专利名称：接收单元、光线路终端和用于时钟和数据恢复电路的频率校准方法
技术领域：
本发明涉及一种包括时钟和数据恢复电路的接收单元，以及一种例如在Ρ0Ν(无源光网络)系统中包括所述接收单元的光线路终端。更特别地，本发明涉及一种用于调整在时钟和数据恢复电路中提供的压控振荡器的振荡频率的技术。
背景技术：
PON系统由多个光网络单元(家庭侧设备)和通过光纤与之连接的光线路终端组成。光线路终端安装有时钟和数据恢复电路，用于从自光网络单元发送的上行信号中提取时钟信号和数据信号(例如参见专利文献1)。时钟和数据恢复电路包括压控振荡器(VCO)，用于依照控制电压输出振荡频率。通过元件特性的变化或温度改变来略微地改变压控振荡器的输出特性。从而，提出一种振荡器，其中提供用于补偿元件特性的可变电容器来调整电容以便补偿元件特性中的变化，并且对于温度来说，独立地提供了用于补偿的可变电容器以便通过基于来自温度检测器的信息改变电容而执行温度补偿(例如参见专利文献2)。引用列表专利文献专利文献1 日本专利申请特许公开号2008-172665(图5)专利文献2 日本专利申请特许公开号2004-320721 (图1)
发明内容
为了借助如上所述的压控振荡器来执行温度补偿，要求用于通过连续地监视频率来检测波动以及补偿所述波动的处理。然而，在诸如PON系统之类的P2MP (点到多点)通信系统中，由于接收信号是不连续的，所以在时钟和数据恢复电路的锁相操作期间压控振荡器的频率波动很大。很难检测由温度改变所引起的非常小的频率改变，其包括在这种大波动中。另外，问题在于，与用于元件特性补偿的可变电容器独立地提供用于温度补偿的可变电容器增加了电容元件的数目，导致布线等的杂散电容变得不可被忽略。考虑到这种常规的问题，本发明的目的是在不增加用于温度补偿的电容元件的数目的情况下允许使用压控振荡器或光线路终端的接收单元补偿源于温度变化的压控振荡器的频率特性。(1)本发明涉及一种接收单元，所述接收单元包括时钟和数据恢复电路，所述时钟和数据恢复电路从接收信号中提取时钟信号和数据信号，所述接收单元包括校准器，所述校准器对所述时钟和数据恢复电路中所包括的压控振荡器的振荡频率进行校准；和管理单元，所述管理单元具有管理用于接收信号的调度的功能，所述管理单元选择下述时刻，以由此向所述校准器输出校准指令信号，该时刻是下述状态的持续时间满足所述校准器进行校准所需要的时间的时刻，所述状态不具有下述接收信号，其中，将从该接收信号中提取时钟信号和数据信号。在依照上述方式构造的接收单元中，当不具有将从其中提取时钟信号和数据信号的接收信号的状态的持续时间(可以说，空闲时间)大于或等于校准所需要的时间时，从管理单元向校准器输出校准指令信号，借此校准压控振荡器的振荡频率。通过按照需要执行这种校准，可以校准由温度改变所导致的频率改变。因此，在不提供用于温度补偿的电容元件的情况下，可以补偿源于温度改变所导致的压控振荡器的频率特性。(2)同时，本发明涉及一种光线路终端，所述光线路终端和多个光网络单元一起构造PON系统，所述光线路终端通过光纤与所述多个光网络单元建立一对多的连接，并且所述光线路终端通过时分复用方案接收从所述光网络单元发送的上行信号，所述光线路终端包括时钟和数据恢复电路，所述时钟和数据恢复电路具有压控振荡器和校准器，所述校准器校准所述压控振荡器的振荡频率，所述时钟和数据恢复电路从所述上行信号中提取时钟信号和数据信号；和管理单元，所述管理单元具有管理用于接收所述上行信号的调度的功能，所述管理单元选择下述时刻，以由此向所述校准器输出校准指令信号，该时刻是下述状态的持续时间满足所述校准器进行校准所需要的时间的时刻，所述状态不具有下述上行信号，其中， 将从该上行信号中提取时钟信号和数据信号。在依照上述方式构造的光线路终端中，当不具有将从其中提取时钟信号和数据信号的上行信号的状态的持续时间(可以说，空闲时间)大于或等于校准所需要的时间时，从管理单元向校准器输出校准指令信号，借此校准压控振荡器的振荡频率。通过按照需要执行这种校准，可以校准由温度改变所导致的频率改变。因此，在不提供用于温度补偿的电容元件的情况下，可以补偿源于温度改变所导致的压控振荡器的频率特性。(3)在O)中描述的光线路终端中，所述管理单元在用于搜索新的光网络单元的发现时段内的无信号区间期间输出所述校准指令信号，所述无信号区间出现在发现完成之后。在这种情况下，可以通过有效地使用在定期地分配的发现时段的第二半中的无信号区间来有效地执行校准。(4)另外，在(2)中描述的光线路终端中，管理单元可以重复使用多个时段之一来输出校准指令信号，所述多个时段可被分配作为用于搜索新的光网络单元的发现时段。在这种情况下，可以通过使用可作为发现时段分配的多个时段之一来重复且可靠地执行校准。(5)另外，本发明涉及一种光线路终端，所述光线路终端和多个光网络单元一起构造PON系统，所述光线路终端通过光纤与所述多个光网络单元建立一对多的连接，并且所述光线路终端通过时分复用方案接收从所述光网络单元发送的具有多个传输速率的上行信号，所述光线路终端包括管理单元，所述管理单元具有管理用于接收所述上行信号的调度的功能；和多个时钟和数据恢复电路，每一个均具有压控振荡器和校准器，所述校准器用于响应于来自所述管理单元的校准指令信号来校准所述压控振荡器的振荡频率，所述多个时钟和数据恢复电路以多个不同类型的传输速率提取所述上行信号的时钟信号和数据信号， 其中当任何一个时钟和数据恢复电路连续地处理上行信号的状态的持续时间满足用于校准其它时钟和数据恢复电路中的压控振荡器的振荡频率所需要的时间时，所述管理单元可以向所述其它时钟和数据恢复电路中的校准器输出校准指令信号。在依照上述方式构造的光线路终端中，当其中任何一个时钟和数据恢复电路连续地处理上行信号的状态的持续时间(可以说，其它时钟和数据恢复电路的空闲时间)满足用于校准在其它时钟和数据恢复电路中的压控振荡器的振荡频率所需要的时间时，从所述管理单元向其它时钟和数据恢复电路中的校准器输出校准指令信号，借此校准所述压控振荡器的振荡频率。通过按照需要执行这种校准，可以校准由温度改变所导致的频率改变。因此，在不提供用于温度补偿的电容元件的情况下，可以补偿源于温度改变所导致的压控振荡器的频率特性。(6)同时，本发明涉及一种用于时钟和数据恢复电路的频率校准方法，所述时钟和数据恢复电路具有从接收信号中提取时钟信号和数据信号的功能并且具有通过校准器来校准压控振荡器的振荡频率的功能，所述频率校准方法包括(a)预先管理用于由所述时钟和数据恢复电路接收信号的调度；(b)选择下述时刻，该时刻是下述状态的持续时间满足所述校准器进行校准所需要的时间的时刻，所述状态不具有下述接收信号，其中，将从该接收信号中提取时钟信号和数据信号；以及(c)由所述校准器执行所述压控振荡器的校准。在如上所述的频率校准方法中，当不具有将从其中提取时钟信号和数据信号的接收信号的状态的持续时间(可以说，空闲时间)大于或等于校准所需要的时间时，校准压控振荡器的振荡频率。通过按照需要执行这种校准，可以校准由温度改变所导致的频率改变。 因此，在不提供用于温度补偿的电容元件的情况下，可以补偿源于温度改变所导致的压控振荡器的频率特性。
图1是包括依照本发明实施例的光线路终端的PON系统的接线图；图2是示出在图1的PON系统中的光线路终端的内部构造的概略框图；图3是示出在图1的PON系统中的光网络单元的内部构造的概略框图；图4是示出在图1的PON系统中的另一光网络单元的内部构造的概略框图；图5是示出在光线路终端和光网络单元之间执行的操作的序列图；图6是示出光网络单元的频带分配以及用于在光线路终端和光网络单元之间执行的上行方向上的通信的发送和接收的序列图；图7是示出在光线路终端和未注册的光网络单元之间执行的发现过程的图；图8是示出时钟和数据恢复单元的电路构造的示例的框图；图9是示出时钟和数据恢复电路的内部构造的框图；图10是示出校准器的内部构造的框图；图11是示出压控振荡器的内部构造的电路图12是示出压控振荡器的输入和输出特性的图表；图13是示出在从光网络单元接收分组作为上行信号的间隔期间设置发现时段的图；图14是示出其中正常可作为发现时段分配的时段没有每隔多次一次地被用于发现而是用于校准的情况的图；和图15是示出对于单传输速率的情况来说时钟和数据恢复电路的内部构造的框图。
具体实施例方式<Ρ0Ν系统的整体构造>图1是包括依照本发明实施例的光线路终端的PON系统的连接图。在附图中，光线路终端1作为用于多个光网络单元2到4的中心局安装，所述光线路终端1依照“一对多”关系被连接到所述光网络单元2到4。光网络单元2到4分别被安装到PON系统订户的家中。在此系统中，被连接到光线路终端1的单光纤5 (主线)通过光耦合器6被分成多个光纤(支线)7到9，由此形成光纤网络(5到9)。光网络单元2到4被连接到分开的光纤7到9的各自末端。此外，光线路终端1被连接到上层网络Ni，并且光网络单元2、3和4 被连接到它们各自的用户网络N2、N3和N4。注意，尽管图1示出了三个光网络单元2到4，但是可以例如通过单个光耦合器6 获得32个分开的光纤以便连接32个光网络单元。还应当注意，尽管在图1中只使用一个光耦合器6，但是通过纵向地提供多个光耦合器，可以把更多的光网络单元连接到光线路终端1。在图1中，在从光网络单元2到4到光线路终端1的上行方向上，以波长λ工发送数据。另一方面，在从光线路终端1到光网络单元2到4的下行方向上，以波长λ2发送数据。可以根据IEEE标准802. 3ah-2004的条款60将波长X1* λ 2取下述范围内的任何值1260nm 彡 λ ！彡 1360nm1480nm 彡 λ 2 彡 1500nm.在光网络单元2、3和4处用于在上行方向上的通信的传输速率分别是L[(ibpS]、 L[Gbps]和H[Gbps]。这里，值L和H具有L < H的关系。例如，L = 1并且H = 10。S卩，此系统是其中使用多个类型传输速率的多速率PON系统。另一方面，在光线路终端1处用于在下行方向上的通信的传输速率是一种类型D[(ibpS]。值D例如是1。注意，尽管在此示例中使用三个光网络单元和两种类型的传输速率，不过可以存在光网络单元的数目和不同传输速率的数目的多种模式。〈光线路终端的构造〉图2是示出光线路终端1的内部构造的概略的框图。依照在附图中示出的方式连接在光线路终端1中包括的单元(101到105和107到115)。在附图中，来自上层网络附的帧由上层网络侧接收单元101接收并且被传送到数据中继处理单元103。数据中继处理单元103向PON侧发送单元105传递该帧。所述帧被光发送单元108转换为具有波长λ 2 和传输速率D[(ibpS]的光信号。该光信号通过复用/解复用单元110传送到光网络单元2到4。同时，在从光网络单元2到4(图1)的上行方向上发送的光信号(波长λ 并且传输速率L和H[(ibpS])通过复用/解复用单元110并且被光接收单元109接收。光接收单元109中包括光电转换元件111和放大器112。光电转换元件111是诸如光电二极管或雪崩光电二极管之类的半导体光接收元件，并且依照接收的光量来输出电信号。放大器112 放大并输出该电信号。来自放大器112的输出信号被输入到PON侧接收单元107。PON侧接收单元107中包括时钟和数据恢复单元113、物理层编码/解码单元114 和帧再生单元115。时钟和数据恢复单元113与从放大器112接收的电信号同步地提取定时分量(时钟信号)和数据信号。物理层编码/解码单元114解码被设置到所提取的数据的码。帧再生单元115根据解码的数据来检测帧边界以便重构例如以太网(注册商标)帧。 另外，帧再生单元115读取帧的报头部分并且由此确定接收的帧是数据帧还是用于介质访问控制的控制信息的帧，诸如报告帧。注意，控制信息的示例包括在IEEE标准802. 3ah-2004的条款64中描述的 MPCP (多点控制协议)PDU (协议数据单元)。MPCP PDU的类型包括授权和报告，所述授权是用于从光线路终端1向光网络单元2到4提供用于上行方向上的数据的传送开始时间和允许的传送量的指令的控制信息；所述报告是用于从所述光网络单元2到4向所述光线路终端1提供与在上行方向上累积的数据量相关的值的通知的控制信息。如果作为上述确定的结果所述帧是数据帧，那么帧再生单元115向数据中继处理单元103传送数据帧。数据中继处理单元103执行预定的中继处理，包括改变数据帧的报头信息，对上层网络侧发送单元102执行发送控制等。处理的帧被从上层网络侧发送单元102 发送到上层网络m。如果作为上述确定的结果所述帧是报告帧，那么帧再生单元115向管理单元104传送报告帧。管理单元104根据报告生成用作控制信息的授权帧。通过复用/ 解复用单元110从PON侧发送单元105和光发送单元108以波长λ 2和传输速率D [(ibps] 在下行方向上发送授权帧。管理单元104存储由光网络单元2到4使用的传输速率，并且根据授权指定用于接收下一突发信号的定时和所述突发信号的传输速率。即，管理单元104管理用于接收信号的调度。然后，向光接收单元109和PON侧接收单元107通知所指定的传输速率。光接收单元109和PON侧接收单元107可以允许接收功能以依照该定时支持识别的传输速率。特别地，可以通过改变与突发接收相关的电路参数来允许接收功能支持预定的传输速率，所述电路参数诸如光接收单元109中的光电转换元件111的放大系数、放大器112 的增益、在PON侧接收单元107中的量化确定阈值以及在时钟和数据恢复单元113中的基准时钟的频率和锁定公差(lock tolerance) 0例如，在其中在相同的线路条件下连接光网络单元2到4(它们具有相同要求的光功率预算)并且需要满足具有相同比特差错率的发送质量的情况中，当由具有比光网络单元2和3更高传输速率的光网络单元4执行接收时， 减小光接收单元109的增益以便加宽频带。另外例如当光网络单元2(3)和4分别以1. 25Gbps和10. 3125Gbps在上行方向上执行突发通信时，如果预先向时钟和数据恢复单元113通知下一突发的传输速率分别是Kibps和10(ibpS，那么只需要调整小数部分。从而，可以在短时间内可靠地确认时钟和数据恢复单元113的同步。此外，当假设分别使用8B/10B码和64B/66B码对1. 25Gbps和10. 3125Gbps执行物理层编码/解码时，可以容易且可靠地选择将用于下一突发的解码电路。〈光网络单元的构造〉图3是示出光网络单元2的内部构造的概略的框图。依照在附图中示出的方式连接在光网络单元2中包括的单元QOl到209)。在图3中，从光线路终端1 (图1)在下行方向上发送的光信号通过复用/解复用单元201并且被光接收单元202转换为电信号。该电信号被PON侧接收单元204进一步接收。PON侧接收单元204读取接收到的帧的报头(包括前导码部分)并且由此确定帧目的地为光网络单元2 (这里，它表明该帧目的地为光网络单元2或者在所述光网络单元2 下的用户网络N2中的设备)。如果作为确定的结果，帧目的地为光网络单元2，那么捕获所述帧，否则丢弃所述帧。例如，用于执行上述目的地确定的报头信息的示例包括在IEEE标准802. 3ah-2004中描述的逻辑链路标识符(LLID)。PON侧接收单元204进一步读取帧的报头并且由此确定接收的帧是数据帧还是授权帧。如果作为确定的结果所述帧是数据帧，那么PON侧接收单元204向数据中继处理单元207传送数据帧。数据中继处理单元207执行预定的中继处理，包括对用户网络侧发送单元208执行发送控制等。处理的帧从用户网络侧发送单元208被传送到用户网络N2。如果作为上述确定的结果所述帧是授权帧，那么PON侧接收单元204向控制信号处理单元206传递授权帧。控制信号处理单元206根据授权帧命令数据中继处理单元207 在上行方向上执行发送。同时，来自用户网络N2的帧由用户网络侧接收单元209接收并且被传递到数据中继处理单元207。传递的帧被临时累积在数据中继处理单元207的缓冲存储器中，并且向控制信号处理单元206通知所述帧中的数据量。控制信号处理单元206对PON侧发送单元 205执行发送控制以便允许PON侧发送单元205以预定定时输出在缓冲存储器中累积的帧， 并且根据所通知的在所述缓冲存储器中累积的数据量来生成报告帧并且允许所述PON侧发送单元205输出报告帧。来自PON侧发送单元205的输出被光发送单元203转换为光信号。光信号通过复用/解复用单元201在上行方向上以波长λ工和传输速率L[(ibpS]作为信号发送。注意，光网络单元3也具有与图3中的相同构造。图4是示出光网络单元4的内部构造的概略的框图(传输速率H[(ibpS])。依照在附图中示出的方式连接在光网络单元4中包括的单元GOl到411)。其中，401到409表示对应于图3中的201到209的电路元件并且具有相同的功能。与图3的差异在于，在控制信号处理单元406和光发送单元403之间设置注册请求发送单元411 ；可以由发送单元切换确定单元410执行在PON侧发送单元405和注册请求发送单元411之间的切换；并且所述发送单元切换确定单元410响应于来自所述控制信号处理单元406的指令来执行发送单元切换。正常地，作为发送单元，PON侧发送单元405进行操作。注意，具有PON侧发送单元405操作的光网络单元4基本上与光网络单元2相同。<Ρ0Ν系统的基本操作序列〉接下来，将参考图5的序列图描述依照上述方式构造的PON系统的操作过程。注意，尽管序列图示出了在光线路终端1和光网络单元2之间执行的操作，不过该序列图也适用于其它光网络单元3和4。在图5中，光线路终端1已经在操作时间开始时刻TO计算光网络单元2的RTT (往返时间)。在时刻Tal，光线路终端1向光网络单元2发送包括报告传送开始时刻作2的授权(授权帧)Gl以便允许光网络单元2通知要求的传送量。计算报告传送开始时刻Tb2以致报告并不与从其它光网络单元3和4发送的报告冲突。当光网络单元2接收打算送给其的授权Gl时，光网络单元2通过参照在数据中继处理单元207的缓冲存储器中累积的数据量来计算要求的传送量，并且在授权Gl中包括的报告传送开始时刻Tb2向光线路终端1传送报告(报告帧)Rl，所述报告Rl包括要求的传送量。当光线路终端1接收报告Rl时，光线路终端1计算这样的值，所述值小于或等于固定或可变的最大允许的传送量而且根据在报告Rl中包括的缓冲存储器中的数据量来允许传送尽可能多的数据，并且把计算结果作为允许的传送量插入到授权G2中。当在报告Rl 中包括的、所要求的传送量是零时，由光线路终端1获得的计算结果是零并且因此不分配频带。然而，由于需要允许光网络单元2发出报告R2，所以光线路终端1始终向光网络单元 2发出授权G2。使用已经计算出的用于接收光网络单元数据的上一调度时间、用于光网络单元2 的上一允许传送量、和用于光网络单元2的当前RTT以及作为固定时间的保护时间，来计算在授权G2中包括的传送开始时刻Tb4，以致数据和报告不会与来自其它光网络单元3和4 的数据或报告冲突。注意，光线路终端1计算时刻Ta3，在所述时刻Ta3发出包括允许的传送量和传送开始时刻Tb4的授权G2，以致所述授权G2在传送开始时刻Tb4之前到达光网络单元2。当光网络单元2接收针对其的授权G2时，光网络单元2在所述授权G2中包括的传送开始时刻Tb4向光线路终端1发出数据D以及包括要求的下一传送量的报告R2，所述数据D的量对应于允许的传送量.在紧接数据D之前或者在紧接数据D之后发出报告R2。 当在紧接数据D之前发出报告R2时，作为要求的传送量的向光线路终端1报告的值是在缓冲存储器中累积的数据量和数据D的量之间的差。当光线路终端1接收数据D和报告R2时，光线路终端1向上层网络m发出数据 D并且针对报告R2执行与对报告Rl执行的相同处理。对所有光网络单元2到4独立地执行上述序列的处理。重复在时刻Ta3到Ta4执行的处理直到操作时间结束。图6是示出光网络单元2到4的频带分配以及在光线路终端1和光网络单元2到 4之间执行的、在上行方向上用于通信的发送和接收，并且示出分布分配方案的示例的序列图。假定在附图中时间从左向右进行，将描述作为研究对象的具有光线路终端1的系统的操作。首先，光线路终端1分别向光网络单元4、3和2顺序地发出授权G41、G31和G21。 然后，当光线路终端1分别从光网络单元4、3和2接收报告R41、R31和R21时，所述光线路终端1发出用于所述光网络单元4的授权G42，所述光网络单元4是被允许发出数据的第一个。光线路终端1接收从光网络单元4发出的数据D41和下一报告R42，并且同时发出用于所述光网络单元3的授权G32。光线路终端1接收从光网络单元3发出的数据D31和下一报告R32，并且同时发出用于所述光网络单元2的授权G22。随后，光线路终端1还发出用于光网络单元4的授权G43。光线路终端1接收从光网络单元2发出的数据D21和下一报告R22。另外，光线路终端1接收从光网络单元4发出的数据D42和下一报告R43，并且同时发出用于所述光网络单元3的授权G33。此外，光线路终端1接收从光网络单元3发出的数据D32和下一报告R33，并且同时发出用于所述光网络单元2的授权G23。这里，如果不存在从光网络单元 2发出的数据，那么光线路终端1只接收下一报告R23。此后，重复相同的处理，并且光线路终端1向光网络单元2到4顺序地分配频带并且重复数据接收。依照在图6中所示出的序列，从当用户网络N2、N3和N4(图1)发出的数据到达相应的光网络单元2到4时开始直到数据从那里被发出的等待时间取决于从当由所述光网络单元2到4发出报告开始直到与报告相关联的数据被发出所要求的时间。即，等待时间根据从所有光网络单元2到4发出的数据量而改变。例如，当由来自光网络单元2到4的报告所通知的所要求的传送量均被允许时，从当发出报告时开始直到数据被发出的等待时间显著地增加。这不仅影响要求实时处理的那些业务，而且极大地影响TCP(传输控制协议)吞吐量。因此，光线路终端1需要控制从光网络单元2到4发出的数据量，以致在每个光网络单元的缓冲器中的等待时间被保持在允许的时间内。在上述序列(图6)中，例如当向光网络单元4发出授权G42时，图2中的管理单元 104在接收报告R42之前的突发之间的间隙时段期间，根据授权G42，向光接收单元109和 PON侧接收单元107通知要接收的下一突发(报告R42+数据D41)的传输速率H (IO(^bps)。 已经接收到通知的光接收单元109和PON侧接收单元107允许接收功能支持10(ibpS并且等待突发。据此，当突发到达时，光线路终端1准备好用于支持传输速率H的接收，能够非常迅速地建立同步。同样，当向光网络单元3发出授权G32时，管理单元104在数据D41和报告R32之间的突发之间的间隙时段期间向光接收单元109和PON侧接收单元107通知要接收的下一突发(报告R32+数据D31)的传输速率L(Kibps)。已经接收到通知的光接收单元109和 PON侧接收单元107允许接收功能支持Kibps并且等待突发。据此，当突发到达时，光线路终端1准备好用于支持传输速率L的接收，能够非常迅速地建立同步。同样在随后的处理中，可以执行快速同步建立，能够增加在上行方向上的通信效率。依照上述方式，光线路终端1可以在实际上接收信号之前，根据向光网络单元2到 4提供的授权，获得关于在上行方向上接收的下一信号的定时以及关于信号的传输速率的信息。另外，通过在其中接收功能支持传输速率的状态中接收信号，可以迅速地建立同步。 据此，以用于在上行方向上的通信的传输速率容易且迅速地建立同步，能够增加在上行方向上的通信效率。<发现过程>注意，尽管在以上描述中光网络单元2到4已经预订PON系统，不过实际上，存在其中处于断电状态的光网络单元被开启并且由此被光线路终端1识别，从而预订PON系统的过程，其中在所述断电状态中所述光网络单元未被光线路终端1识别。此过程被称为发现过程并且在IEEE标准802. 3ah-2004的条款64中定义。下面将描述发现过程。
首先，光网络单元在被光线路终端1识别之前没有机会被提供授权。同时，所有光网络单元无法执行在上行方向上的通信，除非从光线路终端1向光网络单元明确提供授权。从而，光线路终端1定期地执行发现过程以便检测光网络单元，所述光网络单元从断电 (包括未连接的状态)转变为加电并且试图预订PON系统(以下，被称为未注册的光网络单元)，并且由此向未注册的光网络单元提供响应机会。图7是示出在光线路终端和未注册的光网络单元之间执行的发现过程的图。在附图中，光线路终端在时刻Tl开始发现过程并且在下行方向上广播发现选通(discovery gate)消息。发现选通消息包括关于发现时段的开始时刻和所述时段长度的信息，在所述发现时段期间允许对所述发现选通消息的响应。发现时段被称为发现窗口并且例如是从时刻 T2到T4的时间段ATd0已经接收到发现选通消息的未注册的光网络单元等待具有从时刻T2(未注册的光网络单元与光线路终端同步的时间)开始随机长度的随机等待时间ATw，并且在时刻Τ3 向光线路终端发送注册请求消息。随机等待时间ATw取在其中可以在发现窗口内递送注册请求消息的范围内的随机值。从而，即便存在试图预订PON系统的多个未注册的光网络单元，也可以减少来自多个未注册的光网络单元的注册请求消息互相冲突的概率。注册请求消息包括用于充当未注册的光网络单元的个体识别号的MAC地址。已经成功接收到注册请求消息的光线路终端向未注册的光网络单元分配PON系统中的逻辑链路号(LLID)，并且注册在所述PON系统中未注册的光网络单元，以致MAC地址和LLID彼此相关联。然后，光线路终端在时刻T5向新注册的光网络单元发送注册消息。注册消息包括光网络单元的LLID和关于同步时间的信息，当光线路终端接收到上行方向上的突发通信时需要所述同步时间。此后，在时刻T6，光线路终端向光网络单元发送允许在上行方向上的通信的授权 (授权选通消息)。已经接收到授权的未注册的光网络单元在时刻T7使用该授权向光线路终端发送注册确认。光线路终端接收注册确认，借此发现过程结束。此后，正常的PON系统通信开始。在图1所示出的PON系统的构造中，例如如果对所有光网络单元2到4执行上述发现过程，那么光线路终端1需要从各个光网络单元2到4接收注册请求消息。在光网络单元2到4已经预订PON系统之后执行的正常PON通信中，如预先所描述，光线路终端1可以基于授权而准备接收(允许接收功能支持确定的传输速率)；然而，这可以在未注册的阶段进行。从而，光线路终端1例如依照下列方式从未注册的光网络单元接收在上行方向上的通信(注册请求消息)。S卩，即使光网络单元2到4具有用于正常PON通信的不同传输速率，通过将一种传输速率(一般为L)用于注册请求消息，在接收之前也知道所述传输速率。特别地是，具有传输速率L的光网络单元2以传输速率L发送注册请求消息，就像当执行正常的PON通信时一样。另一方面，当在图4中所示出的具有传输速率H的光网络单元4接收发现选通消息时，所述光网络单元4从控制信号处理单元406向发送单元切换确定单元410传送所述发现选通消息。借此，发送单元切换确定单元410把发送功能从PON 侧发送单元405切换到注册请求发送单元411。然后，控制信号处理单元406允许注册请求消息以传输速率L从注册请求发送单元411发送。
因此，使用用于正常PON通信的传输速率H的光网络单元4对注册请求消息以传输速率L执行发送。注意，在发送注册请求消息之后，发送单元切换确定单元410把发送功能从注册请求发送单元411切换回到PON侧发送单元405。结果，在发现窗口时段内从未注册的光网络单元2到4被递送到光线路终端1的注册请求消息(当同时开启两个或三个光网络单元时，在相同的时段内一个接一个地随机递送注册请求消息)均以传输速率L传送。同时，光线路终端1的管理单元104响应于发现选通消息向光接收单元109和PON侧接收单元107通知要接收的下一突发(注册请求消息)的传输速率L。已经接收到通知的光接收单元109和PON侧接收单元107允许接收功能支持传输速率L并且等待注册请求消息。据此，当注册请求消息到达时，光线路终端1准备好支持其传输速率L的接收，能够迅速且可靠地从未注册的光网络单元2到4接收注册请求消息。注意，对于注册确认来说，如在正常的PON通信的情况下一样，可以允许光线路终端1的接收功能根据在注册确认之前被提供到光网络单元2到4的授权来支持传输速率。<在光线路终端中的时钟和数据恢复单元的构造>接下来，将更详细地描述图2中在光线路终端1中的管理单元104以及时钟和数据恢复单元113的构造之间的关系。图8是示出时钟和数据恢复单元113的电路构造的示例的框图(注意，在此附图中，为了方便起见，与图2中相比信号流被左右反向)。在附图中，恢复单元113包括多个时钟和数据恢复电路IlL和11H，所述时钟和数据恢复电路IlL和IlH支持用于上行方向的多种类型的传输速率并且从具有各传输速率的上行信号中提取时钟信号和数据信号。特别地是，在此示例中，提供了用于低速传输速率L[(ibpS]的时钟和数据恢复电路IlL和用于高速传输速率H[(ibpS]的时钟和数据恢复电路11H。另外，与电路20L和20H分别被连接到时钟和数据恢复电路IlL和IlH0向与电路20L和20H输入来自管理单元104的速率选择信号(用于指示要选择的传输速率的信号)S 1和来自放大器112的数据检测信号(用于表明数据信号检测的信号)。因此，在与电路20L中，当从管理单元104接收用于选择低速传输速率L的指令并且检测到数据信号时，输出逻辑保持为真。在与电路20H中，当从管理单元104接收用于选择高速传输速率H的指令并且检测到数据信号时，输出逻辑保持为真。向每个时钟和数据恢复电路IlL和IlH输入来自管理单元104的复位信号(校准指令信号)、来自晶体振荡器(未示出)的基准时钟信号、和来自放大器112的上行信号。 时钟和数据恢复电路IlL输出从上行信号中提取的时钟信号(低速)和低速数据信号。时钟和数据恢复电路IlH输出从上行信号中提取的时钟信号(高速)和高速数据信号。注意，管理单元104连同时钟和数据恢复电路IlL和IlH —起构造依照本发明实施例的“接收单元”，包括稍后将描述的校准器。<时钟和数据恢复电路的构造>图9是示出时钟和数据恢复电路11 (用于IlL和IlH的共同附图标记)的内部构造的框图。时钟和数据恢复电路11按照锁相方案提取时钟信号和数据信号，并且从前级侧 (图9中的左侧)向后级侧(图9中的右侧)依次包括相位检测器12、频率检测器13、切换器14、电荷泵和环路滤波器(以下，被简称为环路滤波器)15、校准器16、压控振荡器(VC0或VCX0)17、分频器18和串并转换器19。切换器14具有如下的功能依照来自与电路20(用于20L和20H的共同附图标记)的输出选择性地允许来自相位检测器12和频率检测器13的两个输入通过。特别地是，当存在来自与电路20的输出时，切换器14允许信号从相位检测器12传递到环路滤波器15。当不存在来自与电路20的输出时，切换器14允许信号从频率检测器13传递到环路滤波器15。来自放大器112(图8)的上行信号被输入到时钟和数据恢复电路11中的相位检测器12。当存在来自与电路20的输出时，构造锁相环，所述锁相环始于相位检测器12并且通过切换器14、环路滤波器15和压控振荡器17然后返回到所述相位检测器12。借助此回路，压控振荡器17允许输出的相位与上行信号的相位同步。同时，把基准时钟信号输入到频率检测器13。当不存在来自与电路20的输出时， 构造锁频环，所述锁频环始于频率检测器13并且通过切换器14、环路滤波器15、压控振荡器17和分频器18然后返回到所述频率检测器13。借助此回路，压控振荡器17允许其振荡频率与基准时钟的振荡频率同步。特别地是，在低速时钟和数据恢复电路IlL中，速率选择信号Sl被设置为低速，并且当激活数据检测信号S2时形成锁相环，并且在其它时间形成锁频环。另一方面，在高速时钟和数据恢复电路IlH中，速率选择信号Sl被设置为高，并且当激活数据检测信号S2时形成锁相环，并且在其它时间形成锁频环。从而，当从放大器112(图8)输入的上行信号的传输速率处于低速L时，在低速时钟和数据恢复电路IlL中的锁相环进行操作，并且以低速传输速率L执行时钟信号和数据信号的恢复。此时，高速时钟和数据恢复电路IlH具有锁频环并且从而允许其振荡频率与基准时钟同步。另一方面，当从放大器112输入的上行信号的传输速率处于高速H时，在高速时钟和数据恢复电路IlH中的锁相环进行操作，并且以高速传输速率H执行时钟信号和数据信号的恢复。此时，低速时钟和数据恢复电路IlL具有锁频环并且从而允许其振荡频率与基准时钟同步。依照这种方式，在时钟和数据恢复单元113(图8)中，与电路20L和20H允许时钟和数据恢复电路IlL和IlH基于由管理单元104生成的速率选择信号Sl而操作。从而，可以迅速地执行在传输速率之间的切换。然后，由于速率选择信号Sl是由管理单元104使用授权生成的信号，所以用于确定由光线路终端1接收的上行信号的传输速率的电路不需要被独立地提供，这简化了电路构造。返回到图9，串并转换器19把由相应的时钟和数据恢复电路IlLUlH提取的数据转换为并行信号并且输出所述并行信号。向串并转换器19输入从相位检测器12输出的数据信号(串行)、从压控振荡器17输出的全速率时钟信号、以及由分频器18对时钟信号进行分频所获得的分频的时钟信号。注意，串并转换器是已知的电路从而这里省略了其详细描述。因而，通过包括将提取的数据转换为并行信号并且输出所述并行信号的串并转换器19，向在时钟和数据恢复单元113(图8)之后的电路块(参见图幻发送低速并行信号而不是高速串行信号。从而，随后的电路块不需要再次执行时钟和数据恢复，使得能够减少随后的电路块上的负担。
<压控振荡器及其校准器>接下来，将描述压控振荡器17和用于校准所述压控振荡器17的振荡频率的校准器16。从压控振荡器17输出的全速率时钟信号由分频器18来进行分频，产生分频的时钟信号。根据分频的时钟信号和基准时钟信号，校准器16可以输出用于压控振荡器17的频率校准信号。图10是示出校准器16的内部构造的框图。在附图中，构造校准器16以致分频器 161、同步器162、计数器163和164、同步器165和比较器166依照在附图中示出的方式彼此连接。分频器161获得通过进一步对输入的分频的时钟信号进行分频所获得的时钟信号。 计数器163和164对从分频器161输出的时钟信号或基准时钟信号的上升沿进行计数。计数值由来自比较器166的复位信号复位。同步器162允许被输入到校准器16的分频的时钟信号和基准时钟信号彼此同步。 同步器162被来自管理单元104(图8)的复位信号复位。同步器165允许基准时钟信号的计数结果与从分频器161输出的时钟信号同步。比较器166把基准时钟信号与从分频器 161输出的时钟信号相比较以便确定要被提供到压控振荡器17的频率校准信号。图11是示出压控振荡器17的内部构造的电路图。压控振荡器17包括谐振电路 171，该谐振电路171包括负电阻器172、电感器173和可变电容器174 ；电容元件组175，用于补偿所述谐振电路171的元件特性；和开关176，与所述电容元件组175串联连接。电容元件组175包括多个固定电容的电容器作为电容元件。电容元件借助由开关176产生的多种开/关模式而变为可变电容器。因此，来自校准器16的频率校准信号是用于指示哪个电容元件被连接到GND的多比特1/0信号。当开启时钟和数据恢复电路11的电源时，校准器16正常地执行压控振荡器17的校准。借此，可以补偿谐振电路171的元件特性的变化。图12是示出压控振荡器17的输入和输出特性(频率特性)的图表。水平轴表示输入的控制电压Vc并且垂直轴表示输出的频率。通常，控制电压Vc具有范围。从而，希望在范围中心的电压Vcjiiid获得想要的频率Fd。然而，如果获得所想要的频率Fd的电压由于元件特性的变化而处于控制电压范围的端部，那么无法获取宽的控制电压范围。从而，通过改变电容元件组175的开/关模式以便改变整个电容，如附图所示，可以在垂直轴方向上移位所述特性。因此，通过设置电容元件组175的开/关模式以便获得由实线指示的特性， 其中想要的频率Fd和在范围中心的电压Vcjiiid最佳匹配，可以补偿元件特性的变化。<按照需要执行的校准操作>同时，在本实施例中的校准器16通过由来自管理单元104的指令产生的复位信号，按照需要执行压控振荡器17的校准。管理单元104具有管理用于接收上行信号的调度的功能。另外，管理单元104掌握在哪个时间插入其中执行发现的发现时段。相应地，管理单元104可以知道没有接收信号(上行信号)的状态，其中从所述接收信号中提取时钟信号和数据信号。从而，选择如下的时间，即，其中，这种状态的持续时间满足(大于或等于)由校准器16用于校准所需要的时间，以便向所述校准器16输出校准指令信号(复位信号)。这种“时间”例如包括以下内容。(示例 1)如上所述，定期地执行由光线路终端1发现新的光网络单元。图13是示出在从光网络单元2到4接收分组作为上行信号的间隔期间提供发现时段的图，并且水平轴指示时间。在附图中，尽管在分组之间的时间间隔只是至多1 μ sec的数量级，不过发现时段具有几百毫秒到一秒的时段。另外，在完成发现之后发现时段在其第二半中正常地具有无信号区间。此部分的长度可以大于或等于校准所需要的时间。从而，当在发现时段期间由于发现完成而出现无信号区间时，如果剩余的无信号区间大于或等于校准所需要的时间，那么管理单元104在无信号区间开始时的同时向校准器16输出复位信号。借此，校准器16执行压控振荡器17的校准。注意，由于它是无信号区间，所以来自环路滤波器15的控制电压具有与当开启电源时的相同初始值。此时，如果由于温度改变而改变频率，那么改变开关176的开/关模式并且获得想要的频率。依照这种方式，可以借助压控振荡器17的复位来执行温度补偿。这种校准可以通过有效地使用在定期地分配的发现时段的第二半中的无信号区间来有效地执行，从而是便利的。注意，尽管在以上描述中与无信号区间开始时的同时向校准器16输出复位信号， 不过它们不需要同时进行。即，当无信号区间充分地长于校准所需要的时间时，可以在无信号区间开始之后输出复位信号。总之，在输出复位信号时，在无信号区间中的剩余时间应当满足校准所需要的时间。(示例 2)同时，并不是诸如上述发现时段的无信号区间，可作为发现时段定期地分配的时段可以用于每隔多次进行一次校准。特别地是，如图14所示，可作为发现时段正常分配的时段并未每隔多次用于一次发现，而是被用作用于校准的时段。然后，在此时段期间，从管理单元104向校准器16输出复位信号。在这种情况下，可以定期地且可靠地执行校准，以致每隔多次跳过一次发现。注意，上述“每隔多次进行一次”仅仅是一个示例并且从而不需要以确定的频率执行校准。即，执行校准的频率(周期)可以改变。总之，重复使用可作为发现时段分配的多个时段之一，从而输出校准指令信号。借此，通过使用可作为发现时段分配的多个时段之一来重复且可靠地执行校准。(示例 3)在多速率PON系统中，如图8所示，提供多个时钟和数据恢复电路来支持各个传输速率。从而，当任何一个时钟和数据恢复电路正从上行信号中提取时钟信号和数据信号时， 可以说其它时钟和数据恢复电路处于没有接收信号的状态中，从所述接收信号中将提取时钟信号和数据信号。因此，如当具有传输速率L和H之一的分组继续时，在具有其它传输速率的时钟和数据恢复电路中，没有接收信号的状态的持续时间可以大于或等于用于校准所要求的时间，从所述接收信号中将提取时钟信号和数据信号。从而，在这种情况下，也可以执行在其它时钟和数据恢复电路中的压控振荡器的校准。如上面详细描述，在包括时钟和数据恢复电路11并且具有用于压控振荡器17的校准器16和管理单元104的接收单元中或者在光线路终端1中，当没有将从其中提取时钟信号和数据信号的接收信号(上行信号)的状态的持续时间(可以说，空闲时间)大于或等于用于校准所需要的时间时，从管理单元104向校准器16输出校准指令信号，借此校准压控振荡器17的振荡频率。通过按照需要执行这种校准，可以校准由温度改变所导致的频率改变。因此，在不另外提供用于温度补偿的电容元件的情况下，可以补偿源于温度改变所导致的压控振荡器17的频率特性。〈其它〉注意，尽管在上述实施例中，描述了更复杂的多速率PON系统(图1)，当然，借助校准的温度补偿也可以被应用于单(通用)速率时钟和数据恢复电路。在单速率的情况下， 如图8所示，不必提供多个时钟和数据恢复电路IlL和11H，而提供单个时钟和数据恢复电路。然而，注意，在这种情况下，由于当其它时钟和数据恢复电路连续地执行处理时不能执行校准，所以发现时段等将被使用。图15是示出与多速率支持的图9相对比用于单速率情况的时钟和数据恢复电路的框图。如在附图中所示，在这种情况下，不需要切换器。注意，这里公开的实施例在各个方面被认为是说明性而不是限制性的。本发明的范围由所附权利要求来表明，因此落入权利要求的等效方式的意义和范围内的所有改变意在包括在本发明的范围中。工业实用性依照本发明的接收单元、光线路终端和频率校准方法，通过按照需要由校准器执行压控振荡器的振荡频率的校准，可以校准由温度改变所导致的频率改变。因此，在不提供用于温度补偿的电容元件的情况下，可以补偿源于温度改变所导致的压控振荡器的频率特性。
权利要求
1.一种接收单元，所述接收单元包括时钟和数据恢复电路，所述时钟和数据恢复电路从接收信号中提取时钟信号和数据信号，所述接收单元包括校准器，所述校准器对所述时钟和数据恢复电路中所包括的压控振荡器的振荡频率进行校准；以及管理单元，所述管理单元具有管理用于接收信号的调度的功能，所述管理单元选择下述时刻，以由此向所述校准器输出校准指令信号，该时刻是下述状态的持续时间满足所述校准器进行校准所需要的时间的时刻，所述状态不具有下述接收信号，其中，将从该接收信号中提取时钟信号和数据信号。
2.一种光线路终端，所述光线路终端和多个光网络单元一起构造PON系统，所述光线路终端通过光纤与所述多个光网络单元建立一对多的连接，并且所述光线路终端通过时分复用方案接收从所述光网络单元发送的上行信号，所述光线路终端包括时钟和数据恢复电路，所述时钟和数据恢复电路具有压控振荡器和校准器，所述校准器校准所述压控振荡器的振荡频率，所述时钟和数据恢复电路从所述上行信号中提取时钟信号和数据信号；以及管理单元，所述管理单元具有管理用于接收所述上行信号的调度的功能，所述管理单元选择下述时刻，以由此向所述校准器输出校准指令信号，该时刻是下述状态的持续时间满足所述校准器进行校准所需要的时间的时刻，所述状态不具有下述上行信号，其中，将从该上行信号中提取时钟信号和数据信号。
3.如权利要求2所述的光线路终端，其中所述管理单元在用于搜索新的光网络单元的发现时段内的无信号区间期间输出所述校准指令信号，所述无信号区间出现在发现完成之后。
4.如权利要求2所述的光线路终端，其中所述管理单元重复使用多个时段之一来输出所述校准指令信号，所述多个时段可被分配作为用于搜索新的光网络单元的发现时段。
5.一种光线路终端，所述光线路终端和多个光网络单元一起构造PON系统，所述光线路终端通过光纤与所述多个光网络单元建立一对多的连接，并且所述光线路终端通过时分复用方案接收从所述光网络单元发送的具有多个传输速率的上行信号，所述光线路终端包括管理单元，所述管理单元具有管理用于接收所述上行信号的调度的功能；以及多个时钟和数据恢复电路，每一个所述时钟和数据恢复电路均具有压控振荡器和校准器，所述校准器响应于来自所述管理单元的校准指令信号来校准所述压控振荡器的振荡频率，所述多个时钟和数据恢复电路以多个不同类型的传输速率提取所述上行信号中的时钟信号和数据信号，其中当任何一个所述时钟和数据恢复电路连续地处理上行信号的状态的持续时间满足用于校准其它时钟和数据恢复电路中的压控振荡器的振荡频率所需要的时间时，所述管理单元向所述其它时钟和数据恢复电路中的校准器输出校准指令信号。
6.一种用于时钟和数据恢复电路的频率校准方法，所述时钟和数据恢复电路具有从接收信号中提取时钟信号和数据信号的功能，并且具有通过校准器来校准压控振荡器的振荡频率的功能，所述频率校准方法包括预先管理用于由所述时钟和数据恢复电路接收信号的调度；选择下述时刻，该时刻是下述状态的持续时间满足所述校准器进行校准所需要的时间的时刻，所述状态不具有下述接收信号，其中，将从该接收信号中提取时钟信号和数据信号；以及由所述校准器执行所述压控振荡器的校准。
全文摘要
本发明提供了一种接收单元等，其使用压控振荡器，其中在不增加用于温度补偿的电容元件的情况下可以补偿源于温度改变所导致的压控振荡器的频率特性。接收单元和光线路终端的每一个包括时钟和数据恢复电路(11)，用于从接收信号中提取时钟信号和数据信号；并且具有校准器(16)，用于校准在所述时钟和数据恢复电路(11)中包括的压控振荡器(17)的振荡频率；和管理单元(104)，具有管理用于信号接收调度的功能，并且通过选择将从其中提取时钟信号和数据信号的接收信号(上行信号)不存在的持续时间满足校准器(16)进行校准所需要的时间的时刻向校准器(16)输出复位信号(校准指令信号)。
文档编号H04B10/16GK102362462SQ20108001310
公开日2012年2月22日 申请日期2010年7月6日 优先权日2009年7月30日
发明者田中成斗 申请人:住友电气工业株式会社