无源光网络中将发射装置耦合到分频器的方法与流程

本发明通常涉及无源光网络或PON，并且更准确地说，涉及在包括基于MacZehnder分频器等的分频器的网络中很好地适应由温度演变引起的相对波长漂移的方法和装置。

背景技术：
越来越多地使用无源光网络来例如为住宅用户提供网络接入或确保移动回程。图1说明了它们的体系结构。首端1.1（被称为光线路终端(OLT)）被连接到核心网络并且被连接到旨在位于最终用户位置处的多个光网络单元(ONU)。在较早的实施中，PON基于使用由功率分配器1.3分配的单波段将光信号传输到一些（典型地为64个）ONU。功率分配器1.3是把输入信号分离成其功率被分支的数目除的多个相应信号的无源分配器。传输典型地是使用用于下行链路和上行链路的两个不同波长的双向传输。在增加将由一个OLT服务的ONU的数目的尝试中，已经开发了波分复用(WDM)技术。这些技术使用单光纤上的不同波长来运用复用多个信号。于是分频器（图上的设备1.2）对于在功率分配器1.3之前分离不同的波长是必要的。该设备被称为分频器。可以使用不同的技术来实现分频。我们可以引用基于薄膜的系统、干涉腔作为阵列波长光栅(AWG)和光纤布拉格光栅(FBG)。在本文中我们稍后集中于这个。使用所谓的MacZehnder部件来完成基于光纤布拉格光栅从光信号中提取波长。在图2上说明了这样的部件。其由四个端口2.1、2.2、2.3和2.4构成。内部使用了相同标称波长的两个布拉格滤波器。其作为光分插复用器工作。端口2.1用作输入，用来接收典型地使用不同波长来复用多个波段的输入信号。端口2.2是提取端口，用来输出与所述MacZehnder部件的标称波长相对应的信号的波段。端口2.4用作输出，输出作为除提取的波段以外的输入信号的信号。端口2.3用作添加端口（addport），使用端口2.3可以把标称波长的波段添加到输入信号。所述部件对称地在另一方向上起作用，其中输入端口是端口2.4，输出是端口2.1，去除端口（dropport）则是端口2.3而添加端口是端口2.2。又对称地，波长不同于标称波长并且被插入任一添加去除端口上的任何信号将通过所述部件并且在另一添加去除端口上离开。例如，波长不同于标称波长、被插入端口2.2上的信号将在端口2.3上没有改变地输出。取决于信号中所复用的波段的数目，通过菊链的多个MacZehnder部件可以完成滤光。取决于其本身的标称波长，部件中的每一个从输入信号中去除波长的其中之一。我们称MacZehnder部件的标称波长或FBG的标称波长为部件是反射性的波长。MacZehnder部件的标称波长取决于内部使用的两个光纤布拉格光栅的标称波长。可以实现几个GHz的所提取的信号的良好粒度。FBG的标称波长取决于光纤的芯中印刻的特定图案以及部件的工作温度。取决于温度，FBG的标称波长移动。典型地，对于从-40摄氏度到80摄氏度范围内的温度，标称波长可以从-0.6nm移动到+0.6nm，这对应于几乎200GHz的波段上的频率抖动。同样典型地处于非受控环境中的终端设备可能会遭受类似的漂移。由于那个原因，这些部件通常用于温度受控的环境中。为了网络部署中的灵活性以及成本原因，摆脱这个约束将是有利的。

技术实现要素：
本发明旨在通过允许估计包括基于MacZehnder的分频器或类似部件的网络中的温度变化引起的漂移并且随时间追踪该漂移的装置和方法来解决这些问题。它基于把镜面添加到MacZehnder部件的未用端口。这样做，OLT和ONU两者都能够扫描频带。与部件的标称波长相对应的频率将在MacZehnder的同侧上的另一端口上被反射，而其它频率将通过MacZehnder而被镜面反射并且回到发射器。通过在扫描频率的同时测量反射信号，可以确定部件的实际标称波长。本发明涉及旨在被用作包括采用MacZehnder拓扑的至少一个部件的分频器的装置。在一些情况下，部件是菊链的；采用MacZehnder拓扑的每个部件包括：一个输入端口，用来接收典型地使用不同波长来复用多个波段的输入信号；一个提取端口，用来输出与所述部件的标称波长相对应的信号的波段；一个输出端口，用来输出除所提取的波段以外的输入信号，该输出端口被连接到下一个部件（如果有的话）的输入端口或者该输出端口对于链的最后部件或唯一部件而言是未用的，以及未用的一个添加端口，其中所有未用端口配备有反射设备。本发明还涉及用于把发射装置耦合到如所描述的分频器的方法，所述发射装置被连接到采用MacZehnder拓扑的部件中之一的输入端口或提取端口，所述发射装置使用一个操作级或一组操作级进行操作，对发射装置来说包括：把它的操作级初始化到第一波长的步骤；使用它的操作级来发送特征标记信号的步骤；测量返回信号的功率以估计反射信号的存在的步骤；这些步骤在操作级的波段上被重复，并且还包括确定返回信号的功率为最小的操作级或一组操作级的步骤以及将操作级或一组操作级设置到返回信号的功率为最小的所确定的操作级或多个操作级的步骤。在特定的实施例中，返回信号的功率的测量通过调制和滤波来完成。在特定的实施例中，返回信号的功率的测量通过同步检测来完成。在特定的实施例中，测量返回信号的功率的步骤包括：时间滑动窗口的定义的步骤；在时间滑动窗口上测量返回信号的功率的步骤；在从原点到对应于与增益耦合的总传输路径的往返时间的最大值的范围内移动滑动窗口以取得期望的信号的步骤。在特定的实施例中，时间滑动窗口的宽度被选择成是发射的特征标记信号的持续时间。在特定的实施例中，功率分配器在分频器与发射装置之间，与由该功率分配器引起的衰减相对应的增益被应用于与功率分配器之后的反射点相对应的滑动窗口的位置。本发明还包括用于追踪分频器中采用MacZehnder拓扑的部件的标称波长随时间变化的方法，其特征在于，定期地应用如所描述的耦合方法。附图说明阅读说明性实施例的下列描述，本发明的特征将会更清楚地呈现，参考附图来展示所述描述，在附图中：图1说明了PON的典型的体系结构。图2说明了MacZehnder部件。图3说明了PON中的基于MacZehnder的无源分频器。图4说明了根据本发明的带有镜面的MacZehnder部件的行为。图5说明了由ONU发射的反射信号的频谱响应。图6说明了由OLT发射的反射信号的频谱响应。图7说明了基于调制滤波解决方案的检测方案。图8说明了基于同步检测的检测方案。图9说明了典型的传输链。图10说明了滑动窗口机制。图11说明了检测方法。具体实施方式图3说明了PON中的基于MacZehnder的无源分频器。一些MacZehnder部件3.1、3.2和3.3是菊链的。部件的数目取决于我们想要提取的输入信号中的波长的数目。信号3.4来自OLT。该信号是多个波段的复用，每个使用特定的波长。我们假定在所说明的示例中信号是具有波长L1、L2和L3的3个不同波段的复用。第一MacZehnder部件具有标称波长为L1。结果是通过使用功率分配器在端口3.5上朝着第一ONU或第一组ONU提取使用波长L1的信号。朝着标称波长为L2的第二MacZehnder3.2输出输入信号的其它波长（即L2和L3）。结果是在端口3.6上朝着ONU或一组ONU提取波长L2的信号。朝着标称波长为L3的MacZehnder3.3输出使用L3的最后信号并且因此在端口3.7上朝着ONU或一组ONU提取使用L3的最后信号。未用MacZehnder部件的端口3.8。存在建立具有与MacZehnder部件相同拓扑的光分插复用器的许多其它备选。这样的部件的第一示例基于由两个光学循环器环绕的光纤布拉格光栅，如序号为5,909,310的公布的美国专利中所描述的那个。第二示例基于如序号为6,198,857的公布的美国专利所说明的自由空间光学器件。本文档集中于基于MacZehnder部件的分频器，但是本发明在基于采用MacZehnder拓扑的部件的所有分频器上都适用。存在有针对返回路径或上行链路的两种解决方案。一种可以在两个方向上使用相同的波长。使用相同波长的、来自ONU朝向OLT的信号将通过MacZehnder部件被添加到信号中并且在去到OLT的输出信号中被复用。另一解决方案是将不同组的波长用于上行链路。在该情况下，可以使用具有两个不同标称波长的MacZehnder部件。用各自具有符合期望的波长的其中之一的标称波长的两个FBG替代内部的FGB来构建这些部件。只要适当地限定不同波长，这样的无源分频器就会工作良好并且不会随时间漂移。这意味着应当在温度受控的环境中设定分频器以避免由温度改变引起的部件的标称波长的漂移。为了能够放宽控制温度的约束，本发明提出了能够从传输的每侧（即从OLT和ONU）估计分频器内部每个部件的标称波长的装置和方法。为了实现这一点，提出在MacZehnder部件的每个未用端口3.8上设立镜面。图4说明了这样的部件的行为。关于端口4.1上的下行链路信号，端口4.3是未用的。关于端口4.2上进来的上行链路信号，在端口4.1上反射标称波长而在端口4.3上输出其它波长。于是，由于镜面4.5，导致上行链路信号被反射并且在端口4.3上再次进入部件。由于波长不同于标称波长，所以它通过部件并且在端口4.2上朝着ONU输出。发生了除在端口4.1上被提取的标称波长以外，在端口4.2上通过ONU发送的信号被反射到发射器。我们说到了镜面，但是任何反射设备一旦它们反射与所使用的波长无关的所有信号的一部分则它们就可以被使用。发生了需要找出MacZehnder部件的标称波长的ONU可以完成波长的扫描。将把除标称波长以外的所有波长反射到发射器。于是测量反射信号允许确定部件的标称波长。图5说明了反射信号的频谱响应。发射信号的波长I在横轴上而反射信号的功率P在Y轴上。反射信号的功率最大，但是对于标称波长In而言它是最小的。发生了把镜面置于无源分频器的每个MacZehnder部件的4.3端口上使得所有ONU能够确定连接到它们的部件的标称波长。对称地，把镜面置于分频器的最后MacZehnder部件3.3的未用的4.4端口上允许OLT完成同样的动作。唯一差别是在反射信号的频谱响应中将存在有与分频器中的MacZehnder部件同样多的洞。只有与MacZehnder部件的所有标称波长不同的波长将通过所有MacZehnder部件以到达置于最后MacZehnder部件的4.4端口上的镜面并且被反射到发射器（这里为OLT），而具有MacZehnder部件的其中之一的波长的信号将被提取并且将不会朝着OLT被反射。图6说明了借助于OLT的反射信号的频谱响应。每个洞对应于提取部件的其中之一的标称波长I1、I2或I3。本发明基于在MacZehnder部件的所有另外未用端口上使用配备有镜面的这样修改的无源分频器。有利的是，它与终端通信装置耦合，该终端通信装置配备有扫描波段以确定此刻每个MacZehnder部件的有效标称波长的设备。通信装置还配备有把通信中使用的波长（被称为它的操作级）调节到扫描期间所测量的那些波长的设备。对于在单波段上发射信号的发射装置，该波长被称为它的操作级。对于发射使用不同波长来复用多个波段的信号的发射装置，使用的一组波长形成了一组操作级。有利的是，周期性完成测量和调节的步骤用于监控由无源分频器的温度引起的漂移。应该理解，发射器和接收器也可能遭受漂移。由于分频器是无源的并且因此无法调节它的操作级的事实，发射器和/或接收器的操作级的适应性将允许它们使它们自己适应分频器。在该过程中，校正所有元件的漂移。根据网络的实际设置，由于将要被测量的反射信号的衰减以及由接片(splicing)在发射器附近生成不需要的背反射引起的炫目(dazzle)操作，某些问题可能会发生。在更坏的情况下，反射信号的传播范围是网络跨度的两倍。因为预计的网络可以是40km长并且包括功率分配器，衰减可以达到典型地大约65dB。有利地，发射功率是在交换数据时ONU所允许的最大发射功率。发生了与检测器中的噪声源相比将要检测的反射信号是弱的。典型地，我们不得不面对作为取决于光电二极管的暗电流和电路的热噪声的约翰逊噪声、散粒噪声。闪烁噪声由于频率低于10KHz而可以被忽略。在这样的情况下，特别应该注意的是能够检测反射信号并且把它与最后接片背反射加以区分。直接检测是不合理的。替代地，调制-滤波或同步检测是两种完全合适的解决方案。还可以预计滤波和离散估计。图7说明了调制滤波解决方案。发射器基于采用形式的载波7.2使用光电二极管7.1发送光信号7.3。该光信号7.3采用形式：，其中是发射功率。信号被镜面7.4反射并且以衰减的形式7.5回到发射器，其中由传播损耗引起而由其它损耗引起。该接收信号通过光电二极管7.6被变换回电信号7.7。接收的电信号具有形式：；发生了问题是根据噪声检测衰减的信号。解决方案基于使用调制和滤波块7.8。该块通过积分器7.9实现了接收信号的积分以消除黑电流的均值。这之后是放大7.10而块7.11实现了估计。有利地，在与噪声相比期望的信号的电平是低的情况下，通过若干实现来完成该估计。控制发射器的锁定代理(lockingagent)7.12使用该块的滤波结果。这允许实现波长的期望的带宽的扫描以确定接收信号中的洞并且因此确定MacZehnder部件的标称波长。备选地，可以如图8上说明的那样使用基于同步检测的解决方案。相应的附图标记缺省地应用于相应的元件。生成的信号8.3有一点不同并且表达为形式：；放大器8.10的输出接着在低带滤波器8.13之前乘以信号以实现同步检测。备选地，模块8.13可以存在于积分器中。在本发明的某个实施例中，炫目会变成问题。在图9上勾画了该文档中预计的典型PON。OLT9.1被连接到根据本发明的分频器9.2，意味着它包括了未用端口上的镜面。它被连接到功率分配器9.3并且最终被连接到ONU9.4。从OLT到ONU的完整链的长度可以达到40km。该链中的接片可以是具有根据规范IEEE802.3av高达26dB衰减的反射信号的源。由OLT发射的信号可以因此如图上的9.5信号说明的那样通过可以接近它的接片以-26dB被反射回到OLT。对于由9.6信号说明的ONU发射的信号，相同配置可以发生。比较起来，由带有附图标记9.7和9.8的分频器9.2中引入的反射所引起的接收的信号遭受由OLT与滤波器之间典型距离引起的20dB和28dB之间的衰减以及由ONU的功率分配器和距离引起的62dB至70dB之间的衰减。衰减值的给定范围是针对1550nm至1310nm的信号的波长的。功率分配器本身典型地是衰减为40dB的源。考虑由OLT发射的信号的炫目，发生了来自接近的接片的反射信号和来自我们需要检测的分频器的反射信号遭受类似的衰减值。为了允许在借助于分频器的反射信号与由接片引起的不需要的背反射之间作出区分，提出了定义滑动时间窗口用于反射信号的检测。该解决方案基于信号的传播时间。发射信号是足够短的持续时间的特征标记。定义滑动时间窗口以检测反射信号。时间滑动窗口的开始和宽度允许取决于信号的传播时间，集中在对位于传输路径的特定部分的反射的反射信号的检测。这在图10上进行了说明，图10表示了横轴上的时间和Y轴上的接收信号的功率。T0是特征标记的发射的开始的时间。该特征标记的持续时间选择成足够小以在接收借助于接近的接片（如图9上9.5）的反射信号之前停止发射。时间t1是自接近的接片的反射信号10.1的接收的开始。该接收具有与发射的功率电平减去26dB相对应的功率电平，衰减仅由接片引起，信号的路程很短。10.2是借助于接近分频器的接片的反射信号。它的接收起始于时间t2。该信号是低的，因为它遭受来自接片和来自信号的路程的衰减。10.3是来自分频器的所搜索的反射信号。它的功率高于信号10.2的功率，因为唯一的衰减是由路程引起的。10.4表示滑动窗口。通过把滑动窗口从T0移动到对应于从OLT到与AGC(自动增益控制)耦合的ONU的总传输路径的往返时间的最大值，可能取得期望的信号。有利地，增益将适合补偿由路径的长度引起的衰减。这可以通过使用对应于以下公式的增益来完成：；其中是光纤的线性衰减系数，而n是材料指数，t1是窗口的开始的时刻。图11说明了用来确定将要用于通信的分频器的标称波长的方法的说明性实施例。使用包括根据本发明的分频器的光传输的任何终端装置可以使用该方法。即，在说明性实施例中，借助于OLT和ONU来使用它。在第一步骤11.1中，初始化系统。例如，OLT设置它的操作级（指最低电平的发射信号的波长）并且时间滑动窗口的开始也设置成它的最小值（典型地为特征标记发射的末端）。在某些实施例中，尤其在追踪分频器的时间位置在何处是已知的情况下，搜索的范围可以有利地被降低到该已知位置的周围。在第二步骤11.2中，装置发射特征标记。在第三步骤11.3中，在时间滑动窗口上测量返回信号功率。我们估计期望的信号的存在。典型地时间滑动窗口的宽度设置成特征标记的持续时间，但是可以使用其它值。在步骤11.4中，更新时间滑动窗口的位置。如果时间滑动的位置已经到达它的限度，则它被重新初始化到它的最小值并且我们转到步骤11.5。否则，则递增时间滑动位置，所使用的步长典型地是窗口的宽度，但是可以使用更低的值。在步骤11.5中，当针对给定的波长已经探索了时间滑动窗口的整个范围时，该波长被递增。重新初始化时间滑动窗口的位置。接着，时间探索的过程通过回到步骤11.2而重新开始。在某些实施例中，尤其在追踪前面的波长值在何处是已知的情况下，可以有利地把搜索的范围降低到该已知值的周围。在已经探索波长的整个范围时，估计最小值的频谱位置。这例如可以通过线性回归来完成。装置的操作级被设置到这个发现的值并且使发射装置和分频器耦合。在OLT正在发射包括多个波长上的波段的复用信号的情况下，我们可以谈及一组操作级。这些操作级对应于如图6所说明的返回信号的功率中检测到的多个最小值。在该情况下，一组操作级被设置成反射信号的功率是最小的一组操作级。如图9所说明的，在分频器与ONU之间典型地存在功率分配器9.3。发生了，在借助于ONU应用时，借助于分频器的期望的反射信号在功率分配器之后。借助于ONU的发射特征标记于是在它的返回路径上遭受功率分配器的进一步衰减。在我们的说明性实施例中，该衰减典型地是40dB。在某些情况下，可能会发生通过上述方法没有检测到期望的信号。在这样的情况下，有利地，可使用进一步的步骤。根据很可能由功率分配器的输入处的接片反射引起的最后的检测信号来确定功率分配器的位置。接着通过初始化正好在功率分配器之后（指正好在最后的检测信号之后）的滑动窗口来探索功率分配器之后的传输链。然后把对应于由功率分配器引起的衰减的增益应用到发射的特征标记。而后利用这些新的初始值开始与功率分配器之后的传输链的部分相对应的滑动窗口的位置的范围的部分的探索。这允许应用增益的不同值来探索ONU9.4与功率分配器9.3之间的第一部分以及功率分配器9.3与分频器9.2之间的第二部分。因此，把与由这个功率分配器引起的衰减相对应的增益应用于与功率分配器之后的反射点相对应的滑动窗口的位置。有利地，为了追踪MacZehnder部件的标称波长随时间的变化，定期应用该耦合方法。一旦在至少两个装置之间设置了光传输，就可以在各种情况下使用本发明。该传输使用WDM技术，这些波长通过采用类似于所述MacZhender部件的拓扑的拓扑的分频器来提取。