于从光信号(例如，低速数据310)中提取定时信息的适当逻辑、电路、接口和/或代码。

控制单元338包括用于处理低速数据310，提取相应端节点收发器114B的目标频率，并用于生成上行激光调谐方向指示的适当逻辑、电路、接口和/或代码。热电冷却器和电流控制单元340包括用于控制光信号的波长的适当逻辑、电路、接口和/或代码。

上行激光源342用于产生光信号，例如上行激光信号。数字信号处理单元346包括用于产生上行用户数据以对光信号(例如，上行激光信号)进行直接调制或外调制的适当逻辑、电路、接口和/或代码。

数模转换器348包括用于将数字信号转换为模拟形式(例如，将上行用户数据转换为模拟形式)的适当逻辑、电路、接口和/或代码。跨阻放大器352是具有负反馈的反相放大器，用于将输入电流信号(例如，第二光电二极管350的输出)转换为电压信号。

相位频率检测器354包括用于检测电压信号的适当逻辑、电路、接口和/或代码。相位频率检测器354也可以称为相位比较器。

比例积分控制单元356包括用于基于第二光电二极管350的波长对电压信号进行少量校正的适当逻辑、电路、接口和/或代码。

第一分路器332接收由中心节点收发器112广播的参考信号和管理信息(或下行信号)，以将参考信号分成两部分，例如第一部分和第二部分(例如，以1:9的比率)。此外，每个端节点收发器114A至114N的光电二极管，例如端节点收发器114B的光电二极管334，用于从参考信号的第一部分中提取管理信息。换句话说，端节点收发器114B的光电二极管检测到参考信号的一小部分，以恢复广播的管理信息。通过端节点收发器114B的时钟和数据恢复单元336进一步处理光电二极管的输出，以便从管理信息的数据中提取定时信息。其后，端节点收发器114A至114N中的每一个的控制单元(例如，控制单元338)用于处理管理信息，提取相应端节点收发器114B的目标频率，并生成上行激光调谐方向指示。在一个示例中，端节点收发器114B的控制单元338管理上行激光调谐方向指示，使上行激光源342的激光控制上行链路能够进行频率扫描，从而识别目标(或参考)频率。此外，端节点收发器114B的上行激光源342用于产生上行激光信号，以进一步与中心节点102的中心节点收发器112通信。例如，端节点104B使用端节点收发器114B的上行激光源342来产生上行激光信号，以进一步与中心节点102的中心节点收发器112通信。在一个示例中，上行激光源(或参考频率激光器)也可以与中心节点102的中心节点收发器112集成，从而降低总体成本。可选地，上行激光源342通过第二分路器344耦合到锁频环(FLL)单元320，锁频环单元320进一步耦合到控制单元338。

在一个示例中，锁频环单元320的光电二极管350检测到参考信号的第二部分，光电二极管350的带宽取决于锁频环单元320的目标拍频。光电二极管350的输出被馈送到跨阻放大器352以进一步放大。其后，相位频率检测器354用于检测电压信号并产生拍频，拍频通过比例积分控制反馈块(例如，积分控制单元356)进一步处理。此外，随后的拍频指示端节点104B的波长越来越接近(或进一步远离)参考音调，这是比例积分控制反馈块(例如，积分控制单元356)给控制单元338的重要反馈，从而迫使激光波长向正确方向移动。因此，节点收发器114B的锁频环单元320具有高功率灵敏度和低成本。此外，锁频环单元可以通过精确的上行波长控制支持高分割率，并且在某些场景中，锁频环单元可以基于低带宽组件。

在一种实现方式中，每个端节点收发器114A至114N(例如，端节点收发器114B)的控制单元338耦合到相应端节点收发器114B的热电冷却器(TEC)和电流控制单元340。热电冷却器(TEC)和电流控制单元340用于基于从控制单元338接收的信号(例如，从端节点收发器114B的控制单元338接收的上行激光调谐方向指示)控制上行激光源342的上行激光信号的波长。换句话说，将控制单元338的输出传递到热电冷却器(TEC)和电流控制单元340，从而基于上行激光调谐方向指示控制上行激光信号的波长。替代地，使用热电冷却器和电流控制单元340以较传统方法更高的精度对端节点收发器114B的上行激光源342产生的上行激光信号(或激光频率)分别进行粗调和精调。在一个示例中，上行激光源342还耦合到端节点收发器114B的数字信号处理(DSP)单元346，从而对上行激光源342的上行激光信号进行调制。通过端节点收发器114B的数字信号处理单元346产生的上行用户数据对上行激光信号进行直接调制或外调制。可选地，数字信号处理单元346产生的上行用户数据最初通过数模转换器348，然后以模拟形式使用上行用户数据对上行激光信号进行调制。因此，端节点收发器114B还使用调制的上行激光信号，以利用精确的上行波长控制通过共享光纤基础设施传输调制光。

在一种实现方式中，可以通过以下两种选择对上行激光信号进行外调制。一种选择是直接将上行激光源342的一部分输出馈送到锁频环单元320，而将上行激光源342的另一部分输出馈送到外调制器，如图3C所示并进一步描述。另一种选择是将外调制器的一部分输出馈送到锁频环单元320，其中外调制器增设在第二分路器344(或功分器)之前；并对外调制器应用数模转换器348的输出，如图3D所示并进一步描述。

图3C示出了本公开的另一个实施例提供的具有锁频环单元的端节点的框图。结合图1A、图3A和图3B中的元素对图3C进行描述。参考图3C，其示出了包括锁频环单元320和外调制器(例如，调制器358)的端节点104B。

在实现方式中，将上行激光源342的上行激光信号的一部分直接馈送到锁频环单元320，而上行激光信号的另一部分由调制器358进行外调制。因此，通过端节点收发器114B的数字信号处理单元346产生的上行用户数据对上行激光信号进行外调制。可选地，数字信号处理单元346产生的上行用户数据最初通过数模转换器348，然后调制器358以模拟形式使用上行用户数据对上行激光信号进行调制。因此，端节点收发器114B还使用外调制的上行激光信号，以利用精确的上行波长控制通过共享光纤基础设施传输调制光。

图3D示出了本公开的又一个实施例提供的具有锁频环单元的端节点的框图。结合图1A、图3A、图3B和图3C中的元素对图3D进行描述。参考图3D，其示出了包括锁频环单元320和调制器358的端节点104B。

在使用外调制器(即，调制器358)的实现方式中，将上行激光源342的上行激光信号直接馈送到调制器358，以对上行激光信号进行调制。通过端节点收发器114B的数字信号处理单元346产生的上行用户数据对上行激光信号进行调制。可选地，数字信号处理单元346产生的上行用户数据最初通过数模转换器348，然后调制器358以模拟形式使用上行用户数据对上行激光信号进行调制。其后，将调制的上行激光信号的一部分馈送到锁频环单元320，而将另一部分馈送到逻辑电路330。因此，端节点收发器114B还使用外调制的上行激光信号，以利用精确的上行波长控制通过共享光纤基础设施传输调制光。

图4示出了本公开一实施例提供的各种频率调度和数据调制方案的图示。结合图1A、图3A和图3A中的元素对图4进行描述。参考图4，其示出了描述中心节点参考音调402和上行信号频谱404之间的各种频率调度的表格表示400。还示出了端节点频率锁定和数据调制406。中心节点参考音调402表示频率梳302A和单个参考频率302B。上行信号频谱404表示多个信号频谱，例如第一信号频谱326、第二信号频谱328、第三信号频谱410、第四信号频谱416和第五信号频谱420。端节点频率锁定和数据调制406表示多种数据调制方案，例如第一数据调制方案408、第二数据调制方案412、第三数据调制方案414、第四数据调制方案418和第五数据调制方案422。

中心节点参考音调402和上行信号频谱404用于表示基于中心节点102的中心节点收发器112的下行激光源302的各种频率调度。同样，端节点频率锁定和数据调制406用于表示基于下行激光源302所需的不同类型的数据调制方案。

在一个示例中，下行激光源302是连续波梳状频率激光器(或连续波激光器阵列)，参考信号使用频率梳302A产生，频率梳还包括多个参考音调。因此，每个端节点104A至104N的端节点收发器114A至114N中的每一个锁定到频率梳的相同参考音调，并且需要进行子载波调制来调制上行激光信号，如第一信号频谱326和第一数据调制方案408所示。此外，每个端节点收发器114A至114N和锁频环单元320需要低带宽。然而，如果频率梳302A的参考音调的数量小于端节点104A至104N的数量，则使用共享频率拓扑结构，其中端节点104A至104N被划分为不同的组，其中同一组的成员共享相同的目标频率，如第三信号频谱410所示。此外，每个端节点收发器114A至114N用于对在分配给若干端节点104A至104N的目标频带中传输的上行激光信号应用子载波调制(SCM)或码分复用(CDM)，如第二数据调制方案412所示。因此，若干端节点104A至104N锁定到相同的参考音调。然而，在这种情况下，端节点收发器114A至114N需要低带宽，而锁频环单元320需要中等带宽。

在另一个示例中，下行激光源302是连续波激光器，参考信号以单个参考频率302B产生。因此，在这种情况下，每个端节点104A至104N的每个端节点收发器114A至114N锁定到与单个参考频率相距预定距离(或间隔)的唯一目标频带，唯一目标频带如管理信息所指示。在一个示例中，如果预定距离为零，则如第二信号频谱328和第三数据调制方案414所示，所有端节点收发器114A至114N锁定到相同的参考音调，并且需要进行子载波调制来调制上行激光信号。此外，每个端节点收发器114A至114N可能需要高带宽，而锁频环单元320可能需要低带宽。此外，锁频环单元320可以具有基于低带宽的组件。如果预定距离不等于零，则可以使用共享频率拓扑结构或不使用共享频率拓扑结构来分配目标频率。在共享频率拓扑结构中，每个端节点104A至104N被划分为不同的组，同一组的成员共享相同的目标频带。因此，如第四信号频谱416和第四数据调制方案418所示，对于每个端节点收发器114A至114N来说，很少有端节点收发器114A至114N锁定到与单个参考频率相距预定距离的目标频带。换句话说，若干端节点104A至104N锁定到相同的参考音调。此外，对在分配给若干端节点104A至104N的目标频带中传输的上行激光信号应用子载波调制(或码分复用)。此外，在这种情况下，端节点收发器114A至114N和锁频环单元320需要中等带宽。然而，如果使用非共享频率拓扑结构来分配目标频率，则如第五信号频谱420和第五数据调制方案422所示，每个端节点收发器114A至114N锁定到与每个端节点收发器114A至114N的单个参考频率相距预定距离的目标频带。此外，在这种情况下，对在分配给若干端节点104A至104N的目标频带中传输的上行激光信号应用子载波调制。此外，在这种情况下，端节点收发器114A至114N需要低带宽，而锁频环单元320需要高带宽。

在不脱离所附权利要求书所定义的本公开范围的情况下，可以对上文描述的本公开实施例进行修改。例如“包括”、“结合”、“具有”、“是”的用于描述和要求本公开的表达旨在以非排他性的方式解释，即允许未明确描述的各项、组件或元素也存在。对单数的提及也应解释为涉及复数。本文使用的词语“示例性”表示“作为一个示例、实例或说明”。任何描述为“示例性的”实施例并不一定解释为优先于或优越于其它实施例或并不排除结合其它实施例的特征。本文使用的词语“可选地”表示“在一些实施例中提供且在其它实施例中没有提供”。应当理解，为了清楚起见而在单独实施例的上下文中描述的本公开的某些特征还可以通过组合提供在单个实施例中。相反地，为简洁起见在单个实施例的上下文中描述的本公开的各个特征也可以单独地或以任何合适的组合或作为本公开的任何其它实施例提供。

Claims (24)

1.一种用于无源光网络PON的波长控制***(100A)，所述无源光网络具有包括中心节点(102)和端节点(104A至104N)的点对多点P2MP拓扑结构，所述***(100A)包括：

中心节点收发器(112)，用于将携带管理信息的参考信号广播到端节点(104A至104N)，其中，所述管理信息指示分配给每个端节点(104A至104N)的目标频率；

每个端节点(104A至104N)的端节点收发器(114A至114N)，用于：

通过从所述参考信号中提取所述管理信息来确定所述目标频率；

通过将所述参考信号与上行激光信号进行差拍来产生拍频；

基于所述拍频控制所述上行激光信号的波长，以锁定到所述目标频率。

2.根据权利要求1所述的***(100A)，其中，所述中心节点收发器(112)包括：

下行激光源(302)，用于产生所述参考信号；

偏振扰频器PS(306)，用于改变所述参考信号的偏振态SOP；

调制器(308)，用于通过所述管理信息的数据调制所述参考信号。

3.根据权利要求2所述的***(100A)，其中，所述管理信息数据是低速数据。

4.根据权利要求2或3所述的***(100A)，其中，所述下行激光源(302)用于利用单个参考频率产生所述参考信号，所述管理信息通过指示与每个端节点(104A至104N)的所述单个参考频率相距预定距离的目标频带来指示分配给每个端节点(104A至104N)的所述目标频率。

5.根据权利要求2或3所述的***(100A)，其中，所述下行激光源(302)用于使用包括多个参考音调的频率梳产生所述参考信号，所述管理信息通过指示分配给每个端节点(104A至104N)的所述频率梳的参考音调来指示分配给每个端节点的所述目标频率。

6.根据权利要求5所述的***(100A)，其中，所述频率梳的所述参考音调的数量小于所述端节点(104A至104N)的数量，所述管理信息指示分配给每个端节点(104A至104N)的所述频率梳的参考音调以及与每个端节点(104A至104N)的所述参考音调相距预定距离的目标频带。

7.根据权利要求4或6所述的***(100A)，其中，每个端节点收发器(114A至114N)用于对在分配给若干端节点(104A至104N)的所述目标频带中传输的所述上行激光信号应用子载波调制SCM或码分复用CDM。

8.根据权利要求5所述的***(100A)，其中，所述频率梳的所述参考音调的数量等于或大于所述端节点(104A至104N)的数量，每个端节点收发器(114A至114N)用于对以所述目标频率传输的所述上行激光信号应用基带调制或子载波调制SCM。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的***(100A)，其中，每个端节点收发器(114A至114N)还用于将所述参考信号分成两部分，其中，从所述参考信号的第一部分中提取所述管理信息，并通过将所述参考信号的第二部分与所述上行激光信号进行差拍来产生所述拍频。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的***(100A)，其中，每个端节点收发器(114A至114N)包括：

光电二极管PD(334)，用于提取所述管理信息；

控制单元CU(338)，用于确定所述目标频率并生成上行激光调谐方向指示；

上行激光源(342)，用于产生所述上行激光信号；

锁频环FLL单元(320)，用于产生所述拍频；

热电冷却器TEC和电流控制单元(340)，用于基于所述上行激光调谐方向指示控制所述上行激光信号的所述波长；

数字信号处理DSP单元(346)，用于产生上行用户数据，以对所述上行激光信号进行直接调制或外调制。

11.根据权利要求9所述的***(100A)，其中，每个端节点收发器(114A至114N)包括：

分路器(332)，用于将所述参考信号分成两部分；

光电二极管PD(334)，用于提取所述管理信息；

控制单元CU(338)，用于确定所述目标频率并生成上行激光调谐方向指示；

上行激光源(342)，用于产生所述上行激光信号；

锁频环FLL单元(320)，用于产生所述拍频；

热电冷却器TEC和电流控制单元(340)，用于基于所述上行激光调谐方向指示控制所述上行激光信号的所述波长；

数字信号处理DSP单元(346)，用于产生上行用户数据，以对所述上行激光信号进行直接调制或外调制。

12.根据权利要求10或11所述的***(100A)，其中，所述偏振扰频器PS(306)具有使每个端节点(104A至104N)的所述锁频环FLL单元(320)能够稳定地锁定到所述目标频率的偏振态SOP变化频率。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的***(100A)，其中，所述锁频环FLL单元(320)包括光电二极管PD(350)、跨阻放大器TIA(352)、相位频率检测器PFD(354)以及比例积分PI控制反馈块(356)。

14.一种用于无源光网络PON的波长控制方法(200)，其中，所述无源光网络具有包括中心节点(102)和端节点(104A至104N)的点对多点P2MP拓扑结构，所述方法包括：

将携带管理信息的参考信号从所述中心节点(102)广播到端节点(104A至104N)，其中，所述管理信息指示分配给每个端节点(104A至104N)的目标频率；

通过从所述参考信号中提取所述管理信息来确定每个端节点(104A至104N)的所述目标频率；

通过将所述参考信号与上行激光信号进行差拍来产生每个端节点(104A至104N)的拍频；

基于所述拍频控制每个端节点(104A至104N)的所述上行激光信号的波长，以锁定到所述目标频率。

15.根据权利要求14所述的方法(200)，其中，将所述参考信号从所述中心节点(102)广播到所述端节点(104A至104N)包括：

下行激光源(302)产生所述参考信号；

偏振扰频器PS(306)改变所述参考信号的偏振态SOP；

调制器(308)通过所述管理信息的数据调制所述参考信号。

16.根据权利要求15所述的方法(200)，其中，调制所述参考信号包括：通过低速数据调制所述参考信号。

17.根据权利要求15或16所述的方法(200)，其中，产生所述参考信号包括：利用单个参考频率产生所述参考信号，所述管理信息通过指示与每个端节点(104A至104N)的所述单个参考频率相距预定距离的目标频带来指示分配给每个端节点(104A至104N)的所述目标频率。

18.根据权利要求15或16所述的方法(200)，其中，产生所述参考信号包括：使用包括多个参考音调的频率梳产生所述参考信号，所述管理信息通过指示分配给每个端节点(104A至104N)的所述频率梳的参考音调来指示分配给每个端节点(104A至104N)的所述目标频率。

19.根据权利要求18所述的方法(200)，其中，所述频率梳的所述参考音调的数量小于所述端节点(104A至104N)的数量，所述管理信息指示分配给每个端节点(104A至104N)的所述频率梳的参考音调以及与每个端节点(104A至104N)的所述参考音调相距预定距离的目标频带。

20.根据权利要求17或19所述的方法(200)，还包括：在每个端节点收发器(114A至114N)中对在分配给若干端节点(104A至104N)的所述目标频带中传输的所述上行激光信号应用子载波调制SCM或码分复用CDM。

21.根据权利要求18所述的方法(200)，其中，所述频率梳的所述参考音调的数量等于或大于所述端节点(104A至104N)的数量，并且所述方法(200)还包括：在每个端节点收发器(114A至114N)中对以所述目标频率传输的所述上行激光信号应用基带调制或子载波调制SCM。

22.根据权利要求14至21中任一项所述的方法(200)，还包括：在每个端节点收发器(114A至114N)中将所述参考信号分成两部分，其中，从所述参考信号的第一部分中提取所述管理信息，并通过将所述参考信号的第二部分与所述上行激光信号进行差拍来产生所述拍频。

23.根据权利要求14至22中任一项所述的方法(200)，其中，产生每个端节点(104A至104N)的所述拍频包括：应用锁频环FLL(320)。

24.根据权利要求23所述的方法(200)，其中，改变所述中心节点的所述参考信号的所述偏振态SOP具有使每个端节点(104A至104N)的所述锁频环FLL单元(320)能够稳定地锁定到所述目标频率的频率。