用于TWDM-PON的发射机和接收机、收发机和系统的制作方法

本发明概括而言涉及无源光网络(PON)，更具体而言，涉及用于TWDM-PON的发射机和接收机、包含这样的发射机和接收机的收发机以及包含这种收发机的叠加系统。

背景技术：

近来，时分波分复用光网络(Time and Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Network，TWDM-PON)已经被全业务接入网(Full Service Access Network，FSAN)选择作为下一代无源光网络(NG-PON2)的主要带宽解决方案，其特征在于通过组合多对波长而具有至少40Gb/s的下行聚合容量和10Gb/s的上行聚合容量。为了与传统PON系统兼容，TWDM-PON系统的下行和上行波长被分别分配在L+频带(1596nm-1603nm波长)和C-频带(1524nm-1544nm波长)中。作为额外的需求，TWDM-PON系统还需要与工作在1550nm的传统射频(RF)视频系统并存。

在这种RF视频叠加TWDM-PON的系统中，RF视频信号和TWDM-PON信号之间的非线性相互作用会对系统产生不可忽略的影响。在所有光纤非线性影响中，受激的拉曼散射(stimulated Raman scattering，SRS)是最严重的一个问题。通常，SRS增益随着波长间隔(wavelength spacing)升高而升高，直到波长间隔大约110nm，这对应于最大的SRS效率。在RF视频叠加TWDM-PON的系统中，RF视频信号与TWDM-PON信号之间的波长间隔大约是46-53nm，这落入SRS增益频谱区。因此，SRS主导了该系统中的光纤非线性损伤。由于SRS会使得功率从更短的波长转移到更长的波长，因此RF视频信号的性能将会极大恶化，尤其是RF视频信号的携带模拟 视频信号的低频分量，其由于对于失真非常敏感而受到更多由于SRS的恶化。

当前已经提出了一些方案来在RF视频叠加TWDM-PON的系统中抑制拉曼散射的损害，包括光学方法和电子方法。

对于光学方法，一种典型的方案是使用极化控制。由于SRS是高极化依赖的，因此可以通过使得RF视频信号的极化与TWDM-PON信号正交来最小化SRS增益，从而极大地降低SRS串扰。然而，对于这种方案来说，在实践中，由于RF视频信号的极化沿着传输链路随机改变，因此很难使其一直相对于TWDM-PON信号保持正交。另一种典型的光学方案是辅助传输补偿方案。该方案由华为公司建议，其引入了带宽受限的补偿信号，即所有下行信号的负数和。通过利用各个干扰发射机的调制与对于均衡器激光发射机上施加的复合调制之间的相消干扰，能够在感兴趣的频率上有效消除有害的拉曼串扰噪声并且恢复所发送的视频信息的完整性。然而，对于这种方案来说，由于需要额外的光学发射机和波长信道来执行该补偿，因此成本高昂，难以接受。

对于电子方法，一种典型的方案是通过降低数字调制信号的低频分量来消除拉曼串扰。因为非线性拉曼串扰与数字调制信号的功率谱密度(power spectral density，PSD)是强相关的，并且低频功率越低，拉曼串扰将会越低。NEC公司在OFC 2014会议上建议了一种使用RF滤波的方法(参见参考文献1)，但这种方法只可以将拉曼串扰降低大约5dB。另一种方法是华为公司在OFC 2014会议上建议的米勒编码(Miller coding)方法，其建议使用TWDM-PON信号的米勒编码(也称为延迟调制)来降低拉曼串扰(参见参考文献2)。这种电子编码方法不需要额外的光学组件而广受关注。然而，米勒编码消耗的带宽是传统不归零码(Non Return Zero，NRZ)数据的两倍，这使得光电设备成本非常高。此外，根据参考文献2中所报告的结果，米勒编码只能将拉曼串扰最多降低大约10dB，这对于抑制拉曼串扰以及增强RF视频信号的传输性能来说是不够的。

参考文献：

[1]Tanaka,et al.,“Beyond 5dB Nonlinear Raman Crosstalk Reduction via PSD Control of 10Gb/s OOK in RF-Video Coexistence Scenarios for Next-Generation PON”,OFC 2014,M31.3.

[2]Cheng Ning,et al.,“Delay modulation for TWDM-PON”,OFC 2014,W1D.3.

技术实现要素：

针对以上问题，本发明的主要目的是提供一种在RF视频叠加TWDM-PON的系统中减轻拉曼散射的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于TWDM-PON的发射机，所述发射机用在RF视频叠加TWDM-PON的系统中，所述发射机包括：MDB编码器，其被配置为对TWDM-PON信号进行整形，以降低所述TWDM-PON信号的低频部分的PSD；开关单元，其被配置为当所述系统中包含RF视频信号时，导通所述MDB编码器以对所述TWDM-PON信号进行MDB编码，并且当所述系统中不包含RF视频信号时，断开所述MDB编码器以使得所述TWDM-PON信号绕过所述MDB编码器。

根据本发明的第二个方面，提供了一种用于TWDM-PON的接收机，所述接收机用在RF视频叠加TWDM-PON的系统中，所述接收机包括：MDB解码器，其被配置为对接收的TWDM-PON信号进行整形，以恢复所述TWDM-PON信号的低频部分的PSD；CDR单元，其被配置为对接收的TWDM-PON信号执行时钟和数据恢复，以恢复原始数据；以及开关单元，其被配置为当所述系统中包含RF视频信号时，导通所述MDB解码器以对接收的TWDM-PON信号进行MDB解码，并且当所述系统中不包含RF视频信号时，导通所述CDR单元以使得所述CDR单元对接收的TWDM-PON信号进行恢复，而绕过所述MDB解码器。

根据本发明的第三个方面，提供了一种包含上述发射机和接收机的用于TWDM-PON的收发机。

根据本发明的第四个方面，提供了一种RF视频叠加TWDM-PON的系统，包括：RF视频收发机，用于发射和接收RF视频信号；一个或多个如上所述的用于TWDM-PON的收发机，每个收发机针对所述TWDM-PON中的一个波长；以及波分复用器，用于将针对所述RF视频收发机的RF视频信号与针对所述用于TWDM-PON的收发机的TWDM-PON信号进行复用和解复用。

利用本发明的方案，在不提高TWDM-PON系统的复杂度的情况下，显著降低了RF视频叠加TWDM-PON的系统中的拉曼串扰，并且节省了成本。

附图说明

通过以下参考下列附图所给出的本发明的具体实施方式的描述之后，将更好地理解本发明，并且本发明的其他目的、细节、特点和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1示出了根据本发明的实施方式的包含修改的双二进制(Modified Duo-Binary，MDB)编码器的用于TWDM-PON的发射机的示意图；

图2示出了根据本发明的实施方式的包含MDB解码器的用于TWDM-PON的接收机的示意图；

图3示出了根据本发明一种实施方式的MDB编码器的结构的示意图；

图4示出了根据本发明一种实施方式的MDB解码器的结构的示意图；

图5(a)-5(c)分别示出了原始TWDM-PON信号、预编码后的TWDM-PON信号和MDB编码后的TWDM-PON信号的波形的示意图；

图6示出了根据本发明的MDB编码方法与已知的NRZ编码和 米勒编码方法的PSD的比较图；

图7示出了包含本发明建议的用于TWDM-PON的收发机的RF视频叠加TWDM-PON的系统的架构的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明公开了一种在RF视频叠加TWDM-PON的系统中减轻拉曼散射串扰新颖的方法和装置，其基本思想如下：通过向TWDM-PON系统引入新的修改过的双二进制编码方法以对TWDM-PON信号的PSD进行整形，使得TWDM-PON信号在低频区的PSD显著降低，而不需要改变传统的RF视频收发机。

图1示出了根据本发明的实施方式的包含修改的双二进制(Modified Duo-Binary，MDB)编码器的用于TWDM-PON的发射机10的示意图。

在本发明中，考虑到RF视频信号的存在，可以支持常规的NRZ调制和所建议的MDB调制这两种调制格式。因此通常用于NRZ收发机的传统的发射机和接收机前端电路(如发射机侧的激光驱动器(如图1中所示的激光驱动器140)和激光发射器(如图1中所示的激光发射器150)、接收机侧的跨阻放大器(TIA，如图2中所示的TIA 260)和限幅放大器(LA，如图2中所示的LA 270))也可重用于本发明中的MDB编码和解码方法。

如图1中所示，用于TWDM-PON的发射机10包括MDB编码器100。MDB编码器100被配置为对输入的TWDM-PON信号进行整形，以降低TWDM-PON信号的低频部分的PSD。

对于RF视频叠加TWDM-PON的系统，通常输入的TWDM-PON 信号是NRZ调制的数据。

发射机10还包括开关单元，如图1中所示的开关110和开关120。发射机10的开关单元被配置为当该叠加系统中包含RF视频信号时(例如当运营商除了发送TWDM-PON信号之外还要通过该叠加系统发送RF视频信号时)，导通MDB编码器100以对输入的TWDM-PON信号进行编码。此外，发射机10的开关单元还被配置为当系统中不包含RF视频信号时，断开MDB编码器100以使得输入的TWDM-PON信号绕过MDB编码器100。

在图1中，发射机10的开关单元被显示为包括两个1x2的电子开关，即开关110和开关120，然而本发明并不局限于此，发射机10中的开关单元可以包括其他类型的开关或者其他数目的开关。例如，开关单元可以仅包含开关110或开关120中的一个。

此外，发射机10还包括编码控制器130，其被配置为根据是否在系统中发送RF视频信号而通过编码选择控制信号触发开关单元。具体而言，如果系统中包含RF视频信号(即，需要在该叠加系统中将RF视频信号与TWDM-PON信号一起发送)，则编码控制器130控制开关单元导通MDB编码器100。在这种情况下，例如编码控制器130可以通过编码选择控制信号将开关110的输入端口与连接到MDB编码器100的输出端口相连，从而使得能够对输入的TWDM-PON信号进行MDB编码。

另一方面，如果系统中不包含RF视频信号(即，仅需要在该叠加系统中发送TWDM-PON信号而不需要发送RF视频信号)，则编码控制器130控制开关单元断开MDB编码器100。在这种情况下，例如编码控制器130可以通过编码选择控制信号将开关110的输入端口与绕过MDB编码器100的输出端口相连，从而使得不对输入的TWDM-PON信号进行MDB编码。换句话说，当系统中不包含RF视频信号时，不对输入的TWDM-PON信号执行本发明所述的MDB编码而仅对其执行常规的NRZ编码。

执行了MDB编码或者NRZ编码的编码后的数据被输入到激光 驱动器140以驱动激光发射器150发射激光。

图3示出了根据本发明一种实施方式的MDB编码器100的结构的示意图。

如图3中所示，MDB编码器100包括预编码单元101和MDB编码单元102。预编码单元101被配置为对输入的TWDM-PON信号(例如原始NRZ数据)执行差分预编码，MDB编码单元102被配置为对预编码后的TWDM-PON信号执行MDB编码以降低TWDM-PON信号的低频部分的PSD。

如图3中进一步详细示出的，在一种实现中，预编码单元101包括第一延迟线路1011和第一逻辑门1012。第一延迟线路1011将预编码后的TWDM-PON信号(Bn)延迟一比特，第一逻辑门1012将原始TWDM-PON信号(An)与由第一延迟线路1011延迟后的预编码后的TWDM-PON信号(即延迟后的Bn)执行模2加运算(或称异或运算)，以产生预编码后的TWDM-PON信号。例如，假设输入的TWDM-PON信号(NRZ编码的原始数据)An为“0101101101001100”，则所产生的差分预编码信号Bn为“0110110110001000”。注意，这里假设Bn的第一比特为0。

预编码后的TWDM-PON信号Bn被引入到MDB编码单元102进行MDB编码。如图3中所示，MDB编码单元102包括第二延迟线路1021和第二逻辑门1022。第二延迟线路1021用于将预编码后的TWDM-PON信号延迟二个比特，第二逻辑门1022用于将由第二延迟线路1021延迟后的TWDM-PON信号与预编码后的TWDM-PON信号相减，以产生MDB编码后的TWDM-PON信号。例如，假设差分预编码信号Bn为“0110110110001000”，则MDB编码后的信号Cn为“011-101-101-1-1010-10”。

图5(a)-5(c)分别示出了原始TWDM-PON信号(An)、预编码后的信号(Bn)和MDB编码后的信号(Cn)的波形的示意图。

对于使用根据本发明所述的MDB编码的TWDM-PON信号来说，接收机侧可以对其执行相应的解码操作。

图2示出了根据本发明的实施方式的包含MDB解码器的用于TWDM-PON的接收机20的示意图。

如图2中所示，接收机20包括光电检测器250、TIA 260和LA270，用于分别对所接收到的TWDM-PON信号进行预处理，例如光电检测和放大。光电检测器250、TIA 260和LA 270与现有技术中的相同或类似，因此不再赘述。

根据本发明的用于TWDM-PON的接收机20包括MDB解码器200和时钟和数据恢复(clock and data recovery，CDR)单元240。MDB解码器200执行与图1中的MDB编码器100相反的操作。具体而言，MDB解码器200被配置为对接收的TWDM-PON信号进行整形，以恢复TWDM-PON信号的低频部分的PSD。CDR单元240被配置为对接收的TWDM-PON信号执行时钟和数据恢复，以恢复接收的原始数据。

接收机20还包括开关单元，如图2中所示的开关210和开关220。接收机20的开关单元被配置为当该叠加系统中包含RF视频信号时例如当运营商除了发送TWDM-PON信号之外还通过该叠加系统发送了RF视频信号时)，导通MDB解码器200以对接收的TWDM-PON信号进行解码。此外，接收机20的开关单元还被配置为当该叠加系统中不包含RF视频信号时，导通所述CDR单元240以使得由CDR单元240对接收的TWDM-PON信号进行恢复，而绕过MDB解码器200。

在图2中，接收机20的开关单元被显示为包括两个1x2的电子开关，即开关210和开关220，然而本发明并不局限于此，接收机20中的开关单元可以包括其他类型的开关或者其他数目的开关。例如，开关单元可以仅包含开关210或开关220中的一个。

此外，接收机20还包括编码控制器230，其被配置为根据是否在系统中发送RF视频信号而触发开关单元。具体而言，如果系统中包含RF视频信号(即，在该叠加系统中将RF视频信号与TWDM-PON信号一起发送)，则编码控制器230控制开关单元导通 MDB解码器200。在这种情况下，例如编码控制器230可以通过编码选择控制信号将开关210的输入端口与连接到MDB解码器200的输出端口相连，从而使得能够对接收的TWDM-PON信号进行MDB解码。

另一方面，如果系统中不包含RF视频信号(即，仅在该叠加系统中发送了TWDM-PON信号而未发送RF视频信号)，则编码控制器230控制开关单元断开MDB解码器100而导通CDR单元240。在这种情况下，例如编码控制器230可以通过编码选择控制信号将开关210的输入端口与导通CDR单元240的输出端口相连，从而使得对接收的TWDM-PON信号进行常规CDR操作而不进行MDB解码。换句话说，当系统中不包含RF视频信号时，不对接收的TWDM-PON信号执行本发明所述的MDB解码而仅对其执行常规的NRZ解码。

图4示出了根据本发明一种实施方式的MDB解码器200的结构的示意图。

如图4中所示，MDB解码器200包括差分解码单元201和MDB解码单元202。差分解码单元201被配置为对接收的TWDM-PON信号进行差分解码以恢复TWDM-PON信号的低频部分的PSD，MDB解码单元202被配置为对差分解码后的TWDM-PON信号执行MDB解码。

如图4中进一步详细示出的，在一种实现中，差分解码单元201包括第一延迟线路2011和第一逻辑门2012。第一延迟线路2011将接收的TWDM-PON信号(Cn)延迟二比特，第一逻辑门2012将接收的TWDM-PON信号(Cn)与由第一延迟线路2011延迟后的差分解码后的TWDM-PON信号(即延迟后的Bn)执行模2加运算(或称异或运算)，以产生差分解码的TWDM-PON信号。例如，假设接收的TWDM-PON信号Cn为“011-101-101-1-1010-10”，则差分解码后的TWDM-PON信号Bn为“0110110110001000”。注意，这里假设Bn的第一比特为0。

差分解码后的TWDM-PON信号Bn被引入到MDB解码单元202进行MDB解码。如图4中所示，MDB解码单元202包括第二延迟线路2021和第二逻辑门2022。第二延迟线路2021用于将差分解码后的TWDM-PON信号延迟一个比特，第二逻辑门2022用于将由第二延迟线路2021延迟后的TWDM-PON信号与差分解码后的TWDM-PON信号相减，以产生MDB解码后的TWDM-PON信号。

此外，MDB解码器200还包括取绝对值单元203，其用于将MDB解码后的TWDM-PON信号执行取绝对值操作。这里，取绝对值单元203将电平1和电平-1都对应于二进制1，而电平0对应于二进制0，从而恢复原始数据An。

例如，假设差分解码后的信号Bn为“0110110110001000”，则最终MDB解码后的信号(即原始TWDM-PON信号)An为“0101101101001100”。

图6示出了根据本发明的MDB编码方法与已知的NRZ编码和米勒编码方法的PSD的比较图。

由于拉曼串扰取决于功率谱，尤其是低频分量，所以降低调制信号中的频点的功率将会降低相同频率处的串扰水平。图6中示出了针对10Gb/s信号的串扰NRZ数据和所建议的MDB方法之间的功率谱密度比较。显然，所建议的MDB编码方法对于TWDM-PON信号具有显著降低的功率谱密度，尤其是在低频区。在50MHz的频率，与NRZ数据相比功率降低大约25dB，这表示RF视频信号上的拉曼散射串扰能够降低25dB，远远优于传统方案。同时，所建议的TWDM-PON中的MDB编码方法与已知的米勒编码方法相比带宽更窄，如图6中所示。因此，其提高了色散的鲁棒性并且还降低了带宽需求，从而节省了成本。

图7示出了包含本发明建议的用于TWDM-PON的收发机(发射机和接收机)的RF视频叠加TWDM-PON的系统的架构的示意图。

如图7中所示，对于TWDM-PON信号的每个波长信道(λ₁,λ₂,λ₃,λ₄…)，使用所建议的MDB编码方法的光收发机有效地抑制了拉曼 串扰，同时不需要RF视频收发机进行任何改变。所编码的多波长TWDM-PON信号可以通过共存滤波器与RF视频信号复用，然后分发给远程光网络单元(ONU)。

本发明的独特优点包括：

通过对TWDM-PON信号的PSD分布进行整形，大大降低了低频区的拉曼串扰，例如在仿真中将其有效地降低了大约25dB，这远远超过了传统方法(米勒编码、RF滤波等)的能力；

建议了用于执行PSD整形的新的MDB编码方法；

使得RF视频信号和TWDM-PON信号能够在同一ODN网络中并存；

通过引入MDB编码增强了对色散的鲁棒性；

与现有的占用2倍比特率带宽的米勒编码方法不同，本发明中建议的MDB编码方法带宽更窄，因此可以避免在收发机中使用宽带光电设备，降低了对于收发机的光电设备的带宽要求。

在一个或多个示例性设计中，可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现本申请所述的功能。如果用软件来实现，则可以将所述功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上，或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码来传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括有助于计算机程序从一个地方传递到另一个地方的任意介质。存储介质可以是通用或专用计算机可访问的任意可用介质。这种计算机可读介质可以包括，例如但不限于，RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁存储设备，或者可用于以通用或专用计算机或者通用或专用处理器可访问的指令或数据结构的形式来携带或存储希望的程序代码模块的任意其它介质。并且，任意连接也可以被称为是计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字用户线(DSL)或诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术来从网站、服务器或其它远程源传输的，那么同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或诸如红外线、 无线电和微波之类的无线技术也包括在介质的定义中。

可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑、分立硬件组件或用于执行本文所述的功能的任意组合来实现或执行结合本公开所描述的各种示例性的逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，或者，处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP内核的结合，或者任何其它此种结构。

本领域普通技术人员还应当理解，结合本申请的实施例描述的各种示例性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现成电子硬件、计算机软件或二者的组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的这种可互换性，上文对各种示例性的部件、块、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般性描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和施加在整个系统上的设计约束条件。本领域技术人员可以针对每种特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本发明的保护范围。

本公开的以上描述用于使本领域的任何普通技术人员能够实现或使用本发明。对于本领域普通技术人员来说，本公开的各种修改都是显而易见的，并且本文定义的一般性原理也可以在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下应用于其它变形。因此，本发明并不限于本文所述的实例和设计，而是与本文公开的原理和新颖性特性的最广范围相一致。