用于双速无源光网络的系统和方法

专利名称：用于双速无源光网络的系统和方法
技术领域：
本发明涉及无源光网络，并且更具体地涉及基于ITU-T G. 984标准的具有双速能 力的10Gb/s(吉比特/秒)无源光网络。
背景技术：
目前的Gb/s无源光网络(GPON)的标准操作速度为2. 5Gb/s。然而，正在为操作速 度为lOGb/s的GPON研发标准，这将需要升级现有网络。升级网络的直接方式是将光线路 终端(OLT)从2. 5Gb/s升级到lOGb/s，并继而升级每个订户的光网络终端(ONT)(有时称为 光网络单元(ONU))。然而，这种方式可能过于昂贵。此外，在所有订户都升级完毕之前，网 络可能经历停机时间，可能是几天到几个星期的时间段。一个备选的升级场景可以是，首先将OLT升级到lOGb/s，但是提供向后兼容性，使 得既有ONT可以与新的OLT互操作。由此，新的OLT也必须配置为在2. 5Gb/s (既有速度) 下运行。这种系统被认为是已准备好在lOGb/s下运行，却还不是在lOGb/s下运行。ONT 的升级仅在订户请求升级时才会发生，而一些订户从未请求升级，并且由此将仅保有针对 2. 5Gb/s而配置的设备。由此，在升级期间的某个阶段，PON系统将包括双速OLT( S卩，能够在lOGb/s或 2.5Gb/s下传输的0LT)以及高级订户和既有订户(即，其ONT在lOGb/s下运行的订户和 其ONT在2.5Gb/s下运行的订户)的混合体。在这种网络中，双速OLT可以通过在速度之 间切换来向既有ONT或高级ONT进行传输。为了提供双速传输，使用的帧格式具有连续的10G和2. 5G分块。双速传输的问题 在于，例如在10G分块期间，既有ONT未接收数据，但是必须将其锁相环(PLL)保持在锁定 状态，即，其必须将恢复的时钟保持稳定和不变，以便它们可以在2. 5G分块开始时接收数 据。在2. 5G分块期间，既有ONT正在接收数据，同时高级ONT将恢复的时钟保持锁定。如 果这两种分块使用最常用的不归零开关键控(NRZ-00K)调制格式，则既有接收机在10G分 块期间将时钟保持锁定将会因固有的相位模糊性(存在于比标称信号快整数倍的每个信 号中)而变得不可能。需要一种能够在无源光网络中提供双速传输的系统、方法和计算机可读介质。

发明内容
在本公开的一个方面中，提供了一种无源光网络，包括至少一个光线路终端；以 第一速度操作的至少一个第一光网络终端；以低于所述第一速度的第二速度操作的至少一 个第二光网络终端；其中，所述至少一个光线路终端传输包括至少一个第一速度分块和至 少一个第二速度分块的数据信号；其中，所述至少一个第一速度分块包括可由所述至少一 个第二光网络终端处理以提取第二速度时钟信号的信号。在本公开的一个方面中，提供了一种在双速无源光网络上传递数据的方法，包括 生成包括至少一个第一分块和至少一个第二分块的传输信号；以及传输所述传输信号；其
3中所述至少一个第一分块包括第一速度的第一数据信号和第二速度的时钟信号；其中所述 至少一个第二分块包括所述第二速度的第二数据信号。在本公开的一个方面中，提供了一种光线路终端，包括信号生成器，该信号生成器 生成包括第一速度的第一数据信号和第二速度的定时信号的信号。在本公开的一个方面中，提供了一种光网络终端，包括信号接收机；提取电路， 其处理由所述信号接收机接收的已接收信号并将第一速度数据信号与第二速度定时信号 分离。在本公开的一个方面中，提供了一种操作光网络终端的方法，包括接收包括具有 第一幅度和第一信号速率的数据信号和具有大于所述第一幅度的第二幅度和第二信号速 率的时钟信号的信号；并将所述数据信号与所述时钟信号分离。


现在，将仅通过示例方式参考特定实施方式和附图来描述本发明，其中图1示意性地示出了无源光网络；图2示意性地示出了双速帧格式；图3示意性地示出了既有ONT的频率响应；图4示出了 2. 5G尖峰信号；图5示出了具有2. 5G尖峰信号和IOG数据信号的传输信号；图6示出了对应于图5中传输信号的所测量眼图；图7示意性地示出了用于生成图5中传输信号的电路；图8示意性地示出了本公开一个实施方式的线路编码；图9示意性地示出了本公开另一实施方式的线路编码；图10示意性地示出了与图9的线路编码对应的所测量眼图；图11示意性地示出了在应用阈值检测之前和之后的传输信号；图12示意性地示出了用于并入有尖峰信号的提升的(elevated)数据信号级别的 眼图；图13示出了图12中眼图的扩展视图；以及图14示意性地示出了用于使用调制阈值来检测数据信号的电路。
具体实施例方式图1中示意性地示出了 GPON 10，该GPON 10包括高级OLT 12，该高级OLT 12具 有能够生成双速传输(诸如，2. 5Gb/s的基本速度和诸如lOGb/s的较高速度)的信号生成 器19。传输在分光器13处被接收，继而被传送至各ONT 14、15、16和17。ONT 14、15、16和 17可以是配置为以基本速度接收数据的既有0ΝΤ，或者配置为以较高速度接收数据的高级 0ΝΤ。出于本示例的目的，ONT 14、15被视为既有0ΝΤ，而ONT 16、17被视为高级0ΝΤ。在上 文描述中，基本速度被描述为2. 5Gb/s (2. 5G)，而较高速度将被描述为lOGb/s (IOG)，当然， 本领域技术人员能够理解，在双速网络中也可以提供其他速度。在图2中，示出了帧格式20，其可以由OLT 12在双速光网络10上传输。首先，OLT 12以2. 5G传输物理层开销21，其由所有的ONT 14、15、16和17读取。此开销使用与既有
4ONT使用的线路码相同的线路码进行编码，并且包含针对IOG分块和2. 5G分块的指针。在开销21之后，以lOGb/s的速度传输IOG分块22。所有的高级ONT 16、17接收 此分块并根据地址读取数据。在此期间，既有ONT 14、15并不接收数据，但是必须将其PLL
保持锁定。IOG分块之后是2. 5G分块23，其由既有ONT 14、15接收，同时，高级ONT必须将其 PLL保持锁定。在2. 5G分块22期间保持高级ONT 16、17的锁定相对简单，并且仅需要运转 周期为4XN的PLL，其中N是2. 5G信号的运转周期。然而，IOG分块使用的线路码更加复杂。IOG分块使用的线路码不能是传统NRZ码， 而是2. 5G友好的码，虽然仍以lOGb/s传输数据。在本公开的一个实施方式中，线路码设计 为使得对于既有0NT14、15，其看似2. 5Gb/s数据，该数据可能是无意义的数据，但仍是时钟 可以可靠地从其恢复的数据，而对于高级ONT 16,17而言，其看似有意义的lOGb/s数据信号。网络10，并且更具体地，OLT使用的线路码可以被设计为利用既有ONT的已知特 性。具体地，既有ONT包括宽带光接收机(具有1550nm(为RF视频覆盖预留的波长)的可能 波长块)、互阻抗放大器(TIA)、后面跟有二进制检测器的限幅放大器和设计为恢复2. 5GHz 的标称时钟的PLL。组合的两个放大器的带宽略低于2. 5GHz,并且通常，高于2. 5GHz的所 有分量被完全抑制。图3示出了既有接收机的典型频率响应30。已通过在若干点处测量响应并用直线 将测量的数据点连接而构建了曲线31，通过使用测量的点对类型II契比雪夫滤波器进行 内插(即，便于仿真的数学模型)而构建了曲线32。图4示出了根据本公开一个实施方式的、在构建2. 5G友好的信号时使用的原理。 图表41是lOGb/s信号42，其中每8个比特重复导频尖峰43，其间没有信号44。由此，信号 42可以视为置于1. 25GHz网格处的lOGb/s脉冲串。当这种信号通过参照图3进行描述的 仿真滤波器时，所得到的信号是图表45中示出的1. 25GHz正弦曲线46。在由二进制检测 器检测时，信号46看似1. 25GHz方波，其具有以2. 5Gb/s传输的比特的交替1-0-1-0模式。 这对于在既有接收机处维持稳定的锁定而言是理想的，但是这种信号不携带任何信息。信号42的变体在图5的图表51中示出为信号52。在信号52中，导频尖峰53之 间的间隔54已用于传输与导频尖峰具有相同持续时间但幅度却小得多的lOGb/s数据比 特。图5的图表55示出了在信号52通过低通滤波器之后所得到的信号56。信号56失真， 但仍包含将2. 5Gb/s接收机维持锁定所必需的可检测的1. 25GHz分量。信号52包括导频尖峰，其后跟随有7比特数据。图6中示出了这种信号的眼图。 在图7中示出了可以在OLT 12的信号生成器19中用于生成信号的电路70，该电路70包 括提供给组合器(求和器)77的10G数据信号支路75。在下方支路中，AND (与)门71具 有来自10G数据信号支路75和2. 5G时钟信号支路76的输入(即，包括2. 5G导频尖峰)， AND门71的输出被提供给组合器77。在不存在2. 5G尖峰时，AND门71的输出被强制归零，而在存在尖峰时，该输出被强 制为10G信号级别。电路的上方支路75总是位于10G信号级别。该支路中的衰减器74允 许调节10G眼图高度和导频尖峰高度之间的比率。2. 5G支路和10G支路中的相位延迟72、 73分别用于调节延迟，使得导频尖峰与到达组合器77的实际信号对准。组合器77的输出提供了如上述图2所示帧格式20的第一分块22的IOG信号。如果如图8所示使用8比特码字80对IOG信号进行编码，即，如果其1个比特81 被强置为1的码字是与导频尖峰一致的比特，则生成保证每8个比特一个尖峰的信号，如图 6的眼图中所示。在这种情况下，AND门71起到了通过(pass-through)元件的作用，并且 由此是可选的。然而，不需要每8个比特就存在导频尖峰。取决于用在既有接收机处的PLL类型， 系统可能能够承受偶尔的尖峰丢失。在一个实施方式中，对应于导频尖峰位置的比特位置 不需要总是强置为1，并且由此可以用于数据。例如，如果使用图9的线路码90，其中允许 15个数据比特92，则保证每16个比特有一个导频尖峰。然而，两个受保证的尖峰之间的标 称尖峰不会总是存在，即，如果在标称尖峰位置传输的数据是0的话。在图10中，示出了使 用图9的线路编码的眼图。将图10的眼图与图6的眼图相比较，会发现，图6中的尖峰61 总是1，而图10中间处的尖峰有时是标称尖峰高度101，有时是0(102)。如果对IOG数据进 行扰频的话(导致为0或为1的概率几乎均等)，约50%的16比特时段在8比特网格处包 含尖峰，而另外的50%不包含中间尖峰。以此方式，可以减少编码开销。以上所公开原理的各种变体也是可能的。例如，图6的信号可以翻转，创建凹槽 (notch)而不是尖峰，这对于一些耦合至DC的接收机是有利的。此外，尖峰位置可以以如下 方式通过加/减少量IOG比特而变化，即，在低通滤波之后，允许恢复支配时钟分量，从而允 许2.5G PLL保持锁定。而且，尖峰可以针对多个比特时间而扩展。例如，可以如图10所示 在标称位置处具有尖峰，但是相邻比特也具有与尖峰相同的高度。所有这些变体都可以使 用图7的电路来生成，这对于本领域技术人员而言是显然的。利用标准(2.5Gb/s)GP0N接收机进行的实验已经证明，各种功率/比特速率/错 误率/可靠性权衡是可能的。一个特定类别的实验已经证明，可以损失每隔一个的尖峰，而 只有相对较小的功率损失，这是图9的线路码的基本原理。通常，对既有GPON ONT的影响 在于，为了使既有接收机保持锁定，尖峰必须增大某个比率。针对宽度为1比特时间、矩形 形状的尖峰以及每8比特保证一个尖峰的实验已经证明，这一比率需要为大约5倍或7dB ； 即，尖峰高度与IOG眼图高度之间的比率需要大于7dB。对于不同的尖峰宽度、形状和频率， 比率可以不同，但是对于每个调制变体，存在一个下限，低于该下限，接收机便不能可靠锁 定。在一个实施方式中，尖峰的幅度通常大于IOG数据信号幅度的四倍。如果尖峰较低，则 IOG信号占主导，而2. 5G接收机将其视为接收机不能锁定的噪声。与非2. 5G友好的传统 10Gb/s NRZ信号相比，这代表了 7dB的峰值功率损失和约4dB的平均功率损失，并且由此不 能与既有接收机向后兼容。为了在网络10的高级ONT 16、17中检测lOGb/s信号，必须建立检测阈值。尽管 例如图11中示出的信号111看似多级别信号，但实际信息仅包含在两个级别中。利用示出 所检测信号的较低信号113来表明可能的阈值112。显然，所有比特都是可检测和易恢复 的。使用平坦阈值的准确信号检测通常需要创建干净信号的昂贵且高质量的组件，而 实际上并不一定是这样，因为这种组件需要较宽的带宽、较宽的动态范围(即，线性)和较 低的噪声。图12中示出了在使用较低质量组件时可见的效果，即，在导频尖峰121附近的 IOG比特122的提升。该效果源于所使用的组件的有限带宽。即，在导频尖峰附近，组件与
6其对增量脉冲做出响应类似地进行响应，并且由此花费了有限时间来解决。感兴趣的区域 在图13的扩展视图中示出。重要的是，观察到零电平比特124跨过平坦阈值123，并且因此 被错误地检测为1电平比特。在一个实施方式中，使用追踪眼图提升的阈值125，使得可以 更可靠地对有问题的比特进行解码。图14示出了可以用来检测IOG信号的电路140。下 方支路141包括包络检测144，用于获取信号146的运行部分平均并估计眼图的提升。支 路141中的移相器142和放大器143调整阈值位置和级别，而差分放大器145用于将接收 的信号146与阈值进行比较。 尽管在附图中示出且在上文描述中描绘了本发明的实施方式，但是应当理解，本 发明并不限于所公开的实施方式，而是能够在不偏离所附权利要求中给出和限定的本发明 精神的情况下进行各种重新布置、修改和替换。例如，本发明的能力可以完全和/或部分由 一个或多个框、模块、处理器或存储器执行。而且，这些能力可以以当前方式或者以分布式 方式、在能够提供和/或接收信息的任何设备上或经由该设备执行。此外，尽管以特定方式 进行了描述，但是在不脱离本发明范围的情况下，可以重新定位各种模块或框。此外，尽管 以特定方式进行了描述，但是在本发明中可以利用更多或更少数量的模块和连接，以便完 成本发明、为本发明提供附加的已知特征，和/或使本发明更加有效。而且，在各种模块间 发送的信息可以经由数据网络、因特网、网际协议网络、无线源和有线源中的至少一个并且 经由多个协议来发送。
权利要求
一种无源光网络，包括至少一个光线路终端；以第一速度操作的至少一个第一光网络终端；以低于所述第一速度的第二速度操作的至少一个第二光网络终端；其中，所述至少一个光线路终端传输包括至少一个第一速度分块和至少一个第二速度分块的数据信号，其中，所述至少一个第一速度分块包括可由所述至少一个第二光网络终端处理以提取第二速度时钟信号的信号。
2.如权利要求1的无源光网络，其中所述至少一个第一分块包括第一速度数据信号和 第二速度时钟信号。
3.如权利要求2的无源光网络，其中所述第二速度时钟信号的幅度大于所述第一速度 数据信号的幅度。
4.如权利要求3的无源光网络，其中所述第二速度时钟信号的所述幅度大于所述第一 速度数据信号的所述幅度的四倍。
5.如权利要求2的无源光网络，其中所述至少一个第一光网络终端包括检测电路，所 述检测电路确定阈值并将所述第一速度分块与所述阈值进行比较以提取所述第一速度数 据信号。
6.如权利要求5的无源光网络，其中所述检测电路包括平均电路，所述平均电路使用 所述第一速度分块的至少部分平均确定所述阈值。
7.如权利要求1的无源光网络，其中所述至少一个光线路终端包括包含组合器的信号 生成器，所述组合器的第一输入包括第一速度数据信号，所述组合器的第二输入包括所述 第二速度时钟信号。
8.如权利要求7的无源光网络，其中所述信号生成器进一步包括衰减器，所述衰减器 控制所述第一速度数据信号与所述第二速度时钟信号的比率。
9.如权利要求7的无源光网络，其中所述信号生成器进一步包括AND门，所述AND门 的第一输入包括所述第一速度数据信号，所述AND门的第二输入包括所述第二速度时钟信号。
10.如权利要求9的无源光网络，其中所述组合器的所述第二输入包括所述AND门的输出ο
全文摘要
在双速无源光网络中，光线路终端(OLT)传输具有10Gb/s分块和2.5Gb/s分块的通信信号。10Gb/s分块包括10G数据信号和2.5G时钟信号，使得2.5G(既有)光网络终端(ONT)的PLL可以在10GONT接收数据时保持锁定。2.5G时钟信号包括幅度大于10G数据信号的1比特尖峰信号。
文档编号H04J3/00GK101960744SQ200980107516
公开日2011年1月26日 申请日期2009年2月24日 优先权日2008年3月5日
发明者A·L·阿达梅基, D·T·范温, I·哈德齐克, P·J·温泽 申请人:阿尔卡特朗讯美国公司