具有改进误码率的激光收发器的制作方法

本发明涉及一种激光收发器，特别是一种具有交叉点调整电路的注入锁定激光收发器，用于改善波分复用无源光网络中使用的误码率。

背景技术：

曾经光通讯网络通常是“点对点”类型的网络，包括通过光纤连接的发射器和接收器。这种网络相对容易构造，但配备许多光纤来连接多个用户。随着与此网络连接的用户数目增加以及光纤数迅速增加，配备和管理许多光纤变得复杂且昂贵。

通过使用从网络的发送端例如光线路终端(opticallineterminal；olt)到远达20公里或以上的远程分支点的单个“主干”光纤，无源光网络(passiveopticalnetwork；pon)解决了这个问题。开发这种无源光网络的一个挑战是有效利用主干光纤的容量，从而在主干光纤上传送最大可能数量的信息。使用波分复用(wavelengthdivisionmultiplexing；wdm)将不同波长的不同光信号多路复用，光纤通讯网络可以增加在单个光纤上载送的信息量。举例来说，波分复用-无源光网络(wdm-pon)中，单个主干光纤将多信道波长的光信号载送至光分支点且载送来自光分支点的多信道波长的光信号，以及通过引导到个体用户或者来自个体用户的不同波长的信号，分支点提供简单的路由功能。在每一用户位置处，光网络终端(opticalnetworkingterminal；ont)或者光网络单元(opticalnetworkingunit；onu)被分配用于发送和/或接收光信号的一个或多个信道波长。

然而，波分复用-无源光网络(wdm-pon)中的挑战在于设计一种网络，将允许在任何用户位置处的光网络终端或者光网络单元中使用相同的发射器。为了便于波分复用-无源光网络中的部署和维护，期望具有其波长可被改变或调谐的“无色”光网络终端/光网络单元，这样在无源光网络上的任何光网络终端/光网络单元中可以使用单个装置。利用“无色”光网络终端/光网络单元，操作员仅仅需要可用于任何用户位置的单个、通用的发射器或收发器装置。

一或多个可调谐激光器用于为波分复用系统或者网络比如波分复用-无源光网络中的光信号选择不同的波长。多年来已经开发出各种不同类型的可调谐激光器，但是大多数是为了获得高性能的高容量骨干连接而开发且具有相对高成本。已经开发出低成本的可调谐激光器，举个例子，比如经过过滤的宽带光源(broadbandlightsource；bls)播种的注入锁定(injectionlocked；il)激光器。注入锁定激光器被有效地调谐为宽带光源滤波器的通带相关的波长。然而，注入锁定激光器通常比其他的可调谐激光器噪声大、更贵，并且相比其他更贵的激光器缺少线性特性。这点可导致调制信号的脉宽失真，造成通信的误码率(biterrorrate；ber)增加。

技术实现要素：

附图说明

通过阅读以下具体实施方式以及结合图式，将更好地理解这些和其它特征和优点，其中：

图1为符合本揭露实施例的包括至少一个收发器之波分复用光通信系统的顶层示意图。

图2为符合本揭露实施例的包括至少一个收发器之波分复用无源光网络的示意图。

图3为符合本揭露实施例的具有改进误码率的光收发器的示意图。

图4为符合本揭露实施例的眼图的信号图。

图5为符合本揭露另一实施例的光收发器的交叉点控制电路的示意图。

具体实施方式

符合本文描述的实施例的具有改进误码率的激光收发器通常包括具有驱动器电路的注入锁定(il)激光发射器模块，用于调整调制射频信号的交叉点，以降低传输期间的失真。收发器还包括具有低通滤波器的接收器模块以降低高频接收噪声，以及包括判决门限电路，用于将接收的信号判决门限降低到噪声减少的水平。基于系统的操作特性，举个例子，比如所使用的注入锁定激光器的类型，微控制器或其它处理器可自适应地设置和/更新用于传输的交叉点和用于接收的判决门限的调整。

激光收发器可用于波分复用无源光网络中。举个例子，收发器可以被结合到波分复用无源光网络的光网络终端(ont)、光线路终端(olt)或者光网络单元(onu)中。噪声和失真的降低可以降低通信误码率且改善光网络上的通信。

本文所使用的“信道波长”指与光信道相关的波长且包括中心波长周边的特定波长。一个例子中，国际电信联盟(internationaltelecommunicationunion，itu)标准定义信道波长，比如国际电信联盟-电信标准局(itu-t)高密度波分复用(dwdm)网格(grid)。本文所使用的“调谐到信道波长”指调整激光器输出，这样发射的激光包括此信道波长。本文使用的术语“耦合”指任何连接、耦合、链接等，以及“光耦合”指耦合这样来自一个元件的光线被传递至另一元件。这种“耦合”装置并非必须彼此直接连接，以及可以通过操纵或修改这种信号的中间部件或装置被分离。

请参考图1，图中表示且描述符合本揭露实施例的波分复用光通信系统100，包括具有降低误码率的一或多个收发器102。波分复用系统100包括一或多个终端110、111、112，耦合于主干光纤或路径114的每一端，用于传输或接收主干光路径114上的不同信道波长的光信号。终端110可以是光线路终端(olt)，而终端111和112可以是光网络单元(onu)。波分复用系统100每一端处的终端110、111、112包括一或多个收发器102，收发器102进一步包括不同信道(例如，信道1至信道n)相关的发射器120(例如，tx1至txn)和接收器122(例如，rx1至rxn)，用于发射和接收一或多个终端110、111、112之间的不同信道波长的光信号。

每一终端110、111、112包括一或多个发射器120和接收器122，以及发射器120和接收器122可以是单独的或者在终端内集成为收发器。波分复用系统100的每一端处的光复用器/解复用器116、118将不同信道波长的光信号组合和分离。在主干光路径114上载送包括组合信道波长的聚合波分复用光信号。发射器120的一或多个为可调谐发射器，能够基于宽带光源的播种，通过注入锁定被调谐到合适的信道波长，以下将更加详细地加以描述。因此，发射器120可以被构造为通用的发射器，能够用于波分复用系统100的不同位置中，以及基于波分复用系统100中的位置被调谐为合适的信道波长。

请参考图2，图中更加详细地表示图1的波分复用光通信系统的实施例。符合本揭露实施例的一或多个收发器用于发射和接收波分复用-无源光网络(wdm-pon)200中的光信号。波分复用-无源光网络200利用波分复用系统提供点对多点光网络架构。依照波分复用-无源光网络(wdm-pon)200的一个实施例，通过光纤、波导和/或路径114，至少一个光线路终端(olt)110耦合于多个光网络终端或者光网络单元111、112、...、等。光线路终端110和光网络单元111、112包括一或多个光收发器102，用以提供降低的误码率，以下将更加详细地加以描述。

光线路终端110位于波分复用-无源光网络200的中心局(centraloffice)处，以及光网络单元111、112位于家庭、商业或者其它类型的用户位置或经营场所。光解复用器118或者分支点用于耦合主干光路径114到分离的光路径，以到达各个用户位置的光网络单元111、112。分支点包括一个或多个无源耦合装置，比如分路器(splitter)或光复用器/解复用器。光复用器/解复用器，例如116、118可以是阵列波导光栅(awg)，用于组合和/或分离各个不同信道波长(例如，例如，λll、λl2、...λln)的光信号。一个例子中，光网络单元111、112位于距离光线路终端110约20公里或更少的位置。

波分复用-无源光网络200的一个应用是提供光纤到屋(fibertothehome，ftth)或光纤入户(fibertothepremises，fttp)，能够跨越共同平台传送音频、数据和/或视频服务。这个应用中，中心局与提供这些音频、数据和/或视频的一或多个来源或网络耦合。

波分复用-无源光网络200中，不同的光网络单元111、112被分配不同的信道波长以用于发送和接收光信号。一个实施例中，波分复用-无源光网络200使用不同的波长波段以相对光线路终端110传输下行和上行光信号，以避免同一光纤上接收的信号和背向反射的传输信号之间的干扰。举个例子，l-波段(例如，约1565至1625纳米)用于来自光线路终端110的下行传输，以及c-波段(例如，约1530至1565纳米)用于到光线路终端110的上行传输。上行和/或下行信道波长通常对应国际电信联盟网格。一个例子中，上行波长对准100ghz的国际电信联盟网格，以及下行波长与100ghz的国际电信联盟网格略有偏移。

因此，光网络单元111、112在l-波段内和c-波段内被分配不同的信道波长。位于光网络单元111、112内的收发器或接收器用以接收l-波段(例如，λl1、λl2、...λln)中至少一个信道波长上的光信号。基于以下将更加详细解释的激光器的播种，位于光网络单元111、112内的收发器或发射器用以发射c-波段(例如，λc1、λc2、...λcn)中至少一个信道波长上的光信号。其它波长和波长波段也处于本文所描述的系统和方法的范围内。

光网络单元111、112的一个实施例包括收发器102，收发器102包括注入锁定(il)激光器和光检测器(photodetector)。注入锁定激光器用于发射指定信道波长(λc1)的光信号。光检测器比如为光二极管，用于接收指定下行通道波长(λl1)的光信号。

光线路终端110用于产生不同信道波长的多个光信号(例如，λl1、λl2、...λln)，以及将这些光信号组合到在主干光纤或路径114上载送的下行波分复用光信号内。光线路终端110还用于从主干路径114上载送的上行波分复用光信号中分离不同信道波长(例如，λc1、λc2、...λcn)的光信号，以及接收经过分离的光信号。

基于以下将详细解释的激光的播种，位于光线路终端110内的收发器或发射器用于在l-波段(例如，λl1、λl2、...λln)中的至少一个通道波长上发射光信号。其他波长和波长波段也处于本文描述的系统和方法的范围内。

收发器102的注入锁定激光器由射频数据信号调制，以产生各自的光信号。利用包括外部调制和直接调制的各种调制技术调制激光器。

一个实施例中，一或多个宽带光源(bls)，例如c-波段宽带光源232和l-波段宽带光源234，分别用于在期望的波长范围比如c-波段或l-波段上产生宽带光。模块232和234产生的宽带光通过光耦合器236被耦合到主干路径114内，这样l-波段播种被提供至光线路终端110，以及c-波段播种被提供至光网络单元111、112。c/l滤波器模块230被提供于到每一收发器102的路径中，以及用以分别从输出的l-波段(或者c-波段)波长光中分离进入的c-波段(或，l-波段)波长光。因此，举个例子，光线路终端110的每一收发器102的接收器122将接收被分配到那个接收器的合适的c-波段信号波长。同样，光线路终端的每一收发器102的每一发射器120的注入锁定激光器将接收合适的l-波段波长播种信号，这样注入锁定激光器将在l-波段内依照指定波长发射。

类似地，举个例子，光网络单元111、112的每一收发器102的接收器122将接收被指定给那个收发器的合适的l-波段信号波长。同样，光网络单元的每一收发器102的每一发射器120的注入锁定激光器将接收合适的c-波段波长播种信号，这样注入锁定激光器在c-波段内依照指定波长发射。

请参考图3，将更加详细地描述具有改进误码率的收发器。一些实施例中，收发器102包括发射器部件330(例如，图1之发射器120)和接收器部件340(例如，图1之接收器122)，其中之一或者两者处于处理器或者微控制器单元(micro-controllerunit；mcu)312之控制下，以下将加以解释。

发射器部件330包括注入锁定激光器二极管306，用于产生期望波长范围的激光，用于在光网络比如波分复用-无源光网络200上传输。注入锁定激光器被视为“无色”激光器，因为它没有预定义的激光波长，而是在注入种子光的波长发射，以及在相对广泛的波长范围上锁定到注入种子光上。波分复用无源光网络滤波器310用作窄带通光滤波器，过滤宽带光源(bls)308播种的激光器二极管306。宽带光源(bls)308发射覆盖宽波长范围的光线。滤波器310用于向下过滤宽带光源308所提供的光线，到与激光器306期望波长对应的波长范围，由此对激光器播种用于依照那个波长传输。一些实施例中，滤波器310为薄膜滤波器或者阵列波导光栅。举个例子，宽带光源308对应图2的c-波段宽带光源232和l-波段宽带光源234。举个例子，波分复用无源光网络滤波器310被结合到图2的光复用器/解复用器(例如，阵列波导光栅)模块116、118中。

激光二极管驱动器电路304电耦合激光器306，以及通过施加驱动电流驱动激光器以诱发激光。激光驱动器电路304利用电信号调制激光器306，此电信号表示用于传输发射数据(txdata)332的信号，通常将被提供为射频信号。由此，驱动器304使得激光器306产生调制光信号，用于依照期望的信道波长传输。如下所述，交叉点控制电路302用于调整发射数据信号332的波形形状，以改善信号的传输特性。

发射数据信号332为二进制信号(比如，开关键控调制信号)，具有在逻辑“0”信号电平相关的第一值和逻辑“1”信号电平相关的第二值之间转变的振幅或电压，如图4(a)所示，图4(a)通常被称为“眼”图。图4(a)所示的信号相对干净且对称(例如，交叉点近似于两个信号电平之间的中间)。这种情况下，在传输和接收调制光信号以后，可直接区分“1”和“0”。不幸的是，宽带光源308通常为放大自发辐射(amplifiedspontaneousemission；ase)光源，由于其性质的缘故，来自注入锁定激光器306的光线通常比更贵的分布反馈式(distributedfeedback；dfb)或法珀(fabry-perot；fp)激光器所产生的光线噪声更大。此外，注入锁定激光器的制造技术导致激光器芯片设计具有更长的尺寸长度，对注入锁定激光器的线性带来负面影响。这种非线性将眼图的交叉点朝“0”电平方向向下偏移(例如，“0”信号的脉宽不同于“1”信号的脉宽)，导致通信错误(例如，更高的误码率)。图4(b)表示这种更大噪声和失真信号的例子。

透过将信号预失真以将交叉点向更高数值或电平偏移，交叉点控制电路302调整用于调制/驱动激光器的发射数据信号332的波形形状。这种预失真至少部分地补偿注入锁定激光器的非线性特性所引入的后续信号失真。因此，得到的传输光信号具有更接近电平“1”和电平“0”信号之间的期望中间点的交叉点。微控制器单元312控制预失真的量，预失真的量取决于所使用的特定注入锁定激光器的特性，例如已测量的或者其他方式已知的失真，和/或任意其他相关因素。

接收器部件340包括光检测器320，用于接收来自光网络例如波分复用无源光网络200的光信号。接收的信号也可以是二进制信号(例如，开关键控调制信号)。一些实施例中，光检测器包括跨阻放大器，以在执行后续处理操作以前对接收的信号提供初始放大。光检测器将接收的光信号转换为电信号，例如处于射频频率范围中。低通滤波器318处理光检测器320的输出，以限制接收的信号的带宽，以及去除注入锁定激光器和/或通过光网络的传输引入的较高频率的噪声。低通滤波器具有截止频率，高于截止频率的噪声被滤波。一些实施例中，截止频率可以是固定的或者可调的。

判决门限电路316设定门限，用于判定接收的信号表示逻辑“0”信号电平或者逻辑“1”信号电平。图4(b)表示示例性判决门限402。没有噪声、失真或其它不良干扰时，判决门限被设定为近似满刻度信号幅度的50％或者近似电平“1”和电平“0”相关的期待信号幅度之间的中间。然而，实践中，由于注入锁定激光器的操作特性的缘故，更多的噪声通常与“1”电平有关，所以较低的判决门限可以提高接收器性能。一些较佳实施例中，判决门限处于满刻度信号幅度(例如，电平“1”相关的期望信号幅度)的近似20％至30％范围中的。

一些实施例中，响应收发器系统和/或光网络的变化特性或条件，可以自适应地设定判决门限。举个例子，由微控制器单元312设定门限。

一些实施例中，判决门限调制作为后放大电路或模块314的一部分被执行，后放大电路或模块314提供接收的数据信号接收数据342至光网络单元或光线路终端，例如作为期望电压范围中的射频信号。

交叉点控制电路302和判决门限电路316处于处理器或微控制器单元312的控制下，举个例子，处理器或微控制器单元312从采用收发器102的外部实体在数字总线350上接收数据/命令。一些实施例中，数字总线符合内部集成电路(inter-integratedcircuit：i²c)标准或者小外型封装(smallformfactor；sff)多源协议(multi-sourceagreement；msa)标准。举个例子，微控制器单元用于接收请求或指令以调整调制发射信号的交叉点或者调整接收信号的判决门限。与那个请求响应，微控制器单元产生实现这些条件的必要控制信号，以及提供这些控制信号至交叉点控制电路302和/或判决门限电路316。微控制器单元基于软件执行/编程、固件、硬件或者其任意组合而操作。

一些实施例中，收发器电路102符合小外型封装(sff)或者小型可插拔(smallformfactorpluggable；sfp)收发器尺寸规格的尺寸。例如，1998年1月6日的“小外型封装收发器多源协议”以及2000年9月14日的“小型可插拔收发器多源协议”中阐述了这些尺寸。应该理解，本文描述的误码率降低技术使用相对较不复杂的注入锁定激光器，允许减少收发器的尺寸(和成本)。这至少部分有助于符合小外型封装/小型可插拔规范的能力。

请参考图5，图中更加详细地表示了交叉点控制电路302的一个示例性实施例之示意图。差分驱动器电路502用于将发射数据信号332转换为不同版本的信号(例如，tx+和tx-)，各自分别耦合于偏压电路504和506。偏压电路504、506将每一差分分量的电平偏移，微控制器单元312为每一偏压电路504、506提供偏压平衡信号508，这样产生的差分信号510的交叉点被调整到更高的数值。

因此，符合本文描述的实施例的具有信号交叉点控制和判决门限电路的光收发器可在波分复用无源光网络上提供误码率降低的通信。光收发器使用相对便宜的注入锁定激光器且符合相对小的外型封装。

符合一个实施例的光收发器通常包括注入锁定激光器和激光驱动器电路。注入锁定激光器用于产生发射(tx)光信号，用于在光网络上传输。激光驱动器电路基于发射数据信号调制注入锁定激光器。发射数据信号被提供至光收发器用于在光网络上传输。发射数据信号包括与第一信号电平和第二信号电平之间的转变相关的交叉点电平。光收发器还包括交叉点控制电路，用于施加失真至发射数据信号，失真用光网络单元于增加交叉点电平。

符合另一实施例的光网络单元包括注入锁定(il)激光器，产生用于依照传输信道波长在光网络上传输的发射光信号，其中传输信道波长为l-波段或c-波段其中之一。光网络单元还包括激光驱动器电路，基于发射数据信号调制注入锁定(il)激光器，发射数据信号被提供至光收发器用于在光网络上传输。发射数据信号包括第一信号电平和第二信号电平之间的转变相关的交叉点电平。光网络单元还包括交叉点控制电路，用以施加失真至发射数据信号，失真用以增加交叉点电平。光网络单元进一步包括光检测器，用以将来自光网络的接收(rx)光信号转换为电接收数据信号，接收光信号在l-波段或c-波段其中之一的接收信道波长处被接收。

符合另一实施例的波分复用系统包括多个终端，与各个不同信道波长相关且在各个不同的信道波长上发射光信号。多个终端至少其中之一包括至少一个光收发器。光收发器包括注入锁定(il)激光器，用以产生在光网络上传输的发射(tx)光信号。光收发器还包括激光驱动器电路，基于发射数据信号调制注入锁定(il)激光器，发射数据信号被提供至光收发器用于在光网络上传输。发射数据信号包括第一信号电平和第二信号电平之间的转变相关的交叉点电平。光收发器进一步包括交叉点控制电路，用以施加失真至发射数据信号，失真以增加交叉点电平。

符合再一实施例的一种方法包括提供一种注入锁定(il)激光器，产生在光网络上传输的发射(tx)光信号。这种方法还包括基于发射数据信号调制注入锁定(il)激光器，发射数据信号被提供至光收发器用于在光网络上传输。发射数据信号包括第一信号电平和第二信号电平之间的转变相关的交叉点电平。这种方法进一步包括施加失真至发射数据信号以增加交叉点电平。这种方法进一步包括将来自光网络的接收(rx)光信号转换为电接收数据信号；以及调整门限用于判定接收数据信号是否对应第一信号电平或第二信号电平。

虽然本文已经描述了本发明的原理，但是本领域的普通技术人员应该理解本说明仅为示例说明以及并非限制本发明的范围。除了所示及描述的代表性实施例外，在本发明的范围内可预想到其它的实施例。本领域的普通技术人员其中之一的修改或替代被视为在本发明的范围内，本发明的范围以权利要求书为准。