集成光收发器、光网络系统、光通信系统及方法

专利名称：集成光收发器、光网络系统、光通信系统及方法
技术领域：
本发明涉及光通信领域，尤其涉及光网络系统以及用于该系统中的光收发器。
背景技术：
随着网络电话(VoIP)和网络电视(IPTV)的流行，越来越多的用户希望可以从他 们的驻地接入这些服务。相似地，商业用户现在也需要提供到他们的驻地的越来越大的带 宽，并保证必要的服务质量。为了满足这些需要，网络运营商正在建立具有不同网络拓扑的 光接入网络，诸如具有多种不同的接入传送方案(包括BPON、EPON、GPON、WDM-P0N和有源 以太网)的光纤到驻地、光纤到节点、光纤到楼。随着服务提供商的网络变得越来越复杂， 为确保服务等级协议(SLA)和保证客户满意度，可靠的服务和对网络的有效管理对于服务 提供商来说已经变成关键挑战。

发明内容
根据一个概括方面，本发明涉及一种集成光收发器，其包括光接收器，其响应于 第一光信号而在接收电接口处生成第一电信号；光发射器，其响应于在发射电接口处接收 的第二电信号而发射第二光信号；第一光分路装置，其在接收光接口处接收第一光信号并 将第一光信号的至少一部分导至光接收器；第二光分路装置，其将第二光信号导至发射光 接口。第一光分路装置能够将第一光信号的至少一部分导至第二光分路装置。第二光分路 装置能够将从第一光分路装置接收的该部分第一光信号导至发射光接口。根据另一个概括方面，本发明涉及一种光通信系统，其包括第一光收发器模块，所 述第一光收发器模块包括电源失效监视器，其被配置为检测第一光收发器模块中的临近 电源失效并当在第一光收发器模块中检测到临近电源失效时产生断电告警(dying gasp) 信号；第一光发射器，其被配置为在发射光接口处输出包括断电告警信号的第一光信号。所 述光通信系统还包括第二光收发器模块，所述第二光收发器模块包括第二接收器，其被配 置为通过光链路接收来自第一光收发器的包括断电告警信号的第一光信号并响应于第一 光信号而输出第二电信号；断电告警检测器，其被配置为检测第一光信号或第二电信号中 的断电告警信号。根据另一个概括方面，本发明涉及一种光网络系统，其包括多个第一光收发器模 块。所述第一光收发器模块包括第一发射器，其可以响应于下行调制控制信号和包括下行 用户数据的第一下行电信号而输出下行光信号；第一接收器，其可以接收上行光信号，其中 所述上行光信号包括上行用户数据和载有上行管理信息的上行调制信号，其中第一接收器 可以输出包括上行调制信号的第一电信号和包括上行用户数据的第一上行电信号；第一处 理单元，其能够响应于下行管理信息而生成下行调制控制信号以及解调第一电信号以提取 上行管理信息。所述光网络系统还包括第一波长滤波器。所述第一波长滤波器包括多个第 一分支端口，每个第一分支端口与一个第一光收发器模块相关联，并被配置为接收来自其 所关联的第一光收发器模块中的第一发射器的下行光信号并向其所关联的第一光收发器模块中的第一接收器发送上行光信号，其中所述每个第一分支端口均与波长通道相关联； 第一公共端口，其可以输出在任一第一分支端口处接收到的下行光信号。所述光网络系统 还包括多个第二光收发器模块。所述第二光收发器模块包括第二接收器，其能够接收下行 光信号并输出第二电信号，其中所述第二电信号包括下行调制控制信号和包括下行用户数 据的第二下行电信号；第二处理单元，其可以解调第二电信号以提取下行管理信息，并响应 于上行管理信息而生成上行调制控制信号；以及第二发射器，其可以响应于上行调制控制 信号和包括上行用户数据的第二上行电信号而发射上行光信号。所述光网络系统还包括第 二波长滤波器，所述第二波长滤波器包括多个第二分支端口，每个第二分支端口被配置为 接收来自一个第二光收发器模块的上行光信号并向该第二光收发器模块发送下行光信号； 第二公共端口，其可以向第一公共端口输出上行光信号并接收来自第一公共端口的下行光 信号。根据另一个概括方面，本发明涉及一种利用光收发器的光通信方法。该方法包括 响应于第一光信号而由光接收器在接收电接口处生成第一电信号；响应于在发射电接口处 接收的第二电信号而由光发射器发射第二光信号；由第一光分路装置在接收光接口处接收 第一光信号；由第一光分路装置将第一光信号的至少一部分导至光接收器；由第二光分路 装置将第二光信号导至发射光接口 ；由第一光分路装置将第一光信号的至少一部分导至第 二光分路装置；由第二光分路装置将从第一光分路装置接收的该部分第一光信号导至发射 光接口。根据另一个概括方面，本发明涉及一种光通信方法。该方法包括由电源失效监视 器检测第一光收发器模块中的临近电源失效；当在第一光收发器模块中检测到临近电源失 效时由电源失效监视器产生断电告警信号；在发射光接口处输出包括断电告警信号的第一 光信号；由第二光收发器模块中的第二接收器接收来自第一光收发器的包括断电告警信号 的第一光信号；响应于第一光信号而输出第二电信号；由断电告警检测器检测第一光信号 或第二电信号中的断电告警信号。所述系统的实施方式可以包括下列中的一个或多个。第一光分路装置和第二光分 路装置可以包括分光器，光开关或可调光衰减器。接收电接口和发射电接口符合包括SFF、 SFP、XFP和SFP+在内的行业标准。接收电接口和发射电接口可以被插入主机网络设备。集 成光收发器还可进一步包括电源失效监视器，所述电源失效监视器被配置为检测集成光收 发器中的电源失效并当在集成光收发器模块中检测到临近电源失效时产生断电告警信号， 其中所述光发射器被配置为至少部分地响应于断电告警信号而输出第二光信号。可以通过 第二光信号中的包络调制或开/关切换来承载断电告警信号。本发明实施例可能包括一个或多个下列优点。借助于通过建立光层通信通道(其 不干扰用户数据通信)而得到的对光通信的直接可靠的监控，所公开的系统和方法可以提 供更可靠的通信。所公开的系统和方法可以消除在某些传统光网络系统中对分界设备的需 求。通过集成在光收发器中的包括非干扰式光层通信通道、光层管理和数据反馈能力的功 能，光收发器的功能得以增强。在传统的光收发器中这些功能是不可用的。此外，在不向用户数据和本发明公开的光收发器所插入的主机设备增加开销的情 况下提供了光层管理。所公开的系统和方法在客户驻地不需要昂贵的装置(诸如数字封装 或额外的协同设备)。而且，所公开的光收发器符合行业标准的光收发器格式。所公开的光收发器能够被实现为从其所插入的主机设备接收电功率的装置。所公开的光收发器适用于 多通道光通信网络，诸如光终端、远程节点和光网络单元之间的光网络。此外，所公开的系统和方法提供了光环回，除数据环回功能外或者当数据环回功 能不可用时，所述光环回允许光链路的远程测试。光环回可以在光收发器装置中被实现并 在电源失效期间起作用。“断电告警”监视、报告和检测由响应更为快速的光层通信提供。虽然已经参考多个实施例而具体示出并描述了本发明，但是相关领域的技术人员 应当理解的是，可以对其进行各种形式和细节上的改变，而不偏离本发明的精神和范围。


图1是包括点对点光纤链路上的一对收发器的光网络系统的框图。图2是包括智能光收发器的光网络系统的框图。图3示出具有可插入式智能光收发器的示例光网络系统。图4是具有集成的光层管理能力的智能光收发器的示例框图。图5是具有集成的光层管理能力和数据环回功能的智能光收发器的示例框图。图6A是具有集成的光层管理能力和光环回功能的智能光收发器的示例框图。图6B和6C示出适合图6A中智能光收发器的示例光分路装置。图7示出光网络系统中在光层监视“断电告警”的示例性实施方式。图8是具有集成的光层管理能力和诸如远程数据环回、光环回和断电告警等其他 诊断功能的智能光收发器的示例框图。图9示出包含具有光层管理能力的智能光收发器的多通道光网络系统。
具体实施例方式参考图1，光网络系统100包括被安装在不同位置的网络设备101和102，它们能 够通过光链路103以光信号进行通信。光链路103可以包括例如单一光纤或者是包括一束 光纤的光缆。网络设备101包括光收发器110、数据处理单元114和管理模块112，光收发 器110被配置为执行光信号和电信号之间的转换，数据处理单元114能够处理通信信号，管 理模块112监视和控制网络设备101的功能。同样，网络设备102包括光收发器120、数据 处理单元124和管理模块122，光收发器120能够执行光信号和电信号之间的转换，数据处 理单元124能够处理通信信号，管理模块122监视和控制网络设备102的功能。可选地，高 层网络管理系统105管理整个网络系统100。举例来说，光网络系统100可以是电信服务或互联网服务提供商的网络。网络设 备101可以位于服务提供商的中心设备处，并通过管理模块112被网络管理系统105管理。 网络管理系统105和管理模块112之间的接口 106可以包括例如RS232控制台、以太网端 口以及其他类型的接口。网络设备102可以位于诸如客户驻地的远程位置。网络管理系统 105在本地管理设备101的同时只能远程地管理远端设备102。在某些实施例中，在下行方 向(从中心局到客户驻地)上，管理信息可通过接口 106从网络管理系统105传送到管理 模块112，然后通过通信接口 118传送到数据处理单元114。数据处理单元114处理下行管 理信息，然后向光收发器110发送既包括用户数据又包括下行管理信息的电信号。在本说明书中，术语“用户数据”指的是载有将在例如服务提供商与客户之间被传递的信息的数据。例如，“用户数据”可以包括在光通信网络中的不同点之间传递的视频数 据、语音数据和电子邮件数据。与“用户数据”相对比，“管理数据”仅被设备用来确保光网 络的正确运行。管理模块112也可以通过通信接口 116直接与光收发器110进行通信。光收发器 110将下行电信号转换为下行光信号。光收发器120经由光链路103接收下行光信号，把下 行光信号转换回下行电信号。数据处理单元124从来自光收发器120的下行电信号中提取 下行管理信息，并通过通信接口 128向管理模块122发送下行管理信息。在上行方向上，上 行管理信息采用从管理模块122通过数据处理单元124、光收发器120、光收发器110、数据 处理单元114以及管理模块112最终到网络管理系统105的相反的路径。在上述布置中，管理数据和用户数据共享网络设备101和网络设备102之间的光 链路103的带宽。这种管理数据的通信方式被称作“带内”通道通信。可以将“带内”管理 实现为数据帧中的专用管理开销，诸如以太网0ΑΜ(运营管理维护)，或者实现为封装用户 数据的数字封装。在后一情况下，所形成的光链路103的数据速率高于用户数据速率。“带 内”通道具有若干缺点。首先，在数据帧中有专用管理开销的情况下，由于带宽被分配给管 理数据，因此用户数据的带宽减小了。在数字封装的情况下，必须将复杂昂贵的数据处理芯 片添加到系统中。其次，网络设备101和网络设备102必须是可以完全互连互通的。然而， 网络设备101和102之间的互连互通并不一定总是存在，因为它们通常具有不同的制造时 期和不同的等级(运营商级对企业级)、被不同的机构(例如服务提供商和客户)拥有和操 作、由不同的程序进行维护(运营商级对企业级)。为了保证互连互通，业界在客户驻地安 装属于服务提供商所有并由其进行维护的额外的互连互通设备。这一做法在设备花费和运 营复杂性上都要付出很大的代价。参考图2，在某些实施例中，光通信系统200包括被安装在不同位置的网络设备 201和202，它们通过光链路203而连接。网络设备201包括智能光收发器210、数据处理单 元214和管理模块212，数据处理单元214对通信数据进行处理，管理模块212监视和控制 网络设备201。同样，网络设备202包括智能光收发器220、数据处理单元224和管理模块 222，数据处理单元224对通信数据进行处理，管理模块222监视和控制网络设备202。光收发器210和220分别包括调制解调器211和221。调制解调器211和221被 配置为向光收发器210和220之间的下行和上行数据信号施加非干扰式调制以及将该调制 恢复。调制解调器211和221是能够执行调制和解调功能的处理单元。可以将调制和解调 功能实现为集成电路，或者实现为在存储器上被存储为固件的软件应用。处理单元可以包 括一个或更多的处理装置。在本说明书中，“非干扰式调制”指的是对光通信系统中光收发器间的用户数据的 影响可以忽略不计的调制。例如，非干扰式调制可以包括对光数据信号进行的频率较低、幅 度较小的包络调制。这里包络指的是光数据信号的最大幅度的轨迹。光数据信号可以用作 二次调制的载波，与该载波的比特率相比所述二次调制较慢地改变包络的幅度。同用户数 据的光信号相比，包络调制的幅度能够保持为相对较小。应当理解的是，对用户数据信号的 小幅度包络调制仅是示例性的实施方式。所公开的系统和方法可以采用其他的调制和解调 技术，例如但不限于频率调制和相位调制。和较早所述的“带内”通信方法相对比，集成光调制解调器211和221对光信号的调制解调对用户数据传输的影响可以忽略不计。没有改变通过光链路203的用户数据的数 据包和数据速率。换而言之，光调制解调器211和221可以以非干扰的方式在光通信系统 200中实现“透明的”或“带外的”管理。光调制解调器211和221之间的链路204是通信 通道。在本说明书中，可以将光收发器210和220称为智能光收发器，这是因为他们包括常 规收发设备所不具备的智能元素。光通信系统200可以由网络管理单元205管理。光通信系统200中的下行管理 信息从网络管理单元205通过管理接口 206被发送到管理模块212。管理接口 206可以是 RS232控制台、以太网端口或其他类型接口。下行管理信息随后通过通信接口 216被发送到 智能光收发器210，通信接口 216可以是I2C (集成电路间，inter-integrated circuit)接 口。智能光收发器中的光调制解调器211对下行管理信息进行处理。光调制解调器211随 后对由智能光收发器210所生成的下行光信号应用包含管理信息的非干扰式调制。下行光 信号在通过光链路203传播之后被光收发器220接收。光调制解调器221通过解调下行光 信号而从下行光信号中提取下行管理信息。下行管理信息随后通过通信接口 226被发送到 管理模块222。同样，上行管理信息可以采用从管理模块222经过光收发器220、光收发器 210和管理模块212最终到达网络管理单元205的方向相反的路径。从而光通信系统200 具有扩展的管理能力，该扩展的管理能力对用户数据来说是透明和非干扰式的。管理数据信号可以由管理模块212、222和光收发器210、220来生成。例如，光收发 器210、220可以定时报告当前的发射和接收光功率，它们可以被用于分析下行和上行光纤 的链路质量。当随时间推移发生显著的劣化时，告警信息可以被发送到网络管理单元205。 除了监控光收发器210、220的状态外，管理模块212、222还可以监控设备201、202的其他 状态。例如，可以将数据处理单元224的运行状态通过非干扰式管理通道报告给网络管理 单元205。在某些实施例中，网络管理单元205响应于调制解调器211所提取的上行管理信 号而生成至少一部分下行管理信号。例如，当设备202初次上电并连接到设备201时，管理 模块222可以生成注册请求信息，并通过链路204将其发送给调制解调器211。所述注册请 求信息被调制解调器211提取，并被发送给网络管理单元205。网络管理单元205产生将返 回给管理模块222的确认信息。光通信系统200在无需传送和处理上层中的管理数据的情况下提供了用于光层 (或层1)中的管理数据的通信通道。光通信系统200以及所公开的其他系统和方法因此可 以提供“光层管理”，即在光层生成、处理和传输管理数据。光层管理不会导致用户数据传输 的变化。例如，用户数据的传输速率、数据格式和内容(开销和有效负荷)不受光层管理存 在的影响。中心局端的网络设备和光缆通常属于服务提供商所有。远端网络设备通常属于客 户所有并由其进行管理。当两部分网络设备由不同机构拥有和操作并且对“带内”管理标 准具有不同适应程度时，网络管理和状态监控可能变得很困难。更重要的，网络维护的成本 高，这是由于“故障巡检”(指携带必要的诊断工具、设备和备件的服务技术人员向现场或客 户驻地的分派，以用于定位和解决问题)。当发生网络故障时，对于服务提供商人员来说，理 想的是能够由服务提供商的场所提供报警信号或从其场所访问网络管理系统以确定故障 点和故障原因。换而言之，理想的是，服务提供商不仅能够监视和诊断位于服务提供商的场所的设备，而且还能够监视和诊断位于客户驻地的设备。在某些情况下，服务提供商可以在客户驻地配置分界设备来实现所需的远程管理 能力。分界设备是服务提供商拥有的一种网络终端设备(NTE)，因此它可以与服务提供商场 所的具有完全互连互通能力的设备进行通信。通过分界设备，可以将管理数据插入到用户 数据中和将其从用户数据中提取出来。虽然增加了成本，但分界设备可以有助于管理光网 络、减少运营支出和实施服务等级协定(SLA)。所公开的智能光收发器可以免除对这种分界设备的需要，从而可以在光通信网络 的构建和维护方面提供简易性、灵活性和低成本性。在某些实施例中，参考图3，光通信系统 300包括位于服务提供商场所的网络设备201、插入到位于远端(诸如客户驻地)的网络设 备302中的可插入式智能光收发器320。可插入式光收发器320能够通过电接口 322与网 络设备302进行通信。例如，网络设备302可以是企业的以太网交换机。可插入式光收发 器320可以是SFP (小型可插拔)光收发器，所述SFP光收发器包括集成的如上所述的调制 解调器，并可以被插入到企业以太网交换机上的标准SFP插槽内。在这种情况下，光收发器 的电接口、光接口、机械接口和控制接口符合MSA(多源协议)规范。可以使智能光收发器 符合其他的行业标准和规范，例如GBIC、SFF、SFP、XFP、X2、XENPAK和SFP+。网络设备201包括智能光收发器210、数据处理单元214和管理模块212，数据处 理单元214对通信数据进行处理，管理模块212对网络设备201进行监视和控制。智能光 收发器210通过光链路203与可插入式光收发器320进行光通信。智能光收发器210包括 调制解调器211，可插入光收发器320包括调制解调器321。在某些实施例中，光收发器210 还可以被插入到位于中心局的网络设备中。如上所述，可以经由非干扰式管理通道204通 过调制解调器211和321来传递对网络设备201和网络设备302的管理。在某些实施例中， 可以由载有用户数据的光信号的相对低速和小幅度的包络调制来承载管理数据，并通过解 调此包络调制来恢复管理数据。网络管理单元205能够访问和管理智能光收发器320。光通信系统300中的管理数据信号可以由各种通信装置或部件来生成，例如网络 管理单元205、管理模块212、智能光收发器210和可插入式光收发器320。设备302，即可 插入式光收发器320的主机，可以属于不同机构所有。如上所述，设备302无需参与光层管 理。因此，无需要求设备302和网络设备201之间的互连互通。光通信系统300可以低成 本高效益地提供光层0ΑΜ，而无需分界设备或与客户驻地处的网络设备的完全互联互通能 力。在某些实施例中，可插入式光收发器320的机械、光和电接口 322符合标准的MSA 规范，例如GBIC、SFP、XFP、X2、XENPAK和SFP+等等。它使得能在不改变设备302的情况下 实现光管理。在某些实施例中，可插入式光收发器320可以是不具有自身电源的器件。可 插入式光收发器320可以在其标准引脚电接口 322处接收来自网络设备302的功率。图4示出具有非干扰式管理通道能力的智能光收发器400，其与光通信系统200和 300中的智能光收发器210、220和320相兼容。驱动器403，如激光驱动器，接收载有用户 数据的差分数据信号TD+和TD-，以用于在发射电接口 421处进行发射。在驱动器403的驱 动下，发射光组件(T0SA)401可以在发射光接口 422处发射光输出信号。接收光接口 432 处的接收光信号可以被接收光组件(ROSA) 402转换成接收电信号并被后置放大器404进一 步放大，从而在接收电接口 431处输出差分数据信号RD+和RD-。微控制器单元(MCU) 410可以监视和控制光收发器400的运行。MCU 410可以在接口 411处输出状态和其他信号并 接收控制信号。处理单元412集成在光收发器400内，以便于与其他远端光收发器进行非 干扰式光层管理通信，如上面结合图2和图3所述的那样。在某些实施例中，可以将处理 单元412实现为集成在光收发器400内的调制解调器。在某些实施例中，可以将处理单元 412及MCU 410实现为集成在光收发器400内的调制解调器。还可以将处理单元412实现 为电路，或者全部或部分由存储在计算机存储器内的软件来实现，例如固件。处理单元412 与MCU 410连接得非常近，以便于将管理数据快速地传送到MCU 410，以用于数据处理。处 理单元412与驱动器403进行通信。应当理解的是，驱动器所接收的发射信号和后置放大 器所输出的接收信号并不限于差分信号。这两种信号还可以符合单端信号标准。在发射路径中，处理单元412可以向驱动器403发送包含有管理信息的调制控制 信号418。通常，与在发射电接口 421处所接收的发射用户数据相比，调制控制信号418优选 地是低速信号，例如每秒数十千比特，而前者可以大于每秒1吉比特。在某些实施例中，调 制控制信号418可以调制驱动器403中的偏置电压或电流，以在差分数据信号(TD+和TD-) 上生成低速、小幅度的包络调制。在接收路径中，ROSA 402可以响应于接收光信号向处理 单元412发送信号416。接收光信号416中的低速、小幅度调制可以承载管理数据。通常， 与来自ROSA 402的接收用户数据输出电信号相比，信号416是低速信号例如每秒数十千比 特，而前者可以大于每秒1吉比特。例如，信号416可以是在ROSA 402处产生的镜像光电 流信号。处理单元412可以解调信号416并提取管理数据。因此，智能光收发器400具有 发送和接收非干扰式管理数据的能力。所提取的管理数据可以由MCU 410处理，或者通过 接口 411被传送到光收发器400的主机设备。例如，可以使用光收发器400代替光通信系 统200或300中的光收发器210。光收发器400可以在位于服务提供商场所的OLT (光线 路终端)处。管理数据可以通过接口 216被发送出去，并被管理模块212处理。在另一例 子中，光收发器400可以位于远离服务提供商场所的远端位置。光收发器400可以是如图 3所示连接到第三方设备的可插入式收发器。MCU 410可以充当处理和生成管理数据的中 心单元。应当理解的是，所公开的光收发器可以包括除光收发器400中的上述部件外的部 件。例如，所公开的光收发器可以包括诸如CDR(时钟数据恢复)、SerDes (串行器、解串行 器)和其他功能模块的功能模块。另外，驱动器403可以是能够调制来自TOSA 401的连续 波光信号的激光驱动芯片或者外调制器。应当理解的是，光收发器400中的功能块和部件可以是分立的物理器件。几个功 能块可以被集成为单一器件。例如，发射光组件401和接收光组件402可以被集成在双向光 组件(BOSA)中，其中所述双向光组件具有能够输出发射光信号422和接收接收光信号432 的双向光接口。数据环回测试对服务提供商来说是用于调试和定位网络失效模式的有用手段。它 可以帮助服务提供商避免不必要的“故障巡检”并减少运行成本。图5示出与光通信系统 200和300中的光收发器210、220和320相兼容的智能光收发器500。智能光收发器500包 括非干扰式管理信道，其与上面结合智能光收发器400所述的非干扰式管理信道相似。智 能光收发器500包括集成的环回控制器570，集成的环回控制器570可以接收差分数据信号 (TD+.TD-)，以用于在发射电接口 421处进行发射。环回控制器570可以工作在默认的旁路情况下，在旁路情况下，用于发射的差分数据信号(TD+、TD-)被直接传送到驱动器403，接 收数据(RD+、RD_)也被直接从后置放大器404发射。MCU 410可以在接口 411处向外部输出状态信号和接收来自外部的控制信号(在 图5中未示出)。MCU 410可以发送控制信号590，以将环回控制器570控制为不同的环回 模式，包括本地环回和远端环回。在本地环回模式下，用于发射的差分数据(TD+、TD_)在环 回控制器570内部被路由回到接收电接口(沿着路径580)。所路由回的信号可以用于验证 智能光收发器500所插入的网络设备的正常运行。在远端环回模式下，后置放大器404的 输出通过环回控制器570回到驱动器403 (沿着路径585)。驱动器403和TOSA 401可以生 成对接收光接口 432处所接收的接收光信号进行复制的发射光信号。远端环回模式下所复 制的光信号可以使服务提供商能够远程地验证往返光收发器500和光收发器500本身的工 作状态。在某些实施例中，上述智能光收发器、系统和方法可以通过光环回能力得以进一 步增强。参考图6A中的智能光收发器600，发射器601被配置为在发射电接口 621处接收 发射电信号并发射发射光信号。光分路装置604可以将发射光信号输出到发射光接口 622。 光分路装置603被配置为在接收光接口 632处接收接收光信号。接收器602在接收电接口 631处将从光分路装置603接收的接收光信号转变为接收电信号。光分路装置603和604 的合适的实施方式包括分光器、光开关、可变光衰减器和其他光分路装置。环回路径610被 配置为从光分路装置603到光分路装置604。在正常运行状态下，环回路径610是开路的 或衰减很大。与发射器601所发射的发射光信号相比，光环回信号的强度小到可忽略不计。 在诊断模式下，至少一部分接收光信号通过光环回路径610返回从光分路装置603到光分 路装置604，然后到达发射光接口 622。发射器601可以被禁能或者其光输出被光分路装置 604阻挡。返回的接收光信号可以由处于不同位置的光器件接收，以用于远程测试与智能光 收发器600相连接的光链路的完整性。光分路装置603和604可以由无源光器件实现。当数据环回不可用时(如电源失 效期间)，光环回允许光链路的远程测试。光分路装置603和604能够与光收发器600中的 发射器601和接收器602相集成而形成整体光组件(OSA)。整体OSA可以符合不同的光收 发器标准形式或规格，包括但不限于GBIC、SFP、XFP、X2、XENPAK和SFP+。发射电接口 621 和接收电接口 631因而可以插入基于这些标准接口的主机网络设备中。发射光接口 622和 接收光接口 632被配置为与光纤相连接，以允许与远端站点的光通信。光分路装置603和604可以由分光器(即定向光耦合器)实现。如图6B所示，分 光器650包含三个端口 公共端口 651、光分支端口 A652和光分支端口 B 653。在公共端口 651处接收的光信号可以以特定的分光比被导至分支端口 A 652和分支端口 B 653。反之， 在分支端口 A 652和分支端口 B 653处接收的光信号可以以相应的结合比相结合，以在公 共端口 651处输出。分光比和结合比可以随着分光器650的结构而变化。分支端口 A 652 和分支端口 B 653之间的光串扰可以被最小化，以便分支端口 A 652和分支端口 B 653可 以被认为是隔离的。分光器650可以作为不使用电源的器件而被实现。当被应用于智能光 收发器600中的光分路装置603时，公共端口 651接收来自接收光接口 632的接收光信号。 分支端口 A 652和分支端口 B 653分别被连接到接收器602和光分路装置604。当被应用 于光分路装置604时，公共端口 651被连接到发射光接口 622。分支端口 A 652和分支端口B 653分别被连接到发射器601以接收发射光信号和光分路装置603以接收接收光信号。 对于光分路装置603和604来说，分支端口 A 652和分支端口 B 653之间的分光比被设计 为提供足够强的光环回信号用于远程诊断检测，同时使得引入到正常运行状态下的发射光 信号和接收光信号的噪声最小。图6C示出光分路装置603和604的另一实施例。光开关660包含公共端口 661、 分支端口 A 662和分支端口 B 663。在控制信号665的控制下，公共端口 661可以被切换 到分支端口 A 662或分支端口 B 663。光开关660的一个示例性实施方式是1 X 2光开关。 在光分路装置603和604中光开关660的实施方式类似于以上与分光器650相关的描述。 此外，光开关660可以是接收外部电源而工作的有源器件。一旦电源失效，所述光开关660 能够自动恢复到默认状态，以便为远程测试建立光环回路径。设备电源失效是光网络中最常见的故障之一。电源失效经常发生在位于远端站点 的设备中。“断电告警”指的是一种从远端站点通过光网络报告电源故障的能力。“断电告 警”可以例如通过光网络中的以太网OAM(运营管理维护)来进行。传统的“断电告警”，诸 如在IEEE规范中定义的“断电告警”，要求失效端的设备和光连接的检测端之间的互通性。 实际上，这种互通性常常通过在远端站点配置额外的分界设备来实现，这样就需要额外的 设备成本和人工成本。在某些实施例中，如图7所示，“断电告警”功能可以在由光链路703所连接的智能 光收发器701和702之间的光层被实现。智能光收发器701位于服务提供商的驻地。智能 光收发器702位于远端站点(诸如客户驻地)。光收发器701包括接收器710、后置放大器 711和断电告警检测器713。光收发器702包括发射器720、驱动器721和电源失效监视器 723。当在远端光收发器702处即将发生电源失效时，电源失效监视器723会检测到此 问题。在电源下降到低于光收发器702的正常运行的阈值水平之前，电源失效监视器723 向驱动器721发出信号，此信号驱动发射器720通过光链路703发送预定义的断电告警信 号705。光收发器701中的接收器710获取预定义的断电告警信号705并输出包含断电告 警信号705的镜像光电流715。预定义的断电告警信号705可以由光包络调制、光输出开/ 关切换和其他调制方案来实现。智能光收发器701可以进一步包括被配置为解调电信号以 提取断电告警信号的处理单元。断电告警检测器713检测镜像光电流715中的“断电告警” 事件。可选地，后置放大器711从接收器710接收接收电信号并向断电告警检测器713发 出信号丢失(L0S)716，其中“断电告警”事件被检测。断电告警检测器713可以由电路或存 储在计算机存储器中的软件(如固件)实现。上述“断电告警”的检测能够在光层中被实 现，所述光层独立于层2和发射与接收路径中客户数据的格式。图8示出智能光收发器800的示例性详细框图。光收发器800能够被实现为可插 入式收发器，其具有光网络行业中的多源协议(MSA)下被广泛接受的格式。例如，光收发器 800 可以符合 GBIC、SFP、XFP、X2、XENPAK 和 SFP+。光收发器800可以包括被配置为提供如先前对光收发器600所描述的光环回功能 的光分路装置830和831。输入光信号的绝大部分通过光分路装置830被耦合到ROSA 801。 光分路装置831的输出功率的绝大部分来自TOSA 811。当以分光器实现时，光分路装置具 有不同的分光比和结合比。例如，光分路装置830和831可以分别具有10%的分光比和结合比，从而导致输入光功率的通过光环回被反馈回去。MCU 820能够处理和控制通信管 理，并在I2C接口处向外部传递通信状态和控制信号(TXDiSable、TXFault、LOS等)。在数据接收路径上，通过光分路装置830的输入光信号被R0SA801转换为差分电 信号。然后此差分电信号进一步被限幅放大器803放大并被发送到扇出缓冲器823，扇出缓 冲器823可以输出数据RD+/-。扇出缓冲器823也向数据环回路径输出数据。在数据发射路径上，输入的差分数据信号TD+/-被2X IMUX 824接收。2X1MUX 824在来自MCU 820的SEL信号的控制下将TD+/-信号或来自扇出缓冲器823的环回数据 发送到驱动器812。因此，驱动器812驱动TOSA 811发射可以包含用户数据或环回数据的 发射光信号。驱动器812被来自MCU 820的使能信号使能。光分路装置831的输出包括来 自TOSA 811的信号和来自光分路装置830的光环回信号的组合。管理数据在不同路径中被传输。ROSA 801输出包含所接收到的、承载在接收光信 号中的管理数据的镜像光电流。AFE(模拟前端)802将此镜像光电流转换为放大的电压信 号以输入到调制解调器821，其中所述调制解调器821被嵌入MCU 820中。为了工作在接收 光信号的宽功率范围下，AFE 802可以在调制解调器821的控制下自动调整放大倍数。调 制解调器821可以通过固件或软件而被实现，以利用MCU820的硬件资源。调制解调器821 能够数据化所接收的信号，基于预定义的算法来提取管理数据以及施加包络调制到输出光 信号上。在一个实施方式中，经过调制的偏置信号从MCU 820传到驱动器812以产生偏置 电流的变化，这种变化继而能够对通过光分路装置831的输出光信号的振幅产生调制。仍然参照图8，只要电源Vcc降到预定的阈值以下，电源失效监视器822就可以实 时生成事件信号。在此事件信号的触发下，MCU820立即以预定义的命令模式发出“断电告 警”。可以由调制偏置电流或通过使能控制信号EN简单地开关激光器来发出“断电告警”。 在电源降至光收发器800不能工作的点之前，“断电告警”必须被及时发出。例如，如果Vcc 大约是3. 3伏特，可以将电源监视阈值设定在3. 0伏特。光收发器800的最小工作电压是 2. 5伏特。“断电告警”发信号的过程应该在Vcc降至3. 0伏特以下之后但在其达到2. 5伏 特之前完成。总而言之，以上所述的“断电告警”监视、报告和检测在光层中被实现，其与一些传 统的“断电告警”系统相比更加简单直接并具有更快速的响应。在某些实施例中，以上公开的关于光层管理和智能光收发器(图1至图8中)的 系统和方法能够被实施在多通道光网络中。参照图9，光网络系统900包括光线路终端 (0LT)901中的波长滤波器911和在远端节点903处的波长滤波器912。波长滤波器911和 波长滤波器912的实例包括波分复用(WDM)滤波器(其可由例如阵列波导光栅AWG实现)、 薄膜DWDM(密集波分复用)滤波器和薄膜CWDM(粗波分复用)滤波器。波长滤波器911和912都包含一个或多个公共端口。波长滤波器911和912的 公共端口由光链路902连接起来，其中所述光链路902可以由单根光纤或包含一束光纤 的光缆形成。波长滤波器911和912还包含多个对称的分支端口，上述对称的端口分别
在不同的波长通道“Chl”、“Ch2”.....“ChN”中进行通信。OLT 901处的波长滤波器911
的分支端口被连接到多个智能光收发器910_1、910_2.....910_N。智能光收发器910_1、
910_2.....910_N分别包含调制解调器911_1、911_2.....911_N，其中所述调制解调器
911_1、911_2.....911_N可以被集成在与其相关联的光收发器中。智能光收发器910_1、910_2.....910_N能够被插入到位于OLT 901处的网络设备中。0LT901还包括与智能光
收发器910_1、910_2.....910_N进行通信的网络管理单元914。类似地，在远端节点处的
波长滤波器912的分支端口被连接到分别位于不同的光网络单元(ONU) 904_1、904_2.....
904_N 处的多个智能光收发器 920_1、920_2、. . .、920_N。ONU 904_1、904_2、. . .、904N 典型
地被分布在不同地点。智能光收发器920_1、920_2.....920_N能够被插入到位于不同ONU
904_1、904_2、· · ·、904_N的网络设备中。智能光收发器920_1、920_2、. · ·、920_N*别包含 调制解调器921_1、921_2、· · ·、921_N，其中所述调制解调器921_1、921_2、· · ·、921_N可以 被集成在与其相关联的光收发器中。光网络系统900能够提供单点与多点之间(例如OLT与多个ONU之间)的和在不 同通信通道中的通信。通信通道在两点之间可以是专用的并且独立于其他通道。例如，通 道1(即“Chi”)中的OLT 901中的智能光收发器910_1与ONU 904_1中的智能光收发器 920_1之间的通信是通过波长滤波器911和912中的专用的分支端口进行的。与以上描述类似，在光网络系统900中能够在光层建立非干扰式管理通道。此非 干扰式管理通道能够建立在智能光收发器910_1、910_2、...、910_N禾口 920_1、920_2、...、 920_N中的相应智能光收发器对之间的各个波长通道上。例如，如波长通道“Chi”处的虚线 所标明的，在波长通道Chl上的非干扰式管理通道可以被建立在光收发器910_1中的调制 解调器911_1与光收发器920_1中的调制解调器921_1之间。类似于光通信系统200和300 中的管理模块212与调制解调器211之间的通信，网络管理单元914通过通信接口与OLT
901中所有的智能光收发器910_1.....910_N进行通信。网络管理单元914与0LT901中
的智能光收发器910_1.....间的示例通信接口是I2C串行通信总线。通过非干扰
式管理通道，网络管理单元914还可以访问远端ONU 904_1.....904_N处的智能光收发器
920_1.....920_N。例如，网络管理单元914能够把下行管理数据发送到智能收发器910_1。
收发器910_1中的调制解调器911_1能够把下行管理数据发送到智能收发器920_1中的调 制解调器921_1。类似地，能够通过调制解调器911_1把上行管理数据从调制解调器921_1
发送到网络管理单元914。因此包括中心局处的OLT 901和远端地点处的0NU904_1.....
904_N的光网络系统900能够在不知用户数据格式或传输内容的情况下被OLT 901处的网 络管理单元914管理。应该注意的是，光网络系统900仅仅举例说明了一个点到多点的光网络系统。当 前的发明还符合点到点的光网络系统。在此点到点的光网络系统中，波长滤波器912和智
能光收发器920_1.....920_N能够协同定位并集成到类似于OLT 901的一个系统中。此系
统的一个例子是点到点的WDM传输系统。应当理解的是，上述具体的配置和参数意味着对本发明概念的解释。所公开的系 统和方法可以包括对所述配置和参数所进行的改变，而不偏离本发明的精神。例如，应当理 解的是，对用户数据信号的小幅度包络调制仅仅是一种示例性实施方式。所公开的系统和 方法可以采用其他的调制和解调技术，例如但不限于频率调制和相位调制。所公开的光收 发器、光通信网络和光通信系统可以包括其他的组成部分或具有与上述不同的结构。所公 开的光收发器可以符合以上描述中未列出的其他标准。所公开的系统和方法可以适合有源 和无源装置，以及点到点或点到多点光网络。
权利要求
一种集成光收发器，其特征在于，包括光接收器，被配置为响应于第一光信号而在接收电接口处生成第一电信号；光发射器，被配置为响应于在发射电接口处接收的第二电信号而发射第二光信号；第一光分路装置，被配置为在接收光接口处接收第一光信号并将第一光信号的至少一部分导至光接收器；以及第二光分路装置，被配置为将第二光信号导至发射光接口，其中第一光分路装置被配置为将第一光信号的至少一部分导至第二光分路装置，其中第二光分路装置被配置为将从第一光分路装置接收的该部分第一光信号导至发射光接口。
2.根据权利要求1所述的集成光收发器，其特征在于，所述第一光分路装置和第二光 分路装置包括分光器、光开关或可调光衰减器。
3.根据权利要求1所述的集成光收发器，其特征在于，所述接收电接口和发射电接口 符合选自包括SFF、SFP、XFP和SFP+的标准组的标准。
4.根据权利要求3所述的集成光收发器，其特征在于，所述接收电接口和发射电接口 被配置为插入到主机网络设备中。
5.根据权利要求1所述的集成光收发器，其特征在于，还包括电源失效监视器，所述电 源失效监视器被配置为检测集成光收发器中的临近电源失效并当在集成光收发器中检测 到临近电源失效时产生断电告警信号，其中所述光发射器被配置为至少部分地响应于断电 告警信号而输出第二光信号。
6.根据权利要求5所述的集成光收发器，其特征在于，所述断电告警信号通过第二光 信号中的包络调制或开/关切换来承载。
7.—种光通信系统，其特征在于，包括 第一光收发器模块，包括电源失效监视器，被配置为检测第一光收发器模块中的临近电源失效并当在第一光收 发器模块中检测到临近电源失效时产生断电告警信号；与电源失效监视器进行通信的第一发射器，所述第一发射器被配置为在发射光接口处 输出包括断电告警信号的第一光信号；以及 第二光收发器模块，包括第二接收器，被配置为通过光链路接收来自第一光收发器的包括断电告警信号的第一 光信号并响应于第一光信号而输出第二电信号；以及断电告警检测器，被配置为检测第一光信号或第二电信号中的断电告警信号。
8.根据权利要求7所述的光通信系统，其特征在于，所述第一光收发器模块进一步包 括驱动器，所述驱动器被配置为响应于从电源失效监视器接收的断电告警信号而驱动第一 发射器。
9.根据权利要求7所述的光通信系统，其特征在于，所述第二光收发器模块进一步包 括放大器，所述放大器被配置为放大来自接收器的电信号并向断电告警检测器发送信号丢 失信号。
10.根据权利要求7所述的光通信系统，其特征在于，所述断电告警信号通过第一光信 号中的包络调制或开/关切换来承载。
11.根据权利要求10所述的光通信系统，其特征在于，所述第二光收发器模块进一步包括处理单元，所述处理单元被配置为解调第二电信号以提取断电告警信号。
12.根据权利要求7所述的光通信系统，其特征在于，其中所述第二光收发器模块进 一步包括被配置为发射第二光信号的第二光发射器，其中所述第一光收发器模块进一步包 括第一光接收器，被配置为响应于第二光信号而生成第二电信号； 第一光分路装置，被配置为将第二光信号的至少一部分导至第一光接收器；以及 第二光分路装置，被配置为将第一光信号导至发射光接口，其中第一光分路装置被配 置为将第二光信号的至少一部分导至第二光分路装置，其中第二光分路装置被配置为将从 第一光分路装置接收的该部分第二光信号导至发射光接口。
13.一种光网络系统，其特征在于，包括多个第一光收发器模块，每个第一光收发器模块包括第一发射器，被配置为响应于下行调制控制信号和包括下行用户数据的第一下行电信 号而输出下行光信号；第一接收器，被配置为接收上行光信号，其中所述上行光信号包括上行用户数据和载 有上行管理信息的上行调制信号，其中第一接收器被配置为输出包括上行调制信号的第一 电信号和包括上行用户数据的第一上行电信号；以及第一处理单元，被配置为响应于下行管理信息而生成下行调制控制信号并被配置为解 调第一电信号以提取上行管理信息； 第一波长滤波器，包括多个第一分支端口，每个第一分支端口与一个第一光收发器模块相关联，并被配置为 接收来自其所关联的第一光收发器模块中的第一发射器的下行光信号并向其所关联的第 一光收发器模块中的第一接收器发送上行光信号，其中所述每个第一分支端口均与波长通 道相关联；以及第一公共端口，被配置为输出在任一第一分支端口处接收到的下行光信号； 多个第二光收发器模块，每个第二光收发器模块包括第二接收器，被配置为接收下行光信号并输出第二电信号，其中所述第二电信号包括 下行调制控制信号和包括下行用户数据的第二下行电信号；第二处理单元，被配置为解调第二电信号以提取下行管理信息，并响应于上行管理信 息而生成上行调制控制信号；以及第二发射器，被配置为响应于上行调制控制信号和包括上行用户数据的第二上行电信 号而发射上行光信号；以及 第二波长滤波器，包括多个第二分支端口，每个第二分支端口被配置为接收来自一个第二光收发器模块的上 行光信号并向该第二光收发器模块发送下行光信号；以及第二公共端口，被配置为向第一公共端口输出上行光信号并接收来自第一公共端口的 下行光信号。
14.根据权利要求13所述的光网络系统，其特征在于，进一步包括网络管理单元，所述 网络管理单元被配置为从第一处理单元接收上行管理信息并响应于上行管理信息而生成 下行管理信息的至少一部分。
15.根据权利要求13所述的光网络系统，其特征在于，所述第一光收发器模块可插入 到第一主机设备中并被配置为从第一主机设备接收下行用户数据。
16.根据权利要求13所述的光网络系统，其特征在于，所述第二光收发器模块可插入 到第二主机设备中并被配置为从第二主机设备接收上行用户数据。
17.根据权利要求13所述的光网络系统，其特征在于，所述第二光收发器模块进一步 包括电源失效监视器，所述电源失效监视器被配置为检测第二光收发器模块中的临近电源 失效并在检测到这样的临近电源失效时产生断电告警信号，其中所述第二处理单元被配置 为响应于断电告警信号而生成上行调制控制信号。
18.根据权利要求17所述的光网络系统，其特征在于，所述断电告警信号通过上行光 信号中的包络调制或光的开/关切换来承载，其中所述第一处理单元被配置为从上行光信 号中提取断电告警信号。
19.根据权利要求13所述的光网络系统，其特征在于，所述第二光收发器模块中的至 少一个进一步包括环回控制器，以在第一控制信号的控制下向接收电接口或第二发射器发 送第二下行电信号，其中所述第二发射器被配置为响应于由环回控制器发出的第二下行电 信号而发射上行光信号。
20.根据权利要求19所述的光网络系统，其特征在于，所述环回控制器被配置为在发 射电接口处接收第二上行电信号，并且被配置为在第二控制信号的控制下将来自发射电接 口的第二上行电信号的至少一部分路由到接收电接口。
21.一种利用光收发器的光通信方法，其特征在于，包括响应于第一光信号而由光接收器在接收电接口处生成第一电信号；响应于在发射电接口处接收的第二电信号而由光发射器发射第二光信号；由第一光分路装置在接收光接口处接收第一光信号；由第一光分路装置将第一光信号的至少一部分导至光接收器；由第二光分路装置将第二光信号导至发射光接口；由第一光分路装置将第一光信号的至少一部分导至第二光分路装置；以及由第二光分路装置将从第一光分路装置接收的该部分第一光信号导至发射光接口。
22.一种光通信方法，其特征在于，包括由电源失效监视器检测第一光收发器模块中的临近电源失效；当在第一光收发器模块中检测到临近电源失效时由电源失效监视器产生断电告警信号；在发射光接口处输出包括断电告警信号的第一光信号；由第二光收发器模块中的第二接收器接收来自第一光收发器的包括断电告警信号的 第一光信号；响应于第一光信号而输出第二电信号；以及 由断电告警检测器检测第一光信号或第二电信号中的断电告警信号。
全文摘要
本发明公开了一种集成光收发器、光网络系统、光通信系统及方法，所述集成光收发器包括光接收器，其响应于第一光信号而在接收电接口处生成第一电信号；光发射器，其响应于在发射电接口处接收的第二电信号而发射第二光信号；第一光分路装置，其在接收光接口处接收第一光信号并将第一光信号的至少一部分导至光接收器；以及第二光分路装置，其将第二光信号导至发射光接口。第一光分路装置将第一光信号的至少一部分导至第二光分路装置。第二光分路装置将从第一光分路装置接收的该部分第一光信号导至发射光接口。通过本发明可以提供更可靠的通信。
文档编号H04B10/08GK101997614SQ20091016268
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月18日 优先权日2009年8月18日
发明者李文 申请人:百维通(苏州)科技有限公司